DE102021205809B3

DE102021205809B3 - Verfahren zur Verschraubung eines Aktuator-Sensor-Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102021205809B3
Application number: DE102021205809.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Henle; Tobias Hörold; Dieter Schick
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2041-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschraubung eines Aktuator-Sensor-Moduls (32) einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie (1) mit einer Trägereinheit (31), wobei die Verschraubung von einer Vakuumseite der Trägereinheit (31) her vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verschraubung eines Aktuator-Sensor-Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Trägereinheit.
Aktuator-Sensor-Module werden in derartigen Anlagen dazu verwendet, einzelne Komponenten insbesondere mechanisch zu bewegen und/oder gezielt zu verformen und die Bewegung/Verformung zu überwachen, um beispielsweise einen Einfluss auf die Abbildungsqualität der Anlage auszuüben, insbesondere Abbildungsfehler zu vermeiden oder zu korrigieren.
Häufige Verwendung finden derartige Aktuator-Sensor-Module bei der Ansteuerung einzelner Spiegelfacetten eines in einer Projektionsbelichtungsanlage verwendeten Facettenspiegels. Derartige Facettenspiegel umfassen eine Vielzahl einzelner, aktuierbarer Spiegelfacetten, mittels welcher beispielsweise eine Beleuchtungslichtverteilung an die jeweiligen Anforderungen angepasst eingestellt werden kann. Im Betrieb befindet sich diejenige Seite des Facettenspiegels, welche mit der zur Abbildung verwendeten elektromagnetischen Strahlung beaufschlagt wird, in einem Vakuum; sie wird deswegen auch als die Vakuumseite bezeichnet.
In der US 2016 / 0 313 649 A1 wird eine Projektionsbelichtungsanlage offenbart, bei der die Aktuator-Sensor-Module direkt an die einzelnen Facetten des Spiegels montiert werden.
Die Aktuator-Sensor-Module sind dabei üblicherweise mit der Trägereinheit verschraubt, welche ihrerseits noch weitere Komponenten, insbesondere Elektronikkomponenten, aufnimmt. Diese Elektronikkomponenten sind typischerweise auf derjenigen Seite des Facettenspiegels angeordnet, welche dem Vakuum abgewandt ist, da die Elektronikkomponenten oftmals eine unerwünschte Kontamination der empfindlichen optischen Oberflächen der Spiegelfacetten verursachen.
Nach dem Stand der Technik werden auch die Aktuator-Sensor-Module von der der Vakuumseite abgewandten Seite des Facettenspiegels her mit der Trägereinheit verschraubt. Muss nun eines der Aktuator-Sensor-Module zu Wartungs- oder Reparaturzwecken entnommen werden, wird es üblicherweise erforderlich, auch die Elektronikkomponenten zu entfernen, was mit einem hohen Montageaufwand verbunden ist.
In der DE 10 2018 202 931 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschrauben eines Facettenspiegelelements mit einem Magnet, welcher Teil eines Aktors ist, offenbart.
Auch an die Schraubverbindung der Aktuator-Sensor-Module mit der Trägereinheit werden aufgrund des hier typischerweise geringen zur Verfügung stehenden Bauraums und der drastischen Folgen des Versagens einer Verschraubung hohe Anforderungen gestellt.
Eine Schraubverbindung ist eine lösbare Verbindung, die zwei oder mehrere Teile derart zusammenfügt, dass sie sich unter allen vorkommenden Betriebskräften wie ein Teil verhalten. Von entscheidender Bedeutung für die Betriebssicherheit ist das Erhalten einer ausreichenden Restvorspannkraft (Restklemmkraft). Wird die Betriebskraft während des Betriebs so groß, dass sie die Vorspannkraft aufhebt, kann sich die Schraube je nach Betriebsbelastung lösen, brechen oder eine mit der Vorspannkraft bewirkte Dichtung wird undicht. Gleichzeitig darf die Vorspannkraft die Streckgrenzen der Bauteile der Verschraubung nicht überschreiten, da dies zu einem vorzeitigen Ausfall des Bauteils führen kann. Die Vorspannkraft kann durch eine Erhöhung des Spannungsquerschnitts, durch Verwendung von mehreren oder größeren Schrauben, einer Erhöhung der Schraubengüte, die es möglich macht, bei gleicher Schraubenabmessung die Montagevorspannkraft zu erhöhen oder durch den Einsatz von genaueren Schraubverfahren, so dass die Schraube besser ausgenützt werden kann, erhöht werden. Heute verwendete Schraubverfahren ermöglichen an Hand der beim Verschrauben überwachten Parameter, wie dem Drehmoment, der Steigung des Drehmomentes und/oder dem überschrittenen Drehwinkel, eine genauere Aussage über beziehungsweise auch eine geringere Streuung der resultierenden Vorspannkraft. Die Ermittlung der Vorspannkraft über das Drehmoment wird dabei jedoch durch die hohe Streuung der Gewindereibung und der Unterkopfreibung, beispielsweise zwischen einer Mutter und einer Auflage, die neben der Vorspannkraft die Höhe des Drehmoments bestimmen, erschwert.
Bekannte Anziehverfahren werden beispielsweise in den Schulungsunterlagen der Firma IBES Elektronik GmbH, die unter https://web.archive.org/web/*/http://www.ibes-electronic.de/Schulungsunterlagen_Neutral.pdf* zu finden sind, offenbart.
Weiterhin offenbart die deutsche Patentanmeldung DE 102019207211 A1 ein Verfahren, bei welchem die weiter oben beschriebene notwendige Vorspannung in einem federnden Bereich eines Bauteils gespeichert wird und über eine Mutter eingefroren wird. Dies hat den Nachteil, dass die Verschraubung in einem im späteren Montageprozess schlecht zugänglichen Bereich angeordnet ist, wodurch ein Austausch des Bauteils einen hohen Aufwand und dadurch Kosten verursacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur sicheren Verschraubung eines Aktuator-Sensor-Moduls mit einer Trägereinheit bereitzustellen, wobei der Aufwand zum Wechsel des Aktuator-Sensor-Moduls reduziert werden soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verschraubung eines Aktuator-Sensor-Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Trägereinheit, die sowohl eine Vakuumseite aufweist, als auch eine Nicht-Vakuumseite, d.h. eine Seite, die nicht dem Vakuum ausgesetzt ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Verschraubung von einer Vakuumseite der Trägereinheit vorgenommen wird. Dadurch können die üblicherweise in einem Gehäuse an der der Vakuumseite abgewandten Seite angeordneten Elektronikkomponenten an der Trägereinheit verbleiben und der Montageaufwand wird deutlich reduziert.
Das Verfahren kann dabei insbesondere die folgenden Schritte zur Herstellung einer definierten Schraubverbindung, insbesondere mit einer definierten Vorspannkraft, umfassen:

- Positionieren des Aktuator-Sensor-Moduls zu der Trägereinheit in Einbaulage
- Verbinden des Aktuator-Sensor-Moduls mit einem Mittel zur Erzeugung einer Anpresskraft,
- Verbinden des Aktuator-Sensor-Moduls mit einem Messmittel, beispielsweise einem Differenzmesssystem, zur Messung der Relativbewegung des Aktuator-Sensor-Moduls zu der Trägereinheit unter Einwirkung der Anpresskraft,
- Aufbringen einer definierten Anpresskraft auf das Aktuator-Sensor-Modul,
- Anbringen mindestens eines Verbindungselementes, insbesondere einer Schraube, zur Verbindung des Aktuator-Sensor-Moduls mit der Trägereinheit,
- Verbinden des Verbindungselementes mit einem Messmittel, beispielsweise einer Kraftmessdose zur Bestimmung der Vorspannkraft des Verbindungselementes,
- Anziehen des Verbindungselementes bis zum Erreichen einer vorbestimmten Vorspannkraft,
- Lösen der Anpresskraft und der Messmittel.

Die Anpresskraft kann dabei auf Basis eines Kraft-Weg- und Kraft-Zeit-Diagramms überprüft werden.
Weiterhin kann mindestens einer der folgenden aus dem Kraft-Weg- und Kraft-Zeit-Diagramm bestimmten Werte gegenüber einer Spezifikation geprüft werden: Maximale Kraft, Mindestzeit zur Aufbringung der Kraft, Mindestverpressweg einer Dichtung, Steifigkeit der Dichtung. Außer den bereits genannten Parametern können auch noch die Kopfauflagekraft, der Setzeffekt und die Steifigkeit der Anlage bestimmt werden.
Dadurch, dass das Differenzmesssystem zwei Konfokalsensoren umfasst, kann eine besonders genaue Wegmessung vorgenommen werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 eine Baugruppe, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren zur Montage angewendet wird,
3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, und
4 ein Kraft-Weg-Diagramm und ein Kraft-Zeit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
5 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Montageverfahren.

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Belichtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotron-basierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45°, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978 B1 .
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, /+- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
2 zeigt eine Trägereinheit 31, welche zur Aufnahme von Baugruppen zur Ansteuerung eines in der 1 beschriebenen Facettenspiegels 20, 22 verwendet wird. Die Trägereinheit nimmt dabei mehrere einzelne Aktuator-Sensor-Module 32 auf, welche Aktuatoren und Sensoren (beide nicht dargestellt) umfassen, welche die in 1 beschriebenen Facetten 21, 23 der Facettenspiegel 20, 22 aktuieren bzw. deren Ausrichtung und/oder Position messen. Die Aktuator-Sensor-Module 32 werden in dafür ausgebildete Aussparungen 34 im Gehäuse 33 der Trägereinheit 31 verschraubt. Das Gehäuse 33 umfasst eine in der Figur nicht dargestellte Elektronikeinheit für die Ansteuerung der Aktuatoren und das Auslesen der Sensoren, welche auf Grund von Kontaminationsgefahr für die optischen Elemente und um eine ausreichende Kühlmöglichkeit der Elektronik zu gewährleisten nicht im selben Bereich wie die Facettenspiegel 20, 22 angeordnet sein darf, welche sich im Vakuum befinden. Die in der 2 dargestellte Ansicht zeigt diejenige Seite der Trägereinheit 31, welche im Betriebszustand der Anlage zum Vakuum gerichtet ist, die Aktuator-Sensor-Module 32 werden also von der Vakuumseite aus montiert. Dies hat den Vorteil, dass ein Austausch des Aktuator-Sensor-Moduls 32 im Vergleich zum Stand der Technik ohne Öffnen des Gehäuses 33 vorgenommen werden kann, wodurch der Montageprozess um 10% und die Reparaturzeiten zum Austausch eines Aktuator-Sensor-Moduls 32 um 95% gegenüber der vorherigen Lösung reduziert werden. Zur Abdichtung der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 33 und dem Aktuator-Sensor-Modul 32 ist eine als O-Ring 36 ausgebildete Dichtung auf einem Absatz 35, welcher die Aussparung 34 umschließt, angeordnet. Der handelsübliche O-Ring 36 wird bei der Montage der Aktuator-Sensor-Module 32 zwischen dem Aktuator-Sensor-Modul 32 und dem Gehäuse 33 verpresst, wobei der Prozess für die O-Ringe 36 optimiert wurde. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung wurde eine Dichtmatte verwendet, ähnlich einer Zylinderkopfdichtung. Im Falle einer Beschädigung mussten alle Aktuator-Sensor-Module 32 für den Tausch der Dichtung ausgebaut und wieder eingebaut werden. Durch die gezeigte Lösung wird der Tauschprozess erheblich vereinfacht. Die O-Ringe 36 weisen ein thixotropes Verhalten auf, die bedeutet, dass die Viskosität infolge andauernder äußerer Beanspruchung abnimmt. Dies hat den Vorteil, dass das Material des O-Rings 36 beim Verpressen in die Kante des Absatzes 35 fließt und sich nach Lösen der Anpresskraft in diesem Zustand wieder verfestigt. Ein bekanntes Beispiel für thixotrope Materialien ist Weichknetmasse, die durch Kneten weich wird und nach Beenden der Beanspruchung wieder fest wird oder auch Zahnpasta, welche beim Ausdrücken weich wird und danach auf der Zahnbürste wieder fest wird. Diese Eigenschaft tritt nicht instantan, sondern zeitverzögert, auf, was die Kraft, die benötigt wird, um die O-Ringe 36 zu verpressen, erhöht. Dies ist zu berücksichtigen, um eine Beschädigung des Aktuator-Sensor-Moduls 32 beim Verpressen zu vermeiden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die einzelnen Module 32 mit jeweils zwei zentral- und unterkopfentlüfteten als TORX^®-Schrauben ausgebildeten Schrauben 37 als Verbindungselement verschraubt, welche auf Grund des Einsatzes in einer Vakuumumgebung aus einem speziellen Stahl, einem sogenannten Nitronic® Stahl der Firma AK Steel, hergestellt sind. Auch eine Verbindung bzw. Verschraubung mit nur einem oder mehr als zwei Verbindungselementen 37 ist denkbar.
3 zeigt eine Montagevorrichtung 30 zur Montage von Aktuator-Sensor-Modulen 32 in dem Gehäuse 33 der Trägereinheit 31. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Aktuator-Sensor-Modul 32 dargestellt. Die Montagevorrichtung 30 umfasst als Mittel zur Erzeugung einer Anpresskraft eine Anpressvorrichtung 38 zum Anpressen des Aktuator-Sensor-Moduls 32 an die Trägereinheit 31, wobei dabei auch der in der Figur nicht gesondert dargestellte O-Ring 36 verpresst wird. Die Anpressvorrichtung 38 umfasst eine Anpressstange 51, welche in Momentenaufnahmen 46 geführt wird und über einen Eckverbinder 52 momentsteif mit einem Anpressbalken 50 verbunden ist. Dieser ist seinerseits in Momentenabstützungen 47 geführt und wird durch einen Pneumatikzylinder 49 mit Kraft beaufschlagt. Der Weg des Anpressbalkens 50 wird über ein als Laserentfernungsmesssystem 48 ausgebildetes Messsystem erfasst, welches relativ große Wege im Bereich von 1 bis 20 Millimeter erfassen kann. Das dem Eckverbinder 52 gegenüberliegende Ende der Anpressstange 51 überträgt die Kraft des Pneumatikzylinders 49 auf einen auf dem Aktuator-Sensor-Modul 32 aufgelegten Adapter 39 und damit auf das Aktuator-Sensor-Modul 32. Die auf das Aktuator-Sensor-Modul 32 wirkende Kraft wird durch ein als eine im oberen Bereich der Anpressstange 51 angeordnete Kraftmessdose 45 ausgebildetes Messmittel erfasst und an eine nicht dargestellte Steuerung übermittelt. Weiterhin umfasst die Montagevorrichtung 30 als Messmittel ein Differenzmesssystem 42, welches die Bewegung des Aktuator-Sensor-Moduls 32 relativ zur Trägereinheit 31 erfasst, wodurch eine Deformation der Trägereinheit 31 nicht als Störgröße in die Erfassung der Bewegung des Aktuator-Sensor-Moduls 32 eingeht. Der Adapter 39 hat dafür eine Aussparung (nicht dargestellt), so dass ein als Konfokalsensor 43 ausgebildeter erster Sensor direkt auf das Aktuator-Sensor-Modul 32 messen kann. Ein zweiter Konfokalsensor 44 misst auf die Oberfläche der Trägereinheit 31, wobei beide Konfokalsensoren 43, 44 auf einer gemeinsamen Basis 53 angeordnet sind, die zur Vermeidung von Störungen gegenüber der Montagevorrichtung 30 kraftentkoppelt gelagert ist.
Aus den Signalen der Kraftmessdose 45 und der Konfokalsensoren 43 und 44 kann ein Kraft-Weg-Diagramm bestimmt werden, welches in der 4 näher erläutert wird.
Das Aktuator-Sensor-Modul 32 wird mit der Trägereinheit 31 durch Schrauben 37 verbunden, welche von derselben Seite verschraubt werden, von der aus auch die Anpresskraft aufgebracht wird. Zur Bestimmung der durch das Anziehen der Schrauben 37 erreichten Vorspannkraft der Verbindung wird die Drehlage der Schrauben 37 mit Hilfe von Endlagenschaltern (nicht dargestellt) einer Drehlagenerfassungseinheit 40 und das Drehmoment mit einem ebenfalls von der Drehlagenerfassungseinheit 40 umfassten Drehmomentschlüssel 41 erfasst und überwacht. Die Signale der beiden Konfokalsensoren 43, 44, des Differenzmesssystems 42, der Endlagenschalter und des Drehmomentschlüssels 41, der als elektrischer Drehmomentschrauber ausgebildet sein kann, werden an eine nicht dargestellte Steuerung und/oder Datenbank übertragen. Die Steuerung bestimmt mit Hilfe eines Algorithmus anhand der Signale die Höhe der Vorspannkraft, Anpressdruck und weitere Parameter des Montageprozesses und kann dadurch dessen Qualität überwachen. Dies hat den Vorteil, dass durch die Überwachung vermieden werden kann, dass eine Schraube 37 nicht angezogen wird, was zu einer Beschädigung des Spiegels führen kann. Der Montageprozess wird anhand der 4 und 5 näher erläutert.
4 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm und ein Kraft-Zeit-Diagramm, welche jeweils auf den Signalen der in 3 beschriebenen Kraftmessdose 45 und des Laserentfernungsmessers 48 beziehungsweise des Differenzmesssystems 42 basieren. Bei der Montage wird zunächst der O-Ring 36 auf das Aktuator-Sensor-Modul 32 aufgeschoben. Danach wird das Aktuator-Sensor-Modul 32 in die Aussparung 34 des Gehäuses 33 eingelegt. Auf dem Aktuator-Sensor-Modul 32 wird ein Adapter 39 positioniert, welcher einerseits eine Kontaktfläche für die Anpressstange 51 umfasst, als auch eine Schnittstelle für eine Drehlagenerfassungseinheit 40. In einem ersten Schritt wird die Anpressstange 51 zugestellt (Punkt A), wobei noch kein Kontakt zwischen der Anpressstange 51 und dem Adapter 39 besteht. Die im Kraft-Weg-Diagramm dargestellte Kraft ist deswegen im Abschnitt I konstant über den Weg, welcher über den Laserentfernungsmesser 48 erfasst wird. Sie ist im Wesentlichen auf Reibung in den in 3 beschriebenen Momentenaufnahmen 46 und Momentenabstützungen 47 zurückzuführen. Beim Kontakt von Anpressstange 51 und Adapter 39 steigt die Kraft zunächst sprunghaft an (Punkt B im Diagramm). Der Weg, welcher im dargestellten Kraft-Weg-Diagramm im Abschnitt II gegenüber den anderen Abschnitten 100-fach überhöht dargestellt ist, wird ab Punkt B mit dem Differenzmesssystem 42 erfasst und liegt bei ca. 0,1 bis 0,5 mm. Dabei hat die Trennung der Wegmessung von der Anpressvorrichtung 38 den Vorteil, dass die Stauchung des Adapters 39 nicht in der Berechnung berücksichtigt werden muss. Ab Punkt B wird die Kraft des Pneumatikzylinders von der Steuerung in einem Regelkreis stufenweise (Abschnitt C) erhöht, was in dem Kraft-Zeit-Diagramm anhand des stufenweisen Verlaufs der gestrichelten Linie gut zu erkennen ist. In diesem Bereich C wird der O-Ring 36 verpresst, bis im Punkt D des Weg-Kraft-Diagramms das Aktuator-Sensor-Modul 32 mit seiner als Kopfauflage ausgebildeten Kontaktfläche auf der Trägereinheit 31 aufliegt. Die stufenweise Erhöhung wird dadurch nötig, dass es der Dichtung 36 ermöglicht werden soll, sich der Geometrie anzupassen. Dadurch soll eine unnötige Krafteinbringung in das System vermieden werden. Dies steigert die Langlebigkeit der Dichtung 36 und der Trägereinheit 31. Die Kraft wird bis zu einer vorbestimmten Anpresskraft, welche im beschriebenen Ausführungsbeispiel bei 500N liegt, weiterhin stufenweise erhöht, ohne dass sich der Weg dabei ändert. Ist die vorbestimmte Anpresskraft erreicht, wird diese konstant gehalten und das Aktuator-Sensor-Modul 32 mit der Trägereinheit 31 verschraubt (Bereich E). Die Vorspannung der Verschraubung wird durch die Erfassung der Drehwinkel der Schrauben und der zum Anziehen verwendeten Drehmomente bestimmt. Ist die Vorspannkraft im Rahmen der Spezifikation, wird die Anpresskraft gelöst (Punkt F), wobei der Weg auf Grund von Setzeffekten der Schrauben 37, des O-Rings 36 und des Aktuator-Sensor-Moduls 32 leicht rückläufig ist (Bereich III). Die Setzeffekte werden ebenfalls über das Differenzmesssystem 42 erfasst und in der Steuerung mit Hilfe von Auswertealgorithmen bestimmt. Ist der Wert der Anpresskraft, die Vorspannung und die Setzeffekte im Rahmen der vorbestimmten Toleranzen, ist die Montage erfolgreich abgeschlossen und das nächste Aktuator-Sensor-Modul 32 kann montiert werden. Der gesamte Montageprozess wird über ein Montageprogramm gesteuert und/oder geregelt, so dass eine hohe Prozessstabilität gewährleistet werden kann. Der Prozess wurde für das ausführende Montagepersonal einfach gehalten, um menschliche Fehler möglichst zu minimieren. Alternativ ist auch eine Automatisierung des gesamten Prozesses denkbar, wobei ein Roboter die Positionierung der Aktuator-Sensor-Module 32 zum Gehäuse 33 und das Verschrauben der Module übernehmen würde.
5 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Montage eines Aktuator-Sensor-Moduls 32 auf eine Trägereinheit 31 mit einer Montagevorrichtung 30.
In einem ersten Verfahrensschritt 61 wird das Aktuator-Sensor-Modul 32 zu der Trägereinheit 31 in Einbaulage positioniert.
In einem zweiten Verfahrensschritt 62 wird das Aktuator-Sensor-Modul 32 mit einem Mittel zur Erzeugung einer Anpresskraft verbunden.
In einem dritten Verfahrensschritt 63 wird das Aktuator-Sensor-Modul 32 mit einem Messmittel zur Messung einer Relativbewegung des Aktuator-Sensor-Moduls 32 zu der Trägereinheit 31 unter Einwirkung der Anpresskraft verbunden.
In einem vierten Verfahrensschritt 64 wird eine definierte Anpresskraft auf das Aktuator-Sensor-Modul 32 aufgebracht.
In einem fünften Verfahrensschritt 65 wird mindestens ein Verbindungselement zur Verbindung des Aktuator-Sensor-Moduls 32 mit der Trägereinheit 31 angebracht.
In einem sechsten Verfahrensschritt 66 wird das Verbindungselement mit einem Messmittel zur Bestimmung der Vorspannkraft des Verbindungselementes verbunden.
In einem siebten Verfahrensschritt 67 wird das Verbindungselement bis zum Erreichen einer vorbestimmten Vorspannkraft angezogen.
In einem achten Verfahrensschritt 68 werden die Anpresskraft und die Messmittel gelöst.
Bezugszeichenliste

1: Projektionsbelichtungsanlage
2: Beleuchtungssystem
3: Strahlungsquelle
4: Beleuchtungsoptik
5: Objektfeld
6: Objektebene
7: Retikel
8: Retikelhalter
9: Retikelverlagerungsantrieb
10: Projektionsoptik
11: Bildfeld
12: Bildebene
13: Wafers
14: Waferhalter
15: Waferverlagerungsantrieb
16: EUV-Strahlung
17: Kollektor
18: Zwischenfokusebene
19: Umlenkspiegel
20: Facettenspiegel
21: Facetten
22: Facettenspiegel
23: Facetten
30: Montagevorrichtung
31: Trägereinheit
32: Aktuator-Sensor-Modul
33: Gehäuse
34: Aussparung
35: Absatz
36: O-Ring
37: Schrauben
38: Anpressvorrichtung
39: Adapter
40: Drehlagenerfassungseinheit
41: Drehmomentschlüssel
42: Differenzmesssystem
43: Konfokalsensor
44: Konfokalsensor
45: Kraftmessdose
46: Momentenaufnahme
47: Momentenabstützung
48: Laserentfernungsmesser
49: Pneumatikzylinder
50: Anpressbalken
51: Anpressstange
52: Eckverbinder
53: Basis Differenzmesssystem
61: Verfahrensschritt 1
62: Verfahrensschritt 2
63: Verfahrensschritt 3
64: Verfahrensschritt 4
65: Verfahrensschritt 5
66: Verfahrensschritt 6
67: Verfahrensschritt 7
68: Verfahrensschritt 8
I: Messbereich 1 - bis Anlage Stempel an Adapter
II: Messbereich 2 - Verpressen O-Ring, Kontakt Kopfauflage
III: Messbereich 3 - Setzeffekte
A: Offset Pneumatikzylinder - Reibung
B: Anlage Anpressstange
C: Aufbringung Anpresskraft (stufenweise)
D: Erreichen der Kopfauflage
E: Verschraubung
F: Lösen der Kraft

Claims

Verfahren zur Verschraubung eines Aktuator-Sensor-Moduls (32) einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie (1) mit einer Trägereinheit (31), wobei die Trägereinheit (31) sowohl eine Vakuumseite aufweist, als auch eine Nicht-Vakuumseite, d.h. eine Seite, die nicht dem Vakuum ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschraubung von einer Vakuumseite der Trägereinheit (31) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Verfahrensschritte zur Verschraubung mit einer definierten Vorspannkraft umfasst: - Positionieren des Aktuator-Sensor-Moduls (32) zu der Trägereinheit (31) in Einbaulage, - Verbinden des Aktuator-Sensor-Moduls (32) mit einem Mittel (38) zur Erzeugung einer Anpresskraft, - Verbinden des Aktuator-Sensor-Moduls (32) mit einem Messmittel (42) zur Messung der Relativbewegung des Aktuator-Sensor-Moduls (32) zu der Trägereinheit (31) unter Einwirkung der Anpresskraft, - Aufbringen einer definierten Anpresskraft auf das Aktuator-Sensor-Modul (32), - Anbringen mindestens eines Verbindungselementes (37) zur Verbindung des Aktuator-Sensor-Moduls (32) mit der Trägereinheit (31), - Verbinden des Verbindungselementes (37) mit einem Messmittel (45) zur Bestimmung der Vorspannkraft des Verbindungselementes (37), - Anziehen des Verbindungselementes (37) bis zum Erreichen einer vorbestimmten Vorspannkraft, - Lösen der Anpresskraft und der Messmittel (42,45).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft auf Basis eines Kraft-Weg- und Kraft-Zeitdiagramms überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der folgenden aus dem Kraft-Weg- und Kraft-Zeit-Diagramm bestimmten Werte gegenüber einer Spezifikation geprüft wird: Maximale Kraft, Mindestzeit zur Aufbringung der Kraft, Mindestverpressweg einer Dichtung, Steifigkeit der Dichtung, Kopfauflagekraft, Setzeffekt und Steifigkeit der Anlage.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Verbindungselement (37) um eine Schraube handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzmesssystem (42) vorhanden ist, welches die Bewegung des Aktuator-Sensor-Moduls (32) relativ zur Trägereinheit (31) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzmesssystem (42) zwei Konfokalsensoren (43,44) umfasst.