DE102009008209A1

DE102009008209A1 - Aktuator mit mindestens einem Magneten für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie Projektionsbelichtungsanlage mit einem Magneten und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102009008209A1
Application number: DE102009008209A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Werber; Norbert Muelberger; Almut Dr. Czap; Juergen Fischer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-19
Also published as: CN102388343B; US20120008121A1; JP2012517695A; JP2014064017A; KR20110126677A; JP5411296B2; KR101552754B1; CN102388343A; WO2010091977A1; US9025128B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator für Projektionsbelichtungsanlagen mit mindestens einem Magneten (22), wobei der Magnet gekapselt und/oder in einer Magnethalteplatte (12) gelagert ist, die durch mikrotechnische Herstellungsverfahren derart hergestellt ist, dass die bewegliche Manipulatorfläche (23) über einstückige oder stoffschlüssige Verbindungen ohne zusätzlichen Verbindungsstoff in der Magnethalteplatte gehalten ist, so dass eine sichere Verbindung gegeben ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage, die mit Licht der Wellenlänge im extrem ultravioletten Bereich (EUV) betrieben wird, mit mindestens einem Magneten sowie einen Aktuator zur Betätigung von optischen Elementen in einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage und ein Betriebsverfahren zum Betreiben einer entsprechenden Projektionsbelichtungsanlage. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Aktuators für eine Projektionsbelichtungsanlage angegeben.
STAND DER TECHNIK
In Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, die zur Herstellung von mikrotechnischen, insbesondere mikroelektronischen und/oder mikromechanischen Bauteilen eingesetzt werden, müssen zum Teil verschiedene Komponenten, insbesondere optische Elemente bewegt, eingestellt und positioniert werden. Beispielsweise können Mikrospiegelfelder (micro mirror arrays MMAs) eingesetzt werden, bei denen eine Vielzahl von kleinen Spiegeln verkippt werden müssen.
Zur Betätigung der verschiedenen Komponenten, wie z. B. der optischen Elemente, insbesondere Mikrospiegel, bieten sich Aktuatoren an, die auf einem elektromagnetischen Funktionsprinzip beruhen. Hierbei wird über einen Elektromagneten, der durch eine elektrische Spule realisiert ist, ein Magnetfeld erzeugt, welches mit dem Magnetfeld eines Permanentmagneten wechselwirkt, so dass entsprechende Kräfte zur Betätigung der Komponenten bereitgestellt werden.
Allerdings ist die Herstellung entsprechender Aktuatoren, die insbesondere oft sehr klein dimensioniert sind, aufwändig, da eine Vielzahl von einzelnen Produktionsschritten durchlaufen werden müssen. Darüber hinaus muss darauf geachtet werden, dass die Funktionsfähigkeit des Ak tuators nicht beeinträchtigt wird Beispielsweise können bei mikrotechnisch hergestellten Aktuatoren, die eine Vielzahl von Verbindungsstellen, sogenannte Bondstellen, aufweisen, nicht nur Probleme dahingehend entstehen, dass der Aufwand für die Herstellung immens wird, sondern auch dass die Bondstellen die entsprechenden mechanischen Kräfte, wie insbesondere Scherkräfte nicht zuverlässig aufnehmen können.
Darüber hinaus können derartige Bondstellen beim Einsatz bestimmter Lichtwellenlängen in den Projektionsbelichtungsanlagen, beispielsweise im Bereich des extrem ultravioletten Wellenlängenspektrums, geschädigt werden.
Außerdem dürfen die Aktuatoren oder allgemein Magnete auch ansonsten nicht durch die herrschenden Betriebsbedingungen in den entsprechenden Projektionsbelichtungsanlagen wie durch Streulicht im Wellenlängenbereich von 13,5 nm und/oder Wasserstoffatmosphäre geschädigt werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Projektionsbelichtungsanlage bzw. Aktuatoren für eine Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen bzw. entsprechende Herstellungsverfahren oder Betriebsverfahren anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und insbesondere einen sicheren und zuverlässigen Betrieb von Aktuatoren zur Bewegung unterschiedlicher Komponenten mit langer Lebensdauer gewährleisten. Insbesondere soll das Herstellungsverfahren für einen entsprechenden Aktuator effektiv durchführbar sein und ein entsprechender Aktuator zur Aufnahme von im Betrieb auftretenden Kräften, wie beispielsweise Scherkräften, geeignet sein. Außerdem soll der Aktuator für den Einsatz in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage, die im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten Lichts betrieben wird, geeignet sein.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 21, ein Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 28 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Aktuators für eine Projektionsbalichtungsanlage mit den Merkmalen der Ansprüche 33 oder 35. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass der Einsatz von elektromagnetisch betriebenen Aktuatoren, die mindestens einen Permanentmagneten aufweisen, dadurch beeinträchtigt ist, dass Permanentmagneten auf Basis der seltenen Erden, wie beispielsweise Magnete auf Basis von Samarium-Kobalt oder Neodym-Eisen-Bor, in der Wasserstoffatmosphäre, die in einer entsprechenden Projektionsbelichtungsanlage vorliegen kann, zu Hydrid-Bildung neigen, so dass die magnetische Wirkung des Permanentmagneten beeinträchtigt werden bzw. verloren gehen kann.
Entsprechend wird nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, den oder die Magneten des oder der Aktuatoren vollständig zu kapseln, so dass die Magnete nicht mehr der Wasserstoffatmosphäre, die teilweise atomaren Wasserstoff mit umfasst, ausgesetzt sind. Insbesondere können sämtliche Magnete, die in einem Aktuator oder in allen Aktuatoren der Projektionsbelichtungsanlage oder in Teilen davon vorgesehen sind vollständig gekapselt werden.
Die Kapselung der Magnete kann durch ein Kapselgehäuse und/oder eine Beschichtung der Magnete verwirklicht werden.
Eine entsprechende Beschichtung kann dabei so gewählt werden, dass die Beschichtung nicht nur eine dichte Hülle ergibt, mit der der Magnet von der umgebenden Atmosphäre abgetrennt wird, sondern dass die Beschichtung entsprechend beständig gegen Wasserstoffdiffusion ist, so dass auch über längere Zeiträume kein Wasserstoff in die Magnete eindringen kann. Insbesondere kann die Beschichtung mehrlagig ausgebildet sein.
Die Beschichtung kann aus Nickel, Zink, Kupfer oder Legierungen daraus gebildet sein.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Kapselgehäuse vorgesehen sein, in dem der Magnet aufgenommen ist und welches den Magneten ebenfalls von der umgebenden Atmosphäre gasdicht abschließt. Das Kapselgehäuse kann aus einem Metall gebildet sein, wie beispielsweise Edelstahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder dergleichen.
Insbesondere kann das Kapselgehäuse aus entsprechenden Metallblechen geschweißt sein, wobei die Schweißnähte bzw. die Stoßflächen der zu verschweißenden Teile so gestaltet sein können, dass kein geradliniger oder ebener Verbindungsbereich zwischen der Außenatmosphäre und dem Innenraum des Gehäuses vorliegt. Dies erleichtert zum einen die Abdichtung und ermöglicht in leichter Weise einen Schutz des Magneten, der beim Zusammenschweißen des Gehäuses im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, vor Beinträchtigungen beim Verschweißen.
Die Dicke des Gehäuses bzw. des Metallblechs kann im Bereich von 0,1 bis 4 mm gewählt werden, wobei durch die Mindestdicke von 0,1 mm gewährleistet ist, dass für die angestrebten Lebensdauern Schädigung durch Wasserstoffdiffusion vermieden bzw. ausgeschlossen werden kann, während die Obergrenze der Gehäusedicke bzw. Blechdicke dafür sorgt, dass ausreichende Magnetkräfte verwendet werden können.
Neben metallischen Gehäusen kann bei der Ausbildung des Aktuators mittels mikrotechnischer Fertigungsverfahren das Kapselgehäuse auch aus einem entsprechenden mikrostrukturierbaren Material, wie beispielsweise Halbleitermaterialien, insbesondere Silizium, Siliziumlegierungen, Germanium, Germaniumlegierungen und entsprechende Verbindungen daraus wie Siliziumoxyd und Germaniumoxyd gebildet sein. Bei derartigen Kapselgehäusen kann die Dicke der Kapselwand deutlich niedriger im Bereich von einigen Nanometern oder Mikrometern bis zu einigen Millimeter, beispielsweise bis zu 3 mm liegen.
Als Magnete kommen sämtliche Permanentmagnete zum Einsatz, insbesondere Magnete auf Basis von seltenen Erden, wie Neodym, Praseodym, Lanthan, Cer, Verbindungen dieser seltenen Erden mit Eisen und Bor, insbesondere Neodym-Eisen-Bor, Praseodym-Eisen-Bor, Lanthan-Eisen-Bor, Cer-Eisen-Bor sowie Samarium-Kobalt.
Bei der Verwendung von Samarium-Kobalt-Magneten kann auch auf eine Kapselung verzichtet werden, wenn die Betriebsparameter der Projektionsbelichtungsanlage in bestimmten Bereichen gehalten werden. Bei Samarium-Kobalt-Magneten ist nämlich festzustellen, dass eine irreversible Hydrid-Bildung mit Schädigung des Magneten erst bei Wasserstoffpartialdrücken über einem bestimmten Schwellwert einsetzt, so dass beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage unterhalb dieser Schwellwerte eine Schädigung vermieden werden kann. Solange entsprechende Samarium-Kobalt-Magneten in der Projektionsbelichtungsanlage anwesend sind, sollte deshalb der Wasserstoffpartialdruck bei kleiner oder gleich 4,5 bar, vorzugsweise kleiner oder gleich 3 bar, insbesondere ≤ 1 bar gehalten werden.
Gleichzeitig kann die Temperatur bei einer Temperatur ≥ 15°C, insbesondere ≥ 20°C gehalten werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den selbstständig und in Zusammenhang mit den anderen Aspekten der Erfindung Schutz begehrt wird, wird ein Aktuator vorgeschlagen, der insbesondere durch mikrotechnische Fertigungsverfahren hergestellt wird, so dass eine besonders günstige Lagerung der beweglichen Manipulatorfläche gegeben ist.
Bei entsprechenden Aktuatoren für Projektionsbelichtungsanlagen weist der Aktuator mindestens eine Manipulatorfläche auf, an der die zu betätigenden Komponenten, wie optische Elemente, insbesondere Spiegel, angeordnet werden können, um durch die Bewegung bzw. Verstellung der Manipulatorfläche eine Bewegung bzw. Verstellung oder allgemein Betätigung der zu betätigenden Komponenten zu realisieren. Ein entsprechender Aktuator, der auf dem elektromagnetischen Wirkungsprinzip beruht, weist mindestens einen Magneten und eine elektrische Spule auf, die so angeordnet sind, dass bei Stromdurchfluss durch die Spule das dadurch entstehende Magnetfeld mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten wechselwirkt, so dass Betätigungskräfte entstehen, mittels der die Manipulatorfläche bewegt wird.
Ein entsprechender Aktuator weist eine Magnetlagerplatte zur Lagerung des Magneten und eine Spulenplatte zur Aufnahme bzw. Lagerung der elektrischen Spule auf, die in geeigneter Weise miteinander verbunden sind.
Erfindungsgemäß ist die Manipulatorfläche einstückig oder stoffschlüssig unter Ausschluss eines zusätzlichen Verbindungsstoffs, wie eines Klebemittels oder eines Bondmaterials, in der Magnetlagerplatte gehalten, um eine zuverlässige Lagerung und Aufnahme der auftretenden Kräfte, insbesondere auch von Scherkräften, zu gewährleisten. Hierbei bedeutet einstückig, dass aus einem einheitlichen Materialblock die entsprechende Manipulatorfläche herausgearbeitet ist, so dass keine unterschiedlichen Materialien zum Einsatz kommen und keine bewusste Phasengrenzfläche, wie beispielsweise eine ehemalige Oberfläche oder dergleichen vorhanden ist. Alternativ kann auch eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen sein, allerdings mit Ausnahme entsprechender Klebeverbindungen oder Verbindungen unter Einsatz von zusätzlichen Verbindungsmaterialien oder Verbindungsstoffen, wie Bondmaterialien und dergleichen. Allerdings ist es hierbei möglich, dass unterschiedliche Materialien, die beispielsweise durch Beschichtungsverfahren, wie Dampfphasenabscheidung und dergleichen, aufgebracht worden sind, vorliegen.
Vorteilhafterweise kann bei einer derartigen Ausgestaltung ein Magnet, der gegenüberliegend der Manipulatorfläche angeordnet sein kann, mit einem Gehäuse oder Kapselgehäuse versehen werden, wobei die Herstellung des entsprechenden Kapselgehäuses in den mikrotechnischen Herstellungsprozess integriert werden kann. Insbesondere kann die Manipulatorfläche zumindest teilweise durch das Gehäuse bzw. Kapselgehäuse für den Magneten gebildet sein, so dass insbesondere auch das Kapselgehäuse einstückig oder durch eine stoffschlüssige Verbindung ohne zusätzlichen Verbindungsstoff mit dem Rest der Magnethalteplatte, insbesondere den Lagerbereichen der Magnethalteplatte, verbunden ist.
Die einstückige bzw. stoffschlüssige Verbindung kann durch einen Federsteg gebildet sein, der zudem die Beweglichkeit für die Manipulatorfläche bereitstellt.
Insgesamt kann die Struktur eines derartigen Manipulators dadurch gegeben sein, dass ein mehrschichtiger Aufbau bzw. ein Aufbau in mehreren Ebenen gegeben ist, wobei in einer ersten, unteren Ebene eine Spulenplatte vorgesehen ist, bei welcher die Spule auf einer Scheibe bzw. Platte aus einem Halbleitermaterial, wie Silizium gelagert ist. Die Spule kann hierbei entsprechend mikrotechnisch durch lithographische Verfahren oder dergleichen erzeugt werden. In einer zweiten Ebene oberhalb der Spulenplatte, kann eine Magnethalteplatte vorgesehen sein, die mit der Spulenplatte stoffschlüssig und/oder über einen Verbindungsstoff verbunden ist. Die Magnethalteplatte kann zur Anordnung des Permanentmagneten relativ zur elektrischen Spule und zur Bereitstellung der zu bewegenden Manipulatorfläche dienen. Hierbei kann insbesondere die Manipulatorfläche an einer Seite des Permanentmagneten vorgesehen sein. Die Manipulatorfläche und der Magnet mit oder ohne Kapselgehäuse können beweglich in der Magnethalteplatte gelagert sein, wobei die Lagerung beispielsweise über mindestens einen stoffschlüssig oder einstückig mit Lagerbereichen der Magnethalteplatte einerseits und der Manipulatorfläche und/oder dem Magnetgehäuse andererseits verbundenen Federsteg gebildet sein kann.
Auf der Manipulatorfläche können dann entsprechende Komponenten, wie beispielsweise Spiegel oder Mikrospiegel unmittelbar oder über Abstandshalter oder dergleichen angeordnet sein.
Die Manipulatorfläche und/oder das Magnetgehäuse, der Federsteg und/oder die Lagerbereiche der Magnethalteplatte können durch Materialstrukturierungstechniken gemäß der Mikrosystemtechnik aus dem Vollmaterial der Magnetlagerplatte, wie beispielsweise einer Siliziumscheibe herausgearbeitet werden.
Entsprechend kann bei einer Variante zunächhst eine strukturierbare Platte, wie beispielsweise eine Siliziumscheibe bereitgestellt werden, auf welcher mindestens eine Federstegstruktur, beispielsweise über lithographische Abscheideverfahren, zwischen einem späteren Lagerbereich und mindestens einem Bereich einer Manipulatorfläche ausgebildet werden kann. Danach kann durch Freilegen der Federstegstruktur eine entsprechende Beweglichkeit der Manipulatorfläche realisiert werden, wobei die Manipulatorfläche dann einstückig oder stoffschlüssig unter Ausschluss von zusätzlichen Verbindungsstoffen wie Klebern und dergleichen an der strukturierbaren Platte gehalten ist. Gegenüberliegend der Manipulatorfläche kann dann ein Magnet angeordnet werden, so dass eine entsprechende Magnethalteplatte für die oben beschriebene Aktuatorstruktur geschaffen ist. Diese kann dann mit einer entsprechenden Spulenplatte und zu betätigenden Komponenten in geeigneter Weise, beispielsweise unter Einsatz von Klebemitteln oder sonstige Verbindungsstoffen, verbunden werden.
Bei einer alternativen Vorgehensweise, bei der gleichzeitig ein Kapselgehäuse zur gasdichten Abschottung für den Magneten ausgebildet wird, wird nach dem Bereitstellen der strukturierbaren Platte und dem Ausbilden der Federstegstruktur eine Kavität im Bereich der Manipulatorfläche ausgebildet, in die ein Magnet oder entsprechendes Magnetpulver eingesetzt werden kann. Hierbei gilt es darauf hinzuweisen, dass in der vorliegenden Beschreibung die Begriffe Magnet und Magnetpulver gleich bedeutend verwendet werden, so dass immer dann, wenn von einem Magneten gesprochen wird auch die Realisierung durch ein entsprechendes Magnetpulver oder ein kompaktiertes Magnetpulver mit eingeschlossen ist.
Nach dem Füllen der Kavität mit einem Magnetpulver, welches in einer Suspension vorliegen kann, wird die Kavität durch ein Deckelelement gasdicht verschlossen, so dass sich ein Kapselgehäuse ausbilden lässt. Die Herstellung des Kapselgehäuses erfolgt beim Freilegen der Federstegstruktur, indem um das Magnetpulver bzw. den Magneten in der Kavität ein entsprechender Wandbereich belassen wird. Dadurch kann in sehr einfacher und effektiver Weise eine optimal an die Lagerbereiche der Magnethalteplatte angebundene Manipulatorfläche mit einem gekapselten Magneten hergestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen deutlich. Die beigefügten Zeichnungen zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
1 eine Schnittansicht durch einen gekapselten Ringmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 bis 4 Schnittansichten, die die Herstellung eines erfindungsgemäßen Aktuators zeigen.
Die 1 zeigt in einer Schnittansicht einen Ringmagneten 1, von dem aufgrund der Schnittansicht und der Ringstruktur zwei Teile dargestellt sind. Der Ringmagnet 1 ist für den Einsatz in einem Aktuator einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere einer Projektionsbelichtungsanlage, die im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten Lichts arbeitet, vorgesehen. Da die Erfindung für alle bekannten Projektionsbelichtungsanlagen einsetzbar ist, ist der Einfachheit halber auf die zeichnerische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage verzichtet worden.
Bei dem Magneten 1 kann es sich beispielsweise um einen Neodym-Eisen-Bor-Magneten oder einen Samarium-Kobalt-Magneten handeln.
Da die EUV-Projektionsbelichtungsanlage unter Wasserstoffatmosphäre betrieben wird, kann es zu einer Schädigung von Magneten insbesondere auf Basis von seltenen Erden durch Hydrid-Bildung kommen. Zur Vermeidung des Wasserstoffkontaktes ist der Ringmagnet 1 durch ein entsprechendes ringförmiges Kapselgehäuse 2 vor der Umgebungsatmosphäre geschützt.
Das ringförmige Kapselgehäuse 2 ist aus zwei Teilen 3 und 4 zusammengesetzt, die über umlaufende Schweißverbindungen 7 und 8 miteinander verschweißt sind. Die Teile 3 und 4 können aus einem dünnen Metallblech mit einer Dicke von 0,1 mm bis ca. 4 mm gebildet sein, wobei das Metallblech vorzugsweise Edelstahl, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist. Vorteilhaft ist, wenn das Kapselgehäuse 2 durch einen entsprechenden austenitischen Gefügeanteil des Edelstahls zumindest teilweise unmagnetisch ist.
An den Schweißverbindungen 7 und 8 sind die Stoßflächen der Gehäuseteile 3 und 4 so ausgebildet, dass sich keine direkte geradlinige bzw. ebene Verbindungsfläche zwischen dem Inneren und Äußeren des Kapselgehäuses 2 ergibt. Vielmehr sind die Stoßflächen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 abgewinkelt. Dies hat neben einer besseren Dichtfunktion den Vorteil, dass bei der Ausführung der Schweißnaht der im Inneren des Kapselgehäuses 2 angeordnete Ringmagnet 1 nicht durch die Schweißung geschädigt werden kann.
Das Kapselgehäuse 2 ist so ausgebildet, dass der Innenraum des Kapselgehäuses 2 nicht vollständig durch den Ringmagneten 1 ausgefüllt ist, sondern vielmehr ein Restvolumen 5 verbleibt. Das Restvolumen 5 kann mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sein, so dass durch Einbringen des gekapselten Ringmagneten 1 in ein Vakuum die Dichtigkeit des Kapselgehäuses 2 überprüft werden kann.
Die 2 bis 4 zeigen in einer Schnittdarstellung die Herstellung eines Aktuators für die Verwendung in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Der Aktuator, dessen Herstellungsprozess in den 2 bis 4 dargestellt ist, wird über einen Mikrostrukturierungsprozess, insbesondere durch lithographische Verfahren hergestellt, wobei die Dimensionen des Aktuators nicht auf mikrotechnische Größenordnungen beschränkt ist, sondern durchaus auch in größeren Dimensionen realisiert werden kann. Beispielsweise kann die Spiegelgröße des Spiegels 13, der mittels des Aktuators 10 betätigt wird (siehe 4), in der Größenordnung von bis zu 4 mm Durchmesser oder Kantenlänge liegen.
Wie sich aus der 4 ergibt, kann der Aktuator 10 in vier Ebenen untergliedert werden, wobei die erste Ebene durch eine Spulenplatte 11 gebildet wird. Die Spulenplatte 11 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Silizium-Halbleiter-Material gebildet und dient zur Lagerung einer mikroelektronischen Spule 15. Die mikroelektronische Spule 15 kann durch lithographische Abscheideverfahren auf der Oberfläche der Spulenplatte 11 abgeschieden werden.
Auf der Spulenplatte 11 ist eine sogenannte Magnethalteplatte 12 angeordnet, die einen Magneten 22 umfasst, der mit der Spule 15 zusammenwirkt, so dass der Spiegel 13 bewegt und insbesondere verkippt werden kann. Der Aufbau und die Herstellung der Magnethalteplatte 12 wird nachfolgend mit bezug auf die 2 und 3 näher beschrieben.
Auf der Magnethalteplatte 12, die die zweite Ebene des Aktuators 10 bildet, ist als dritte Ebene auf einer Manipulatorfläche 23 gegenüberliegend dem Magneten 22 ein Abstandshalter 14 vorgesehen, auf dem wiederum der zu verkippende bzw. zu bewegende Spiegel 13 angeordnet ist.
Wie bereits oben erwähnt, kann durch Stromdurchfluss durch die Spule 15 ein Magnetfeld erzeugt werden, welches mit dem Magnetfeld des Magneten 22 derart zusammenwirkt, dass es zu einer Verkippung des Spiegels 13 kommt.
Um die Beweglichkeit der Manipulatorfläche 23 und des darauf angeordneten Abstandshalters 14 zu ermöglichen, ist die Manipulatorfläche 23 sowie der Magnet 22 über einen Federsteg 19 mit den Lagebereichen 25 der Magnethalteplatten 12 verbunden, so dass durch eine Verformung des Federstegs 19 eine Verkippung der Manipulatorfläche 23 und des darauf angeordneten Abstandshalters 14 sowie des damit verbundenen Spiegels 13 möglich ist.
Der Federsteg 19 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise als um den Bereich der Manipulatorfläche herum laufende Spiralfeder ausgeführt.
Die mikrotechnische Herstellung des Aktuators 10 ist in den 2 und 3 teilweise dargestellt.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht durch die Magnethalteplatte 12 in einem frühen Herstellungsstadium. Die Magnethalteplatte 12 weist in diesem Herstellungsstadium bereits die entsprechende Mikrostruktur für den Federsteg 19 auf. Diese kann beispielsweise ebenfalls durch lithographische Abscheideverfahren mit entsprechender Abscheidung des Materials durch Dampfphasenabscheidungen erzeugt werden. Die Magnethalteplatte 12 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Silizium, so dass die Mikrostruktur für den Federsteg 19 ebenfalls aus Silizium gebildet sein kann.
Vor der Abscheidung der Strukturierungsschicht für den Federsteg 19 kann auf der Oberfläche der Siliziumscheibe, aus der die Magnethalteplatte 12 gebildet wird, ein Passivierungsoxid, beispielsweise Siliziumdioxid, als Schutzschicht für nachfolgende Strukturierungsvorgänge gebildet werden. Entsprechend kann auch an der Unterseite in bestimmten Bereichen eine Siliziumdioxid-Schutzschicht 17 vorgesehen werden, wobei für nachfolgende Materialentfernungsbereiche bereits Aussparungen der Siliziumdioxidschicht vorgesehen sind. Genauso ist in der Siliziumdioxidschicht 18 im Zentrum eine Aussparung vorgesehen, so dass eine Kavität 26 in der Siliziumscheibe ausgebildet werden kann, die zur Aufnahme eines Magneten bzw. Magnetpulvers 22 dient. Das Magnetpulver kann als reines Pulver oder in einer Suspension in flüssiger Form eingefüllt werden und in einem nachfolgenden Schritt getrocknet bzw. ausgehärtet werden und falls erforderlich magnetisiert werden. Die 3 zeigt die Magnethalteplatte 12 aus 2 mit dem eingefüllten Magnetpulver bzw. Magneten 22.
Anschließend wird die Magnethalteplatte 12 über ein Trockenätzverfahren von der Rückseite, an der die Schutzschicht 17 vorgesehen ist, mittels eines Trockenätzverfahrens bearbeitet, um Mate rial im Bereich der Federstegstruktur 19 zu entfernen. Hierzu kann beispielsweise das reaktive Ionenätzen (deep reactive ion etching DRIE) eingesetzt werden, um das Silizium bis zu der SiO₂-Schutzschicht 18 unterhalb der Federstegstruktur 19 zu entfernen. Dadurch wird der Freiraum 27 gebildet. Die Siliziumdioxid-Schutzschicht 18 dient hierbei als Stoppschicht für den Trockenätzprozess und kann anschließend durch ein geeignetes Verfahren aufgelöst werden, so dass der Federsteg 19 freigelegt wird.
Bei der Ausbildung des ringförmigen Freiraums 27 durch den Trockenätzprozess DRIE wird um den Magneten bzw. das Magnetpulver 22 herum eine topfförmige Gehäusestruktur 21 belassen, so dass eine gekapselte Magneteinheit 20 entsteht. Das Kapselgehäuse 21 der gekapselten Magneteinheit 20 ist stoffschlüssig mit dem Federsteg 19 verbunden, welcher wiederum stoffschlüssig mit den Lagerbereichen 25 der Magnethalteplatte 12 verbunden ist.
An der Oberseite kann das Magnetgehäuse 21 durch ein Deckelelement 23 verschlossen werden, welches in Form einer Beschichtung abgeschieden oder ebenfalls stoffschlüssig mit den übrigen Gehäuseteilen verbunden wird. Alternativ zum Deckelelement 23 kann unmittelbar der Abstandshalter 14 durch eine Verbindungsschicht 24, beispielsweise über eine sogenannte Bondstelle, welche durch eutektisches Metallbonden gegeben ist, zum Verschließen des Kapselgehäuses 21 verwendet werden.
Auf dem Abstandshalter 14 kann ebenfalls durch eine entsprechende Verbindungsschicht der Spiegel 13 angeordnet werden, während an der Unterseite der Magnethalteplatte 12 die Spulenplatte 11 über eine Verbindungsschicht 16 beispielsweise mittels eutektischem Metallbonden angeordnet werden kann.
Durch die mikrotechnische Herstellung kann ein gekapselter Magnet 20 unmittelbar stoffschlüssig in einer Magnethalteplatte 12 beweglich gelagert werden, ohne dass entsprechende Verbindungsschichten zur Halterung des Magneten und einer damit verbundenen Manipulatorfläche erforderlich sind, wie beispielsweise Klebeschichten und dergleichen, die insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, die im Wellenlängenbereich des extrem ultravioletten Lichts betrieben werden, problematisch hinsichtlich ihrer Lebensdauer sein können. Außerdem können derartige Verbindungsschichten problematisch bei der Aufnahme von Scherkräften sein. Dies wird mit der vorgestellten Herstellungstechnik vermieden, da der Federsteg und das Gehäuse 21 des Magneten 22 mit den Lagerbereichen 25 ohne Zwischenschaltung irgendwelcher Verbindungsmittel stoffschlüssig verbunden sind. Insbesondere kann auch im Bereich der Lagerbereiche 25 auf die Oxidationsschicht 18 verzichtet werden, so dass das durch Dampfphasenabscheidung abgeschiedene Silizium der Federstegstruktur 19 unmittelbar auf dem Silizium der Siliziumscheibe abgeschieden ist und dort eine optimale Haftung besitzt.
Obwohl die Ausbildung des Magnetgehäuses 21 mit dem gekapselten Magneten 20 vorteilhaft ist, ist auch die Ausbildung eines Aktuators denkbar, bei welchem anstelle des Magnetgehäuses 21 zwischen den Federstegbereichen 19 eine durchgehende Platte zur Ausbildung der Manipulatorfläche 23 vorgesehen ist und der erforderliche Magnet an die Unterseite der Manipulatorfläche 23 mittels einer entsprechenden Verbindungstechnik, wie beispielsweise Kleben oder dergleichen, befestigt ist. Auch in diesem Fall ergibt sich die vorteilhafte Ausgestaltung des Aktuators mit einer günstigen einstückigen bzw. stoffschlüssigen Verbindung des Federstegs mit dem oder den Haltebreichen ohne Zwischenschaltung irgendwelcher Verbindungsschichten, wie Bondschichten oder Klebemittel. Insbesondere kann eine derartige Ausgestaltung für Samarium-Kobalt-Magneten gewählt werden, für die bei entsprechenden Betriebsbedingungen mit Wasserstoffendrücken unter 4,5 bar, insbesondere unter 3 bar, vorzugsweise <= 1 bar und Betriebstemperaturen > 15°C, insbesondere > 20°C eine Kapselung nicht unbedingt erforderlich ist.
Darüber hinaus wäre es denkbar Magneten, die an der Rückseite der Manipulatorfläche 23 befestigt werden, durch eine entsprechende Beschichtung, beispielsweise aus Nickel oder dergleichen vor dem Wasserstoffeinfluss zu schützen.
Obwohl die vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen oder Änderungen möglich sind, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Insbesondere können die Änderungen das Weglassen einzelner Merkmale oder die andersartige Kombination der vorgestellten Merkmale betreffen. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung sämtliche Kombinationen aller vorgestellten Merkmale.

Claims

Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit mindestens einem Magneten oder mit mindestens einem Aktuator, der mindestens einen Magneten (1, 22) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet vollständig gekapselt ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnete vorgesehen sind, welche alle vollständig gekapselt sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Magnete durch ein Kapselgehäuse (2, 21) und/oder eine Beschichtung gekapselt sind.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung beständig gegen Wasserstoffdiffusion ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mehrlagig ausgebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mindestens ein Element aus der Gruppe umfasst, die Nickel, Zink und Kupfer umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselgehäuse (2) aus mindestens einer Komponente aus der Gruppe gebildet ist, die Metall, Edelstahl, Aluminium und Aluminiumlegierungen umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselgehäuse (21) aus mindestens einer Komponente der Gruppe gebildet ist, die Halbleitermaterialien, Silizium, Siliziumlegierungen, Siliziumoxid, Germanium, Germaniumlegierungen und Germaniumoxid umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Kapselgehäuses eine Dicke zwischen einigen nm und 3 mm aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Kapselgehäuses eine Dicke zwischen 0,1 mm und 4 mm aufweist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselgehäuse neben dem Magneten ein eingeschlossenes Gasvolumen umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 7 oder 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselgehäuse (2) geschweißt ist, wobei die Stoßfläche der zu verschweißenden Komponenten, an der die Schweißnaht angeordnet ist und die zu verschweißenden Komponenten aneinander anliegen, so angeordnet ist, dass die Stoßfläche keine direkte Verbindung zwischen dem Innenraum des Kapselgehäuses und der äußeren Umgebung darstellt.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Magnete (1, 22) auf Basis mindestens einer Komponente der Gruppe gebildet sind, die seltene Erden, Neodym, Praseodym, Lanthan, Cer, Verbindungen seltener Erden mit Eisen und Bor, Neodym-Eisen-Bor (NdFeB), Praseodym-Eisen-Bor (PrFeB), Lanthan-Eisen-Bor (LaFeB), Cer-Eisen-Bor (CeFeB) und Samarium-Kobalt (SmCo) umfasst.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet in einem Kapselgehäuse enthalten ist, welches durch Materialentfernung aus dem Vollmaterial gebildet ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 8 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet in einem Kapselgehäuse enthalten ist, welches durch Materialstrukturierungstechniken gemäß der Mikrosystemtechnik hergestellt ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 8 oder 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kapselgehäuse zumindest teilweise einstückiger oder stoffschlüssig verbundener Be standteil eines plattenförmigen Aktuatorenbauteils ist, wobei das Kapselgehäuse beweglich in dem Aktuatorenbauteil gelagert ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorenbauteil (12) eine Lagerplatte für den Magneten ist, welche auf einer Spulenplatte mit mindestens einer elektrischen Spule angeordnet ist, so dass durch den Stromfluss durch die Spule die Lage des Magneten verändert und der Aktuator betätigt werden kann.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet mit dem Kapselgehäuse über mindestens einen Federsteg in einer Ausnehmung eines plattenförmigen Aktuatorenbauteils (12) gehalten ist, wobei der Federsteg einstückig oder stoffschlüssig ohne Verbindungsstoff mit dem Kapselgehäuse und der Lagerplatte des plattenförmigen Aktuatorenbauteils verbunden ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet Teil eines Aktuators für einen Spiegel oder Mikrospiegel eines Mikrospiegelfeldes mit einer Vielzahl von Mikrospiegeln ist.
Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage derart ausgestaltet ist, dass sie Licht im extrem ultravioletten Spektrum (EUVL extrem ultraviolettes Licht) verwendet.
Aktuator für eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere gemäß einer Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator mindestens eine Manipulatorfläche (23), welche bewegt werden kann, und mindestens einen Magneten und eine Spule zur Betätigung der Manipulatorfläche sowie eine Magnetlagerplatte (12) zur Lagerung des Magneten und eine Spulenplatte (11) zur Aufnahme der Spule (15) umfasst, die derart miteinander verbunden sind, dass bei Stromdurchfluss durch die Spule der Magnet und somit die Manipulatorfläche bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulatorfläche zumindest teilweise über eine einstückige oder stoffschlüssige Verbindung ohne zusätzlichen Verbindungsstoff in der Magnetlagerplatte gehalten ist.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulatorfläche dem Magneten gegenüberliegend ausgebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulatorfläche zumindest teilweise durch ein Gehäuse oder Kapselgehäuse für den Magneten gebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Manipulatorfläche und/oder Magnetgehäuse einerseits und mindestens einem Lagerbereich der Magnetlagerplatte andererseits durch mindestens einen Federsteg gebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Manipulatorfläche und/oder Magnetgehäuse, Federsteg und/oder Lagerbereich durch Materialstrukturierungstechniken gemäß der Mikrosystemtechnik aus dem Vollmaterial der Magnetlagerplatte heraus gearbeitet sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass an der Manipulatorfläche ein Abstandshalter und ein Spiegel angeordnet sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetlagerplatte und Spulenplatte über eine stoffschlüssige Verbindung und/oder einen Verbindungsstoff miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche mindestens einen Aktuator aufweist, der mindestens einen Magneten auf Basis von Samarium-Kobalt (SmCo) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffpartialdruck bei Anwesenheit des oder der Magneten immer kleiner oder gleich 4,5 bar gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffpartialdruck bei Anwesenheit des oder der Magneten immer kleiner oder gleich 3 bar gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffpartialdruck bei Anwesenheit des oder der Magneten immer kleiner oder gleich 1 bar gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei Anwesenheit des oder der Magneten größer oder gleich 15°C gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur bei Anwesenheit des oder der Magneten größer oder gleich 20°C gehalten wird.
Verfahren zur Herstellung eines Aktuators für eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eines Aktuators nach einem der Ansprüche 21 bis 27, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer strukturierbaren Platte; b) Ausbilden mindestens einer Federstegstruktur auf der Platte zwischen mindestens einem Lagerbereich und mindestens einem Bereich einer Manipulatorfläche; c) Freilegen der Federstegstruktur zur Bereitstellung der Beweglichkeit der Manipulatorfläche.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegend der Manipulatorfläche mindestens ein Magnet angeordnet wird.
Verfahren zur Herstellung eines Aktuators für eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere eines Aktuators nach einem der Ansprüche 21 bis 27, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer strukturierbaren Platte; b) Ausbilden mindestens einer Federstegstruktur auf der Platte zwischen mindestens einem Lagerbereich und mindestens einem Bereich einer Manipulatorfläche; c) Ausbildung einer Kavität im Bereich der Manipulatorfläche; d) Füllen der Kavität mit einem Magnetpulver oder einem Magneten; e) Verschließen der Kavität durch ein Deckelelement; c) Freilegen der Federstegstruktur zur Bereitstellung der Beweglichkeit der Manipulatorfläche.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Manipulatorfläche und/oder dem Magneten versehene strukturierbare Platte eine Magnetlagerplatte ist und mit einer Spulenplatte verbunden wird, die mindestens eine elektrische Spule aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass an der Manipulatorfläche ein Spiegel angeordnet wird.