DE102022212279A1

DE102022212279A1 - Baugruppe eines optischen Systems

Info

Publication number: DE102022212279A1
Application number: DE102022212279.8A
Authority: DE
Inventors: Markus Holz; Stefan Walz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-11-18
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2024-05-23
Also published as: WO2024104727A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines optischen Systems mit einem Spiegelarray (110, 210, 310) mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen, einem mechanischen Positionierungspfad, über welchen die Position der Spiegelelemente mechanisch festlegbar ist, und einem Wärmeleitpfad, über welchen im Betrieb des optischen Systems Wärme von dem Spiegelarray (110, 210, 310) bis zu einem Kühler (120, 420) abführbar ist, wobei der mechanische Positionierungspfad und der Wärmeleitpfad voneinander räumlich separiert sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe eines optischen Systems.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In für den EUV-Bereich ausgelegten Projektionsobjektiven, d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13.5 nm oder geringer, werden mangels Verfügbarkeit geeigneter lichtdurchlässiger refraktiver Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
In der Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist insbesondere der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Spiegelelementen bzw. Spiegelfacetten aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen über Festkörpergelenke kippbar ausgelegt sein können. Diese Spiegelfacetten können wiederum ihrerseits eine Mehrzahl von Mikrospiegeln umfassen. Des Weiteren ist auch in einer Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb bei Wellenlängen im VUV-Bereich ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zur Einstellung definierter Beleuchtungssettings (d.h. Intensitätsverteilungen in einer Pupillenebene der Beleuchtungseinrichtung) der Einsatz von Spiegelanordnungen, z.B. aus WO 2005/026843 A2 , bekannt, welche eine Vielzahl unabhängig voneinander einstellbarer Mikrospiegel umfassen.
Ein in der Praxis auftretendes Problem ist, dass die EUV-Spiegel bzw. Spiegelelemente u.a. infolge Absorption der von der EUV-Lichtquelle emittierten Strahlung eine Erwärmung und eine damit einhergehende thermische Ausdehnung bzw. Deformation erfahren, welche wiederum eine Beeinträchtigung der Abbildungseigenschaften des optischen Systems zur Folge haben kann. Zur Vermeidung von durch Wärmeeinträge in einen EUV-Spiegel verursachten Oberflächendeformationen und damit einhergehenden optischen Aberrationen sind diverse Ansätze bekannt, insbesondere ein aktives direktes Kühlen der Spiegel bzw. Spiegelelemente.
Ein bei aktiver Kühlung der vorstehend genannten Spiegel bzw. Spiegelelemente in der Praxis auftretendes Problem ist, dass mit zunehmender Leistung der Lichtquelle die Erzielung einer hinreichend effizienten Wärmeableitung bei weiterhin zu gewährleistender hoher Präzision der Spiegel bzw. Spiegelelemente eine anspruchsvolle Herausforderung darstellt. Als problematisch erweist sich dabei insbesondere, dass die Wärmeabfuhr unter Gewährleistung der Dichtigkeit zur Aufrechterhaltung der Vakuumbedingungen in der Umgebung des Spiegelarrays zu erfolgen hat, wobei zugleich die für die Ansteuerung der Spiegelelemente erforderlichen elektrischen Zuleitungen von einer außerhalb dieses Vakuums in der Umgebungs- bzw. Reinraumatmosphäre befindlichen Ansteuerungselektronik-Anordnung zur Spiegelanordnung hin geführt werden müssen.
Die hierbei für die mechanische Halterung sowie Ansteuerung des Spiegelarrays bereitzustellende Baugruppe weist dabei insofern eine hohe Deformationsempfindlichkeit auf, als eine mit der Erwärmung der Spiegelelemente durch auftreffende elektromagnetische Strahlung, aber auch mit parasitärer Wärme der Elektronikkomponenten einhergehende thermisch induzierte Deformation letztlich zu einer Verkippung der Spiegelelemente und damit zu optischen Aberrationen führt, wodurch die Performance des optischen Systems bzw. der Projektionsbelichtungsanlage beeinträchtigt wird.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2012 200 733 A1 , DE 10 2014 203 144 A1 und US 9,658,542 B2 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Baugruppe eines optischen Systems bereitzustellen, welche auch bei hohen thermischen Lasten eine wirksame Vermeidung thermisch induzierter Deformationen eines in der Baugruppe vorhandenen Spiegelarrays bei zugleich gewährleisteter Positioniergenauigkeit der Spiegelelemente ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Baugruppe gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine Baugruppe eines optischen Systems weist auf

- ein Spiegelarray mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen;
- einen mechanischen Positionierungspfad, über welchen die Position der Spiegelelemente mechanisch festlegbar ist; und
- einen Wärmeleitpfad, über welchen im Betrieb des optischen Systems Wärme von dem Spiegelarray bis zu einem Kühler abführbar ist;
- wobei der mechanische Positionierungspfad und der Wärmeleitpfad voneinander räumlich separiert sind.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einer ein Spiegelarray mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen aufweisenden Baugruppe einen zur mechanischen Festlegung der Position der Spiegelelemente dienenden Positionierungspfad räumlich getrennt von einem zur Wärmeabfuhr dienenden Wärmeleitpfad zu realisieren mit der Folge, dass entlang des Wärmeleitpfades unvermeidlich auftretende thermische Deformationen ohne signifikanten Einfluss auf die - über den separaten mechanischen Positionierungspfad realisierte bzw. aufrechterhaltene - Positionsstabilität der Spiegelelemente bleiben. Insbesondere kann aufgrund der erfindungsgemäßen Separierung von mechanischem Positionierungspfad einerseits und Wärmeleitpfad andererseits eine vergleichsweise flexible Ausgestaltung bzw. flexible Anbindung an den Kühler entlang des Wärmeleitpfades mit einer vergleichsweise steifen Ausgestaltung des mechanischen Positionierungspfades kombiniert werden.
Hierbei macht sich die Erfindung den Umstand zunutze, dass aufgrund der erfindungsgemäßen funktionellen Trennung von Wärmeabfuhr und mechanischer Positionierung zum einen die Positionierung von der Wärmeleitung entlastet und zum anderen der Wärmeleitpfad von der mechanischen Positionierung entkoppelt ist. Somit bleiben im Wärmeleitpfad verursachte Deformationen aufgrund der mechanischen Flexibilität ohne Auswirkungen auf die Positionsgenauigkeit bzw. Stabilität der Spiegelelemente. Umgekehrt ist erfindungsgemäß entlang des mechanischen Positionierungspfades eine steife Anbindung des Spiegelarrays zwar erforderlich, wobei jedoch entlang dieses Positionierungspfades keine signifikante Wärmeleitung und somit auch keine thermisch induzierten Deformationen entstehen, da die Wärme wie vorstehend beschrieben den Weg über den separaten Wärmeleitpfad nimmt. Insbesondere kann erfindungsgemäß hierzu der Positionierungspfades sogar gezielt mit einer vergleichsweise schlechten Wärmeleitfähigkeit ausgestaltet werden.
Im Ergebnis haben auch auf Seiten des Kühlers auftretende Vibrationen (z.B. infolge der dortigen Kühlfluidströmung) nur noch einen reduzierten Einfluss auf die Positionsstabilität der Spiegelelemente, da der Kühler lediglich über den vergleichsweise flexiblen Wärmeleitpfad, nicht jedoch über den mechanischen Positionierungspfad angebunden wird und insbesondere vom Spiegelarray bzw. einer damit fest verbundenen Tragstruktur der Baugruppe mechanisch entkoppelt werden kann. Dabei können thermisch induzierte Deformationen oder Montagetoleranzen des Kühlers teilweise oder vollständig entkoppelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform verläuft der Wärmeleitpfad über wenigstens ein mechanisch flexibles wärmeleitendes Element.
Gemäß einer Ausführungsform weist das wenigstens eine flexible wärmeleitende Element eine Heatpipe oder wenigstens ein wärmeleitendes mechanisch entkoppelndes Festkörpergelenk, insbesondere wenigstens eine Litze aus einem wärmeleitenden Material, z.B. Kupfer (Cu), auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Thermalwiderstand der Heatpipe variabel einstellbar. Hierdurch kann auch eine Temperaturregelung implementiert, also über eine Kühlung des Spiegelarrays mit konstanter Kühlleistung hinaus auch dessen Temperatur gezielt eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Baugruppe eine Interface-Komponente auf, welche als Festkörpergelenk mit einer Entkopplungsgeometrie ausgestaltet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine entlang des mechanischen Positionierungspfades vorhandene Steifigkeit um wenigstens den Faktor 10, insbesondere um wenigstens den Faktor 100, größer als eine entlang des Wärmeleitpfades vorhandene Steifigkeit.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine entlang des Wärmeleitpfades vorhandene Wärmeleitfähigkeit um wenigstens den Faktor 10, insbesondere um wenigstens den Faktor 100, größer als eine entlang des mechanischen Positionierungspfades vorhandene Wärmeleitfähigkeit.
Gemäß einer Ausführungsform ist in dem mechanischen Positionierungspfad wenigstens ein Bereich zur thermalen Isolation ausgebildet, welcher eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K), insbesondere weniger als 1 W/(m-K), besitzt. Dies ist insofern vorteilhaft, als der mechanische Positionierungspfades dann gezielt mit einer vergleichsweise schlechten Wärmeleitfähigkeit ausgestaltet wird und somit der Wärmeanteil erhöht bzw. maximiert wird, der vom Spiegelarray über den Wärmeleitpfad abließt.
Gemäß einer Ausführungsform verläuft der Wärmeleitpfad über einen zur Ansteuerung der Spiegelelemente dienenden Controller.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Spiegelarray auf einem Keramikträger angeordnet, in welchem Ansteuerungs-Zuleitungen zu den Spiegelelementen verlaufen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Keramikträger auf einer Tragstruktur zur Separierung einer in der Umgebung des Spiegelarrays vorhandenen Vakuumatmosphäre gegen eine in der Umgebung des Kühlers vorhandene Nicht-Vakuumatmosphäre fixiert.
Gemäß einer Ausführungsform ist diese Tragstruktur von dem Kühler über wenigstens ein Entkopplungselement mechanisch entkoppelt. Infolgedessen wird verhindert, dass auf Seiten des Kühlers auftretende Vibrationen (z.B. infolge der dortigen Kühlfluidströmung) sich über die Tragstruktur auf die Positionsstabilität der Spiegelelemente auswirken. Zudem ist dann hinsichtlich der Positionierung des Kühlers maximale Freiheit gegeben, da insoweit auf keine Randbedingungen der mechanischen Anbindung Rücksicht genommen werden muss.
Gemäß einer Ausführungsform ist an dem Kühler eine Ansteuerungselektronik-Anordnung fixiert. Hierdurch wird eine unmittelbare und somit besonders effektive Kühlung dieser Ansteuerungselektronik-Anordnung realisiert und zugleich der Umstand ausgenutzt, dass die Anbindung der Ansteuerungselektronik-Anordnung an den Kühler vollständig in Nicht-Vakuum-Atmosphäre realisiert werden kann, insoweit also nicht-vakuumtaugliche Standardkomponenten zum Einsatz kommen können.
Gemäß einer Ausführungsform ist im Wärmeleitpfad (insbesondere zwischen dem mechanisch flexiblen wärmeleitenden Element und dem Kühler) ein Heatspreader angeordnet. Hierdurch kann der Wärmeübergang von mechanisch flexiblen wärmeleitenden Element zum Kühler verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Spiegelarray für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere von weniger als 15 nm, ausgelegt.
Die Erfindung betrifft weiter ein optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einer Baugruppe mit den vorstehend beschrieben Merkmalen, sowie auch eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem solchen optischen System.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise einer Baugruppe eines optischen Systems in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
4a-4b schematische Darstellungen einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
5a-5e schematische Darstellungen zur Erläuterung eines möglichen Verfahrens zum Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Baugruppe; und
6 eine schematische Darstellung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren werden Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Baugruppe sowie der mögliche Zusammenbau einer solchen Baugruppe unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen von 1 bis 5e beschrieben. Diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass für ein Spiegelarray mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen, bei welchem es sich insbesondere um einen Facettenspiegel (z.B. einen Feldfacettenspiegel oder Pupillenfacettenspiegel) in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (beispielsweise mit dem in 6 dargestellten Aufbau) handeln kann, ein mechanischer Positionierungspfad räumlich separat von einem zur Abführung von Wärme vom Spiegelarray dienenden Wärmeleitpfad realisiert wird, also hinsichtlich des Spiegelarrays eine funktionelle Trennung der Wärmeabfuhr einerseits und der mechanischen Positionierung andererseits voneinander verwirklicht wird. Außerdem wird vorzugsweise der Pfad der elektrischen Kontaktierung ebenfalls separat von dem Wärmeleitpfad und der Positionierung ausgeführt, so dass auch insoweit keine parasitäre Wechselwirkung vorhanden ist.
1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Baugruppe sowie des der Erfindung zugrundeliegenden o.g. Prinzips. Gemäß 1 ist ein Spiegelarray 110 auf einem Keramikträger 111 befestigt. Das Spiegelarray 110 weist in für sich bekannter Weise eine Mehrzahl von Spiegelelementen in Form mikroelektromechanischer Systeme (sogenannter „MEMS-Spiegel“) auf, die in 1 der Einfachheit halber nicht im Detail dargestellt sind und deren jeweilige Spiegel in für sich bekannter Weise über (in 1 ebenfalls nicht dargestellte) Aktoren unabhängig voneinander verstellbar ausgestaltet sind, wozu entsprechende elektrische Zuleitungen durch den Keramikträger 111 zu dem Spiegelarray 110 geführt werden. Bei dem Material des Keramikträgers 111 handelt es sich um ein Material von vergleichsweise guter Wärmeleitfähigkeit (z.B. größer als 100 W/(m·K)), z.B. eine Aluminiumnitrid-Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 170 W/(m·K).
Von dem Keramikträger 111 verläuft gemäß 1 zum einen ein mechanischer Positionierungspfad (wie über den gestrichelten Pfeil dargestellt) entlang einer weiteren Keramikkomponente 112 zu einer Tragstruktur 114. Mit „113“ ist eine Dichtung zwischen der Keramikkomponente 112 und der Tragstruktur 114 bezeichnet. Durch die Tragstruktur 114 sowie den Keramikträger 111 wird eine in der Umgebung des Spiegelarrays 110 vorhandene Vakuumatmosphäre von einer Nicht-Vakuumatmosphäre (z.B. Reinraumatmosphäre) separiert. Bei dem keramischen Material der Keramikkomponente 112 handelt es sich um ein Material von vergleichsweise schlechter Wärmeleitfähigkeit, z.B. eine Aluminiumoxid-Keramik mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 35 W/(m·K). Die Verbindung zwischen dem Keramikträger 111 und der Keramikkomponente 112 wird vorzugsweise mit einem bewusst sehr schlecht wärmeleitfähigen Material (kleiner als 5 W/ (m·K), insbesondere kleiner als 1 W/(m·K)) ausgeführt.
Des Weiteren verläuft räumlich separat von dem mechanischen Positionierungspfad ein (in 1 über den durchgezogenen Pfeil dargestellter) Wärmeleitpfad von dem Keramikträger 111 über ein flexibles wärmeleitendes Element. Dieses flexible wärmeleitende Element ist in der dargestellten Ausführungsform (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) als Heatpipe 130 ausgestaltet und führt zu einem Kühler 120, welcher in für sich bekannter Weise von einem Kühlfluid durchströmbare Kühlkanäle 120a aufweist. Mit „135“ und „136“ sind jeweils geeignete Interface-Komponenten aus einem Material mit guter Wärmeleitung (z.B. Kupfer) bezeichnet, über welche das flexible wärmeleitende Element bzw. die Heatpipe 130 einerseits an den Keramikträger 111 und andererseits an den Kühler 120 mechanisch - sowie thermisch möglichst gut leitend - angekoppelt ist.
Über den gepunkteten Pfeil dargestellt ist ein sowohl vom mechanischen Positionierungspfad als auch vom Wärmeleitpfad separater elektrischer Pfad, über welchen wie im Weiteren noch näher beschrieben die elektrische Ansteuerung des Spiegelarrays 110 erfolgt. Dabei ist mit „141“ eine Ansteuerungselektronik-Anordnung bezeichnet, welche direkt am Kühler 120 angebracht ist. Somit ist kein weiterer Kühler erforderlich.
2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Gemäß 2 verläuft der Wärmeleitpfad über einen Controller 250, an welchem die in 2 mit „242“ bezeichneten und innerhalb des Keramikträgers 211 verlaufenden elektrischen Zuleitungen fixiert (z.B. angeklebt oder angelötet) sind. Der Controller 250 ist ferner über eine Interface-Komponente 235 aus einem Material mit guter Wärmeleitung (z.B. Kupfer) mit der Heatpipe 230 gekoppelt. Die Kopplung zwischen der Heatpipe 230 und der Interface-Komponente 235 kann über eine Lötverbindung realisiert sein. Für die Verbindung zwischen dem Controller 250 und der Interface-Komponente 235 kann eine geeignete Thermal-Interface-Schicht verwendet werden, welche unter mechanisch flexibler Ankopplung zwischen dem Controller 250 und der Interface-Komponente 235 eine gute Wärmeleitfähigkeit bereitstellt.
Bei der in 2 gezeigten Anordnung kann der Umstand ausgenutzt werden, dass der Controller 250 bzw. die entsprechenden Löt- oder Klebeverbindungen zu den Zuleitungen 242 sich in Nicht-Vakuumatmosphäre befinden und demzufolge insoweit auch nicht vakuumtaugliche Standardkomponenten verwendet werden können. Hingegen erfolgt die Kontaktierung der Zuleitungen 242 am Spiegelarray 210 als vakuumtaugliche Verbindung (z.B. Silberkleber).
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die anhand von 2 beschriebene Anordnung des Controllers 250 beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann ein solcher Controller auch unmittelbar unterhalb des Spiegelarrays 210 bzw. zwischen Spiegelarrays 210 und Keramikträger 211 platziert und zur elektrischen Anbindung mit entsprechenden Silizium-Durchkontaktierungen (TSV = „Through Silicon Vias“) versehen werden.
Der mechanische Positionierungspfad gemäß 2 verläuft im Wesentlichen analog zu 1 im Bereich der Seitenflächen der Baugruppe und insbesondere wieder über eine Keramikkomponente 212 (z.B. aus Aluminiumoxid-Keramik) von vergleichsweise schlechter Wärmeleitung, wobei gemäß 2 zusätzlich ein Bereich 246 zur thermalen Entkopplung im mechanischen Positionierungspfad vorgesehen ist. Dieser Bereich 246 befindet sich im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen der Keramikkomponente 212 und dem Keramikträger 211 und kann z.B. als Kleber mit vergleichsweise schlechter Wärmeleitung (insbesondere weniger als 10 W/(m·K), bevorzugt weniger als 1 W/(m·K)) realisiert sein.
Mit „251“ und „252“ sind im Bereich des Controllers 250 angeordnete elektronische Komponenten wie Stecker, Kapazitäten und Widerstände bezeichnet. Eine Vergussmasse 247 kann optional dazu dienen, den Wärmefluss vom Keramikträger 211 über die Interface-Komponente 235 zu verbessern. Mit „248“ ist ein Spannungsregler bezeichnet, welcher auf einer Einsteck-Platine (PCB= „printed circuit board“) 249 an die Komponenten 251 bzw. Stecker und den Controller 250 angeschlossen ist.
3 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe in einer weiteren Ausführungsform, wobei im Vergleich zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit wiederum um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Gemäß 3 ist im Unterschied zu 2 insbesondere ein Bereich der Interface-Komponente 335 als Festkörpergelenk mit geeigneter Entkopplungsgeometrie ausgestaltet. Hierzu weist gemäß 3 die Interface-Komponente 335 seitlich angeordnete gebogene Abschnitte auf, welche gegen den Keramikträger 311 drücken. Hierdurch können in kontrollierter Weise Anpresskräfte in horizontaler Richtung von der Interface-Komponente 335 auf den Keramikträger 311 erzeugt werden, welche den thermalen Kontakt bei Erwärmung verbessern. Zugleich wird infolge der mechanischen Entkopplung in vertikaler Richtung durch gleitfähige Flächen (z.B. verbunden mit Wärmeleitpaste) eine Einleitung unerwünschter mechanischer Spannungen bzw. Deformationen aufgrund des insoweit vorhandenen nicht formschlüssigen Kontakts zwischen Materialien unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten (Interface-Komponente 335 bzw. Keramikträger 311) vermieden.
4a-4b zeigen schematische Darstellungen einer erfindungsgemäßen Baugruppe, wobei im Vergleich zu 3 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten wiederum mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Dargestellt sind in 4 insbesondere die thermale Ankopplung der Heatpipe 430 an den Kühler 420, welche gemäß 4a-4b über einen Heatspreader 436 erfolgt, und die mechanische Anbindung der Baugruppe an die Tragstruktur 414 unter Einsatz einer Klemmvorrichtung 415. Ebenfalls dargestellt ist die definierte Verpressung der Dichtungen 413 anhand eines mechanischen Anschlags von der Keramikkomponente 412 an die Tragstruktur 414. Dabei erfolgt die Wärmeabgabe über Kühllamellen, welche jeweils innerhalb eines von Kühlfluid (z.B. Kühlwasser) durchströmten Kühlkanals 420a des Kühlers 420 angeordnet sind. Mit „433“ sind (O-Ring-)Dichtungen bezeichnet. Der Heatspreader 436 kann aus einem metallischen Material wie z.B. Kupfer hergestellt oder ebenfalls mit Heatpipes ausgestaltet sein. Im Ergebnis wird über den Heatspreader 436 eine Vergrößerung der Fläche erzielt, über welche Wärme an das im Kühlkanal 420a strömende Kühlfluid abgegeben werden kann. Zur verbesserten thermalen Anbindung der Heatpipe 430 an den Heatspreader 436 kann die Heatpipe 430 wie in 4a-4b angedeutet in dem betreffenden Endabschnitt abgeflacht ausgebildet sein. Durch die Kühllamellen im Kühlkanal 420a wird die Kontaktfläche zum Kühlfluid vergrößert und eine laminare Kühlfluidströmung unterstützt. Heatspreader 436 und Kühllamellen können an der Heatpipe 430 z.B. durch Löten vormontiert sein, womit eine gute thermische Verbindung realisiert werden kann. Der Kühlkanal 420a wird geschlossen, indem der Heatspreader 436 z.B. unter Verwendung von Schrauben 450 (vgl. 4b) am Kühlkanal 420a montiert wird und somit die offene Seite des Kühlkanals 420a verschließt. Die Dichtungen 433 dichten den Kühlkanal 420a dabei ab.
In der Anordnung gemäß 4a-4b ist darauf zu achten, dass ein durch unterschiedliche metallische Materialien hervorgerufenes Auftreten von Elektrokorrosion im Kühlkreislauf vermieden wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein unmittelbarer Kontakt des Kühlfluids bzw. Kühlwassers nur zu Stahl oder Aluminium gegeben ist, wozu gemäß 4a eine vergleichsweise dünne Stahlplatte 437 zwischen dem (z.B. aus Kupfer hergestellten) Heatspreader 436 einerseits und dem Kühlfluid anderseits angeordnet sein kann.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann auch mehr als nur ein flexibles wärmeleitendes Element, insbesondere mehr als eine Heatpipe 130-430 eingesetzt werden. Des Weiteren kann die betreffende Heatpipe auch hinsichtlich ihres Thermalwiderstandes variabel einstellbar sein. Hierzu kann in für sich bekannter Weise eine VCHP (= „variable conductance heatpipe“) durch Ankopplung eines aufheizbaren Gasreservoirs realisiert werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Implementierung einer Temperaturregelung hinsichtlich des Spiegelarrays. Mit anderen Worten kann so das Spiegelarray nicht nur gekühlt werden, sondern die Temperatur des Spiegelarrays kann gezielt variabel eingestellt und somit konstant gehalten werden, um z.B. einer variierenden Wärmelast durch auftreffende (EUV-)Strahlung Rechnung zu tragen, einen thermalen Drift der Elektronikanordnung zu reduzieren oder die Temperatur der auf den Spiegelelementen vorhandenen Reflexionsschicht zur Verringerung oder Abmilderung von temperaturabhängigen Oxidationsrisiken zu kontrollieren.
Im Weiteren wird ein möglicher Montageprozess zum Zusammensetzen der erfindungsgemäßen Baugruppe unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen von 5a-5e erläutert, wobei lediglich beispielhaft der Zusammenbau der zuvor anhand von 3 beschriebenen Baugruppe dargestellt ist.
Wesentliches Merkmal dieses Montageprozesses ist insbesondere, dass Herstellungsschritte bei höheren Temperaturen im Bereich von 500-600°C oder darüber auf die Fertigung des Keramikträgers 311 mit den darin befindlichen Zuleitungen 342 beschränkt bleiben, wohingegen nachfolgenden Fertigungsschritte sämtlich signifikant geringere Temperaturen benötigen.
Nach Fertigung des Keramikträgers 311 (siehe 5a) erfolgt gemäß 5b zunächst das Anlöten des Controllers 350 sowie der weiteren Komponenten (Kapazitäten, Widerstände und Konnektoren) 351-352, wobei die entsprechenden Lötprozesse bei Temperaturen in der Größenordnung von 300°C durchführbar sind. Ebenfalls möglich ist ein Klebeprozess bei ca. 100 °C Aushärtetemperatur.
Im nächsten Schritt erfolgt gemäß 5c die Montage der Interface-Komponente 335 sowie der Heatpipe 330. Die Verbindung von Interface-Komponente 335 und Heatpipe 330 (z.B. durch einen Lötprozess) ist hierbei vorzugsweise bereits vorgefertigt, damit die für diese Verbindung benötigten, vergleichsweise hohen Temperaturen nicht auf die bereits vorhandene Elektronik der Baugruppe einwirken. Die Montage der entsprechend vorgefertigten Anordnung aus Interface-Komponente 335 und Heatpipe 330 an insbesondere den Keramikträger 311 kann dann „kalt“ (z.B. über eine Schraub-, Klebe- oder Klemmverbindung) realisiert werden.
Gemäß 5d erfolgt anschließend das Ankleben der weiteren Keramikkomponente 312 (im Ausführungsbeispiel aus Aluminiumoxid) als Klebeverbindung über den bereits zuvor erwähnten Kleber von geringer Wärmeleitfähigkeit (entsprechend dem Bereich 346). Auch die Keramikkomponente 312 ist hier bereits vorgefertigt, so dass die bereits zuvor integrierten Komponenten der Baugruppe nicht den entsprechend zum Sintern der Keramik benötigten hohen Temperaturen ausgesetzt werden und eine Einleitung thermisch induzierter Spannungen durch Abkühlen von der Sinter-Temperatur auf Raumtemperatur vermieden wird.
Sodann erfolgt gemäß 5e die Befestigung des Spiegelarrays 310 an dem Keramikträger 311 (typischerweise als Klebeverbindung unter Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebers). Infolge der somit gegen Ende des Fertigungsprozesses erfolgenden Spiegelarray-Montage (nach welcher lediglich noch die Montage des Kühlers 320 zu erfolgen hat) ist das empfindliche Spiegelarray 310 vor einer Beschädigung in den vorhergehenden Prozessschritten geschützt.
6 zeigt schematisch im Meridionalschnitt den möglichen Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in der die Erfindung beispielsweise realisierbar ist.
Gemäß 6 weist die Projektionsbelichtungsanlage 1 eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 10 auf. Eine Ausführung der Beleuchtungseinrichtung 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Licht- bzw. 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 zur sonstigen Beleuchtungseinrichtung separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst die Beleuchtungseinrichtung die Lichtquelle 3 nicht.
Belichtet wird hierbei 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 6 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 6 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Das Projektionsobjektiv 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. 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 Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung oder Beleuchtungsstrahlung bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich zum Beispiel um eine Plasmaquelle, eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle oder 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 und propagiert durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18 in die Beleuchtungsoptik 4. Die Beleuchtungsoptik 4 weist einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20 (mit schematisch angedeuteten Facetten 21) und einen zweiten Facettenspiegel 22 (mit schematisch angedeuteten Facetten 23) auf. Diese Facettenspiegel können insbesondere in der erfindungsgemäßen Weise realisiert sein.
Das Projektionsobjektiv 10 weist eine Mehrzahl von Spiegeln Mi (i= 1, 2, ...) auf, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind. Bei dem in der 6 dargestellten Beispiel weist das Projektionsobjektiv 10 sechs Spiegel M1 bis M6 auf. 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 weisen jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16 auf. Bei dem Projektionsobjektiv 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Das Projektionsobjektiv 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.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung in einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage beschränkt. Insbesondere kann die Erfindung auch in einer für den Betrieb im DUV (d.h. bei Wellenlängen kleiner als 250 nm, insbesondere kleiner als 200 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage oder auch in einem anderen optischen System vorteilhaft angewendet werden.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0004]
WO 2005026843 A2 [0004]
DE 102012200733 A1 [0008]
DE 102014203144 A1 [0008]
US 9658542 B2 [0008]

Claims

Baugruppe eines optischen Systems, mit • einem Spiegelarray (110, 210, 310) mit einer Mehrzahl von Spiegelelementen; • einem mechanischen Positionierungspfad, über welchen die Position der Spiegelelemente mechanisch festlegbar ist; und • einem Wärmeleitpfad, über welchen im Betrieb des optischen Systems Wärme von dem Spiegelarray (110, 210, 310) bis zu einem Kühler (120, 420) abführbar ist; • wobei der mechanische Positionierungspfad und der Wärmeleitpfad voneinander räumlich separiert sind.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitpfad über wenigstens ein mechanisch flexibles wärmeleitendes Element verläuft.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses flexible wärmeleitende Element wenigstens eine Heatpipe (130, 230, 330, 430) oder wenigstens ein wärmeleitendes mechanisch entkoppelndes Festkörpergelenk, insbesondere wenigstens eine Litze aus einem wärmeleitenden Material, aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermalwiderstand dieser Heatpipe (130, 230, 330, 430) variabel einstellbar ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Interface-Komponente (335) aufweist, welche als Festkörpergelenk mit einer Entkopplungsgeometrie ausgestaltet ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang des mechanischen Positionierungspfades vorhandene Steifigkeit um wenigstens den Faktor 10, insbesondere um wenigstens den Faktor 100, größer ist als eine entlang des Wärmeleitpfades vorhandene Steifigkeit.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang des Wärmeleitpfades vorhandene Wärmeleitfähigkeit um wenigstens den Faktor 10, insbesondere um wenigstens den Faktor 100, größer ist als eine entlang des mechanischen Positionierungspfades vorhandene Wärmeleitfähigkeit.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mechanischen Positionierungspfad wenigstens ein Bereich (246, 346, 446) zur thermalen Isolation ausgebildet ist, welcher eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 10 W/(m·K), insbesondere weniger als 1 W/(m·K), besitzt.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Controller (250, 350) zur Ansteuerung der Spiegelelemente aufweist, wobei der Wärmeleitpfad durch den Controller (250, 350) verläuft.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelarray (110, 210, 310) auf einem Keramikträger (111, 211, 311, 411) angeordnet ist, in welchem Ansteuerungs-Zuleitungen (142, 242, 342, 442) zu den Spiegelelementen verlaufen.
Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikträger (111, 211, 311) auf einer Tragstruktur (114, 414) zur Separierung einer in der Umgebung des Spiegelarrays (110, 210, 310) vorhandenen Vakuumatmosphäre gegen eine in der Umgebung des Kühlers (120, 420) vorhandene Nicht-Vakuumatmosphäre fixiert ist.
Baugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese Tragstruktur (114, 414) von dem Kühler (120, 420) über wenigstens ein Entkopplungselement mechanisch entkoppelt ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kühler (120, 420) eine Ansteuerungselektronik-Anordnung (141, 441) fixiert ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmeleitpfad ein Heatspreader (436) angeordnet ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiegelarray (110, 210, 310) für eine Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere von weniger als 15 nm, ausgelegt ist.
Optisches System, insbesondere einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einer Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen System nach Anspruch 16.