DE10062786A1 - System zur Dämpfung von Schwingungen - Google Patents

Abstract

Bei einem System zur Dämpfung von Schwingungen werden die Schwingungen, auf die ein optisches Element (1) in einer Abbildungsvorrichtung, insbesondere auf deformationsentkoppelte Fassungen (2, 2', 6) und Manipulatoren in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie, wirkt, durch in das optische Element integrierte Sensoren (3) detektiert und in Form eines adaptronischen Regelkreises werden durch Aktivierung von piezoelektrischen Elementen als Aktuatoren (4) den durch die Schwingungen eingebrachten Eigenfrequenzen entgegengesetzt wirkende Frequenzen eingeleitet oder durch auf den Manipulator oder die Fassungen (2, 2', 6) wirkende Deformationen durch von den Aktuatoren (4) bewirkte entgegengerichtete Deformationen gedämpft.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Dämpfung von Schwingun­ gen, die auf ein optisches Element in einer Abbildungsvorrich­ tung, insbesondere auf deformationsentkoppelte Fassungen und Manipulatoren in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbeson­ dere in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Litho­ graphie, wirken.

Insbesondere in der Halbleiter-Lithographie werden sehr hohe Abbildungsgenauigkeiten gefordert, wobei in die Projektionsbe­ lichtungsanlage bzw. deren Strukturen eingebrachte Schwingungen sich sehr nachteilig auf die gesamte Optik und damit auf die Abbildungsgenauigkeit auswirken.

Um von außen einwirkende Kräfte und Deformationen von den opti­ schen Elementen, wie z. B. Linsen, fernzuhalten ist es bekannt, die optischen Elemente deformationsentkoppelt mit äußeren Strukturen, wie z. B. einer Außenfassung, zu verbinden. Zwangs­ läufig sind derartige deformationsentkoppelte optische Elemente an den Verbindungsstellen mit der äußeren Struktur relativ weich. Dies bedeutet, die Eigenfrequenzen werden niedriger, womit die Gefahr besteht, daß die optischen Elemente durch von außen angeregte Schwingungen, z. B. von Maschinenfrequenzen, anfangen zu vibrieren, was sich wiederum negativ auf die Bild­ qualität der Belichtung auswirkt. Aus diesem Grund war man bis­ her stets bemüht einen Kompromiß zwischen einer guten Deforma­ tionsentkoppelung und einer zwangsweise erforderlichen minimale Steifigkeit zu wählen, damit das optische Element nicht in Schwingungen gerät.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sy­ stem zu schaffen, mit welchem eine möglichst hohe Deformation­ sentkoppelung mit entsprechend weichen Lager- bzw. Verbindungs­ stellen erreicht wird, ohne daß sich jedoch von außen einwir­ kende Schwingungen negativ auf das optische Element auswirken.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 ge­ nannten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß werden nun von Sensoren Schwingungen detek­ tiert, wonach piezoelektrische Elemente als Aktuatoren in Ver­ bindung mit einem adaptronischen Regelkreis derart aktiviert werden, daß entgegengesetzt gerichtete Wellen von den Aktuato­ ren sowohl hinsichtlich Amplitude als auch Frequenz derart ak­ tiviert werden, daß praktisch die von außen eingebrachten Schwingungen, insbesondere Hauptschwingungen oder Deformationen vollständig oder wenigstens weitgehend eliminiert werden. Selbstverständlich wird man aufgrund der zahlreichen Möglich­ keiten im allgemeinen keine vollständige Auslöschung aller Schwingungen erreichen, aber man kann wenigstens für eine sehr starke Dämpfung sorgen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird man die piezoelektrischen Elemente als Aktuatoren in Form von dünnen Platten, Folien oder Schichten vorsehen, weil sie auf diese Weise optimal in die Struktur integriert werden können.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß auch als Sensoren piezoelektrische Elemente, vor­ zugsweise ebenfalls in Form von dünnen Platten, Folien oder Schichten, vorgesehen werden.

Mit besonderem Vorteil läßt sich die Erfindung für deformati­ onsentkoppelte Fassungen und Manipulatoren verwenden. In diesem Fall wird man an einen fixen bzw. stationären Außenring ent­ sprechend Sensoren über den Umfang verteilt vorsehen und in oder an einem beweglich mit dem Außenring verbundenen Innenring oder dem optischen Element, ebenfalls über den Umfang verteilt, piezoelektrische Elemente als Aktuatoren.

Ordnet man dabei die Sensoren und Aktuatoren im Bereich von Gelenkstellen an, so lassen sich gezielt von außen über die Außenfassung eingeleitete Schwingungen oder Deformationen beim Übergang zum Innenring mit entsprechend aktivierten Aktuatoren bekämpfen.

Wenn man in einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch die Sen­ soren als piezoelektrische Elemente ausbildet, so lassen sich aufgrund der auftretenden Deformationen an den Gelenkstellen und damit von auftretenden Längenänderungen der Sensoren sehr exakt die eingeleiteten Schwingungen detektieren und entspre­ chend entgegengesetzt wirkende Schwingungen erzeugen.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 ausschnittsweise eine Draufsicht auf eine Linse als optisches Element mit einer Fassung,

Fig. 2 ausschnittsweise die Draufsicht auf eine Linse als optisches Element mit einer deformationsentkoppelten Fassung,

Fig. 3 eine andere Ausgestaltung eines Festkörpergelenkes entsprechend dem gestrichelten Kreisausschnitt von Fig. 2, und

Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung eines Festkörpergelenkes entsprechend dem gestrichelten Kreisausschnitt von Fig. 2.

In der Fig. 1 ist nur schematisch und ausschnittsweise eine Linse 1 als optisches Element dargestellt, welche auf nicht näher dargestellte Weise in einer Fassung 2 gelagert ist. Über den Umfang verteilt sind in nicht näher dargestellter Weise Sensoren 3 und Aktuatoren 4 angeordnet. Sowohl die Sensoren 3 als auch die Aktuatoren 4 sind piezoelektrische Elemente in Form von dünnen Platten, Folien oder Schichten und auf diese Weise in die Struktur integriert. Von den Sensoren 3 detektier­ te Schwingungen werden über Steuerleitungen 9 in einen nicht näher dargestellten Rechner 5 mit Auswerteeinheit eingegeben, in welchem nach Auswertung der Ergebnisse der Sensoren 3 in einem adaptronischen geschlossenen Regelkreis über Steuerlei­ tungen 10 die Aktuatoren 4 derart aktiviert werden, daß den eingebrachten Frequenzen entgegengesetzt wirkende Frequenzen in der Fassung 2 wirken.

Die Sensoren 3 können auch die auf die Fassung 2 wirkenden De­ formationen detektieren, wonach über die Recheneinheit 5 die Aktuatoren 4 entgegen gerichtete Deformationen erzeugen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel bzw. ein bevorzugtes Ein­ satzgebiet für das System zur Dämpfung von Schwingungen sind deformationsentkoppelte Fassungen, wie dies ausschnittsweise in der Fig. 2 dargestellt worden ist. Deformationsentkoppelte Fassungen sind grundsätzlich bekannt, weshalb hierauf nicht näher eingegangen wird. Beispielsweise wird hierzu auf die DE 199 08 554 und die P 199 01 295 verwiesen.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ist die Linse 1 in einer In­ nenfassung 6 gelagert, welche über schmale Verbindungsstege in Form von Festkörpergelenken 7 mit einer Außenfassung 2' verbun­ den ist. Hierzu sind mehrere Festkörpergelenke 7 über den Um­ fang verteilt zwischen der Außenfassung 2' und der Innenfassung 6 angeordnet. Die Außenfassung 2' und die Innenfassung 6 sind einstückig und zur Herstellung einer deformationsentkoppelten Verbindung bis auf die Festkörpergelenke 7 durch einen Rings­ palt 8 voneinander getrennt. Im Bereich der Unterbrechungen des Ringspaltes 8, nämlich der Festkörpergelenke 7, weist der Ringspalt 8 jeweils sich in radialer Richtung nach außen er­ streckende Spaltfortsätze 8' auf, welche jeweils zu beiden Sei­ ten der Festkörpergelenke 7 liegen. Einer der beiden Spaltvor­ sätze 8' ist dabei noch nach innen in Richtung zu dem optischen Element 1 hin verlängert und mit einer wenigstens annähernd in Umfangsrichtung verlaufenden Erweiterung 8" versehen. Auf die­ se Weise ergeben sich für die Festkörpergelenke 7 jeweils zu beiden Seiten L-förmige Spalten. In diese L-förmigen Spalten werden somit sich gegenüberliegend abwechselnd Sensoren 3 und Aktuatoren 4 eingesetzt. Die Sensoren 3 und die Aktuatoren 4 sind als Folien aufgebracht und werden in gleicher Weise wie in Fig. 1 mit einer Recheneinheit 5 (in der Fig. 2 nicht darge­ stellt) verbunden. Von den Sensoren 3 detektierte Schwingungen bzw. Dämpfungen, welche in den Festkörpergelenken 7 auftreten und damit über die Festkörpergelenke 7 auf den Innenring 6 und so auf die Linse 1 weiter übertragen werden würden, werden über die Steuerleitungen 9 in den Rechner 5 eingegeben und dort über die Steuerleitungen 10 an die Aktuatoren 4 weiter gegeben.

Wenn auf diese Weise über die entsprechend aktivierten Aktuato­ ren 4 "Gegenfrequenzen" oder "Gegendeformationen" erzeugt wer­ den, so kommt es praktisch zu einer Aufhebung der Schwingungen bzw. Deformationen in den Festkörpergelenken 7. Dies bedeutet, man kann gegebenenfalls eine noch stärkeren Deformationsentkop­ pelung durch entsprechend "weichere" Festkörpergelenke 7 errei­ chen ohne die Gefahr von Schwingungen oder Vibrationen für die Linse 1.

Je nach den auftretenden Schwingungen bzw. Deformationen ist es gegebenenfalls erforderlich nicht nur einen sondern mehrere adaptronische Regelkreise vorzusehen. Die Anzahl und die Anord­ nung der Sensoren 3 und Aktuatoren 4 ist dabei abhängig von der jeweiligen Konstruktion.

Anstelle eines Festkörpergelenkes 7 mit L-förmigen Spalten, sind selbstverständlich auch noch andere Ausführungsformen mög­ lich, die sich zur Anbringung von Sensoren 3 und Aktuatoren 4 eignen, um von außen eingebrachte Schwingungen wenigstens weit­ gehend zu eliminieren.

In der Fig. 3 ist entsprechend dem gestrichelten Kreisaus­ schnitt von der Fig. 2 eine Ausgestaltung dargestellt, wobei das Festkörpergelenk zwischen der Außenfassung 2' und der In­ nenfassung durch einen einfachen Steg 7' gebildet ist, der sich in radialer Richtung erstreckt. Beidseits des Steges befinden sich in diesem Falle die Spalten 8'. Anstelle eines rein radia­ len Verlaufes des Steges 7 als Festkörpergelenk können selbst­ verständlich auch Stege verwendet werden, die gegenüber der radialen Richtung geneigt sind. In diesem Fall verlaufen selbstverständlich auch die Spalten 8' nicht im rechten Winkel, sondern schräg.

Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung eines Festkörpergelenkes 7", welches eine x-Form bildet mit seitlich daneben liegenden Spal­ ten 8' und zwei Aussparungen 8''' zwischen den Stegen.

In beiden Fällen befinden sich die Sensoren 3 und Aktuatoren 4 wiederum seitlich an den Stegen in den Spalten 8'. Bei dem Aus­ führungsbeispiel nach der Fig. 4 können gegebenenfalls auch noch Sensoren 3 und/oder Aktuatoren 4 auf der Innenseite der Stege in den Aussparungen 8''' angeordnet sein.

Zwischen der Außenfassung 2' und der Innenfassung 6 können im Bereich der Festkörpergelenke 7 oder auch an anderer Stelle Manipulatoren 11 vorgesehen sein (siehe gestrichelte Andeutung in Fig. 2) durch die Lageänderungen der Innenfassung und damit der Linse 1 möglich werden. Die erfindungsgemäßen Sensoren 3 und Aktuatoren 4 können auch auf oder über die Manipulatoren 11 wirken.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die piezoelektrischen Elemente in zweifacher Hinsicht benutzt, nämlich zum einen füh­ ren auftretende Schwingungen bzw. Deformationen zu Längenände­ rungen der in Form von dünnen Platten, Folien oder Schichten vorhandenen piezoelektrischen Elemente, die sich damit nach Art eines Dehnmeßstreifens entsprechend verbiegen. Diese Änderungen der piezoelektrischen Elemente erzeugen bekanntlich Spannungen, welche in dem Rechner 5 entsprechend detektiert und ausgewertet werden. Bei dem Einsatz als Aktuatoren wird die umgekehrte Wir­ kung der piezoelektrischen Elemente verwendet; in diesem Fall werden über die Steuerleitungen 10 den piezoelektrischen Ele­ menten Spannungen auferlegt, welche zu entsprechenden Längenän­ derungen bzw. Verbiegungen der piezoelektrischen Elemente führen. Diese Änderungen der piezoelektrischen Elemente initiieren damit Schwingungen bzw. Deformationen in die angrenzende Struk­ tur. Werden nun diese Schwingungen oder Deformationen entspre­ chend so geregelt, daß sie den von außen auf die Struktur ein­ gebrachten Störschwingungen entgegengesetzt gerichtet sind, so erfolgt eine erhebliche Dämpfung, wenn nicht sogar eine weitge­ hende Auslöschung der Störfrequenzen.

Claims (11)

1. System zur Dämpfung von Schwingungen, die auf ein optisches Element in einer Abbildungsvorrichtung, insbesondere auf deformationsentkoppelte Fassungen und Manipulatoren in ei­ ner Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie, wir­ ken, wobei auftretende Schwingungen oder Deformationen durch in das optische Element integrierte Sensoren detek­ tiert und in Form eines adaptronischen Regelkreises durch Aktivierung von piezoelektrischen Elementen als Aktuatoren (4) den durch die Schwingungen oder Deformationen einge­ brachten Eigenfrequenzen entgegengesetzt wirkende Frequen­ zen eingeleitet oder durch auf den Manipulator oder die Fassungen wirkende Deformationen durch von den Aktuatoren (4) bewirkte entgegengerichtete Deformationen gedämpft wer­ den.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente als Aktuatoren (4) in Form von dünnen Platten, Folien oder Schichten in das optische Ele­ ment integriert sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren (3) ebenfalls piezoelektrische Elemente vorge­ sehen sind.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente als Sensoren (3) in Form von dünnen Platten, Folien oder Schichten vorgesehen sind.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoren (3) und die Aktuatoren (4) ab­ wechselnd oder sich schwingungsmäßig gegenüberliegend ange­ ordnet sind.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Verwendung der Sensoren (3) und Aktuatoren (4) für deformationsentkoppelte Fassungen mit ei­ nem fixen Außenring (2') und einem gegenüber dem Außenring (2') beweglichen Innenring (6) die Sensoren (3) und Aktua­ toren (4) zwischen dem Innenring (4) und dem Außenring (2') angeordnet sind.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verbindung des Außenringes (2') mit dem Innenring (6) über Gelenkstellen (7) Sensoren (3) und Aktuatoren (4) beidseits der Gelenkstellen (7) angeordnet sind.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkstellen als Festkörpergelenke (7) ausgebildet sind und das Außenring (2') und Innenring (6) einstückig ausge­ bildet sind.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (7) wenigstens annähernd L-förmig ausge­ bildet sind.

10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (7') als Stege ausgebildet sind, die sich in radialer Richtung oder geneigt dazu zwischen Innenring (6) und Außenring (2') erstrecken (Fig. 3).

11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpergelenke (7") wenigstens annähernd x-förmig aus­ gebildet sind (Fig. 4).