DE102006039821A1

DE102006039821A1 - Optisches System, insbesondere ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem

Info

Publication number: DE102006039821A1
Application number: DE102006039821A
Authority: DE
Inventors: Sascha Bleidistel; Bernhard Geuppert
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-03-13
Also published as: US20090225297A1; US8269948B2; US9110388B2; US20120320353A1; WO2008022797A1

Abstract

Ein optisches System, insbesondere Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, ist mit wenigstens einem optischen Element (10) und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator für das optische Element (10) versehen. Die Antreibseinrichtung weist ein bewegliches Teilelement (12) und wenigstens ein feststehendes Teilelement (13) auf, welche relativ zueinander in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind, wobei zwischen den beiden Teilelementen piezoelektrische Elemente (14) angeordnet sind, von denen ein erster Teil (14a) eine Wirkungsrichtung wenigstens annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil (14b) eine Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung aufweist. Zusätzlich ist ein dritter Teil (14c) mit piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung vorgesehen, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und in einem Winkel zur Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit wenigstens einem optischen Element und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator für das optische Element, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens ein bewegliches Teilelement und wenigstens ein feststehendes Teilelement aufweist, welche relativ zueinander in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind, wobei zwischen den beiden Teilelementen piezoelektrische Elemente angeordnet sind, von denen ein erster Teil eine Wirkungsrichtung wenigstens annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil eine Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung aufweist.
Ein optisches System nämlich ein Projektionsobjektiv dieser Art ist in der DE 102 25 266 A1 und in der DE 103 01 818 A beschrieben. Mit der Antriebseinrichtung, die mit piezoelektrischen Elementen betrieben wird, ist es möglich insbesondere die in der Mikrolithographie erforderlichen hohen Abbildungsgenauigkeit durch aktive Positionierung von entsprechend mit einer Antriebseinrichtung der eingangs erwähnten Art versehenen optischen Elementen zu erreichen. Darüber hinaus können auf diese Weise Bildfehler korrigiert werden. Erreicht wird dies dabei durch eine Anordnung von zu Stapeln zusammengefassten piezoelektrischen Elementen, wobei ein Teil der piezoelektrischen Elemente seine Wirkungsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil seine Wirkungsrichtung parallel zur Bewegungsrichtung besitzt. Sind dabei zum Beispiel drei Stapel über den Umfang verteilt angeordnete Linearantriebe mit piezoelektrischen Elementen vorgesehen, die sich zum Beispiel an einem feststehenden Teil des Objektivgehäuses abstützen und mit ihren beweglichen Teilelementen an einer Fassung eines optischen Elementes oder direkt an dem optischen Element angreifen, so lässt sich das optische Element auf diese Weise parallel zur Z-Achse, das heißt parallel zur optischen Achse, verschieben. Bei einer ungleichmäßigen Aktivierung der drei über den Umfang verteilten angeordneten Linearantriebe sind auch Verkippungen relativ zur Z-Achse möglich.
Zum weiteren Stand der Technik wird auch auf die US 2,822,133 , die US 6, 150, 750 , die DE 199 10 947 A1 und die DE 129 01 295 A1 und verwiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein optisches System der eingangs erwähnten Art mit einem Manipulator, der einen Linearantrieb mit piezoelektrischen Elementen aufweist weiter zu verbessern, insbesondere durch den das zu manipulierende optische Element in mehr Freiheitsgraden bewegt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zusätzlich ein dritter Teil mit piezoelektrischen Elementen mit einer Wirkungsrichtung vorgesehen ist, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles der piezoelektrischen Elemente liegt.
Eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung für ein optisches Element ist in Anspruch 23 und ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Manipulation eines optischen Elementes ist in Anspruch 32 beansprucht.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der piezoelektrischen Elemente in drei Wirkungsrichtungen werden die Verschiebe- bzw. Bewegungsmöglichkeiten für ein zu manipulierendes optisches Element erhöht. So sind neben Verschiebungen in Richtung der Z-Achse und Verkippungen relativ zur Z-Achse auch Bewegungen in einer Ebene senkrecht zur Z-Achse möglich. Auf diese Weise sind neben Z-Verschiebungen erfindungsgemäß nunmehr auch hierzu orthogonale Verschiebungen des optischen Elementes möglich.
Wenn in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass der Winkel wenigstens annähernd rechtwinklig zur Bewegungs- bzw. Wirkungsrichtung des zweiten Teils von piezoelektrischen Elementen liegt, lässt sich ein zu manipulierendes optisches Element sehr präzise in der X-/Y-Ebene bewegen.
Um eine ausreichend stabile und präzise Bewegung erreichen zu können, sollten wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sein.
Wenn wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sind, lässt sich eine analoge Bewegung bei Führung des beweglichen Teiles erreichen.
Eine sichere schrittweise Bewegung des beweglichen Teilelementes wird dann erreicht, wenn wenigstens sechs auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sind.
Dabei kann jeder Stapel mit einer entsprechenden Anzahl von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sein, die aus allen drei Teilen bestehen und somit alle drei Wirkungsrichtungen erlauben.
Ebenso ist es hierdurch auch möglich für jeden Stapel piezoelektrische Elemente vorzusehen, die nur in eine oder nur in zwei Wirkungsrichtung aktivierbar sind. In diesem Falle müssen durch eine entsprechende Ansteuerung die piezoelektrischen Elemente der verschiedenen Stapel koordiniert aktiviert werden.
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das bewegliche Teilelement zwischen zwei sich gegenüberliegend angeordneten feststehenden Teilelementen angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine präzise Führung und exakte Bewegung erreicht.
Wenn in einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über den Umfang des optischen Elementes verteilt wenigstens drei Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sind, die unabhängig voneinander aktivierbar sind, dann können neben den drei translatorischen Freiheitsgraden zusätzlich auch noch drei rotatorische Freiheitsgrade, das heißt insgesamt somit sechs Freiheitsgrade, erreicht werden. Dies bedeutet, dass zusätzlich auch noch Verkippungen oder Verdrehungen jeweils um die X-/Y- oder Z-Achse möglich werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass jede der drei über den Umfang verteilt angeordneten Antriebseinrichtungen mit wenigstens jeweils drei Stapeln von piezoelektrischen Elementen versehen ist, die dann für Verkippungen oder Verdrehungen entsprechend unterschiedlich aktiviert werden.
Eines der Haupteinsatzgebiete des erfindungsgemäßen optischen Systems sind Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie und dabei Projektionsobjektive oder Beleuchtungsvorrichtungen, da in diesem Falle Genauigkeiten im Nanometerbereich erforderlich sind.
Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch als Verstellvorrichtung allgemeiner Art für die verschiedensten zu verstellenden Elemente geeignet. Dies gilt insbesondere für die Fälle, wo eine Verstellung mit höchster Präzision erfolgen soll, wie zum Beispiel Mess- und Prüfeinrichtungen auf den verschiedensten technischen Gebieten.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und das dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbei spielen.
Es zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie;
2 eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearantriebes mit piezoelektrischen Elementen;
3 eine vergrößerte Darstellung eines Stapels mit piezoelektrischen Elementen aus der 2 gemäß Ausschnittsvergrößerung X;
4 eine dreidimensionale Darstellung eines beweglichen Teilelementes mit 6 Piezostapel;
5a verschiedene Darstellungen von Bewegungsstufen bis 5f eines beweglichen Teilelementes;
6 Draufsicht auf eine Linse mit drei Linearantrieben.
Die in der 1 prinzipmäßig dargestellte Projektionsbelichtungsanlage ist für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen vorgesehen. Grundsätzlich ist ihr Aufbau allgemein bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile eingegangen wird. Zur weiteren Offenbarung wird auch auf die DE 102,25,266 A1 verwiesen.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung 3, eine Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welche die späteren Strukturen auf einem Wafer 2 bestimmt werden, eine Einrichtung 6 zur Halterung, Fortbewegung und exakten Positionierung des Wafers 2 und eine Abbildungsvorrichtung in Form eines Projektionsobjektives 7 auf.
Da die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen verkleinert auf dem Wafer 2 belichtet werden, werden an die Abbildungsvorrichtung 7, nämlich das Projektionsobjektiv, sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Auflösung und Präzision gestellt, wobei man sich im Bereich von wenigen Nanometern befindet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt eine für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 8 bereit. Als Quelle für die Strahlung kann ein Laser Verwendung finden. Durch den Projektionsstrahl 8 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und durch das Projektionsobjektiv 7 verkleinert und anschließend auf den Wafer 2 übertragen.
In dem Projektionsobjektiv 7 sind eine Vielzahl von transmittiven und/oder refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen, wie zum Beispiel Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen angeordnet.
Ein oder mehrere in dem Projektionsobjektiv 7 angeordnete optischen Elemente sind mit einem oder mehreren Manipulatoren 9 versehen. Ein Manipulator 9 ist schematisch in der 1 zusammen mit einer zu manipulierenden Linse 10 schematisch dargestellt.
Der Manipulator 9 beinhaltet einen Linearantrieb als Antriebseinrichtung 11 durch welchen ein fest mit dem optischen Element 10 verbundenes bewegliches Teilelement 12, zum Beispiel die Fassung der Linse 10, gegenüber einem fest mit dem Projektionsobjektiv 7 verbundenen Teilelement 13 bewegt werden kann. Das Teilelement 13 kann zum Beispiel ein Teil des Objektivgehäuses sein.
In den 2 bis 4 ist die in der 1 nur schematisch dargestellte Antriebseinrichtung 11 im Detail dargestellt. Wie ersichtlich ist das bewegliche Teilelement 12 zwischen zwei sich gegenüber liegenden feststehenden Teilelementen 13 angeordnet. Zwischen dem beweglichen Teilelement 12 und den beiden feststehenden Teilelementen 13, die auch einstückig ausgebildet sein können, befinden sich gegenüberliegend vier auf jeder Seite angeordnete Stapel 15 mit piezoelektrischen Elementen 14. Die Stapel 15 sind auf Abstand voneinander angeordnet und sollten für eine präzise Führung bzw. Verschiebung des beweglichen Teilelementes 12 möglichst auch genau gegenüberliegend auf den verschiedenen Seiten angeordnet sein.
Der Aufbau eines Stapels 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 ist aus der 3 in vergrößertem Maßstab ersichtlich. Wie ersichtlich besteht der Stapel 15 aus drei Teilen 14a, 14b, 14c von piezoelektrischen Elementen 14.
Die Antriebseinrichtung 11 kann beispielsweise so in dem Projektionsobjektiv 7 positioniert sein, dass die Z-Achse (optische Achse) parallel zur Längsachse der Stapel 15 verläuft, womit sich die X-/Y-Ebene in der Ebene des beweglichen Teilelementes 12 befindet.
Alternativ ist es auch möglich die Antriebseinrichtung 11 mit dem beweglichen Teilelement 12 so anzuordnen, dass sich die Z-Achse in der Ebene des beweglichen Teilelements 12 befindet. Die dazu rechtwinklig liegende Bewegungsrichtung ist in diesem Falle dann zum Beispiel bei einer Linse die Tangentialrichtung. So kann zum Beispiel der zweite Teil 14b der piezoelektrischen Elemente 14 in die Z-Richtung, und der dritte Teil 14c der piezoelektrischen Elemente 14 in die Tangentialrichtung jeweils seine Wirkungsebene mit einer entsprechenden Scherung besitzen. Der für einen Hub verantwortliche Teil 14a der piezoelektrischen Elemente 14 bewegt sich in diesem Falle in radialer Richtung.
Nähere Ausführungen zur Wirkungsweise und zur Bewegung des beweglichen Teilelementes 12 werden nachfolgend anhand der 4, 5 und 6 gemacht.
Aus der vergrößerten Darstellung der 3 ist ersichtlich, dass der erste Teil 14a von piezoelektrischen Elementen 14 mit einer Wirkungsrichtung bei deren Aktivierung versehen ist, die jeweils in Längsrichtung 15a des Stapels 15 parallel verläuft. Der zweite Teil 14b der piezoelektrischen Elemente 14 weist mit einer Scherbewegung eine Wirkungsrichtung parallel zu einer vorgegebenen Bewegungsrichtung des beweglichen Teilelementes 12 auf.
Ein dritter Teil 14c der piezoelektrischen Elemente 14 ist ebenfalls in einer Scherbewegung mit einer Wirkungsrichtung versehen, die rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des zweiten Teiles 14b der piezoelektrischen Elemente 14 liegt.
Selbstverständlich ist auch eine andere Anordnung der drei Teile möglich, wie z. B. dass der eine Teil eine Scherbewegung durchführt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der stapelweise angeordneten piezoelektrischen Elemente 14 in jeweils drei Teile mit unterschiedlichen Wirkungsrichtungen wird eine Bewegungsmöglichkeit für das bewegliche Teilelement 12 in drei Freiheitsgraden erreicht.
4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem plattenförmigen Läufer als bewegliches Teilelement 12.
Sind dabei je sechs Stapel 15 oberhalb und unterhalb des plattenförmigen Läufers angeordnet (die Stapel unterhalb und das feststehende Teilelement 13 sind nicht dargestellt), so ist eine Bewegung des beweglichen Teilelementes sowohl anlog, als auch im Schrittmodus möglich. Mindestens sechs Stapel pro Seite sollten deshalb vorhanden sein, damit jeweils drei Stapel für einen Schritt abheben können, während die anderen Stapel das bewegliche Teilelement sicher in der Verschiebeebene bewe gen und führen können. Falls keine so genaue Führung erforderlich ist oder falls eine Führung auf andere Weise erfolgt, können gegebenenfalls auch weniger Stapel von piezoelektrischen Elementen auf jeder Seite vorgesehen sein.
Bei der Ausgestaltung mit je vier Stapel von piezoelektrischen Elementen 14 oberhalb und unterhalb müsste die Bewegung der Ebene bei einem Schritt durch je zwei Stapel gehalten werden.
Eine vereinfachte erfindungsgemäße Ausgestaltung kann darin bestehen, dass jeweils drei Stapel oberhalb und drei Stapel unterhalb des beweglichen Teilelementes angeordnet sind. In diesem Falle ist jedoch eine Vorspannung des beweglichen Teilelementes 12 erforderlich und das bewegliche Teil 12 kann auch nur analog bewegt werden. Eine Vorspannung kann zum Beispiel durch ein oder mehrere Federeinrichtungen 16, wie in der 2 dargestellt, erreicht werden. Wie ersichtlich wird dabei das bewegliche Teilelement 12 zwischen den beiden sich gegenüberliegenden feststehenden Teilelementen 13 geklemmt, um eine sichere Positionierung zu erhalten.
In den 5a bis 5f sind die Bewegungsmöglichkeiten des beweglichen Teilelementes 12 in verschiedenen Stufen mit 4 Stapeln 15 dargestellt.
5a zeigt den Ausgangspunkt, wobei das Teilelement 12 jeweils durch den Teil 14a der piezoelektrischen Elemente die einen Hub als Wirkungsrichtung bei Aktivierung ausüben, festgeklemmt ist.
In 5b ist der nachfolgende Schritt im Bewegungsablauf dargestellt, bei dem zwei Teile 14a mit den „Hubpiezos" geöffnet und damit nicht mehr in Eingriff mit den beweglichen Teil 12 sind. Die beiden noch klemmenden Hubpiezos 14a halten das bewegliche Teilelement 12 fest und bei einer Aktivierung des Teiles 14b der piezoelektrischen Elemente, die als „Scherpiezos" wirken, können eine Bewegung einleiten.
Aus der 5c ist dieser Schritt ersichtlich.
5d zeigt den nächsten Schritt im Bewegungsablauf, wobei die „Hubpiezos" der Teile 14a das Teilelement 12 wieder klemmen.
5e zeigt, ähnlich wie 5b, wie nunmehr die Klemmung der beiden anderen Hubpiezos der Teile 14a gelöst wird, wonach entsprechend 5f der nächste Schritt durch eine Aktivierung, ähnlich wie in der 5c erläutert, der anderen Scherpiezos der Teile 14b erfolgt.
Wie ersichtlich erfolgt damit eine Verschiebung des beweglichen Elementes 12 in Pfeilrichtung A gemäß 5c und 5f.
Bei einer Aktivierung der Teile 14c von piezoelektrischen Elementen, die jeweils einen Scherhub rechtwinklig zu der Wirkungsrichtung der piezoelektrischen Elemente der Teile 14b durchführen, erfolgt in gleicher Weise eine Bewegung des beweglichen Teilelementes 12 rechtwinklig zu dem vorstehend erläuterten Bewegungsablauf.
Die 4 zeigt ein Zwischenglied 17, das die Verbindung zwischen dem beweglichen Teil 12a und dem optischen Element, z.B. der Linse 10 herstellt. Das Zwischenglied 17 kann auch anstelle einer direkten Verbindung mit dem optischen Element auch mit einer Innenfassung verbunden sein, in der das optische Element gelagert ist (siehe gestrichelte Darstellung mit dem Bezugszeichen 20).
Wie aus der 4 ersichtlich ist, ist das Zwischenglied 17 als elastischer Stab ausgebildet, um eine Entkoppelung von Deformationen für das optische Element zu erreichen.
Anstelle eines elastischen Stabes oder auch als zusätzliche Deformationsentkopplung kann das Zwischenglied 17 über ein Gelenkteil 18 entweder mit dem Teilelement 12a oder mit dem optischen Element 10 verbunden sein. Das Gelenkteil 18 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein.
Die 6 zeigt in einer Draufsicht auf eine Linse 10 als optisches Element drei gleichmäßig über den Umfang der Linse angeordnete Antriebseinrichtung 11 mit jeweils mehreren Stapeln 15 mit piezoelektrischen Elementen 14. Wie ersichtlich greifen dabei die drei Zwischenglieder 17 gemäß 4 radial an der Linse 10 an. Bei einer jeweiligen Aktivierung der dritten Teile 14c von piezoelektrischen Elementen in den Stapeln 15 ergibt sich eine tangentiale Wirkungsrichtung und damit eine Verdrehung der Linse 10 (siehe auch 4). Bei einer Aktivierung der ersten Teile 14a ergibt sich eine Verschiebung in radialer Richtung gemäß Pfeile B, C oder D und zwar in Abhängigkeit von den jeweils in den drei Linearantrieben 11 aktivierten Teile 14a. Auf diese Weise kann die Linse 10 in einem Polarkoordinatensystem in einer Ebene rechtwinklig zur Z-Achse und damit zur optischen Achse verschoben werden. Selbstverständlich ist durch mathematische Umsetzung des Polarkoordinatensystems mit einer entsprechenden Steuerung und Regelung auch eine Verschiebung in einem othogonalen Koordinatensystem, nämlich einem X-/Y-Koordinatensystem.
Eine Verschiebung parallel zur Z-Achse wird bei dieser Ausgestaltung durch die Teile 14b der piezoelektrischen Elemente 14 erreicht (siehe auch 4).
Wenn die drei Antriebseinrichtungen 11 in unterschiedliche Richtungen bzw. teilweise gegensätzlich aktiviert werden, so sind neben den drei translatorischen Freiheitsgraden für eine Bewegung der Linse 10 auch noch drei rotatorische Freiheitsgrade und damit insgesamt sechs Freiheitsgrade möglich. So sind auf diese Weise zum Beispiel Verdrehungen bzw. Verkippungen sowohl um die Z-Achse, als auch um die X-/Y-Achsen möglich.
Wie weiterhin aus der 6 ersichtlich ist, können an dem optischen Element auch ein oder mehrere Sensoren 19 vorgesehen sein, die die Position der Linse 10 und die den Bewegungsablauf bei einer Aktivierung von ein oder mehreren der Linearantriebe 11 detektieren. Auf diese Weise ist eine exakte Steuerung oder auch eine Regelung der Bewegung der Linse möglich.
Die Sensoren 19 müssen nicht an der Linse 10 vorgesehen sein, sondern können auch an beliebigen anderen Stellen, wie z.B. den beweglichen Teilelementen 12 oder den Zwischengliedern 17, vorgesehen sein, um die Position und die Bewegung der Linse zu detektieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin die Position und die Bewegung des optischen Elementes zu detektieren, dass man im Bild selbst misst. Dies bedeutet das man nach dem Projektionsobjektiv die Abbildung oder Wellenfront auf Bildfehler kontrolliert.
Die in der 6 dargestellte Lagerung der Linse mit deren Verstellmöglichkeit entspricht praktisch einer bipoden- oder hexapoden Lagerung.
Wie vorstehend erwähnt, lässt sich das optische Element sowohl analog als auch schrittweise bewegen. Bei einem Analogbetrieb sind weniger Stapel 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 erforderlich. Nachteilig dabei ist jedoch, dass nur eine Bewegung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches möglich ist, wobei zur Einhaltung einer vorgewählten oder zu wählenden Position die piezoelektrischen Elemente stets aktiviert sein müssen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht jedoch darin, dass auf diese Weise sehr exakte Verschiebungen und Positionierungen möglich werden.
Der Vorteil einer schrittweisen Verschiebung mit einer entsprechenden höheren Anzahl von Stapeln 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 liegt darin, dass die Bewegungsmöglichkeiten für das zu manipulierende optische Element wesentlich größer sind und dass nach Ende der Bewegung die piezoelektrischen Elemente zumindest teilweise deaktiviert werden können.

Claims

Optisches System, insbesondere ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit wenigstens einem optischen Element und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator für das optische Element, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens ein bewegliches Teilelement und wenigstens ein feststehendes Teilelement aufweist, welche relativ zueinander in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind, wobei zwischen den beiden Teilelementen piezoelektrische Elemente angeordnet sind, von denen ein erster Teil eine Wirkungsrichtung wenigstens annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil eine Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein dritter Teil (14c) mit piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung vorgesehen ist, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegt.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des dritten Teils (14c) wenigstens annähernd rechtwinklig zur Wirkungsrichtung des zweiten Teils (14b) von piezoelektrischen Elementen (14) liegt.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei auf Abstand von einander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) vorgesehen sind.
Optisches System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) für eine analoge Bewegung vorgesehen sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens sechs auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) für eine schrittweise Bewegung des beweglichen Teilelementes (12) vorgesehen sind.
Optisches System nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) mit allen drei Teilen (14a, 14b, 14c) von piezoelektrischen Elementen (14), die in unterschiedliche Bewegungsrichtungen aktivierbar sind, versehen ist.
Optisches System nach den Ansprüchen 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Stapel (15) piezoelektrischer Elemente (14) für nur eine oder für nur zwei Bewegungsrichtungen vorgesehen sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) zwischen zwei feststehenden Teilelementen (13) angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) zwischen zwei sich gegenüberliegend angeordneten feststehenden Teilelementen (13) angeordnet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) an dem optischen Element (10), an einer Fassung (20), mit der das optische Element verbunden ist, oder an einem mit dem optischen Element oder mit der Fassung verbundenen Teil angeordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem optischen Element (10) oder mit der Fassung verbundene Teil als hebelartiges Zwischenglied (17) ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied (17) elastisch ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenglied (17) mit wenigstens einem Gelenkteil (18) versehen ist.
Optisches System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkteil (18) als Festkörpergelenk ausgebildet ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Antriebseinrichtungen (11) mit jeweils wenigstes einem beweglichen Teilelement (12) und wenigstens einem feststehenden Teilelement (13) derart an dem optischen Element (10) oder der Fassung (20) für das optische Element (10) angeordnet sind, dass sich für die Bewegung des optischen Elementes (10) mehrere Freiheitsgrade ergeben.
Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sechs Freiheitsgrade vorgesehen sind.
Optisches System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Antriebseinrichtungen (11) mit jeweils einem beweglichen Teilelement (12) und einem feststehenden Teilelement (13) über den Umfang des optischen Elementes (10) oder der Fassung (20) verteilt vorgesehen sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine feststehende Teilelement (13) ein Gehäuseteil eines Projektions objektives (7) ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als piezoelektrische Elemente (14) Piezoaktoren vorgesehen sind, die bei Aktivierung einen Hub oder eine Scherung erzeugen.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine bewegliche Teilelement (12) gegenüber dem wenigstens einen feststehenden Teilelement (13) vorgespannt ist.
Optisches System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vorspannung mindestens eine Federeinrichtung (16) vorgesehen ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagebestimmung des wenigstens einen beweglichen Teilelementes (12) ein oder mehrere Sensoren (19) vorgesehen sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zum optischen Element (10), zur Fassung (20) oder zum mit der Fassung verbundenen Teil vorgesehen sind.
Verstellvorrichtung für ein zu verstellendes optisches Element in einer Abbildungsvorrichtung, insbesondere in einem Projektionsobjektiv oder einer Beleuchtungseinrichtung in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, wobei das zu verstellende optische Element mit wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator versehen ist, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens ein bewegliches Teilelement und wenigstens ein feststehendes Teilelement aufweist, welche relativ zueinander in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind, wobei zwischen den beiden Teilelementen piezoelektrische Elemente angeordnet sind, von denen ein erster Teil eine Wirkungsrichtung wenigstens annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil eine Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein dritter Teil (14c) mit piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung vorgesehen ist, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des dritten Teils (14c) wenigstens annähernd rechtwinklig zur Wirkungsrichtung des zweiten Teils (14b) von piezoelektrischen Elementen (14) liegt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei auf Abstand von einander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) vorgesehen sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) für eine analoge Bewegung vorgesehen sind.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens sechs auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) für eine schrittweise Bewegung des beweglichen Teilelementes (12) vorgesehen sind.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) mit allen drei Teilen (14a, 14b, 14c) von piezoelektrischen Elementen (14), die in unterschiedliche Bewegungsrichtungen aktivierbar sind, versehen ist.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Stapel (15) piezoelektrischer Elemente für nur eine oder für nur zwei Bewegungsrichtungen vorgesehen sind.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) zwischen zwei feststehenden Teilelementen (13) angeordnet ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) zwischen zwei sich gegenüberliegend angeordneten feststehenden Teilelementen (13) angeordnet ist.
Verfahren zur Positionierung und Verstellung eines optischen Elementes in einem optischen System, insbesondere in einem Projektionsobjektiv in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, wobei das optische Element durch wenigstens einen eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator durch piezoelektrische Elemente, die an wenigstens einem beweglichen Teilelement der wenigstens einen Antriebseinrichtung angreifen und die das wenigstens eine bewegliche Teilelement gegenüber wenigstens einem feststehenden Teilelement der Antriebseinrichtung durch einen ersten Teil von piezoelektrischen Elementen mit einer Wirkungsrichtung wenigstens annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und durch einen zweiten Teil von piezoelektrischen Elementen mit einer Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung verstellt und positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen dritten Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegen, das bewegliche Teilelement (12) in zwei verschiedene Bewegungsrichtungen bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) eine Bewegung in einem Winkel wenigstens annähernd rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des zweiten Teiles (14b) von piezoelektrischen Elementen (14) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des zu verstellenden optischen Elementes (10) durch wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapeln (15) von piezoelektrischen Elementen (14) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Antriebseinrichtungen (11) so über den Umfang des optischen Elements (10) verteilt angeordnet sind, dass sich in Abhängigkeit von der Aktivierung der piezoelektrischen Elemente (14) mehrere Freiheitsgrade zur Verstellung und Positionierung des optischen Elements (10) ergeben.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung und Positionierung in sechs Freiheitsgraden erfolgt.