DE10100546A1 - Vorrichtung zur Verstellung eines optischen Elementes in einem Objektiv - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Verstellung eines optischen Elementes in einem Objektiv, insbesondere einer Linse (1) in einem Projektionsobjektiv (2) für die Halbleiter-Lithographie zum Erzeugen von Kippbewegungen mit wenigstens einem Aktuator, ist das optische Element (1) über elastische Verbindungsglieder (14) direkt oder indirekt über eine Innenfassung (3) mit einer Außenfassung (4) verbunden. Die elastischen Verbindungsglieder (14) oder der wenigstens eine Aktuator sind jeweils mit Lagerbrücken (5) versehen, welche Auflagestellen (7) für eine Verbindung mit dem optischen Element (1) oder mit der Innenfassung (3) und mit den Auflagestellen (7) verbundene Brückenarme (6a, 6b) aufweisen. Die Brückenarme (6a, 6b) sind mit piezokeramischen Elementen (8) in Platten- oder Folienform versehen, die bei Aktivierung Längenänderungen erfahren. Die piezokeramischen Elemente (8) der verschiedenen Lagerbrücken (5) sind einzeln oder gemeinsam aktivierbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung eines optischen Elementes in einem Objektiv nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Insbesondere in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiter- Lithographie sind die optischen Elemente, wie z. B. Linsen, äu­ ßerst präzise zu justieren. Zur genauen Einstellung sind auch Manipulatoren bzw. Aktuatoren erforderlich, die das optische Element im µ-Bereich verschieben und im µm-rad-Bereich verkip­ pen können.

Hierzu ist es bereits aus der DE 199 05 779 bekannt, Innenfas­ sung und Außenfassung einer Linse über elastische Verbindungs­ glieder miteinander zu verbinden. Durch Justierelemente mit mehreren Koppeln sind Kippungen des optischen Elementes ein­ stellbar.

In der EP 1 035 426 A1 ist ebenfalls bereits eine Vorrichtung zum Verschieben eines optischen Elementes beschrieben, wobei ein Haltering über elastische Festkörpergelenke mit einem Stützring verbunden ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der mit hochgenau operierenden Manipulatoren bzw. Aktuatoren Kippungen eines optischen Elementes im µm-rad-Bereich und gegebenenfalls Verschiebungen in z-Richtung durchgeführt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elastischen Ver­ bindungsglieder und deren Betätigung über die hochempfindlich bzw. sehr feinfühlig agierenden piezokeramischen Elemente als Aktuatoren lassen sich Kippungen im µm-rad-Bereich durchführen. Wenn alle piezokeramischen Elemente gemeinsam aktiviert werden, lassen sich z-Verschiebungen des optischen Elementes im µm-Be­ reich durchführen.

Bei der erfindungsgemäßen Verstellung wird von dem Effekt Ge­ brauch gemacht, daß sich piezokeramische Elemente in ihrer Form, insbesondere in ihrer Länge, ändern, wenn sie elektrisch beaufschlagt werden. Wird an die piezokeramischen Elemente eine entsprechende Spannung angelegt, so biegen sich entsprechend die Brückenarme durch oder längen sich, was zu einer Hebe- oder Senkbewegung der dazugehörigen Auflagestelle führt. Über die Verbindung der Auflagestelle mit dem optischen Element wird dieses dadurch ebenfalls angehoben oder abgesenkt. Wird dies nicht an allen Auflagestellen gleichmäßig am Umfang durchge­ führt, so führen einzelne Heb- oder Senkbewegungen der Auflage­ stellen zu einem Verkippen des optischen Elementes. Bei einer gleichförmigen und gleichzeitigen Aktivierung aller piezokera­ mischen Elemente findet eine Verschiebung des optischen Elemen­ tes in z-Richtung statt.

Werden die Brückenarme geneigt bzw. schräg angeordnet, dann wird eine steifere Anbindung in z-Richtung erreicht, da damit eine Kraftableitung über die schrägen Brückenarme möglich wird. Mit horizontalen bzw. quer zur z-Richtung angeordneten Brücken­ armen wird hingegen eine sehr geringe Steifigkeit mit einer entsprechenden Entkoppelung gegenüber von außen einwirkenden Störkräften erreicht. Allerdings ist in diesem Falle die ent­ sprechend niedrigere Schwelle bezüglich Eigenfrequenzen zu be­ achten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann dar­ in bestehen, daß die Auflagestellen mit Einschnürungen versehen sind.

Durch die Einschnürung an den Auflagestellen läßt sich eine bessere Entkoppelung von Störbewegungen erreichen, die von außen einwirken.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung im Halbschnitt;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Aus­ gestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Lagerbrücke mit horizontalen Lagerarmen; und

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Lagerbrücke mit geneigten Lagerarmen.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbei­ spielen beschrieben.

Gemäß Fig. 1 ist eine Linse 1 in einem nur andeutungsweise und gestrichelt dargestellten Objektiv 2 für die Halbleiter- Lithographie angeordnet. Die Linse 1 ist in einer Innenfassung 3 in einer nicht näher dargestellten Weise gelagert. Zwischen der Innenfassung 3 und einer Außenfassung 4, über die die Linse 1 mit dem Gehäuse des Objektives 2 verbunden ist, sind drei über den Umfang mit einem Abstand von 120° verteilte Lagerbrüc­ ken 5 angeordnet. Jede Lagerbrücke 5 weist, wie aus der vergrö­ ßerten Darstellung in der Fig. 3 ersichtlich ist, zwei Brüc­ kenarme 6a und 6b auf, mit einer dazwischen liegenden Auflage­ stelle 7 in Form eines Sockels. Jeweils auf der Oberseite eines Brückenarmes 6a bzw. 6b befindet sich ein piezokeramisches Ele­ ment 8 in Folienform. In gleicher Weise können auf den Unter­ seiten der Brückenarme 6a und 6b ebenfalls piezokeramische Elemente 8 in Folienform angeordnet sein, wie dies in der Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist.

Die Auflagestelle 7 einer Lagerbrücke 5 ist über eine Schraub­ verbindung mit einer Schraube 9 mit der Innenfassung 3 verbun­ den, während Auflagen 10 der Brückenarme 6a bzw. 6b ebenfalls über eine Schraubverbindung mit einer Schraube 11 mit der Au­ ßenfassung 4 verbunden sind (zur Schraubverbindung siehe Fig. 1).

Wird den piezokeramischen Elementen 8 eine Spannung auferlegt, so erfahren diese eine positive Längenänderung von Δl, wobei der ferroelektrische Effekt (Piezoeffekt) vorzugsweise so ge­ wählt wird, daß die Längenänderung in Längsrichtung der Brüc­ kenarme 6a und 6b größer ist als in Querrichtung. Aufgrund der festen Einspannung der Auflagen 10 der Brückenarme 6a bzw. 6b in der Außenfassung 4 kommt es zu Verbiegungen der Brückenarme 6a bzw. 6b in Pfeilrichtung und zwar - in Abhängigkeit von der Aktivierung der piezokeramischen Elemente 8 - in Pfeilrichtung nach oben oder nach unten. Auf diese Weise erfährt die Auflage­ stelle 7 eine Verschiebung in Pfeilrichtung nach oben oder nach unten. Aufgrund der Verbindung der Auflagestelle 7 mit der In­ nenfassung 3 führt dies zu einer Kippung des optischen Elemen­ tes 1. Bei einer Betätigung der piezokeramischen Elemente 8 einer Lagerbrücke 5 erfolgt die Kippung um eine Achse, die durch die beiden anderen Lagerbrücken führt.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel stel­ len die Lagerbrücken 5 neben ihrer Funktion als Aktuatoren gleichzeitig auch die elastischen Verbindungsglieder zwischen der Außenfassung 4 und der Innenfassung 3 dar.

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, wobei die Innenfassung 3, ein dazwischen liegender Zwischenring 12 und die Außenfassung 4 einstückig ausgebildet sind und durch Trenn­ schnitte 13 bis auf schmale Übergangsbereiche, die damit als Festkörpergelenke elastische Verbindungsglieder 14 darstellen, voneinander getrennt sind. Dabei befinden sich jeweils zwei elastische Verbindungsglieder 14 um 180° sich gegenüberliegend zwischen der Außenfassung 4 und dem Zwischenring 12 und eben­ falls jeweils zwei sich ebenfalls um 180° gegenüberliegende elastische Verbindungsglieder 14 zwischen dem Zwischenring 12 und der Innenfassung 3. Jeweils um 90° versetzt zu den elasti­ schen Verbindungsgliedern 14 liegen die Lagerbrücken 5 mit ih­ ren beiden Brückenarmen 6a und 6b und der dazwischen liegenden Auflagestelle 7. Die Lagerbrücken 5 und die elastischen Verbin­ dungsglieder 14 zwischen der Außenfassung 4 und dem Zwischen­ ring 12 und zwischen der Innenfassung 3 und dem Zwischenring 12 liegen jeweils um 90° versetzt zueinander. Auf diese Weise ist bei der Betätigung der Lagerbrücken 5 durch eine entsprechende Aktivierung der piezokeramischen Elemente 8 eine Verstellung der Linse 1 sowohl in x- als auch in y-Richtung möglich. So wird bei einer Aktivierung der piezokeramischen Elemente 8 an der in der Zeichnung rechts dargestellten Lagerbrücke 5 eine Verkippung der Linse 1 um die 90° zu der Lagerbrücke 5 liegen­ den elastischen Verbindungsglieder 14 in eine Achse vorgenom­ men. In gleicher Weise erfolgt eine Verkippung der Linse 1 um die andere Achse bei einer Betätigung der piezokeramischen Ele­ mente 8 der links in der Zeichnung dargestellten Lagerbrücke 5. In beiden Fällen heben die entsprechend sich bewegenden Aufla­ gestellen 7 zur Verkippung der Linse 1 entweder den Zwischen­ ring 12 oder die Innenfassung 3 an. In diesem Falle sind die piezokeramischen Elemente 8 im Unterschied zu dem Ausführungs­ beispiel nach der Fig. 1 als Aktuatoren von den elastischen Verbindungsgliedern 14 getrennt. Der Vorteil dieser Ausgestal­ tung ist, daß damit ein eindeutiger Kippunkt gegeben ist und die Kippung um die z-Achse bzw. optische Achse erfolgt, während es bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 zu einem leich­ ten Achsversatz bei einer Kippung kommt.

Die piezokeramischen Elemente 8 können auf vielfältige Weise mit den Brückenarmen 6a und 6b verbunden werden. Eine Möglich­ keit besteht darin, die dünnen Folien auf die Brückenarme 6a, 6b aufzukleben. Auch die Aufbringung über einen Beschichtungs­ vorgang, bei welchem auf das Substrat, in diesem Falle die Brückenarme 6a, 6b, das piezokeramische Element 8 direkt aufgebracht wird bzw. man auf dem Substrat aufwachsen läßt und an­ schließend entsprechend strukturiert oder kontaktiert, ist mög­ lich.

Die Trennschnitte 13 gemäß Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 können z. B. im Erodierverfahren eingebracht werden. Die piezo­ keramischen Elemente 8 können sowohl einzeln, um eine definier­ te Kippbewegung durchzuführen, als auch gemeinsam und in glei­ cher Stärke aktiviert werden. Im letzteren Fall kommt es zu einer Verschiebung der Linse 1 in z-Richtung, d. h. in Richtung der optischen Achse.

In der Fig. 4 ist eine Lagerbrücke 5 dargestellt, die grund­ sätzlich von gleichem Aufbau ist wie die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Lagerbrücke 5. Unterschiedlich ist lediglich, daß die beiden Brückenarme 6a und 6b nicht horizontal bzw. senk­ recht zu den Auflage- und Verbindungsstellen verlaufen, sondern schräg bzw. geneigt und damit auch schräg zur z-Achse liegen, wobei die Auflagestelle 7 sich zwischen den beiden Brückenarmen 6a und 6b befindet und zwar an der höchsten Stelle. Auf diese Weise wird eine höhere Steifigkeit der Anbindung erreicht.

Auch hier können sich die piezokeramischen Elemente 8 als Foli­ en sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite der Brückenarme 6a, 6b befinden. Ebenso wie bei dem Ausführungsbei­ spiel nach der Fig. 3 bewegen sich die Brückenarme 6a, 6b bei einer entsprechenden Aktivierung der piezokeramischen Elemente 8 nach oben oder nach unten. In diesem Falle ist es jedoch auch möglich, sowohl die piezokeramischen Elemente 8 auf den Ober­ seiten als auch auf den Unterseiten zu aktivieren, womit es jeweils zu einer Längung des jeweils dazugehörigen Brückenarmes 6a bzw. 6b kommt, was zu einer nach oben gerichteten Verschie­ bung der Auflagestelle 7 führt.

An den Anbindungsstellen der beiden Brückenarme 6a und 6b zu der sockelartigen Auflagestelle 7 befindet sich jeweils eine Einschnürung 15. Eine weitere Einschnürung befindet sich im mittleren Bereich der Auflagestelle 7 - bezogen auf deren Höhe. Durch die Einschnürungen 15 wird eine bessere Entkopplung von Störbewegungen erreicht, die von außen auf die Linse 1 ein­ wirken.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Verstellung eines optischen Elementes in einem Objektiv, insbesondere einer Linse in einem Projek­ tionsobjektiv für die Halbleiter-Lithographie zum Erzeugen von Kippbewegungen, mit wenigstens einem Aktuator, wobei das optische Element über elastische Verbindungsglieder di­ rekt oder indirekt über eine Innenfassung mit einer Außen­ fassung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ela­ stischen Verbindungsglieder (14) oder der wenigstens eine Aktuator jeweils mit Lagerbrücken (5) versehen sind, welche Auflagestellen (7) für eine Verbindung mit dem optischen Element (1) oder mit der Innenfassung (3) und mit den Auf­ lagestellen (7) verbundene Brückenarme (6a, 6b) aufweisen, wobei die Brückenarme (6a, 6b) mit piezokeramischen Elemen­ ten (8) in Platten- oder Folienform versehen sind, die bei Aktivierung Längenänderungen erfahren, und wobei die piezo­ keramischen Elemente (8) der verschiedenen Lagerbrücken (5) einzeln oder gemeinsam aktivierbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezokeramischen Elemente (8) jeweils auf der Oberseite und/oder der Unterseite eines Brückenarmes (6a, 6b) angeord­ net sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die piezokeramischen Elemente (8) der Oberseite und der Un­ terseite einzeln oder gemeinsam aktivierbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der ferroelektrische Effekt (PCT-Effekt) in Längs­ richtung der Brückenarme (6a, 6b) stärker ausgebildet ist als in Querrichtung.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die piezokeramischen Elemente (8) auf die Brückenarme (6a, 6b) aufgeklebt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die piezokeramischen Elemente (8) mit ei­ nem Beschichtungsvorgang auf die Brückenarme (6a, 6b) aufge­ bracht sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auflagestellen (7) und/oder die An­ bindungsstellen der Brückenarme (6a, 6b) an den Auflagestel­ len (7) mit Einschnürungen (15) versehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Brückenarme (6a, 6b) geneigt sind, wo­ bei die jeweils zwischen zwei Brückenarmen (6a, 6b) liegende Auflagestelle (7) am höchsten Punkt der Neigung liegt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Innenfassung (3), die Außenfassung (4) und gegebenenfalls ein Zwischenring (12) einstückig ausge­ bildet sind, und daß die Trennstellen für die elastischen Verbindungsglieder (14) durch Trennschnitte (13) zwischen Innenfassung (3) und Außenfassung (4) und gegebenenfalls dem Zwischenring (12) gebildet sind, wobei jeweils zwischen zwei Verbindungsgliedern (14) ein Aktuator mit einer Lager­ brücke (5) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder (14) und die Aktuatoren mit den La­ gerbrücken (5) jeweils um 90° versetzt zueinander über den Umfang verteilt angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trennschnitte (13) durch Erodierschnitte ge­ bildet sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß drei Lagerbrücken (5) über den Umfang ver­ teilt angeordnet sind, wobei die Auflagestellen (7) jeweils über eine Schraubverbindung (9) mit der Innenfassung (3) oder dem optischen Element (1) und Auflagen (10) der Brüc­ kenarme (6a, 6b) jeweils über eine Schraubverbindung (11) mit der Außenfassung (4) verbunden sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die piezokeramischen Elemente (8) gemein­ sam und in gleicher Stärke zur Verschiebung des optischen Elementes (1) in z-Richtung aktivierbar sind.