WO2004086148A1 - Vorrichtung zur deformationsarmen austauschbaren lagerung eines optischen elements - Google Patents

Vorrichtung zur deformationsarmen austauschbaren lagerung eines optischen elements Download PDF

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WO2004086148A1
WO2004086148A1 PCT/EP2003/003110 EP0303110W WO2004086148A1 WO 2004086148 A1 WO2004086148 A1 WO 2004086148A1 EP 0303110 W EP0303110 W EP 0303110W WO 2004086148 A1 WO2004086148 A1 WO 2004086148A1
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sealing
socket
optical element
deformation
bearing points
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PCT/EP2003/003110
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Franz Sorg
Andreas Wurmbrand
Thomas Petasch
Dirk Schaffer
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70808—Construction details, e.g. housing, load-lock, seals or windows for passing light in or out of apparatus
    • G03F7/70825—Mounting of individual elements, e.g. mounts, holders or supports

Definitions

  • the invention relates to a device for low-deformation mounting of an optical element, in particular an end plate of a lens of a projection exposure system for microlithography for the production of semiconductor components, in a version according to the kind defined in the preamble of claim 1.
  • a generic device is described in EP 1 107 034 A2. According to this, it is already known to provide the mount with at least three support feet distributed over the circumference, on which the optical element rests and to introduce the adhesive layer in an annular gap between the adjoining peripheral walls of the mount and the optical element, at least in some areas.
  • the object of the known device is to store the optical element at least largely free of deformation or while avoiding tension in the mount, in particular to achieve storage by means of which time-changing tension is at least largely eliminated.
  • the version described there can only be adjusted to the required lateral position by an adjustment process and is therefore not suitable for an adjustment-free exchange. Due to the use of more than three fastening screws for holding the frame, the version of the frame mounting is subject to a resulting 1- and multi-shaft disadvantageous deformation.
  • the present invention has for its object to provide a device for low-deformation storage of an optical element in a version of the type mentioned, which solves the disadvantages of the prior art and, if necessary, a simple interchangeability of an optical element as possible without additional assembly process with high reproducibility through sufficient decoupling of deformation.
  • this object is achieved in that the mount is connected to the housing of the lens at least approximately decoupled from deformation via three mount bearing points.
  • the measures according to the invention in a departure from the usual design, create a mount which is connected to the lens housing only via a three-point bearing. This achieves very good decoupling of the deformation of the optical element from the lens housing or from the mount, which leads to simple reproducibility of the mounting of the optical element and thus to simple interchangeability. As a result, the optical element can be replaced in the field without an additional adjustment process.
  • the three-point mounting of the frame in the projection lens achieves a degree of deformation decoupling that is absolutely necessary for changing the optical element.
  • the mount bearing points each have at least one active spacer element, in particular piezo elements, and / or at least one passive spacer element, in particular a spacer, and that the position and tilt of the holder or the optical element can be regulated or controlled in all six degrees of freedom by means of the active or passive spacer elements of the mount bearing points, in particular in a range of less than 200 ⁇ m.
  • the tilt, the axial position and the rotation of the holder and thus of the optical element can be adjusted or regulated via the active (actuators) or passive, highly precisely worked spacer elements, in particular via their respective heights / thicknesses.
  • the socket bearing points each have at least one fastening element, in particular a dowel screw.
  • the mount and thus the optical element is positioned in the lateral and rotational direction via the fastening elements, in particular the dowel screws.
  • the frame is fastened to the projection lens or to its housing via the spacer element, the fastening element and a spring element.
  • the frame bearing points have a deformation decoupling element, in particular a membrane, and the membrane is formed by frame areas of reduced thickness in the area of the frame bearing points.
  • the deformation decoupling element or the membrane represents a simple mechanical decoupling in order to minimize deformation influences on the frame, caused by local tilting and forces. Deformations occurring in the frame bearing points are converted into a tilting of the frame.
  • the mount to the objective is sealed by means of a sealing assembly with a plurality of sealing components and that the sealing assembly has at least one sealing membrane.
  • the sealing assembly seals the pro ection lens to the mount.
  • a sealing membrane of the sealing assembly additionally represents a mechanical decoupling of the frame from the projection objective.
  • the sealing assembly has a pressure ring and the sealing surface between the pressure ring and the sealing membrane is provided with a structure, in particular with at least one sealing lip. Due to the structuring or the sealing lip, additional tightness is achieved when pressing the sealing assembly.
  • connection between the frame and the optical element is sealed by a sealing element and the sealing element is mounted on the frame via a direct metallic contact.
  • the seal between the frame and the optical element is made via an adhesive gap, which is formed by the sealing element and the optical element.
  • the direct metallic contact of the sealing element to the socket is required so that the adhesive gap to the optical element is not tilted.
  • adhesive receiving spaces are provided on the adhesive surface between the optical element and the sealing element and / or on the adhesive surface between the socket and the sealing element.
  • Adhesive receiving spaces or adhesive receiving pockets prevent the adhesive from spreading beyond the actual adhesive contact areas by capillary action. Ideally, however, these adhesive receiving spaces should be adhesive-free.
  • the adhesive acts on the neutral fiber of the optical element.
  • the adhesive properties should be optimal with regard to sealing effect and deformity decoupling must be set.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of a projection exposure system for microlithography, which can be used for the exposure of structures on wafers coated with photosensitive materials;
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a socket with a device according to the invention.
  • Figure 3 is a principle sectional view of a connection between the socket and the optical element according to the device according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a socket storage location of the device according to the invention.
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a sealing assembly of the device according to the invention.
  • a projection exposure system 1 for microlithography This serves for the exposure of structures on a substrate coated with photosensitive materials, which generally consists predominantly of silicon and is referred to as wafer 2, for the production of semiconductor components, such as e.g. Computer chips.
  • the projection exposure system 1 essentially consists of an illumination device 3, a device 4 for the recording and exact positioning of a mask provided with a lattice-like structure, a so-called reticle 5, by which the later structures on the wafer 2 are determined, a device 6 for holding, moving and exact positioning of this wafer 2 and an imaging device, namely a projection lens 7 with a plurality of optical elements, such as lenses 8, which are supported by frames 9 in a lens housing 10 of the projection lens 7.
  • the basic functional principle provides that the structures introduced into the reticle 5 on the wafer 2 are exposed with a reduction in the size of the structures.
  • the wafer 2 After exposure has taken place, the wafer 2 is moved further in the direction of the arrow, so that a large number of individual fields, each with the structure specified by the reticle 5, are exposed on the same wafer 2. Due to the gradual feed movement of the wafer 2 in the projection exposure system 1, this is often also referred to as a stepper.
  • the illumination device 3 provides a projection beam 11, for example light or a similar electromagnetic radiation, required for imaging the reticle 5 on the wafer 2.
  • a laser or the like can be used as the source for this radiation.
  • the radiation is shaped in the lighting device 3 via optical elements so that the projection beam 11 has the desired properties with regard to diameter, polarization, shape of the wavefront and the like when it hits the reticle 5.
  • An image of the reticle 5 is generated via the projection beam 11 and transferred to the wafer 2 by the projection objective 7 in a correspondingly reduced size, as already explained above.
  • the projection lens 7 has was explained.
  • the projection objective 7 has a large number of individual refractive and / or diffractive optical elements, such as, for example, lenses, mirrors, prisms and the like.
  • the last optical element in the beam direction is an end plate 13 mounted in a holder 12 by means of a device according to the invention.
  • a socket 12 with a device according to the invention has six spring elements 14 distributed in three groups over the circumference of the socket 12 and offset at an angle of 120 °, on which the end plate 13 (shown in FIG. 3) is fixed , The end plate 13 is mounted laterally and axially via the shape of the spring elements 14.
  • the spring elements 14 are formed in one piece with the socket 12.
  • the socket 12 has a relatively high thickness of 10 mm. Frame thicknesses greater than 1 mm are generally suitable.
  • the mount 12 is mounted and attached to the lens housing 10 of the projection lens 7 via three mount bearing points 15.
  • the three-point mounting in the mounting bearing points 15 achieves a high degree of deformation decoupling of the mounting 12 or of the end plate 13 stored therein, which only makes it easy to replace the end plate 13.
  • the spring elements 14 are integral with the socket 12 and protrude beyond the inner peripheral wall of the socket 12.
  • the diameters of the inner circumferential wall of the holder 12 and the circumferential wall of the end plate 13 are selected with respect to one another such that an annular gap remains between them (see FIG. 3).
  • the seal between the socket 12 and the end plate 13 is made via an adhesive gap 16 with an adhesive 16 ′ which is located between a sealing element 17 and the end plate 13.
  • Adhesive receiving pockets 18 prevent the adhesive 16 'from spreading beyond the actual adhesive contact area by capillary action.
  • the adhesive 16 ′ engages in the neutral fiber of the end plate 13, as a result of which stresses introduced by adhesive shrinkage and deformations cannot transmit any deformations to the end plate 13.
  • the adhesive properties are optimally set with regard to sealing effect and deformation decoupling.
  • the sealing element 17 is mounted on the socket 12 via a direct metallic contact.
  • the adhesive contact surface of the sealing element 17 is centered on the circumference of the end plate 13.
  • the sealing element 12 is fixed by an adhesive gap 19 with adhesive 19 ', so that the seal between the socket 12 and the sealing element 17 takes place.
  • the adhesive 19' can spread into adhesive receiving pockets 20, as a result of which the sealing element 17 is in direct metallic contact with the socket 12 is ensured. This direct metallic system is necessary so that the adhesive gap 19 to the end plate 13 is not tilted.
  • the adhesives 16 'and 19' have rubber-like properties to support the sealing effect and deformation decoupling and are particularly soft.
  • the end plate 13 is not elastically connected to the contact surface 21 between the end plate 13 and spring elements 14 via an epoxy resin adhesive.
  • this non-elastic connection could also be made by laser welding / soldering or ultrasonic welding.
  • another optical element in particular a refractive and / or diffractive optical element, such as, for example, lenses, mirrors, prisms or the like, could also be mounted.
  • the mount 12 is mounted and attached to the projection lens 7 or the lens housing 10 of the projection lens 7 via three mount bearing points 15.
  • the socket bearing point 15 has a distance or Spacer disc 22 as a spacer element, a dowel screw 23 as a fastening element and a nut 24 as a spring element.
  • other fastening elements or spring elements could of course also be used.
  • the tilt and the axial position of the mount 12 and thus also the end plate 13 mounted therein can be adjusted via the spacer disks 22 as passive spacer elements. In a further exemplary embodiment, this could of course also be done via active spacer elements, e.g. Piezo stacks, etc. respectively. If necessary, these should be operated at very low frequencies.
  • the position and tilt of the mount 12 and the end plate 13 can be regulated and / or controlled in all six degrees of freedom by means of the active or passive spacer elements of the mount bearing points 15.
  • the frame can be adjusted laterally in a range of less than 200 ⁇ m.
  • a membrane 25 for the purpose of decoupling the deformation forms the basic prerequisite for the use of the spacer disks 22 and thus for the construction of the mount bearing points 15.
  • the membrane 25 is a mechanical decoupling in order to minimize deformation influences on the mount 12, generated by local tilting and forces. Deformations occurring in the mounting bearing points 15 are converted into a tilting of the mounting 12.
  • the membrane 25 is formed by frame regions of smaller thickness in the region of the frame bearing points 15 of the frame 12.
  • the socket 12 and thus the end plate 13 are positioned in the lateral and in the rotational direction via the dowel screws 23. An adjustment of the frame 12 to the projection lens 7 is therefore not necessary.
  • the three-point mounting of the mount 12 requires a solution to the sealing problem between the lens housing 10 of the projection lens 7 and the mount 12.
  • a sealing assembly 26 is provided.
  • a sealing membrane 27 mechanically decouples the frame 12 from the projection lens 7 or the lens housing 10. Deformations and displacements between the projection lens 7 and frame 12 are converted into an expansion of the membrane 27 with the resulting low stresses.
  • a seal 28 thus produces only slight deformations on the mount 12 and on the end plate 13.
  • the sealing membrane 27 consists of a sealing material suitable for semiconductor technology, its rigidity is very much lower than that of the mount bearing points 15.
  • the sealing assembly has a metal ring 29 and a metal pressure ring 30.
  • the mechanical connection between the sealing membrane 27, the metal ring 29 and the metallic pressure ring 30 is achieved in the present exemplary embodiment via a vulcanization process. In another exemplary embodiment, this could also be done using other methods.
  • the elements of the sealing assembly could also consist of, in particular, elastic materials with rubber-like properties or of rubber-metal combinations.
  • Screw rings 31, 32 press the sealing membrane 27, the metallic pressure ring 30 and a sealing material 33 onto sealing surfaces 34.
  • the sealing surfaces 34 between the metallic pressure ring 30 and the sealing membrane 27 are provided with sealing lips 35 to improve the tightness.
  • a different structuring of the sealing surfaces 34 could also be provided to improve the sealing ability.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur deformationsarmen Lagerung eines optischen Elements, insbesondere einer Abschlussplatte eines Objektivs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, in einer Fassung (12). Das optische Element ist mit der Fassung (12) wenigstens teilweise über eine Klebeverbindung verbunden. Diese befindet sich zwischen den aneinander grenzenden Umfangswänden von Fassung (12) und optischem Element. Die Fassung (12) ist mit wenigstens drei über den Umfang verteilten Auflagefüsschen (14) versehen, durch die das optische Element lateral sowie axial gelagert ist. Die Fassung (12) ist wenigstens annähernd deformationsentkoppelt über drei Fassungslagerstellen (15) mit dem Gehäuse des Objektivs verbunden.

Description

Vorrichtung zur deformationsarmen austauschbaren Lagerung eines optischen Elements
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur deformationsarmen Lagerung eines optischen Elements, insbesondere einer Abschlussplatte eines Objektivs einer Projektionsbelichtungsan- lage für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, in einer Fassung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist in der EP 1 107 034 A2 beschrieben. Danach ist es bereits bekannt, die Fassung mit wenigstens drei über den Umfang verteilten Auflagefüßchen zu versehen, auf denen das optische Element aufliegt und die Klebeschicht in einem Ringspalt zwischen den aneinander grenzenden Umfangswanden von Fassung und optischem Element wenigstens in Teilbereichen einzubringen. Aufgabe der vorbekannten Vorrichtung ist es, das optische Element wenigstens weitgehend deformationsfrei bzw. unter Vermeidung von Verspannungen in der Fassung zu lagern, insbesondere eine Lagerung zu erreichen, durch die zeitlich verändernde Verspannungen wenigstens weitgehend eliminiert werden. Die dort beschriebene Fassung ist jedoch nur durch einen Justageprozess auf die erforderliche laterale Position einstellbar und ist demzufolge für einen justagefreien Austausch nicht geeignet. Die ausgeführte Fassungslagerung unterliegt aufgrund des Einsatzes von mehr als drei Befestigungsschrauben zur Halterung der Fassung einer daraus resultierenden 1- und mehrwelligen nachteiligen Deformation.
Bekannte Halterungen bzw. Befestigungen von optischen Elementen an Fassungen, insbesondere durch Kleber, übertragen Kräfte und/oder Momente über die Befestigung auf die optischen Elemente. Durch die Klebeverbindung der optischen Elemente können Verspannungen auftreten, welche zu Bildfehlern des jeweiligen optischen Elements führen können. Bei Objektiven in der Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen sind mitunter nachträgliche Korrekturen vorzusehen, um Abbildungsfehler zu beseitigen oder die Abbildungsgenauigkeit zu erhöhen. Aus diesem Grund sind einzelne optische Elemente, wie z.B. die Abschlussplatte, austauschbar auszubilden, damit z.B. Objektiv-Bildfehler optimiert werden können. Gleiches gilt auch bei einer Beschädigung oder einem Verschleiß eines optischen Elements. Dies gilt insbesondere für die Abschlussplatte in einem Projektionsobjektiv. Bei einem derartigen Austausch soll jedoch eine Reproduzierbarkeit erreicht werden, damit sich nicht neue Fehler einschleichen.
Aus der US 5,973,863 ist es hierzu bereits bekannt, die Abschlussplatte eines Objektivs in der Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen austauschbar mit der Fassung zu verbinden, damit sphärische Aberrationen oder andere Bildfehler des Projektionssystems korrigiert werden kön- nen. Hierzu wird eine Schraubverbindung der Abschlussplatte mit der Fassung vorgeschlagen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur deformationsarmen Lagerung eines optischen Elements in einer Fassung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die die Nachteile des Standes der Technik löst und im Bedarfsfall eine einfache Austauschbarkeit eines optischen Elements möglichst ohne zusätzlichen Montageprozess mit hoher Reproduzierbarkeit durch eine ausreichende Deformations- entkopplung schafft.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fassung wenigstens annähernd deformationsentkoppelt über drei Fassungslagerstellen mit dem Gehäuse des Objektivs verbunden ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in Abkehr von der üblichen Bauweise eine Fassung geschaffen, die nur über eine Dreipunktlagerung mit dem Objektivgehäuse verbunden ist. Dadurch wird eine sehr gute Deformationsentkopplung des opti- sehen Elements vom Objektivgehäuse bzw. von der Fassung erreicht, was zu einer einfachen Reproduzierbarkeit der Lagerung des optischen Elementes und somit zu einer einfachen Austauschbarkeit führt. Demzufolge kann das optische Element im Feld ohne einen zusätzlichen Justageprozess ausgetauscht werden. Durch die Dreipunktlagerung der Fassung im Projektionsobjektiv wird ein Grad der Deformationsentkopplung erreicht, der für einen Wechsel des optischen Elements unbedingt notwendig ist.
In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Fassungslagerstellen jeweils wenigstens ein aktives Distanzelement, insbesondere Piezoele- mente, und/oder wenigstens ein passives Distanzelement, insbesondere eine Abstandsscheibe, aufweisen und dass Position und Kipp der Fassung bzw. des optischen Elements in allen sechs Freiheitsgraden mittels der aktiven oder passiven Distanzelemente der Fassungslagerstellen, insbesondere in einem Bereich von weniger als 200 um, regelbar bzw. steuerbar sind.
Durch diese Maßnahmen können in einfacher und vorteilhafter Weise Montageeffekte und Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Über die aktiven (Aktuatoren) oder passiven hoch genau gearbeiteten Distanzelemente, insbesondere über deren jeweilige Höhen/Dicken ist der Kipp, die axiale Position und die Rotation der Fassung und damit des optischen Elementes einstellbar bzw. regelbar oder steuerbar.
Vorteilhaft ist, wenn die Fassungslagerstellen jeweils wenigstens ein Befestigungselement, insbesondere eine Pass- stiftschraube aufweisen. Über die Befestigungselemente, insbesondere die Passstiftschrauben, wird die Fassung und somit das optische Element in lateraler sowie rotatorischer Richtung positioniert. Demzufolge ist eine Justage der Fassung zum Projektionsobjektiv nicht mehr erforderlich. Die Fassung wird über das Distanzelement, das Befestigungselement und ein Federelement am Projektionsobjektiv bzw. an dessen Gehäuse befestigt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Fassungslagerstellen ein Defor- mationsentkopplungselement, insbesondere eine Membran, aufweisen und die Membran durch Fassungsbereiche geringerer Dicke im Bereich der Fassungslagerstellen gebildet ist.
Das Deformationsentkopplungselement bzw. die Membran stellt eine einfache mechanische Entkopplung dar, um Deformationseinflüsse auf die Fassung, erzeugt durch Lokalverkippung und Kräfte, zu minimieren. Auftretende Verformungen in den Fassungslagerstellen werden in eine Verkippung der Fassung umgewandelt.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass die Fassung zum Objektiv mittels einer Dichtbaugruppe mit mehreren Dichtbauteilen abgedichtet wird und dass die Dichtbaugruppe wenigstens eine Dichtmembran aufweist.
Die Lagerung durch drei Punkte kann zusätzlich die Lösung des Dichtungsproblems zwischen Projektionsobjektiv und Fassung erfordern. Die Dichtbaugruppe dichtet das Pro ektionsobjektiv zur Fassung. Eine Dichtmembran der Dichtbaugruppe stellt zu- sätzlich eine mechanische Entkopplung der Fassung zum Projektionsobjektiv dar.
Vorteilhaft ist, wenn die Dichtbaugruppe einen Druckring aufweist und die Dichtfläche zwischen Druckring und Dichtmembran mit einer Strukturierung, insbesondere mit wenigstens einer Dichtlippe versehen ist. Durch die Strukturierung bzw. die Dichtlippe wird beim Ver- pressen der Dichtbaugruppe eine zusätzliche Dichtigkeit erzielt .
Von Vorteil ist es, wenn die Verbindung zwischen der Fassung und dem optischen Element durch ein Dichtelement abgedichtet ist und das Dichtelement über direkte metallische Anlage zur Fassung gelagert ist.
Die Abdichtung zwischen Fassung und optischem Element erfolgt über einen Klebespalt, der durch das Dichtelement und das optische Element gebildet wird. Die direkte metallische Anlage des Dichtelementes zur Fassung ist erforderlich, damit der Klebespalt zum optischen Element nicht verkippt eingebaut wird.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass Kleberaufnahmeräume an der Klebefläche zwischen optischem Element und Dichtelement und/oder an der Klebefläche zwischen Fassung und Dichtelement vorgesehen sind.
Kleberaufnahmeräume bzw. Kleberaufnahmetaschen verhindern, dass sich der Kleber durch Kapillarwirkung über die eigentli- chen Klebstoff ontaktflächen hinaus ausbreiten kann. Idealerweise sollten diese Kleberaufnahmeräume jedoch kleberfrei sein.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kleber an der neutralen Faser des optischen Elements angreift.
Damit werden durch Strukturveränderungen des Klebers bzw. durch Kleberschrumpf eingebrachte Spannungen und Deformatio- nen auf das optische Element vermieden. Die Klebereigenschaften sollten optimal hinsichtlich Dichtwirkung und Deformati- onsentkopplung eingestellt sein.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Projektionsbelich- tungsanlage für die Mikrolithographie, welche zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtete Wafer verwendbar ist;
Figur 2 eine Prinzipdarstellung einer Fassung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 3 eine prinzip äßige Schnittansicht einer Verbindung zwischen Fassung und optischem Element gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 4 eine prinzipmäßige Schnittansicht einer Fassungslagerstelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Figur 5 eine prinzipmäßige Schnittansicht einer Dichtbaugruppe der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Figur 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und einer Abbildungseinrichtung nämlich einem Projektionsobjektiv 7 mit mehreren optischen Elementen, wie z.B. Linsen 8, die über Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektives 7 gelagert sind.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 mit einer Verkleinerung der Strukturen belichtet werden.
Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in Pfeilrichtung weiterbewegt, so dass auf dem selben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur, belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des Wafers 2 in der Projekti- onsbelichtungsanlage 1 wird diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Über den Projektionsstrahl 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen und dergleichen, auf. Das in Strahlrichtung letzte optische Element ist eine mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Fassung 12 gelagerte Abschlussplatte 13.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, weist eine Fassung 12 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sechs in drei Gruppen über den Umfang der Fassung 12 verteilte in einem Winkel von 120° versetzt angeordnete Federelemente 14 auf, auf denen die Abschlussplatte 13 (in Figur 3 dargestellt) fixiert wird. Über die Form der Federelemente 14 wird die Abschlussplatte 13 lateral sowie axial gelagert. Die Federelemente 14 sind mit der Fassung 12 einstückig ausgebildet. Die Fassung 12 weist eine relativ hohe Dicke von 10 mm auf. Allgemein sind Fassungsdicken größer als 1 mm geeignet. Die Fassung 12 wird über drei Fassungslagerstellen 15 am Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektivs 7 gelagert und befestigt. Durch die Dreipunktlagerung in den Fassungslagerstellen 15 wird ein hoher Grad an Deformationsentkopplung der Fassung 12 bzw. der darin gelagerten Abschlussplatte 13 erreicht, wodurch ein einfacher Austausch der Abschlussplatte 13 erst ermöglicht wird. Die Federelemente 14 sind mit der Fassung 12 einstückig und ragen über die innere Umfangswand der Fassung 12 hinaus. Die Durchmesser der inneren Umfangswand der Fassung 12 und der Umfangswand der Abschlussplatte 13 sind so zueinander gewählt, dass dazwischen ein Ringspalt verbleibt (siehe Figur 3) . Wie aus Figur 3 ersichtlich, erfolgt die Abdichtung zwischen der Fassung 12 und der Abschlussplatte 13 über einen Klebespalt 16 mit einem Kleber 16' , der sich zwischen einem Dichtelement 17 und der Abschlussplatte 13 befindet. Kleberaufnahmetaschen 18 verhindern, dass sich der Kleber 16' durch Ka- pillarwirkung über die eigentliche Klebstoffkontaktfläche hinaus ausbreiten kann. Im idealen Fall sollen diese Kleber- aufnahmetaschen 18 allerdings kleberfrei sein. Der Kleber 16' greift in der neutralen Faser der Abschlussplatte 13 an, wodurch durch Kleberschrumpf und Deformationen eingebrachte Spannungen keine Deformationen auf die Abschlussplatte 13 ü- bertragen können. Die Klebereigenschaften sind optimal hinsichtlich Dichtwirkung und Deformationsentkopplung eingestellt .
Das Dichtelement 17 wird über direkte metallische Anlage zur Fassung 12 gelagert. Die Klebstoffkontaktfläche des Dichtelements 17 wird zum Umfang der Abschlussplatte 13 zentriert. Das Dichtelement 12 wird durch einen Klebespalt 19 mit Kleber 19' fixiert, damit erfolgt die Dichtung zwischen der Fassung 12 und dem Dichtelement 17. Der Kleber 19' kann sich in Kle- beraufnahmetaschen 20 ausbreiten, wodurch eine direkte metallische Anlage des Dichtelements 17 zur Fassung 12 sichergestellt ist. Diese direkte metallische Anlage ist notwendig, damit der Klebespalt 19 zur Abschlussplatte 13 nicht verkippt angesetzt wird.
Die Kleber 16' und 19' weisen zur Unterstützung der Dichtwirkung und Deformationsentkopplung gummiähnliche Eigenschaften auf und sind insbesondere weich. Die Abschlussplatte 13 ist an der Auflagefläche 21 zwischen Abschlussplatte 13 und Fe- derelemente 14 nicht elastisch über einen Expoxidharzkleber verbunden. In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte diese nicht elastische Verbindung auch durch Laserschweißen/Löten oder Ultraschallschweißen erfolgen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte statt einer Abschlussplatte auch ein an- deres optisches Element, insbesondere ein refraktives und/oder diffraktives optisches Element, wie beispielsweise Linsen, Spiegel, Prismen oder ähnliches, gefasst sein.
Die Fassung 12 wird über drei Fassungslagerstellen 15 am Pro- jektionsobjektiv 7 bzw. am Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektivs 7 gelagert und befestigt. Wie aus Figur 4 er- sichtlich, weist die Fassungslagerstelle 15 eine Abstandsbzw. Spacerscheibe 22 als Distanzelement, eine Passstiftschraube 23 als Befestigungselement und eine Mutter 24 als Federelement auf. In einem weiteren Ausführungsbeispiel könn- ten selbstverständlich auch andere Befestigungselemente oder Federelemente zum Einsatz kommen.
Über die Spacerscheiben 22 als passive Distanzelemente ist der Kipp und die axiale Position der Fassung 12 und damit auch der darin gelagerten Abschlussplatte 13 einstellbar. Dies könnte in einem weiteren Ausführungsbeispiel natürlich auch über aktive Distanzelemente, wie z.B. Piezostacks, o.a. erfolgen. Diese sollten gegebenenfalls mit sehr niedrigen Frequenzen betrieben werden. Position und Kipp der Fassung 12 und der Abschlussplatte 13 ist mittels der aktiven oder passiven Distanzelemente der Fassungslagerstellen 15 in allen sechs Freiheitsgraden regelbar und/oder steuerbar. Die Fassung ist lateral in einem Bereich von weniger 200 μm justierbar. Eine Membran 25 zum Zwecke der Deformationsentkopplung bildet die Grundvoraussetzung für den Einsatz der Spacerscheiben 22 und somit für den Aufbau der Fassungslagerstellen 15. Die Membran 25 ist eine mechanische Entkopplung, um Deformationseinflüsse auf die Fassung 12, erzeugt durch lokale Verkippung und Kräfte, zu minimieren. Auftretende Verformun- gen in den Fassungslagerstellen 15 werden in eine Verkippung der Fassung 12 umgewandelt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Membran 25 wie aus Figur 4 ersichtlich durch Fassungsbereiche geringerer Di- cke im Bereich der Fassungslagerstellen 15 der Fassung 12 gebildet .
Über die Passstiftschrauben 23 wird die Fassung 12 und somit die Abschlussplatte 13 in lateraler sowie in rotatorischer Richtung positioniert. Eine Justage der Fassung 12 zum Projektionsobjektiv 7 ist somit nicht erforderlich. Die Dreipunktlagerung der Fassung 12 erfordert eine Lösung des Dichtungsproblems zwischen dem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektivs 7 und der Fassung 12. Hierfür ist, wie in Figur 5 näher dargestellt, eine Dichtbaugruppe 26 vorgesehen. Eine Dichtmembran 27 sorgt für eine mechanische Ent- koppplung der Fassung 12 zum Projektionsobjektiv 7 bzw. zum Objektivgehäuse 10. Verformungen und Verschiebungen zwischen Projektionsobjektiv 7 und Fassung 12 werden in eine Dehnung der Membran 27 mit daraus resultierenden geringen Spannungen überführt. Damit erzeugt eine Dichtung 28 nur geringe Deformationen auf die Fassung 12 und auf die Abschlussplatte 13. Die Dichtmembran 27 besteht aus einem für die Halbleitertechnik geeigneten Dichtwerkstoff, ihre Steifigkeit ist sehr viel geringer als die der Fassungslagerstellen 15. Wie weiter aus Figur 5 ersichtlich, weist die Dichtbaugruppe einen Metallring 29 und einen metallischen Druckring 30 auf. Die mechanische Verbindung zwischen Dichtmembran 27, Metallring 29 und dem metallischen Druckring 30 wird im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel über einen Vulkanisierungsprozess erzielt. In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte dies auch über andere Verfahren erfolgen. Des weiteren könnten die Elemente der Dichtbaugruppe auch aus insbesondere elastischen Materialien mit gummiähnlichen Eigenschaften oder aus Gummi-Metall- Kombinationen bestehen. Schraubringe 31, 32 verpressen die Dichtmembran 27, den metallischen Druckring 30 und einen Dichtwerkstoff 33 an Dichtflächen 34. Die Dichtflächen 34 zwischen dem metallischen Druckring 30 und der Dichtmembran 27 ist zur Verbesserung der Dichtigkeit mit Dichtlippen 35 versehen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte auch eine andere Strukturierung der Dichtflächen 34 zur Verbesserung der Dichtfähigkeit vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung, zur deformationsarmen Lagerung eines optischen Elements, insbesondere einer Abschlussplatte eines Objektivs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, in einer Fassung, wobei das optische Element mit der Fassung wenigstens teilweise über eine Klebeverbindung verbunden ist, die sich zwischen den aneinandergrenzenden Umfangswanden von Fassung und optischem Element befindet und wobei die Fassung mit wenigstens drei über den Umfang verteilten Auflagefüßchen versehen ist, durch die das optische Element lateral sowie axial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (12) wenigstens annä- hernd deformationsentkoppelt über drei Fassungslagerstellen (15) mit einem Gehäuse (10) des Objektivs (7) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassungslagerstellen (15) jeweils wenigstens ein aktives und/oder wenigstens ein passives Distanzelement (22) aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Fassungslagerstellen (15) jeweils wenigstens ein Befestigungselement, insbesondere eine Passstiftschraube (23) aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Fassungslagerstellen (15) jeweils wenigstens ein Federelement aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassungslagerstellen (15) jeweils wenigstens eine Mutter (24) aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Position und Kipp der Fassung (12) und des optischen Elements (13) in allen 6 Freiheitsgraden mittels der aktiven oder passiven Distanzelemente (22) der Fassungslagerstellen (15), insbesondere in einem Bereich von weniger als 200 μm, regelbar bzw. steuerbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das passive Distanzelement als
Abstandsscheibe (22) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Distanzelement Piezoelemen- te oder eine Kombination von Piezoelementen, insbesondere von Piezostapeln aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassungslagerstellen (15) ein Deformationsentkopplungselement (25) aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationsentkopplungselement als Membran (25) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (25) durch Fassungsbereiche geringerer Dicke im Bereich der Fassungslagerstellen (15) gebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationsentkopplungselement (25) Ausnehmungen aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (12) zum Objektivgehäuse (10) mittels einer Dichtbaugruppe (26) mit mehreren Dichtbauteilen (27 bis 35) abgedichtet wird.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbauteile (27 bis 35) der Dichtbaugruppe
(26) aus Metall oder aus elastischen Materialien, insbesondere Gummi, gebildet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn- zeichnet, dass die mechanischen Verbindungen der Dichtbauteile (27 bis 29) der Dichtbaugruppe (26) zueinander durch Vulkanisierung hergestellt sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Dichtbaugruppe (26) als Dichtbauteil wenigstens eine Dichtmembran (27) aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbaugruppe (26) als Dicht- bauteil wenigstens einen Dichtwerkstoff (33) aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbaugruppe (26) als Dichtbauteil einen Ring (29) aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtbaugruppe (26) als Dichtbauteil einen Druckring (30) aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verpressen der Dichtbaugruppe (26) Schraubringe (31,32) vorgesehen sind, wobei die Dichtmembran (27), der Druckring (29) und der Dichtwerkstoff (33) an deren Dichtflächen (34) verpresst sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Dichtfläche (34) zwischen Druckring (30) und Dichtmembran (27) mit einer Strukturierung, insbesondere mit wenigstens einer Dichtlippe (35) , versehen ist .
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefüßchen (14) einstückig mit der Fassung (12) ausgebildet sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefüßchen als Federelemente (14) ausgebildet sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Fassung (12) mit insbesondere drei Gruppen von jeweils wenigstens zwei Auflagefüßchen (14) versehen ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Fassung
(12) und dem optischen Element (13) durch ein Dichtelement (17) abgedichtet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (17) über direkte metallische Anlage zur Fassung (12) gelagert ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass Kleberaufnahmeräume (18,20) an der Klebefläche zwischen optischem Element (13) und Dichtelement (17) und/oder an der Klebefläche zwischen Fassung (12) und Dichtelement (17) vorgesehen sind.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kleber (16' ) an der neutralen
Faser des optischen Elements (13) angreift.
9. Objektiv, insbesondere Projektionsobjektiv (7) einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, mit einem Objek- tivgehäuse (10) in dem mehrere optische Elemente (8,13) angeordnet und über Fassungen (9,12) mit dem Objektivgehäuse (10) verbunden sind, wobei wenigstens eines der optischen Elemente (8,13), insbesondere die Abschlussplatte (13) wenigstens annähernd deformationsentkoppelt und aus- tauschbar in einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27 gelagert ist.
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