DE102018200178A1 - Projection exposure machine with reduced parasitic deformation of components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Halbleiterlithographie, mit einer Kinematik (30), welche an mindestens einem Haltepunkt (40) mit einer Komponente (50) der Projektionsbelichtungsanlage (1) verbunden ist und die Komponente (50) mit einer Tragstruktur (32) verbindet, wobei Mittel vorhanden sind, um während einer Bewegung der Kinematik (30) die am Haltepunkt (40) in die Komponente (50) eingebrachten resultierenden Kräfte und Momente zu minimieren, wobei die Mittel mindestens einen Aktuator (33.3) zur Änderung der Geometrie der Kinematik (30) umfassen.The invention relates to a projection exposure apparatus (1) for semiconductor lithography, comprising a kinematics (30) which is connected to a component (50) of the projection exposure apparatus (1) at at least one breakpoint (40) and the component (50) having a support structure (FIG. 32), wherein means are provided to minimize during a movement of the kinematics (30) at the breakpoint (40) introduced into the component (50) resulting forces and moments, wherein the means at least one actuator (33.3) for changing the Geometry of kinematics (30) include.
Description
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.The invention relates to a projection exposure apparatus for semiconductor lithography.
Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie mit Halte- und Positioniereinrichtungen für optische Elemente sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die zur Abbildung verwendeten optischen Komponenten für die oben beschriebene Anwendung, bei denen es sich insbesondere um Spiegel handeln kann, müssen mit höchster Präzision positioniert werden, um eine ausreichende Abbildungsqualität gewährleisten zu können.Projection exposure apparatuses for semiconductor lithography with holding and positioning means for optical elements are known from the general state of the art. The optical components used for imaging for the application described above, which may be in particular mirrors, must be positioned with the highest precision in order to ensure a sufficient image quality.
Aus der
Nachteilig an der in der
Weiterhin ist aus der
Damit das optische Element möglichst steif gegen Schwingungen in seiner Ebene gelagert ist, kann auch vorgesehen sein, dass drei Manipulatoreinheiten derart angeordnet sind, dass ein Referenzpunkt im geometrischen Schwerpunkt des von den Manipulatoreinheiten aufgespannten Dreiecks liegt. Die derart ausgeführte Halte- und Positioniervorrichtung ermöglicht es, das optische Element exakt normal zu seiner Ebene zu verschieben und um zwei voneinander unabhängige Achsen in der Ebene zu kippen. Somit werden unerwünschte Abbildungsfehler bereits weitgehend vermieden.So that the optical element is mounted as stiff as possible against vibrations in its plane, it can also be provided that three manipulator units are arranged such that a reference point lies in the geometric center of gravity of the triangle formed by the manipulator units. The thus performed holding and positioning device makes it possible to move the optical element exactly normal to its plane and to tilt two independent axes in the plane. Thus, unwanted aberrations are already largely avoided.
Des Weiteren ist aus der
Trotz der vorstehend beschriebenen Vorsorgemaßnahmen lassen sich dennoch nicht alle radialen Kräfte bzw. radialen, tangentialen und axialen Drehmomente am optischen Element eliminieren, da die Manipulatoreinheiten mit Festkörpergelenkeinheiten aufgebaut sind, die zur Bewegung beziehungsweise Verformung Kräfte und Drehmomente benötigen. Die daraus resultierenden parasitären Lasten führen zu einer die Abbildungsgenauigkeit beeinträchtigenden Deformation des optischen Elements.Despite the precautionary measures described above, not all radial forces or radial, tangential and axial torques on the optical element can be eliminated because the manipulator units are constructed with solid-state hinge units which require forces and torques for movement or deformation. The resulting parasitic loads lead to a distortion of the optical element affecting the imaging accuracy.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, bei welcher die genannten störenden parasitären Lasten eliminiert bzw. diese bis auf ein vernachlässigbares Maß verringert sind.The object of the present invention is to specify a projection exposure apparatus in which the aforementioned parasitic parasitic loads are eliminated or are reduced to a negligible extent.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by a device having the features of independent claim 1. The subclaims relate to advantageous developments and variants of the invention.
Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst einer Kinematik, welche an mindestens einem Haltepunkt mit einer Komponente der Projektionsbelichtungsanlage verbunden ist und die Komponente mit einer Tragstruktur verbindet. Die Kinematik ist zur geführten Bewegung der Komponente in einer bestimmten Anzahl von Freiheitsgraden ausgebildet und umfasst ein Mittel, um während einer Bewegung der Kinematik die am Haltepunkt in die Komponente eingebrachten resultierenden Kräfte und Momente zu minimieren. Erfindungsgemäß umfassen die Mittel mindestens einen Aktuator zur Änderung der Geometrie der Kinematik. A projection exposure apparatus according to the invention for semiconductor lithography comprises a kinematics which is connected to a component of the projection exposure apparatus at at least one breakpoint and connects the component to a support structure. The kinematics are designed for the guided movement of the component in a certain number of degrees of freedom and comprises a means for minimizing the resultant forces and moments introduced into the component during a movement of the kinematics. According to the invention, the means comprise at least one actuator for changing the geometry of the kinematics.
Durch die so erreichbare aktive steuerbare Anpassung der bewegten Kinematik ergeben sich erweiterte Möglichkeiten zur Verringerung parasitärer Lasten. Insbesondere ergibt sich für EUV Systeme zudem die Möglichkeit, Aktuatorpins bzw. Bipodschenkel steifer zu gestalten. Auf diese Weise lassen sich höhere Regelbandbreiten erzielen, ohne die Deformationen von Spiegeloberflächen bei gleichen Verfahrwegen zu erhöhen.The achievable active controllable adjustment of the moving kinematics results in extended possibilities for reducing parasitic loads. In particular, for EUV systems it is also possible to make actuator pins or bipod legs stiffer. In this way, higher control bandwidths can be achieved without increasing the deformations of mirror surfaces with the same travel paths.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktuator dazu eingerichtet, die Kinematik an mindestens einem dem Haltepunkt abgewandten Ende zu verschieben.In a further preferred embodiment of the invention, the actuator is adapted to move the kinematics at least one end remote from the breakpoint.
Insbesondere kann die Kinematik mindestens einen Schenkel umfassen und der Aktuator kann dazu eingerichtet sein, die Kinematik in Schenkellängsrichtung und an mindestens einem dem Haltepunkt abgewandten Ende in eine zweite Richtung, die von der Schenkellängsrichtung verschieden ist, zu verschieben.In particular, the kinematics may comprise at least one leg and the actuator may be adapted to move the kinematics in leg longitudinal direction and at at least one end remote from the breakpoint in a second direction, which is different from the leg longitudinal direction.
Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Aktuator über einen Hebel mit der Kinematik verbunden ist.This can be achieved in particular by the fact that the actuator is connected via a lever with the kinematics.
Der Hebel ermöglicht, eine Übersetzung zwischen dem Aktuator und der Kinematik zu realisieren und den Aktuator vorteilhaft zu positionieren, wenn beispielsweise in Verlängerung der Kinematik kein Bauraum vorhanden ist. Die Kinematik kann weiterhin durch die Verwendung eines Hebels kompakter gestaltet werden und die Auswahl des Aktuators kann darüber hinaus durch eine geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Hebels vereinfacht werden.The lever makes it possible to realize a translation between the actuator and the kinematics and to position the actuator advantageous when, for example, in extension of the kinematics no space is available. The kinematics can be further made more compact by the use of a lever and the selection of the actuator can be further simplified by a suitable choice of the gear ratio of the lever.
In einer weiteren bevorzugten alternativer Ausgestaltung ist ein Drehgelenk des Hebels so angeordnet, dass eine Bewegung der Kinematik gleichzeitig zu einer Änderung der Geometrie der Kinematik führt.In a further preferred alternative embodiment, a hinge of the lever is arranged so that a movement of the kinematics simultaneously leads to a change in the geometry of the kinematics.
Liegt das Drehgelenk auf dem Lot zur Schenkellängsachse durch ein Kippgelenk an dem, dem Haltepunkt abgewandten Ende der Kinematik, das auch als Fußpunkt der Kinematik bezeichnet wird, so verschiebt sich bei einer Drehung des Stellhebels um kleine Winkel um das Drehgelenk das Kippgelenk nur entlang der Schenkellängsachse.If the swivel joint on the perpendicular to the longitudinal axis of the limb is tilted at the end of the kinematics remote from the breakpoint, which is also referred to as the foot of the kinematics, the tilting joint only shifts along the longitudinal axis of the limb when the control lever is rotated by small angles about the swivel joint ,
Wird dagegen der Drehpunkt mit einem Versatz zum Lot zur Schenkellängsachse durch den Fußpunkt der Kinematik angeordnet, führt dies zu eine Längs- und zu einer Querverschiebung des Fußpunktes der Kinematik und damit zu einer Änderung der Geometrie der Kinematik.If, however, the pivot point with an offset to the perpendicular to the longitudinal axis of the leg is arranged through the base point of the kinematics, this leads to a longitudinal and to a transverse displacement of the foot point of the kinematics and thus to a change in the geometry of the kinematics.
Insbesondere kann es sich bei der Kinematik um einen Bipod mit zwei Bipodschenkeln handeln.In particular, the kinematics may be a bipod with two bipod legs.
Das radiale Drehmoment durch die Deformation des nicht verfahrenen Schenkels des Bipods beim Verfahren eines Aktuators in Längsrichtung des anderen Bipodschenkels kann dann weitgehend eliminiert werden, indem der Schenkel, der in Schenkellängsrichtung verfahren wurde, ein gegengerichtetes gleich großes Biegemoment wie der benachbarte Schenkel in den Haltepunkt einleitet. Das Gegenbiegemoment kann durch eine Querbewegung des Schenkels zu seiner aktuierten Längsbewegung erzeugt werden. So bewirkt der Aktuator oder die Anordnung des Drehgelenkes für einen Schenkel sowohl eine Längsverschiebung als auch eine Querverschiebung, wodurch die jeweiligen Gelenke auf den Schenkeln gegensinnig gebogen werden.The radial torque due to the deformation of the undisplaced leg of the bipod when moving an actuator in the longitudinal direction of the other Bipodschenkels can then be largely eliminated by the leg, which was moved in the leg longitudinal direction, initiates a gegenrichtichtetes equal bending moment as the adjacent leg in the breakpoint , The counterbending moment can be generated by a transverse movement of the leg to its actuated longitudinal movement. Thus, the actuator or the arrangement of the rotary joint for a leg causes both a longitudinal displacement and a transverse displacement, whereby the respective joints are bent in opposite directions on the legs.
Sind die beiden Biegemomente gleich groß, weil die Schenkel identisch aufgebaut sind, und die Querverschiebung eines Schenkels gleich groß ist wie die Querbewegung des weiteren Schenkels, dann heben sich die Biegemomente am Haltepunkt gegenseitig auf, so dass kein radiales Drehmoment in den Spiegel eingeleitet, und dieser dadurch nicht deformiert wird.Are the two bending moments the same size, because the legs are constructed identically, and the transverse displacement of a leg is equal to the transverse movement of the other leg, then the bending moments cancel each other at the breakpoint, so that no radial torque introduced into the mirror, and this is not deformed thereby.
Der Unterschied zwischen einer Verschiebung des Bipodschenkels mit reinem Längsversatz und einer Verschiebung gemäß der erfinderischen Lösung mit einem Längs- und Querversatz wird mit einer FEM-Simulation verdeutlicht. Hierbei wird der Fuß eines Bipodschenkels in seiner Längsrichtung um 0.100 mm versetzt, während der Fuß des weiteren Bipodschenkels Längs- und Querrichtung insgesamt 0.141 mm versetzt wird, was einem Längsversatz von 0.100 mm und einem dazu senkrechten Querversatz von 0.100 mm entspricht. Die folgende Tabelle zeigt das Ergebnis.
In der Tabelle wird der Unterschied in der Deformation deutlich. Durch den zusätzlichen Querversatz des aktuierten Bipodschenkels wird die Z6-Zweiwelligkeit um 73% von -18.413 nm auf 4.907 nm und die
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Kompensationselement vorhanden sein, welches eine Bewegung der Kinematik derart unterstützt, dass Kräfte oder Momente, welche aufgrund der Eigensteifigkeit der Kinematik am Haltepunkt auf die Komponente einwirken, reduziert werden.In a further embodiment of the invention, a compensation element may be present which supports a movement of the kinematics in such a way that forces or moments, which act on the component at the breakpoint due to the inherent rigidity of the kinematics, are reduced.
Hierfür kann die Kompensation von Tangentialmoment und Radialkraft durch ein aktives Kompensationselement, beispielsweise einen kraftgesteuerten Aktuator oder dadurch erfolgen, dass ein Kompensationselement mit negativer Steifigkeit verwendet wird, welches beispielsweise ein elastisches Element und eine Kinematik umfasst. Ein Element weist dann eine negative Steifigkeit auf, wenn es eine abschnittsweise fallende Kraft-Weg-Kennlinie besitzt. Hierdurch entsteht eine Kraft in Auslenkrichtung, die die Rückstellkraft eines Bipods wenigstens teilweise kompensiert. For this purpose, the compensation of tangential torque and radial force by an active compensation element, such as a force-controlled actuator or take place in that a compensation element is used with negative stiffness, which includes, for example, an elastic element and kinematics. An element then has a negative stiffness if it has a sectionally falling force-displacement curve. This creates a force in the deflection, which at least partially compensates the restoring force of a bipod.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann das Kompensationselement mindestens eine vorgespannte Blattfeder umfassen. Die jeweilige Auslenkung der Blattfedern wird zur Kompensation der Kräfte und Momente genutzt, welche aus der Eigensteifigkeit eines Bipoden resultieren.In a particularly preferred embodiment, the compensation element may comprise at least one prestressed leaf spring. The respective deflection of the leaf springs is used to compensate for the forces and moments resulting from the inherent rigidity of a bipod.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann das Kompensationselement über einen Hebel mechanisch mit der Kinematik verbunden sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the compensation element can be mechanically connected to the kinematics via a lever.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
-
1 den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die Erfindung verwirklicht sein kann, -
2 exemplarisch eine aus dem Stand der Technik bekannte Manipulatoreinheit, -
3a /b eine Detailansicht einer bekannten Manipulatoreinheit, -
4 exemplarisch eine aus dem Stand der Technik bekannt Manipulatoreinheit, -
5 eine Detailansicht einer bekannten Manipulatoreinheit, -
6 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, -
7 eine Detailansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung, -
8 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, -
9 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise eines Kompensationsmechanismus für die parasitäre Radialkraft, und -
10 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise eines Kompensationselementes für die parasitäre Radialkraft.
-
1 the basic structure of an EUV projection exposure apparatus in which the invention can be realized, -
2 an example of a known from the prior art manipulator unit, -
3a / b is a detailed view of a known manipulator unit, -
4 by way of example a manipulator unit known from the prior art, -
5 a detailed view of a known manipulator unit, -
6 a schematic view of a first embodiment of the invention, -
7 a detailed view of the first embodiment of the invention, -
8th a schematic view of a second embodiment of the invention, -
9 a schematic representation of the operation of a compensation mechanism for the parasitic radial force, and -
10 a schematic representation of the operation of a compensation element for the parasitic radial force.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld
Die Erfindung kann ebenso in einer DUV-Anlage verwendet werden, die nicht dargestellt ist. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage
Anhand der in
Wie durch die in der Figur nicht bezeichneten Doppelpfeile angedeutet verschieben die Aktuatoren
Jeder Schenkel
Ein Nachteil dieser Bipodanordnung, bei der die Aktuatoren
Die Verhältnisse werden anhand der
Aus der schematischen Darstellung in
Daraus ergibt sich der Biegemomentenverlauf für den Schenkel
Ähnliche Effekte ergeben sich für radiale Auslenkungen oder auch tangentiale Verkippungen des Bipod. Die dabei wirkenden vermeidbaren Deformationsmechanismen werden dadurch hervorgerufen, dass der Haltepunkt
In einer vorteilhaften Ausführung sind die Gelenke
Der Versatz Δs des im Detail in
Die durch die Drehung um das Drehgelenk
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, kann der Aktuator (
Im gezeigten Beispiel wird so das radiale Biegemoment am Haltepunkt
In den nachfolgend beschriebenen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- ProjektionsbelichtungsanlageProjection exposure system
- 22
- FeldfacettenspiegelField facet mirror
- 33
- Lichtquellelight source
- 44
- Beleuchtungsoptikillumination optics
- 55
- Objektfeldobject field
- 66
- Objektebeneobject level
- 77
- Reticlereticle
- 88th
- ReticlehalterReticlehalter
- 99
- Projektionsoptikprojection optics
- 1010
- Bildfeldfield
- 1111
- Bildebeneimage plane
- 1212
- Waferwafer
- 1313
- Waferhalterwafer holder
- 1414
- EUV-StrahlungEUV radiation
- 1515
- ZwischenfokusebeneBetween the focal plane
- 1616
- PupillenfacettenspiegelPupil facet mirror
- 1717
- Baugruppemodule
- 1818
- Spiegelmirror
- 1919
- Spiegelmirror
- 2020
- Spiegel mirror
- 3030
- Kinematik, ManipulatoreinheitKinematics, manipulator unit
- 3232
- Tragstruktur, BasisSupport structure, base
- 33.1, 33.233.1, 33.2
- Aktuatorenactuators
- 34.1, 34.2, 34.3, 34.4 34.534.1, 34.2, 34.3, 34.4 34.5
- Kippgelenketilting joints
- 35.1, 35.235.1, 35.2
- Schenkelleg
- 3636
- Kompensationselementcompensation element
- 37 37
- Blattfederleaf spring
- 3838
- Hebellever
- 3939
- Bipodbipod
- 4040
- Haltepunkthalt
- 4141
- Entkopplungsgelenkdecoupling joint
- 4242
- ParallellogrammführungParallellogrammführung
- 4343
- Außenplattenouter plates
- 4444
- Zentralelementcentral element
- 5050
- Komponente, SpiegelComponent, mirror
- 51.1, 51.251.1, 51.2
- Hebellever
- 5252
- Schenkellängsachseleg longitudinal axis
- 5353
- Lot zur SchenkellängsachseLot to the thigh axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- US 986827 A [0004]US 986827 A [0004]
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