-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Bereich der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft eine Fassung für ein optisches Element,
ein Lithographieobjektiv, eine Projektionsbelichtungsanlage, ein
Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen sowie ein Verfahren
zum Ausgleichen von Schwingungen eines optischen Elements.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Aus
der
DE 199 01 295
A1 oder der
US 6,580,570 sind
derartige Fassungen sowie entsprechende Objektive bekannt. Durch
die dabei eingesetzten Manipulatoren bzw. Aktuatoren soll die optische
Abbildungsqualität des mit diesen Fassungen ausgestatteten
Objektivs verbessert werden.
-
Problematisch
bei den bekannten Aktuatoren ist jedoch, dass diese einen relativ
großen Bauraum beanspruchen und außerdem eine
sehr komplizierte Konstruktion aufweisen. Dies rührt unter
anderem daher, dass die Führung der einzelnen Fassungsbauteile
untereinander durch Blattfedern übernommen wird und dass
für die mechanische Übersetzung weitere Blattfederelemente
erforderlich sind. Schließlich sind für den Antrieb,
also die Verstellung des einen Fassungsbauteils gegenüber
dem anderen, von den Blattfederelementen separate Aktuatoren notwendig.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fassung für
ein optisches Element zu schaffen, welche eine einfache Konstruktion
bei möglichst geringer Baugröße aufweist
und eine sehr exakte Verstellung des optischen Elements erlaubt.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch eine Fassung für ein
optisches Element, mit wenigstens einem Aktuator zum zumindest mittelbaren
Bewegen des optischen Elements, dadurch gekennzeichnet, dass der
wenigstens eine Aktuator als bimorphes, piezoelektrisches Element
ausgebildet ist.
-
Dadurch,
dass der wenigstens eine Aktuator als bimorphes, piezoelektrisches
Element ausgebildet ist, ist eine sehr einfache Verstellung bzw.
Bewegung des optischen Elements möglich, indem auf das piezoelektrische
Element eine Spannung aufgebracht und die sich ergebende Verbiegung
des bimorphen piezoelektrischen Elements zum Antrieb des optischen
Elements ausgenutzt wird. Auf diese Weise ist mittels einer sehr
einfachen Konstruktion, die nur einen geringen Bauraum beansprucht,
eine aktive Manipulation des optischen Elements innerhalb der Fassung
möglich. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das bimorphe,
piezoelektrische Element, das insbesondere als Blattfeder ausgebildet
sein kann, zwei Funktionen übernimmt, indem es gleichzeitig
die Führung, vorzugsweise als Blattfederführung,
und den Aktuator für das optische Element bildet.
-
In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass die Fassung einen das optische Element aufnehmenden Innenring
und einen Außenring aufweist, wobei der Innenring mittels
wenigstens einem Aktuator mit dem Außenring verbunden ist.
Auf diese Weise kann das optische Element optimal gefasst werden
und der wenigstens eine Aktuator kann mit den üblichen
Mitteln, z. B. mit einer Schraubverbindung, am Innen- und Außenring, befestigt
werden.
-
Eine
alternative Ausführungsform kann in einer Fassung bestehen,
welche einen das optische Element aufnehmenden Innenring, einen
Außenring und einen zwischen dem Innenring und dem Außenring
angeordneten Mittelring aufweist, wobei der Innenring mittels wenigstens
einem Aktuator mit dem Mittelring verbunden ist, und wobei der Mittelring
mittels wenigstens einem Aktuator mit dem Außenring verbunden
ist. Auf diese Weise kann eine unabhängige Bewegung des
optischen Elements in der x- und y-Richtung erreicht werden, indem
die Verbindung zwischen dem Innenring und dem Mittelring für
die Verstellung in der einen und die Verbindung zwischen dem Mittelring
und dem Außenring für die Verstellung in der anderen
Richtung zuständig ist.
-
Bei
dieser alternativen Ausgestaltung der Fassung kann eine sehr einfache
Ansteuerung der Bewegung des optischen Elements in der x- und y-Richtung
erreicht und eine Beeinflussung der Aktuatoren verhindert werden,
wenn der zwischen dem Innenring und dem Mittelring angeordnete Aktuator gegenüber
dem zwischen dem Mittelring und dem Außenring angeordneten
Aktuator um einen Winkel von im wesentlichen 90° versetzt
ist.
-
Eine
weitere Vereinfachung, insbesondere hinsichtlich der Ansteuerung
der bimorphen, piezoelektrischen Elemente ergibt sich, wenn der
Innenring mittels zweier, im wesentlichen parallel zueinander angeordneter
Aktuatoren mit dem Mittelring verbunden ist und der Mittelring mittels
zweier, im wesentlichen parallel zueinander angeordneter Aktuatoren mit
dem Außenring verbunden ist.
-
Eine
weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung kann sich dadurch
ergeben, dass der wenigstens eine Aktuator so zwischen dem optischen Element
und einem Fassungsbauteil angeordnet ist, dass der wenigstens eine
Aktuator in der Lage ist, das optische Element in Richtung der optischen
Achse zu bewegen. Eine derartige Fassung wird insbesondere dann
Verwendung finden, wenn eine Manipulation des optischen Elements
in z-Richtung gewünscht ist. Auch eine Kombination mit
einer der oben angegebenen Ausführungsformen ist dabei möglich.
-
Dabei
kann auch der Kipp des optischen Elements, also die Rotation desselben
um eine senkrecht zu der optischen Achse verlaufende Achse, eingestellt
werden, wenn um den Umfang des optischen Elements wenigstens drei
Aktuatoren vorgesehen sind.
-
Eine
verbesserte Führung bei gleichzeitig sehr guter Dämp fungswirkung
ergibt sich, wenn das bimorphe, piezoelektrische Element in Form
einer Blattfeder ausgebildet ist.
-
Eine
besonders bevorzugte Konstruktion des bimorphen, piezoelektrischen
Elements kann darin bestehen, dass dasselbe einen streifenförmigen Grundkörper
mit zwei auf beiden Seiten desselben angebrachten piezoaktiven Schichten
aufweist, welche jeweils mit wenigstens einem elektrischen Anschluss
versehen sind. Durch die auf beiden Seiten des streifenförmigen
Grundkörpers angebrachten piezoaktiven Schichten ergibt
sich beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine S-förmige
Biegung des piezoelektrischen Elements, wodurch dasselbe annähernd
keine unerwünschten Momente auf das Fassungsbauteil, mit
dem es verbunden ist, überträgt.
-
Ein
Lithographieobjektiv mit wenigstens einer derartigen Fassung ist
in Anspruch 19 angegeben.
-
Anspruch
20 betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem
und mit einem derartigen Lithographieobjektiv zur Herstellung von
Halbleiterbauelementen.
-
Ein
Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen unter Verwendung
einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage ergibt sich aus den Merkmalen
von Anspruch 21.
-
In
Anspruch 22 ist ein Verfahren zum Ausgleichen von Schwingungen eines
optischen Elements, wobei die Schwingungen in wenigstens einer Richtung
mittels wenigstens einem mit dem optischen Element verbundenen,
in Form eines aktiv angesteuerten, bimorphen, piezoelektrischen
Elements ausgebildeten Aktuators ausgeglichen werden, angegeben.
-
Mit
einem derartigen Verfahren lässt sich eine aktive Dämpfung
von auf die Fassung einwirkenden Schwingungen erreichen und eine Übertragung
derselben auf das optische Element verhindern.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus
den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig
dargestellt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es
zeigt:
-
1 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lithographieobjektiv
einer Projektionsbelichtungsanlage;
-
2 eine
Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Fassung;
-
3 eine
Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Fassung;
-
4 eine
Seitensicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Fassung;
-
5 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen bimorphen,
piezoelektrischen Elements; und
-
6 eine
Ansicht des bimorphen, piezoelektrischen Elements gemäß dem
Pfeil VI aus 5.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Ein
in 1 äußerst schematisch dargestelltes
Lithographieobjektiv 1 weist ein Gehäuse 2 auf,
in dem mehrere optische Elemente 3 angeordnet sind. Das
Lithographieobjektiv 1 ist Teil einer Projektionsbelichtungsanlage 4,
welche zur Herstellung von Halbleiterbauelementen dient und ein
an der Oberseite des Lithographieobjektivs 1 angebrachtes
Beleuchtungssystem 5 mit einer Lichtquelle 6 aufweist, die
einen Strahlengang 7 durch das Lithographieobjektiv 1 sendet,
mit welchem ein Reticle 8 in an sich bekannter Weise auf
einen sich unterhalb des Lithographieobjektivs 1 befindlichen
Wafer 9 abgebildet wird. Die optischen Elemente 3,
die im vorliegenden Fall allesamt als Linsen ausgeführt
sind, sind mittels jeweiliger Fassungen 10 in dem Gehäuse 2 des
Lithographieobjektives 1 gehalten. Statt wie in sämtlichen
Figuren dargestellt als Linsen könnten die optischen Elemente 3 auch
als Spiegel, als sogenannte Beamsplitter oder als andersartige optische
Elemente 3 ausgebildet sein.
-
2 zeigt
eine erste Ausführungsform einer der Fassungen
10 in
einer Draufsicht. Die Fassung
10 weist zwei ineinander
angeordnete Ringe auf, nämlich einen Außenring
11 und
einen Innenring
12, in welchem das optischen Elemente
3 auf
nicht dargestellte Weise gehalten ist. Die Anbringung des optischen
Elements
3 an dem Innenring
12 kann beispielsweise
wie in der
US 6,307,688
B1 beschrieben erfolgen, die hiermit vollumfänglich
in die Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung aufgenommen
wird. Selbstverständlich ist auch jede andere bekannte
Art und Weise der Anbringung des optischen Elements
3 an
dem Innenring
12 möglich.
-
Um
den Innenring 12 gegenüber dem Außenring 11 bewegen
zu können, was zu einer entsprechenden Bewegung des optischen
Elements 3 führt, sind zwischen dem Innenring 12 und
dem Außenring 11 zwei Aktuatoren 13 und 14 vorgesehen, welche
im vorliegenden Fall jeweils als bimorphe, piezoelektrische Elemente 13a und 14a ausgebildet sind.
Die exakte Ausführung der bimorphen, piezoelektrischen
Elemente 13a und 14a wird zu einem späteren
Zeitpunkt unter Bezugnahme auf die 5 und 6 detaillierter
beschrieben. Die beiden Aktuatoren 13 und 14 sind
im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und sind auf diese
Weise in der Lage, den Innenring 12 und somit das optische
Element 3 in der mit x bezeichneten Richtung zu verstellen.
Bei der Fassung 10 gemäß 2 handelt
es sich demnach um eine verhältnismäßig
einfache Ausführungsform, bei der eine Verstellung des
optischen Elements 3 nur in einer Achse möglich
ist. Prinzipiell könnten auch mehr als die beiden Aktuatoren 13 und 14 für
die Verstellung in x-Richtung vorgese hen sein.
-
Eine
Verstellung sowohl in x- als auch in y-Richtung ist mit der in 3 dargestellten
Fassung 10 möglich, welche zusätzlich
zu dem Außenring 11 und dem Innenring 12 einen
Mittelring 15 aufweist, der zwischen dem Außenring 11 und
dem Innenring 12 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform
sind vier Aktuatoren vorgesehen, wobei zwischen dem Innenring 12 und
dem Mittelring 15 zwei Aktuatoren 16 und 17 und
zwischen dem Mittelring 15 und dem Außenring 11 ebenfalls
zwei Aktuatoren 18 und 19 angeordnet sind. Sämtliche
Aktuatoren 16, 17, 18 und 19 sind
wiederum als bimorphe, piezoelektrische Elemente 16a, 17a, 18a und 19a ausgebildet,
wobei die beiden zwischen dem Innenring 12 und dem Mittelring 15 angeordneten
Aktuatoren 16 und 17 zur Verstellung des optischen
Elements 3 in x-Richtung ähnlich den beiden Aktuatoren 13 und 14 gemäß 2 dienen,
wohingegen die beiden zwischen dem Mittelring 15 und dem
Außenring 11 angeordneten Aktuatoren 18 und 19 eine
Verstellung des optischen Elements 3 in y-Richtung ermöglichen.
Dabei sind die beiden Aktuatoren 16 und 17 sowie
die beiden Aktuatoren 18 und 19 parallel zueinander
angeordnet. Um eine exakte Bewegung in x- und in y-Richtung zu erreichen,
sind die beiden zwischen dem Innenring 12 und dem Mittelring 15 angeordneten
Aktuatoren 16 und 17 gegenüber den zwischen
dem Mittelring 15 und dem Außenring 11 angeordneten
Aktuatoren 18 und 19 um einen Winkel von im wesentlichen
90° versetzt. Für beide Richtungen könnte
jeweils auch eine größere Anzahl als die jeweiligen
beiden Aktuatoren 16 und 17 bzw. 18 und 19 vorgesehen
sein. Sämtliche Aktuatoren für ein und dieselbe
Richtung sollten dann jeweils parallel zueinander angeordnet sein.
-
Beispielsweise
ist eine Ausführungsform denkbar, bei der für
jede verstellbare Achse der Fassung 10 mindestens drei
im wesentlichen parallel angeordnete Aktuatoren vorgesehen sind,
wodurch eine wesentliche Steigerung der Steifigkeit erreichbar ist.
-
Sowohl
bei der Ausführungsform der Fassung gemäß 2 als auch
bei derjenigen gemäß 3 ist es
außerdem auch möglich, für die x- und/oder
die y-Richtung lediglich einen Aktuator einzusetzen und parallel
dazu statt des zweiten Aktuators ein reines Blattfederelement zur
Schwingungsdämpfung zu verwenden.
-
In 4 ist
eine weitere Ausführungsform der Fassung 10 dargestellt,
bei welcher drei Aktuatoren 20, 21 und 22 vorgesehen
sind, die wiederum als bimorphe, piezoelektrische Elemente 20a, 21a und 22a ausgebildet
und um den Umfang des optischen Elements 3 angeordnet sind.
Hierbei weist die Fassung 10 ein mit dem optischen Element 3 unmittelbar verbundenes
Fassungsbauteil 23 und einem mit dem Fassungsbauteil 23 über
die Aktuatoren 20, 21 und 22 verbundenes
weiteres Fassungsbauteil 24 auf. Die drei Aktuatoren 20, 21 und 22 sind
an dem zweiten Fassungsbauteil 24 angebracht und das mit
dem optischen Element 3 verbundene Fassungsbauteil 23 liegt
auf den drei Aktuatoren 20, 21 und 22 auf.
Eine feste Anbringung des Fassungsbauteils 23 an den drei
Aktuatoren 20, 21 und 22 ist möglich.
-
Durch
diese Anordnung sind die Aktuatoren 20, 21 und 22 wie
später noch detaillierter beschrieben wird in der Lage,
das optische Element 3 in Richtung der optischen Achse,
also in der mit z bezeichneten Richtung, zu bewegen. Zusätzlich
ist auch eine Rotation bzw. Verkippung des optischen Elements 3 um
die x- oder die y-Achse, also die Verstellung des sogenannten Kipp,
möglich. Bei dieser Ausführungsform wäre
es ebenfalls möglich, eine andere, insbesondere eine größere
Anzahl an Aktuatoren vorzusehen oder einzelne Aktuatoren durch passive
Blattfedern zu ersetzen. Des weiteren könnten um den Umfang
des optischen Elements 3 auch weitere Blattfedern eingesetzt
werden, was insbesondere von der Masse des optischen Elements 3 und
des Fassungsbauteils 23 abhängt. In einer nicht
dargestellten Ausführungsform wäre es gegebenenfalls
auch möglich, das optische Element 3 direkt auf
den Aktuatoren 20, 21 und 22 zu lagern.
-
5 zeigt
in einer Seitenansicht eines der piezoelektri schen Elemente 13a, 14a, 16a, 17a, 18a, 19a, 20a, 21a oder 22a,
welches einen der Aktuatoren 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21 oder 22 bildet.
Prinzipiell können sämtliche Aktuatoren 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22 identisch
ausgeführt sein. Der Einfachheit halber wird das in den 5 und 6 dargestellte
bimorphe, piezoelektrische Element nachfolgend lediglich mit dem
Bezugszeichen 13a bezeichnet. Es ist erkennbar, dass das
bimorphe, piezoelektrische Element 13a in Form einer Blattfeder ausgebildet
ist und einen streifenförmigen Grundkörper 25 aufweist.
Der vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehende streifenförmige
Grundkörper 25 gewährleistet dabei die
federnde Wirkung des bimorphen, piezoelektrischen Elements 13a und die
gegenseitige Führung der mit demselben verbundenen Bauteile.
Auf beiden Seiten des streifenförmigen Grundkörpers 25 sind
jeweilige piezoaktive Schichten 26 und 27 aufgebracht,
welche sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung je nach Vorzeichen
derselben verkürzen oder verlängern. Die beiden
piezoaktiven Schichten 26 und 27 befinden sich auf
den gegenüberliegenden Seiten des Grundkörpers 25 und
sind in Längsrichtung des Grundkörpers 25 versetzt
zueinander angeordnet. Selbstverständlich ist auch jede
andere Bauweise von bimorphen Biegeaktuatoren einsetzbar. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel verlängern sich beim Anlegen
einer elektrischen Spannung die beiden Schichten 26 und 27,
so dass sich der Grundkörper 25 wie dargestellt verbiegt
und für eine Auslenkung um den Betrag Δx sorgt.
Wenn an dem oberen, ausgelenkten Ende des Grundkörpers 25 beispielsweise
der Innenring 12 befestigt ist, so ergibt sich eine entsprechende
Verschiebung desselben. Vorzugsweise handelt es sich hierbei jeweils
um Verschiebungen im Mikrometerbereich, also um sehr geringe Verschiebungen.
Falls, wie oben unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben,
mehrere Aktuatoren für eine Richtung vorgesehen sind, so
sollten diese auf dieselbe Art und Weise angesteuert werden. Des
weiteren sollten mehrere Aktuatoren für ein und dieselbe
Richtung im wesentlichen gleich lang sein.
-
Durch
die auf beiden Seiten des streifenförmigen Grundkörpers 25 angebrachten
piezoaktiven Schichten 26 und 27 verbiegt sich
der Grundkörper 25 also im wesentlichen S-förmig,
wodurch das obere Ende desselben gegenüber dem unteren
Ende parallel verschoben wird und annähernd keine unerwünschten
Momente auf den Innenring 12 übertragen werden.
Statt der beiden piezoaktiven Schichten 26 und 27 könnte
der streifenförmige Grundkörper 25 auch
lediglich eine piezoaktive Schicht aufweisen. Auch mit einem derartigen
bimorphen, piezoelektrischen Element 13a wäre
die Bewegung und die Führung des optischen Elements 3 bzw.
des jeweiligen Fassungsbauteils, an dem das piezoelektrische Element 13a angebracht
ist, möglich, jedoch würden dann Momente übertragen,
die entsprechend kompensiert werden müssten.
-
Eine
andere Polung der Spannung sorgt entsprechend für eine
Verkürzung der beiden Schichten 26 und 27,
wodurch sich bei gleicher Höhe der Spannung der Grundkörper 25 spiegelbildlich
verbiegt und sich eine Auslenkung des oberen Endes des Grundkörpers 25 gegenüber
dem unteren Ende um den Betrag Δx in die andere Richtung
ergibt. Statt die beiden piezoaktiven Schichten 26 und 27 auf
unterschiedlichen Seiten des Grundkörpers 25 anzubringen, könnten
diese auch auf ein und derselben Seite angebracht sein und eine
unterschiedliche Polarisierung aufweisen, sodass sich die eine Schicht
verkürzt wenn sich die andere Schicht verlängert.
-
Die
Bezeichnung „bimorph" für das piezoelektrische
Element 13a bedeutet also, dass sich die beiden Schichten 26 und 27 bei
Anlegen einer Spannung anders verhalten als der Grundkörper 25.
Durch die große mechanische Übersetzung ergibt
sich auf diese Weise eine relativ starke Verbiegung des piezoelektrischen
Elements 13a.
-
In
der Darstellung gemäß 6 ist erkennbar,
dass die beiden Schichten 26 und 27 mit einem elektrischen
Anschluss 28 versehen sind, über den die elektrische
Spannungen an die Schichten 26 und 27 angelegt
werden. Der Aktuator bzw. das bimorphe, piezoelektrische Element 13a ist
des weiteren mit zwei als Bewegungssensoren 29 und 30 wirkenden
Feldern versehen, welche ebenfalls über einen elektrischen
Anschluss 31 verfügen. Mit den beiden Bewegungssensoren 29 und 30 können
Bewegungen des jeweiligen Fassungsbauteils, an dem der Aktuator 13 angebracht
ist, festgestellt werden, so dass dieser über die piezoaktiven
Schichten 26 und 27 entsprechend angesteuert werden
kann und eine aktives Ausgleichen von Schwingungen möglich
ist. Diese von den Bewegungssensoren 29 und 30 ermittelten
Schwingungen können durch entsprechendes Ansteuern des
Aktuators 13 ausgeglichen werden, so dass sich Erschütterungen
der Fassung 10 nicht auf das optische Element 3 auswirken
und dieses an dem gewünschten Ort verbleibt.
-
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 19901295
A1 [0002]
- - US 6580570 [0002]
- - US 6307688 B1 [0029]