DE102022116699A1

DE102022116699A1 - Optisches Element und Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie

Info

Publication number: DE102022116699A1
Application number: DE102022116699.6A
Authority: DE
Inventors: Dieter Bader; Matthias Manger; Andreas Raba; Markus Raab
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2024-01-11
Also published as: WO2024008360A1; US20250130504A1; CN119547015A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches Element (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie (1,101) mit einem Grundkörper (30) und mindestens einem mit dem Grundkörper (30) verbundenen Aktuator (40), wobei der Aktuator (40) als Ringaktuator ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine mit einem entsprechenden optischen Element ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie und ein optisches Element, welches einen Sensor zur Bestimmung der Deformation einer optischen Wirkfläche umfasst, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, ein Signal zu erfassen, welches eine Korrelation mit der Deformation der optischen Wirkfläche zulässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine mit einem entsprechenden optischen Element ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie.
In derartigen Projektionsbelichtungsanlagen 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 Grundkörpers des entsprechenden optischen Elementes her vorgenommen werden.
Eine regelmäßige Herausforderung bei der Anordnung der Aktuatoren auf der Rückseite des Grundkörpers besteht in der Schaffung einer zuverlässigen mechanischen Verbindung zwischen Aktuator und Grundkörper, wobei einerseits eine einfache Herstellbarkeit und andererseits ein möglichst geringer nachteiliger Einfluss der Verbindungstechnik auf die optische Leistungsfähigkeit des entsprechenden optischen Elementes gewährleistet sein sollte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Element und eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie anzugeben, bei welchen eine vereinfachte Anordnung von Aktuatoren zur mechanischen Manipulation optischer Elemente realisiert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes optisches Element für eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst einen Grundkörper und mindestens einen mit dem Grundkörper verbundenen Aktuator, wobei der Aktuator als Ringaktuator ausgebildet ist. Dabei kann der Ringaktuator über eine Anbindungsgeometrie mit dem Grundkörper verbunden sein. Der Aktuator kann als Festkörperaktuator, beispielsweise als Piezoaktuator oder elektrostriktiver Aktuator ausgebildet sein. Er dient dabei zur Deformation des Grundkörpers und damit auch zur Deformation der optischen Wirkfläche, um einen gewünschten Oberflächenverlauf der optischen Wirkfläche zur Erreichung eines entsprechenden optischen Effektes zu erzeugen. Bei dem optischen Element kann es sich insbesondere um einen Multilayerspiegel in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie handeln. Unter einem Ringaktuator ist dabei ein ringförmiger Aktuator zu verstehen, der insbesondere eine im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform aufweisen kann. Durch diese Wahl der Geometrie des Aktuators ergeben sich erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Integrierbarkeit bzw. Verbindungsmöglichkeit des Aktuators mit dem Grundkörper.
So kann beispielsweise die Anbindungsgeometrie als ein auf dem Grundkörper angeordneter Zapfen ausgebildet sein, auf welchen der Ringaktuator einfach aufgeschoben werden kann.
Der Grundkörper und der Zapfen können insbesondere monolithisch, also einstückig, ausgebildet sein, es ist jedoch ebenso denkbar, dass der Grundkörper und der Zapfen miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Weiterhin sind auch Formschluss und Kraftschluss denkbar.
In einer Variante der Erfindung kann die Anbindungsgeometrie als eine in dem Grundkörper angeordnete Ausnehmung ausgebildet sein, welche an die Außengeometrie des Ringaktuators angepasst ist.
Die Kontaktfläche des Ringaktuators zur Anbindungsgeometrie des Grundkörpers kann konisch ausgebildet sein, ebenso wie auch die Kontaktfläche der Anbindungsgeometrie des Grundkörpers zum Ringaktuator konisch ausgebildet sein kann. Durch diese Maßnahme wird die Montage des Aktuators auf bzw. in der Anbindungsgeometrie vereinfacht. Die Montage selbst kann durch thermisches Aufschrumpfen oder Einschrumpfen erfolgen; auch andere Montagetechniken, wie beispielsweise eine Vorauslenkung des Aktuators durch Anlegen einer Spannung sind denkbar.
Vorteilhaft bei der Wahl einer konischen Geometrie ist insbesondere, dass sich in diesem Fall durch eine axiale Verschiebung eine gewisse Passung realisieren lässt. Hierdurch eröffnet sich ebenfalls die Möglichkeit, beispielsweise durch eine Pressung einen Reibschluss und damit eine Fixierung des Ringaktuators auf dem Zapfen bzw. in der Ausnehmung zu ermöglichen. Die beschriebenen Maßnahmen ermöglichen prinzipiell die Verbindung des Ringaktuators ohne die Verwendung eines Klebstoffs, was jedoch die Verwendung einer zusätzlichen stoffschlüssigen Verbindung nicht ausschließt.
Dadurch, dass die Anbindungsgeometrie des Ringaktuators einen geeignet gestalteten mechanischen Übertragungsbereich umfasst, kann die Aktuatorwirkung weiter verbessert werden. Insbesondere kann dabei der Übertragungsbereich derart ausgebildet sein, dass er eine gegen die Auslenkung des Ringaktuators wirkende Steifigkeit reduziert, so dass die seitens des Aktuators aufzubringende Kraft moderat bleiben kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ringaktuator zwischen dem Grundkörper und einer Abstützstruktur angeordnet. Dabei kann die Abstützstruktur eine zum Ringaktuator korrespondierende Anbindungsgeometrie umfassen, wodurch eine einfache Verbindungsmöglichkeit des Aktuators mit der Abstützstruktur geschaffen wird.
Insbesondere können die Ringaktuatoren mit einer im Grundkörper und einer in der Abstützstruktur als Zapfen oder Ausnehmungen ausgebildeten Anbindungsgeometrie verbunden sein.
Durch die rückwärtige Abstützung der Ringaktuatoren können beide Ausdehnungen des Aktuators zur Deformation der optischen Wirkfläche beitragen.
Darüber hinaus gibt es verschiedene Möglichkeiten der Fixierung des Grundkörpers und der Abstützstruktur. So kann einerseits der Grundkörper mit der festen Welt verbunden sein und die Abstützstruktur lediglich über die Aktuatoren mit dem Grundkörper in Verbindung stehen. Ebenso ist es denkbar, dass die Abstützstruktur mit der festen Welt verbunden ist und der Grundkörper über die Aktuatoren gehalten wird. Auch eine Verbindung von Grundkörper und Abstützstruktur miteinander ist denkbar.
Im Falle einer Lagerung des Grundkörpers über die Aktuatoren ist es denkbar, durch gleichzeitige und gleichartige Ansteuerung aller Aktuatoren eine translatorische Verschiebung des Grundkörpers zu erreichen; jedoch ist zu erwarten, dass die damit verbundene Querkontraktion der Aktuatoren zu parasitären Effekten führt. Derartige Effekte könnten allerdings durch eine einmalige oder regelmäßige Kalibrierung minimiert werden.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist der Ringaktuator in die Abstützstruktur integriert. So kann beispielsweise die gesamte Abstützstruktur aus einem piezoelektrischen Material gefertigt sein und die Aktuatoren können durch die Integration einer geeigneten Elektrodengeometrie in die Abstützstruktur realisiert werden.
Dadurch, dass die Elektroden und das Aktuatormaterial der Ringaktuatoren in Schichten radial oder axial ausgerichtet sind, können bevorzugte Aktuierungsrichtungen der Ringaktuatoren festgelegt werden.
Für die vorliegende Erfindung, aber auch allgemein ist es vorteilhaft, wenn ein optisches Element einen Sensor zur Bestimmung der Deformation einer optischen Wirkfläche des optischen Elementes umfasst, wobei der Sensor dazu eingerichtet ist, ein Signal zu erfassen, welches eine Korrelation mit der Deformation der optischen Wirkfläche zulässt. Dabei muss nicht zwingend die Deformation der optischen Wirkfläche direkt vermessen werden. Es genügt, ein Signal aufzunehmen, aus welchem auf die Deformation der optischen Wirkfläche geschlossen werden kann.
Zur Gewinnung eines derartigen Signals ist es vorteilhaft, wenn der Sensor ein Interferometer, insbesondere ein Fabry-Perot-Interferometer umfasst. Interferometer vereinigen in vorteilhafter Weise die Möglichkeiten extrem genauer und dabei berührungsloser Messungen. Hierbei ist es weiterhin von Vorteil, dass sowohl der Grundkörper als auch die Anbindungsgeometrie vergleichsweise präzise gefertigte optische Flächen umfassen, welche als Reflexionsflächen für das Interferometer verwendet werden können.
Die beschriebene Messtechnik kommt prinzipiell für verschiedenste optische Elemente, insbesondere um optische Elemente wie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben in Frage; es kann sich bei dem optischen Element also beispielsweise um einen deformierbaren Spiegel handeln.
Dabei kann es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen kraftaktuierten Spiegel handeln.
Weiterhin kann es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen festkörperaktuierten Spiegel handeln.
Eine Aktuierungsrichtung des Aktuators kann normal zu einer Kontaktfläche des Aktuators mit dem optischen Element ausgerichtet sein, zusätzlich oder alternativ kann eine Aktuierungsrichtung des Aktuators auch parallel zu einer Kontaktfläche des Aktuators mit dem optischen Element ausgerichtet sein.
Im Falle der Verwendung von Ringaktuatoren kann die Geometrie derartiger Aktuatoren vorteilhafterweise dahingehend ausgenutzt werden, dass der Sensor die Deformation der optischen Wirkfläche durch das Zentrum eines Ringaktuators erfasst. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass vergleichsweise nahe am interessierenden Bereich gemessen werden kann.
Grundsätzlich können zur Realisation der Erfindung beispielsweise Piezoaktuatoren verwendet werden, die bidirektional wirken können, also bei einem Wechsel der Polarität des Ansteuersignals auch einen Wechsel ihrer jeweiligen Ausdehnungsrichtung vornehmen. Für derartige Anwendungen kommen beispielsweise Piezoaktuatoren aus monokristallinem Lithiumniobat (LiNbO₃) in Frage.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Projektionslithografie,
2 schematisch im Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage für die DUV-Projektionslithografie,
3 einen Ringaktuator in drei unterschiedlichen Betriebszuständen zur Erläuterung der Funktionsweise,
4a,b Ausführungsformen zum Aufbau eines Ringaktuators,
5a-c Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen optischen Elementes,
6a,b eine schematische Darstellung der Erfindung zur Erläuterung der Wirkungsweise,
7a,b eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Zapfens,
8a,b eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer Ausnehmung,
9a,b eine Ausführungsform der Erfindung mit einem mechanischen Übertragungsbereich,
10a,b eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem mechanischen Übertragungsbereich,
11a,b eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Abstützstruktur,
12 eine Ausführungsform der Erfindung mit integrierter Aktuatorik,
13a,b eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Sensors, und
14 eine Prinzipdarstellung zur Ansteuerung eines Ringaktuators zur Montage.

Im Folgenden werden zunächst unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch die wesentlichen Bestandteile einer Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie beschrieben. Die Beschreibung des grundsätzlichen Aufbaus der Projektionsbelichtungsanlage 1 sowie deren Bestandteile sind hierbei nicht einschränkend verstanden.
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 Retikelverlagerungsantrieb 9 insbesondere in einer Scanrichtung verlagerbar.
In der 1 ist zur Erläuterung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet. Die x-Richtung verläuft senkrecht zur Zeichenebene hinein. Die y-Richtung verläuft horizontal und die z-Richtung verläuft vertikal. Die Scanrichtung verläuft in der 1 längs der y-Richtung. Die z-Richtung verläuft senkrecht zur Objektebene 6.
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, GI), also mit Einfallswinkeln größer als 45° gegenüber der Normalenrichtung der Spiegeloberfläche, oder im normalen Einfall (Normal Incidence, NI), also mit Einfallwinkeln kleiner als 45°, mit der Beleuchtungsstrahlung 16 beaufschlagt werden. Der Kollektor 17 kann einerseits zur Optimierung seiner Reflektivität für die Nutzstrahlung und andererseits zur Unterdrückung von Falschlicht strukturiert und/oder beschichtet sein.
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 Facettenspiegel 20 in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet ist, die zur Objektebene 6 als Feldebene optisch konjugiert ist, wird dieser auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der erste Facettenspiegel 20 umfasst eine Vielzahl von einzelnen ersten Facetten 21, welche im Folgenden auch als Feldfacetten bezeichnet werden. Von diesen Facetten 21 sind in der 1 nur beispielhaft einige dargestellt.
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 10 2008 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 (NI-Spiegel, Normal Incidence Spiegel) und/oder einen oder zwei Spiegel für streifenden Einfall (GI-Spiegel, Gracing Incidence Spiegel) umfassen.
Die Beleuchtungsoptik 4 hat bei der Ausführung, die in der 1 gezeigt ist, nach dem Kollektor 17 genau drei Spiegel, nämlich den Umlenkspiegel 19, den Feldfacettenspiegel 20 und den Pupillenfacettenspiegel 22.
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 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 βx, βy in x- und y-Richtung auf. Die beiden Abbildungsmaßstäbe βx, βy der Projektionsoptik 10 liegen bevorzugt bei (βx, βy) = (+/- 0,25, +/- 0,125). Ein positiver Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung ohne Bildumkehr. Ein negatives Vorzeichen für den Abbildungsmaßstab β bedeutet eine Abbildung mit Bildumkehr.
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 Eintrittspupille und der sagittalen Eintrittspupille berücksichtigt werden.
Bei der in der 1 dargestellten Anordnung der Komponenten der Beleuchtungsoptik 4 ist der Pupillenfacettenspiegel 22 in einer zur Eintrittspupille der Projektionsoptik 10 konjugierten Fläche angeordnet. Der Feldfacettenspiegel 20 ist verkippt zur Objektebene 6 angeordnet. Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom Umlenkspiegel 19 definiert ist.
Der erste Facettenspiegel 20 ist verkippt zu einer Anordnungsebene angeordnet, die vom zweiten Facettenspiegel 22 definiert ist.
2 zeigt schematisch im Meridionalschnitt eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 101 für die DUV-Projektionslithografie, in welcher die Erfindung ebenfalls zur Anwendung kommen kann.
Der Aufbau der Projektionsbelichtungsanlage 101 und das Prinzip der Abbildung ist vergleichbar mit dem in 1 beschriebenen Aufbau und Vorgehen. Gleiche Bauteile sind mit einem um 100 gegenüber 1 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet, die Bezugszeichen in 2 beginnen also mit 101.
Im Unterschied zu einer wie in 1 beschriebenen EUV-Projektionsbelichtungsanlage 1 können auf Grund der größeren Wellenlänge der als Nutzlicht verwendeten DUV-Strahlung 116 im Bereich von 100 nm bis 300 nm, insbesondere von 193 nm, in der DUV-Projektionsbelichtungsanlage 101 zur Abbildung beziehungsweise zur Beleuchtung refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elementen 117, wie beispielsweise Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen verwendet werden. Die Projektionsbelichtungsanlage 101 umfasst dabei im Wesentlichen ein Beleuchtungssystem 102, einen Retikelhalter 108 zur Aufnahme und exakten Positionierung eines mit einer Struktur versehenen Retikels 107, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 113 bestimmt werden, einen Waferhalter 114 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 113 und einem Projektionsobjektiv 110, mit mehreren optischen Elementen 117, die über Fassungen 118 in einem Objektivgehäuse 119 des Projektionsobjektives 110 gehalten sind.
Das Beleuchtungssystem 102 stellt eine für die Abbildung des Retikels 107 auf dem Wafer 113 benötigte DUV-Strahlung 116 bereit. Als Quelle für diese Strahlung 116 kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung 116 wird in dem Beleuchtungssystem 102 über optische Elemente derart geformt, dass die DUV-Strahlung 116 beim Auftreffen auf das Retikel 107 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
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 1 beschriebenen Aufbau und wird daher nicht weiter beschrieben.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ringaktuators 40 in drei unterschiedlichen Betriebszuständen. In der 3 oben ist Ringaktuator 40, welcher eine hohlzylindrische Aussparung aufweist, in einem Nullzustand dargestellt, welcher im gezeigten Beispiel durch die Hälfte der möglichen Gesamtauslenkung definiert ist. Von diesem Nullzustand kann sich der Ringaktuator 40, wie in der 3 unten auf der linken Seite dargestellt ist, ausdehnen oder, wie unten auf der rechten Seite dargestellt, zusammenziehen. Der Nullzustand wird, wie weiter unten in der 15 im Zusammenhang mit der Montage und dem Betrieb des Ringaktuators 40 näher erläutert werden wird, bei einer bestimmten Nullspannung im Nullzustand und die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Ringaktuators 40 durch Erhöhen oder Absenken der Spannung durch eine nicht dargestellte Ansteuerung bewirkt. Alternativ kann bei der Verwendung eines geeigneten Materials der Nullzustand auch dem spannungsfreien Zustand entsprechen. In diesem Fall wird das Ausdehnen durch das Anlegen einer Spannung mit einer ersten Polarität und das Zusammenziehen durch das Anlegen einer Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität bewirkt. Geeignete Materialien hierfür sind beispielsweise keramische Materialien, beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), weiterhin beispielsweise Lithiumniobat (LiNbO₃) oder Lithiumtantalat (LiTaO₃).
4a und die 4b zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines Ringaktuators 40, welche sich durch die Anordnung der Elektroden 42 und des Aktuatormaterials 41 im Bezug zur Längsachse des Ringaktuators 40 unterscheiden.
4a zeigt einen aus dem Stand der Technik bei Stabaktuatoren bekannten axialen Aufbau von Schichten aus Aktuatormaterial 41 und Elektroden 42, welche über Leitungen 43 mit einer Ansteuerung 44 verbunden sind. In der in der 4a gezeigten Ausführungsform sind die Elektroden 42 einmal an der Innenseite des Ringaktuators 40 und einmal an der Außenseite des Ringaktuators 40 angeordnet, wobei auch eine Kontaktierung beider Elektroden 42 nur auf der Außenseite oder nur auf der Innenseite möglich ist. Die Anordnung der Elektroden 42 kann beispielsweise eine primäre Auslenkung des Ringaktuators 40 in axialer Richtung, also senkrecht zur Ringebene bewirken, wobei die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Ringaktuators 40 in radialer Richtung nur ein Effekt zweiter Ordnung ist.
4b zeigt einen radialen Aufbau des Ringaktuators 40, in welchem die Schichten aus Aktuatormaterial 41 und Elektroden 42 radial ausgebildet sind. Die Kontaktierung über Leitungen 43 an eine Ansteuerung 44 ist in diesem Fall an der oberen und unteren Stirnseite des Ringaktuators 40 ausgebildet. Wie bei der 4a bereits erläutert, ist auch hier eine Anordnung der Kontaktierung der Leitungen 43 nur oben oder nur unten denkbar. Die Anordnung der Elektroden 42 bewirkt eine primäre Auslenkung des Ringaktuators 40 in radialer Richtung, also parallel zur Ringebene, wobei die Ausdehnung und das Zusammenziehen des Ringaktuators 40 in axialer Richtung nur ein Effekt zweiter Ordnung ist. Grundsätzlich kann durch die Wahl der Elektrodenlage in Verbindung mit der Wahl des elektrostriktiven Werkstoffs, bzw. des piezoelektrischen Werkstoffs vorteilhaft auf das Verhältnis der Dehnungen (Verhältnis aus Radiusänderung und Geometrieänderung entlang der Rotationssymmetrieachse) Einfluss genommen werden. In vorteilhafter Weise lässt sich hierdurch die Deformationswirkung an der optischen Wirkfläche und dadurch die Wellenfrontbeeinflussung im Design beeinflussen.
5a zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element, wie es in einer der in der 1 und der 2 erläuterten Projektionsbelichtungsanlagen Anwendung finden kann, dargestellt ist. Die 5a zeigt den Spiegel Mx, 117, welcher einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 und einer dieser gegenüberliegenden Rückseite 32 umfasst in einer Ansicht von unten, also mit Blick auf die Rückseite 32 des Grundkörpers 30. Die Ringaktuatoren 40 sind in einem der optischen Wirkfläche 31 korrespondierenden Bereich angeordnet, wobei die Anordnung der Ringaktuatoren 40 über den Bereich der optischen Wirkfläche 31 hinausgeht, um auch im Randbereich der optischen Wirkfläche 31 eine Deformation mit positiver und negativer Steigung bewirken zu können. Dafür ist auch ein Ausdehnen und ein Zusammenziehen der Ringaktuatoren 40 aus einer sogenannten Nullposition notwendig. Dies wird im Detail in der 14 erläutert werden. Grundsätzlich können die Ringaktuatoren 40 auch nur im Randbereich oder an anderen Stellen vorgesehen sein, sofern ihre Aktuierung eine Deformation der optischen Wirkfläche 31 hervorruft.
5b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element dargestellt ist, welcher wie der Spiegel Mx, 117 in der 5b einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 umfasst. Der Spiegel Mx, 117 ist wiederum in einer perspektivischen rückwärtigen Ansicht dargestellt. Auf der Rückseite 32 sind als Zapfen 45 ausgebildete Anbindungsgeometrien für die Ringaktuatoren 40 angeordnet. Die Ringaktuatoren 40 werden, wie weiter unten in der 14 näher erläutert werden wird, auf den Zapfen 45 durch Aufschrumpfen montiert, wobei auch eine andere Verbindungstechnik, wie beispielsweise Kleben oder Bonden, möglich ist. Ein Zusammenziehen oder ein Ausdehnen des Ringaktuators 40 führt zu einer Einschnürung oder einer Ausdehnung des Zapfens 45, welche wiederum eine Deformation der optischen Wirkfläche 31 bewirkt. Die Deformationswirkung kann mit der eines parallel zur Oberfläche wirkenden Aktuators verglichen werden, wobei bei den Ringaktuatoren 40 die axiale Komponente bei der Auslenkung, wenn auch nur mit einem untergeordneten Beitrag, zur Deformation beiträgt. Die derart bewirkte Deformation der optischen Wirkfläche 31 kann zur Korrektur einer thermischen Ausdehnung des Grundkörpers 30 auf Grund von Absorption elektromagnetischer Strahlung oder auch zur Korrektur von an anderer Stelle in einer Projektionsbelichtungsanlage 1, 101 erzeugten Abbildungsfehlern verwendet werden.
5c zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element dargestellt ist, welcher wie der Spiegel Mx, 117 in der 5b einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 umfasst. Der Spiegel Mx, 117 ist wiederum in einer rückwärtigen perspektivischen Ansicht dargestellt. Auf der Rückseite 32 sind als Ausnehmungen 46 ausgebildete Anbindungsgeometrien für die Ringaktuatoren 40 angeordnet. Die Ringaktuatoren 40 werden, wie weiter unten in der 14 näher erläutert werden wird, in der Ausnehmung 46 durch Einschrumpfen montiert, wobei auch eine andere Verbindungstechnik, wie beispielsweise Kleben oder Bonden möglich sind. Ein Zusammenziehen oder Ausdehnen des Rindaktuators 40 führt zu einem Zusammenziehen oder einer Ausdehnung der Ausnehmung 46, welche wiederum eine Deformation der optischen Wirkfläche 31 bewirkt. Die Deformationswirkung kann mit der eines parallel zur Oberfläche wirkenden Aktuators verglichen werden, wobei bei den Ringaktuatoren 40 die axiale Komponente bei der Auslenkung, wenn auch nur mit einem untergeordneten Beitrag, zur Deformation beitragen kann. Die derart bewirkte Deformation der optischen Wirkfläche 31 kann zur Korrektur einer thermischen Ausdehnung des Grundkörpers 30 auf Grund von Absorption elektromagnetischer Strahlung oder auch zur Korrektur von an anderer Stelle in einer Projektionsbelichtungsanlage 1, 101 erzeugter Abbildungsfehler verwendet werden.
Die 6a und 6b zeigen eine Detailansicht der Erfindung, in welcher ein auf einem Zapfen 45 aufgeschrumpfter Ringaktuator 40 in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen dargestellt ist. In Abhängigkeit der Betriebszustände des Ringaktuators 40 ist die Auswirkung auf die optische Wirkfläche 31 des Grundkörpers 30 dargestellt.
6a zeigt einen Ringaktuator 40 in einem zusammengezogenen Betriebszustand, in dessen Folge der Zapfen eingeschnürt wird, was wiederum eine Deformation 47 aus der optischen Wirkfläche 31 heraus bewirkt.
6b zeigt einen Ringaktuator 40 in einem ausgedehnten Betriebszustand, in dessen Folge eine Einschnürung des Zapfens 45 ausgedehnt wird, was wiederum eine Deformation 47 in die optischen Wirkfläche 31 hinein bewirkt.
7a zeigt eine erste Ausführungsform des Zapfens 45, welcher zylinderförmig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil einer einfachen Herstellung und auch für die Ringaktuatoren 40 können Standardaktuatoren verwendet werden.
7b zeigt eine zweite Ausführungsform eines Zapfens 48, bei welchem die Kontaktfläche zum Ringaktuator konisch ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Fixieren des Ringaktuators 40 zumindest teilweise durch einen rein geometrischen Vorschub des Ringaktuators 40 auf den Zapfen 48 bewirkt werden kann. Die Ringaktuatoren 40 können, wie bei der Montage auf zylindrische Zapfen 45 ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet sein, wobei sich die hohlzylindrische Innenform des Ringaktuators 40 beim Aufschrumpfen an die konische Außengeometrie des Zapfens 48 durch eine bereichsweise Ausdehnung des Innendurchmessers des Ringaktuators 40 anpasst. Die sich dadurch ergebende über die axiale Ausdehnung des Ringaktuators 40 variierende Vorspannung des Zapfens 48 kann in der Ansteuerung berücksichtigt werden. Alternativ kann die Innengeometrie des Ringaktuators 40 ebenfalls in einer mit dem Zapfen 48 korrespondierenden Weise ausgebildet werden, so dass die Kontaktfläche des Ringaktuators 40 zum Zapfen 48 konisch ausgebildet ist. Ein Vorteil der konischen Gestaltung ist dabei der Ausgleich von Durchmessertoleranzen und die Möglichkeit des axialen Einpressens.
Die 8a und 8b zeigen in einer Variante der Erfindung eine als Ausnehmung 46, 49 ausgebildete Anbindungsgeometrie. Das in der 7a und 7b Gesagte gilt grundsätzlich auch für die in den 8a und 8b dargestellte Ausführungsform, wobei sich die Aussagen selbstverständlich auf die entsprechenden Innenflächen der Ausnehmung beziehungsweise auf die Außenflächen des Ringaktuators 40 beziehen und der Ringaktuator 40 axial eingepresst oder unter Nutzung der thermischen Längenausdehnung radial eingepresst bzw. eingeschrumpft wird.
Die 9a und 9b und die 10a und 10b zeigen Modifikationen der Erfindung für die in der 7a und 7b erläuterten als Zapfen 45, 48 ausgebildeten Anbindungsgeometrien und die in der 8a und 8b erläuterten als Ausnehmungen 46, 49 ausgebildeten Anbindungsgeometrien. Diese umfasst einen eine Aussparung 50 umfassenden mechanischen Übertragungsbereich, welcher an Hand der in der 9a dargestellten als zylindrischer Zapfen 45 ausgebildeten Ausführungsform im Folgenden im Detail erläutert wird. Die Aussparung 50 ist zentrisch in dem Zapfen 45 ausgebildet und erstreckt sich über den Zapfen hinaus in den Grundkörper 30. Die Aussparung 50 bewirkt einerseits eine Reduzierung der Steifigkeit des Zapfens 45 und des Grundkörpers 30, wodurch die Deformation der optischen Wirkfläche 31 bei gleicher Auslenkung des Ringaktuators 40 vorteilhaft geeignet modifiziert wird. Andererseits kann auch die Form der Deformation auf der optischen Wirkfläche 31 des Grundkörpers eingestellt werden, wodurch diese insbesondere bei einer Herstellung des Grundkörpers 30 und der Zapfen 45, 48, respektive der Ausnehmungen 46, 49 durch ein additives Verfahren und die damit verbundenen Möglichkeiten einer freien Geometriegestaltung, nahezu beliebig eingestellt werden kann. Die für die 9a erläuterte Wirkung der Aussparung 50 können auf die in den 9b, 10a, und 10b dargestellten Ausführungsformen übertragen werden.
11a zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein als Spiegel Mx, 117 ausgebildetes optisches Element dargestellt ist. Dieser umfasst neben dem Grundkörper 30 mit der optischen Wirkfläche 31 auch eine als Rückplatte 51 ausgebildete Abstützstruktur, wobei die Rückplatte 51 mit den in dem Grundkörper 30 ausgebildeten konischen Zapfen 48 korrespondierende konische Zapfen 48 umfasst. Die Ringaktuatoren 40 werden in Form einer Hülse ausgebildet, so dass diese sowohl mit den Zapfen 48 der Rückplatte 51, als auch mit den Zapfen 48 des Grundkörpers 30 verbunden werden können. Die Rückplatte 51 wirkt als eine Abstützstruktur und ist entweder mit dem Grundkörper 30 beziehungsweise mit einer anderen zur Aufnahme von Kräften ausgebildeten Struktur verbunden oder stützt sich über die Ringaktuatoren 40 am Grundkörper 30 ab. Das Abstützen über die Ringaktuatoren 40 ist dadurch möglich, dass zur Deformation der optischen Wirkfläche 31 die Ringaktuatoren 40 in den überwiegenden Fällen nicht alle in eine Richtung ausgelenkt werden und die nicht ausgelenkten Ringaktuatoren 40 die Abstützung der Rückplatte 51 übernehmen. Die 11b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche, wie die in der 11a erläuterte Ausführungsform, eine als Rückplatte 51 ausgebildete Abstützstruktur umfasst. Diese unterscheidet sich lediglich durch die als konische Ausnehmung 49 ausgebildete Anbindungsgeometrie. Alle weiteren Ausführungen decken sich mit dem erläuterten, so dass auf diese verwiesen wird.
12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche eine Abstützstruktur mit integrierten Ringaktuatoren 40 umfasst. Eine Rückplatte 54 der Abstützstruktur ist in diesem Fall aus Aktuatormaterial 41 hergestellt, wobei nur die Bereiche der Ringaktuatoren 40 mit Elektroden 42 ausgebildet sind. Die Funktionsweise ist mit der in der 11a beschriebenen Ausführungsform identisch.
13a zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein Detailausschnitt eines als Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Elementes mit einem Sensor 60 dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst einen Grundkörper 30 mit einer optischen Wirkfläche 31 und einen auf einem konischen Zapfen 48 aufgeschrumpften Ringaktuator 40. Der Sensor 60 ist in der in der 13a dargestellten Ausführungsform in der Art eines Fabry-Perot-Interferometers ausgebildet. Dieses umfasst eine Lichtquelle 61, welcher einen Lichtstrahl 62 in Richtung der Rückseite des Grundkörpers 30 emittiert, welcher senkrecht auf die Rückseite auftrifft. Der Sensor 60 nutzt die für die verwendete Wellenlänge des Lichtstrahls 62 teildurchlässige Stirnseite des Zapfens 48 als eine erste Spiegelfläche 64 und die optische Wirkfläche 31 als eine zweite Spiegelfläche 65, wobei ein Detektor 63 die Überlagerung der Reflexe der ersten Spiegelfläche 64 und der zweiten Spiegelfläche 65 erfasst. Aus der durch eine Deformation des Grundkörpers verursachten Phasendifferenz der erfassten Lichtstrahlen kann eine Änderung des Abstands der beiden Spiegelflächen 64, 65 bestimmt werden, woraus dann die Deformation der optischen Wirkfläche 31 bestimmt werden kann. Ein Vorteil der Ausbildung des Sensors 60 im Zentrum des Ringaktuators 40 besteht darin, dass die durch den Ringaktuator 40 bewirkte Deformation von der Rückseite des Grundkörpers 30 direkt am Ort der Entstehung erfasst werden kann. Die Zugänglichkeit ist von der Rückseite des Grundkörpers 30 im Vergleich zu einer Erfassung der Deformation von der optischen Wirkfläche 31 her deutlich besser.
13b zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher ein Detailausschnitt eines als Spiegel Mx, 117 ausgebildeten optischen Elementes mit einem Sensor 60 dargestellt ist. Der Spiegel Mx, 117 umfasst eine Abstützstruktur 51, wie sie in den 11a erläutert wurde und einen Sensor 60, welcher ebenfalls in der Art eines Fabry-Perot-Interferometers ausgebildet ist. Im Gegensatz zu der in der 13a erläuterten Anordnung, nutzt der Sensor 60 die beiden Stirnflächen der an der Rückplatte 51 und an dem Grundkörper 30 ausgebildeten konischen Zapfen 48 als erste Spiegelfläche 64 und als zweite Spiegelfläche 65. Auf die Deformation der optischen Fläche kann mit Hilfe von Kalibrierdaten oder modellbasierter Vorhersage, beispielsweise FEM, geschlossen werden.
14 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung eines Montageprozesses eines Ringaktuators in eine als Ausnehmung ausgebildete Anbindungsgeometrie. Auf der Ordinate des Diagramms ist der Außendurchmesser des Ringaktuators angegeben und auf der Abszisse die Ansteuerungsspannung. Der Ringaktuator wird in der gezeigten Ausführungsform nur mit positiver Spannung angesteuert und der Durchmesser des Ringaktuators verringert sich mit steigender Spannung. Zur Montage wird der Ringaktuator in einem ersten Spannungsbereich S_M angesteuert, so dass der Durchmesser sicher kleiner als der toleranzbehaftete Durchmesserbereich T_A der Ausnehmung ist. Der Spannungsbereich für die Ansteuerung im Betrieb S_B liegt unterhalb des Spannungsbereichs S_M der Montage und unterhalb der Spannung S_G, bei welcher der Ringaktuator einen Durchmesser kleiner oder gleich der größten Durchmessertoleranz T_A der Ausnehmung aufweist. Innerhalb des Spannungsbereichs S_B für den Betrieb liegt die sogenannte Nullspannung S_N, welche der Spannung entspricht, bei welcher die optische Wirkfläche ihre vorbestimmte Oberflächenform aufweist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die optische Wirkfläche nach der Montage der Ringaktuatoren nochmals überarbeitet wird, wobei alle Ringaktuatoren mit ihrer Nullspannung S_N angesteuert werden. Alternativ kann die durch die Nullspannung S_N bewirkte Deformation auch bei der Herstellung der optischen Wirkfläche vorgehalten werden.
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: Grundkörper
31: optische Wirkfläche
32: Rückseite des Grundkörpers
40: Ringaktuator
41: Aktuatormaterial
42: Elektroden
43: Leitung
44: Ansteuerung
45: Zapfen
46: Ausnehmung
47: Deformation
48: Zapfen konisch
49: Ausnehmung konisch
50: Aussparung
51: Rückplatte
54: Integrierte Rückplatte
60: Sensor
61: Lichtquelle
62: Laserstrahl
63: Detektor
64: erste Spiegelfläche
65: zweite Spiegelfläche
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
SN: Spannung Nullpunkt
SM: Spannungsbereich Montage
SB: Spannungsbereich Betrieb
SG: Spannung unterer Toleranzbereich Ausnehmung
TA: Toleranz Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008009600 A1 [0042, 0046]
US 2006/0132747 A1 [0044]
EP 1614008 B1 [0044]
US 6573978 [0044]
DE 102017220586 A1 [0049]
US 2018/0074303 A1 [0063]

Claims

Optisches Element (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithographie mit einem Grundkörper (30) und mindestens einem mit dem Grundkörper (30) verbundenen Aktuator (40), wobei der Aktuator zur Deformation einer optischen Wirkfläche (31) des optischen Elements (Mx, 117) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (40) als Ringaktuator ausgebildet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringaktuator (40) über eine Anbindungsgeometrie (45,46,48,49) mit dem Grundkörper (30) verbunden ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsgeometrie (45,48) als ein auf dem Grundkörper (30) angeordneter Zapfen (45,48) ausgebildet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) und der Zapfen (45,48) monolithisch ausgebildet sind.
Optisches Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (30) und der Zapfen (45,48) miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsgeometrie (46,49) als eine in dem Grundkörper (30) angeordnete Ausnehmung (46,49) ausgebildet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche des Ringaktuators (40) zur Anbindungsgeometrie (48,49) des Grundkörpers (30) konisch ausgebildet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche der Anbindungsgeometrie (48,49) des Grundkörpers (30) zum Ringaktuator (40) konisch ausgebildet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringaktuatoren (40) durch Aufschrumpfen oder Einschrumpfen mit der Anbindungsgeometrie (48,49) verbunden sind.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsgeometrie (48,49) des Ringaktuators (40) einen mechanischen Übertragungsbereich (50) umfasst.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungsbereich (50) derart ausgebildet ist, dass er eine gegen die Auslenkung des Ringaktuators (50) wirkende Steifigkeit reduziert.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringaktuator (40) zwischen dem Grundkörper (30) und einer Abstützstruktur (51,54) angeordnet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützstruktur (51) eine zum Ringaktuator (40) korrespondierende Anbindungsgeometrie (48,49) umfasst.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringaktuatoren (40) mit einer im Grundkörper (30) und einer in der Abstützstruktur (51,54) als Zapfen (48) oder Ausnehmungen (49) ausgebildeten Anbindungsgeometrie verbunden sind.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringaktuator (40) in die Abstützstruktur (54) integriert ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroden (42) und Aktuatormaterial (41) der Ringaktuatoren (40) in Schichten radial oder axial ausgerichtet sind.
Optisches Element (Mx, 117) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1,101) für die Halbleiterlithographie, wobei das optische Element (Mx, 117) einen Sensor (60) zur Bestimmung der Deformation einer optischen Wirkfläche (31) des optischen Elementes (Mx, 117) umfasst, wobei der Sensor (60) dazu eingerichtet ist, ein Signal zu erfassen, welches eine Korrelation mit der Deformation der optischen Wirkfläche (31) zulässt.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (60) ein Interferometer umfasst.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (60) ein Fabry-Perot-Interferometer umfasst.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (Mx, 117) um einen deformierbaren Spiegel handelt.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen kraftaktuierten Spiegel handelt.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem deformierbaren Spiegel um einen festkörperaktuierten Spiegel handelt.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 17-22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (Mx, 117) um ein optisches Element (Mx, 117) nach den Ansprüchen 1-16 handelt.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktuierungsrichtung des Aktuators (40) normal zu einer Kontaktfläche des Aktuators (40) mit dem optischen Element (Mx, 117) ausgerichtet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktuierungsrichtung des Aktuators (40) parallel zu einer Kontaktfläche des Aktuators (40) mit dem optischen Element (Mx, 117) ausgerichtet ist.
Optisches Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (60) die Deformation der optischen Wirkfläche (31) durch das Zentrum eines Ringaktuators (40) erfasst.
Projektionsbelichtungsanlage (1,101) mit einem optischen Element (Mx, 117) nach einem der Ansprüche 1 bis 26.