DE102013217146A1

DE102013217146A1 - Optisches Bauelement

Info

Publication number: DE102013217146A1
Application number: DE102013217146.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Holz; Benjamin Sigel; Jan Horn; Benedikt Knauf; Fabian Zimmer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-03-05
Also published as: JP2016531323A; WO2015028450A1; JP6415564B2; US20160170201A1; KR20160048867A; US9851555B2; KR102273545B1

Abstract

Optisches Bauelement (40) umfassend mindestens ein mikro-opto-elektromechanisches System (MOEMS) (73) mit einer Vorderseite und einer Rückseite, und mindestens einer Leiterplatte (56), wobei die mindestens eine Leiterplatte (56) auf der Rückseite des mindestens einen MOEMS (73) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Leiterplatte (56) seitliche Kontakte (67) aufweist und mit elektronischen Bauteilen sowie Kühlelementen bestückt sein kann, und wobei das mindestens eine MOEMS (73) seitlich über die mindestens eine Leiterplatte (56) übersteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Facettenspiegel und eine Beleuchtungsoptik mit einem derartigen optischen Bauelement. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage und eine Projektionsbelichtungsanlage. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements und ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement.
Optische Bauelemente mit einer als mikro-opto-elektromechanisches System (MOEMS) ausgebildeten Vielspiegel-Anordnung sind beispielsweise aus der DE 10 2011 006 100 A1 und der PCT/EP 2013/052 924 bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein derartiges optisches Bauelement zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, ein optisches Bauelement mit mindestens einem MOEMS auf der Rückseite des MOEMS mit einer Leiterplatte zu versehen.
Die Leiterplatte kann seitliche Kontakte aufweisen. Sie braucht jedoch nicht nur ausschließlich seitliche Kontakte aufzuweisen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung steht das MOEMS seitlich über die Leiterplatte über. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Leiterplatte einen kleineren Querschnitt aufweist als das MOEMS. Die Leiterplatte weist insbesondere einen kleineren Querschnitt auf als die Gesamt-Reflexionsfläche des optischen Bauelements. Sie weist insbesondere einen Querschnitt auf, welcher höchstens so groß, insbesondere kleiner ist als die kleinste Einhüllende der Einzelspiegel des MOEMS.
Die Leiterplatte kann auch einen größeren Querschnitt aufweisen als das mindestens eine MOEMS. Es ist insbesondere möglich, mehrere MOEMS auf der Leiterplatte anzuordnen.
Die Leiterplatte ist insbesondere im Schattenwurf-Prinzip auf der Rückseite des MOEMS angeordnet. Hierunter sei verstanden, dass die Leiterplatte vollständig in einem Volumen angeordnet ist, welches vollständig innerhalb eines Bereichs verläuft, der durch eine Parallelverschiebung, insbesondere eine Orthogonalverschiebung, der Grundfläche des MOEMS definiert wird. Eine derartige Ausbildung der Leiterplatte ermöglicht eine dichte Packung, das heißt eine im Wesentlichen lückenlose Anordnung, mehrerer optischer Bauelemente nebeneinander bei gleichzeitiger elektrischer Kontaktierung der Bauelemente zwischen den Leiterplatten auf der Rückseite der Bauelemente. Das optische Bauelement ist insbesondere derart ausgebildet, dass eine Vielzahl entsprechender Bauelemente zu einer Parkettierung, insbesondere einer Tessellation, zusammenfügbar, das heißt nebeneinander anordenbar, sind.
Die seitlichen elektrischen Kontakte ermöglichen eine verbesserte Befestigung und/oder eine vereinfachte Montage des optischen Bauelements. Die seitlichen Kontakte dienen insbesondere der elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte und damit des optischen Bauelements. Die elektrischen Kontakte können durch beliebige Elemente realisiert werden, deren Anpresskraft auf die Kontaktflächen durch federnde Wirkung erzeugt wird. Dies kann insbesondere durch Federkontaktstifte und/oder Kontaktfedern realisiert werden. Die federnden Elemente können dabei sowohl am optischen Bauelement als auch auf der Gegenseite mechanisch befestigt sein. Durch die seitliche Kontaktierung kann insbesondere auf Rückseiten-Kontaktierungen auf der Rückseite der Leiterplatte, welche zu Kräften entgegen der Befestigungs-Richtung des optischen Bauelements führen, verzichtet werden. Außerdem können die elektrischen Eigenschaften der Kontaktierung des MOEMS verbessert werden.
Die seitlichen Kontakte können auch zur Wärmeleitung, insbesondere zum Ableiten von Wärme vom optischen Bauelement, genutzt werden. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass ein oder mehrere, insbesondere sämtliche Kontakte sowohl der elektrischen Kontaktierung des Bauelements als auch der Wärmeableitung dienen. Es ist auch möglich, eine Teilmenge der Kontakte zur elektrischen Kontaktierung zu verwenden und eine Teilmenge der Kontakte zur Wärmeableitung zu verwenden. Diese Teilmengen können überschneidungsfrei sein. Sie können auch gemeinsame Elemente aufweisen.
Bei dem MOEMS handelt es sich insbesondere um eine Vielspiegel-Anordnung (Multi Mirror Array, MMA) mit einer Vielzahl von Einzelspiegeln. Die Einzelspiegel sind insbesondere als Mikrospiegel, das heißt mit einer Seitenlänge von weniger als 1 mm, ausgebildet. Es kann sich insbesondere um Spiegel für eine EUV-Optik, das heißt Spiegel mit einer Reflexionsfläche zur Reflexion von EUV-Strahlung, handeln. Für Details des MOEMS sei insbesondere auf die DE 10 2011 006 100 A1 und die PCT/EP 2013/052 924 verwiesen, die hiermit beide vollständig als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung in diese integriert sein sollen.
Die Leiterplatte ist insbesondere fest mit dem MOEMS verbunden. Sie kann beispielsweise mit dem MOEMS verklebt, verschweißt, gebondet oder verlötet sein. Hierdurch wird die mechanische Stabilität des optischen Bauelements verbessert.
Die Leiterplatte ist insbesondere dicht, insbesondere vakuumdicht mit dem MOEMS verbunden. Sie bildet insbesondere einen Teil eines Gehäuses des optischen Bauelements. Hierbei sind die Kontakte, insbesondere die seitlichen Kontakte, auf der Außenseite des Gehäuses angeordnet. Sie sind somit von außen zugänglich. Prinzipiell sind auch Kontakte auf der Innenseite des Gehäuses möglich.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Leiterplatte aus Keramik. Sie kann insbesondere aus einer Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics, LTCC) sein. Anderer Leiterkartenmaterialien, beispielsweise FR4, sind ebenfalls möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Leiterplatte mehrlagig ausgebildet. Sie weist insbesondere mindestens 2, insbesondere mindestens 4, insbesondere mindestens 8, insbesondere mindestens 12, insbesondere mindestens 16, insbesondere mindestens 20 separate Lagen auf. Auf jeder der Lagen kann eine Vielzahl von Leiterbahnen angeordnet sein. Die Anzahl der Leiterbahnen je Lage kann insbesondere mindestens 2, insbesondere mindestens 5, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100 betragen.
Die Leiterplatte weist eine Dicke, das heißt eine Erstreckung in Richtung senkrecht zur Rückseite des MOEMS, von mindestens 0,5 mm, insbesondere 1 mm, insbesondere mindestens 1,5 mm, insbesondere mindestens 2 mm auf. Die Dicke der Leiterplatte kann bis zu 3 mm, insbesondere bis zu 5 mm, insbesondere bis zu 10 mm, betragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bildet die mindestens eine Leiterplatte eine seitliche Begrenzung eines Hohlraums. Die Leiterplatte weist insbesondere eine Aussparung auf. Die Aussparung wird seitlich, insbesondere umlaufend, von der Leiterplatte begrenzt. Der Hohlraum dient der Anordnung weiterer Komponenten, insbesondere weiterer elektrischer Komponenten. Er ist somit insbesondere nicht leer, insbesondere nicht vollständig leer.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Hohlraum auf einer Seite von der Rückseite des mindestens einen MOEMS begrenzt. Der Hohlraum grenzt mit anderen Worten direkt an die Rückseite des MOEMS. Hierdurch wird eine elektrische Kontaktierung zwischen den im Hohlraum angeordneten Komponenten und dem MOEMS erleichtert. Die Komponenten können mit Drahtbond-Kontakten und/oder mit Wende-Kontakten (englisch: Flip-Chip-Kontakten) elektrisch mit dem MOEMS verbunden sein. Grundsätzlich ist jegliche Art des Bonding möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Hohlraum auf einer Seite von einer Abdeckung begrenzt. Er ist insbesondere mittels der Abdeckung vakuumdicht abgeschlossen. Die Abdeckung kann beispielsweise aus Keramik oder aus Metall sein. Sie kann insbesondere aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material sein oder entsprechende Elemente aufweisen. Hierdurch kann die Anordnung und/oder Befestigung des optischen Bauelements vereinfacht werden. Die Abdeckung kann auch mechanische Befestigungselemente, insbesondere zur Anordnung des optischen Bauelements auf einem Träger, beispielsweise einer Grundplatte, aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Hohlraum von der Abdeckung vakuumdicht begrenzt. Der Hohlraum ist insbesondere nach außen vakuumdicht abgeschlossen. Er ist insbesondere durch das MOEMS, die Leiterplatte und die Abdeckung nach außen vakuumdicht begrenzt. Er ist insbesondere auf einer Seite durch das MOEMS, auf einer dem MOEMS gegenüberliegenden Seite durch die Abdeckung und im Bereich zwischen dem MOEMS und der Abdeckung umlaufend durch die Leiterplatte nach Außen vakuumdicht begrenzt. Durch die vakuumdichte Ausbildung des Hohlraums wird die Auswahl der in diesem anordenbaren elektrischen Komponenten verbessert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind im Hohlraum Bauteile, insbesondere elektrische Bauteile und/oder Kühlelemente, angeordnet. Bei den Bauteilen kann es sich insbesondere um eine Auswahl aus Kondensatoren (Kapazitäten), Spulen (Induktivitäten), Sensoren, Spannungsreglern, Energiespeicher (Batterien), aktiven Kühlelementen, insbesondere Peltierelementen, und integrierten Schaltkreisen handeln. Die integrierten Schaltkreise können ASICs (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), programmierbare Schaltungen wie z.B. FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), programmierbare Prozessoren oder eine Kombination aus diesen Typen sein.
Die Bauteile sind in dem Hohlraum besonders sicher und robust angeordnet. Insbesondere bei einer vakuumdichten Versiegelung des Hohlraums müssen die Bauteile nicht besonders vakuumgeeignet ausgebildet sein. Hierdurch erhöht sich die Auswahl der verwendbaren Bauteile.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Hohlraum zumindest teilweise mit einem Füllmaterial ausgegossen. Hierdurch wird die Stabilität der Anordnung der Bauteile sowie insbesondere der Kontaktierungen im Hohlraum verbessert. Es ist insbesondere möglich, den gesamten im Hohlraum verbleibenden Platz auszugießen. Weiter kann das Füllmaterial zur Ableitung von Wärme durch die eingebrachten Bauteile oder des MOEMS verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die seitlichen Kontakte als Durchkontaktierungen (Vertical Interconnect Accesses, VIAs) ausgebildet. Sie sind insbesondere als geöffnete, insbesondere als halbierte VIAs, das heißt VIAs, welche in Richtung quer zu ihrer Längsausdehnung frei zugänglich sind, ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung. Die seitlichen Kontakte weisen insbesondere führende Eigenschaften auf. Sie sind insbesondere selbstzentrierend ausgebildet. Auch eine außermittige Führung ist möglich. Die führenden Eigenschaften erleichtern die Kontaktierung. Zur Kontaktierung der seitlichen Kontakte, insbesondere der halbierten VIAs, sind insbesondere federnd gelagerte Kontakte, insbesondere Federkontakte vorgesehen. Diese Kontakte können mit den seitlichen Kontakten des optischen Bauelements verlötet werden. Sie können auch rein mechanisch, insbesondere aufgrund Ihrer Federkraft, mit den seitlichen Kontakten verbunden sein. Die Federkontakte sind insbesondere auf Verbindungs-Leiterplatten angeordnet. Es kann insbesondere vorgesehen sein, derartige Federkontakte jeweils an einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte anzuordnen. Insbesondere im Falle einer rechteckigen, insbesondere quadratischen, Ausbildung der Leiterplatte des optischen Bauelements können vorteilhafterweise Federkontakte auf jeder der vier Seiten der Leiterplatte angeordnet sein. Vorzugsweise sind jeweils mindestens zwei Federkontakte auf jeder der vier Seiten der Leiterplatte angeordnet. Hierdurch ist eine sichere, stabile Anordnung und/oder Befestigung des optischen Bauelements mit Hilfe der Federkontakte möglich. Durch die „symmetrische“ Anordnung der Federkontakte könnendie Federkräfte quer zur Befestigungsrichtung des MOEMS kompensiert werden. Für eine einseitige Kontaktierung kann auf der dem Federkontakt gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte ein Anschlag vorgesehen werden, der die Federkräfte aufnimmt. Durch eine Einseitige Kontaktierung wird die Haltekraft des MOEMS reduziert, was dann Einfluss auf den Wärmefluss und ggf. auf die Position des MOEMS hat.
Die seitlichen Kontakte weisen insbesondere eine konkave Oberfläche auf. Die Oberfläche kann insbesondere zylindermantelförmig ausgebildet sein. Sie kann insbesondere einen konkaven, insbesondere einen kreisbogenabschnittförmigen Querschnitt aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Leiterplatte mittels Drahtbond-Kontakten und/oder Wende-Kontakten (englisch: Flip-Chip-Kontakten) elektrisch mit dem mindestens einen MOEMS verbunden. Die elektrischen Kontakte sind insbesondere auf der Rückseite des MOEMS angeordnet. Im Falle von Drahtbond-Kontakten sind sie insbesondere im Bereich des Hohlraums, insbesondere im Bereich einer Öffnung oder Aussparung in der Leiterplatte auf der Rückseite des MOEMS angeordnet. Im Falle von Wende-Kontakten sind diese insbesondere im Bereich zwischen der Leiterplatte und dem MOEMS angeordnet. Auch eine Kombination von Drahtbond-Kontakten und Wende-Kontakten, oder auch der Einsatz weiterer Bondverfahren ist möglich.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, einen Facettenspiegel für eine Beleuchtungsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage, eine Beleuchtungsoptik für eine Projektionsbelichtungsanlage, ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage und eine Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch die Verwendung eines optischen Bauelements mit den vorhergehend beschriebenen Merkmalen und Eigenschaften in den entsprechenden Baugruppen und/oder Systemen gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus dem für das optische Bauelement beschriebenen.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements zu verbessern und ein derartig hergestelltes Bauelement zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch die Verwendung einer Projektionsbelichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen optischen Bauelement gelöst. Die Vorteile entsprechen denjenigen, die bereits im Zusammenhang mit dem optischen Bauelement erläutert wurden.
Weitere Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung mehrer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Beleuchtungssystem und einer Projektionsoptik in Meridionalschnitt,
2 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines optischen Bauelements mit einem mikro-opto-elektromechanischen System (MOEMS) und einer Leiterplatte,
3 eine Ansicht des optischen Bauelements gemäß 2 bei abgenommener Abdeckung von der Rückseite,
4 und 5 Darstellungen gemäß den 2 und 3 einer alternativen Ausführungsform des optischen Bauelements und
6 eine Darstellung gemäß 2 einer weiteren Ausführungsform eines optischen Bauelements.
Im Folgenden wird zunächst der prinzipielle Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage 1 anhand der Figuren beschrieben.
1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Das Objektfeld 5 kann rechteckig oder bogenförmig mit einem x/y-Aspektverhältnis von beispielsweise 13/1 gestaltet sein. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Herstellung mikrobeziehungsweise nanostrukturierter Halbleiter-Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Eine Projektionsoptik 7 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Das Retikel, das von einem nicht dargestellten Retikelhalter gehalten ist, und der Wafer, der von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten ist, werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 7 kann auch ein gegenläufiges Scannen des Retikels relativ zum Wafer stattfinden.
Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithographischen Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, zum Beispiel eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, Gas Discharge Produced Plasma), oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma) handeln. Auch andere EUV-Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser (Freie Elektronenlaser, FEL) basieren, sind möglich.
EUV-Strahlung 10, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 11 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist beispielsweise aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 11 propagiert die EUV-Strahlung 10 durch eine Zwischenfokusebene 12, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 13 mit einer Vielzahl von Feldfacetten 13a trifft. Der Feldfacettenspiegel 13 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Objektebene 6 optisch konjugiert ist.
Die EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet.
Nach dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von einem Pupillenfacettenspiegel 14 mit einer Vielzahl von Pupillenfacetten 14a reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel derart sein, dass jede der Feldfacetten 13a, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten 13a durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten 13a jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 14a des Pupillenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel gebildet sein können.
Die EUV-Strahlung 10 trifft auf die beiden Facettenspiegel 13, 14 unter einem Einfallswinkel, gemessen normal zur Spiegelfläche, auf, der kleiner oder gleich 25° ist. Die beiden Facettenspiegel 13, 14 werden also im Bereich eines normal incidence-Betriebs mit der EUV-Strahlung 10 beaufschlagt. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall (grazing incidence) ist möglich. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 7 darstellt beziehungsweise zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch konjugiert ist. Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 14 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 10 bezeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 einander überlagernd in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing incidence Spiegel“). Die Übertragungsoptik 15 wird zusammen mit dem Pupillenfacettenspiegel 14 auch als Folgeoptik zur Überführung der EUV-Strahlung 10 vom Feldfacettenspiegel 13 hin zum Objektfeld 5 bezeichnet. Das Beleuchtungslicht 10 wird von der Strahlungsquelle 3 hin zum Objektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette 13a des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette 14a des Pupillenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten 14a zu den Feldfacetten 13a und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann. Es resultieren unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichts 10 über das Objektfeld 5 unterscheiden.
Zur Erleichterung der Erläuterung von Lagebeziehungen wird nachfolgend unter anderem ein globales kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene auf den Betrachter zu. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.
In ausgewählten der nachfolgenden Figuren ist ein lokales kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet, wobei die x-Achse parallel zur x-Achse nach der 1 verläuft und die y-Achse mit dieser x-Achse die optische Fläche des jeweiligen optischen Elements aufspannt.
Der Feldfacettenspiegel 13 ist in Form eines Multi- beziehungsweise Mikrospiegel-Arrays (MMA) ausgebildet. Er bildet eine optische Baugruppe zur Führung der Nutzstrahlung 10, also des EUV-Strahlungsbündels. Das Multi- beziehungsweise Mikrospiegel-Array (MMA) wird im Folgenden auch lediglich als Spiegel-Array 22 bezeichnet. Das Spiegel-Array 22 ist Bestandteil eines mikro-opto-elektronischen Systems (MOEMS) 73. Er weist eine Vielzahl von matrixartig zeilen- und spaltenweise in einem Array angeordneten Einzelspiegeln auf. Die Einzelspiegel werden im Folgenden auch als Spiegel-Elemente 23 bezeichnet. Die Spiegel-Elemente 23 sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt. Insgesamt weist der Feldfacettenspiegel 13 etwa 100000 der Spiegel-Elemente 23 auf. Je nach Größe der Spiegel-Elemente 23 kann der Feldfacettenspiegel 13 auch beispielsweise 1000, 5000, 7000 oder auch mehrere hunderttausend, beispielsweise 500000 Spiegel-Elemente 23 aufweisen.
Vor dem Feldfacettenspiegel 13 kann ein Spektralfilter angeordnet sein, der die Nutzstrahlung 10 von anderen, nicht für die Projektionsbelichtung nutzbaren Wellenlängenkomponenten der Emission der Strahlungsquelle 3 trennt. Der Spektralfilter ist nicht dargestellt.
Der Feldfacettenspiegel 13 wird mit Nutzstrahlung 10 mit einer Leistung von 840 W und einer Leistungsdichte von 6,5 kW/m² beaufschlagt. Die Nutzstrahlung 10 kann auch eine andere Leistung und/oder Leistungsdichte aufweisen.
Das gesamte Einzelspiegel-Array des Facettenspiegels 13 hat einen Durchmesser von 500 mm und ist dicht gepackt mit den Spiegel-Elementen 23 ausgelegt. Die Flächenabdeckung, auch als Füllgrad oder Integrationsdichte bezeichnet, des kompletten Feldfacetten-Arrays durch die Spiegel-Elemente 23 beträgt mindestens 70 %. Die Spiegel-Elemente 23 repräsentieren, soweit eine Feldfacette 13a durch jeweils genau ein Spiegel-Element 23 realisiert ist, bis auf einen Skalierungsfaktor die Form des Objektfeldes 5. Der Facettenspiegel 13 kann aus 500 jeweils eine Feldfacette 13a repräsentierenden Spiegel-Elementen 23 mit einer Dimension von etwa 5 mm in der y-Richtung und 100 mm in der x-Richtung gebildet sein. Alternativ zur Realisierung jeder Feldfacette 13a durch genau ein Spiegel-Element 23 kann jede der Feldfacetten 13a durch Gruppen von kleineren Spiegel-Elementen 23 gebildet werden. Eine Feldfacette 13a mit Dimensionen von 5 mm in der y-Richtung und von 100 mm in der x-Richtung kann z. B. mittels eines 1 × 20-Arrays von Spiegel-Elementen 23 der Dimension 5 mm × 5 mm bis hin zu einem 10 × 200-Array von Spiegel-Elementen 23 mit den Dimensionen 0,5 mm × 0,5 mm aufgebaut sein. Gemäß der Erfindung ist die Zuordnung der Spiegel-Elemente 23 zu einer Feldfacette 13a flexibel. Die Feldfacetten 13a werden insbesondere erst durch geeignete Ansteuerung der Spiegel-Elemente 23 definiert. Die Form der Spiegel-Elemente 23 kann insbesondere unabhängig von der Form der makroskopischen Feldfacetten sein. Die Spiegel-Elemente 23 weisen Reflexionsflächen 36 zur Reflexion der Beleuchtungsstrahlung 10 auf. Die Reflexionsflächen 36 haben insbesondere jeweils Abmessungen im Mikrometerbereich, insbesondere von weniger als 1 mm. Die Spiegel-Elemente 23 werden daher auch als Mikrospiegel bezeichnet. Prinzipiell können die Spiegel-Elemente 23 auch größer ausgebildet sein.
Von den Spiegel-Elementen 23 des Facettenspiegels 13 wird das Nutzlicht 10 hin zum Pupillenfacettenspiegel 14 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 hat etwa 2000 statische Pupillenfacetten 14a. Diese sind in einer Mehrzahl konzentrischer Ringe nebeneinander angeordnet, sodass die Pupillenfacette 14a des innersten Rings sektorförmig und die Pupillenfacetten 14a der sich hieran unmittelbar anschließenden Ringe ringsektorförmig gestaltet sind. In einem Quadranten des Pupillenfacettenspiegels 14 können in jedem der Ringe 12 Pupillenfacetten 14a nebeneinander vorliegen. Jede der Pupillenfacetten 14a kann als Spiegel-Array 22 ausgebildet sein.
Von den Pupillenfacetten 14a wird das Nutzlicht 10 hin zu einem reflektierenden Retikel reflektiert, das in der Objektebene 6 angeordnet ist. Es schließt sich dann die Projektionsoptik 7 an, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 erläutert.
Zum Umstellen der Beleuchtungssettings können die Spiegel-Elemente 23 um einen Kippwinkel verschwenkt werden. Sie sind insbesondere um einen Kippwinkel im Bereich von mindestens ±50 mrad, insbesondere mindestens ±80 mrad, insbesondere ±100 mrad, verschwenkbar. Die jeweilige Kippposition kann hierbei mit einer Genauigkeit von mindestens 0,2 mrad, insbesondere mindestens 0,1 mrad, insbesondere mindestens 0,05 mrad, eingehalten werden.
Die Spiegel-Elemente 23 tragen Multilayer-Beschichtungen zur Optimierung ihrer Reflektivität bei der Wellenlänge der Nutzstrahlung 10. Die Temperatur der Multilayer-Beschichtungen sollte beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 425 K nicht überschreiten. Dies wird u. a. durch einen Aufbau der Spiegel-Elemente 23 mit in den Figuren nicht dargestellten Wärmeleitungsabschnitten erreicht, für deren Details auf die DE 10 2011 006 100 A1 verwiesen wird. Die Spiegel-Elemente 23 der Beleuchtungsoptik 4 sind schematisch angedeutet in einer evakuierbaren Kammer 25 untergebracht. Der Betriebsdruck in der evakuierbaren Kammer 25 beträgt einige Pa (Partialdruck H₂). Alle anderen Partialdrücke liegen deutlich unterhalb von 10^–7 mbar.
Die Spiegel-Elemente 23 sind in einem Substrat 30 angeordnet. Als Substrat 30 kann insbesondere ein Siliziumwafer dienen. Das Substrat 30 kann insbesondere aus einem Silizium-Wafer ausgebildet sein, auf dem ein ganzes Array von Spiegel-Elementen 23 angeordnet ist.
Die Spiegel-Elemente 23 sind mittels einer Aktuator-Einrichtung, insbesondere mittels eines Aktuatorstifts 38 und Aktuatorelektroden 54 verlagerbar. Für Details der Aktuator-Einrichtung sei wiederum auf die DE 10 2011 006 100 A1 verwiesen.
Für weitere Details insbesondere der Anordnung der Einzelspiegel 23 im Substrat 30 und deren Verschwenkbarkeit mittels der Aktuatoren sowie die Ausbildung der Gelenkkörper und Wärmeleitungsabschnitte sei auf die WO 2010/049 076 A2 verwiesen.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 2 bis 6, insbesondere auf die 2 und 3 weitere Aspekte und Details eines optischen Bauelements 40 mit dem Spiegel-Array 22 beschrieben. Das optische Bauelement 40 umfasst neben dem Spiegel-Array 22 eine Tragestruktur 43. Das optische Bauelement umfasst außerdem eine Leiterplatte 56.
Das Spiegel-Array 22 mit den Spiegel-Elementen 23 und dem Substrat 30 weist eine sich senkrecht zu einer Flächennormalen 41 erstreckende Gesamtfläche auf. Es umfasst eine Vielzahl der Spiegel-Elemente 23, welche jeweils eine Reflexionsfläche 36 und mindestens zwei Verlagerungs-Freiheitsgrade aufweisen. Allgemein weisen die Spiegel-Elemente 23 mindestens einen Verlagerungs-Freiheitsgrad auf. Sie können auch drei oder mehr Verlagerungs-Freiheitsgrade aufweisen. Sie weisen insbesondere mindestens einen, vorzugsweise mindestens zwei Kippfreiheitsgrade auf. Sie können insbesondere auch einen Translationsfreiheitsgrad aufweisen. Die mittels der Aktuatoren bewirkbaren Verlagerungen können paarweise linear unabhängig sein. Sie sind jedoch nicht notwendigerweise linear unabhängig. Es ist beispielsweise möglich drei oder mehr Elektroden 54 äquidistant in einer Ebene um den Aktuatorstift 38 herum anzuordnen.
Die Spiegel-Elemente 23 weisen einen quadratischen Querschnitt auf. Sie können prinzipiell auch dreieckig, rechteckig oder sechseckig ausgebildet sein. Sie sind als Parkett-Elemente ausgebildet. Die Gesamtheit der Spiegel-Elemente 23 bildet eine Parkettierung einer Gesamt-Reflexionsfläche des Spiegel-Arrays 22. Bei der Parkettierung handelt es sich insbesondere um eine Tesselation. Die Spiegel-Elemente 23 sind insbesondere dicht gepackt angeordnet. Das Spiegel-Array hat insbesondere einen Füllgrad von mindestens 0,85, insbesondere mindestens 0,9, insbesondere mindestens 0,95. Hierbei bezeichnet der Füllgrad, teilweise auch als Integrationsdichte bezeichnet, das Verhältnis der Gesamt-Reflexionsfläche, das heißt der Summe der Reflexionsflächen 36 aller Spiegel-Elemente 23 des Spiegel-Arrays 22 zur Gesamtfläche des Arrays 22.
Die Reflexionsfläche 36 der Spiegel-Elemente 23 ist eben ausgebildet. Sie kann prinzipiell auch konkav oder konvex oder als Freiformfläche ausgebildet sein.
Die Reflexionsfläche 36 der Spiegel-Elemente 23 ist insbesondere mit einer (Multilayer-)Beschichtung zur Optimierung ihrer Reflektivität bei der Wellenlänge der Nutzstrahlung 10 versehen. Die Multilayer-Beschichtung ermöglicht insbesondere die Reflexion von Nutzstrahlung 10 mit einer Wellenlänge im EUV-Bereich, insbesondere im Bereich von 5 nm bis 30 nm.
Das Spiegel-Array 22 ist modular ausgebildet. Es ist insbesondere derart als Kachel-Element ausgebildet, dass die Parkettierung der Gesamt-Reflexionsfläche des Spiegel-Arrays 22 durch eine Kachelung mehrerer derartiger Kachel-Elemente, das heißt mehrerer identisch ausgebildeter Spiegel-Arrays 22, beliebig erweiterbar ist. Hierbei werden die unterschiedlichen Begriffe „Parkettierung“ und „Kachelung“ lediglich verwendet, um zwischen der Parkettierung der Gesamt-Reflexionsfläche eines einzelnen Spiegel-Arrays 22 durch die Spiegel-Elemente 23 und der eines Multi-Spiegel-Arrays durch die mehrerer Spiegel-Arrays 22 zu unterscheiden. Sie bezeichnen beide eine lückenlose und überlappungsfreie Überdeckung eines einfach zusammenhängenden Bereichs in einer Ebene. Auch wenn die Überdeckung der Gesamt-Reflexionsfläche vorliegend nicht perfekt lückenlos ist, was sich in einem Füllgrad < 1 widerspiegelt, wird im Folgenden von einer Parkettierung oder Kachelung gesprochen, sofern der Füllgrad den vorhergehend angegebenen Wert, insbesondere mindestens 0,85, aufweist.
Die Spiegel-Elemente 23 sind von dem Substrat 30 gehalten. Das Substrat 30 weist einen sich in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 erstreckenden Randbereich 42 auf. Der Randbereich 42 ist insbesondere um die Spiegel-Elemente 23 umlaufend angeordnet. Er weist in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 eine Breite b, insbesondere eine maximale Breite b, von höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,3 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm auf. Die Gesamtfläche des Spiegel-Arrays 22 steht somit in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 um höchsten 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,3 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm über die Gesamt-Reflexionsfläche, das heißt über deren äußeren Rand, über.
Die Gesamtfläche des Spiegel-Arrays 22 liegt im Bereich von 1 mm × 1 mm bis 50 mm × 50 mm, insbesondere im Bereich von 10 mm × 10 mm bis 25 mm × 25 mm. Andere Abmessungen sind prinzipiell ebenfalls möglich. Sie kann insbesondere auch von der quadratischen Form abweichen. Der Überstand der Gesamtfläche des Spiegel-Arrays 22 über dessen Gesamt-Reflexionsfläche wird auch als seitlicher oder lateraler Overhead bezeichnet. Das Verhältnis von lateralem Overhead zu Gesamterstreckung in derselben Richtung beträgt höchstens 0,1, insbesondere höchstens 0,05, insbesondere höchstens 0,03, insbesondere höchsten 0,02, insbesondere höchstens 0,01. Der seitliche Überstand ist somit um mindestens eine Größenordnung kleiner als die Gesamterstreckung der Gesamt-Reflexionsfläche des Spiegel-Arrays 22.
Die Tragestruktur 43 ist in Richtung der Flächennormalen 41 versetzt, insbesondere benachbart, zum Spiegel-Array 22 angeordnet. Sie weist vorzugsweise einen Querschnitt auf, welcher zu dem des Substrats 30 des Spiegel-Arrays 22 identisch ist. Sie steht allgemein in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 um höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,1 mm, insbesondere höchstens 0,05 mm, insbesondere überhaupt nicht über das Substrat 30 und damit über die Gesamtfläche des Spiegel-Arrays 22 über. Eine derartige Anordnung wird auch als Anordnung nach dem „Schattenwurf-Prinzip“ bezeichnet. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Tragestruktur 43 vollständig innerhalb einer Parallelprojektion der Gesamtfläche des Spiegel-Arrays 22 in Richtung der Flächennormalen 41 angeordnet ist.
Die Tragestruktur 43 ist aus einem keramik- und/oder siliziumenthaltenden und/oder aluminiumenthaltenden Material. Dies ermöglicht eine Wärmeabfuhr vom Spiegel-Array 22 bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität. Beispiele für das Material der Tragestruktur 43 sind keramische Werkstoffe, Silizium, Siliziumdioxid, Aluminium-Nitrit und Aluminium-Oxid, beispielsweise Al₂O₃-Keramik. Die Tragestruktur 43 kann insbesondere aus einem Wafer hergestellt sein. Die Tragestruktur 43 kann auch aus Quarz oder einem Glas-Wafer, welcher mit sogenannten thermischen Vias versehen ist, hergestellt sein. Die Tragestruktur 43 weist in Richtung der Flächennormalen 41 eine Dicke von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 500 μm auf.
Die Tragestruktur 43 ist insbesondere als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet. Die Tragestruktur 43 weist eine einseitig offene Aussparung 44 auf. Die Aussparung 44 bildet einen einseitig offenen Aufnahmeraum zur Aufnahme weiterer funktioneller Bestandteile. Die Aussparung 44 wird auf ihrer dem Spiegel-Array 22 entgegengesetzten Seite in Richtung der Flächennormalen 41 von einem Boden 45 der Tragestruktur begrenzt. Sie wird seitlich, das heißt in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 von einem Randbereich 46 der Tragestruktur 43 begrenzt. Der Randbereich 46 weist in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 eine Breite b_C auf. Hierbei gilt 0,5 × b ≤ b_C ≤ 2 × b. Der Randbereich 46 der Tragestruktur 43 kann insbesondere gerade so breit wie der Randbereich 42 des Substrats 30 sein, b = b_C.
Die Tragestruktur 43 ist ausschließlich in diesem Randbereich 46 mit dem Spiegel-Array 22 mechanisch verbunden. Zwischen der Tragestruktur 43 und dem Spiegel-Array 22 ist ein Dichtungs-Element 61 angeordnet. Das Dichtungselement 61 ist in eine Metallisierung auf einer Rückseite 48 des Substrats 30 des Spiegel-Arrays 22 integriert. Es kann auch als auf dem Randbereich 46 der Tragestruktur 43 angeordneter Dichtungsring ausgebildet sein. Der von der Aussparung 44 gebildete Aufnahmeraum ist somit zumindest während der Herstellung des Bauelements 40 gekapselt, das heißt flüssigkeitsdicht, insbesondere gasdicht abgeschlossen. Prinzipiell ist es möglich im Aufnahmeraum Komponenten, insbesondere elektrische Komponenten, insbesondere ASICs 52 gekapselt, das heißt flüssigkeitsdicht, insbesondere gasdicht abgeschlossen anzuordnen. Hierfür ist noch eine in den Figuren nicht dargestellte, durchgehende Zwischenschicht zwischen dem Spiegel-Array 22 und den ASICs 52 notwendig.
In die Tragestruktur 43 ist eine Vielzahl von Signalleitungen 47 integriert. Die Signalleitungen 47 sind als elektrische Durchkontaktierungen, sogenannte „Vias“, ausgebildet. Sie sind direkt an die den Reflexionsflächen 36 entgegengesetzte Rückseite 48 des Spiegel-Arrays 22 gebondet. Sie sind außerdem auf der dem Spiegel-Array 22 entgegengesetzten Seite, das heißt der Rückseite 49 der Tragestruktur 43 mit Kontakt-Elementen 50 versehen. Jedes Bauelement 40 kann mehr als 30, insbesondere mehr als 50, insbesondere mehr als 70 Signalleitungen 47 aufweisen. Die Signalleitungen 47 dienen unter anderem der Stromversorgung einer Treiberstufe einer Verlagerungs-Einrichtung zur Verlagerung der Spiegel-Elemente 23. Die Treiberstufe ist in die Tragestruktur 43 integriert. Sie ist insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung 52 (englisch: application specific integrated circuit, ASIC) ausgebildet. Das Bauelement 40 kann eine Mehrzahl von ASICs 52 aufweisen. Es umfasst mindestens ein ASIC 52, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens neun, insbesondere mindestens 16, insbesondere mindestens 25, insbesondere mindestens 100 ASICs 52. Hierbei steht jedes der ASICs 52 mit mindestens einem Spiegelelement 23, insbesondere mit einer Mehrzahl von Spiegel-Elementen 23, insbesondere mit mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens acht Spiegel-Elementen 23 in Signalverbindung. Für Details der Steuerung der Aktuatoren zur Verlagerung der Spiegel-Elemente 23 sei auf die WO 2010/049 076 A2 verwiesen.
Die Signalleitungen 47 zu den ASICs 52 verlaufen von der Rückseite 49 der Tragestruktur 43 durch die Tragestruktur 43 hindurch auf die Rückseite 48 des Spiegel-Arrays 22, von dort auf der Rückseite 48 des Spiegel-Arrays 22 entlang und über einen Flip-Chip-Kontakt 53 auf die ASICs 52. Eine Beschreibung der Flip-Chip-Technik findet sich in dem Buch „Baugruppentechnologie der Elektronik-Montage" (Herausgeber: Wolfgang Scheel, 2. Auflage, Verlag Technik, Berlin, 1999). Die Signalleitungen zur integrierten oder lokalen Treiberelektronik sind somit auf der Rückseite 48 der Spiegel-Arrays 22 geführt. Eine auf dem ASIC 52 generierte Steuerspannung zur Steuerung der Verlagerung eines der Spiegel-Elemente 23 wird über einen weiteren Flip-Chip-Kontakt 53 auf die Rückseite 48 des Spiegel-Arrays 22 zu einer entsprechenden Elektrode 54 gebracht. Somit befinden sich alle elektrischen Kontaktierungen eines der ASICs 52 auf derselben Seite des ASIC 52. Sie befinden sich insbesondere auf der dem Spiegel-Array 22 zugewandten Seite des ASIC 52. Eine zweiseitige Kontaktierung sowie eine Durchkontaktierung des ASIC 52, welche prinzipiell ebenfalls möglich ist, wird hierdurch vermieden. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Anordnung der Signalleitungen 47 besteht darin, dass sämtliche Signalleitungen 47 auf der Rückseite 48 des Spiegel-Arrays 22 in einer einzigen Metallschicht verlegt sein können. Dies führt zu einer Vereinfachung des Herstellungsprozesses und damit zu einer Reduktion der Herstellungskosten.
Des Weiteren sind die Signalleitungen 47 derart ausgebildet und angeordnet, dass auf der dem Spiegel-Array 22 zugewandten Vorderseite 43a der Tragestruktur 43 und/oder auf der Rückseite 49 derselben bestimmte Signalleitungen 47 zusammengelegt sind. Beispielsweise sind die Signalleitungen 47 für die Speisespannungen der ASICs 52 zusammengeschlossen. Dies führt zu einer Signalreduktion im Bereich der Tragestruktur 43. Die Signalreduktion im Bereich der Tragestruktur 43 beträgt insbesondere mindestens 10:1.
Auf der Rückseite 49 der Tragestruktur 43 weist diese eine elektrische Schnittstelle 55 auf. Die Schnittstelle 55 ist insbesondere vollständig auf der dem Spiegel-Array 22 gegenüberliegenden Rückseite 49 der Tragestruktur 43 angeordnet. Das „Schattenwurf-Prinzip“ ist somit auch beim Signalfluss eingehalten. Das Bauelement 40 weist eine vertikale Integration auf.
Die elektrische Schnittstelle 55 weist eine Vielzahl von auf die Rückseite 49 der Tragestruktur 43 aufgebrachter Kontakt-Elemente 50 auf. Die Kontakt-Elemente 50 können insbesondere flächig ausgebildet sein.
Alternativ hierzu können die Kontakt-Elemente 50 der elektrischen Schnittstelle 55 auch als integrierte Pins in der Tragestruktur 43 ausgebildet sein. Hierbei sind Durchkontaktierungen (Vias) in der Tragestruktur 43, welche beispielsweise als mit Gold gefüllte Durchgangsbohrungen ausgebildet sind, im Bereich der Rückseite 49 der Tragestruktur 43 teilweise freigelegt. Dies kann insbesondere durch Wegätzen eines Teils des die Durchkontaktierungen umgebenden Materials der Tragestruktur 43 erreicht werden. Das freigelegte Teilstück der Durchkontaktierungen bildet nun das Kontakt-Element 50.
Die Metallfolie 57 kann insbesondere zwischen den ASICs 52 und dem Boden 45 der Tragestruktur 43 angeordnet sein. Sie kann hierbei auch eine thermische Schnittstelle zwischen den ASICs 52 und der Tragestruktur 43 bilden. Hierbei ist es vorteilhaft, die Metallfolie 57 als weiche, gewellte Metallfolie, das heißt als sogenannte Federfolie, auszubilden.
Außerdem kann ein zusätzliches Wärmeleitelement 58 zwischen den ASICs 52 und dem Boden 45 der Tragestruktur 43, insbesondere zwischen den ASICs 52 und der Metallfolie 57 angeordnet sein. Es können auch mehrere Wärmeleitelemente 58 vorgesehen sein. Die ASICs 52 können insbesondere innerhalb der Aussparung 44 zumindest teilweise in das Wärmeleitelement 58 eingebettet sein. Eine derartige thermische Schnittstelle zwischen den ASICs 52 und dem Boden 45 der Tragestruktur 43 verbessert die vertikale Integration des Wärmeflusses durch das Bauelement 40. Wärme von dem Spiegel-Array 22 sowie insbesondere von den ASICs 52 kann hierbei direkt, das heißt im Wesentlichen in Richtung der Flächennormalen 41, zum Boden 45 der Tragestruktur 43 und durch diesen abgeleitet werden.
Im Folgenden werden weitere Details des optischen Bauelements 40, insbesondere der Leiterplatte 56 und deren Anordnung und Verbindung mit dem MOEMS, insbesondere mit der Trage-Struktur 43 und/oder dem Spiegel-Array 22 beschrieben.
Die Leiterplatte 56 ist auf der Rückseite 49 des das Spiegel-Array 22 und die Tragestruktur 43 umfassenden MOEMS 73 angeordnet. Die Leiterplatte 56 ist insbesondere mit dem MOEMS 73 mittels einer Klebschicht 62 verklebt. Die Klebschicht 62 kann thermisch leitend ausgebildet sein.
Anstelle der Klebschicht 62 kann auch ein alternatives Mittel zur Verbindung der Leiterplatte 56 mit dem MOEMS 73 vorgesehen sein. Die Leiterplatte 56 ist insbesondere kraftschlüssig mit dem MOEMS 73 verbunden.
Die Leiterplatte 56 ist insbesondere fest mit dem MOEMS 73 verbunden. Die Leiterplatte 56 ist vorzugsweise dicht, insbesondere vakuumdicht mit dem MOEMS 73 verbunden.
Die Leiterplatte 56 ist mittels Drahtbond-Kontakten 63 mit dem MOEMS 73, insbesondere mit den Kontakt-Elementen 50 elektrisch leitend verbunden.
Die Leiterplatte 56 ist aus Keramik. Sie ist insbesondere aus einer Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (englisch: Low Temperature Cofired Ceramics, LTCC). Andere Materialien sind ebenso möglich.
Die Leiterplatte 56 ist mehrlagig ausgebildet. Sie umfasst mindestens 2, insbesondere mindestens 4, insbesondere mindestens 8, insbesondere mindestens 12, insbesondere mindestens 16 Lagen. Jede der Lagen kann eine Vielzahl von Leiterbahnen umfassen. Die Anzahl der Leiterbahnen je Lage beträgt insbesondere mindestens 2, insbesondere mindestens 5, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100. Die Anzahl der Leiterbahnen kann auch wesentlich höher sein. Sie ist prinzipiell lediglich durch die geometrischen Abmessungen der Leiterplatte 56 limitiert.
Die Leiterplatte 56 weist in Richtung der Flächennormalen 41 eine Dicke d_L von mindestens 0,5 mm auf. Die Dicke d_L der Leiterplatte 56 kann insbesondere mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 1,5 mm, insbesondere mindestens 2 mm betragen. Die Dicke d_L der Leiterplatte 56 kann bis zu 3 mm, insbesondere bis zu 5 mm, insbesondere bis zu 10 mm betragen.
Die Leiterplatte 56 bildet eine seitliche Begrenzung eines Hohlraums 64. Der Hohlraum 64 dient der Aufnahme weiterer Bauelemente, insbesondere elektronischer Bauelemente. Der verbleibende Platz im Hohlraum 64 kann mit einem Füllstoff 65 ausgefüllt sein. Der verbleibende Platz im Hohlraum 64 kann insbesondere teilweise oder vollständig mit dem Füllstoff 65 ausgefüllt insbesondere ausgegossen sein.
Das Auffüllen des Hohlraums 64 mit dem Füllstoff 65 kann zu einem verbesserten thermischen Kontakt des MOEMS 73, insbesondere der Tragestruktur 43 und/oder das Spiegel-Arrays 22 mit der Abdeckung 66 führen. Es kann außerdem zu einer mechanischen Stabilisierung der Bonddrähte führen. Außerdem kann es zu einer verbesserten elektrischen Isolierung der Bonddrähte führen.
Der Hohlraum 64 ist endseitig offen. Er grenzt direkt an die Rückseite 49 des MOEMS 73, insbesondere der Tragestruktur 43. Der Hohlraum 64 wird somit auf einer Seite vom MOEMS 73 begrenzt.
Auf der dem MOEMS 73 gegenüberliegenden Seite ist der Hohlraum 64 von einer Abdeckung 66 begrenzt. Der Hohlraum ist insbesondere von der Abdeckung 66 abgeschlossen, insbesondere dicht, insbesondere vakuumdicht abgeschlossen. Als Abdeckung 66 dient beispielsweise eine Metallplatte. Andere Materialien sind ebenso denkbar. Die Abdeckung 66 kann insbesondere aus einem ferromagnetischem Material sein und/oder ferromagnetische Elemente aufweisen. Dies erleichtert die Anordnung des optischen Bauelements 40 auf einer Grundplatte 59. Auf der Abdeckung 66 können außerdem in den Figuren nicht dargestellte mechanische Halteelemente angeordnet sein.
Die Leiterplatte 56 weist seitliche Kontakte 67 auf. Die seitlichen Kontakte 67 sind als aufgeschnittene, insbesondere als halbierte VIAs ausgebildet. Die seitlichen Kontakte 67 sind insbesondere selbstzentrierend ausgebildet. Sie weisen insbesondere einen konkaven, insbesondere einen kreisbogenabschnittförmigen Querschnitt auf.
Die seitlichen Kontakte 67 können jeweils paarweise auf einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 56 angeordnet sein.
Das MOEMS 73 steht seitlich, das heißt in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 über die Leiterplatte 56 über. Der Überstand liegt im Bereich von 1 mm bis 5 cm, insbesondere im Bereich von 3 mm bis 3 cm.
Zur Kontaktierung der seitlichen Kontakte 67 des optischen Bauelements 40, insbesondere der Leiterplatte 56, sind Kontaktfedern 68 vorgesehen. Die Kontaktfedern 68 sind ihrerseits elektrisch leitend mit einer Verbindungs-Leiterplatte 69 verbunden. Die Kontaktfedern 68 können zur mechanischen Stabilisierung des optischen Bauelements 40 beitragen. Sie können auch fest mit den seitlichen Kontakten 67 verbunden, insbesondere mit diesen verklebt, verlötet oder verschweißt sein. Die Verbindungs-Leiterplatten 69 können jeweils paarweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des optischen Bauelements 40 angeordnet sein. Das optische Bauelement kann insbesondere zwischen paarweise angeordneten Kontaktfedern 68 klemmend gehalten sein. Es ist insbesondere auch möglich, Verbindungs-Leiterplatten 69 mit Kontaktfedern 68 auf allen vier Seiten der Leiterplatte 56 anzuordnen. Hierdurch wird eine besonders sichere Fixierung des Bauelements 40 ermöglicht. Die Kontaktfedern 68 dienen primär der elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte 56. Die mechanische Befestigung des optischen Bauelements 40 erfolgt insbesondere über die Abdeckung 66. Prinzipiell ist es auch möglich, dass die Kontaktfedern 68 zur mechanischen Befestigung des optischen Bauelements 40 beitragen.
Die Verbindungs-Leiterplatten 69 mit den Kontaktfedern 68 können Bestandteile der Grundplatte 59 bilden. Sie sind insbesondere mit der Grundplatte 59 mechanisch verbunden.
Wie in der 2 schematisch angedeutet ist, können die Verbindungs-Leiterplatten 69 mit den Kontaktfedern 68 auch zwischen zwei optischen Bauelementen 40 angeordnet sein. Sie können in diesem Fall im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer parallel zur Flächennormalen 41 verlaufenden Mittelebene ausgebildet sein. Sie können insbesondere paarweise auf einander gegenüberliegenden Seiten angeordnete Kontaktfedern 68 aufweisen.
In den 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform des optischen Bauelements 40 und dessen Kontaktierung mittels der Kontaktfedern 68 dargestellt. Der prinzipielle Aufbau des in den 4 und 5 dargestellten optischen Bauelements 40 entspricht dem des in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das MOEMS 73 lediglich das Spiegel-Array 22. Auf eine Tragestruktur 43 kann verzichtet werden. Dies ist auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 möglich. Das Spiegel-Array 22 kann auf seiner Rückseite 48 abgedichtet werden, insbesondere mittels einer in den Figuren unschematisch dargestellten Zwischenschicht 74. Die Zwischenschicht 74 bildet einen Bestandteil des Spiegel-Arrays 22.
Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind elektronische Bauteile 70, beispielsweise Kondensatoren, Sensoren, ASICs, Spannungsregler aktive Kühlelemente, insbesondere Peltierelemente, und/oder weitere Komponenten im Hohlraum 64 angeordnet. Die elektronischen Bauteile 70 sind ihrerseits auf einer Leiterplatte 71 angeordnet. Die elektronischen Bauteile 70 sind über Leiterbahnen 72 mit einem oder mehreren der seitlichen Kontakte 67 elektrisch leitend verbunden. Die Kühlelemente (in den Figuren nicht dargestellt) sind thermisch leitfähig mit dem MOEMS und/oder den elektronischen Bauteilen verbunden und dienen deren Kühlung.
Die Anordnung der elektronischen Bauteile 70 im Hohlraum 64 ermöglicht es, die elektronischen Bauteile 70 näher am MOEMS 73 anzuordnen. Dies führt zu verbesserten elektrischen Eigenschaften, beispielsweise einem niedrigeren Versorgungswiderstand. Außerdem kann die Komplexität des MOEMS 73 durch Anordnung von elektronischen Bauteilen 70 im Hohlraum 64 reduziert werden.
Wie in 6 schematisch dargestellt ist, können zur elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Leiterplatte 56 und dem MOEMS 73, insbesondere der Tragestruktur 43 und/oder dem Spiegel-Array 22 anstelle von Drahtbond-Kontakten auch Wende-Kontakte 72 (englisch: Flip-Chip-Contacts) vorgesehen sein. Auch Kombinationen mit Wende-Kontakt 72 und Drahtbond-Kontakten 63 sind möglich.
Grundsätzlich können die einzelnen Details der in den Figuren schematisch dargestellten und vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombiniert werden.
Das Bauelement 40 bildet eine in sich abgeschlossene, funktionale Einheit. Es bildet insbesondere einen Bestandteil einer optischen Baugruppe 65, insbesondere eines Facettenspiegels 13, 14 der Beleuchtungsoptik 4 der Projektionsbelichtungsanlage 1. Prinzipiell kann die Baugruppe 65 auch ein Bestandteil der Projektionsoptik 7 der Projektionsbelichtungsanlage 1 sein. Die Baugruppe 65 kann weitere Bestandteile, beispielsweise einen Träger, insbesondere in Form der Grundplatte 59 aufweisen. Die Grundplatte 59 bildet ein mechanisch tragendes Element für die optischen Bauelemente 40. Sie weist eine Größe und Form auf, welche innerhalb der Möglichkeiten der Werkstoffbearbeitung des Materials der Grundplatte 59, insbesondere der Metallbearbeitung, frei gewählt werden können. Des Weiteren dient die Grundplatte 59 der Kühlung der optischen Bauelemente 40.
Die Bauelemente 40 sind auf der Grundplatte angeordnet. Sie sind insbesondere auf der Grundplatte 59 fixiert. Aufgrund des modularen Aufbaus der Bauelemente 40 ist es möglich, eine prinzipiell beliebige Anzahl Bauelemente 40 auf der Grundplatte 59 anzuordnen. Die Anzahl und Anordnung der Bauelemente 40 ist lediglich durch die Abmessungen der Grundplatte 59 beschränkt. Allgemein beträgt die Anzahl der optischen Bauelemente 40 der Baugruppe 65 mindestens 1, insbesondere mindestens 5, insbesondere mindestens 16, insbesondere mindestens 64, insbesondere mindestens 256. Die Bauelemente 40 sind insbesondere derart auf der Grundplatte 59 angeordnet, dass sie einen vorbestimmten Bereich auf der Grundplatte 59 im Wesentlichen lückenlos parkettieren. Die Bauelemente 40 sind insbesondere dicht gepackt auf der Grundplatte 59 angeordnet. Benachbarte Bauelemente 40 sind mit einem Abstand d zueinander auf der Grundplatte 59 angeordnet. Der Abstand d benachbart angeordneter Bauelemente 40 beträgt insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 500 μm, insbesondere höchstens 300 μm, insbesondere höchstens 200 μm, insbesondere höchstens 100 μm, insbesondere höchstens 50 μm. Der Abstand d zweier benachbart angeordneter Bauelemente 40 ist insbesondere höchstens so groß wie der laterale Overhead eines einzelnen Bauelements 40. Aufgrund der vertikalen Integration der einzelnen Bauelemente 40 ist es somit möglich, eine im Wesentlichen beliebig geformte, insbesondere beliebig große Gesamt-Spiegelfläche durch Anordnung der Bauelemente 40 auf der Grundplatte 59 herzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Bauelemente 40 einzeln oder in Gruppen austauschbar, insbesondere zerstörungsfrei austauschbar, auf der Grundplatte 59 angeordnet. Alternativ hierzu ist es möglich, die Bauelemente 40 fest mit der Grundplatte 59 zu verbinden. Sie können beispielsweise mittels einer in den Figuren nicht dargestellten Klebeschicht mit der Grundplatte 59 verbunden sein. Hierdurch kann insbesondere die Wärmeleitung zwischen den Bauelementen 40 und der Grundplatte 59 noch weiter verbessert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011006100 A1 [0002, 0011, 0054, 0056]
EP 2013/052/924 [0002]
EP 2013/052924 [0011]
EP 1225481 A [0041]
WO 2010/049076 A2 [0057, 0070]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Baugruppentechnologie der Elektronik-Montage“ (Herausgeber: Wolfgang Scheel, 2. Auflage, Verlag Technik, Berlin, 1999) [0071]

Claims

Optisches Bauelement (40) umfassend 1.1. mindestens ein mikro-opto-elektromechanisches System (MOEMS) (73) mit 1.1.1. einer Vorderseite und 1.1.2. einer Rückseite, und 1.2. mindestens einer Leiterplatte (56), 1.3. wobei die mindestens eine Leiterplatte (56) auf der Rückseite des mindestens einen MOEMS (73) angeordnet ist.
Optisches Bauelement (40) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterplatte (56) mehrlagig ausgebildet ist.
Optisches Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterplatte (56) eine seitliche Begrenzung eines Hohlraums (64) bildet.
Optisches Bauelement (40) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (64) auf einer Seite von dem mindestens einen MOEMS (73) begrenzt wird.
Optisches Bauelement (40) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (64) von einer Abdeckung (66) vakuumdicht begrenzt wird.
Optisches Bauelement (40) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (64) elektrische Bauteile und/oder Kühlelemente (70) angeordnet sind.
Optisches Bauelement (40) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (64) zumindest teilweise mit einem Füllmaterial ausgefüllt ist.
Optisches Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Kontakte (67) als Durchkontaktierungen (vertical interconnect accesses, VIAs) ausgebildet sind.
Optisches Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Kontakte (67) führende Eigenschaften besitzen.
Optisches Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leiterplatte (56) mittels Drahtbond-Kontakten (63) und/oder Wende-Kontakten (englisch: Flip-Chip-Kontakten) (72) und/oder anderer Bond-Kontakten elektrisch mit dem mindestens einen MOEMS (73) verbunden ist.
Facettenspiegel (13, 14) für eine Beleuchtungsoptik (4) einer Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend mindestens ein optisches Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Beleuchtungsoptik (4) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend mindestens ein optisches Bauelement (40) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10.
Beleuchtungssystem (2) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend 13.1. eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 12 und 13.2. eine Strahlungsquelle (3).
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie umfassend 14.1. eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 12 und 14.2. eine Projektionsoptik (7) zur Projektion eines Objektfeldes (5) in ein Bildfeld (8).
Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, – Bereitstellen eines Retikels, das abzubildende Strukturen aufweist, – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) gemäß Anspruch 14, – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht des Substrats mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
Bauelement hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 15.