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WO2024008352A1 - Optische baugruppe, projektionsbelichtungsanlage für die halbleiterlithographie und verfahren - Google Patents

Optische baugruppe, projektionsbelichtungsanlage für die halbleiterlithographie und verfahren Download PDF

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Publication number
WO2024008352A1
WO2024008352A1 PCT/EP2023/062473 EP2023062473W WO2024008352A1 WO 2024008352 A1 WO2024008352 A1 WO 2024008352A1 EP 2023062473 W EP2023062473 W EP 2023062473W WO 2024008352 A1 WO2024008352 A1 WO 2024008352A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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base body
optical assembly
actuators
back plate
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/062473
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thilo Pollak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Priority to CN202380050991.1A priority Critical patent/CN119487448A/zh
Priority to JP2024576478A priority patent/JP2025524485A/ja
Publication of WO2024008352A1 publication Critical patent/WO2024008352A1/de
Priority to US19/004,166 priority patent/US20250138302A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G03F7/70883—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891—Temperature

Definitions

  • the invention relates to an optical assembly, a projection exposure system for semiconductor lithography and a method for producing an optical assembly.
  • microscopically small structures are imaged onto a wafer coated with photoresist using photolithographic processes, starting from a mask as a template.
  • desired structures such as memory or logic elements are created on the wafer, which is then divided into individual chips for use in electronic devices.
  • optical elements used Due to the extremely small structures that need to be created, down to the nanometer range, extreme demands are placed on the optics of the projection exposure systems and thus on the optical elements used.
  • imaging errors regularly occur during the operation of a corresponding system, which often result from changing environmental conditions such as temperature changes in the optics.
  • the optical elements used such as lenses or mirrors, are designed to be movable or deformable in order to be able to correct the aforementioned imaging errors during operation of the system.
  • mechanical actuators are generally used, which can, for example, be suitable for specifically deforming the surface of an optical element that is used for imaging, i.e. the so-called optical effective surface.
  • This deformation can come from the back of a base body using the corresponding optical element.
  • the mechanical action of the actuators is typically made possible by the actuators being mechanically supported on a back plate in the rear area of the base body.
  • This back plate, and in particular its mounting, in turn causes parasitic deformations when the optical element is actuated.
  • the resulting requirements for the manufacturing and assembly tolerances of the actuators and the back plate can only be met with a very high level of effort.
  • the object of the present invention is to provide an optical assembly and a projection exposure system in which disadvantageous effects resulting from back plates connected to actuators are reduced compared to the prior art.
  • a further object of the invention is to provide a method for producing such an assembly.
  • An optical assembly according to the invention comprises an optical element, wherein the optical element comprises a base body, and at least one actuator for deforming the base body is arranged on the back of the base body.
  • the at least two actuators are connected to the back of the base body at a first connecting surface and to a back plate at a second connecting surface, the back plate being supported exclusively via the actuators.
  • the backplate's only connection to the "solid world” is the at least two actuators, or typically a plurality of actuators.
  • the actuators can in particular be solid-state actuators such as piezo actuators or magnetostrictive, electrostrictive or thermal actuators.
  • a homogeneous, for example thermally induced, expansion of all solid-state actuators perpendicular to a connecting surface only leads to a displacement of the back plate and has no effect the shape and position of the optical effective surface.
  • actuator creep often occurs, ie the actuators are not immediately stable after switching on, but rather move towards the desired state.
  • the actuators typically behave similarly, the free back plate largely compensates for this effect and does not produce any undesirable deformation.
  • a joining material is any material that creates the joint between the actuator and the adjacent component (here base body and back plate). Examples of this are adhesives, glass frit, solders, welding filler materials, reactive layers from reactive bonding, etc.
  • a particularly preferred embodiment there is at least one decoupling element for lateral decoupling between the actuator and at least the base body and / or the back plate arranged.
  • This lateral decoupling also makes it possible to compensate for thermal expansion of the joining material in the transverse direction as well as moisture-induced geometry changes in these directions; The same applies to pressure-induced volume changes.
  • the back of the base body has at least one flat partial area.
  • the flat joints created in this way enable the use of simple manufacturing processes with good roughness and very good shape tolerance or flatness.
  • grinding, lapping and plan honing as well as plan polishing should be mentioned here. This means that joining driving applications that only allow the compensation of small mechanical tolerances. This includes in particular the joining processes already mentioned above.
  • the base body can have a thickness that changes over its lateral course. For example, due to space requirements, it may be necessary to make the base body locally thinner. In this case, it may be necessary to adapt the respective actuators and/or the design of the back plate accordingly.
  • the back plate can have a thickness that changes over its lateral course.
  • the back plate can have an increased thickness in its areas near the edge compared to the inner areas in order to compensate for the loss of rigidity of the back plate caused by the proximity to the edge.
  • the back plate and/or the base body has recesses in which actuators are at least partially arranged.
  • the back of the base body has several flat partial areas which do not run parallel to one another. This can ensure that the overall thickness of the base body changes to a limited extent, so that its mechanical properties also move within a manageable range over its extent.
  • the surface of the back plate facing the base body and the surface facing away from the base body each extend at a constant distance from the back of the base body.
  • a back plate with a constant thickness can be created.
  • the optical element is spherical Mirror is formed with a base body of constant thickness.
  • the backplate would essentially be a similar representation of the base body.
  • the present invention particularly includes cases in which the effective direction of at least one of the actuators is designed to be normal to the connecting surface of the actuator with the base body. However, it can also be used in situations in which the effective direction of at least one of the actuators is designed to be normal to the optical effective surface.
  • the base body is not designed with a uniform thickness
  • the actuators used can be adapted to the mechanical conditions of the base body at the respective position with regard to, for example, their inherent rigidity, their travel path or the maximum force they can apply.
  • the optical element can be a mirror, in particular a multilayer mirror.
  • the mirror can also be a concave mirror with a radius of curvature of 180mm-260mm, in particular in the range of 220mm.
  • Such mirrors are used in particular in DUV projection exposure systems to fold the beam path.
  • the back plate has a lower rigidity than the base body and can, for example, be provided with at least one sensor.
  • the sensor can be a strain or a temperature sensor.
  • the back plate can have a lower rigidity than the base body, it can be achieved that when the actuator system is controlled to achieve a desired deformation of the optical effective surface, a higher deformation of the back plate compared to the deformation of the effective surface sets. This higher deformation has a particularly positive effect on the signal-to-noise ratio of a strain measurement of the back plate, for example using fiber Bragg grating sensors. If the mechanical properties of the actuators, base body and back plate are known, a corresponding deformation of the optical effective surface can then be inferred based on a model from a local deformation of the back plate.
  • the properties can be selected so that a defined temperature profile (e.g. the main thermal mode of the system) does not lead to a parasitic deformation or displacement of the optical effective surface.
  • a parasitic deformation can arise, for example, from the fact that heating of the actuators influences their efficiency, i.e. their respective mechanical response to a changing control voltage.
  • parasitic deformations can be caused simply due to the usual thermal expansion or contraction of the materials involved. It is possible to achieve at least partial mutual compensation of the effects mentioned through a suitable choice of the material used and/or design of the respective geometry.
  • the invention is particularly suitable for use in a projection exposure system for semiconductor lithography.
  • a method according to the invention for producing a corresponding optical assembly comprises the following process steps:
  • the optical effective surface can be processed after the actuator has been installed.
  • the method can be implemented particularly advantageously if several actuators are arranged on the back plate, the connecting surfaces of which can be processed together.
  • FIG. 1 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for EUV projection lithography
  • FIG. 2 shows a schematic meridional section of a projection exposure system for DUV projection lithography
  • Figure 3 is a schematic representation of a first embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention
  • FIGS 7a, b show a further embodiment of the invention
  • FIGS. 8a-c show a detailed representation of further embodiments of the invention.
  • Figure 9 shows a schematic representation of possible decoupling elements
  • Figure 10 shows a variant of the design of the back plate
  • Figure 11 shows a flowchart for a manufacturing method according to the invention.
  • a lighting system 2 of the projection exposure system 1 has, in addition to a radiation source 3, lighting optics 4 for illuminating an object field 5 in an object plane 6.
  • the light source 3 can also be provided as a module separate from the other lighting system. In this case, the lighting system does not include the light source 3.
  • a reticle 7 arranged in the object field 5 is illuminated.
  • the reticle 7 is held by a reticle holder 8.
  • the reticle holder 8 can be displaced in particular in a scanning direction via a reticle displacement drive 9.
  • FIG. 1 A Cartesian xyz coordinate system is shown in FIG. 1 for explanation purposes.
  • the x direction runs perpendicular to the drawing plane.
  • the y-direction is horizontal and the z-direction is vertical.
  • the scanning direction in FIG. 1 runs along the y-direction.
  • the z direction runs perpendicular to the object plane 6.
  • the projection exposure system 1 includes projection optics 10.
  • the projection optics 10 is used to image the object field 5 into an image field 11 in an image plane 12.
  • the image plane 12 runs parallel to the object plane 6. Alternatively, an angle other than 0 ° is also between the object plane 6 and the Image level 12 possible.
  • a structure on the reticle 7 is imaged on a light-sensitive layer of a wafer 13 arranged in the area of the image field 11 in the image plane 12.
  • the wafer 13 is held by a wafer holder 14.
  • the wafer holder 14 can be displaced in particular along the y direction via a wafer displacement drive 15.
  • the displacement, on the one hand, of the reticle 7 via the reticle displacement drive 9 and, on the other hand, of the wafer 13 via the wafer displacement drive 15 can take place in synchronization with one another.
  • the radiation source 3 is an EUV radiation source.
  • the radiation source 3 emits in particular EUV radiation 16, which is also referred to below as useful radiation, illumination radiation or illumination light.
  • the useful radiation in particular has a wavelength in the range between 5 nm and 30 nm.
  • the radiation source 3 can be a plasma source, for example an LPP source (Laser Produced Plasma) or a DPP source. Source (Gas Discharged Produced Plasma, plasma produced by gas discharge). It can also be a synchrotron-based radiation source.
  • the radiation source 3 can be a free electron laser (FEL).
  • the illumination radiation 16, which emanates from the radiation source 3, is focused by a collector 17.
  • the collector 17 can be a collector with one or more ellipsoidal and/or hyperboloid reflection surfaces.
  • the at least one reflection surface of the collector 17 can be in grazing incidence (Grazing Incidence, Gl), i.e. with angles of incidence greater than 45° compared to the normal direction of the mirror surface, or in normal incidence (Normal Incidence, NI), i.e. with angles of incidence smaller than 45°. with the lighting radiation 16 are applied.
  • Gl grazing Incidence
  • NI normal incidence
  • the collector 17 can be structured and/or coated on the one hand to optimize its reflectivity for the useful radiation and on the other hand to suppress false light.
  • the intermediate focus plane 18 can represent a separation between a radiation source module, having the radiation source 3 and the collector 17, and the illumination optics 4.
  • the lighting optics 4 comprises a deflection mirror 19 and, downstream of it in the beam path, a first facet mirror 20.
  • the deflection mirror 19 can be a flat deflection mirror or alternatively a mirror with an effect that influences the bundle beyond the pure deflection effect. Alternatively or additionally, the deflection mirror 19 can be designed as a spectral filter which separates a useful light wavelength of the illumination radiation 16 from false light of a wavelength that deviates from this.
  • the first facet If the mirror 20 is arranged in a plane of the illumination optics 4, which is optically conjugate to the object plane 6 as a field plane, this is also referred to as a field facet mirror.
  • the first facet mirror 20 includes a large number of individual first facets 21, which are also referred to below as field facets. Some of these facets 21 are shown in FIG. 1 only as examples.
  • the first facets 21 can be designed as macroscopic facets, in particular as rectangular facets or as facets with an arcuate or part-circular edge contour.
  • the first facets 21 can be designed as flat facets or alternatively as convex or concave curved facets.
  • the first facets 21 themselves can also each be composed of a large number of individual mirrors, in particular a large number of micromirrors.
  • the first facet mirror 20 can in particular be designed as a microelectromechanical system (MEMS system).
  • MEMS system microelectromechanical system
  • the illumination radiation 16 runs horizontally, i.e. along the y-direction.
  • a second facet mirror 22 is located downstream of the first facet mirror 20 in the beam path of the illumination optics 4. If the second facet mirror 22 is arranged in a pupil plane of the illumination optics 4, it is also referred to as a pupil facet mirror. The second facet mirror 22 can also be arranged at a distance from a pupil plane of the lighting optics 4. In this case, the combination of the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22 is also referred to as a specular reflector. Specular reflectors are known from US 2006/0132747 A1, EP 1 614 008 B1 and US 6,573,978.
  • the second facet mirror 22 comprises a plurality of second facets 23.
  • the second facets 23 are also referred to as pupil facets.
  • the second facets 23 can also be macroscopic facets, which can have, for example, round, rectangular or even hexagonal edges, or alternatively, they can be facets composed of micromirrors.
  • macroscopic facets which can have, for example, round, rectangular or even hexagonal edges, or alternatively, they can be facets composed of micromirrors.
  • the second facets 23 can have flat or alternatively convex or concave curved reflection surfaces.
  • the lighting optics 4 thus forms a double faceted system.
  • This basic principle is also known as the honeycomb condenser (fly's eye integrator).
  • the second facet mirror 22 may be arranged tilted relative to a pupil plane of the projection optics 10, as described for example in DE 10 2017 220 586 A1.
  • the second facet mirror 22 is the last beam-forming mirror or actually the last mirror for the illumination radiation 16 in the beam path in front of the object field 5.
  • transmission optics can be arranged in the beam path between the second facet mirror 22 and the object field 5, which contributes in particular to the imaging of the first facets 21 into the object field 5.
  • the transmission optics can have exactly one mirror, but alternatively also two or more mirrors, which are arranged one behind the other in the beam path of the lighting optics 4.
  • the transmission optics can in particular comprise one or two mirrors for perpendicular incidence (NL mirror, normal incidence mirror) and/or one or two mirrors for grazing incidence (Gl mirror, gracing incidence mirror).
  • the lighting optics 4 has exactly three mirrors after the collector 17, namely the deflection mirror 19, the field facet mirror 20 and the pupil facet mirror 22.
  • the deflection mirror 19 can also be omitted, so that the lighting optics 4 then exactly after the collector 17 can have two mirrors, namely the first facet mirror 20 and the second facet mirror 22.
  • the imaging of the first facets 21 into the object plane 6 by means of the second facets 23 or with the second facets 23 and a transmission optics is generally only an approximate image.
  • the projection optics 10 comprises a plurality of mirrors Mi, which are numbered consecutively according to their arrangement in the beam path of the projection exposure system 1.
  • the projection optics 10 comprises six mirrors M1 to M6. Alternatives with four, eight, ten, twelve or another number of mirrors Mi are also possible.
  • the penultimate mirror M5 and the last mirror M6 each have a passage opening for the illumination radiation 16.
  • the projection optics 10 are double-obscured optics.
  • the projection optics 10 has an image-side numerical aperture that is larger than 0.5 and which can also be larger than 0.6 and which can be, for example, 0.7 or 0.75.
  • Reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as free-form surfaces without an axis of rotational symmetry.
  • the reflection surfaces of the mirrors Mi can be designed as aspherical surfaces with exactly one axis of rotational symmetry of the reflection surface shape.
  • the mirrors Mi just like the mirrors of the lighting optics 4, can have highly reflective coatings for the lighting radiation 16. These coatings can be designed as multilayer coatings, in particular with alternating layers of molybdenum and silicon.
  • the projection optics 10 has a large object image offset in the y direction between a y coordinate of a center of the object field 5 and a y coordinate of the center of the image field 11.
  • This object-image offset in the y direction can be approximately as large as a z distance between the object plane 6 and the image plane 12.
  • the projection optics 10 can in particular be anamorphic. In particular, it has different imaging scales ßx, ßy in x and y Direction up.
  • a positive magnification ß means an image without image reversal.
  • a negative sign for the image scale ß means an image with image reversal.
  • the projection optics 10 thus leads to a reduction in size in the x direction, that is to say in the direction perpendicular to the scanning direction, in a ratio of 4:1.
  • the projection optics 10 leads to a reduction of 8:1 in the y direction, that is to say in the scanning direction.
  • Image scales are also possible. Image scales of the same sign and absolutely the same in the x and y directions, for example with absolute values of 0.125 or 0.25, are also possible.
  • the number of intermediate image planes in the x and y directions in the beam path between the object field 5 and the image field 11 can be the same or, depending on the design of the projection optics 10, can be different. Examples of projection optics with different numbers of such intermediate images in the x and y directions are known from US 2018/0074303 A1.
  • One of the pupil facets 23 is assigned to exactly one of the field facets 21 to form an illumination channel for illuminating the object field 5. This can in particular result in lighting based on Köhler's principle.
  • the far field is broken down into a large number of object fields 5 using the field facets 21.
  • the field facets 21 generate a plurality of images of the intermediate focus on the pupil facets 23 assigned to them.
  • the field facets 21 are each imaged onto the reticle 7 by an assigned pupil facet 23, superimposed on one another, in order to illuminate the object field 5.
  • the illumination of the object field 5 is in particular as homogeneous as possible.
  • the illumination of the entrance pupil of the projection optics 10 can be geometrically defined by an arrangement of the pupil facets. By selecting the illumination channels, in particular the subset of the pupil facets that guide light, the intensity distribution in the entrance pupil of the projection optics 10 can be adjusted. This intensity distribution is also referred to as the lighting setting.
  • a likewise preferred pupil uniformity in the area of defined illuminated sections of an illumination pupil of the illumination optics 4 can be achieved by redistributing the illumination channels.
  • the projection optics 10 can in particular have a homocentric entrance pupil. This can be accessible. It can also be inaccessible.
  • the entrance pupil of the projection optics 10 cannot regularly be illuminated precisely with the pupil facet mirror 22.
  • the aperture rays often do not intersect at a single point.
  • an area can be found in which the pairwise distance of the aperture beams becomes minimal.
  • This surface represents the entrance pupil or a surface conjugate to it in local space. In particular, this surface shows a finite curvature.
  • the projection optics have 10 different positions of the entrance pupil for the tangential and sagittal beam paths.
  • an imaging element in particular an optical component of the transmission optics, should be provided between the second facet mirror 22 and the reticle 7. With the help of this optical element, the different positions of the tangential entrance pupil and the sagittal entrance pupil can be taken into account.
  • the pupil facet mirror 22 is arranged in a surface conjugate to the entrance pupil of the projection optics 10.
  • the field facet mirror 20 is tilted towards Object level 6 arranged.
  • the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the deflection mirror 19.
  • the first facet mirror 20 is arranged tilted to an arrangement plane that is defined by the second facet mirror 22.
  • Figure 2 shows a schematic meridional section of another projection exposure system 101 for DUV projection lithography, in which the invention can also be used.
  • the structure of the projection exposure system 101 and the principle of the imaging is comparable to the structure and procedure described in Figure 1.
  • the same components are designated with a reference number increased by 100 compared to Figure 1, so the reference numbers in Figure 2 begin with 101.
  • the projection exposure system 101 essentially comprises an illumination system 102, a reticle holder 108 for holding and precisely positioning a reticle 107 provided with a structure, through which the later structures on a wafer 113 are determined, and a wafer holder 114 for holding, moving and precisely positioning this wafer 113 and a projection lens 110, with a plurality of optical elements 117, which are held via mounts 118 in a lens housing 119 of the projection lens 110.
  • the illumination system 102 provides DUV radiation 116 required for imaging the reticle 107 on the wafer 113.
  • a laser, a plasma source or the like can be used as the source for this radiation 116.
  • the radiation 116 is shaped in the lighting system 102 via optical elements in such a way that the DUV radiation 116 has the desired effect when it hits the reticle 107. desired properties in terms of diameter, polarization, shape of the wavefront and the like.
  • the structure of the subsequent projection optics 110 with the lens housing 119 does not differ in principle from the structure described in Figure 1 except for the additional use of refractive optical elements 117 such as lenses, prisms, end plates and is therefore not described further.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention, in which an optical assembly 30 is shown.
  • This comprises an optical element designed as a mirror Mx, 117, as can be used in one of the projection exposure systems 1, 101 explained in FIG. 1 and FIG. 2, actuators 35 and a support structure designed as a back plate 36.
  • the mirror Mx, 117 comprises a base body 31 with an optical effective surface 32, the base body 31 being mounted on a bearing 34, such as a frame of a projection exposure system 1, 101.
  • the actuators 35 are arranged between the base body 31 and the back plate 36 and are connected to the base body 31 on the back side 33 of the base body 31 opposite the optical active surface 32.
  • the actuators 35 can be connected to the base body 31 and the back plate 36 via an adhesive connection, not shown separately in the figure, although other types of connection, such as bonding or soldering, can also be used.
  • the actuators 35 are controlled by a control (also not shown in the figure) in such a way that the deflection of the actuators 35 causes a deformation of the optical effective surface 32.
  • the back plate 36 is deformed by deflections of the actuators 35 of different sizes, which results in a deformation of the base body 31 and thus of the optical effective surface 32 that is dependent on the ratio of the rigidity of the base body 31 and the rigidity of the back plate 36.
  • a part of the actuators 35 holds the back plate in its position, whereby the other part of the actuators 35 can be supported on the back plate 36 and thereby cause the deformation.
  • the back plate 36 is supported exclusively by the actuators 35 and is therefore not connected to a frame or to the base body 31 of the mirror Mx, 117 or to other components.
  • FIG 4 shows a further embodiment of the invention, in which an optical assembly 30 with an optical element designed as a mirror Mx, 117, as can be used in one of the projection exposure systems 1, 101 explained in Figure 1 and Figure 2, is shown is.
  • the mirror Mx, 117 comprises a base body 31 with a concave optical effective surface 32.
  • the optical assembly 30 further comprises a back plate 36 and actuators 35 arranged between the back plate 36 and the back 33 of the base body 31.
  • the back 33 and the back plate 36 are just trained. This has the advantage that the actuators 35 are also arranged in one plane and, after they have first been connected to the back plate 36, can be reworked in order to achieve an optimal adaptation to the back 33.
  • the adhesive gap of the adhesive connection between the actuators 35 and the base body 31 can be designed in such a way that the influence of the adhesive on the connection rigidity is negligible.
  • the laterally changing material thickness of the base body 31 can be compensated for using differently designed actuators and the control of the actuators 35.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the invention, in which an optical assembly 30 with an optical element designed as a mirror Mx, 117, as can be used in one of the projection exposure systems 1, 101 explained in Figure 1 and Figure 2, is shown is.
  • the mirror Mx, 117 comprises a base body 31 with a concave optical effective surface 32.
  • the optical assembly 30 further comprises three back plates 37.1, 37.2, 37.3 and actuators 35, which are located between the back plates 37.1, 37.2, 37.3 and the back 33 of the base body 31 are arranged.
  • the base body 31 is designed in such a way that the differences in the distance between the backs, which are designed as three flat surfaces side 33 of the base body 31 from the optical effective surface 32 are minimized in comparison to the embodiment explained in Figure 4.
  • the back plates 37.1, 37.2, 37.3 are, as already explained in FIG. 4, flat and can be easily manufactured and the actuators 35 can be designed as standard actuators.
  • FIG 6 shows a further embodiment of the invention, in which an optical assembly 30 with an optical element designed as a mirror Mx, 117, as can be used in one of the projection exposure systems 1, 101 explained in Figure 1 and Figure 2, is shown is.
  • the mirror Mx, 117 comprises a base body 31 with a concave optical effective surface 32.
  • the base body 31 unlike the base body shown in Figure 5, has a constant thickness, so that a convex or spherical back 33 results.
  • the optical assembly 30 further comprises a concave back plate 39 which corresponds to the optical effective surface 32 and the geometry of the base body 31.
  • the actuators 35 comprise a spherical joining surface 38 on both sides in order to ensure an adhesive gap of constant thickness in the adhesive connection.
  • the constant thickness of the back plate 39 and the base body 31 have the advantage that they have a constant rigidity, whereby all actuators have to apply a comparable force to an identical deformation of the optical effective surface 32. This increases the number of identical parts and thereby reduces manufacturing costs.
  • FIGs 7a and 7b show a further embodiment of the invention in two operating states, in which an optical assembly 30 with an optical element designed as a mirror Mx, 117, as in one of the projection exposure systems 1, 101 explained in Figure 1 and Figure 2 Can be used is shown.
  • the mirror Mx, 117 comprises a base body 31 with a flat optical effective surface 32.
  • the optical assembly 30 further comprises four back plates 40.1, 40.2, 40.3, 40.4.
  • Two shear actuators 41 are arranged between each back plate 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 and the back 33 of the base body 31, which execute a shearing movement parallel to the optical active surface 32 when an electrical voltage is applied.
  • Figure 7a shows a so-called zero state in which the optical effective surface 32 of the base body 31 has no deformations, i.e. corresponds to its target surface shape.
  • the shear actuators 41 are deflected from a tension-free zero position, whereby the base body 31 is deformed from its zero position in one direction depending on the voltage applied. This has the advantage that the optical effective surface 32 can be finished before the actuators 41 are installed.
  • Figure 7b shows the same optical assembly 30 in a deflected operating state.
  • the actuators 41 arranged between the two middle back plates 40.2, 40.3 and the base body 31 are deflected and cause a deformation of the base body 31 and thus the optical active surface 32. While in Figure 7b both actuators of a back plate 40.2, 40.3 are deflected towards one another, can also only one actuator 41 of a back plate 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 can be deflected or one actuator 41 can be deflected by two back plates 40.1, 40.2, 40.3, 40.4 arranged next to one another.
  • FIGS 8a, 8b and 8c show different embodiments of actuators 42, 44, 46, which are deflected parallel to the optical effective surface 32.
  • Figure 8a shows an optical element designed as a mirror Mx, 117, which has an actuator 42 on the left side, which is connected with its end face 43 to the back 33 of the base body 31.
  • the electric field of the actuator 42 is formed perpendicular to the optical effective surface 32, whereas the deflection, as already mentioned above, runs parallel to the optical effective surface 32.
  • the actuator 44 on the right side of the mirror Mx is connected to the base body 31 with its long side 45.
  • the actuator 44 is designed as a stack actuator with piezoelectric material, in which the electric field and the deflection are formed parallel to the optical effective surface 32 in the embodiment shown in FIG. 8a.
  • Figure 8b shows the schematic structure of a bimorph actuator 46, which has a first actuator layer 47 and a second actuator layer 48.
  • the two actuator layers 47, 48 can be in opposite directions (in Figure 8b shown by arrows) are deflected so that one actuator layer 47 expands and the other actuator layer 48 contracts, causing a deformation in the actuator 46.
  • Figure 8c shows an optical element designed as a mirror Mx, 117 with a bimorph actuator 46 explained in Figure 8b.
  • This is connected to the back 33 of the base body 31 via an adhesive connection and deforms it when it is deflected.
  • the functionality is similar to that of an actuator arranged normal to the surface, which uses the deformation through the secondary effect of a change in geometry perpendicular to the main deflection. However, it differs in that the main contribution of the deformation is caused by the deformation of the bimorph actuator 46 itself, as explained in FIG. 8b, and not by a contraction of the material in the base body 31 due to the change in geometry of the actuator.
  • Figure 9 shows an advantageous variant of the invention in which a decoupling element 120 is used.
  • a base body 31 is connected to a free back plate 36 via actuators 35.
  • a mechanical decoupling in the area of the connection of the actuators 35 to the base body 31 is achieved in the example shown by the decoupling elements designed as free cuts 120 in the base body 31.
  • the actuators 35 are designed as cylindrical solid-state actuators
  • the decoupling elements 120 can be implemented as circumferential annular grooves.
  • the decoupling elements 120 are only formed in the base body 31. It goes without saying that a corresponding measure is also conceivable for the back plate 36.
  • Figure 10 shows an embodiment of the invention in which a back plate 36' is designed such that its thickness changes laterally. Furthermore, the back plate 36 'shows recesses 121 in which the actuators 35 are partially arranged.
  • the laterally changing thickness of the back plate 36' ensures that the rigidity of the back plate 31', even in its edge regions, is comparable to the rigidity in the inner regions. Furthermore, the arrangement of the actuators 35 in the recesses 121 can save a certain amount of installation space can be achieved.
  • the measures shown in FIG. 10 do not necessarily have to be used in combination; It is of course also conceivable to use only one back plate with a laterally changing thickness or also a back plate with recesses.
  • Figure 11 describes a possible method for producing an optical assembly according to the invention.
  • a first method step 51 the actuators are connected to the back plate.
  • a second method step 52 the surface tolerance of the connecting surfaces of the actuators facing away from the back plate is determined.
  • a third method step 53 the connecting surfaces are processed.
  • a fourth method step 54 the two previous steps are repeated until the area tolerance is below a predetermined threshold value.
  • a fifth method step 55 the actuators are connected to the base body.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe (30) mit einem optischen Element (Mx,117), wobei das optische Element (Mx,117) einen Grundkörper (31) umfasst, und wobei auf der Rückseite des Grundkörpers (31) mindestens ein Aktuator (35) zur Deformation des Grundkörpers (31) angeordnet ist und wobei der mindestens eine Aktuator (35) an einer ersten Verbindungsfläche mit der Rückseite des Grundkörpers (33) und an einer zweiten Verbindungsfläche mit einer Rückplatte (36) verbunden ist, wobei die Rückplatte (36) ausschließlich über den Aktuator (35) gelagert ist.

Description

Optische Baugruppe, Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithoqraphie und Verfahren
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2022 116 700.3 vom 05.07.2022 in Anspruch, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie sowie ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe.
In Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie werden mikroskopisch kleine Strukturen mittels fotolithographischer Verfahren ausgehend von einer Maske als Vorlage stark verkleinernd auf einen mit Fotolack beschichteten Wafer abgebildet. In nachfolgenden Entwicklungs- und weiteren Bearbeitungsschritten werden die gewünschten Strukturen wie beispielsweise Speicher-oder Logikelemente auf dem Wafer erzeugt, welcher danach in einzelne Chips zum Einsatz in elektronischen Geräten aufgeteilt wird.
Aufgrund der ausgesprochen kleinen zu schaffenden Strukturen bis in den Nanometerbereich stellen sich extreme Anforderungen an die Optiken der Projektionsbelichtungsanlagen und damit an die verwendeten optischen Elemente. Darüber hinaus treten im Betrieb einer entsprechenden Anlage regelmäßig Abbildungsfehler auf, welche oftmals von sich ändernden Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Temperaturänderungen in der Optik herrühren. Typischerweise wird dieser Problematik dadurch begegnet, dass die verwendeten optischen Elemente, wie beispielsweise Linsen oder Spiegel, bewegbar oder auch deformierbar ausgebildet sind, um die angesprochenen Abbildungsfehler während des Betriebes der Anlage korrigieren zu können. Hierzu werden in der Regel mechanische Aktuatoren verwendet, welche beispielsweise geeignet sein können, die Oberfläche eines optischen Elementes, welche zur Abbildung verwendet wird, also die sogenannte optische Wirkfläche, gezielt zu deformieren. Diese Deformation kann von der Rückseite eines Grundkör- pers des entsprechenden optischen Elementes her vorgenommen werden. Die mechanische Einwirkung der Aktuatoren wird nach dem Stand der Technik typischerweise dadurch ermöglicht, dass sich die Aktuatoren auf einer Rückplatte im rückwärtigen Bereich des Grundkörpers mechanisch abstützen. Durch diese Rückplatte, und insbesondere deren Lagerung, werden ihrerseits parasitäre Deformationen bei der Aktuierung des optischen Elementes verursacht. Die davon abgeleiteten Anforderungen an die Fertigungs- und Montagetoleranzen der Aktuatoren und der Rückplatte können nur noch durch einen sehr hohen Aufwand erfüllt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Baugruppe und eine Projektionsbelichtungsanlage anzugeben, in welcher nachteilige Effekte, welche von mit Aktuatoren verbundenen Rückplatten herrühren, gegenüber dem Stand der Technik verringert sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Baugruppe anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen und das Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße optische Baugruppe umfasst ein optisches Element, wobei das optische Element einen Grundkörper umfasst, und wobei auf der Rückseite des Grundkörpers mindestens ein Aktuator zur Deformation des Grundkörpers angeordnet ist. Dabei ist die mindestens zwei Aktuatoren an einer ersten Verbindungsfläche mit der Rückseite des Grundkörpers und an einer zweiten Verbindungsfläche mit einer Rückplatte verbunden, wobei die Rückplatte ausschließlich über die Aktuatoren gelagert ist.
Mit anderen Worten besteht die einzige Verbindung der Rückplatte zur „festen Welt“ in den mindestens zwei Aktuatoren oder typischerweise in einer Mehrzahl von Aktuatoren. Bei den Aktuatoren kann es sich insbesondere um Festkörperaktuatoren wie beispielsweise Piezoaktuatoren oder magnetostriktive, elektrostriktive oder thermische Aktuatoren handeln. Eine homogene, beispielsweise thermisch induzierte Expansion aller Festkörperaktuatoren senkrecht zu einer Verbindungsfläche, führt somit lediglich zu einem Verschieben der Rückplatte und hat keine Auswirkung auf die Form und Lage der optischen Wirkfläche. Insbesondere bei Einschaltvorgängen tritt oftmals das sogenannte Aktuatorkriechen auf, d. h. die Aktuatoren stehen nach dem Einschalten nicht sofort stabil, sondern bewegen sich auf den gewünschten Zustand zu. Da sich die Aktuatoren jedoch dabei typischerweise ähnlich verhalten, wird durch die freie Rückplatte dieser Effekt weitgehend kompensiert bzw. keine unerwünschte Deformation erzeugt.
Darüber hinaus würde auch ein konstanter Temperaturgradient über die optische Baugruppe hinweg nur zu einem Verkippen der Rückplatte und nicht zu einer Verschiebung oder Deformation der optischen Wirkfläche führen.
Neben den sich aus homogenen Änderungen aller Aktuatoren ergebenden Störungen lassen sich auch parasitäre Effekte der Fügetechnik durch die erfindungsgemäße Lösung effektiv unterdrücken. Hierzu zählen unter anderem thermische oder feuchteinduzierte Volumenänderungen eines Fügestoffs vertikal zu den Verbindungsflächen. Unter einem Fügestoff wird in diesem Zusammenhang jeder Stoff verstanden, der die Fügung von Aktuator und angrenzendem Bauteil (hier Grundkörper und Rückplatte) herstellt. Beispiele hierfür sind Klebstoff, Glas-Frit, Lote, Schweißzusatzwerkstoffe, Reaktiv-Schichten aus Reactive Bonding etc..
Da bei vielen Aktuatoren neben der gewünschten Längung in Aktuationsrichtung auch eine Änderung der Aktuatorgeometrie in Querrichtung auftritt, die zu parasitärer Deformation führen kann, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Aktuator und mindestens dem Grundkörper und/oder der Rückplatte mindestens ein Entkopplungselement zur lateralen Entkopplung angeordnet.
Durch diese laterale Entkopplung sind auch Wärmedehnungen des Fügestoffs in Querrichtung sowie feuchteinduzierte Geometrieänderungen in diese Richtungen kompensierbar; ähnliches gilt für druckinduzierte Volumenänderungen.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Rückseite des Grundkörpers mindestens einen ebenen Teilbereich auf. Die dadurch geschaffenen ebenen Fügestellen ermöglichen den Einsatz einfacher Fertigungsverfahren mit guter Rauheit und sehr guter Formtoleranz bzw. Ebenheit. Zu nennen sind hier im speziellen das Schleifen, Läppen und Planhonen sowie die Planpolitur. Es können somit Fügever- fahren Anwendung finden, die nur den Ausgleich geringer mechanischer Toleranzen ermöglichen. Hierzu zählen insbesondere die vorne bereits erwähnten Fügeverfahren.
Insbesondere kann der Grundkörper eine sich über seinen lateralen Verlauf ändernde Dicke aufweisen. So kann es beispielsweise aufgrund Bauraumerfordernissen notwendig sein, den Grundkörper lokal dünner zu fertigen. In diesem Fall kann es erforderlich sein, die jeweiligen Aktuatoren und/oder auch die Ausführung der Rückplatte entsprechend anzupassen.
Ebenso kann die Rückplatte eine sich über ihren lateralen Verlauf ändernde Dicke aufweisen. So kann die Rückplatte beispielsweise in ihren randnahen Bereichen eine im Vergleich zu den Innenbereichen erhöhte Dicke aufweisen, um den durch die Randnähe bedingten Steifigkeitsverlust der Rückplatte auszugleichen.
Zur Einsparung von Bauraum kann es weiterhin sinnvoll sein, wenn die Rückplatte und/oder der Grundkörper Ausnehmungen aufweist, in welcher Aktuatoren mindestens teilweise angeordnet sind.
Insbesondere im Fall stark gekrümmter Spiegel als optische Elemente kann es von Vorteil sein, wenn die Rückseite des Grundkörpers mehrere ebene Teilbereiche aufweist, welche nicht parallel zueinander verlaufen. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich die Gesamtdicke des Grundkörpers in einem begrenzten Umfang ändert, sodass sich seine mechanischen Eigenschaften über seine Ausdehnung hinweg ebenfalls in einem beherrschbaren Bereich bewegen.
Insbesondere in diesem Fall ist es von Vorteil, wenn mehrere ebene Rückplatten vorhanden sind, welche jeweils parallel zu den ebenen Teilbereichen ausgerichtet sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verlaufen die dem Grundkörper zugewandte und die dem Grundkörper abgewandte Oberfläche der Rückplatte jeweils in einem konstanten Abstand von der Rückseite des Grundkörpers. Hierdurch kann beispielsweise eine Rückplatte mit konstanter Dicke geschaffen werden. Diese Variante ist auch für Fälle denkbar, in welchen das optische Element als sphärischer Spiegel mit einem Grundkörper konstanter Dicke ausgebildet ist. In diesem Fall wäre die Rückplatte im Wesentlichen eine ähnliche Abbildung des Grundkörpers.
Die vorliegende Erfindung umfasst insbesondere Fälle, in welchen die Wirkrichtung mindestens eines der Aktuatoren normal zur Verbindungsfläche des Aktuators mit dem Grundkörper ausgebildet ist. Sie ist aber auch auf Situationen anwendbar, in welchen die Wirkrichtung mindestens eines der Aktuatoren normal zur optischen Wirkfläche ausgebildet ist.
Insbesondere in Fällen, in welchen der Grundkörper nicht mit gleichmäßiger Dicke ausgebildet ist, kann es vorteilhaft sein, wenn mindestens zwei Aktuatoren mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgebildet sind. Dadurch kann den lateral unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers, wie beispielsweise der Steifigkeit, Rechnung getragen werden. So können die verwendeten Aktuatoren im Hinblick auf beispielsweise ihre Eigensteifigkeit, ihren Verfahrweg oder auch die von ihnen maximal aufbringbare Kraft an die mechanischen Gegebenheiten des Grundkörpers an der jeweiligen Position angepasst werden.
Wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem optischen Element um einen Spiegel, insbesondere um einen Multilayer-Spiegel handeln. Ebenso kann es sich bei dem Spiegel um einen Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 180mm-260mm, insbesondere im Bereich von 220mm handeln. Derartige Spiegel werden insbesondere in DUV-Projektionsbelichtungsanlagen zur Faltung des Strahlenganges verwendet.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist die Rückplatte eine geringere Steifigkeit als der Grundkörper auf und kann beispielsweise mit mindestens einem Sensor versehen sein. Bei dem Sensor kann es sich um einen Dehnungs- oder einen Temperatursensor handeln.
Es ist weiterhin denkbar, die Rückplatte wie auch den Grundkörper mit zusätzlicher Sensorik oder auch mit Temperierelementen, wie beispielsweise Kühlkanälen, auszustatten. Dadurch, dass wie bereits erwähnt, die Rückplatte eine geringere Steifigkeit als der Grundkörper aufweisen kann, kann erreicht werden, dass sich im Falle der Ansteuerung der Aktuatorik zum Erreichen einer gewollten Deformation der optischen Wirkfläche, eine verglichen mit der Deformation der Wirkfläche höhere Verformung der Rückplatte einstellt. Diese höhere Verformung wirkt sich insbesondere positiv auf das Signal-Rausch-Verhältnis einer Dehnungsmessung der Rückplatte, beispielsweise unter Verwendung von Faser-Bragg-Gittersensoren, aus. Bei bekannten mechanischen Eigenschaften von Aktuatoren, Grundkörper und Rückplatte kann dann modellbasiert aus einer lokalen Deformation der Rückplatte auf eine entsprechende Deformation der optischen Wirkfläche geschlossen werden.
In einer weiteren Ausführungsform können die Eigenschaften (Thermischer Ausdehnungskoeffizient und Dicke der verwendeten Aktuatoren) so gewählt werden, dass ein definiertes Temperaturprofil (z.B. die thermische Hauptmode des Systems) nicht zu einer parasitären Deformation oder Verschiebung der optischen Wirkfläche führt. Eine derartige parasitäre Deformation kann beispielsweise daher rühren, dass eine Erwärmung der Aktuatoren ihre Effizienz, also ihre jeweilige mechanische Antwort auf eine sich ändernde Steuerspannung beeinflusst. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass allein aufgrund der üblichen thermischen Ausdehnung bzw. Kontraktion der beteiligten Materialien parasitäre Deformationen hervorgerufen werden. Es besteht die Möglichkeit, durch eine geeignete Wahl des verwendeten Materials und/oder Auslegung der jeweiligen Geometrie eine mindestens teilweise gegenseitige Kompensation der genannten Effekte zu erreichen.
Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfindung besonders zum Einsatz in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden optischen Baugruppe umfasst folgende Verfahrensschritte:
- Verbinden des Aktuators mit der Rückplatte
- Bestimmung der Flächentoleranz der der Rückplatte abgewandten Verbindungsfläche des Aktuators
- Bearbeitung der Verbindungsflächen
- Wiederholung der zwei vorherigen Schritte, bis die Flächentoleranz unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt,
- Verbindung des Aktuators mit dem Grundkörper.
Dabei kann die optische Wirkfläche nach der Montage des Aktuators bearbeitet werden. Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren verwirklichen, wenn mehrere Aktuatoren auf der Rückplatte angeordnet sind, deren Verbindungsflächen gemeinsam bearbeitet werden können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
Figur 2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 7a, b eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 8a-c eine Detaildarstellung weiterer Ausführungsformen der Erfindung,
Figur 9 eine schematische Darstellung zu möglichen Entkopplungselementen,
Figur 10 eine Variante zur Gestaltung der Rückplatte, und
Figur 11 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren.
Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die Figur 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithogra- fie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
Eine Ausführung eines Beleuchtungssystems 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Bei einer alternativen Ausführung kann die Lichtquelle 3 auch als ein zum sonstigen Beleuchtungssystem separates Modul bereitgestellt sein. In diesem Fall umfasst das Beleuchtungssystem die Lichtquelle 3 nicht.
Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7. Das Retikel 7 ist von einem Retikelhalter 8 gehalten. Der Retikelhalter 8 ist über einen Retikelverlage- rungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der Figur 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 Fig. 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 umfasst eine Projektionsoptik 10. Die Projektionsoptik 10 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 11 in einer Bildebene 12. Die Bildebene 12 verläuft parallel zur Objektebene 6. Alternativ ist auch ein von 0° verschiedener Winkel zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12 möglich.
Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 11 in der Bildebene 12 angeordneten Wafers 13. Der Wafer 13 wird von einem Waferhalter 14 gehalten. Der Waferhalter 14 ist über einen Waferverlagerungsantrieb 15 insbesondere längs der y-Richtung verlagerbar. Die Verlagerung einerseits des Retikels 7 über den Retikelverlagerungsantrieb 9 und andererseits des Wafers 13 über den Waferverlagerungsantrieb 15 kann synchronisiert zueinander erfolgen. Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle. Die Strahlungsquelle 3 emittiert insbesondere EUV-Strahlung 16, welche im Folgenden auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungsstrahlung oder Beleuchtungslicht bezeichnet wird. Die Nutzstrahlung hat insbesondere eine Wellenlänge im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um eine Plasmaquelle handeln, zum Beispiel um eine LPP-Quelle (Laser Produced Plasma, mithilfe eines Lasers erzeugtes Plasma) oder um eine DPP-Quelle (Gas Discharged Produced Plasma, mittels Gasentladung erzeugtes Plasma). Es kann sich auch um eine synchrotronbasierte Strahlungsquelle handeln. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich um einen Freie-Elektronen-Laser (Free-Electron-Laser, FEL) handeln.
Die Beleuchtungsstrahlung 16, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 17 gebündelt. Bei dem Kollektor 17 kann es sich um einen Kollektor mit einer oder mit mehreren ellipsoidalen und/oder hyperboloiden Reflexionsflächen handeln. Die mindestens eine Reflexionsfläche des Kollektors 17 kann im streifenden Einfall (Grazing Incidence, Gl), 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.
Nach dem Kollektor 17 propagiert die Beleuchtungsstrahlung 16 durch einen Zwischenfokus in einer Zwischenfokusebene 18. Die Zwischenfokusebene 18 kann eine Trennung zwischen einem Strahlungsquellenmodul, aufweisend die Strahlungsquelle 3 und den Kollektor 17, und der Beleuchtungsoptik 4 darstellen.
Die Beleuchtungsoptik 4 umfasst einen Umlenkspiegel 19 und diesem im Strahlengang nachgeordnet einen ersten Facettenspiegel 20. Bei dem Umlenkspiegel 19 kann es sich um einen planen Umlenkspiegel oder alternativ um einen Spiegel mit einer über die reine Umlenkungswirkung hinaus bündelbeeinflussenden Wirkung handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Umlenkspiegel 19 als Spektralfilter ausgeführt sein, der eine Nutzlichtwellenlänge der Beleuchtungsstrahlung 16 von Falschlicht einer hiervon abweichenden Wellenlänge trennt. Sofern der erste Facet- tenspiegel 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 Fig. 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
Die ersten Facetten 21 können als makroskopische Facetten ausgeführt sein, insbesondere als rechteckige Facetten oder als Facetten mit bogenförmiger oder teilkreisförmiger Randkontur. Die ersten Facetten 21 können als plane Facetten oder alternativ als konvex oder konkav gekrümmte Facetten ausgeführt sein.
Wie beispielsweise aus der DE 10 2008 009 600 A1 bekannt ist, können die ersten Facetten 21 selbst jeweils auch aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln, insbesondere einer Vielzahl von Mikrospiegeln, zusammengesetzt sein. Der erste Facettenspiegel 20 kann insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS-System) ausgebildet sein. Für Details wird auf die DE 10 2008 009 600 A1 verwiesen.
Zwischen dem Kollektor 17 und dem Umlenkspiegel 19 verläuft die Beleuchtungsstrahlung 16 horizontal, also längs der y-Richtung.
Im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 ist dem ersten Facettenspiegel 20 nachgeordnet ein zweiter Facettenspiegel 22. Sofern der zweite Facettenspiegel 22 in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, wird dieser auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel 22 kann auch beabstandet zu einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. In diesem Fall wird die Kombination aus dem ersten Facettenspiegel 20 und dem zweiten Facettenspiegel 22 auch als spekularer Reflektor bezeichnet. Spekulare Reflektoren sind bekannt aus der US 2006/0132747 A1 , der EP 1 614 008 B1 und der US 6,573,978.
Der zweite Facettenspiegel 22 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Facetten 23. Die zweiten Facetten 23 werden im Falle eines Pupillenfacettenspiegels auch als Pupillenfacetten bezeichnet.
Bei den zweiten Facetten 23 kann es sich ebenfalls um makroskopische Facetten, die beispielsweise rund, rechteckig oder auch hexagonal berandet sein können, oder alternativ um aus Mikrospiegeln zusammengesetzte Facetten handeln. Diesbezüglich wird ebenfalls auf die DE 102008 009 600 A1 verwiesen.
Die zweiten Facetten 23 können plane oder alternativ konvex oder konkav gekrümmte Reflexionsflächen aufweisen.
Die Beleuchtungsoptik 4 bildet somit ein doppelt facettiertes System. Dieses grundlegende Prinzip wird auch als Wabenkondensor (Fly's Eye Integrator) bezeichnet.
Es kann vorteilhaft sein, den zweiten Facettenspiegel 22 nicht exakt in einer Ebene, welche zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 optisch konjugiert ist, anzuordnen. Insbesondere kann der Pupillenfacettenspiegel 22 gegenüber einer Pupillenebene der Projektionsoptik 10 verkippt angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der DE 10 2017 220 586 A1 beschrieben ist.
Mit Hilfe des zweiten Facettenspiegels 22 werden die einzelnen ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 abgebildet. Der zweite Facettenspiegel 22 ist der letzte bündelformende oder auch tatsächlich der letzte Spiegel für die Beleuchtungsstrahlung 16 im Strahlengang vor dem Objektfeld 5.
Bei einer weiteren, nicht dargestellten Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann im Strahlengang zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Objektfeld 5 eine Übertragungsoptik angeordnet sein, die insbesondere zur Abbildung der ersten Facetten 21 in das Objektfeld 5 beiträgt. Die Übertragungsoptik kann genau einen Spiegel, alternativ aber auch zwei oder mehr Spiegel aufweisen, welche hintereinander im Strahlengang der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sind. Die Übertragungsoptik kann insbesondere einen oder zwei Spiegel für senkrechten Einfall (Nl-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (Gl-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der Fig. 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
Bei einer weiteren Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 kann der Umlenkspiegel 19 auch entfallen, so dass die Beleuchtungsoptik 4 nach dem Kollektor 17 dann genau zwei Spiegel aufweisen kann, nämlich den ersten Facettenspiegel 20 und den zweiten Facettenspiegel 22.
Die Abbildung der ersten Facetten 21 mittels der zweiten Facetten 23 beziehungsweise mit den zweiten Facetten 23 und einer Übertragungsoptik in die Objektebene 6 ist regelmäßig nur eine näherungsweise Abbildung.
Die Projektionsoptik 10 umfasst eine Mehrzahl von Spiegeln Mi, welche gemäß ihrer Anordnung im Strahlengang der Projektionsbelichtungsanlage 1 durchnummeriert sind.
Bei dem in der Figur 1 dargestellten Beispiel umfasst die Projektionsoptik 10 sechs Spiegel M1 bis M6. Alternativen mit vier, acht, zehn, zwölf oder einer anderen Anzahl an Spiegeln Mi sind ebenso möglich. Der vorletzte Spiegel M5 und der letzte Spiegel M6 haben jeweils eine Durchtrittsöffnung für die Beleuchtungsstrahlung 16. Bei der Projektionsoptik 10 handelt es sich um eine doppelt obskurierte Optik. Die Projektionsoptik 10 hat eine bildseitige numerische Apertur, die größer ist als 0,5 und die auch größer sein kann als 0,6 und die beispielsweise 0,7 oder 0,75 betragen kann.
Reflexionsflächen der Spiegel Mi können als Freiformflächen ohne Rotationssymmetrieachse ausgeführt sein. Alternativ können die Reflexionsflächen der Spiegel Mi als asphärische Flächen mit genau einer Rotationssymmetrieachse der Reflexionsflächenform gestaltet sein. Die Spiegel Mi können, genauso wie die Spiegel der Beleuchtungsoptik 4, hoch reflektierende Beschichtungen für die Beleuchtungsstrahlung 16 aufweisen. Diese Beschichtungen können als Multilayer-Beschichtungen, insbesondere mit alternierenden Lagen aus Molybdän und Silizium, gestaltet sein.
Die Projektionsoptik 10 hat einen großen Objekt-Bildversatz in der y-Richtung zwischen einer y-Koordinate eines Zentrums des Objektfeldes 5 und einer y- Koordinate des Zentrums des Bildfeldes 11 . Dieser Objekt-Bild-Versatz in der y- Richtung kann in etwa so groß sein wie ein z-Abstand zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 12.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere anamorphotisch ausgebildet sein. Sie weist insbesondere unterschiedliche Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy in x- und y- Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe ßx, ßy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (ßx, ßy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab ß bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
Die Projektionsoptik 10 führt somit in x-Richtung, das heißt in Richtung senkrecht zur Scanrichtung, zu einer Verkleinerung im Verhältnis 4:1.
Die Projektionsoptik 10 führt in y-Richtung, das heißt in Scanrichtung, zu einer Verkleinerung von 8:1 .
Andere Abbildungsmaßstäbe sind ebenso möglich. Auch vorzeichengleiche und absolut gleiche Abbildungsmaßstäbe in x- und y-Richtung, zum Beispiel mit Absolutwerten von 0,125 oder von 0,25, sind möglich.
Die Anzahl von Zwischenbildebenen in der x- und in der y-Richtung im Strahlengang zwischen dem Objektfeld 5 und dem Bildfeld 11 kann gleich sein oder kann, je nach Ausführung der Projektionsoptik 10, unterschiedlich sein. Beispiele für Projektionsoptiken mit unterschiedlichen Anzahlen derartiger Zwischenbilder in x- und y-Richtung sind bekannt aus der US 2018/0074303 A1 .
Jeweils eine der Pupillenfacetten 23 ist genau einer der Feldfacetten 21 zur Ausbildung jeweils eines Beleuchtungskanals zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 zugeordnet. Es kann sich hierdurch insbesondere eine Beleuchtung nach dem Köhlerschen Prinzip ergeben. Das Fernfeld wird mit Hilfe der Feldfacetten 21 in eine Vielzahl an Objektfeldern 5 zerlegt. Die Feldfacetten 21 erzeugen eine Mehrzahl von Bildern des Zwischenfokus auf den diesen jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 23.
Die Feldfacetten 21 werden jeweils von einer zugeordneten Pupillenfacette 23 einander überlagernd zur Ausleuchtung des Objektfeldes 5 auf das Retikel 7 abgebildet. Die Ausleuchtung des Objektfeldes 5 ist insbesondere möglichst homogen.
Sie weist vorzugsweise einen Uniformitätsfehler von weniger als 2 % auf. Die Felduniformität kann über die Überlagerung unterschiedlicher Beleuchtungskanäle erreicht werden. Durch eine Anordnung der Pupillenfacetten kann geometrisch die Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 definiert werden. Durch Auswahl der Beleuchtungskanäle, insbesondere der Teilmenge der Pupillenfacetten, die Licht führen, kann die Intensitätsverteilung in der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 eingestellt werden. Diese Intensitätsverteilung wird auch als Beleuchtungssetting bezeichnet.
Eine ebenfalls bevorzugte Pupillenuniformität im Bereich definiert ausgeleuchteter Abschnitte einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik 4 kann durch eine Umverteilung der Beleuchtungskanäle erreicht werden.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und Details der Ausleuchtung des Objektfeldes 5 sowie insbesondere der Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 beschrieben.
Die Projektionsoptik 10 kann insbesondere eine homozentrische Eintrittspupille aufweisen. Diese kann zugänglich sein. Sie kann auch unzugänglich sein.
Die Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 lässt sich regelmäßig mit dem Pupillenfacettenspiegel 22 nicht exakt ausleuchten. Bei einer Abbildung der Projektionsoptik 10, welche das Zentrum des Pupillenfacettenspiegels 22 telezentrisch auf den Wafer 13 abbildet, schneiden sich die Aperturstrahlen oftmals nicht in einem einzigen Punkt. Es lässt sich jedoch eine Fläche finden, in welcher der paarweise bestimmte Abstand der Aperturstrahlen minimal wird. Diese Fläche stellt die Eintrittspupille oder eine zu ihr konjugierte Fläche im Ortsraum dar. Insbesondere zeigt diese Fläche eine endliche Krümmung.
Es kann sein, dass die Projektionsoptik 10 unterschiedliche Lagen der Eintrittspupille für den tangentialen und für den sagittalen Strahlengang aufweist. In diesem Fall sollte ein abbildendes Element, insbesondere ein optisches Bauelement der Übertragungsoptik, zwischen dem zweiten Facettenspiegel 22 und dem Retikel 7 bereitgestellt werden. Mit Hilfe dieses optischen Elements kann die unterschiedliche Lage der tangentialen E intrittspupille und der sagittalen E intrittspupi Ile berücksichtigt werden.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur E intrittspupi Ile der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
Figur 2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung eben-falls zur Anwendung kommen kann.
Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in Figur 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber Figur 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in Figur 2 beginnen also mit 101.
Im Unterschied zu einer wie in Figur 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungs- anlage 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.
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 ge- wünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Der Aufbau der nachfolgenden Projektionsoptik 110 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 Figur 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine optische Baugruppe 30 dargestellt ist. Diese umfasst ein als ein Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element, wie es in einer der in der Figur 1 und der Figur 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen 1 , 101 Anwendung finden kann, Aktuatoren 35 und eine als Rückplatte 36 ausgebildete Abstützstruktur. Der Spiegel Mx, 117 umfasst einen Grundkörper 31 mit einer optischen Wirkfläche 32, wobei der Grundkörper 31 auf einer Lagerung 34, wie beispielsweise einem Rahmen einer Projektionsbelichtungsanlage 1 , 101 , gelagert ist. Die Aktuatoren 35 sind zwischen dem Grundkörper 31 und der Rückplatte 36 angeordnet und mit dem Grundkörper 31 auf der der optischen Wirkfläche 32 gegenüberliegende Rückseite 33 des Grundkörpers 31 verbunden. Die Aktuatoren 35 können mit dem Grundkörper 31 und der Rückplatte 36 über eine in der Figur nicht gesondert dargestellte Klebeverbindung verbunden sein, wobei auch andere Verbindungsarten, wie beispielsweise Bonden oder Löten angewendet werden können.
Die Aktuatoren 35 werden durch eine in der Figur ebenfalls nicht dargestellte Ansteuerung derart angesteuert, dass die Auslenkung der Aktuatoren 35 eine Deformation der optischen Wirkfläche 32 bewirkt. Durch unterschiedlich große Auslenkungen der Aktuatoren 35 wird die Rückplatte 36 deformiert, wodurch sich eine vom Verhältnis der Steifigkeit des Grundkörpers 31 und der Steifigkeit der Rückplatte 36 abhängige Deformation des Grundkörpers 31 und damit der optischen Wirkfläche 32 einstellt. Ein Teil der Aktuatoren 35 hält die Rückplatte also in seiner Position fest, wodurch sich der andere Teil der Aktuatoren 35 an der Rückplatte 36 abstützen kann und dadurch die Deformation bewirkt. Die Rückplatte 36 wird dabei ausschließlich durch die Aktuatoren 35 gelagert, ist also nicht an einen Rahmen oder mit dem Grundkörper 31 des Spiegels Mx, 117 oder mit anderen Bauteilen verbunden. Dies hat den Vorteil, dass ein homogener, auf alle Aktuatoren 35 gleich wirkender Effekt, wie beispielsweise eine Temperaturerhöhung oder ein Drift in der Ansteuerung der Aktuatoren 35 keine Auswirkung auf die optische Wirkfläche 32 hat, sondern lediglich zu einer Verschiebung der freien Rückplatte 36 führt. Exemplarisch dargestellt in der Figur sind auf der Rückplatte 37.3 drei Dehnungssensoren 49, die der Messung der Deformation der Rückplatte 37.3 dienen.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine optische Baugruppe 30 mit einem als ein Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Element, wie es in einer der in der Figur 1 und der Figur 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen 1 , 101 Anwendung finden kann, dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst einen Grundkörper 31 mit einer konkav ausgebildeten optischen Wirkfläche 32. Die optische Baugruppe 30 umfasst weiterhin eine Rückplatte 36 und zwischen der Rückplatte 36 und der Rückseite 33 des Grundkörpers 31 angeordnete Aktuatoren 35. Die Rückseite 33 und die Rückplatte 36 sind eben ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Aktuatoren 35 ebenfalls in einer Ebene angeordnet sind und, nachdem sie zuerst mit der Rückplatte 36 verbunden wurden, nachgearbeitet werden können, um eine optimale Anpassung an die Rückseite 33 zu erreichen. Dadurch kann der Klebespalt der Klebeverbindung zwischen den Aktuatoren 35 und dem Grundkörper 31 derart ausgeführt werden, dass der Einfluss des Klebstoffes auf die Anbindungssteifigkeit vernachlässigbar ist. Die sich lateral ändernde Materialdicke des Grundkörpers 31 kann über unterschiedlich ausgebildete Aktuatoren und die Ansteuerung der Aktuatoren 35 kompensiert werden.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine optische Baugruppe 30 mit einem als ein Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Element, wie es in einer der in der Figur 1 und der Figur 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen 1 , 101 Anwendung finden kann, dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst einen Grundkörper 31 mit einer konkav ausgebildeten optischen Wirkfläche 32. Die optische Baugruppe 30 umfasst weiterhin drei Rückplatten 37.1 , 37.2, 37.3 und Aktuatoren 35, welche zwischen den Rückplatten 37.1 , 37.2, 37.3 und der Rückseite 33 des Grundkörpers 31 angeordnet sind. Der Grundkörper 31 ist derart ausgebildet, dass die Unterschiede im Abstand der als drei ebene Flächen ausgebildeten Rück- seite 33 des Grundkörpers 31 von der optischen Wirkfläche 32 im Vergleich zu der in der Figur 4 erläuterten Ausführungsform minimiert sind. Die Rückplatten 37.1 , 37.2, 37.3 sind, wie auch schon in der Figur 4 erläutert, eben und können so leicht hergestellt werden und die Aktuatoren 35 können als Standardaktuatoren ausgebildet sein.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine optische Baugruppe 30 mit einem als ein Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Element, wie es in einer der in der Figur 1 und der Figur 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen 1 , 101 Anwendung finden kann, dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst einen Grundkörper 31 mit einer konkav ausgebildeten optischen Wirkfläche 32. In der gezeigten Ausführungsform weist der Grundkörper 31 anders als der in Figur 5 dargestellte Grundkörper eine konstante Dicke auf, so dass sich eine konvexe bzw. sphärische Rückseite 33 ergibt. Die optische Baugruppe 30 umfasst weiterhin eine mit der optischen Wirkfläche 32 und der Geometrie des Grundkörpers 31 korrespondierende konkav ausgebildete Rückplatte 39. Die Aktuatoren 35 umfassen auf beiden Seiten eine sphärische Fügefläche 38, um einen Klebstoffspalt konstanter Dicke in der Klebeverbindung sicherzustellen. Die konstante Dicke der Rückplatte 39 und des Grundkörpers 31 haben den Vorteil, dass diese eine konstante Steifigkeit aufweisen, wodurch alle Aktuatoren eine vergleichbare Kraft zu einer identischen Deformation der optischen Wirkfläche 32 aufbringen müssen. Dies erhöht die Anzahl der Gleichteile und reduziert dadurch die Herstellungskosten.
Die Figuren 7a und 7b zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung in zwei Betriebszuständen, in welcher eine optische Baugruppe 30 mit einem als Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Element, wie es in einer der in der Figur 1 und der Figur 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen 1 , 101 Anwendung finden kann, dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst einen Grundkörper 31 mit einer eben ausgebildeten optischen Wirkfläche 32. Die optische Baugruppe 30 umfasst weiterhin vier Rückplatten 40.1 , 40.2, 40.3, 40.4. Zwischen jeder Rückplatte 40.1 , 40.2, 40.3, 40.4 und der Rückseite 33 des Grundkörpers 31 sind je zwei Scheraktuatoren 41 angeordnet, welche beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine Scherbewegung parallel zur optischen Wirkfläche 32 ausführen. Figur 7a zeigt dabei einen sogenannten Nullzustand, in welchem die optische Wirkfläche 32 des Grundkörpers 31 keine Deformationen aufweist, also ihrer Solloberflächenform entspricht. Die Scheraktuatoren 41 werden aus einer spannungslosen Nullposition ausgelenkt, wodurch der Grundkörper 31 aus seiner Nullposition je nach angelegter Spannung in eine Richtung deformiert wird. Dies hat den Vorteil, dass die optische Wirkfläche 32 vor der Montage der Aktuatoren 41 fertig bearbeitet werden kann.
Figur 7b zeigt die gleiche optische Baugruppe 30 in einem ausgelenkten Betriebszustand. Die zwischen den beiden mittleren Rückplatten 40.2, 40.3 und dem Grundkörper 31 angeordneten Aktuatoren 41 sind ausgelenkt und bewirken eine Deformation des Grundkörpers 31 und damit der optischen Wirkfläche 32. Während in der Figur 7b beide Aktuatoren einer Rückplatte 40.2, 40.3 zueinander ausgelenkt sind, können auch nur ein Aktuator 41 einer Rückplatte 40.1 , 40.2, 40.3, 40.4 ausgelenkt werden oder jeweils ein Aktuator 41 von zwei nebeneinander angeordneten Rückplatten 40.1 , 40.2, 40.3, 40.4 ausgelenkt werden.
Die Figuren 8a, 8b und 8c zeigen verschiedene Ausführungsformen von Aktuatoren 42, 44, 46, welche parallel zur optischen Wirkfläche 32 ausgelenkt werden.
Figur 8a zeigt ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element, welches auf der linken Seite einen Aktuator 42, welcher mit seiner Stirnseite 43 mit der Rückseite 33 des Grundkörpers 31 verbunden ist. Das elektrische Feld des Aktuators 42 ist senkrecht zur optischen Wirkfläche 32 ausgebildet, wogegen die Auslenkung, wie weiter oben bereits erwähnt, parallel zur optischen Wirkfläche 32 verläuft. Im Gegensatz dazu ist der Aktuator 44 auf der rechten Seite des Spiegels Mx mit seiner Längsseite 45 mit dem Grundkörper 31 verbunden. Der Aktuator 44 ist als Stapelaktuator mit piezoelektrischem Material ausgebildet, bei welchem das elektrische Feld und die Auslenkung in der in der Figur 8a dargestellten Ausführungsform parallel zur optischen Wirkfläche 32 ausgebildet ist.
Figur 8b zeigt den schematischen Aufbau eines Bimorphaktuators 46, welcher eine erste Aktuatorschicht 47 und eine zweite Aktuatorschicht 48 aufweist. Die beiden Aktuatorschichten 47, 48 können in entgegengesetzte Richtungen (in der Figur 8b durch Pfeile dargestellt) ausgelenkt werden, so dass sich eine Aktuatorschicht 47 ausdehnt und die andere Aktuatorschicht 48 zusammenzieht, wodurch eine Deformation im Aktuator 46 bewirkt wird.
Figur 8c zeigt ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element mit einem in der Figur 8b erläuterten Bimorphaktuator 46. Dieser ist über eine Klebeverbindung mit der Rückseite 33 des Grundkörpers 31 verbunden und deformiert diesen bei seiner Auslenkung. Die Funktionsweise ist der eines flächennormal angeordneten Aktuators, welcher die Deformation durch den sekundären Effekt einer Geometrieänderung senkrecht zur Hauptauslenkung nutzt, ähnlich. Er unterscheidet sich aber dadurch, dass der Hauptbeitrag der Deformation durch die Deformation des Bimorphaktautors 46 selbst, wie in der Figur 8b erläutert bewirkt wird und nicht über ein Zusammenziehen des Materials im Grundkörper 31 durch die Geometrieänderung des Aktuators.
Figur 9 zeigt eine vorteilhafte Variante der Erfindung, bei welcher ein Entkopplungselement 120 zur Anwendung kommt. Dabei ist in der bereits geschilderten Weise ein Grundkörper 31 über Aktuatoren 35 mit einer freien Rückplatte 36 verbunden. Eine mechanische Entkopplung im Bereich der Verbindung der Aktuatoren 35 mit dem Grundkörper 31 wird im gezeigten Beispiel durch die als Freischnitte 120 im Grundkörper 31 ausgebildeten Entkopplungselemente geleistet. Wenn beispielsweise die Aktuatoren 35 als zylindrische Festkörperaktuatoren ausgebildet sind, können die Entkopplungselemente 120 als umlaufende Ringnuten realisiert sein. Im gezeigten Beispiel sind die Entkopplungselemente 120 lediglich im Grundkörper 31 ausgebildet. Es versteht sich von selbst, dass eine entsprechende Maßnahme auch für die Rückplatte 36 denkbar ist.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Rückplatte 36' derart ausgebildet ist, dass sich ihre Dicke lateral ändert. Weiterhin zeigt die Rückplatte 36' Ausnehmungen 121 , in welchen die Aktuatoren 35 teilweise angeordnet sind. Durch die sich lateral ändernde Dicke der Rückplatte 36' wird erreicht, dass die Steifigkeit der Rückplatte 31 ' auch in ihren Randbereichen vergleichbar mit der Steifigkeit in den Innenbereichen ist. Weiterhin kann durch die Anordnung der Aktuatoren 35 in den Ausnehmungen 121 eine gewisse Einsparung von Bauraum erreicht werden. Dabei müssen die in der Figur 10 gezeigten Maßnahmen nicht zwingend kombiniert eingesetzt werden; es ist selbstverständlich auch denkbar, jeweils nur eine Rückplatte mit sich laterale ändernder Dicke oder auch eine Rückplatte mit Ausnehmungen zu verwenden. Figur 11 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optischen Baugruppe.
In einem ersten Verfahrensschritt 51 werden die Aktuatoren mit der Rückplatte verbunden.
In einem zweiten Verfahrensschritt 52 wird die Flächentoleranz der der Rückplatte abgewandten Verbindungsflächen der Aktuatoren bestimmt.
In einem dritten Verfahrensschritt 53 werden die Verbindungsflächen bearbeitet.
In einem vierten Verfahrensschritt 54 werden die zwei vorherigen Schritte wiederholt, bis die Flächentoleranz unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt.
In einem fünften Verfahrensschritt 55 werden die Aktuatoren mit dem Grundkörper verbunden.
Bezugszeichenliste
1 Projektionsbelichtungsanlage
2 Beleuchtungssystem
3 Strahlungsquelle
4 Beleuchtungsoptik
5 Objektfeld
6 Objektebene
7 Retikel
8 Retikelhalter
9 Retikelverlagerungsantrieb
10 Projektionsoptik
11 Bildfeld
12 Bildebene
13 Wafer
14 Waferhalter
15 Waferverlagerungsantrieb
16 EUV-Strahlung
17 Kollektor
18 Zwischenfokusebene
19 Umlenkspiegel
20 Facettenspiegel
21 Facetten
22 Facettenspiegel
23 Facetten
30 Optische Baugruppe
31 Grundkörper
32 optische Wirkfläche
33 Rückseite Grundkörper
34 Lagerung Grundkörper
35 Aktuator 6,36' Rückplatte 7.1 -37.3 Rückplatte geteilt 8 sphärische Fügefläche 9 Rückplatte 0.1 -40.4 Rückplatte geteilt 1 Scheraktautor 2 Scheraktuator 3 Stirnseite 4 Normalenaktuator 5 Längsseite 6 Bimorphaktuator 7 Aktuatorschicht 1 8 Aktuatorschicht 2 9 Dehnungssensor
51 Verfahrensschritt 1
52 Verfahrensschritt 2
53 Verfahrensschritt 3
54 Verfahrensschritt 4
55 Verfahrensschritt 5
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 120 Ringnut
121 Ausnehmung

Claims

Patentansprüche Optische Baugruppe (30) mit einem optischen Element (117), wobei das optische Element (Mx, 117) einen Grundkörper (31 ) umfasst, und wobei auf der Rückseite des Grundkörpers (31 ) mindestens zwei Aktuatoren (35) zur Deformation des Grundkörpers (31 ) angeordnet ist und wobei die mindestens zwei Aktuatoren (35) an einer ersten Verbindungsfläche mit der Rückseite des Grundkörpers (33) und an einer zweiten Verbindungsfläche mit einer Rückplatte (36) verbunden ist, wobei die Rückplatte (36) ausschließlich über die Aktuatoren (35) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückplatte (36‘) eine sich über ihren lateralen Verlauf ändernde Dicke aufweist. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Aktuatoren (35) und mindestens dem Grundkörper (31 ) und/oder der Rückplatte (36) mindestens ein Entkopplungselement zur lateralen Entkopplung angeordnet ist. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Grundkörpers (33) mindestens einen ebenen Teilbereich aufweist. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (31 ) eine sich über seinen lateralen Verlauf ändernde Dicke aufweist. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückplatte (36‘) und/oder der Grundköper (31 ) Ausnehmungen (121 ) aufweist, in welcher Aktuatoren (35) mindestens teilweise angeordnet sind. Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Grundkörpers (33) mehrere ebene Teilbereiche aufweist, welche nicht parallel zu einander verlaufen.
7. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ebene Rückplatten (36) vorhanden sind, welche jeweils parallel zu den ebenen Teilbereichen ausgerichtet sind.
8. Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkrichtung mindestens eines der Aktuatoren (35) normal zur Verbindungsfläche des Aktuators (35) mit dem Grundkörper (31 ) ausgebildet ist.
9. Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkrichtung mindestens eines der Aktuatoren (35) normal zur optischen Wirkfläche (32) ausgebildet ist.
10. Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Aktuatoren (35) mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgebildet sind.
11 .Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (Mx,117) um einen Spiegel, insbesondere um einen Multilayer-Spiegel handelt.
12. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spiegel (Mx,117) um einen Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 180mm-260mm, insbesondere im Bereich von 220mm handelt.
13. Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückplatte (36) eine geringere Steifigkeit als der Grundkörper (31 ) aufweist.
14. Optische Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückplatte (36) mit mindestens einem Sensor (49) versehen ist.
15. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Sensor (49) um einen Dehnungs- oder einen Temperatursensor (49) handelt.
16. Optische Baugruppe (30) mit einem optischen Element (117), wobei das optische Element (Mx, 117) einen Grundkörper (31 ) umfasst, und wobei auf der Rückseite des Grundkörpers (31 ) mindestens zwei Aktuatoren (35) zur Deformation des Grundkörpers (31 ) angeordnet ist und wobei die mindestens zwei Aktuatoren (35) an einer ersten Verbindungsfläche mit der Rückseite des Grundkörpers (33) und an einer zweiten Verbindungsfläche mit einer Rückplatte (36) verbunden ist wobei die Rückplatte (36) ausschließlich über die Aktuatoren (35) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Grundkörpers (33) mehrere ebene Teilbereiche aufweist, welche nicht parallel zu einander verlaufen und mehrere ebene Rückplatten (36) vorhanden sind, welche jeweils parallel zu den ebenen Teilbereichen ausgerichtet sind.
17. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Aktuatoren (35) und mindestens dem Grundkörper (31 ) und/oder einer Rückplatte (36) mindestens ein Entkopplungselement zur lateralen Entkopplung angeordnet ist.
18. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (31 ) eine sich über seinen lateralen Verlauf ändernde Dicke aufweist.
19. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückplatte (36‘) und/oder der Grundköper (31 ) Ausnehmungen (121 ) aufweist, in welcher Aktuatoren (35) mindestens teilweise angeordnet sind.
20. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Grundkörper (31 ) zugewandte und die dem Grundkörper (31 ) abge- wandte Oberfläche mindestens einer Rückplatte (36) in einem konstanten Abstand von der Rückseite des Grundkörpers (33) verlaufen.
21. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkrichtung mindestens eines der Aktuatoren (35) normal zur Verbindungsfläche des Aktuators (35) mit dem Grundkörper (31 ) ausgebildet ist.
22. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkrichtung mindestens eines der Aktuatoren (35) normal zur optischen Wirkfläche (32) ausgebildet ist.
23. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Aktuatoren (35) mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgebildet sind.
24. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (Mx,117) um einen Spiegel, insbesondere um einen Multilayer-Spiegel handelt.
25. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spiegel (Mx,117) um einen Hohlspiegel mit einem Krümmungsradius von 180mm-260mm, insbesondere im Bereich von 220mm handelt.
26. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückplatte (36) eine geringere Steifigkeit als der Grundkörper (31 ) aufweist.
27. Optische Baugruppe (30) nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückplatte (36) mit mindestens einem Sensor (49) versehen ist.
28. Optische Baugruppe (30) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Sensor (49) um einen Dehnungs- oder einen Temperatursensor (49) handelt.
29. Projektionsbelichtungsanlage (1 ,101 ) für die Halbleiterlithografie mit einer optischen Baugruppe (30) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
30. Verfahren zur Herstellung einer optischen Baugruppe (30) mit einem optischen Element (Mx, 117), wobei das optische Element (Mx, 117), einen Grundkörper (31 ) mit einer optischen Wirkfläche (32) umfasst, mindestens einem Aktuator
(35) zur Deformation der optischen Wirkfläche (32) und einer Rückplatte (39), wobei der Aktuator (35) zwischen dem Grundkörper (31 ) und der Rückplatte
(36) angeordnet ist, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- Verbinden des Aktuators mit der Rückplatte
- Bestimmung der Flächentoleranz der der Rückplatte abgewandten Verbindungsfläche des Aktuators
- Bearbeitung der Verbindungsflächen
- Wiederholung der zwei vorherigen Schritte, bis die Flächentoleranz unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt,
- Verbindung des Aktuators mit dem Grundkörper.
31 .Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wirkfläche (32) nach der Montage des Aktuators (35) bearbeitet wird.
32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aktuatoren (35) auf der Rückplatte (36) angeordnet sind.
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