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Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie. Projektionsbelichtungsanlagen werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, mit einem sogenannten Reticle, auf einem mit photosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des verwendeten Lichtes ab. In jüngerer Zeit werden vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1 nm und 30 nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet. Der beschriebene Wellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet.
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Die zur Abbildung verwendeten optischen Komponenten für die oben beschriebene Anwendung müssen mit höchster Präzision positioniert werden, um eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleisten zu können. Bei den genannten optischen Komponenten handelt es sich beispielsweise um Facettenspiegel. Ein derartiger Facettenspiegel ist beispielsweise aus der
DE 10 2015 209 176 A1 bekannt.
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Thermisch hoch beanspruchte optische Komponenten bei EUV-Anwendungen sind gerade solche Facettenspiegel, deren Facetten auf einem Kipp-Manipulator befestigt sind und bei welchen eine Wärmeabfuhr über entsprechende Gelenke der Manipulatoren erfolgt.
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Zur Bewegung der Facetten kommen üblicherweise elektromagnetische Antriebseinheiten zum Einsatz, wobei in der Regel jeder Facette eine eigene Antriebseinheit zugeordnet ist. Die Facetten sind in einem Facettenträger angeordnet, der alle Facetten aufnimmt und seinerseits wiederum auf einem Rahmen angeordnet ist. Der Rahmen ist über eine Anbindung, die die Manipulation in sechs Freiheitsgraden erlaubt, mit einer Struktur der Projektionsbelichtungsanlage verbunden.
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Typischerweise werden Facettenspiegel in oder zumindest in der Nähe einer Pupillenebene des zugehörigen optischen Systems angeordnet. Durch diese Anordnung sind die Facetten sehr hohen Strahlungsintensitäten ausgesetzt, die zu einer hohen Wärmelast führen. Zur Ableitung der Wärme sind die Facetten vorzugsweise aus einem sehr gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, hergestellt. Die Wärme wird über eine Anbindung, die beispielsweise Gelenkhülsen umfasst, an den Facettenträger abgeleitet. Der Facettenträger kann zur Abführung der Wärme eine Wärmesenke umfassen, die beispielsweise durch Kühlkanäle am Rand des Facettenspiegels ausgebildet ist. Mit steigender Leistung der Lichtquelle in zukünftigen Generationen von Projektionsbelichtungsanlagen steigt die Wärmebelastung auf die Facetten, wodurch sich trotz Kühlung des Facettenträgers ein Wärmefluss über die Anbindung in den Rahmen bis hin zur Lagerung des Rahmens ausbildet. Durch die Ausdehnung des Rahmens und der Anbindung kommt es zu einem Verkippen des Facettenträgers als Ganzes, was sich nachteilig auf die Intensität, die sogenannte „Dose“ und die Verteilung, die sogenannte „Uniformity“, der zur Abbildung und Belichtung verwendeten Strahlung, des sogenannten Nutzlichtes, auswirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst einen Facettenspiegel, wobei dieser mehrere Facetten in einem Facettenträger und einen mit dem Facettenträger verbundenen Rahmen umfasst. Dabei ist der Rahmen über eine Anbindung mit einer Struktur verbunden. Bei der Struktur kann es sich insbesondere um einen Teil der Tragstruktur der Projektionsbelichtungsanlage handeln. Erfindungsgemäß ist dabei zwischen dem Facettenträger und dem Rahmen und/oder zwischen dem Rahmen und der Anbindung mindestens ein Mittel zur Vermeidung eines Wärmeübertrags angeordnet.
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Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die auf den Facetten anfallende Wärmelast nicht die Struktur erreicht und damit nicht zu unerwünschten Verkippungen des Facettenspiegels aufgrund der thermischen Ausdehnung der Struktur führt.
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Zur Vermeidung einer Erwärmung des Facettenträgers und zur Ableitung der Wärme kann der Facettenträger ein Kühlsystem umfassen. Der Facettenträger, der insbesondere ein gut wärmeleitendes Metall, wie beispielsweise Kupfer, umfassen kann, wird dabei beispielsweise von einer oder mehreren Kühlleitungen durchzogen, die von einem Kühlmedium durchströmt werden und so die Wärme abführen.
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Daneben kann der mit dem Facettenträgers verbundene Rahmen ebenfalls ein Kühlsystem umfassen. So kann eine Erwärmung der Anbindung durch Wärmeleitung vorteilhaft auf ein Minimum reduziert werden.
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Daneben kann das Mittel als thermischer Isolator ausgebildet sein, also insbesondere ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner als 155 W/mK, insbesondere kleiner als 5W/mK, bevorzugt kleiner als 1,5WmK umfassen. Die Wärmeleitfähigkeit beschreibt den Wärmestrom durch ein Material auf Grund von Wärmeleitung und ist eine Stoffeigenschaft. Je kleiner diese ist, desto schlechter leitet das Material Wärme und kann daher als thermischer Isolator verwendet werden.
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Der Isolator kann dabei beispielsweise Silizium, Cordierit oder ULE umfassen, welches Stoffe mit besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit sind. Durch die im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Materialien (Stahl, Kupfer) geringe Wärmeleitfähigkeit kann so der Wärmeübertrag zwischen den Komponenten vorteilhaft auf ein Minimum reduziert werden.
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Daneben kann eine Kontaktfläche des Isolators zu einer angrenzenden Komponente strukturiert sein, was wiederum zur Folge hat, dass die Wärmeleitung weiter reduziert wird. Der Wärmestrom ist neben der materialabhängigen Wärmeleitfähigkeit von der von der Wärmeenergie durchströmten Fläche abhängig. Je kleiner die zur Verfügung stehende Fläche, desto kleiner der mögliche Wärmestrom und je kleiner damit die Wärmeleitung. Die Strukturierung kann beispielsweise Aussparungen in der Kontaktfläche zwischen den jeweiligen Komponenten umfassen. Durch einen Versatz der Aussparungen auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Isolators kann die effektive Fläche der Wärmeleitung noch weiter reduziert werden.
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In einer Variante der Erfindung kann das Mittel zur Vermeidung des Wärmeübertrags als Wärmeschild ausgebildet sein. Der Wärmeschild kann zweckmäßigerweise zur Vermeidung von einem Wärmeübertrag durch Wärmestrahlung verwendet werden.
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Insbesondere kann der Wärmeschild an dem Facettenträger angeordnet sein. Der Wärmeschild kann außerhalb des Nutzstrahlengangs angeordnet sein, der dabei vorzugsweise von dem Wärmeschild vollständig umschlossen wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die Erwärmung des Rahmens durch die Wärmestrahlung nahezu vollständig vermieden werden.
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Daneben kann der Wärmeschild an dem Kühlsystem des Facettenträgers angeordnet sein und dadurch die aufgenommene Wärme durch Wärmeleitung abführen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zwischen dem Facettenträger und dem Rahmen eine Thermalentkopplung ausgebildet sein. Diese entkoppelt die durch Erwärmung verursachte Ausdehnung des Rahmens und reduziert damit die Bewegung des Facettenträgers um sein zentrales Koordinatensystem.
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Daneben kann der Rahmen ein Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von kleiner als 25*10-6 oder kleiner als 17*10-6 oder kleiner als 3*10-6 1/K umfassen. Dies hat den Vorteil, dass die thermische Ausdehnung des Rahmens minimiert ist und die Bewegung des Facettenträgers nur von den Längenänderungen der Anbindungen und der Ausdehnung des Facettenträgers bewirkt wird.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann,
- 2 eine schematische Darstellung eines Facettenspiegels,
- 3 eine schematische Detailansicht eines Facettenspiegels, und
- 4a -c schematische Detailansichten eines Isolators.
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1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV-Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfacettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet. Die Erfindung kann prinzipiell in jedem Facettenspiegel 2, 16 der Beleuchtungsoptik 4 und der Projektionsoptik 9, insbesondere in dem Feldfacettenspiegel 2 und dem Pupillenfacettenspiegel 16 ausgebildet sein.
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Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 angeordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 120 nm emittieren.
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Die Erfindung kann ebenso in einer DUV-Anlage verwendet werden, die nicht dargestellt ist. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage 1 aufgebaut, wobei in einer DUV-Anlage Spiegel und Linsen als optische Elemente verwendet werden können und die Lichtquelle einer DUV-Anlage eine Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 100 nm bis 300 nm emittiert.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Facettenspiegels 30, der eine Mehrzahl von Facetten 31, welche in einem Facettenträger 35 angeordnet sind, umfasst. Die Facetten 31 umfassen einen Spiegelkörper 32, einen Hebel 33 und einen Aktuator 34. Der Spiegelkörper 32 ist in einer Aufnahme 38 im Facettenträger 35, die als Gelenkhülse ausgebildet sein kann, gelagert und wird zur Korrektur der Abbildungseigenschaften über den Hebel 33 und den Aktuator 34 in mindestens einem Freiheitsgrad verfahren. Der Facettenträger 35 umfasst zur Abführung der über die Facettenspiegel 31 und die Aufnahme 38 in den Facettenträger 35 eingetragene Wärme ein Kühlsystem 42, welches mehrere Kühlkanäle 43 umfasst, die beispielsweise mit einem Kühlmedium durchströmt werden. Der Facettenträger 35 ist über einen Flansch 39 mit einem Rahmen 36 verbunden. Zur Verbindung des Rahmens 36 mit dem Facettenträger 35 werden zweckmäßigerweise Schrauben 44 verwendet. Zwischen der Schraube 44 und dem Rahmen 36 sind Isolatoren 60 angeordnet, die die Wärmeleitung zwischen Facettenträger 35 und Rahmen 36 vorteilhaft minimieren. Der Rahmen 36 ist über Anbindungen 37, die zusammen beispielsweise als Hexapoden ausgebildet sein können, mit einer Struktur 52 verbunden. Zur Minimierung des Wärmeflusses sind zwischen Rahmen 36 und Struktur 52 ebenfalls Isolatoren 60 angeordnet. Dadurch kann eine Ausdehnung der Anbindung 37 und in Folge dessen eine Verschiebung und Verdrehung des Facettenspiegel-Koordinatensystems 47 auf ein Minimum reduziert werden. Das Facettenspiegel-Koordinatensystem 47 ist auf der optischen Achse des als ein optisches Element wirkenden Facettenspiegels 30 angeordnet. Der Facettenspiegel 30 umfasst weiterhin einen Wärmeschild 40, welcher verhindert, dass die von den Spiegelkörpern 32 und vom Facettenträger 35 abgestrahlte Wärme (mit Pfeilen in 2 angedeutet), den Rahmen 36 und in dessen Folge die Anbindung 37 durch Wärmestrahlung bzw. Wärmeleitung erwärmen kann. Der Wärmeschild 40 erstreckt sich außerhalb des Strahlengangs 70, also der Einhüllenden aller Strahlen des Nutzlichtes, welcher in 2 mit gestrichelten Linien dargestellt ist, von dem Facettenträger 35 bis zu dem im Strahlengang 70 nachfolgenden optischen Element 50, welches im gezeigten Beispiel als ein Spiegel ausgebildet ist. Das optische Element 50 ist über Aktuatoren 51 ebenfalls an die Struktur 52 angebunden. Der Wärmeschild 40 kann wie auf der linken Seite der 2 dargestellt am Facettenträger 35 angeordnet sein, wobei er dabei auch direkt am Kühlsystem 42 angeordnet sein kann. Alternativ kann der Wärmeschild 40 auch an der der Struktur 52 angeordnet sein, wie auf der rechten Seite der 2 dargestellt.
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3 zeigt eine schematische Detailansicht eines Facettenspiegels 30, bei der die Verbindung zwischen dem Facettenträger 35 und dem Rahmen 36 dargestellt ist. Der Facettenspiegel 30 ist wie in 2 beschrieben ausgebildet und auf dem Rahmen 36 befestigt. Der Wärmeschild ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in 3 nicht dargestellt. Ein im Rahmen 36 angeordneter Zentrierstift 45 justiert in Verbindung mit anderen Anschlägen, die in 3 nicht dargestellt sind, den Facettenträger 35 auf dem Rahmen 36 in bis zu sechs Freiheitsgraden vor. Der Zentrierstift 45 hat zweckmäßigerweise keinen oder nur einen minimalen Kontakt zu dem Facettenträger 36, kann aber dennoch Wärme übertragen. Daher ist zumindest optional ein Isolator 60 zur Minimierung der Wärmeleitung zwischen Zentrierstift 45 und dem Rahmen 36 angeordnet. Der Facettenträgers 35 ist mit den Schrauben 44 mit seinem Flansch 39 auf dem Rahmen 36 verschraubt, wobei zwischen Flansch 39 und Rahmen 36 ein Isolator 60 angeordnet ist. Im Rahmen 36 ist eine Thermalentkopplung 41 ausgebildet, die durch Gelenke 46 mit dem Rahmen 36 verbunden ist, wodurch der Anschraubpunkt des Facettenträgers 35 gegenüber dem Rahmen 36 weich angebunden ist. Dies hat zur Folge, dass die Übertragung der durch die Wärmeausdehnung des Rahmens 36 bewirkten Kräfte auf den Facettenträger 35 durch eine Auslenkung der Thermalentkopplung 41 reduziert wird, was im Ergebnis eine Minimierung der Verschiebung und Verkippung des Facettenträgers 35 um den Ursprung des Facettenspiegel-Koordinatensystems 47 bewirkt. Alternativ oder zusätzlich kann auch im Facettenträger 35 eine Thermalentkopplung ausgebildet sein.
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4a, 4b und 4c zeigen schematische Detailansichten eines Isolators 60. Zur Reduzierung der Kontaktfläche 61 des Isolators zu den angrenzenden Komponenten wie Facettenträger 35, Rahmen 36, Anbindung 37, Schrauben 44 und Zentrierstiften 45 sind in der Kontaktfläche 61 Aussparungen 62 ausgebildet. Diese reduzieren die wirksamen Kontaktflächen des Isolators 60 und in Folge dessen den Wärmestrom, der zwischen den Komponenten fließt. Die Fläche geht in die Bestimmung des Wärmestroms im Quadrat ein, so dass sich der Wärmestrom, der auch als Wärmefluss bezeichnet wird, mit der Reduzierung der Querschnittsfläche quadratisch reduziert.
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4a zeigt ein Ausführungsbeispiel im Schnitt und 4b dasselbe Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht. Die Auslegung der Kontaktflächen 61 berücksichtigt zweckmäßiger Weise eine ausreichende Druckfestigkeit und Steifigkeit bei minimaler Fläche.
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Die für den Wärmestrom relevante Fläche kann durch ein wie in 4c dargestelltes zueinander Versetzen der beiden Kontaktflächen 61 weiter reduziert werden, um die Isolationswirkung weiter zu erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Facettenspiegel
- 3
- Lichtquelle
- 4
- Beleuchtungsoptik
- 5
- Objektfeld
- 6
- Objektebene
- 7
- Retikel
- 8
- Retikelhalter
- 9
- Projektionsoptik
- 10
- Bildfeld
- 11
- Bildebene
- 12
- Wafer
- 13
- Waferhalter
- 14
- EUV-Strahlung
- 15
- Zwischenfeldfokusebene
- 16
- Pupillenfacettenspiegel
- 17
- Baugruppe
- 18
- Spiegel
- 19
- Spiegel
- 20
- Spiegel
- 30
- Facettenspiegel
- 31
- Facette
- 32
- Facettenspiegel
- 33
- Hebel Facette
- 34
- Aktuator Facette
- 35
- Facettenträger
- 36
- Rahmen
- 37
- Anbindung, Hexapoden
- 38
- Aufnahme Facette
- 39
- Flansch Facettenträger
- 40
- Wärmeschild
- 41
- Thermalentkopplung
- 42
- Kühlsystem
- 43
- Kühlkanal
- 44
- Schraube
- 45
- Zentrierstift
- 46
- Gelenk Thermalentkopplung
- 47
- Facettenspiegel Koordinatensystem
- 50
- optisches Element
- 51
- Aktuator
- 52
- Struktur
- 53
- Strahlenkegel
- 60
- Isolator
- 61
- Kontaktfläche
- 62
- Aussparung
- 70
- Strahlengang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015209176 A1 [0002]
