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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Abnahme von fluid- und strukturmechanisch gekoppelten Systemen.
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Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithografie werden zur Erzeugung feinster Strukturen, insbesondere auf Halbleiterbauelementen oder anderen mikrostrukturierten Bauteilen, verwendet. Das Funktionsprinzip der genannten Anlagen beruht dabei darauf, mittels einer in der Regel verkleinernden Abbildung von Strukturen auf einer Maske, mit einem sogenannten Retikel, auf einem mit fotosensitivem Material versehenen zu strukturierenden Element, wie beispielsweise einem Wafer, feinste Strukturen bis in den Nanometerbereich zu erzeugen. Die minimalen Abmessungen der erzeugten Strukturen hängen dabei direkt von der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes, dem sogenannten Nutzlicht, ab. Die verwendeten Lichtquellen weisen in einem als DUV-Bereich bezeichneten Bereich Emissionswellenlängen von 100nm bis 300nm auf, wobei in jüngerer Zeit vermehrt Lichtquellen mit einer Emissionswellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise zwischen 1nm und 120nm, insbesondere im Bereich von 13,5 nm verwendet werden. Der beschriebene Emissionswellenlängenbereich wird auch als EUV-Bereich bezeichnet.
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Derartige Anlagen zeigen im Hinblick auf ihre Abbildungsqualität ein stark temperaturabhängiges Verhalten. Sowohl nicht unmittelbar an der optischen Abbildung beteiligte Strukturelemente, wie beispielsweise Fassungen und Halterungen oder Strukturen und Rahmen als auch optische Elemente selbst, wie beispielsweise Linsen oder, im Fall der EUV-Lithografie, Spiegel, verändern bei Erwärmung oder Abkühlung ihre Ausdehnung bzw. ihre Oberflächenform, was sich unmittelbar in der Qualität der mit der Anlage vorgenommenen Abbildung niederschlägt. Die Erwärmung der einzelnen Komponenten der Anlage im Betrieb rührt dabei unter anderem von der Absorption eines Teils der Nutzstrahlung her. Zur Reduzierung dieses Effektes werden sowohl Strukturelemente als auch optische Elemente zunehmend durch ein Fluid, üblicherweise hochreines Wasser, temperiert.
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Die Versorgungsleitungen für das Fluid, im Folgenden als Fluidleitungen bezeichnet, und auch die elektrischen und anderen Versorgungsleitungen, im Folgenden einfach als Leitungen bezeichnet, verbinden den im Vergleich stark schwingenden Bereich der Projektionsbelichtungsanlage mit dem nicht oder nur minimal schwingenden Bereich. Strukturell sind die beiden Bereiche durch mehrere Ebenen umfassende aktive und passive Entkopplungssysteme, wie beispielsweise Federn und Dämpfer, voneinander entkoppelt, so dass keine oder nur eine sehr geringe mechanische Schwingung von dem stark schwingenden in den minimal schwingenden Bereich übertragen wird. Im nur minimal schwingenden Bereich ist beispielsweise das Objektiv zur Abbildung der Strukturen des Retikels auf den Wafer angeordnet. Im stark schwingenden Bereich sind beispielsweise Ansteuerungen und Elektronik mit Lüftern bzw., im Fall von temperierten Komponenten, eine Fluidbereitstellungsvorrichtung für das zur Temperierung verwendete Fluid mit Pumpen angeordnet. Die Entkopplung der beiden Bereiche wird durch die Versorgungsleitungen zumindest teilweise überbrückt, was auch als fluider oder akustischer Kurzschluss bezeichnet wird.
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Neben der Übertragung von mechanischen Schwingungen über die Versorgungsleitungen selbst, also der Strukturmechanik der Projektionsbelichtungsanlage, werden mechanische Schwingungen auch über das nur gering kompressible Fluid in den Fluidleitungen übertragen. Die mechanischen Schwingungen werden in Form von Druckschwankungen übertragen, weshalb dieser Übertragungsweg auch als Wasser-Leitungs-Akustik (WLA, englisch Water Line Acoustics) bezeichnet wird. Es gibt also in den Fluidleitungen zwei Übertragungswege von mechanischen Schwingungen, welche durch Übertragung von mechanischen Schwingungen von einem Übertragungsweg auf den anderen und umgekehrt voneinander abhängig sind. Weiterhin verhält sich allein auf Grund der Masse ein mit Fluid gefülltes Rohr statisch und insbesondere dynamisch unterschiedlich, so dass die beiden Übertragungswege dadurch miteinander gekoppelt sind.
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Zur Entkopplung der Leitungen und des strukturmechanischen Übertragungsweges der Fluidleitungen werden die Leitungen bzw. Fluidleitungen durch Entkopplungselemente, wie beispielsweise Bälge und abgestimmte Massendämpfer, welche zwischen dem stark schwingenden und dem minimal schwingenden Bereich angeordnet sind, entkoppelt. Die Wasser-Leitungs-Akustik kann mit Hilfe verschiedener Maßnahmen sowohl passiv in Form von Vorrichtungen oder der Gestaltung von Leitungen als auch regelungstechnisch, also aktiv, beeinflusst werden, um einen positiven Effekt auf die Abbildungsqualität zu erreichen. Beispielsweise wird durch ein an das Fluidvolumen angeschlossenes Gasvolumen, wie einen Helmholtz-Resonator, Wasser-Leitungs-Akustik gedämpft. Die Maßnahmen, Fertigungs- und Montagetechnologien sind dabei ausreichend, um die Abbildungsqualität der Projektionsbelichtungsanlage sicherzustellen.
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Zur Qualitätssicherung werden nach der Montage die Projektionsbelichtungsanlage bzw. einzelne Komponenten einer Abnahmeprüfung unterzogen. Dabei werden mechanische Schwingungen bzw. Übertragungsfunktionen von A nach B, wie beispielsweise von einer Tragstruktur über die entkoppelten Versorgungsleitungen zu einem als Spiegel ausgebildeten optischen Element, ermittelt und mit festgelegten Spezifikationen verglichen. Im Fall einer gekühlten Komponente wird die Ermittlung der mechanischen Schwingungen mit fluidgefüllten Leitungen durchgeführt, so dass sowohl die Übertragung über die Leitungen, also der Strukturmechanik, als auch über das Fluid, also die Wasser-Leitungs-Akustik, erfasst werden.
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Dies hat den Nachteil, dass durch die weiter oben beschriebenen Wechselwirkungen zwischen den beiden Übertragungswegen und die Kopplung der fluidgefüllten Fluidleitungen eine eindeutige Ursache für eine die Spezifikation überschreitende mechanische Schwingung nur nach aufwendiger Suche oder gar nicht gefunden werden kann. Dies führt zu einer Rückintegration, also zu einer zumindest teilweisen Demontage der Komponenten bzw. der Projektionsbelichtungsanlage und damit zu einem erhöhten Abnahmeaufwand, wodurch die Herstellkosten negativ beeinflusst werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Nachteile des weiter oben beschriebenen Standes der Technik beseitigt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Abnahme einer Vorrichtung für die Halbleiterlithografie, wobei die Vorrichtung mindestens ein im Betrieb mit einem Fluid gefülltes Fluidleitungssystem aufweist, umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Ermittlung von mechanischen Schwingungen der Vorrichtung bei mit Fluid gefüllten Fluidleitung.
- - Vergleich der ermittelten mechanischen Schwingungen mit einer festgelegten Spezifikation.
- - Ermittlung von mechanischen Schwingungen der Vorrichtung bei zumindest teilweise fluidfreien Fluidleitungen im Fall, dass die Ursache einer Überschreitung der Spezifikation durch die ermittelten mechanischen Schwingungen nicht ermittelt werden kann.
- - Ermittlung der Ursache der die Spezifikation überschreitenden mechanischen Schwingungen auf Basis der ermittelten mechanischen Schwingungen.
- - Behebung der Ursache.
- - Wiederholung der vorangehenden Verfahrensschritte, bis die Spezifikation erreicht ist.
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Das Verfahren ermöglicht eine Vereinfachung der Ursachenermittlung und damit eine schnellere Abnahme des über die Strukturmechanik, also Leitungen und Bauteilverbindungen und der Akustik, also das Fluid, miteinander wechselwirkenden Systems. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass bei einer Ermittlung von mechanischen Schwingungen mit fluidgefüllten Fluidleitungen keine klare Ursache ermittelt werden kann. Die Ermittlung der mechanischen Schwingungen in zwei unterschiedlichen Systemzuständen (fluidgefüllt und zumindest teilweise fluidfrei), ermöglicht eine Trennung der Ursache zwischen Strukturmechanik und Fluid, was im wechselwirkenden System nicht möglich ist. Zusätzlich wird im fluidfreien Systemzustand auch die Kopplung zwischen Fluid und Mechanik aufgehoben.
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Die Fluidsysteme umfassen häufig mehrere Fluidkreisläufe, so dass abhängig von den ermittelten mechanischen Schwingungen zunächst das Fluidsystem nur teilweise entleert werden kann, beispielsweise ein Fluidkreislauf nach dem anderen. Dies hat den Vorteil, dass der dominante akustische Übertragungspfad ermittelt werden kann, also die Ursache innerhalb der Akustik nochmals genauer ermittelt werden kann.
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Insbesondere kann die Vorrichtung als Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage ausgebildet sein.
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Weiterhin kann die Vorrichtung als die Projektionsbelichtungsanlage selbst ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform können die mechanischen Schwingungen frequenzaufgelöst ermittelt werden.
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Insbesondere können die mechanischen Schwingungen lokal, also als an einem Ort der Vorrichtung ermittelte mechanische Schwingungen, und/oder als Übertragungsfunktion zwischen zwei Punkten der Vorrichtung ermittelt werden. Die lokale Ermittlung der Schwingungen kann zur Prüfung einer maximal zulässigen Amplitude, wie beispielsweise einer Auslenkung eines Verbindungselementes zur Vermeidung von Kollisionen, Anwendung finden.
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Eine Übertragungsfunktion zwischen zwei Punkten kann zur Prüfung von einem sogenannten Systemverhalten verwendet werden. Dadurch können beispielsweise im Fall eines gedämpften Verbindungselementes das frequenzabhängige Dämpfungsverhalten des Elementes, der Dämpfungsfaktor und/oder die gedämpfte Frequenz überprüft werden. Der Begriff mechanische Schwingungen wird im Folgenden als Überbegriff für beide Arten der Messung verwendet und wo sinnvoll von lokalen Schwingungen bzw. Übertragungsfunktionen gesprochen.
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Weiterhin kann die Ermittlung der Ursache einen Vergleich der durch eine Messung ermittelten mechanischen Schwingungen mit einem Model umfassen.
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In einer ersten Ausführungsform kann das Modell die fluidgefüllte Vorrichtung abbilden. Dies ermöglicht einen Abgleich der ermittelten mechanischen Schwingungen mit einem idealen Modell in einem dem späteren Betriebszustand vergleichbaren Zustand. Der Abgleich mit dem Modell kann erste Hinweise auf mögliche Ursachen geben. Der Aufbau des Modells entspricht dem realen System und die Ursache und Wirkung, beispielsweise bei einer Übertragungsfunktion, sind bekannt oder können zumindest auf einen Bereich begrenzt werden.
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Insbesondere kann das Modell die fluidfreie Vorrichtung abbilden. Dies ermöglicht den Vergleich der ermittelten mechanischen Schwingungen mit einem der fluidfreien Vorrichtung entsprechenden Modell, wodurch das Auffinden der Ursache vorteilhaft vereinfacht werden kann. Insbesondere wenn die Ursache bei fluidgefülltem System nicht oder nur unzureichend ermittelt werden konnte, kann der Abgleich mit dem Modell weitere Hinweise auf die Ursache geben.
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Weiterhin kann das Modell die akustische Fortpflanzung in der Vorrichtung abbilden, also als akustisches Modell ausgebildet sein. Das Modell kann auf Basis einer Differenzbildung der in den beiden Zuständen der Vorrichtung (fluidgefüllt und zumindest teilweise fluidfrei) ermittelten mechanischen Schwingungen verglichen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann mindestens ein Modell zur Erprobung einer ermittelten Ursache verwendet werden. Die Erprobung der Lösungen zur Behebung der Ursache im Modell oder gegebenenfalls in zwei oder drei Modellen hat zwei Vorteile.
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Einerseits kann bestätigt werden, dass die ermittelte Ursache auch die tatsächliche Ursache ist. Andererseits kann die Wirkung der Lösung auf die Vorrichtung im Vorfeld anhand der Modelle überprüft werden. Insbesondere ermöglicht es vergleichsweise einfach eine möglicherweise notwendige iterative Vorgehensweise bei der Ermittlung der Lösung, was sich positiv auf den Zeitaufwand und damit auf die Herstellkosten auswirkt.
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Die Verwendung von mindestens einem Modell, insbesondere von zwei oder drei Modellen kann dazu führen, dass mit nur einer Wiederholung des Verfahrens alle Ursachen, welche zu einer Überschreitung der Spezifikation geführt haben, ermittelt und die zur Lösung notwendigen Maßnahmen festgelegt werden können.
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In einer ersten Ausführungsform können die Maßnahmen zur Behebung der Ursache eine Veränderung von mindestens einer Steifigkeit einer Verbindung und/oder eines Bauteils der Vorrichtung umfassen. Mechanische Verbindungssteifigkeiten können beispielsweise vergleichsweise einfach durch ein Nachziehen einer Schraubverbindung verändert werden. Im Fall von Bauteilen, wie beispielsweise Entkopplungselementen, kann eine Veränderung der Steifigkeit einen Austausch des Elementes notwendig machen. Weiterhin sind die Bauteile auch über das Fluid miteinander verbunden, weisen also eine Verbindungssteifigkeit auf. Die Verbindungssteifigkeiten können beispielsweise über die Anpassung des in den Fluidleitungen herrschenden Drucks angepasst werden.
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Weiterhin können Maßnahmen zur Behebung der Ursache eine Veränderung von mindestens einer Masse eines Bauteils der Vorrichtung umfassen. Die Masse von Bauteilen kann prinzipiell durch das Anbringen oder Entfernen von zusätzlich und lösbar mit dem Bauteil verbundenen Zusatzmassen realisiert werden. Die Anpassung der Masse kann insbesondere in den Fällen von Vorteil sein, in welchen eine Anpassung der Steifigkeit nicht oder nur mit erhöhtem Aufwand möglich ist. Dies gilt natürlich auch im umgekehrten Fall.
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Daneben können Maßnahmen zur Behebung der Ursache eine Veränderung von mindestens einer Dämpfungswirkung einer Verbindung und/oder eines Bauteils der Vorrichtung umfassen. Dies kann insbesondere im Fall von Resonatoren, wie beispielsweise Helmholtz-Resonatoren, welche insbesondere in der Akustik, also zur Dämpfung eines Fluids, Anwendung finden, eine Lösung sein. Weiterhin kann die Dämpfungswirkung auch durch den Austausch eines Dämpfers, wie beispielsweise eines abgestimmten Massendämpfers, angepasst werden.
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Als Maßnahmen können grundsätzlich die drei grundlegenden Parameter eines schwingfähigen Systems, also Steifigkeit, Masse und Dämpfung eingestellt werden, wobei hierbei die Zugänglichkeit und der Aufwand eines Austausches bei der Wahl der Maßnahme ausschlaggebend ist.
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Das Design der Vorrichtung kann auf Basis der durch das Verfahren ermittelten Erfahrungen angepasst werden. So können beispielsweise Möglichkeiten zum Anbringen von Zusatzmassen oder ein vereinfachter Austausch von Federn und oder Dämpfern vorgesehen werden.
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Alternativ können auch aktive Komponenten entwickelt oder, falls vorhanden, eingesetzt werden, welche eine Einstellung von Steifigkeit, Dämpfung und gegebenenfalls auch der Masse ermöglichen. Insbesondere im Bereich der Akustik ist eine aktive Änderung der akustischen Masse denkbar.
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Grundsätzlich können alle zuvor beschriebenen Änderungen und Anpassungen von Steifigkeit, Dämpfung und Masse sowohl als aktive als auch passive Maßnahmen ausgeführt werden. Weiterhin können die genannten Maßnahmen sowohl für den strukturmechanischen als auch für den akustischen Übertragungspfad Anwendung finden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
- 2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie,
- 3 eine aus dem Stand der Technik bekannte Projektionsbelichtungsanlage, und
- 4 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
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Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
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Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
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In der 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
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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.
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Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
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Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
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Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
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Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
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Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
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Wie beispielsweise aus der
DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die
DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
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Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
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Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der
US 2006/0132747 A1 , der
EP 1 614 008 B1 und der
US 6,573,978 .
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Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
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Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die
DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
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Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
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Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
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Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der
DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
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Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
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Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
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Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
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Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
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Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
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Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
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Bei dem in der 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
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Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
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Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y-Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11. Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y-Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
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Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
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Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
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Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1.
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Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
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Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der
US 2018/0074303 A1 .
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Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
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Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen. Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden.
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Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
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Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
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Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
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Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
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Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
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Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
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Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
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Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
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2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung ebenfalls zur Anwendung kommen kann.
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Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in 2 beginnen also mit 101.
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Im Unterschied zu einer wie in 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 können auf Grund der größeren Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten DUV-Strahlung 116 im Bereich von 100 nm bis 300 nm, insbesondere von 193 nm, in der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung beziehungsweise zur Beleuchtung refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elementen 117, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen verwendet werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst dabei im Wesentlichen ein Beleuchtungssystem 102, einen Retikelhalter 108 zur Aufnahme und exakten Positionierung eines mit einer Struktur versehenen Retikels 107, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 113 bestimmt werden, einen Waferhalter 114 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 113 und einem Projektionsobjektiv 110, mit mehreren optischen Elementen 117, die über Fassungen 118 in einem Objektivgehäuse 119 des Projektionsobjektives 110 gehalten sind.
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Das Beleuchtungssystem 102 stellt eine für die Abbildung des Retikels 107 auf dem Wafer 113 benötigte DUV-Strahlung 116 bereit. Als Quelle für diese Strahlung 116 kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung 116 wird in dem Beleuchtungssystem 102 über optische Elemente derart geformt, dass die DUV-Strahlung 116 beim Auftreffen auf das Retikel 107 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
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Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 101 mit dem Objektivgehäuse 119 unterscheidet sich außer durch den zusätzlichen Einsatz von refraktiven optischen Elementen 117 wie Linsen, Prismen, Abschlussplatten prinzipiell nicht von dem in 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
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3 zeigt eine grob schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Projektionsoptik 10 einer Projektionsbelichtungsanlage 1, wie sie in der 1 erläutert ist. Die in der 3 dargestellte Projektionsoptik 10 ist auf dem Maschinenbett 30 der Projektionsbelichtungsanlage 1 angeordnet und umfasst einen Grundrahmen 31, welcher zur Vermeidung von einer Übertragung mechanischer Schwingungen von dem Maschinenbett 30 auf den Grundrahmen 31 durch eine Entkopplung 49 mit diesem verbunden ist. Im Folgenden werden alle aufgeführten Entkopplungen 49 ohne eine spezielle Bedeutung für die Erfindung zur Vereinfachung mit der Bezugsziffer 49 bezeichnet, wogegen relevante Entkopplungen jeweils eine gesonderte Bezugsziffer erhalten.
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Der Grundrahmen 31 ist über eine weitere Entkopplung 49 mit einem Zwischenrahmen 32 verbunden, auf welchem wiederum jeweils über eine Entkopplung 49 ein Modulrahmen 33 zur Aufnahme von Spiegelmodulen 35 und ein Referenzrahmen 34 angeordnet sind. Die Entkopplungen 49 minimieren also die Übertragung von mechanischen Schwingungen auf die auf den Spiegelmodulen 35.1, 35.2, 35.3, 35.4, 35.5, 35.6 angeordneten in der 3 nicht gesondert bezeichneten Spiegel. Dem Fachmann ist durchaus bekannt, dass die Entkopplungen 49 nicht identisch, sondern jeweils auf die an sie gestellten Anforderungen ausgelegt sind. Die Spiegelmodule 35.1, 35.2, 35.3, 35.4, 35.5, 35.6 sind über Anbindungen 36 mit dem Modulrahmen 33 verbunden. Die Spiegelmodule 35.1, 35.2, 35.3, 35.4, 35.5, 35.6 umfassen weiterhin Sensoren 38, welche die Position der Spiegel gegenüber dem Referenzrahmen 34 erfassen, wodurch die Position der einzelnen Spiegel zueinander und gegenüber weiteren Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage 1, wie beispielsweise zu dem in der 1 erläuterten Retikel 7 und dem Wafer 13 (beide nicht dargestellt) über eine nicht dargestellte Ansteuerung geregelt werden kann. Die Spiegelmodule 35.1, 35.2, 35.3, 35.4, 35.5, 35.6 sind beispielhaft über eine Leitung 47 mit einer Ansteuerung 46 verbunden. Die beispielhafte Leitung 47 weist zwischen dem Grundrahmen 31 und dem Zwischenrahmen 32, diesem und dem Modulrahmen 33, sowie zwischen diesem und dem Spiegelmodul 35.3 jeweils eine Entkopplungsschlinge 44 auf, welche zur Minimierung der Übertragung mechanischer Schwingungen auf die Spiegelmodule 35.1, 35.2, 35.3, 35.4, 35.5, 35.6 dienen.
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Das Spiegelmodul 35.3 weist beispielhaft Fluidleitungen 39 zur Kühlung des Spiegels mit einem Fluid 40, wie beispielsweise reinem Wasser, auf. Das Fluid 40 wird von einem ersten Bereich 41.1 eines Wasserkabinetts 41 zur Bereitstellung und Aufbereitung des Fluids 40, welches über Entkopplungen 49 mit dem Grundrahmen 31 und dem Maschinenbett 30 verbunden ist, über eine Zuleitung 42 bis zu der Fluidleitung 39 des auf dem Spiegelmodul 35.3 angeordneten Spiegels geführt und über eine Ableitung 43 wieder zurück in einen zweiten Bereich 41.2 des Wasserkabinetts 41 geführt, wobei die beiden Bereiche 41.1 und 41.2 über eine Verbindungsleitung 45 miteinander verbunden sind. Die Zuleitung 42 und die Ableitung 43 weisen zwischen dem Grundrahmen 31 und dem Zwischenrahmen 32, diesem und dem Modulrahmen 33, sowie zwischen diesem und dem Spiegel (nicht dargestellt) jeweils eine Entkopplungsschlinge 44 auf, welche ebenfalls zur Minimierung der Übertragung mechanischer Schwingungen auf die Spiegelmodule 35.1, 35.2, 35.3, 35.4, 35.5, 35.6 dienen. Die Zuleitung 42 und Ableitung 43 umfassen weiterhin sowohl Leitungs-Dämpfer 50 zur Dämpfung der über die Leitungen 42, 43 übertragenen mechanischen Schwingungen, als auch Fluid-Dämpfer 60 zur Dämpfung von über das Fluid 40 übertragenen mechanischen Schwingungen. Diese sind unter anderem aufgrund von Bauraumbeschränkungen an unterschiedlichen Stellen der Leitungen 42, 43 angeordnet, wodurch es auch nach den Dämpfern zu einer Wechselwirkung der über die Leitungen 42, 43 und dem Fluid 40 übertragenen mechanischen Schwingungen kommen kann.
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Die Projektionsoptik 10 wird nach der Montage zur Qualitätskontrolle als einzelne Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage 1 abgenommen, also qualifiziert. Dabei werden unter anderem die Übertragung von mechanischen Schwingungen über die Fluidleitungen 39, 42, 43 und die Leitungen 47 auf deren Auswirkung auf die Spiegel qualifiziert.
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4 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Abnahme einer Vorrichtung für die Halbleiterlithografie, wobei die Vorrichtung mindestens eine im Betrieb mit einem Fluid gefüllte Fluidleitung aufweist, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- In einem ersten Verfahrensschritt 61 werden mechanische Schwingungen der Vorrichtung 10 bei mit Fluid gefüllter Fluidleitung 39 ermittelt.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 62 werden die ermittelten mechanischen Schwingungen mit einer festgelegten Spezifikation verglichen.
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In einem dritten Verfahrensschritt 63 werden im Fall, dass die Ursache einer Überschreitung der Spezifikation durch die ermittelten mechanischen Schwingungen nicht gefunden werden kann, mechanische Schwingungen der Vorrichtung 10 bei zumindest teilweise fluidfreien Fluidleitungen ermittelt.
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In einem vierten Verfahrensschritt 64 wird die Ursache der die Spezifikation überschreitenden mechanischen Schwingungen auf Basis der ermittelten mechanischen Schwingungen ermittelt.
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In einem fünften Verfahrensschritt 65 wird die ermittelte Ursache behoben.
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In einem sechsten Verfahrensschritt 66 werden die vorangehenden Verfahrensschritte solange wiederholt, bis die Spezifikation erreicht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Projektionsbelichtungsanlage
- 2
- Beleuchtungssystem
- 3
- Strahlungsquelle
- 4
- Beleuchtungsoptik
- 5
- Objektfeld
- 6
- Objektebene
- 7
- Retikel
- 8
- Retikelhalter
- 9
- Retikelverlagerungsantrieb
- 10
- Projektionsoptik
- 11
- Bildfeld
- 12
- Bildebene
- 13
- Wafer
- 14
- Waferhalter
- 15
- Waferverlagerungsantrieb
- 16
- EUV-Strahlung
- 17
- Kollektor
- 18
- Zwischenfokusebene
- 19
- Umlenkspiegel
- 20
- Facettenspiegel
- 21
- Facetten
- 22
- Facettenspiegel
- 23
- Facetten
- 30
- Maschinenbett
- 31
- Grundrahmen
- 32
- Zwischenrahmen
- 33
- Modulrahmen
- 34
- Referenzrahmen
- 35
- Spiegelmodul
- 36
- Anbindung Spiegel
- 38
- Sensor
- 39
- Fluidleitung
- 40
- Fluid
- 41,41.1, 41.2
- Wasserkabinett
- 42
- Zuleitung
- 43
- Ableitung
- 44
- Entkopplungsschlinge Fluidleitung
- 45
- Verbindungsleitung Fluidreservoir
- 46
- Ansteuerung
- 47
- Leitung
- 49
- Entkopplung allgemein
- 50
- Leitungsdämpfer
- 101
- Projektionsbelichtungsanlage
- 102
- Beleuchtungssystem
- 107
- Retikel
- 108
- Retikelhalter
- 110
- Projektionsoptik
- 113
- Wafer
- 114
- Waferhalter
- 116
- DUV-Strahlung
- 117
- optisches Element
- 118
- Fassungen
- 119
- Objektivgehäuse
- M1-M6
- Spiegel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2008 009 600 A1 [0045, 0049]
- US 2006/0132747 A1 [0047]
- EP 1 614 008 B1 [0047]
- US 6,573,978 [0047]
- DE 10 2017 220 586 A1 [0052]
- US 2018/0074303 A1 [0066]