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Die
Erfindung betrifft einen Einzelspiegel zum Aufbau eines Facettenspiegels,
insbesondere zum Einsatz als bündelführende optische
Komponente in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikro-Lithographie.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einzelspiegel
zum Aufbau eines Facettenspiegels zu schaffen, der reproduzierbar
und präzise justierbar ist und gleichzeitig einen ausreichenden
Wärmeabtrag, insbesondere erzeugt durch restabsorbierte
Nutzstrahlung, die vom Einzelspiegel reflektiert wird, durch Ableitung
der Wärme vom Spiegelkörper gewährleistet.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
einen Einzelspiegel mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Das
erfindungsgemäße Größenverhältnis der
Gelenklänge zur Gelenkstärke stellt bei gegebener,
insbesondere zur Erzielung einer Justageverlagerung mit geringem
Kraftaufwand geringer Steifigkeit sicher, dass über das
Festkörpergelenk ein ausreichender Wärmeabtrag
vom Spiegelkörper hin zum Trägerkörper
gewährleistet ist. Die im Vergleich zur Gelenkstärke
große Gelenklänge stellt dabei einen ausreichend
großen Wärmeübertragungsquerschnitt durch
das Festkörpergelenk sicher. Durch die im Verhältnis
zur Gelenklänge geringe Gelenkstärke ist zur Justage
des Einzelspiegels eine gegebene Winkelauslenkung des Spiegelkörpers
mit geringem Kraftaufwand möglich. Dies schafft die Möglichkeit,
eine Aktuato rik zur Verkippung des Spiegelkörpers einzusetzen,
die mit geringen Kräften auskommt und daher beispielsweise
sehr kompakt gestaltet sein kann. Als Aktuatoren zum Verkippen des
Spiegelkörpers können insbesondere solche eingesetzt
sein, die beim Aufbau konventioneller Mikrospiegel-Arrays eingesetzt
werden. Derartige Mikrospiegelanordnungen sind dem Fachmann unter
dem Stichwort „MEMS” (Mikroelektromechanische
Systeme) beispielsweise aus der
EP 1 289 273 A1 bekannt. Im Vergleich zu
bekannten Torsionsaufhängungen von Mikrospiegeln (vgl.
Yeow
et al., Sensors and Actuators A 117 (2005), 331–340)
mit einem sehr viel geringeren L/S-Verhältnis ist der Wärmeübertrag
beim Einsatz der erfindungsgemäßen Festkörpergelenke deutlich
verbessert. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Wärme
aufgrund deutlicher Restabsorption vom Spiegelkörper abgeleitet
werden muss, wie dies beispielsweise beim Einsatz von EUV-Strahlung
als vom Einzelspiegel reflektierter Nutzstrahlung der Fall ist.
Zusätzlich kann der Wärmeübertrag zwischen
dem Spiegelkörper und dem Trägerkörper
beispielsweise noch durch Einsatz von Mikrokanälen im Trägerkörper
verbessert werden, die mit einer insbesondere laminar durchströmenden
Kühlflüssigkeit eine aktive Kühlung ermöglichen.
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Zwei
Kippgelenke nach Anspruch 2 erlauben eine variable Einstellung eines
Ablenkwinkels für auf den Spiegelkörper auftreffende
Nutzstrahlung.
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Eine
funktionale Trennung der beteiligten Einzelspiegelkörper
nach Anspruch 3 ermöglicht eine konstruktiv einfache Auslegung
von diesem.
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Eine
Ausgestaltung mit zwei Festkörpergelenken nach Anspruch
4 erlaubt einen guten Wärmeübertrag über
beide Festkörpergelenke. Insbesondere ist ein guter Wärmeübertrag
möglich vom Spiegelkörper über den Zwischenkörper
hin zum Trägerkörper.
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Separate
Festkörpergelenkabschnitte nach Anspruch 5 führen
zu einer Verringerung der Biegesteifigkeit des Festkörpergelenks.
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Ein
insbesondere kapazitiv wirkender Elektroden-Aktuator nach Anspruch
6 lässt sich kompakt und mit Mikrobearbeitungstechniken
herstellen. Bei gegebenem Wärmeübertrag lässt
sich über das erfindungsgemäße Verhältnis
aus Gelenklänge und Gelenkstärke ein derart wenig
biegesteifes Festkörpergelenk realisieren, dass typische
Kräfte, die von einem solchen Elektroden-Aktuator erzeugt
werden können und die beispielsweise im mN-Bereich liegen,
zur Erzeugung notwendiger Kippwinkel ausreichend sind.
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Ein
Elektrodenabstand nach Anspruch 7 führt einerseits zur
Erzeugung hoher Feldstärken und ist andererseits zur Realisierung
der in der Regel geringen erforderlichen Kippwinkel ausreichend.
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Ein
Aktuator mit einem Elektrodenstapel nach Anspruch 8 führt
zur Möglichkeit, in Summe hohe Verstellkräfte
bei gegebener absoluter Spannungsdifferenz zwischen benachbarten
Elektroden zu erzeugen.
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Ein
Aktuator nach Anspruch 9 ermöglicht bei einer kompakten
Anordnung die Erzeugung von Stellkräften im mN-Bereich,
die bei einer typischen Mikro-Ausgestaltung des Festkörpergelenks
zur Erzeugung einer erforderlichen Verkippung des Einzelspiegels
ausreichen. Entsprechende Aktuatoren sind auch als Zipping Actuators
(Wanderkeil-Aktuatoren oder Rollschluss-Aktuatoren) bekannt und
beispielsweise beschrieben in dem Fachartikel von J. Li
et al. „Deep-Reactive Ion-Etched Compliant Starting Zone Electrostatic
Zipping Actuators" Journal of Micromechanical Systems,
VOL. 14, NO. 6, 2005 und dem Fachartikel von M.
A. Rosa et al. "A novel external electrode configuration
for the elastrostatic actuation of MEMS based devices",
J. Micromech. Microeng., 14, 2004.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Einzelspiegel zum Aufbau
eines erfindungsgemäßen Facettenspiegels zu schaffen,
der bei einer kompakten Anordnung zur Verkippung einer Reflexionsfläche
des Einzelspiegels ausreichend große Stellkräfte
gewährleistet.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
einen Einzelspiegel mit den im Anspruch 10 angegebenen Merkmalen.
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Die
Vorteile des Aktuators eines derartigen Einzelspiegels entsprechen
denen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem Aktuator nach Anspruch 9
bereits diskutiert wurden.
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Anzahlen
von Bewegungselektroden nach Anspruch 11 haben sich für
die Gewährleistung einer ausreichend hohen Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden
als vorteilhaft herausgestellt. Die Berandungsform der Reflexionsfläche
kann an die Anzahl der Bewegungselektroden angepasst sein. Soweit drei
Bewegungselektroden eingesetzt werden, kann die Reflexionsfläche
des Einzelspiegels beispielsweise dreieckig ausgeführt
sein. Bevorzugt ist eine Berandungsform des Einzelspiegels, mit
der sich eine lückenlose Parkettierung einer Gesamt-Reflexionsfläche
eines Facettenspiegels mit gleich berandeten Einzelspiegeln schaffen
lässt.
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Eine
Ausgestaltung der Bewegungselektrode nach Anspruch 12 schafft die
Möglichkeit, den Anlageflächenabschnitt beim Anlegen
einer Spannung zwischen der Bewegungselektrode und der Gegenelektrode
kontinuierlich zu vergrößern, wobei sich der Abstand
zwischen der Bewegungselektrode und der Gegenelektrode im Abstands-Flächenabschnitt
verringert, so dass dort eine hohe elektrische Feldstärke mit
entsprechend großer Stellkraft resultiert.
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Grundflächen-Gestaltungen
der Bewegungselektrode nach den Ansprüchen 13 und 14 haben
sich zur Schaffung kompakter Stellanordnungen als besonders geeignet
herausgestellt. Die spiralförmige Gestaltung nach Anspruch
14 ist hierbei besonders kompakt.
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Ein
nach Anspruch 15 progressiv zunehmender Elektrodenabstand im Abstands-Flächenabschnitt
schafft die Möglichkeit einer sich jeweils selbst verstärkenden
Kraftentfaltung bei zunehmend angelegter elektrischer Spannung zwischen
den Elektroden.
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Eine
Spannungsvorgabe nach Anspruch 16 ermöglicht es, auch in
einer Neutralstellung eine exakt definierte Positionierung des Spiegelkörpers
zum Trägerkörper herbeizuführen. Die
Neutralstellung ist dann nicht durch den kräftefreien Zustand
des mindestens einen Festkörpergelenks vorgegeben.
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Eine
Reflexionsfläche nach Anspruch 17 hat sich zur Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Facettenspiegels als geeignet
herausgestellt. Gegebenenfalls kann die Spiegelfläche auch
kleiner ausgeführt sein und beispielsweise eine die Spiegelfläche aufspannende
Dimension haben, die im Bereich von einigen Zehntel Millimeter liegt.
Auch größere Spiegelflächen wie 1 mm2 sind möglich. Die Reflexionsfläche
kann eine rechteckige, eine hexagonale oder auch eine dreieckige
Berandungsform haben. Auch andere, mehreckige Berandungsformungen,
beispielsweise pentagonal, sind möglich.
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Ein
Kippachsenverlauf nach Anspruch 18 ermöglicht eine präzise
Justage der Nutzstrahlung. Wenn die Kippachse in der Ebene der Spiegelfläche liegt,
führt eine Verkippung des Einzelspiegels zu keinem Versatz
der ausfallenden Nutzstrahlung oder allenfalls zu einem sehr geringen
Versatz.
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Eine
seitliche Anordnung des Kippgelenks nach Anspruch 19 ermöglicht
einen hinsichtlich der Bautiefe kompakten Aufbau.
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Eine
Kippgelenkanordnung nach Anspruch 20 vermeidet Totflächen
auf der Ebene der Reflexionsfläche des Spiegelkörpers.
Reflexionsflächen benachbarter Einzelspiegel können
dann dicht an dicht und praktisch ohne Zwischenraum angeordnet sein.
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Separat
zueinander angeordnete Elektroden nach den Ansprüchen 21
und 22 erlauben eine Justage des Spiegelkörpers relativ
zum Trägerkörper mit mehreren Freiheitsgraden.
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Eine
Anordnung der Elektroden nach Anspruch 23 vereinfacht den Ansteuerungsaufwand
für eine Elektroden-Aktuatorik des Einzelspiegels zur Vorgabe
beispielsweise gezielt linear verlaufender Änderungen einer
Ablenkung der einfallenden Nutzstrahlung durch den Einzelspiegel.
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Die
Vorteile eines Facettenspiegels nach Anspruch 24 entsprechen denen,
die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen
Einzelspiegel bereits erläutert wurden. Der Facettenspiegel kann
genau einen erfindungsgemäßen Einzelspiegel aufweisen.
Der Facettenspiegel kann eine Mehrzahl erfindungsgemäßer
Einzelspiegel aufweisen. Der Facettenspiegel kann mehr als 50, mehr
als 100, mehr als 200, mehr als 500 oder auch mehr als 1000 erfindungsgemäße
Einzelspiegel aufweisen.
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Beim
Einsatz eines Facettenspiegels nach Anspruch 25 ist eine Variabilität
bei der Einstellung verschiedener Beleuchtungsgeometrien eines zu
belichtenden Objektfeldes beim Einsatz des Facettenspiegels in einer
Projektionsbelichtungsanlage erhöht.
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Die
Unterteilung des Facettenspiegels in eine Vielzahl von Einzelspiegeln,
die unabhängig voneinander verkippt werden können,
ermöglicht eine variable Vorgabe von Unterteilungen des
Facettenspiegels in Einzelspiegel-Gruppen. Dies kann dazu genutzt
werden, Gruppierungen mit verschiedenen Berandungen zu erzeugen,
um auf diese Weise beispielsweise eine Anpassung an die Form eines auszuleuchtenden
Objektfeldes zu gewährleisten. Die individuelle Ansteuerbarkeit
der Einzelspiegel gewährleistet, dass eine Vielzahl verschiedener
Beleuchtungen des Objektfeldes möglich wird, ohne hierbei
Licht durch Abschattungen zu verlieren. Insbesondere ist eine Anpassung
einer Beleuchtungsoptik, innerhalb der der Facettenspiegel einsetzbar ist,
an optische Parameter einer Strahlungsquelle möglich, beispielsweise
an eine Strahldivergenz oder an eine Intensitätsverteilung über
den Strahlquerschnitt. Der Facettenspiegel kann so ausgeführt
sein, dass mehrere Einzelspiegel-Gruppen jeweils für sich das
gesamte Objektfeld ausleuchten. Es können mehr als zehn,
mehr als 50 oder auch mehr als 100 derartiger Einzelspiegel-Gruppen
beim erfindungsgemäßen Facettenspiegel vorgesehen
sein. Ein Einzelspiegel-Ausleuchtungskanal ist derjenige Teil des Strahlengangs
eines vom Facettenspiegel geführten Bündels der
Beleuchtungsstrahlung, der von genau einem der Einzelspiegel des
Facettenspiegels geführt ist. Erfindungsgemäß sind mindestens
zwei derartige Einzelspiegel-Ausleuchtungskanäle zur Ausleuchtung
des gesamten Objektfeldes erforderlich. Bei den Facettenspiegeln
nach der
US 6,438,199
B1 und der
US
6,658,084 B2 beleuchten die Einzelspiegel-Ausleuchtungskanäle
jeweils Objektfeldabschnitte, deren Größe dem
Objektfeld entspricht.
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Die
Vorteile einer Beleuchtungsoptik nach Anspruch 26 entsprechen denen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf den erfindungsgemäßen
Facettenspiegel bereits ausgeführt wurden.
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Bevorzugt
können innerhalb der Beleuchtungsoptik sowohl ein erfindungsgemäß in
Einzelspiegel unterteilter Feldfacettenspiegel als auch ein erfindungsgemäß in
Einzelspiegel unterteilter Pupillenfacettenspiegel eingesetzt. Es
kann dann eine bestimmte Beleuchtungswinkelverteilung, also ein
Beleuchtungssetting, durch entsprechende Gruppierung der Einzelspiegel-Gruppen
auf dem Feldfacettenspiegel und den Pupillenfacettenspiegeln praktisch
ohne Lichtverlust realisiert werden. Erfindungsgemäß in
Einzelspiegel unterteilt sein kann auch ein spekularer Reflektor
nach Art desjenigen, der beispielsweise in der
US 2006/0132747 A1 beschrieben ist.
Da mit dem spekularen Reflektor sowohl die Intensitäts-
als auch die Beleuchtungswinkelverteilung im Objektfeld eingestellt
wird, kommt hier die zusätzliche Variabilität
aufgrund der Unterteilung in Einzelspiegel besonders gut zum Tragen.
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Eine
Beleuchtungsoptik nach Anspruch 27 kann beispielsweise die Vorteile
eines aus Einzelspiegeln aufgebauten Feldfacettenspiegels mit denen
eines aus Einzelspiegeln aufgebauten Pupillenfacettenspiegels vereinen.
Die Einstellung verschiedenster Beleuchtungssettings praktisch ohne
Lichtverlust ist möglich. Der Pupillenfacettenspiegel kann eine
größere Anzahl von Einzelspiegeln aufweisen als
der vorgelagerte Feldfacettenspiegel. Mit dem vorgelagerten Feldfacettenspiegel
lassen sich dann verschiedene Ausleuchtungsformen des Pupillenfacettenspiegels
und damit verschiedene Beleuchtungssettings der Beleuchtungsoptik
realisieren, soweit die Facetten zur Umstellung entsprechend aktorisch
verlagert, insbesondere verkippt, werden können.
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Die
Vorteile einer Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 28 entsprechen
denen, die vorstehend bereits diskutiert wurden.
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Eine
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 29 ermöglicht
eine hohe Strukturauflösung.
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Die
Vorteile eines Herstellungsverfahrens nach Anspruch 30 und eines
mikrostrukturierten Bauteils nach Anspruch 31 entsprechen denen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die Ansprüche 1 bis 29
bereits erläutert wurden. Es lassen sich mikrostrukturierte
Bauteile mit hohen Integrationsdichten bis hin in den Sub-Mikrometer-Bereich
realisieren.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch
einen Meridionalschnitt durch eine Projektionsbelichtungsanlage
für die EUV-Projektions-Lithographie;
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2 schematisch
eine Aufsicht auf einen aus Einzelspiegel aufgebauten Feldfacettenspiegel zum
Einsatz in der Projektionsbelichtungsanlage nach 1;
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3 eine
Aufsicht auf einen Einzelspiegel zum Aufbau des Feldfacettenspiegels
nach 2;
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4 eine
Ansicht auf den Einzelspiegel aus Blickrichtung IV in 3,
wobei eine Reflexionsfläche des Einzelspiegels in einer
unverkippten Neutralstellung dargestellt ist;
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5 eine
Ausschnittsvergrößerung aus 4;
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6 eine
Ansicht des Einzelspiegels aus Blickrichtung VI in 3;
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7 in
einer zu 4 ähnlichen Darstellung
den Einzelspiegel in einer aktorisch verkippten Kippstellung;
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8 in
einer zu 4 ähnlichen Darstellung
eine weitere Ausführung eines Einzelspiegels;
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9 in
einer zu 6 ähnlichen Ansicht den
Einzelspiegel nach 8;
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10 eine
Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführung eines Einzelspiegels
zum Aufbau des Facettenspiegels nach 2;
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11 eine
perspektivische Ansicht der Ausführung des Einzelspiegels
nach 10 in einer Kippstellung, in der eine Spiegelplatte
relativ zu einem Trägersubstrat um eine von zwei aktuatorisch ansteuerbaren
Kippachsen verkippt ist;
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12 den
Einzelspiegel nach den 10 und 11 in
einer zu 11 ähnlichen Darstellung, wobei
die Fläche relativ zum Trägersubstrat um beide
Kippachsen verkippt dargestellt ist;
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13 im
Ausschnitt ein als Festkörpergelenk ausgebildetes Kippgelenk
des Einzelspiegels einer der Ausführungen nach den 3 bis 12;
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14 in
einer zu 3 ähnlichen Darstellung
eine weitere Ausführung eines Einzelspiegels zum Aufbau
des Facettenspiegels nach 2;
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15 schematisch
eine Ausführung eines elektrostatischen, kapazitiven Wanderkeil-Aktuators zur
gesteuerten Verkippung eines Spiegelkörpers der Einzelspiegel
nach den 3 bis 14, wobei
zwischen zwei Elektroden des Aktuators keine Spannung angelegt ist;
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16 den
Aktuator nach 15, wobei zwischen dessen Elektroden
eine Spannung angelegt ist;
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17 in
einer zu 8 ähnlichen Darstellung
eine weitere Ausführung eines Einzelspiegels zum Aufbau
des Facettenspiegels nach 2, dargestellt
in einer Neutralstellung, wobei Aktuatoren nach den 15 und 16 eingesetzt
sind;
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18 den
Einzelspiegel nach 17, dargestellt in einer ersten
Kippstellung um eine erste seiner beiden Kippachsen;
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19 den
Einzelspiegel nach 17, dargestellt in einer zweiten,
verglichen mit 18 gegenläufigen Kippstellung,
verkippt um die gleiche Kippachse wie bei der Darstellung nach 18;
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20 eine
Variante der Elektrodenanordnung von Kippaktuatoren der Ausführung
des Einzelspiegels nach 17;
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21 eine
zur 10 ähnliche Explosionsdarstellung des
Einzelspiegels mit der Elektrodenanordnung nach 20;
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22 eine
Seitenansicht des Einzelspiegels mit der Elektrodenanordnung nach 20;
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23 eine
perspektivische Ansicht des Einzelspiegels mit der Elektrodenanordnung
nach 20;
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24 eine
Variante der Elektrodenanordnung von Kippaktuatoren der Ausführung
des Einzelspiegels nach 17;
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25 eine
zur 10 ähnliche Explosionsdarstellung des
Einzelspiegels mit der Elektrodenanordnung nach 24;
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26 eine
Seitenansicht des Einzelspiegels mit der Elektrodenanordnung nach 24;
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27 eine
perspektivische Ansicht des Einzelspiegels mit der Elektrodenanordnung
nach 24;
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28 schematisch
in einer zu 18 ähnlichen Darstellung
eine weitere Ausführung eines Einzelspiegels zum Aufbau
des Facettenspiegels nach 2 mit einer
weiteren Ausführung eines Kippaktuators mit einem Elektrodenstapel;
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29 in
einer zu 17 ähnlichen Darstellung
eine weitere Ausführung eines Einzelspiegels zum Aufbau
des Facettenspiegels nach 2 mit einer 28 entsprechenden
Ausführung von Kippaktuatoren;
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30 eine
zu 18 ähnliche Darstellung des Einzelspiegels
nach 29;
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31 perspektivisch
eine weitere Ausführung eines aktuatorisch verkippbaren
Einzelspiegels;
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32 eine
Aufsicht auf den Einzelspiegel nach 31;
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33 eine
Seitenansicht des Einzelspiegels nach 31; und
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34 eine
Explosionsdarstellung des Einzelspiegels nach 31.
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1 zeigt
schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für
die Mikro-Lithographie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben
einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur
Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Belichtet
wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der
Zeichnung nicht dargestelltes Retikel, das von einem ebenfalls nicht
dargestellten Retikelhalter gehalten ist. Eine Projektionsoptik 7 dient
zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in
einer Bildebene 9. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel
auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in
der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung
ebenfalls nicht dargestellt ist und von einem ebenfalls nicht dargestellten
Waferhalter gehalten ist.
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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, gasdischarge-produced
plasma) oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, laser-produced
plasma) handeln. Auch eine Strahlungsquelle, die auf einem Synchrotron
basiert, ist für die Strahlungsquelle
3 einsetzbar.
Informationen zu einer derartigen Strahlungsquelle findet der Fachmann
beispielsweise aus der
US
6,859,515 B2 . EUV-Strahlung
10, die von der Strahlungsquelle
3 ausgeht,
wird von einem Kollektor
11 gebündelt. Ein entsprechender
Kollektor ist 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 trifft. Der
Feldfacettenspiegel
13 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik
4 angeordnet,
die zur Objektebene
6 optisch konjugiert ist.
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Die
EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Beleuchtungslicht
oder als Abbildungslicht bezeichnet.
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Nach
dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von
einem Pupillenfacettenspiegel 14 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist
in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet,
die zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch
konjugiert ist. Mit Hilfe des Pupillenfacettenspiegels 14 und
einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit
in der Reihenfolge des Strahlengangs be zeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden
nachfolgend noch näher beschriebene Feld-Einzelfacetten 19,
die auch als Subfelder oder als Einzelspiegel-Gruppen bezeichnet
werden, des Feldfacettenspiegels 13 in das Objektfeld 5 abgebildet.
Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist
ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing
Incidence-Spiegel”).
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2 zeigt
Details des Aufbaus des Feldfacettenspiegels 13 in einer
stark schematischen Darstellung. Eine gesamte Reflexionsfläche 20 des
Feldfacettenspiegels 13 ist zeilen- und spaltenweise unterteilt
in ein Raster aus Einzelspiegeln 21. Die Einzelreflexions-Flächen
der individuellen Einzelspiegel 21 sind plan. Eine Einzelspiegel-Zeile 22 weist
eine Mehrzahl der direkt nebeneinander liegenden Einzelspiegel 21 auf.
In einer Einzelspiegel-Zeile 22 können mehrere
zehn bis mehrere hundert der Einzelspiegel 21 vorgesehen
sein. Im Beispiel nach 2 sind die Einzelspiegel 21 quadratisch.
Auch andere Formen von Einzelspiegeln, die eine möglichst
lückenlose Belegung der Reflexionsfläche 20 ermöglichen,
können eingesetzt sein. Derartige alternative Einzelspiegel-Formen
sind aus der mathematischen Theorie der Parkettierung bekannt. In
diesem Zusammenhang sei verwiesen auf Istvan Reimann: "Parkette, geometrisch
betrachtet", in „Mathematisches Mosaik",
Köln (1977), sowie auf Jan Gulberg: „Mathematics – From
the birth of numbers", New York/London (1997).
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Der
Feldfacettenspiegel
13 kann beispielsweise so ausgeführt
sein, wie in der
DE
10 2006 036 064 A1 beschrieben.
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Eine
Einzelspiegel-Spalte 23 hat, je nach Ausführung
des Feldfacettenspiegels 13, ebenfalls eine Mehrzahl von
Einzelspiegeln 21. Pro Einzelspiegel-Spalte 23 sind
beispielsweise einige zehn Einzelspiegel 21 vorgesehen.
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Zur
Erleichterung der Beschreibung von Lagebeziehungen ist in der 2 ein
kartesisches xyz-Koordinatensystem als lokales Koordinatensystem
des Feldfacettenspiegels 13 eingezeichnet. Entsprechende
lokale xyz-Koordinatensysteme finden sich auch in den nachfolgenden
Figuren, die Facettenspiegel oder einen Ausschnitt hiervon in Aufsicht zeigen.
In der 2 verläuft die x-Achse horizontal nach
rechts parallel zu den Einzelspiegel-Zeilen 22. Die y-Achse
läuft in der 2 nach oben parallel zu den
Einzelspiegel-Spalten 23. Die z-Achse steht senkrecht auf
der Zeichenebene der 2 und läuft aus dieser
heraus.
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Bei
der Projektionsbelichtung werden der Retikelhalter und der Waferhalter
synchronisiert zueinander in y-Richtung gescannt. Auch ein kleiner Winkel
zwischen der Scanrichtung und der y-Richtung ist möglich,
wie noch erläutert wird.
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In
x-Richtung hat die Reflexionsfläche 20 des Feldfacettenspiegels 13 eine
Erstreckung von x0. In y-Richtung hat die
Reflexionsfläche 20 des Feldfacettenspiegels 13 eine
Erstreckung von y0.
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Je
nach Ausführung des Feldfacettenspiegels 13 haben
die Einzelspiegel 21 x/y-Erstreckungen im Bereich beispielsweise
von 600 μm × 600 μm bis beispielsweise
2 mm × 2 mm. Der gesamte Feldfacettenspiegel 13 hat
eine x0/y0-Erstreckung,
die je nach Ausführung beispielsweise 300 mm × 300
mm oder 600 mm × 600 mm beträgt. Die Feld-Einzelfacetten 19 haben
typische x/y-Erstreckungen von 25 mm × 4 mm oder von 104
mm × 8 mm. Je nach dem Verhältnis zwischen der
Größe der jeweiligen Feld-Einzelfacetten 19 und
der Größe der Einzelspiegel 21, die diese
Feld-Einzelfacetten 19 aufbauen, weist jede der Feld-Einzelfacetten 19 eine
entsprechende Anzahl von Einzelspiegeln 21 auf.
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Jeder
der Einzelspiegel 21 ist zur individuellen Ablenkung von
auftreffendem Beleuchtungslicht 10 jeweils mit einem Aktor
bzw. Aktuator 24 verbunden, wie in der 2 anhand
zweier in einer Ecke links unten der Reflexionsfläche 20 angeordneten Einzelspiegel 21 gestrichelt
angedeutet und näher in der 3 anhand
eines Ausschnitts einer Einzelfacetten-Zeile 22 dargestellt.
Die Aktuatoren 24 sind auf der einer reflektierenden Seite
der Einzelspiegel 21 abgewandten Seite jedes der Einzelspiegel 21 angeordnet.
Die Aktuatoren 24 können beispielsweise als Piezo-Aktuatoren
ausgeführt sein. Ausgestaltungen derartiger Aktuatoren
sind vom Aufbau von Mikrospiegel-Arrays her bekannt.
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Die
Aktuatoren 24 einer Einzelspiegel-Zeile 22 sind
jeweils über Signalleitungen mit einem Zeilen-Signalbus 26 verbunden.
Jeweils einem der Zeilen-Signalbusse 26 ist einer Einzelspiegel-Zeile 22 zugeordnet.
Die Zeilen-Signalbusse 26 der Einzelspiegel-Zeilen 22 sind
ihrerseits mit einem Haupt-Signalbus 27 verbunden. Letzterer
steht mit einer Steuereinrichtung 28 des Feldfacettenspiegels 13 in
Signalverbindung. Die Steuereinrichtung 28 ist insbesondere
zur reihenweise, also zeilen- oder spaltenweise, gemeinsamen Ansteuerung
der Einzelspiegel 21 ausgeführt.
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Jeder
der Einzelspiegel 21 ist individuell unabhängig
um zwei senkrecht aufeinander stehende Kippachsen verkippbar, wobei
eine erste dieser Kippachsen parallel zur x-Achse und die zweite
dieser beiden Kippachsen parallel zur y-Achse verläuft.
Die beiden Kippachsen liegen in den Einzel-Reflexionsflächen
der jeweiligen Einzelspiegel 21.
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Die
Einzelspiegel
21 können beispielsweise nach Art
eines Mikrospiegel-Arrays (MMA-Arrays) realisiert werden, bei dem
die einzelnen Spiegel mittels seitlich angebrachter Federgelenke
beweglich gelagert sind und elektrostatisch aktuiert werden können.
Derartige Mikrospiegelanordnungen sind dem Fachmann unter dem Stichwort „MEMS” (mikroelektromechanische
Systeme) beispielsweise aus der
EP 1 289 273 A1 bekannt.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen stellen
die Einzelspiegel 21 Ausleuchtungskanäle zur Überlagerung
der EUV-Strahlung 10, also der Beleuchtungsstrahlung, im
Objektfeld 5 der Projektionsbelichtungsanlage 1 bereit.
Die Einzelspiegel 21 haben Spiegelflächen mit
einer derartigen Ausdehnung, dass diese Einzelspiegel-Ausleuchtungskanäle
im Objektfeld 5 Objektabschnitte beleuchten, die kleiner
als das Objektfeld 5 sind.
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Die
Einzelspiegel 21 können eine Multilager-Beschichtung
mit Einzellagen aus Molybdän und Silizium aufweisen, so
dass die Reflektivität der Einzelspiegel 21 für
die verwendete EUV-Wellenlänge optimiert ist.
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Anhand
der 3 bis 7 wird nachfolgend eine Ausführung
eines Einzelspiegels, beispielsweise eines der Einzelspiegel 21 zum
Aufbau des Feldfacettenspiegels 13 nach 2 näher
erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend
unter Bezugnahme auf die 1 bis 2 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Der
Einzelspiegel 21 nach den 3 bis 7 hat
einen als Spiegelplatte ausgebildeten Spiegelkörper 79.
Der Spiegelkörper 79 ist aus Silizium. Der Spiegelkörper 79 hat
eine rechteckige und bei der Ausführung nach den 3 bis 7 angenähert
quadratische Reflexionsfläche 80 zur Reflexion
der EUV-Strahlung 10. Die Reflexionsfläche 80 kann
eine Mehrlagen-Reflexionsbeschichtung zur Optimierung der Reflektivität
des Einzelspiegels 21 für die EUV-Strahlung 10 aufweisen.
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Der
Spiegelkörper 79 des Einzelspiegels 21 ist
gegenüber einem starren Trägerkörper 81 aus
Silizium um zwei Kippachsen verkippbar. Diese beiden Kippachsen
sind in den 3 bis 7 mit w1 und w2 bezeichnet.
Jede dieser beiden Kippachsen w1, w2 gehört zu einem Kippgelenk 82, 83,
das jeweils als Festkörpergelenk ausgebildet ist. Die beiden
Kippachsen w1, w2 stehen
senkrecht aufeinander. Die Kippachse w1 verläuft
dabei parallel zur x-Achse und die Kippachse w2 verläuft
parallel zur y-Achse. Der Spiegelkörper 79 und
der Trägerkörper 81 können auch
aus FiO2 oder aus Fi3N4 ausgebildet sein. Die Kippachse w2 verläuft dabei in der Erstreckungsebene
des Spiegelkörpers 79. Neben der eigentlichen Reflexionsfläche 80 des
Spiegelkörpers 79 verbleibt eine kleine, nicht
verkippbare Totfläche 83a, die in der 30 oberhalb
der Kippachse w2 dargestellt ist. Die beiden
Kippachsen w1, w2 verlaufen
beide parallel zur Ebene der Reflexionsfläche 80.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Kippgelenke 82, 83 so
angeordnet sind, dass zumindest eine der beiden Kippachsen w1, w2 in der Ebene
der Reflexionsfläche 80 verläuft.
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Weitere
Materialbeispiele für EUV- und Hochvakuum-verträgliche
Materialien, die zum Aufbau des Einzelspiegels 21 geeignet
sind, sind CVD-(Chemical Vapour Deposition- )Diamant, SiC (Siliziumcarbid),
SiO2 (Siliziumoxid), Al2O3, Kupfer, Nickel, Aluminium-Legierungen
und Molybdän.
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5 zeigt
das zur Kippachse w1 gehörende Kippgelenk 82 in
einer vergrößerten Darstellung. Das Kippgelenk 83 ist
entsprechend ausgebildet.
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Das
Kippgelenk 82 hat senkrecht zur Kippachse w1,
also in der 5 in der z-Richtung, eine Gelenkstärke
S. Längs der Kippachse w1, also
in der 5 in der x-Richtung, hat das Kippgelenk 82 eine Gelenklänge
L (vgl. 6). Die Gelenklänge
L ist in ihrer Größe vergleichbar mit einer Quererstreckung des
Spiegelkörpers 79.
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Die
Gelenklänge L beträgt beim Einzelspiegel 21 nach
den 3 bis 7 etwa 1 mm. Die Gelenkstärke
S, die in der Zeichnung übertrieben groß dargestellt
ist, beträgt 1 μm. Der Quotient L/S beträgt daher
beim Einzelspiegel 21 nach den 30 bis 34 etwa
1000.
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Eine
Materialverjüngung, die zur Gelenkstärke S des
Festkörper-Kippgelenks 82 führt und in
der 5 beispielhaft als V-förmige Einkerbung
dargestellt ist, kann beispielsweise durch anisotropes AOH-Ätzen
hergestellt werden. Alternativ ist es möglich, einen Materialarm
des Kippgelenks 82 insgesamt beispielsweise durch einen Ätzprozess
auf eine der Gelenkstärke S entsprechende Stärke
zu bringen.
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Über
das Kippgelenk 83, dessen Dimensionen, also insbesondere
dessen Gelenkstärke S und dessen Gelenklänge L,
denen des Kippgelenks 82 entsprechen, ist der Spiegelkörper 79 mit
einem Zwischenträgerkörper 84 einstückig
verbunden. Der Zwischenträgerkörper 84 ist
ebenfalls aus Silizium. Der Zwischenträgerkörper 84 ist
im Querschnitt der 6 L-förmig und hat
einen dem Kippgelenk 83 direkt benachbart angeordneten
Gelenkabschnitt 85 sowie einen unter dem Spiegelkörper 79,
also auf der der Reflexionsfläche 80 abgewandten
Seite des Spiegelkörpers 79, angeordneten Plattenabschnitt 86.
Im Bereich des Kippgelenks 83 liegt zwischen dem Spiegelkörper 79 und
dem Gelenkabschnitt 85 des Zwischenträgerkör pers 84 ein
Abstand B (vgl. 6) vor, der auch als Breite
des Kippgelenks 83 bezeichnet ist.
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Der
Plattenabschnitt 86 des Zwischenträgerkörpers 84 ist über
das Kippgelenk 82 einstückig mit einem Gelenkabschnitt 87 des
Trägerkörpers 81 einstückig
verbunden. Der Gelenkabschnitt 87 ist an einem Plattenabschnitt 88 des
Trägerkörpers 81 festgelegt. Der Plattenabschnitt 88 des
Trägerkörpers 81 ist unterhalb des Plattenabschnitts 86 des
Zwischenträgerkörpers 84 angeordnet.
In der in den 4 und 6 dargestellten
Neutralstellung verlaufen der Spiegelkörper 79,
der Plattenabschnitt 86 des Zwischenträgerkörpers 84 sowie
der Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 parallel
zueinander.
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Zur
gesteuerten Verkippung des Spiegelkörpers 79 um
die beiden Kippachsen w1, w2 dienen zwei
Elektroden-Aktuatoren 89, 90 (vgl. 7).
Der Elektroden-Aktuator 89 ist dabei dem Kippgelenk 82 zugeordnet,
so dass er auch als w1-Aktuator 90 bezeichnet
ist. Der Elektroden-Aktuator 90 ist dabei dem Kippgelenk 83 zugeordnet,
so dass er auch als w2-Aktuator bezeichnet
ist. Der w2-Aktuator hat als erste Elektrode
den Spiegelkörper 79 selbst, der elektrisch leitfähig
ausgeführt ist. Eine Gegenelektrode 91 des w2-Aktuators 90 ist als auf dem Plattenabschnitt 86 des
Zwischenträgerkörpers 84 aufgebrachte
leitfähige Beschichtung ausgeführt, die dem Spiegelkörper 79 zugewandt
ist. In der Neutralstellung des Einzelspiegels 21 hat die
Gegenelektrode 91 zum Spiegelkörper 79 einen
Abstand von etwa 100 μm.
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Über
Signalleitungen 92 sind die beiden Elektroden 90, 91 des
w2-Aktuators 90 mit einer ansteuerbaren
Spannungsquelle 93 verbunden. Über eine Steuerleitung 94 ist
die Spannungsquelle 93 mit einer Aktuator-Steuereinrichtung 95 verbunden.
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Die
Gegenelektrode 91 dient gleichzeitig als Elektrode für
den w1-Aktuator 89. Eine Gegenelektrode 96 des
w1-Aktuators 89 ist als leitfähige
Beschichtung auf dem Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 ausgeführt.
Die Gegenelektrode 96 des w1-Aktuators 89 ist
auf der dem Plattenabschnitt 86 des Zwischenträgerkörpers 84 zugewandten
Seite des Plat tenabschnitts 88 des Trägerkörpers 81 angeordnet. In
der Neutralstellung, also im kräftefreien Zustand, beträgt
der Abstand der Gegenelektrode 96 des w1-Aktuatros 89 zum
Plattenabschnitt 86 des Zwischenträgerkörpers 84 100 μm.
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Über
Signalleitungen 92 stehen die Elektroden 91, 96 mit
einer weiteren Spannungsquelle 97 in elektrischer Verbindung.
Die Spannungsquelle 97 steht über eine weitere
Steuerleitung 98 mit der Aktuator-Steuereinrichtung 95 in
Verbindung.
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Durch
Anlegen von Gleichspannungen V1 und V2 (vgl. 7) kann
einerseits der Plattenabschnitt 86 des Zwischenträgerkörpers 84 zum
Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 um
die Kippachse w1 und andererseits der Spiegelkörper 79 relativ
zum Plattenabschnitt 86 des Zwischenträgerkörpers 84 um
die Kippachse w2 jeweils um einen vorgegebenen
Kippwinkel gesteuert verkippt werden. Der Betrag des Kippwinkels
um die jeweilige Kippachse w1, w2 hängt dabei u. a. von der Dimensionierung
der Kippgelenke 82, 83, von der Fläche
der Elektroden 90, 91, 96, von deren
Abstand zueinander und natürlich von der Größe
der angelegten Spannungen V1, V2 ab. Über die angelegten
Spannungen V1, V2 ist eine stufenlose Kippwinkel-Vorgabe um die
beiden Kippachsen w1, w2 möglich.
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7 zeigt
eine Kippstellung, bei der über Anlegen der Spannungen
V1, V2 eine Verkippung einerseits des Plattenabschnitts 86 des
Zwischenträgerkörpers 84 relativ zum
Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 auf
diesen zu um die Kippachse w1 und andererseits
eine Verkippung des Spiegelkörpers 79 relativ
zum Plattenabschnitt 86 des Zwischenträgerkörpers 84 und
auf diesen zu um die Kippachse w2 erfolgt
ist. Einfallende EUV-Strahlung 10 wird von der Reflexionsfläche 80 des
Spiegelkörpers 79 entsprechend definiert abgelenkt,
wie in der 7 angedeutet.
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Anhand
der 8 und 9 wird nachfolgend eine weitere
Ausführung eines Einzelspiegels 99 beschrieben,
der anstelle des Einzelspiegels 21 nach den 3 bis 7 zum
Aufbau eines wie vorstehend erläuterten Facettenspiegels
zum Einsatz kommen kann. Komponenten, die denjenigen entsprechen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 2 und
insbesonde re unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Bei
der Ausführung nach den 8 und 9 überdeckt
die nutzbare Reflexionsfläche 80 des Einzelspiegels 99 totflächenfrei
die gesamte Oberfläche des Spiegelkörpers 79.
Ein plattenförmiger Reflexionsflächenträger 100 ist über
eine randseitig längs der y-Richtung verlaufende Verbindungsleiste 101 mit
einem Gelenkabschnitt 102 des Spiegelkörpers 79 fest
verbunden. Der Gelenkabschnitt 102 ist ebenfalls plattenförmig
und nimmt in etwa die halbe Fläche der Reflexionsfläche 80 des
Einzelspiegels 99 ein. Der Gelenkabschnitt 102 verläuft
parallel zum Reflexionsflächenträger 100 und
hinter der Reflexionsfläche 80. Über
das w2-Kippgelenk 83 ist der Gelenkabschnitt 102 des
Spiegelkörpers 79 mit einem w2-Gelenkabschnitt 103 eines
Zwischenträgerkörpers 104 des Einzelspiegels 99 verbunden.
Der Zwischenträgerkörper 104 entspricht
hinsichtlich seiner Funktion dem Zwischenträgerkörper 84 des
Einzelspiegels 21 nach den 3 bis 7.
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Auch
das Kippgelenk 83 des Einzelspiegels 99 erstreckt
sich längs der gesamten Breite der Reflexionsfläche 80,
also längs der Gelenklänge L entsprechend der
Ausführung nach den 3 bis 7.
Dies gilt genauso auch für das Kippgelenk 82 des
Einzelspiegels 99.
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Über
eine Verbindungsleiste 105 ist der w2-Gelenkabschnitt 103 mit
einem wiederum plattenförmigen w1-Gelenkabschnitt 106 des
Zwischenträgerkörpers 104 fest verbunden.
Der Gelenkabschnitt 106 nimmt wiederum in etwa die halbe
Fläche der Reflexionsfläche 80 des Einzelspiegels 99 ein.
Die Rechtecksform des Gelenkabschnitts 106 ist dabei um
90° gedreht zur Rechtecksform des Gelenkabschnitts 102 orientiert.
Der w1-Gelenkabschnitt 106 ist über
das Kippgelenk 82 einstückig mit einem Gelenkabschnitt 107 des
Trägerkörpers 81 verbunden.
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Die
Gelenkabschnitte 102, 103 einerseits und 106, 107 andererseits
erstrecken sich jeweils über die gesamte Gelenklänge
L der Kippgelenke 83, 82.
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Zum
w2-Aktuator des Kippgelenks 83 gehören
als Elektrode wiederum der Spiegelkörper 79 und weiterhin
zwei Gegenelektroden 108, 109, die auf dem Plattenabschnitt 88 des
Zwischenträgerkörpers 104 als zwei elektrisch
isoliert voneinander und vom Gelenkabschnitt 103 voneinander
getrennte Beschichtungen angeordnet sind. Die beiden Gegenelektroden 108, 109 überdecken
jeweils in etwa eine Hälfte des Plattenabschnitt 88 des
Zwischenträgerkörpers 104.
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Durch
Anlegen einer Kippspannung zwischen den Elektroden 79, 108 kann
die Reflexionsfläche um die Kippachse w2 in
der 9 entgegen dem Uhrzeigersinn verkippt werden.
Durch Anlegen einer Kippspannung zwischen den Elektroden 79, 109 kann
der Spiegelkörper 79 in der 9 im
Uhrzeigersinn verkippt werden.
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Für
den w1-Aktuator dienen Gegenelektroden 110, 111 als
Gegenelektroden für die Elektroden 108, 109.
Die Gegenelektroden 110, 111 sind vergleichbar
zu den Elektroden 108, 109 als Beschichtungen
auf dem Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 aufgebracht
und durch den Gelenkabschnitt 107 voneinander getrennt
und damit elektrisch isoliert. Durch Anlegen einer Kippspannung
zwischen den Elektroden 108, 109 einerseits und
der Gegenelektrode 110 andererseits erfolgt eine gesteuerte
Verkippung des Zwischenträgerkörpers 104 in
der 8 um die Kippachse w1 entgegen
dem Uhrzeigersinn. Durch Anlegen einer Kippspannung zwischen den Elektroden 108 bzw. 109 einerseits
und der Gegenelektrode 111 andererseits erfolgt eine Verkippung
des Zwischenträgerkörpers 104 in der 8 um
die Kippachse w1 im Uhrzeigersinn.
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Auf
diese Weise ist eine spannungsgesteuerte Verkippung der Reflexionsfläche 80 des
Einzelspiegels 99, ausgehend von der in den 8 und 9 dargestellten
Neutralstellung, um beide Kippachsen w1,
w2 jeweils um beide Kipprichtungen möglich.
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Anhand
der 10 bis 12 wird
nachfolgend eine weitere Ausführung eines Einzelspiegels 112 erläutert.
Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme
auf die 1 bis 2 und insbesondere
unter Bezugnahme auf die 3 bis 9 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Der
Reflexionsflächenträger 100 ist beim Einzelspiegel 112 mit
der Verbindungsleiste 101 verbunden, die gleichzeitig den
Gelenkabschnitt 102 darstellt.
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An
der der Reflexionsfläche 80 gegenüberliegenden
Seite des Reflexionsflächenträgers 100 ist ein
Abstandshalter 112a angeordnet, der bei größeren
Kippwinkeln sicherstellt, dass der Reflexionsflächenträger 100 nicht
direkt in Kontakt mit darunter liegenden Komponenten kommt. Der
Abstandshalter 112a wird aus dem Vollmaterial des Reflexionsflächenträgers 100 durch
Deep-Reactive Ion-Etching (DRIE) herausgearbeitet. Über
ein erstes w2-Kippgelenk 83 ist
der Gelenkabschnitt 102 mit dem w2-Gelenkabschnitt 103 verbunden,
der gleichzeitig einen ersten, L-förmigen Zwischenträgerkörper
des Einzelspiegels 112 darstellt. Über ein erstes
w1-Kippgelenk 82 ist der w2-Gelenkabschnitt 103 mit einem
ersten Gelenkabschnitt 107 verbunden, der starr mit dem Plattenabschnitt
des Trägerkörpers 81 verbunden ist. Ein
Schenkel der L-Form des w2-Gelenkabschnitts 103 stellt
gleichzeitig den w1-Gelenkabschnitt 106 dar.
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Der
Einzelspiegel 112 hat insgesamt zwei L-förmige
Baugruppen mit Gelenkabschnitten 102, 103, 106, 107 und
entsprechend mit Kippgelenken 82, 83, die jeweils
in einem Schenkel dieser L-Bauform untergebracht sind. Diese beiden
L-förmigen Baugruppen weisen jeweils gleich ausgeführte
Gelenk-Verbindungskomponenten auf. Im Bereich der Ecke der jeweiligen
L-Bauform, die durch die aneinander angrenzenden L-Schenkel gebildet
ist, sind diese beiden Baugruppen so ineinander eingepasst, dass
sich insgesamt eine kreuzförmige Struktur ergibt (vergleiche
auch die in diesem Zusammenhang baugleiche Ausführung nach
der noch zu beschreibenden 21), wobei
jeweils die beiden w1-Kippgelenke 82 und
die beiden w2-Kippgelenke 83 miteinander
fluchten.
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Der
Abstandshalter 112a ist jeweils mit den Verbindungsleisten 101 der
beiden w2-Kippgelenke 83 verbunden.
Da die beiden Verbindungsleisten 101 parallel zur Ebene
der Reflexionsfläche 80 und quer zu ihrer Längserstreckung
aufgrund der Kreuzstruktur der beiden L-Baugruppen zueinander versetzt
angeordnet sind, weist auch der Abstandshalter 112 zwei
in gleicher Richtung zueinander versetzt angeordnete Abstandshalter-Abschnitte
auf.
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Als
Elektrode des w1-Aktuators einerseits zur gesteuerten
Verkippung der Reflexionsfläche 80 um die Kippachse
w1 und des w2-Aktuators
andererseits zur gesteuerten Verkippung der Reflexionsfläche 80 um
die Kippachse w2 dient jeweils der Spiegelkörper 79 selbst.
Der Einzelspiegel 112 weist vier Gegenelektroden 114, 115, 116, 117 auf,
die jeweils Quadranten des Plattenabschnitts 88 des Trägerkörpers 81 überdecken
und als gegeneinander isoliert ausgeführte elektrisch leitfähige
Beschichtungen auf dem Plattenabschnitt 88 ausgeführt
sind. Je nach dem, zwischen welchen der vier Gegenelektroden 114 bis 117 einerseits
und dem Spiegelkörper 79 andererseits eine Kippspannung
V angelegt ist, resultiert eine entsprechende Verkippung der Reflexionsfläche 80 relativ
zum Trägerkörper 81. Dies ist in der 11 beispielhaft
dargestellt. Dort ist eine Spannung V zwischen dem Spiegelkörper 79 und
den beiden Gegenelektroden 114, 117 angelegt.
Es resultiert eine entsprechende Verkippung des Spiegelkörpers 79 um die
Kippachse w1 des Kippgelenks 82.
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12 zeigt
in einem weiteren Kippbeispiel die Situation, bei der ausschließlich
zwischen dem Spiegelkörper 79 und der Gegenelektrode 114 eine Spannung
V angelegt ist. Es resultiert eine Verkippung einerseits um die
Kippachse w1 des Kippgelenks 82 und
andererseits eine Verkippung um die Kippachse w2 des
Kippgelenks 83.
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13 zeigt
in einer zu 5 alternativen Darstellung die
Dimensionsverhältnisse bei einer weiteren Ausführung
des Kippgelenks 82. Auch hier beträgt eine Gelenkstärke
S etwa 1 μm, eine Gelenkbreite B etwa 20 μm und
eine senkrecht zur Zeichenebene der 13 verlaufende
Gelenklänge L etwa 1 mm.
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14 zeigt
eine Variante eines Kippgelenks 82 bzw. 83, bei
der längs der Gelenklänge L eine Segmentierung
in Festkörpergelenk-Segmente 118 vorliegt. Die
Gelenklänge L ist bei der Ausführung nach 14 in
etwa fünfundzwanzig derartiger Festkörper-Segmente 118 unterteilt.
Benachbarte der Festkörpergelenk-Segmente 118 haben
einen, wenn auch sehr geringen, Abstand zueinander. Die Unterteilung
des Kippgelenks 82 beziehungsweise 83 in die Festkörpergelenk-Segmente 118 kann durch
Deep-Reactive Ion-Etching (DRIE) erfolgen.
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Alternativ
zu einer Unterteilung in die Festkörpergelenk-Segmente
bzw. -abschnitte 118 oder zusätzlich hierzu können
im Spiegelkörper 79 und/oder im Trägerkörper 81 auch
Mikrokanäle vorgesehen sein. Diese Mikrokanäle
können mit einem insbesondere laminar durchströmenden
Kühlfluid, insbesondere einer Kühlflüssigkeit,
eine aktive Kühlung des Einzelspiegels ermöglichen.
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15 und 16 zeigen
eine weitere Ausführung eines Aktuators 119 zur
gesteuerten Verkippung der Reflexionsfläche 80 beispielsweise
des Einzelspiegels 21 um die mindestens eine Kippachse
w1, w2. Komponenten,
die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf
die 3 bis 14 bereits erläutert
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals
im Einzelnen diskutiert.
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Der
Aktuator 119 hat eine Bewegungselektrode 120,
deren in den 15 und 16 freies Ende 121 zur
beweglichen Verbindung mit einem in den 15 und 16 nicht
dargestellten Gelenkkörper eines dem Aktuator 119 zugeordneten
Kippgelenks ausgestaltet ist. Die Bewegungselektrode 120 ist
flächig ausgeführt und in den 15 und 16 im
Querschnitt dargestellt. Im Schnitt der 15 und 16 ist
die Bewegungselektrode 120 gebogen ausgeführt.
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Starr
mit dem Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 verbunden,
ist eine Gegenelektrode 122 des Aktuators 119.
Die Gegenelektrode 122 ist beispielsweise als Beschichtung
auf dem Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 ausgeführt.
Zwischen der Bewegungselektrode 120 und der Gegenelektrode 122 ist
eine Lage in Form eines Dielektrikums 123 angeordnet. Das
Dielektrikum 123 kann beispielsweise als flächige
Beschichtung auf der Gegenelektrode 122 ausgeführt
sein.
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In
einem Anlage-Flächenabschnitt 124 liegt die Gegenelektrode 122 direkt
am Dielektrikum 123 an. Ein Abstands-Flächenabschnitt 125 der
Bewegungselektrode 120 ist von der Gegenelektrode 122 und
vom Dielektrikum 123 beabstandet. Das freie Ende 121 der
Bewegungselektrode 120 ist Teil des Abstands-Flächenabschnitts 125.
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Die 15 und 16 zeigen
zwei Stellungen der Bewegungselektrode 120. 15 zeigt
eine Neutralstellung, bei der zwischen den beiden Elektroden 120, 122 keine
Spannung anliegt. Das freie Ende 121 der Bewegungselektrode 120 ist
dann maximal weit vom Plattenabschnitt 88 abgehoben. 16 zeigt
die Stellung, bei der zwischen den Elektroden 120, 122 eine
Kippspannung von beispielsweise 80 V angelegt ist.
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In
dieser Kippstellung nach 16 legt
sich die Bewegungselektrode 120 über einen dem
Anlage-Flächenabschnitt 124 benachbarten Bereich
zusätzlich an das Dielektrikum 123 an, so dass
sich der Abstand des freien Endes 121 zum Plattenabschnitt 88 des
Trägerkörpers 81 entsprechend reduziert.
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Derartige
Aktuatoren 119 nach den 15 und 16 werden
auch als Micro-Wanderkeil-Antriebe (Zipper Actuators, Zipping Actuators)
bezeichnet.
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17 bis 19 zeigen
den Einsatz zweier Aktuatoren 119 nach den 15 und 16 bei
einem Einzelspiegel 126, der hinsichtlich der Anordnung
der Kippgelenke 82, 83 entsprechend dem Einzelspiegel 99 nach
den 8 und 9 ausgebildet ist.
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Der
w1-Gelenkabschnitt 106 ist beim
Einzelspiegel 126 als an den Gelenkabschnitt 107 angeformte
Wippe um die Kippachse w1 ausgebildet. Randseitig
sind zwei Wippausleger 127, 128 des w1-Gelenkabschnitts 106 mit
den freien Enden 121 zweier in Bezug auf die Anlage-Flächenabschnitte 124 Rücken
an Rücken zueinander angeordneter Aktuatoren 119 verbunden.
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17 zeigt
eine Neutralstellung der beiden Aktuatoren 119, bei der
der w1-Gelenkabschnitt 106 relativ
zum Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 nicht
verkippt vorliegt. Diese Neutralstellung nach 17 kann
bei einer ersten Variante des Einzelspiegels 126 dadurch
erreicht werden, dass alle Elektroden 120, 121 spannungsfrei
geschaltet sind.
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Eine
in der Zeichnung nicht dargestellte, alternative Spannungsansteuerung
für den Aktuator 119 ist so ausgestaltet, dass
in einer Neutralstellung des w1-Gelenkabschnitts 106,
also der Wippausleger 127, 128 (vgl. 17)
zwischen den Bewegungselektroden 120 und den zugeordneten
Gegenelektroden 122 eine von 0 V verschiedene Vorspannung
anliegt. Eine derartige elektrische Vorspannung dient zur Erzeugung
einer mechanischen Vorspannung der Wippausleger 127, 128 um
die Kippachse w1. Auf diese Weise kann die
Neutralstellung, bei der der Spiegelkörper 79 exakt
parallel zum Trägerkörper 81 ausgerichtet
ist, definiert eingeregelt werden.
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18 zeigt
die Situation, bei der an die Elektroden 120, 122 des
in der 18 links dargestellten Aktuators 119 eine
Kippspannung angelegt ist. Entsprechend ist der Spiegelkörper 79 um
die Kippachse w1 entgegen dem Uhrzeigersinn
verkippt.
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19 zeigt
die Situation, bei der am in der 19 rechts
dargestellten Aktuator 119 eine Kippspannung angelegt ist.
Entsprechend ist der Spiegelkörper 79 um die Kippachse
w1 in der 19 im
Uhrzeigersinn verkippt.
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20 bis 23 einerseits
und 24 bis 27 andererseits
zeigen zwei verschiedene Ausgestaltungs- und Anordnungsvarianten
der Bewegungselektroden 120. Komponenten, die denjenigen entsprechen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 19 bereits
erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und
werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
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Die
Gegenelektroden zu den Bewegungselektroden 120 der Anordnungen
nach den 20 bis 27 sind
als Quadranten-Elektroden 114 bis 117 entsprechend
der Ausführung nach den 10 bis 12 gestaltet.
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Beim
Aktuator 119 nach den 20 bis 23 liegen
vier auf dem Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 radial
jeweils in einem der Quadranten des Plattenabschnitts 88 angeordnete
Bewegungselektroden 120 vor. Die freien Enden 121 der Bewegungselektroden 120 nach
den 20 bis 23 sind
jeweils nahe der vier Ecken des quadratischen Plattenabschnitts 88 des
Trägerkörpers 81 angeordnet. Diese freien
Enden 121 tragen Kontaktabschnitte 129, über
die die Bewegungselektroden 120 beweglich mit dem Zwischenträgerkörper
oder dem Spiegelkörper 79 verbunden sind. Der
Kontaktabschnitt 129 stellt einen Verbindungsbereich der Bewegungselektrode 120 beispielsweise
zum w1-Gelenkabschnitt 106, also
zu einem Gelenkkörper, dar. Gegenüberliegend zum
freien Ende 121 hat jede der Bewegungselektroden 120 in
der Ausführung nach den 47 bis 50 ein im Bereich des Anlage-Flächenabschnitts 124 fest
mit dem Plattenabschnitt 88 verbundenes Ende.
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Beim
Ausgestaltungs- und Anordnungsbeispiel der Bewegungselektroden 120 nach
den 24 bis 27 liegt
jede der Bewegungselektroden als spiralförmiger Flächenkörper
vor. Zwischen einem festen Ende 130 der Bewegungselektrode 120 nach
den 24 bis 27, an
dem diese am Plattenabschnitt 88 festgelegt ist, und dem
Kontaktabschnitt 129 am freien Ende 121 durchläuft
jede der Bewegungselektroden 120 etwa drei Spiralwindungen.
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Entsprechend
der Anordnung nach den 20 bis 23 sind
auch bei der Anordnung nach den 24 bis 27 vier
Bewegungselektroden 120 angeordnet, wobei jeweils eine
der vier Bewegungselektroden 120 in einem der vier Quadranten des
Plattenabschnitts 88 angeordnet ist.
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Die
festen Enden 130 jeder Bewegungselektrode 120 liegen
bei der Anordnung nach den 24 bis 27 nahe
einer Ecke des jeweiligen Quadranten des Plattenabschnitts 88.
Die Kontaktabschnitte 129 liegen bei der Anordnung nach
nach den 24 bis 27 im
Bereich der Mitte der jeweiligen Quadranten des Plattenabschnitts 88.
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Der
Aktuator 119 kann anstelle eines elektrostatischen Antriebs
auch einen elektromagnetischen Antrieb aufweisen. In diesem Falle
ist anstelle der Gegenelektrode 122 und des Dielektrikums 123 ein elektromagnetischer
Reluktanzaktuator vorgesehen. Anstelle der Bewegungselektrode 120 ist
eine dünne, ferromagnetische Metallplatte vorgesehen.
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Anhand
der 28 bis 30 wird
nachfolgend eine weitere Ausführung eines Aktuators 131 zur
gesteuerten Verkippung des Spiegelkörpers 79 um
eine Kippachse erläutert. Komponenten, die denjenigen entsprechen,
die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 27 und
insbesondere unter Bezugnahme auf die 3 bis 27 erläutert wurden,
tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen
diskutiert.
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Beim
Aktuator 131 nach den 28 bis 30 dient
eine elektrisch leitfähige Beschichtung 132 auf
dem Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 wiederum
als eine der Elektroden des Aktuators 131. Über
dieser Elektrode 132 ist ein Stapel 133 aus Gegenelektroden 134, 135, 136 angeordnet.
Benachbarte der Gegenelektroden sind zueinander um jeweils ein in
der 28 schematisch dargestelltes Festkörpergelenk 137 verkippbar.
Jedes der Festkörpergelenke 137 verläuft
entsprechend zu den vorstehend beschriebenen Kippgelenken 82, 83 längs
der gesamten Breite einer Reflexionsfläche auf dem Spiegelkörper 79.
Die Gegenelektroden 134 bis 136 liegen bereits
in einer kräftefreien Neutralstellung geneigt zur Ebene
der Elektrode 132 auf dem Plattenabschnitt 88 vor,
wie in der 28 jeweils gestrichelt angedeutet
ist. Die 28 zeigt durchgezogen die Situation,
bei der zwischen benachbarten der Elektroden 132 sowie 134 bis 136 eine
zusätzliche Kippspannung angelegt ist. Dies führt
dazu, dass Benachbarte der Elektroden 132 sowie 134 bis 136,
ausgehend von der neutralen Neigungsstellung durch Auslenkung um
die Festkörpergelenke 137 weiter aufeinander zu
geneigt werden. Die in der 28 zuoberst dargestellte
Gegenelektrode 136 erfährt hierdurch einen Neigungswinkel,
der der Summe der Relativneigungen der darunter angeordneten Elektrodenpaare zueinander
entspricht. Mit der in 28 zuoberst dargestell ten Gegenelektrode 136 kann
wiederum der Spiegelkörper 79 verbunden sein,
der dann entsprechend aktuatorisch verkippt wird. Ein gesamter Kippwinkel
der obersten Gegenelektrode 136, α, ergibt sich
als Summe der einzelnen Kippwinkel α1, α2, α3 der
Gegenelektroden 134, 135 und 136.
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Anhand
der 29 und 30 wird
eine Anwendung des Aktuators 131 in einem Einzelspiegel 138 nach
Art des Einzelspiegels 126 der 17 bis 19 erläutert.
Die Aktuatoren 131 mit den Gegenelektroden-Stapeln 133 sind
dabei zwischen dem Plattenabschnitt 88 des Trägerkörpers 81 und
den Wippauslegern 127, 128 des w1-Gelenkabschnitts 106 des
Zwischenträgerkörpers 104 angeordnet.
Im Unterschied zur Ausführung nach der 28 sind
bei den Aktuatoren 131 der Ausführung nach den 29 und 30 die
Festkörpergelenke 157 benachbart zur Kippachse
w1 angeordnet.
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29 zeigt
die Neutralstellung. 30 zeigt die Stellung, bei der
an die Elektroden 132 sowie 134, 135, 136 des
in der 30 links dargestellten Aktuators 131 eine
Kippspannung angelegt ist. Es resultiert eine Verkippung des w1-Gelenkabschnitts 106 in der 30 um
die Kippachse w1 entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Bei
anderen Varianten von Kippgelenken kann auch ein anderes Dimensionsverhältnis
der Gelenklänge L zur Gelenkstärke S vorliegen.
L/S kann größer sein als 50, größer
sein als 100, größer sein als 250 oder auch größer
als 500. Auch ein Verhältnis von L/S von größer
als 1000 ist möglich.
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Anhand
der 31 bis 34 wird
nachfolgend eine weitere Ausführung eines Einzelspiegels 139 mit
Aktuatoren nach Art der Aktuatoren 119 zur gesteuerten
Verkippung des Spiegelkörpers 79 erläutert.
Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme
auf die 1 bis 30 und
insbesondere unter Bezugnahme auf die 3 bis 30 erläutert
wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals
im Einzelnen diskutiert.
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Der
Spiegelkörper 79 und auch die Reflexionsfläche 80 haben
beim Einzelspiegel 139 die Form eines gleichseitigen Dreiecks.
Die Seitenlänge einer der drei Seiten kann etwa 1 mm betragen.
Parallel zu jeweils einer der drei Seiten dieses Dreiecks ist jeweils
einer der Aktuatoren 119 angeordnet. Jeder der Aktuatoren 119 hat
eine Bewegungselektrode 120, die über einen Kontaktabschnitt 129 mit
dem Spiegelkörper 79 und über einen Anlage-Flächenabschnitt 124 mit
dem Trägerkörper 81 verbunden ist. Eine
Betätigung der drei Aktuatoren 119 kann unabhängig voneinander
entsprechend dem erfolgen, was vorstehend im Zusammenhang mit der
Erläuterung des Aktuators 119 nach den 15 bis 27 beschrieben
wurde. Auf diese Weise ist eine Verkippung der Reflexionsfläche 80 relativ
zum Trägerkörper 81 um drei unabhängige
Kipp-Freiheitsgrade möglich.
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Die
Anordnung der drei Aktuatoren 119 ist so, dass die Kontaktabschnitte 129 jeweils
oberhalb des Anlage-Flächenabschnittes 124 des
bei einer Aufsicht auf den Einzelspiegel 139 entgegen dem Uhrzeigersinn
benachbarten Aktuators 119 angeordnet ist.
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Der
Einzelspiegel 139 hat keine Gelenke nach Art der Kippgelenke 82, 83.
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Die
vorstehend erläuterten Aktuatoren zum Verkippen des Spiegelkörpers 79 können
eine integrierte Sensorik zur Messung des jeweiligen Kippwinkels
um die Kippachsen w1, w2 aufweisen.
Diese Sensorik kann insbesondere zur Überwachung des eingestellten
Kippwinkels genutzt werden.
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Eine
derartige Sensorik kann beispielsweise durch eine kapazitive Messbrücke,
insbesondere in Form einer Wien-Brücke gebildet sein. Hierdurch
ist es möglich, eine Kapazität zwischen der Reflexionsfläche
des Spiegelkörpers 79 einerseits und einem Referenzkörper
andererseits in Abhängigkeit vom Abstand dieser beiden
Körper zueinander, also in Abhängigkeit von einer
Kippwinkelposition der Reflexionsfläche des Spiegelkörpers 79 zu
ermitteln. Dabei kann eine Gleichspannung, die für die
vorstehend erläuterte Aktuatorik des Spiegelkörpers 79 herangezogen
wird, von einem Wechselspannungsanteil, der zwischen den vorstehend
erläuterten Elektroden angelegt wird, überlagert
werden. Eine Impedanzän derung der gesuchten Kapazität
kann dann mittels der integrierten Messbrücke gemessen
werden. Hierzu wird ein Nullabgleich gemacht, bei dem eine bekannte
variable Kapazität oder ein bekannter, variabler Widerstand
innerhalb der Brückenschaltung eingesetzt wird. Die Messbrücke
selbst kann in eine integrierte Schaltung eingebettet sein, die
sich direkt unterhalb des Trägerkörpers 81 oder
sogar innerhalb von diesem befindet. Hierdurch ist gewährleistet, dass
parasitäre Kapazitäten aufgrund kurzer Signalleitungsstrecken
minimiert sind. Eine Signalverstärkung und eine A/D-Wandlung
der Sensorik sowie eine Aktuatoransteuerung kann in einem ebenfalls
integrierten ASIC (Application Specific Integrated Circuit, anwendungsspezifische
integrierte Schaltung) stattfinden.
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Mit
Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens
ein Teil des Retikels im Objektfeld 5 auf einen Bereich
einer lichtempfindlichen Schicht auf den Wafer im Bildfeld 8 zur
lithografischen Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten
Bauteils, insbesondere eines Halbleiterbauteils, beispielsweise
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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6438199
B1 [0002, 0030]
- - US 6658084 B2 [0002, 0030]
- - EP 1289273 A1 [0005, 0086]
- - US 2006/0132747 A1 [0032]
- - US 6859515 B2 [0073]
- - EP 1225481 A [0073]
- - DE 102006036064 A1 [0077]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Yeow et al.,
Sensors and Actuators A 117 (2005), 331–340 [0005]
- - J. Li et al. „Deep-Reactive Ion-Etched Compliant Starting
Zone Electrostatic Zipping Actuators” Journal of Micromechanical
Systems, VOL. 14, NO. 6, 2005 [0013]
- - M. A. Rosa et al. ”A novel external electrode configuration
for the elastrostatic actuation of MEMS based devices”,
J. Micromech. Microeng., 14, 2004 [0013]
- - Istvan Reimann: ”Parkette, geometrisch betrachtet”,
in „Mathematisches Mosaik”, Köln (1977) [0076]
- - Jan Gulberg: „Mathematics – From the birth
of numbers”, New York/London (1997) [0076]