DE102012218219A1

DE102012218219A1 - Verfahren zur Regelung der Verkippung eines Spiegelelements

Info

Publication number: DE102012218219A1
Application number: DE102012218219.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Horn; Lars Berger; Matthias Hartmann; Benedikt Knauf; Matthias Orth; Severin Waldis
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-04-10
Also published as: KR101712755B1; EP2904444B1; KR20150048244A; WO2014053659A1; JP2015537235A; US20150185469A1; JP6228985B2; EP2904444A1

Abstract

Ein optisches Bauelement (25) umfasst eine Tragestruktur (19), mindestens ein relativ zur Tragestruktur (19) aktuatorisch verkippbar gelagertes Spiegelelement (23), welches mindestens eine Spiegelelektrode (22; 37) umfasst, mindestens eine lokale Regeleinrichtung (30) zur Regelung der Verkippung des Spiegelelements (23), mit mindestens einem kapazitiven Sensor und mindestens einer Aktuatorelektrode (24) zur Verkippung des Spiegelelements (23), und einen Signalgenerator (39) zur Erzeugung eines Modulationssignals mit einer Frequenz oberhalb einer Resonanzfrequenz des Spiegelelements (23), wobei der Signalgenerator (39) in signalübertragender Weise mit der mindestens einen Spiegelelektrode (22; 37) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Regelung der Verkippung eines Spiegelelements. Schließlich betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro oder nanostrukturierten Bauelements und ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement.
Optische Bauelemente mit verlagerbaren Spiegeln ermöglichen eine sehr flexible Führung optischer Strahlung. Ein optisches Bauelement mit verlagerbaren Einzelspiegeln ist beispielsweise aus der WO 2010/049076 A2 und der DE 10 2012 202 502.2 bekannt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges optisches Bauelement zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, einen Signalgenerator zur Erzeugung eines Modulationssignals vorzusehen, welcher in signalübertragender Weise mit einer mit dem Spiegelelement mechanisch verbundenen Elektrode und/oder mindestens einer Aktuatorelektrode verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist die Beaufschlagung der Spiegelelektrode mit dem Modulationssignal. Dies erfordert einen geringen konstruktiven Aufwand und ist unabhängig von der Beaufschlagung der Aktuatorelektroden mit Aktuatorsignalen zur Verlagerung der Spiegelelemente. Das Modulationssignal weist insbesondere eine Frequenz oberhalb einer Resonanzfrequenz des Spiegelelements auf. Es weist insbesondere eine untere Grenzfrequenz auf, welche mindestens eine Dekade, insbesondere mindestens zwei Dekaden oberhalb der Resonanzfrequenz des Spiegelelements liegt. Derartige Frequenzen werden im Folgenden auch als hochfrequent bezeichnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Modulationssignal höchstens zu einer vernachlässigbaren mechanischen Anregung des Spiegelelements führt.
Das Spiegelelement ist um mindestens eine Achse verkippbar. Es weist somit mindestens einen Kippfreiheitsgrad auf. Es kann auch um zwei Kippachsen, insbesondere auf zwei senkrecht aufeinander stehende Kippachsen verkippbar sein. Es weist in diesem Fall zwei Kippfreiheitsgrade auf. Je Kippfreiheitsgrad ist mindestens eine Aktuatorelektrode zur Verkippung des Spiegelelements vorgesehen. Es sind auch Designs möglich, bei welchen die Spiegelelemente mittels dreier Aktuatorelektroden um zwei Kippachsen verkippbar sind. In diesem Fall kann vorzugsweise die Spiegelelektrode mit dem hochfrequenten Modulationsanteil beaufschlagt werden. Alternativ hierzu können sämtliche Aktuatorelektroden mit dem hochfrequenten Modulationsanteil beaufschlagt werden.
Es ist auch möglich, jeweils zwei Spiegel- und/oder Aktuatorelektroden je Kippfreiheitsgrad vorzusehen. Diese sind vorzugsweise jeweils symmetrisch zu einer Kippachse angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung ist es vorteilhaft, den Signalgenerator jeweils parallel mit diesen Spiegel- und/oder Aktuatorelektroden zu verbinden, um sie parallel mit dem Modulationssignal zu beaufschlagen. Hierdurch wird die mechanische Anregung der Spiegelelemente weiter verringert. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, jeweils zwei Aktuatorelektroden zur parallelen Beaufschlagung mit dem Modulationssignal parallel mit dem Signalgenerator zu verbinden
Durch das hochfrequente Modulationssignal lässt sich das Signal-zu-Rausch-Verhältnis einer kapazitiven Erfassung von Störungen der Verkippung des Spiegelelements erheblich verbessern. Hierbei wird erfindungsgemäß ausgenutzt, dass der kapazitive Widerstand, welcher auch als kapazitiver Blindwiderstand bekannt ist, mit zunehmender Frequenz abnimmt. Störungen der Verkippung des Spiegelelements haben typischerweise Frequenzen, welche höchstens in der Größenordnung der Resonanzfrequenz des Spiegelelements liegen. Sie führen daher lediglich zu relativ kleinen kapazitiven Signalen.
Durch die hochfrequente Modulation lassen sich derartige Störungen jedoch in Form eines amplitudenmodulierten Signals größerer Amplitude erfassen.
Das Modulationssignal weist insbesondere eine untere Grenzfrequenz von mindestens 100 Hz, insbesondere mindestens 300 Hz, insbesondere mindestens 1 kHz, insbesondere mindestens 2 kHz, insbesondere mindestens 5 kHz, insbesondere mindestens 10 kHz, insbesondere mindestens 30 kHz, insbesondere mindestens 50 kHz auf. Es kann sich vorzugsweise um ein sinusförmiges Signal handeln. Ein derartiges Signal ist besonders einfach erzeugbar. Außerdem ermöglicht es eine besonders einfache Weiterverarbeitung des erfassten Sensorsignals.
Der Signalgenerator kann vorteilhafterweise in eine Tragestruktur des optischen Bauelements integriert sein. Er kann insbesondere als elektronischer Schaltkreis ausgebildet sein oder einen derartigen umfassen. Der elektronische Schaltkreis kann insbesondere mittels einer sogenannten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (englisch: „application specific integrated circuit“, ASIC) in der Tragestruktur realisiert sein. Dies ermöglicht eine sehr platzsparende Realisierung.
Außerdem kann das Bauelement mindestens eine Spannungsquelle zur Beaufschlagung der mindestens einen Spiegelelektrode mit einer Vorspannung aufweisen. Hierdurch wird es ermöglicht, mit kleinen Spannungsänderungen an den Aktuatorelektroden höhere Kräfte und damit höhere Kippwinkel zu erreichen. Die elektrische Vorspannung wird auch als Bias-Spannung (V_Bias) oder kurz Bias bezeichnet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dient die mindestens eine Aktuatorelektrode gleichzeitig als Sensorelektrode einer Sensoreinrichtung der lokalen Regeleinrichtung. Die Aktuatorelektrode bildet somit einen Bestandteil der Sensoreinrichtung. Hierdurch wird insbesondere der konstruktive Aufbau des optischen Bauelements vereinfacht. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Trennung der Frequenzbereiche der Aktorik und der Sensorik eine derartige vorteilhafte Ausführung ermöglicht. Vorzugsweise ist die Sensorelektrode in signalübertragender Weise mit einem Gleichrichter verbunden. Dies ermöglicht die Ableitung eines Rückkopplungssignals aus der Amplitude des mittels der Sensorelektrode erfassten hochfrequenten Signals. Der Gleichrichter kann durch eine Diode realisiert sein. Dies ermöglicht eine konstruktive Realisierung mit einem sehr geringen Platzbedarf. Weiterhin kann vorgesehen sein, die mindestens eine Aktuatorelektrode zur Beaufschlagung mit dem Modulationssignal in signalübertragender Weise mit dem Hochfrequenzgenerator zu verbinden. Hierdurch wird der konstruktive Aufbau der Modulationseinrichtung weiter vereinfacht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das optische Bauelement eine Vielzahl von Spiegelelementen. Diese können insbesondere in einem Raster, d. h. als sogenanntes Spiegelarray, insbesondere als Mikrospiegelarray (englisch: „micro mirror array“, MMA), angeordnet sein. Die Anzahl der Spiegelelemente des optischen Bauelements kann mehr als 1000, insbesondere mehr als 10000, insbesondere mehr als 100000 betragen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Regelung der Verkippung eines Spiegelelements zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 7 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, eine mit dem verkippbaren Spiegel mechanisch verbundene Spiegelelektrode und/oder eine mit der Tragestruktur mechanisch verbundene Aktuatorelektrode mit einer Spannung zu beaufschlagen, welche zumindest einen Modulationsanteil umfasst. Aus der Amplitude und/oder Phase des mittels einer Sensoreinrichtung gemessenen Signals wird sodann ein Rückkopplungssignal zur Regelung der Verkippung des Spiegelelements ermittelt. Unter einer Regelung der Verkippung sei hierbei die Regelung der Position des Spiegelelements und/oder die Regelung der Verkippungs-Geschwindigkeit des Spiegelelements, insbesondere dessen Dämpfung verstanden.
Der Modulationsanteil ist vorzugsweise hochfrequent, wie vorhergehend beschrieben. Der Modulationsanteil weist insbesondere vorzugsweise eine untere Grenzfrequenz auf, welche mindestens eine Dekade, insbesondere mindestens zwei Dekaden oberhalb einer Resonanzfrequenz des Spiegelelements liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Spiegelelement durch das Modulationssignal mechanisch höchstens in einem vernachlässigbaren Umfang angeregt wird. Die Anregungsmagnitude beträgt insbesondere höchstens –20 Dezibel, insbesondere höchstens –30 Dezibel, insbesondere höchstens –40 Dezibel.
Die Vorteile entsprechen den vorhergehend für das optische Bauelement beschriebenen. Durch die Modulation kann insbesondere das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des Sensorsignals verbessert werden.
Das Rückkopplungssignal kann in Abhängigkeit von einem Positionssignal, insbesondere in Abhängigkeit von einem erfassten Kippwinkel des Spiegelelements, ermittelt werden. Es ist ebenso möglich, das Rückkopplungssignal in Abhängigkeit der zeitlichen Ableitung des Kippwinkels zu bestimmen. Die Sensoreinrichtung kann mit anderen Worten als Positionssensor oder als Geschwindigkeitssensor ausgebildet sein.
Vorzugsweise wird die mindestens eine Spiegelelektrode außerdem mit einer Vorspannung beaufschlagt. Die Vorspannung kann insbesondere konstant sein.
Außerdem werden die Aktuatorelektroden zur Verkippung des Spiegelelements mit einer Aktuatorspannung beaufschlagt. Die Aktuatorspannung ist insbesondere mittels einer Steuereinrichtung steuerbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, die Aktuatorelektroden zumindest mit dem Aktuatoranteil und dem Modulationsanteil zu beaufschlagen. Sie werden somit insbesondere gleichzeitig mit der Aktuatorspannung zur aktuatorischen Verlagerung des Spiegelelements als auch mit dem Modulationsanteil zur Modulierung des kapazitiv erfassten Sensorsignals beaufschlagt.
Sie können zudem auch noch mit dem konstanten Bias-Anteil beaufschlagt werden. Die Aktuatorelektroden werden mit anderen Worten mit einem Spannungssignal, welches sich aus einer Überlagerung mehrerer Anteile zusammensetzt, beaufschlagt.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 11 bis 13 gelöst. Die Vorteile entsprechen denjenigen, die bereits erläutert wurden.
Weitere Aspekte der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements zu verbessern und ein derartig hergestelltes Bauelement zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 14 und 15 gelöst. Die Vorteile entsprechen ebenfalls denjenigen, die bereits erläutert wurden.
Weitere Details, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie in einem Meridionalschnitt,
2 einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines optischen Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines optischen Bauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung des optischen Bauelements mit einer lokalen und einer globalen Regelungsschleife,
5 eine schematische Darstellung eines optischen Bauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform,
6 ein Bodediagramm, welches exemplarisch die typische stationäre Reaktion eines Spiegelelements auf eine harmonische Anregung wiedergibt, und
7 bis 9 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele des optischen Bauelements.
Im Folgenden wird zunächst der prinzipielle Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage 1 anhand der Figuren beschrieben.
1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Das Objektfeld 5 kann rechteckig oder bogenförmig mit einem x/y-Aspektverhältnis von beispielsweise 13/1 gestaltet sein. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Herstellung mikro- beziehungsweise nanostrukturierter Halbleiter-Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Eine Projektionsoptik 7 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Das Retikel, das von einem nicht dargestellten Retikelhalter gehalten ist, und der Wafer, der von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten ist, werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 7 kann auch ein gegenläufiges Scannen des Retikels relativ zum Wafer stattfinden.
Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithographischen Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, zum Beispiel eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, Gas Discharge Produced Plasma), oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma) handeln. Auch andere EUV-Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser (Freie Elektronenlaser, FEL) basieren, sind möglich.
EUV-Strahlung 10, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 11 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist beispielsweise aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 11 propagiert die EUV-Strahlung 10 durch eine Zwischenfokusebene 12, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 13 mit einer Vielzahl von Feldfacetten 13a trifft. Der Feldfacettenspiegel 13 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Objektebene 6 optisch konjugiert ist.
Die EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet.
Nach dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von einem Pupillenfacettenspiegel 14 mit einer Vielzahl von Pupillenfacetten 14a reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln 23 aufgebaut, die nachfolgend noch näher beschrieben werden. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel 23 derart sein, dass jede der Feldfacetten 13a, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel 23 repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten 13a durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel 23 aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten 13a jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 14a des Pupillenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel 23 oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel 23 gebildet sein können.
Die EUV-Strahlung 10 trifft auf die beiden Facettenspiegel 13, 14 unter einem Einfallswinkel, gemessen normal zur Spiegelfläche, auf, der kleiner oder gleich 25° ist. Die beiden Facettenspiegel 13, 14 werden also im Bereich eines normal incidence-Betriebs mit der EUV-Strahlung 10 beaufschlagt. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall (grazing incidence) ist möglich. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 7 darstellt beziehungsweise zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch konjugiert ist. Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 14 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 10 bezeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden die Feldfacetten 13a des Feldfacettenspiegels 13 einander überlagernd in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing incidence Spiegel“). Die Übertragungsoptik 15 wird zusammen mit dem Pupillenfacettenspiegel 14 auch als Folgeoptik zur Überführung der EUV-Strahlung 10 vom Feldfacettenspiegel 13 hin zum Objektfeld 5 bezeichnet. Das Beleuchtungslicht 10 wird von der Strahlungsquelle 3 hin zum Objektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette 13a des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette 14a des Pupillenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel 23 des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten 14a zu den Feldfacetten 13a und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann.
Die Spiegelelemente 23 der Beleuchtungsoptik 4 sind vorzugsweise in einer evakuierbaren Kammer angeordnet. Sie sind mechanisch weitestgehend ungedämpft, so dass sie sehr empfindlich auf Störungen durch Vibrationen reagieren.
Im Folgenden wird der Aufbau des Feldfacettenspiegels 13, insbesondere der Einzelspiegel 23 desselben näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Allgemein sind die Einzelspiegel 23 Bestandteile eines optischen Bauelements 25.
Die Einzelspiegel 23 werden im Folgenden auch als Spiegelelemente 23 bezeichnet. Sie sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt, wie nachfolgend noch erläutert wird. Insgesamt weist der Feldfacetten-Spiegel 13 mindestens 300, insbesondere mindestens 1000, insbesondere mindestens 10000, insbesondere mindestens 100000 Einzelspiegel 23 auf.
Bei den Spiegelelementen 23 kann es sich insbesondere um sogenannte Mikrospiegel handeln. Sie weisen insbesondere Abmessungen im Bereich von 10^–8 m² bis 10^–4 m², insbesondere im Bereich von 10^–7 m² bis 10^–5 m² auf. Prinzipiell kann es sich auch um makroskopische Spiegel mit größeren Abmessungen handeln.
Die Spiegelelemente 23 sind auf einer ersten Tragestruktur 19 angeordnet. Diese ist über einen Wärmeleitungsabschnitt mit einem Spiegelkörper 20 eines der Spiegelelemente 23 mechanisch verbunden. Teil des Wärmeleitungsabschnitts ist ein Gelenkkörper 21, der eine Verkippung des Spiegelkörpers 20 relativ zur ersten Tragestruktur 19 zulässt. Der Gelenkkörper 21 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, das eine Verkippung des Spiegelkörpers 20 um definierte Kippachsen, beispielsweise um eine oder zwei, insbesondere senkrecht zueinander angeordnete, Kippachsen zulässt. Für Details der verkippbaren Anordnung der Spiegelelemente 23, insbesondere deren Anordnung in der ersten Tragestruktur 19, sei auf die DE 10 2011 006 100.2 und die DE 10 2012 202 501.4 verwiesen, die hiermit vollständig Bestandteil der vorliegenden Anmeldung sein soll.
Das Spiegelelement 23 ist jeweils mechanisch mit einem Aktuatorstift 22 verbunden. Der Aktuatorstift 22 bildet eine mechanisch mit dem Spiegel verbundene Elektrode, welche im Folgenden auch als Spiegelelektrode bezeichnet wird.
Die erste Tragestruktur 19 bildet jeweils eine den Aktuatorstift 22 umgebende Hülse. In der Hülse sind jeweils Aktuatorelektroden 24 integriert. Es ist jeweils mindestens eine Aktuatorelektrode 24 je Kippfreiheitsgrad vorgesehen. Vorzugsweise sind jeweils zwei Aktuatorelektroden 24 je Kippfreiheitsgrad vorgesehen. Es können auch drei Aktuatorelektroden 24 zur Verkippung des Spiegelelements 23 mit zwei Kippfreiheitsgraden vorgesehen sein. Die drei Aktuatorelektroden 24 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung jeweils um 120° gegeneinander versetzt angeordnet. Eine hiervon abweichende Anordnung ist ebenso möglich.
Durch Erzeugen einer Potentialdifferenz zwischen einer oder mehrerer der Aktuatorelektroden 24 und dem Aktuatorstift 22 lässt sich eine elektrostatische Kraft auf den Aktuatorstift 22 erzeugen, welche zu einer Verkippung des Spiegelelements 23 führen kann. Allgemein werden die Aktuatorelektroden 24 zur Verkippung des Spiegelelements 23 mit einer Aktuatorspannung V_Akt beaufschlagt.
Aufgrund der Kippfreiheitsgrade der Spiegelelemente 23 kann es zu unerwünschten Schwingungen derselben kommen. Die Spiegelelemente 23 weisen ein mechanisches Verhalten auf, welches durch ein sogenanntes PT2-Verhalten beschrieben werden kann. Ein typischer Amplituden- und Phasengang eines derartigen Systems ist in 6 dargestellt. Das System weist eine Resonanzfrequenz f_res auf. Oberhalb derselben nimmt die Verstärkung des mechanischen Systems monoton ab. Bei einer Anregungsfrequenz f_an, welche eine Dekade oberhalb der Resonanzfrequenz f_res liegt, f_an = 10 f_res, ist die Amplitude bereits um 40 Dezibel abgefallen, das heißt gedämpft. Bei noch höheren Frequenzen ist die mechanische Anregung des Spiegelelements 23 somit vernachlässigbar.
Die Spiegelelemente 23 sind vorzugsweise matrixartig in einem sogenannten Spiegelarray angeordnet. Für weitere Details diesbezüglich sei wiederum auf die DE 10 2011 006 100.2 und die DE 10 2012 202 501.4 verwiesen.
Das optische Bauelement 25 umfasst neben den in der ersten Tragestruktur 19 angeordneten Spiegelelementen 23 eine zweite Tragestruktur 26. Die zweite Tragestruktur 26 ist versetzt zu den Spiegelelementen 23 angeordnet. Die weist insbesondere einen Querschnitt auf, welcher zu den der ersten Tragestruktur 19 identisch ist. Die zweite Tragestruktur 26 dient der Anordnung und/oder Aufnahme weiterer funktioneller Bestandteile, insbesondere einer Steuereinrichtung 27 zur Steuerung der Verlagerung der Spiegelelemente 23. Die Steuereinrichtung 27 umfasst insbesondere eine als anwendungsspezifische integrierte Schaltung 28 (englisch: application specific integrated circuit, ASIC). Die Steuereinrichtung 27 kann auch in den ASIC 28 integriert sein.
Wie in 4 schematisch dargestellt ist, sind erfindungsgemäß zwei Regeleinrichtungen 29, 30 zur Positionierung der Spiegelelemente 23 vorgesehen. Hierbei handelt es sich bei der Regeleinrichtung 29 um eine globale Regelschleife zur Vorgabe von absoluten Positionsdaten für die Positionierung jedes der Spiegelelemente 23, während als Regeleinrichtung 30 eine lokale Regelschleife zur Unterdrückung kurzfristiger Störungen der Positionierung der Spiegelelemente 23, insbesondere zur Dämpfung von Schwingungen um die Resonanzfrequenz der Spiegelelemente 23, dient. Die lokale Regelschleife 30 ist insbesondere in das optische Bauelement 25 integriert. Ein Signalfluss 31 in den Regeleinrichtungen 29, 30 ist in der 4 durch Pfeile verdeutlicht. Das ASIC 28 mit der lokalen Regeleinrichtung 30 kann über eine Schnittstelle 35 mit der globalen Regeleinrichtung 29 verbunden sein.
Die globale Regeleinrichtung 29 umfasst eine globale Sensoreinrichtung 32 zur Überwachung der absoluten Positionierung der Spiegelelemente 23. Die globale Sensoreinrichtung 32 kann ein Kamerasystem zur phasenmessenden Deflektometrie aufweisen. Für Details desselben sei auf die WO 2010/094658 A1 verwiesen.
Die globale Regeleinrichtung 29 umfasst außerdem eine globale Steuereinrichtung 33 zur Vorgabe absoluter Positionen der Spiegelelemente 23. Die globale Steuereinrichtung 33 dient insbesondere der Vorgabe von Aktuatorspannungen oder sonstiger Stellgrößen.
Die lokale Regeleinrichtung 30 umfasst eine Sensoreinrichtung 38 mit mindestens einer, vorzugsweise mindestens zwei Sensorelektroden 34. Die Sensorelektroden 34 können auf dem ASIC 28 angeordnet sein. Es sind insbesondere jeweils mindestens zwei Sensorelektroden 34 je Kippfreiheitsgrad vorgesehen. Die Sensorelektroden 34 können insbesondere differenziell verschaltet sein. Eine andere Anzahl von Sensorelektroden 34 ist ebenso möglich. Vorteilhafterweise ist zu jeder Aktuatorelektrode 24 eine entsprechende Sensorelektrode 34 vorgesehen. Die Sensorelektroden 34 sind Teil eines kapazitiven Sensors.
Allgemein umfasst die Sensoreinrichtung 38 ein Mittel, insbesondere einen Schaltkreis, zur Erfassung einer Kapazitätsänderung. Die Sensoreinrichtung 38 umfasst insbesondere einen oder mehrere elektronische Schaltkreise zur Auswertung der Signale von den Sensorelektroden 34. Derartige Schaltkreise sind vorzugsweise in das ASIC 28 integriert. Die Sensoreinrichtung 38 ist in signalübertragender Weise mit der Steuereinrichtung 27 verbunden.
Die Sensorelektroden 34 können insbesondere in das ASIC 28 integriert sein. Dies ist insbesondere bei einer Ausführungsform gemäß 2, bei welcher die Spiegelelektrode als Aktuatorstift 22 ausgebildet ist, vorgesehen.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spiegelelektrode 37 durch den Spiegelkörper 20 selbst gebildet. Dieser bildet somit die bewegliche Elektrode der lokalen Sensoreinrichtung 38. Hierbei sind die starren Sensorelektroden 34 auf der dem Spiegelelement 23 zugewandten Seite der ersten Tragestruktur 19 angeordnet. Sie sind somit direkt unterhalb des Spiegelkörpers 20 des Spiegelelements 23 angeordnet.
Bei der in 5 schematisch dargestellten Ausführungsform sind auch die Aktuatorelektroden 24 auf der dem Spiegelelement 23 zugewandten Seite der ersten Tragestruktur 19 angeordnet. Der Aktuatorstift 22 kann bei diesem Ausführungsbeispiel entfallen. Das Spiegelelement 23 kann mittels eines Federelements, insbesondere mittels einer Drehfeder 36, verkippbar gelagert sein. Das Spiegelelement 23 kann auch mittels einer kardanischen Aufhängung gelagert sein.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der lokalen Regelung näher beschrieben. Wie bereits beschreiben, lässt sich das Spiegelelement 23 durch Anlegen einer Spannung zwischen den Aktuatorelektroden 24 und der Spiegelelektrode 37 verkippen. Umgekehrt ändert sich bei einer Verkippung des Spiegelelements 23 die Kapazität zwischen der Sensorelektrode 34 und der Spiegelelektrode 37. Derartige Kapazitätsänderungen lassen sich mittels der Sensorelektroden 34 erfassen. Aus der Amplitude des gemessenen Signals kann dann ein Rückkopplungssignal zur Regelung der Verkippung des Spiegelelements 23 ermittelt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Spiegelelement 23 mit einer konstanten Vorspannung V_Bias zu beaufschlagen. Hierdurch kann erreicht werden, dass mit kleineren Spannungsänderungen an den Aktuatorelektroden 24 höhere Kräfte und damit höhere Kippwinkel der Spiegelelemente 23 erzeugt werden. Die Vorspannung V_Bias wird insbesondere jeweils an die Spiegelelektrode 37 angelegt. Diese kann durch den Aktuatorstift 22 oder durch den Spiegelkörper 20 gebildet sein. Prinzipiell ist es auch möglich, die Aktuatorelektroden 24 mit der Vorspannung V_Bias zu beaufschlagen.
Zur Erzeugung einer konstanten Vorspannung V_Bias kann das optische Bauelement 25 eine Spannungsquelle 40 umfassen.
Des Weiteren ist vorgesehen, das Spiegelelement 23, insbesondere die Spiegelelektrode 37 mit einer hochfrequenten Anregungsspannung V_Mod zu beaufschlagen. Hierfür umfasst das optische Bauelement 25 einen Signalgenerator 39. Beim Signalgenerator 39 handelt es sich insbesondere um einen Hochfrequenzgenerator. Unter Hochfrequenz seien hierbei wiederum Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz der Spiegelelemente 23, insbesondere Frequenzen, welche mindestens eine Dekade, insbesondere mindestens zwei Dekaden oberhalb der Resonanzfrequenz der Spiegelelemente 23 liegen, verstanden. Der Signalgenerator 39 ist insbesondere als elektronischer Schaltkreis in das ASIC 28 integriert.
Die Anregungsspannung V_Mod hat insbesondere eine Frequenz, welche mindestens eine Dekade oberhalb der Resonanzfrequenz des Spiegelelements 23 liegt. Bei der Anregungsspannung V_Mod kann es sich insbesondere um eine sinusförmige Wechselspannung handeln. Sie kann eine Frequenz von mindestens 100 Hz, insbesondere mindestens 300 Hz, insbesondere mindestens 1 kHz, insbesondere mindestens 2 kHz, insbesondere mindestens 5 kHz, insbesondere mindestens 10 kHz, insbesondere mindestens 20 kHz, insbesondere mindestens 50 kHz, insbesondere mindestens 100 kHz aufweisen. Allgemein weist die Anregungsspannung V_Mod eine untere Grenzfrequenz auf, welche mindestens eine Dekade oberhalb der Resonanzfrequenz f_res des Spiegelelements 23 liegt. Eine Anregung des Spiegelelements 23 mit derartig hohen Frequenzen führt höchstens zu einer vernachlässigbaren mechanischen Anregung des Spiegelelements 23. Jedoch lassen sich mit höheren Frequenzen höheren kapazitive Ströme erzeugen, da der kapazitive Wechselstromwiderstand mit zunehmender Frequenz abfällt. Dies führt zu einem verbesserten Signal-zu-Rausch-Verhältnis.
Allgemein handelt es sich bei der Anregungsspannung V_Mod um eine Modulation der Vorspannung V_Bias und/oder der Aktuatorspannung V_Akt des Spiegelelements 23. Die Anregungsspannung V_Mod bildet mit anderen Worten einen Modulationsanteil der Vorspannung V_Bias und/oder der Aktuatorspannung V_Akt. Die Anregungsspannung V_Mod wird auch als Modulationssignal bezeichnet.
Als beispielhafte Realisierung für die Auswertung der Kapazitätsänderung ist in den 7 bis 9 jeweils die Auswertung mit einem RC-Glied dargestellt. Hierbei ist der Spannungsabfall über dem Widerstand R abhängig von der Kapazität zwischen der Sensorelektrode 34 und dem Spiegel 23, das heißt der Spiegelelektrode 37. Da Widerstände zumeist viel ASIC-Chipfläche benötigen, kann auch ein Spannungsteiler, welcher nur aus Kondensatoren besteht, verwendet werden. Alternativ kann auch direkt eine Strommessung durch den Kondensator erfolgen, beispielsweise durch einen Strom/Spannungs-Verstärker.
Zur Ermittlung eines Rückkopplungssignals wird das mittels der Sensoreinrichtung 38 gemessene Signal gleichgerichtet. Hierzu ist insbesondere ein Gleichrichter in Form einer Diode vorgesehen. Dies ermöglicht eine Realisierung mit einem geringen Bedarf an Chipfläche.
Alternative Möglichkeiten zur Messung der Kapazitätsänderungen sind denkbar. Beispielsweise können auch Spannungsabfälle gemessen werden, wenn die Sensorelektroden 34 beispielsweise jeweils in einem RC-Glied verschaltet sind. Auch eine Phasenmessung des sinusförmigen Spannungsabfalls an einem RC-Glied ist denkbar.
Zur Regelung der Verkippung des Spiegelelements 23 wird die Aktuatorelektrode 24 mittels der Steuereinrichtung 27 mit dem Rückkopplungssignal beaufschlagt. Das Rückkopplungssignal kann auch mehreren Aktuatorelektroden 24 zugeführt werden.
In einer vorteilhaften, in 8 dargestellten Ausführungsform dienen die Aktuatorelektroden 24 gleichzeitig als Sensorelektroden 34. Auf konstruktiv separate Sensorelektroden kann in diesem Fall verzichtet werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Frequenzbereiche der Aktorik und der Sensorik getrennt sind.
Gemäß einer weiteren, in 9 dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, die hochfrequente Anregungsspannung V_Mod an die Aktuatorelektroden 24 anzulegen. Prinzipiell ist es auch denkbar, auch die konstante Vorspannung V_Bias an die Aktuatorelektroden 24 anzulegen. In diesem Fall werden die Aktuatorelektroden 24 zusätzlich zum Aktuatoranteil mit dem Modulationsanteil sowie gegebenenfalls auch mit dem Vorspannungsanteil beaufschlagt. Das Anregungssignal muss in diesem Fall in alle Ansteuerungskanäle eingebracht werden.
Vorhergehend wurde die Regelung der Verkippung des Spiegelelements 23 lediglich in Bezug auf eine Kippachse beschrieben. Selbstverständlich sind dieselben Prinzipien auf andere Designs, beispielsweise mit drei Aktuatorelektroden 24 und zwei Kippachsen, übertragbar.
Eine niederfrequente Störung der Positionierung der Spiegelelemente 23 lässt sich auch mit Hilfe des globalen Positionierungssystem 29 regeln. Unter einer niederfrequenten Störung sei hierbei beispielsweise eine Störung mit einer Frequenz, welche mindestens eine Dekade unterhalb der Resonanzfrequenz des Spiegelelements 23 liegt, verstanden.
Die erfindungsgemäße Regelung der Verkippung der Spiegelelemente 23 ist besonders für optische Bauelemente 25 mit einer großen Anzahl Einzelspiegel 23 vorteilhaft. Sie ist jedoch entsprechend auch auf makroskopische Einzelspiegel 23 anwendbar.
Beim Einsatz der Projektionsbelichtungsanlage 1 werden ein Retikel und der Wafer, der eine für das Beleuchtungslicht 10 lichtempfindliche Beschichtung trägt, bereitgestellt. Anschließend wird zumindest ein Abschnitt des Retikels mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 auf den Wafer projiziert. Bei der Projektion des Retikels auf den Wafer kann der Retikelhalter und/oder der Waferhalter in Richtung parallel zur Objektebene 6 bzw. parallel zur Bildebene 9 verlagert werden. Die Verlagerung des Retikels und des Wafers kann vorzugsweise synchron zueinander erfolgen. Schließlich wird die mit dem Beleuchtungslicht 10 belichtete lichtempfindliche Schicht auf dem Wafer entwickelt. Auf diese Weise wird ein mikro- beziehungsweise nanostrukturiertes Bauelement, insbesondere ein Halbleiterchip, hergestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/049076 A2 [0002]
DE 102012202502 [0002]
EP 1225481 A [0039]
DE 102011006100 [0047, 0052]
DE 102012202501 [0047, 0052]
WO 2010/094658 A1 [0055]

Claims

Optisches Bauelement (25) umfassend a. eine Tragestruktur (19), b. mindestens ein relativ zur Tragestruktur (19) aktuatorisch verkippbar gelagertes Spiegelelement (23), welches mindestens eine Spiegelelektrode (22; 37) umfasst, c. mindestens eine lokale Regeleinrichtung (30) zur Regelung der Verkippung des Spiegelelements (23), mit i. einer Sensoreinrichtung (38) mit mindestens einem kapazitiven Sensor und ii. einer Aktuatoreinrichtung mit mindestens einer Aktuatorelektrode (24) zur Verkippung des Spiegelelements (23), und d. einen Signalgenerator (39) zur Erzeugung eines Modulationssignals, e. wobei der Signalgenerator (39) in signalübertragender Weise mit der mindestens einen Spiegelelektrode (22; 37) und/oder der Aktuatorelektrode (24) verbunden ist.
Optisches Bauelement (25) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Aktuatorelektroden (24) zur parallelen Beaufschlagung mit dem Modulationssignal parallel mit dem Signalgenerator (39) verbunden sind.
Optisches Bauelement (25) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Spannungsquelle (40) zur Beaufschlagung der mindestens einen Spiegelelektrode (23) mit einer Vorspannung (V_Bias).
Optisches Bauelement (25) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aktuatorelektrode (24) gleichzeitig als Sensorelektrode (34) der Sensoreinrichtung (38) der lokalen Regeleinrichtung (30) dient.
Optisches Bauelement (25) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Sensorelektrode (34) in signalübertragender Weise mit einem Gleichrichter verbunden ist.
Optisches Bauelement (25) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Spiegelelementen (23).
Verfahren zur Regelung der Verkippung eines Spiegelelements (23) umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines aktuatorisch verkippbaren Spiegelelements (23) mit mindestens einer Spiegelelektrode (22; 37), welche einen Bestandteil eines kapazitiven Sensors bildet, b. Bereitstellen mindestens einer Aktuatoreinrichtung mit mindestens einer Aktuatorelektrode (24) zur Verkippung des Spiegelelements (23), c. Beaufschlagen der mindestens einen Spiegelelektrode (22; 37) und/oder der mindestens einen Aktuatorelektrode (24) mit einer Spannung, welche zumindest einen Modulationsanteil (V_Mod) umfasst, d. Erfassen eines Sensorsignals mittels des kapazitiven Sensors und e. Ermitteln eines Rückkopplungssignals zur Regelung der Verkippung des Spiegelelements (23) aus der Amplitude und/oder Phase des Sensorsignals.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulationsanteil (V_Mod) eine untere Grenzfrequenz aufweist, welche mindestens eine Dekade oberhalb einer Resonanzfrequenz (f_res) des Spiegelelements (23) liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aktuatorelektrode (24) zumindest mit einem Aktuatoranteil (V_Akt) und dem Modulationsanteil (V_Mod) beaufschlagt wird.
Beleuchtungsoptik (4) umfassend einen ersten Facettenspiegel (13) mit mindestens einem optischen Bauelement (25) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Beleuchtungssystem (2) umfassend a. eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 10 und b. eine Strahlungsquelle (3).
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie umfassend a. eine Beleuchtungsoptik (4) und b. eine Projektionsoptik (7).
Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen eines Retikels, das abzubildende Strukturen aufweist, – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) gemäß Anspruch 12, – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht des Substrats mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
Bauelement hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 13.