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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halteeinrichtung zum Halten eines Elements in einer Fassung in einer Lithographieanlage. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Lithographieanlage.
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Bei Lithographieanlagen kann es notwendig sein, Elemente mittels Fassung und verschiedenen Fassungstechniken zu halten. Dabei sind die Fassungstechniken, die sowohl bei Anwendungen für Vakuum-Ultraviolett-Lithographie (VUV-Lithographie) als auch Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV-Lithographie) Anwendungen üblich sind, häufig derart ausgeführt, dass unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien durch eine Thermalentkopplung (wie zum Beispiel eingebrachte Elastomere, Blattfedern, Festkörpergelenke etc.) kompensiert werden. Beispielsweise beschreibt die
EP 0 964 281 A1 eine solche Fassung. Alternativ können Anordnungen mit einem sogenannten thermalen Zero-Crossing verwendet werden. Allerdings können diese Lösungen häufig bauraumbedingt nur schwer umgesetzt werden oder sind für stoffschlüssige Verbindungen nur begrenzt einsetzbar. Des Weiteren können stoffschlüssige Verbindungen Spannungszonen in ein Element einbringen, die nur mittels großzügig ausgelegten Aufmaßen bzw. Überläufen für einen optischen Strahlengang unwirksam gemacht werden können.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, dass eine verbesserte Halteeinrichtung sowie eine verbesserte Lithographieanlage bereitzustellen.
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Demgemäß wird eine Halteeinrichtung zum Halten eines Elements in einer Fassung in einer Lithographieanlage bereitgestellt, wobei das Element aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt ist. Die Halteeinrichtung weist zumindest ein Halteelement, das aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt ist, wobei das Halteelement dazu eingerichtet ist, das Element zumindest teilweise in der Fassung zu halten, und zumindest ein Verbindungselement auf, das zwischen dem Element und dem Halteelement angeordnet ist. Eine ersten Seite des Verbindungselements ist mit dem Element und eine zweite Seite des Verbindungselement ist mit dem Halteelement verbunden, wobei das Verbindungselement aus einem Material gefertigt ist, das dazu eingerichtet ist, einen Unterschied zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszugleichen, wobei das Material des Verbindungselements eine Mischung aus einer bindefähigen Metallmatrix und einem inertem Kornmaterial aufweist, wobei sich ein Metallgehalt vom Element zum Halteelement hin derart ändert, dass sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungselements vom Element zum Halteelement ändert.
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In Ausführungsformen ist das Element ein optisches Element wie z. B. ein Spiegel oder einer Linse für lithographisch Anwendungen. Ein entsprechendes optisches Element ist insbesondere eingerichtet lithographische Struktur mit Hilfe von UV-Strahlung, z. B. VUV- oder EUV-Strahlung, abzubilden.
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Die voranstehend beschriebene Halteeinrichtung weist insbesondere den Vorteil auf, dass thermisch induzierte Spannungen einer stoffschlüssigen verbundenen Fassungstechnik derart minimiert werden, dass eventuelle Überläufe auf ein geringes Aufmaß reduziert werden können. Dies erlaubt insbesondere einen Kostenvorteil durch Materialeinsparung. Des Weiteren hat die Halteeinrichtung einen geringeren Volumenbedarf. Dies erlaubt eine kompaktere Bauweise der Fassung bzw. einer Lithographieanlage, in welcher die Fassung verwendet wird. Zusätzlich wird durch die Materialeinsparung auch Gewicht eingespart. Des Weiteren können Spannungszustände in einem aktiven Bereich des Elements vermieden werden.
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Das Verbindungselement der Halteeinrichtung erlaubt den Unterschied zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten derart auszugleichen, dass eine durch die Fassung thermisch induzierte Spannung in dem Element minimiert wird. Dies wird dadurch ermöglicht, dass am Übergang zwischen den Teilkörpern (Element und Halteelement), die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, ein anpassendes Verbindungselement vorgesehen ist, das im Wesentlichen durch einen Verbund aus Kornmaterial mit möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und einem Matrixmaterial gebildet wird. Das Matrixmaterial kann insbesondere eine ausreichende Bindefähigkeit für das Kornmaterial besitzen, das Kornmaterial nicht angreifen, eine ausreichende mechanische Festigkeit haben, pulverförmig zum Kornmaterial zugemischt werden und bei Heißpresstemperaturen zu einem weitgehend in sich konsistenten Material konsolidiert werden. Dabei kann es jedoch bis zur Anwendungstemperatur der Halteeinrichtung mechanisch stabil sein. Ein solches Verbindungselement ist beispielsweise in der
EP 0 394 828 A1 beschrieben. Auf die
EP 0 394 828 A1 wird hiermit vollumfänglich Bezug genommen („incorporated by reference”).
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Bevorzugt verändert sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungselements stufenlos. Alternativ kann sich der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungselements vom Element zum Halteelement hin schrittweise ändern, beispielsweise durch eine Schichtfolge.
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Die bindefähige Metallmatrix der Mischung kann beispielsweise durch eine zumindest binäre Metalllegierung gebildet sein. Ferner kann sie zumindest in der zum Element benachbarten Zone einen etwa gleichen oder geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Element (speziell einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der zu keiner oder einer negativen Wärmeausdehnung führt) haben.
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Unter dem Begriff „thermischer Ausdehnungskoeffizient oder Wärmeausdehnung” wird insbesondere die Proportionalitätskonstante zwischen einer Temperaturänderung und einer relativen Längenänderung eines Festkörpers verstanden. Mit ihm wird demnach die relative Längenänderung bei einer Temperaturänderung beschrieben. Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist eine stoffspezifische Größe. Insbesondere kann der erste thermische Ausdehnungskoeffizient, d. h. der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Elements, kleiner als der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient, d. h. der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Halteelements, sein.
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Ferner kann ein Gradient der thermischen Ausdehnung im Verbindungselement in Richtung senkrecht zu den Fügeflächen bzw. Bindeflächen aufgrund der entsprechend gewählten Materialanteile und/oder Materialarten im Verbindungselement maximal 40%/mm betragen. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Verbindungselement als ein Schichtkörper aus mehr oder minder diskreten Schichten ausgebildet ist, bei dem die Schichtfolge entsprechend gewählt ist. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Ausdehnungskoeffizient des Verbindungselements auch mehr oder minder kontinuierlich von der ersten Seite zu der zweiten Seite hin ändern.
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Das Kornmaterial kann in eine Legierungsmatrix, insbesondere aus Vielstofflegierungen, eingebettet sein. Insbesondere kann die Legierungsmatrix so ausgewählt sein, dass sie mit dem Kornmaterial beim Zusammensintern einen Verbundwerkstoff bildet, der eine den zu verbindenden Teilkörpern, d. h. dem Element und dem Halteelement, angepasste Wärmeausdehnung aufweisen kann. Beispiele für geeignete Materialen können der
EP 0 394 828 A1 , insbesondere der dortigen Tabelle 1 und Tabelle 2 entnommen werden. Auf die
EP 0 394 828 A1 wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen.
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Das Halteelement kann insbesondere direkt in einer Fassung gehalten bzw. mit einer Fassung gekoppelt werden. Alternativ kann das Halteelement auch indirekt, beispielsweise über ein Zwischenelement, mit der Fassung gekoppelt werden. Insbesondere kann die Halteeinrichtung als Zwischeneinrichtung zwischen einer Fassung und dem Element dienen. Beispielsweise kann die Halteeinrichtung dazu eingerichtet sein, das Element über ein Zwischenelement der Fassung zu verbinden.
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Unter dem Begriff „Element” kann insbesondere ein beliebiges Element verstanden werden, das in einer Lithographieanlage gehalten wird. Beispielsweise kann das Element ein optisches Element sein, das heißt ein Element, das in einem Strahlengang der Lithographieanlage verwendet wird. Beispielsweise kann das Element eine Linse, ein Spiegel, eine Verzögerungsplatte, ein Glasplättchen, eine Platte, die eingerichtet ist, Eigenschaften eines optischen Strahls zu verändern, eine deformierbare Platte oder ähnliches sein.
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Das Element kann aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt sein. Insbesondere kann das Element auch aus zwei oder mehreren zusammengefügten Materialien gebildet sein.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Verbindungselement an seiner ersten Seite und seiner zweiten Seite eine Grenzzone auf, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient auf der ersten Seite 30–100%, bevorzugt 35–90%, noch bevorzugter 70–80%, des ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und auf der zweiten Seite 15–100%, bevorzugt 25–85%, noch bevorzugter 55–75%, des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten beträgt. Insbesondere kann die Grenzzone auf der ersten und/oder zweiten Seite eine Dicke von zwischen 0,5 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm, noch bevorzugter zwischen 0,5 und 1 mm aufweisen.
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Die Dicke der Grenzzone kann beispielsweise auf der ersten Seite 20–100% und auf der zweiten Seite 10–100% des größten Querschnittsmaßes einer entsprechenden Bindefläche. Unter dem Begriff „Bindefläche oder Fügefläche” wird insbesondere die Fläche verstanden, mit der das Verbindungselement mit dem Element bzw. mit dem Halteelement verbunden bzw. gefügt ist.
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Das Material der bindefähigen Metallmatrix kann insbesondere einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der in etwa gleich zu oder kleiner als der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist. Auch kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials der bindefähigen Metallmatrix infinitesimal (d. h. keine Wärmeausdehnung) oder negativ bis zu einer Anwendungstemperatur der Halteeinrichtung sein.
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Das Kornmaterial kann insbesondere einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der in etwa gleich zu oder kleiner als der erste thermische Ausdehnungskoeffizient ist. Auch kann der thermische Ausdehnungskoeffizient des Kornmaterials bis zu einer Anwendungstemperatur der Halteeinrichtung eine negative Wärmeausdehnung aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht das inerte Kornmaterial der Mischung zumindest in der Grenzzone auf der ersten Seite aus einem vom ersten Material verschiedenen Material und hat bis zu einer Anwendungstemperatur der Halteeinrichtung einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das erste Material.
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Beispielsweise kann das zweite Material einen größer als 2% geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Kornmaterial des Verbindungselements zumindest in der zum Element benachbarten Grenzzone bis zur Anwendungstemperatur der Halteeinrichtung einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 22–95% von demjenigen des ersten Materials auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Grenzzone auf der erste Seite bis zur Anwendungstemperatur der Halteeinrichtung 35–90%, insbesondere 70–80%, von demjenigen des ersten Materials.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Grenzzone auf der zweiten Seite bis zur Anwendungstemperatur der Halteeinrichtung 25–85%, insbesondere 55–75%, von demjenigen des zweiten Materials.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Anteil des Kornmaterials in dem Matrixmaterial zwischen 5 und 98%.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Element und das Verbindungselement mit Hilfe einer stoffschlüssigen Verbindung miteinander verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der ersten Seite des Verbindungselements und dem Element eine Bindeschicht angeordnet.
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Insbesondere kann die Bindeschicht ein Aktivlot oder eine Goldbeschichtung sein. Bevorzugt ist die Verbindung zwischen dem Element und dem Verbindungselement frei von organischen Bestandteilen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das Halteelement und das Verbindungselement mit Hilfe einer stoffschlüssigen Verbindung miteinander verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen der zweiten Seite des Verbindungselements und dem Halteelement eine Bindeschicht angeordnet.
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Insbesondere ist die Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Verbindungselement frei von organischen Bestandteilen. Beispielsweise kann eine Bindeschicht aus einem Aktivlot gebildet sein, beispielsweise kann die Bindeschicht Nickel aufweisen. Insbesondere kann die Bindeschicht auch als aktive Bindeschicht bezeichnet werden.
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Bevorzugt kann die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Element und dem Verbindungselement und/oder dem Halteelement und dem Verbindungselement derart gewählt sein, dass sie für eine Anwendung in einer Ultrahochvakuum (UHV) Umgebung geeignet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement eine Mehrzahl von Schichten aus unterschiedlichen Korn- und/oder Matrixmaterialen auf.
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Insbesondere kann jeder Schicht der Mehrzahl von Schichten gesondert hergestellt werden. Die einzelnen Schichten können durch Löten, Diffusionsschweißen oder (isostatisches) Heißpressen vereinigt werden. Bevorzugt kann jeweils eine Bindeschicht zwischen jeweils zwei Schichten der Mehrzahl von Schichten vorgesehen sein. Ferner kann insbesondere zum Element hin eine Bindeschicht vorgesehen sein. Die Bindeschicht kann beispielsweise aus Co; 25 Cr Ti; 19 Mn; 5 Ni; 13 Cu; 7 Cr; 7,5 Mn; 7 Ti; 2 Ni oder auch durch bekanntes Aktivlot oder MnCu- oder MnCo-Basis-Legierungen gebildet sein. Weitere Beispiele für Materialen, die für eine Bindeschicht geeignet sind, sind in der Tabelle 3 der
EP 0394 828 A1 und in der
DE 36 08 559 A1 angegeben, auf welche hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird („incorporated by reference”).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jede Schicht einen thermischen Ausdehnungskoeffizient auf und die jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden sich voneinander. Insbesondere können die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Mehrzahl von Schichten abgestuft sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement zumindest eine Einlage auf, die mit Hilfe einer Bindeschicht mit dem Matrixmaterial verbunden ist.
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Das Vorsehen von Einlagen in dem Verbindungselement kann zu einer weiteren Spannungsentlastung beitragen. Ferner kann dadurch auch eine Anpassung des Überganges zwischen den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten im Verbindungsstück verbessert werden. Bevorzugt können eine oder mehrere Einlagen aus nicht metallischem, inertem hochtemperaturfesten Material mit geringer Wärmeausdehnung vorgesehen sein. Insbesondere können die eine oder mehreren Einlagen aus einem Material gebildet sein, dass auch als Kornmaterial verwendet werden kann. Vorzugsweise bestehen die Einlagen aus dem gleichen Material wie das in der Metallmatrix befindliche Kornmaterial.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Halteelement zumindest teilweise aus einem metallischen Material gebildet. Beispielsweise kann das Halteelement aus Aluminium, Kupfer, Stahl, einer Stahllegierung wie AlMg5EQF25, X2CrNiMo (1712-2), SF-CuF29, CuSn6H180, CuSn8F39, CuZn40PbF43, X14CrMoS17, X17CrNl16-2, X5CrNi18.10, Ni36/Invar, Reintitan, insbesondere mit den Werkstoffbezeichnungen 3.7025, 3.7035, 3.7055, 3.7065 und/oder aus einer Titanlegierung wie TiAl6V4 gebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Element zumindest teilweise aus einem Material gebildet, das ausgewählt ist aus der Gruppe: Glas, Glaskeramik und/oder Keramik. Beispielsweise kann das Element aus Si; SiC; SiO2; SiN; Titan-Silikatglas (z. B. ULETM), CaF2; Quarz; Quarzglas (z. B. SuprasilTM); Borosilikatglas (z. B. BK7); Zerodur; MgF2 gebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verbindungselement gegen ultraviolette Strahlung, insbesondere bei Wellenlängen unter 300 nm, resistent. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine Verbindung des Verbindungselements mit dem Element und eine Verbindung des Verbindungselements mit dem Halteelement gegen ultraviolette Strahlung, insbesondere bei Wellenlängen unter 300 nm, resistent.
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Insbesondere kann das Verbindungselement, die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Element und die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Halteelement gegen ultraviolette Strahlung bei Wellenlängen zwischen 5 nm und 300 nm resistent sein.
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Unter dem Begriff „resistent” wird insbesondere verstanden, dass das Verbindungselement, das Element, das Halteelement und die Verbindungen dazwischen widerstandsfähig gegen ultraviolette Strahlung sind. Insbesondere kann der Begriff „resistent” bedeuten, dass das Verbindungselement, das Element, das Halteelement und die Verbindungen dazwischen einer Bestrahlung mit ultraviolettem Licht standhalten und insbesondere durch das Bestrahlen mit ultraviolettem Licht kein Ausgasen stattfindet. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Halteeinrichtung in einer VUV-Lithographieanlage oder einer EUV-Lithographieanlage eingesetzt werden kann.
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Ferner können das Verbindungselement, das Element, das Halteelement und die Verbindungen dazwischen für eine Verwendung in einem Ultrahochvakuum geeignet sein. D. h. das Verbindungselement, das Element, das Halteelement und die Verbindungen dazwischen können insbesondere derart ausgewählt, dass bei Betriebsbedingungen im UHV kein Ausgasen auftritt. Dies hat ebenfalls den Vorteil, dass die Halteeinrichtung in einer VUV-Lithographieanlage oder einer EUV-Lithographieanlage eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind eine Mehrzahl von Halteelementen gleichmäßig über einen Umfang des Elements verteilt angeordnet, wobei jedes der Mehrzahl von Halteelementen über ein jeweiliges Verbindungselement mit dem Element verbunden ist.
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Des Weiteren wird eine Lithographieanlage mit einer voranstehend beschriebenen Halteeinrichtung vorgeschlagen, wobei das Element ein optisches Element ist. Insbesondere kann eine Anwendungstemperatur oder eine Betriebstemperatur der Halteeinrichtung in einer Lithographieanlage bei 100°C bis 150°C liegen.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage gemäß einer Ausführungsform;
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2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Anordnung aus einer Fassung und einer Halteeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Anordnung;
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4 zeigt eine schematische Detailansicht der Halteeinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Halteeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
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6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Halteeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 100 gemäß einer Ausführungsform, welche ein Strahlformungssystem 102, ein Beleuchtungssystem 104 und ein Projektionssystem 106 umfasst. Das Strahlformungssystem 102, das Beleuchtungssystem 104 und das Projektionssystem 106 sind jeweils in einem Vakuum-Gehäuse vorgesehen, welches mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht näher dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
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Das Strahlformungssystem 102 weist eine EUV-Lichtquelle 108, einen Kollimator 110 und einen Monochromator 112 auf. Als EUV-Lichtquelle 108 kann beispielsweise eine Plasmaquelle oder ein Synchrotron vorgesehen sein, welche Strahlung im EUV-Bereich (extrem ultravioletten Bereich), also z. B. im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 120 nm, bevorzugt zwischen 10 nm und 30 nm aussenden. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine VUV-Lichtquelle vorgesehen sein, welche Strahlung im VUV-Bereich (vakuum-ultravioletten Bereich), also z. B. im Wellenlängenbereich von 100 nm bis 200 nm aussendet. Die von der EUV-Lichtquelle 108 austretende Strahlung wird zunächst durch den Kollimator 110 gebündelt, wonach durch den Monochromator 112 die gewünschte Betriebswellenlänge herausgefiltert wird. Somit passt das Strahlformungssystem 102 die Wellenlänge und die räumliche Verteilung des von der EUV-Lichtquelle 108 abgestrahlten Lichts an. Die von der EUV-Lichtquelle 108 erzeugte EUV-Strahlung 114 weist eine relativ niedrige Transmittivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungssystem 102, im Beleuchtungssystem 104 und im Projektionssystem 106 evakuiert sind.
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Das Beleuchtungssystem 104 weist im dargestellten Beispiel einen ersten Spiegel 116 und einen zweiten Spiegel 118 auf. Diese Spiegel 116, 118 können beispielsweise als Facettenspiegel zur Pupillenformung ausgebildet sein und leiten die EUV-Strahlung 114 auf eine Photomaske 120.
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Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104, 106 angeordnet sein. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 106 verkleinert auf einen Wafer 122 oder dergleichen abgebildet wird. Hierzu weist das Projektionssystem im Strahlführungsraum 106 beispielsweise einen dritten Spiegel 124 und einen vierten Spiegel 126 auf. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 100 nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist, und es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel i. d. R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt. Zusätzlich oder alternativ können zur Strahlformung auch Linsen und andere optische Elemente vorgesehen sein.
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2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Anordnung 200 aus einer Fassung 202 und einer Halteeinrichtung 204 gemäß einer ersten Ausführungsform mit Hilfe derer ein Element 206 in der Fassung gehalten ist.
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Das Element 206 kann beispielsweise ein Spiegel 116, 118, 124, 126, ein Monochromator 112, oder eine Fotomaske 120 sein. Alternativ kann das Element 206 auch eine Linse oder eine Verzögerungsplatte sein. Insbesondere ist das Element 206 aus einem ersten Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt. Beispielsweise kann das Element 206 aus Glas, Glaskeramik und/oder Keramik gefertigt sein. Insbesondere kann das Element aus Si; SiC; SiO2; SiN; ULE, CaF2; Quarz; Suprasil; BK7; Zerodur; MgF2 gebildet sein.
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Das Element 206 ist mittels einer Mehrzahl von Halteelementen 208 in der Fassung 202 gefasst. Die Fassung 202 kann beispielsweise mehrere Fassungsabschnitte wie beispielsweise einen Zwischenring 210 und/oder einen Außenring 212 aufweisen. Insbesondere ist jedes der Mehrzahl von Halteelementen 208 über ein jeweiliges Verbindungselement 302 (3) mit dem Element 206 verbunden. Das Halteelement 208 kann insbesondere auch als Lasche oder Füßchen bezeichnet werden.
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Insbesondere ist Halteelement 208 aus einem zweiten Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt. Beispielsweise kann das Halteelement 208 aus einem metallischen Material gebildet sein. Insbesondere kann das Halteelement aus Aluminium, Stahl, Kupfer, AlMg5EQF25; TiAl6V4; SF-CuF29; CuSn6H180; CuSn8F39; CuZn40PbF43; X14CrMoS17; X17CrNl16-2, X5CrNi18.10, Ni36/Invar; Reintitan 3.7025/3.7035/3.7055/3.7065; X2CrNiMo (1712-2) gebildet sein.
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Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder Wärmeausdehnungskoeffizienten für ausgewählte Materialien können der nachstehenden Tabelle 1 entnommen werden. Tabelle 1:
Werkstoff | Wärmeausdehnungs-Koeffizient (× 10–6/K) | Werkstoff | Wärmeausdehnungs-Koeffizient (× 10–6/K) |
AlMg5EQF25 | 24 | X17CrNl16-2 | 10,3 |
X2CrNiMo (1712-2) | 16 | X5CrNi18.10 | 16,7 |
SF-CuF29 | 17 | Ni36/Invar | 1,8 |
CuSn6H180 | 18,5 | Reintitan 3.7025/3.7035/3.7055/3.7065 | 8,9 |
CuSn8F39 | 18,5 | CaF2 | 18,9 |
CuZn40PbF43 | 21,1 | Si | 2,33 |
X14CrMoS17 | 9,9 | ULE | 0,03 |
TiAl6V4 | 9 | Quarz Suprasil | 0,51 |
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Die thermische Ausdehnungskoeffizienten für weitere Materialen sind in der Literatur bekannt und können auch der Tabelle 1 und der Tabelle 2 der
EP 0 394 828 A1 entnommen werden, auf welche hiermit Bezug genommen wird.
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Das Element 206 kann insbesondere einen rotationssymmetrischen Rand 214 mit einer Symmetrieachse S aufweisen. Ferner kann das Element 206 eine Haupt-Ebene H (3) aufweisen, welche sein Rand 214 mit einer geschlossenen Kurve durchstößt.
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Wie in der 2 gezeigt ist, kann die Mehrzahl der Halteelemente 208 gleichmäßig über einen Umfang des Elements 202 verteilt angeordnet sein. Bevorzugt können die Halteelemente 208 symmetrisch zu die Symmetrieachse S enthaltenden Ebenen ausgebildet sein. Insbesondere können die Halteelemente 208 senkrecht zur Haupt-Ebene H angeordnet sein. Auch können die Halteelemente 208 in der Haupt-Ebene H radial zum Rand 214 des Elements 206 angeordnet sein. Alternativ können die Halteelemente 208 tangential zum Rand 214 des Elements 206 angeordnet sein. Zusätzlich können die Halteelemente 208 als Federgelenke, insbesondere als Blattfeder, ausgelegt sein.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Anordnung 200 aus 2. Wie aus der 3 entnommen werden kann ist jedes der Mehrzahl von Halteelemente 208 über ein Verbindungselement 300 mit dem Element gekoppelt. Insbesondere kann das Verbindungselement 300 auch als Verbindungsstück, Zwischenstück oder Zwischenelement bezeichnet werden.
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Das Verbindungselement 300 ist dabei insbesondere auf einer ersten Seite 302 mit dem Element 206 und auf einer zweiten Seite 304 mit dem Halteelement 208 verbunden. Ein Ausschnitt der Verbindungen zwischen dem Element 206, dem Verbindungselement 300 und dem Halteelement 208 ist in der 4a gezeigt.
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In der 4a ist auf der linken Seite der Halteeinrichtung 202 das Halteelement 208 schematisch dargestellt. Auf der rechten Seite ist das Element 206 schematisch dargestellt. Zwischen dem Halteelement 208 und dem Element 206 ist das Verbindungselement 300 angeordnet.
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Das Verbindungselement 300 besteht aus einer Mischung aus einem bindefähigen Metallmatrix und einem inerten Kornmaterial. Insbesondere kann das Verbindungselement 300 mehrere Schichten 400, 402, 404 aufweisen, bei denen sich ein Metallgehalt von der ersten Seite 302 zu der zweiten 304 hin ändert. Dies bewirkt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Verbindungselements 300 sich vom Element 206 zum Halteelement 208 hin ändert. Zwischen dem Element 206 und dem Verbindungselement 300 kann insbesondere eine Bindeschicht 404 angeordnet sein.
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Beispielweise kann das Halteelement aus Incoloy MA956 (Fe 20 Cr 4,5 Al 0,5 Ti 0,5 Y203) gebildet sein und das Element 206 aus einer Keramik (z. B. SiC). Die Bindeschicht 404 kann beispielsweise eine aktiven Folie (Ag4Ti) mit einer Dicke von 0,2 mm sein.
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Insbesondere kann eine Dicke des Verbindungselements 300 zwischen 1 mm und dem Dreifachen des größten Querschnittsmaßes des Verbindungselements 300, bevorzugt dem Einfachen des größten Querschnittsmaßes, sein.
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Das Verbindungselement 300 umfasst zwei Schichten (400 und 402): Die an das SiC-Element 206 angrenzende Schicht 402 kann aus einer Mischung von Kornmaterial (69 ReSi + 31 Re3Si) mit einem Korndurchmesser von 0,025 bis 0,04 mm und aus einem Matrixmaterial (Fe 24,5 Ni 1,73 Cr 0,37 Mn 0,2 Si 0,04 C 2,32 Ti) mit einem Korndurchmesser von 0,006 mm bestehen. Der Kornanteil im Matrixmaterial beträgt beispielsweise 80%.
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Bevorzugt kann die Mischung aus Kornmaterial und Matrixmaterial benachbart zum Element 206 einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Material des Elements 206 aufweisen. Dadurch kann im Grenzbereich zum Element 206 hin, insbesondere wenn dieses über eine zu Sprödigkeit führende Bindeschicht (5, 6) angefügt wird, für eine Wärmeausdehnungssenke gesorgt werden. Beispielsweise kann das zweite Material einen größer als 2% geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben.
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Ferner kann ein Gradient der thermischen Ausdehnung im Verbindungselement 300 in Richtung senkrecht zu den Fügeflächen bzw. Bindeflächen, d. h. senkrecht zu der erste Seite 302 und der zweiten Seite 404, aufgrund der entsprechend gewählten Materialanteile und/oder Materialarten im Verbindungselement 300 maximal 40%/mm betragen.
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Die an das Incoloy-Halteelement 208 grenzende Schicht 400 besteht aus einer Mischung des gleichen Kornmaterials jedoch mit einem Korndurchmesser von 0,025 bis 0,1 mm mit dem gleichen Matrixmaterial. Hier beträgt der Kornanteil im Matrixmaterial 65%.
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Insbesondere kann der Anteil des Kornmaterials in dem Matrixmaterial zwischen 5 und 98% sein.
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Insbesondere können eine Gestalt und/oder eine Größe der Körner des Kornmaterials frei wählbar sein. Beispielsweise kann ein Korndurchmesser zwischen 0,01 mm bis 3 mm gewählt werden. Zusätzlich oder alternativ können auch nadelförmige Körner mit einem Durchmesser zwischen 0,001 mm und 0,1 mm und einer Länge bis zu 1 mm verwendet werden. Insbesondere können das Kornmaterial, ein Korndurchmesser und/oder ein Kornanteil innerhalb des Verbindungselements 300 gestaffelt sein. Auch können mehrere Schichten 400, 402, insbesondere bis zu 9 Schichten, vorgesehen sein, wobei der Kornanteil und/oder Korndurchmesser zu demjenigen von dem Element 206 und dem Halteelement 208 hin abnehmen, der den größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
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Das Verbindungselement 300 kann jeweils an seiner ersten Seite 302 und seiner zweiten Seite 304 eine Grenzzone aufweisen, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient auf der ersten Seite 302 30–100%, bevorzugt 35–90%, noch bevorzugter 70–80%, des ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und auf der zweiten Seite 304 15–100%, bevorzugt 25–85%, noch bevorzugter 55–75%, des zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten beträgt.
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Insbesondere kann die Grenzzone auf der ersten und/oder zweiten Seite 302, 304 eine Dicke von zwischen 0,5 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm, noch bevorzugter zwischen 0,5 und 1 mm aufweisen.
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Auch kann die Dicke der Grenzzone beispielsweise auf der ersten Seite 302 20–100% und auf der zweiten Seite 304 10–100% des größten Querschnittsmaßes einer entsprechenden Bindefläche, d. h. der ersten Seite 302 oder der zweiten Seite 304 sein.
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4b zeigt auf der Y-Achse eine relative Längenausdehnungen der einzelnen Werkstoffe des Verbundkörpers aus Halteelement 208, Verbindungselement 300 und Element 206 bei einer Temperatursteigerung auf 1200K. Die Längenausdehnungsminderung im Zwischenstück auf 16% (in 400) und 37% (in 402) der zu verbindenden, metallischen und keramischen Teilkörper verringert die Wärmespannungen im SiC-Element 206.
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Ohne Verbindungsstück 300 kann je nachdem wie das Element 206 in der Lithographieanlage eingebaut ist (Symmetrieachse S parallel oder senkrecht zur Erdanziehung) und je nachdem, welche Form des Halteelements 208 (Laschen, Ring, Kreissegment) verwendet wird, eine durch eine direkte stoffschlüssige Verbindung zwischen Element 206 und Halteelement 208 in dem Element 206 induzierte Spannung zwischen 0,0019 N/mm2 und 0,0043 N/mm2 induziert werden. Mit dem Verbindungselement 300 kann diese induzierte Spannung um bis zu 70% reduziert werden.
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Weitere Beispiele für geeignete Kornmaterial-bindefähige Metallmatrix-Kombinationen für das Verbindungselement
300 in Abhängigkeit der Materialien für Halteelement
208 und Element
206 sind in der Tabelle 4 der
EP 0 394 828 A1 auf den Seiten 14 bis 17 zusammen mit geeigneten Korngrößen, geeigneter Anzahl von Schichten sowie eine Grenzzusammensetzung auf der ersten und zweiten Seite angegeben.
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Ferner zeigt die
6 der
EP 0 394 828 A1 , auf welche hiermit Bezug genommen wird, einen Verlauf eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten für verschiedene Kornmaterialien und Matrixmaterialien in Abhängigkeit von der Temperatur. Mit Hilfe eines solchen Diagramms kann bei Kenntnis der Betriebstemperatur bzw. der Anwendungstemperatur eine Wahl der geeignete Korn- und Matrixmaterialien getroffen werden. Insbesondere können die Betriebstemperaturen in einer Lithographieanlage zwischen 20°C und 200°C, bevorzugt zwischen 100°C und 150°C liegen.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Halteeinrichtung 500 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei der Halteeinrichtung 500 ist ein Halteelement 502 aus Kupfer mit einem Element 504 aus Keramik über ein Verbindungselement 506 verbunden, das aus einer kornhaltigen Matrix mit fortlaufend veränderter Zusammensetzung sowie mit einer Keramikeinlage 508 besteht und über eine Bindeschicht 510 und ggf. 510' mit den angrenzenden Halteelement 502 und Element 504 zusammenhängt. Der Rand des Elements 504 kann beispielsweise abgeschrägt sein, wodurch von der Grenzfläche ausgehende Rissbildungen vermindert werden.
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Die Einlage 508 kann insbesondere vorzugsweise die Form von Platten oder flachen Kegeln aufweisen, die eine Dicke von größer 0,1 mm bis etwa 8 mm und einem geringeren Durchmesser (z. B. 10% geringer) als das Verbindungselement 506 selbst haben. Insbesondere kann der Durchmesser der Einlage 508 zwischen 20 und 90% des Durchmessers des Verbindungselements 506 betragen.
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6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts einer Halteeinrichtung
600 gemäß einer dritten Ausführungsform. Bei der Halteeinrichtung
600 ist ein geschichtetes Verbindungselement
606 mit einem metallischen Halteelement
602 und einem Element
604 aus Glas über Bindeschichten
610,
610' verbunden. Das Verbindungselement
600 weist insbesondere eine Einlage
608 aus Keramik auf. Das Verbindungselement weist ferner mehrere Schichten
612,
614,
616 auf, wobei die Schichten
612,
614,
616 unterschiedlich zusammengesetzt sein können. Dabei kann insbesondere das Kornmaterial eine abnehmende Korngröße zum metallischen Halteelement
602 hin aufweisen. Eine geeignete Zusammensetzung für die Schichten
612,
614,
616 kann beispielsweise der
EP 0 394 828 A1 entnommen werden.
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Die Oberfläche der keramischen Einlage
608 sowie das Element
604 können mit einer Bindeschicht aus Cu 11,5 Co 17,5 Mn 18,4 Ti 18,4 Cr 5,4 Ni 0,11 Fe in einer Dicke von 0,08 mm versehen sein. Eine weitere Bindeschicht
610' der genannten Zusammensetzung kann zwischen dem metallischen Halteelement
602 und dem Verbindungselement
606 vorgesehen sein. Bevorzugt wird die gesamte Halteeinrichtung
600 durch Diffusionsschweißen, Löten oder isostatisches Heißpressen (HIP) gebildet. Geeignete Bedingungen und Verfahren können insbesondere der
EP 0 394 828 A1 entnommen werden.
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Im Folgenden werden Beispiele für Materialen genannt, die als bindefähige Metallmatrix des Verbindungselements verwendet werden können. Zum Beispiel kann die bindefähige Metallmatrix zumindest in der Grenzzone benachbart zum Element aus einer der Legierungen Fe 18,5 Ni 0,01 Mn 0,1 Si 9 Co 4,9 Mo 0,62 Ti 0,1 P 0,05 Ca 0,02 Zr 0,01 S 0,003 B; Fe 30 Ni 8 Cr 25 Co; Fe 3,94 Ni 2,5 Cr 0,01 Mn 0,13 Si 0,168 C 0,39 V 0,026 S 0,01 P; vorzugsweise aus Fe 34 Ni 3,5 Co; Fe 31 Ni 0,38 Mn 6 Co; Fe 32 Ni 5 Co; Fe 39,56 Ni 0,22 Mn 0,12 Si 0,22 Al 0,04 Cu; insbesondere aus Fe 24,5 Ni 1,73 Cr 0,37 Mn 0,2 Si 0,04 C 2,32 Ti; Fe 23,5 Ni 1,77 Cr; Fe 23,5 Ni 1,77 Cr 0,53 Mn 0,34 Si 0,05 C 3,28 Ti; Fe 24,5 Ni 1,73 Cr bestehen. Weitere Beispiele für Materialen der bindefähigen Metallmatrix sind in der Tabelle 2 der
EP 0 394 828 A1 auf den Seiten 11 bis 13 zusammen mit ihrem jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angegeben, auf welche hiermit Bezug genommen wird.
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Im Folgenden werden Beispiele für Materialen genannt, die als inertes Kornmaterial des Verbindungselements verwendet werden können. Beispielsweise kann das Kornmaterial des Verbindungselements zumindest in der Grenzzone benachbart zum Element durch B
4C; HfC; AlN; BN; HfN; TaN; WC2CO; vorzugsweise durch HfO 2,5 Fe 0,3 Mg 0,1 Ti 0,1 Ca; W
2C 25 WC + 2 CO (98 + 2%) ZrB
2 + Cr (5 bis 20% Vol.); Ta
2O
5; W
2C + WC (0 bis 60%); ZrO
2 0,37 W 0,37 Co 0,37 C 6,4 Ti; insbesondere durch W
2C; BaO·TiO
2; Nb
2O
5; Ti
2O
3; WO
2; Nb
2O
5·V
2O
5; Ta
2O
5·V
2O
5; 2ZnO·V
2O
5; SrO·ZrO
2; und speziell durch ZrO
2 6,4 Ti oder ZrO
2 2,01 Ti gebildet sein. Weitere Beispiele für Materialen, die als inertes Kornmaterial des Verbindungselements verwendet werden können, sind in der Tabelle 1 der
EP 0 394 828 A1 auf den Seiten 8 bis 10 zusammen mit ihrem jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten angegeben, auf welche hiermit Bezug genommen wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- EUV-Lithographieanlage
- 102
- Strahlformungssystem
- 104
- Beleuchtungssystem
- 106
- Projektionssystem
- 108
- EUV-Lichtquelle
- 110
- Kollimator
- 112
- Monochromator
- 114
- EUV-Strahlung
- 116, 118, 124, 126
- Spiegel
- 120
- Photomaske
- 122
- Wafer
- 200
- Anordnung
- 202
- Fassung
- 204
- Halteeinrichtung
- 206
- Element
- 208
- Halteelement
- 210
- Zwischenring
- 212
- Außenring
- 214
- Rand
- 300
- Verbindungselement
- 302
- erste Seite
- 304
- zweite Seite
- 400, 402
- Schichten
- 404
- Bindeschicht
- 500, 600
- Halteeinrichtung
- 502, 602
- Halteelement
- 504, 604
- Element
- 506, 606
- Verbindungselement
- 508, 608
- Einlage
- 510, 510', 610, 610'
- Bindeschicht
- 612, 614, 616
- Schichten
- H
- Haupt-Ebene
- S
- Symmetrieachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0964281 A1 [0002]
- EP 0394828 A1 [0007, 0007, 0012, 0012, 0032, 0062, 0082, 0083, 0086, 0087, 0088, 0089]
- DE 3608559 A1 [0032]