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Die
Erfindung betrifft eine mit einem Aktuatorsystem ausgestattete Projektionsbelichtungsanlage
für die Halbleiterlithographie. Das Aktuatorsystem kann
dabei als Dämpfungssystem zur Reduzierung mechanischer
Schwingungen ausgebildet sein. Die angesprochenen mechanischen Schwingungen
führen dabei in der Regel zu Verschlechterungen der optischen
Abbildungsqualität, die sich beispielsweise als Kontrastverlust
manifestieren und die Ausbeute an qualitativ einwandfreien Halbleitererzeugnissen verschlechtern.
Beim Betrieb von Aktuatorsystemen ist es praktisch unvermeidlich,
dass Wärme freigesetzt wird. Diese Wärme kann
beispielsweise von elektronischen Komponenten des Aktuatorsystems wie
beispielsweise Verstärkern herrühren oder auch von
mechanischen Komponenten der Aktuatorik als unerwünschter
Nebeneffekt erzeugt werden. Das Auftreten von Wärme im
System und insbesondere das Auftreten von Wärmegradienten
wirkt sich nachteilig auf das System aus; so kann es im Fall einer Projektionsbelichtungsanlage
ebenfalls eine Verschlechterung der optischen Abbildungsqualität
zur Folge haben.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage
für die Halbleiterlithographie anzugeben, die ein verbessertes
Wärmemanagement zeigt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die Projektionsbelichtungsanlage
mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche
beziehen sich auf vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten
der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage
für die Halbleiterlithographie weist ein Aktuatorsystem
zur mechanischen Aktuierung mindestens einer Komponente der Projektions belichtungsanlage
sowie mindestens ein Mittel zur Reduzierung des Wärmeeintrags
aufgrund der bei dem Betrieb des Aktuatorsystems entstehenden Wärme in
die mindestens eine Komponente auf. Mit anderen Worten dienen die
genannten Mittel dazu, die Abwärme des Aktuatorsystems
aus der Umgebung der aktuierten Komponente abzuführen oder – als
Variante – zu bewirken, dass die beim Betrieb des Aktuatorsystems
praktisch unvermeidbar entstehende Wärme nicht in der unmittelbaren
Umgebung der Komponente, sondern außerhalb der Umgebung
der Komponente freigesetzt wird.
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In
beiden Fällen hat die Erfindung die Wirkung, dass die Umgebung
der aktuierten Komponente im Vergleich zum Stand der Technik einer
reduzierten Erwärmung ausgesetzt ist. Insbesondere in den Fällen,
in denen es sich bei der Komponente um ein im Inneren eines Projektionsobjektives
angeordnetes optisches Element handelt, ist diese Maßnahme
vorteilhaft, da die Erwärmung eines optischen Elements oder
auch von Teilen einer Fassung eines optischen Elements in der Regel
zu einer Änderung der optischen Eigenschaften des optischen
Elements und damit zu Abbildungsfehlern des zugehörigen
Projektionsobjektives führt.
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Umgekehrt
führt die erfindungsgemäße Maßnahme
dazu, dass aufgrund der Verminderung des Wärmeeintrags
mit vergleichsweise hohen Leistungen aktuiert werden kann. Damit
wird erreicht, dass die Aufgaben des Aktuatorsystems, beispielsweise
das Anfahren einer bestimmten Position einer Komponente oder das
schnelle Dämpfen unerwünschter Schwingungen mit
einer gegenüber dem Stand der Technik erhöhten
Geschwindigkeit erreicht werden kann. Daneben erlaubt es die erfindungsgemäße
Maßnahme, gegenüber dem Stand der Technik höhere
Kräfte aufzubringen.
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Die
angesprochene störende Erwärmung des Aktuatorsystems
kann beispielsweise durch die Aktuatoren selbst, beispielsweise
durch Piezoelemente, oder auch durch integriert mit dem Aktuatorsystem
ausgebildete elektronische Komponenten, wie beispielsweise Verstärker,
verursacht werden.
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Dabei
können die genannten Mittel zum Vorbeitransport von einem
Fluid an erwärmten Bereichen des Aktuatorsystems geeignet
sein. So können die Mittel beispielsweise als von dem Fluid
durchströmte Leitungen, beispielsweise in einem Körper ausgebildet
sein, der mit der Komponente in thermischem Kontakt steht. Bei dem
Fluid kann es sich insbesondere um eine Flüssigkeit wie
Wasser oder Rizinusöl oder auch um ein Gas, wie beispielsweise Stickstoff
oder Luft, handeln. Das vorbeiströmende Fluid nimmt dann
die Abwärme des Aktuatorsystems auf und führt
diese in einen Bereich ab, wo sie ohne nachteilige Folgen für
die Abbildungsqualität des übergeordneten Systems
freigesetzt werden kann. So kann beispielsweise im Falle einer Anwendung der
Erfindung in einem Projektionsobjektiv für die Halbleiterlithographie
ein Flüssigkeits- oder Gasstrom zunächst an dem
zu kühlenden Bereich des Aktuatorsystems vorbeigeführt
werden, um anschließend durch die Wandung des Objektivgehäuses nach
außen geführt zu werden, wo es die Abwärme an
die in der Regel ohnehin vorhandene Kühlvorrichtung des
Objektivgehäuses – den so genannten „Lens
Cooler” – abgibt. Eine Anpassung der Kühlungsleistung
der oben beschriebenen Fluidkühlung kann beispielsweise
dadurch erfolgen, dass die an dem erwärmten Bereich vorbeiströmende
Fluidmenge pro Zeiteinheit und/oder die Vorlauftemperatur des Fluides
entsprechend angepasst wird.
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Die
Erfindung ist dabei nicht darauf beschränkt, dass das kühlende
Fluid in Leitungen an dem erwarteten Bereich des Aktuatorsystems
vorbeiströmt, alternativ oder zusätzlich kann
auch ein gerichteter Gasstrom, der mit den erwärmten Bereichen des
Aktuatorsystems wechselwirkt, zur Anwendung kommen. Auch ein derartiger
Gasstrom lässt sich wie im vorigen Absatz beschrieben zur
Modifikation der Kühlungsleistung einstellen.
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Ebenso
kann es sich bei dem Mittel um ein mit erwärmten Bereichen
des Aktuatorsystems in thermischem Kontakt stehendes Wärmetransportelement
mit hoher Wärmeleitfähigkeit, insbesondere mit einer
Wärmeleitfähigkeit von ca. 400 W/(m·K)
oder darüber handeln. Ein derartiges Wärmetransportelement
kann beispielsweise aus Kupfer oder auch als Wärmerohr
gebildet sein und in direktem mechanischen und damit thermischen
Kontakt mit dem erwärmten Bereich des Aktuatorsystems stehen
und somit die Wärme aus der Umgebung des Aktuatorsystems
abführen. Als Wärmesenke auf der dem Aktuatorsystem
abgewandten Seite des Wärmetransportelementes kann beispielsweise
ein Peltierelement verwendet werden. Ebenso kann – in analoger Weise
wie vorstehend beschrieben – die dem Aktuatorsystem abgewandte
Seite des Wärmetransportelementes in thermischem Kontakt
mit dem oben beschriebenen Lens Cooler stehen. Das Wärmetransportelement
selbst kann auch als mehrkomponentiger Körper ausgebildet
sein, d. h. es könnte ein Element verwendet werden, das
mit einem Medium hoher Wärmleitfähigkeit gefüllt
ist. Hier kommen als Medien insbesondere Wasser oder Natrium in
Frage.
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Eine
Minimierung des mechanischen Einflusses des Wärmetransportelementes
auf das Aktuatorsystem kann dadurch erreicht werden, dass das Wärmetransportelement
als Wärmeleitband, beispielsweise als Kupfergeflechtband,
ausgebildet ist. Durch die geringe Steifigkeit eines derartigen
Wärmeleitbandes werden mechanische Störungen des Aktuatorsystems
und damit gegebenenfalls der aktuierten Komponente erheblich verringert.
Daneben können auch starre Wärmeleitelemente,
die mit mechanischen Entkopplungen wie z. B. Bälgen versehen
sind, verwendet werden.
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Oftmals
wird die aktuierte Komponente als optisches Element ausgebildet
sein, das in einer Innenfassung in einem Projektionsobjektiv angeordnet ist.
Die Innenfassung selbst wird ihrerseits in einer Außenfassung
gehalten. Die Außenfassung kann dabei als ringförmiger
Körper ausgebildet sein, der zusammen mit anderen, ähnlich
gestalteten Außenfassungen, das Objektivgehäuse
bildet. Die beschriebenen Außenfassungen sind im Hinblick
auf mechanische Störungen weniger kritisch zu sehen als
die Innenfassungen, so dass ein mechanischer Kontakt mit einem Wärmetransportelement
in diesem Fall weniger Anlass zu mechanischen Störungen
gibt. In denjenigen Fällen, in denen also der erwärmte
Bereich eines Aktuatorsystems an einer Außenfassung angeordnet
ist, kann eine Kühlung dieses Bereiches durch direkten
mechanischen Kontakt mit einem vergleichsweise starr ausgebildeten
Wärmetransportelement erfolgen. Dabei kann das Wärmetransportelement
wie bereits oben angesprochen auf seiner der Außenfassung
abgewandten Seite zur Abfuhr der Wärme mit dem genannten
Lens Cooler in thermischem Kontakt stehen.
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Eine
mögliche Ausführungsform des Aktuatorsystems besteht
darin, dass es als Dämpfungssystem ausgebildet ist. Derartige
Dämpfungssysteme werden verwendet, um mechanische Anregungen
wie beispielsweise Schwingungen, die zu einer Verringerung der Abbildungsqualität
beispielsweise eines Projektionsobjektives führen könnten,
zu unterdrücken bzw. die genannten Schwingungen schnell zum
Abklingen zu bringen. Dabei sind oftmals die Grenzen zwischen einem
Aktuatorsystem zur Positionierung einer Komponente und einer Ausbildung des
Aktuatorsystems als Dämpfungssystem fließend; insbesondere
kann ein Positionierungssystem mit einer genügend hohen
Regelungsbandbreite als Dämpfungssystem zur Dämpfung
unerwünschter Schwingungen verändert werden. In
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
das Dämpfungselement mittels Piezoelementen, insbesondere als
Aktuator in der Art des in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 225 266 A1 beschriebenen
Piezoaktuators, der als Piezokrabbler bezeichnet wird, realisiert
werden. In der genannten Schrift ist ein Aktuator beschrieben, bei
dem der Aktuatorläufer (also der bewegte Teil des Aktuators,
der in der Regel auf die zu manipulierende bzw. zu positionierende
Komponente wirkt) über ein oder mehrere als Piezoelemente
realisierte Vorschubelemente (”Füße”)
vorangetrieben wird, die senkrecht zum Läufer stehen. Dabei
bewegen sich die Vorschubelemente senkrecht zu ihrer eigenen Längsrichtung
in Läuferrichtung. Dabei lässt sich der beschriebene
Aktuator in einem Modus betreiben, in dem die Vorschubelemente auf
dem Aktuatorläufer verbleiben, anstatt den Läufer
durch Aufsetzen, Vorschieben und Zurückziehen zu bewegen.
Diese Variante eröffnet die Möglichkeit, einen Aktuator,
der auch zur Positionsmanipulation eines optischen Elementes verwendet
werden kann, in ei nem alternativen oder zusätzlichen Betriebsmodus als
Schwingungsdämpfer zu verwenden. Der Vorteil insbesondere
der Verwendung von Piezoelementen liegt hierbei darin, dass diese
eine vergleichsweise hohe Bandbreite, üblicherweise im
Bereich von 0 bis 2000 Hz besitzen.
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Alternativ
kann das Aktuatorsystem auch eine Tauchspule aufweisen. Dabei kann
die Tauchspule in der Weise eingesetzt werden, dass das von ihr
im Fall einer Schwingung des Systems erzeugte Ausgangssignal invertiert,
phasenverschoben und verstärkt der Tauchspule wieder zugeführt
wird. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine effiziente
Dämpfungsfunktionalität realisieren. Dadurch, dass
die oben angesprochenen Mittel zum Einsatz kommen, ergibt sich eine
höhere Designfreiheit hinsichtlich der elektronischen Komponenten,
die zur Verstärkung, Inversion und Phasenverschiebung des Ausgangssignals
der Tauchspule verwendet werden. Entsprechendes gilt für
alternative aktive Aktuatorsysteme. Ein weiterer Vorteil der angesprochenen Lösung
liegt dabei darin, dass sich damit die gesamte zum Betrieb des Aktuatorsystems
erforderliche Elektronik in der unmittelbaren Nähe des
Aktuatorsystems integrieren lässt, so dass sich die Zahl
und Komplexität der Schnittstellen gegenüber einem übergeordneten
System wie beispielsweise einer Projektionsbelichtungsanlage für
die Halbleiterlithographie wirksam begrenzen lässt; in ähnlicher
Weise ist auch die Verwendung einer Wirbelstrombremse denkbar.
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Insbesondere
in denjenigen Fällen, in denen die optische Komponente
in einem Projektionsobjektiv angeordnet ist, kann das Dämpfungssystem
als eine außen am Objektivgehäuse angeordnete
Gegenschwingmasse mit Dämpfer ausgebildet sein. Im Fall
einer mechanischen Anregung der optischen Komponente, also beispielsweise
einer Schwingungsanregung, wird aufgrund der mechanischen Ankopplung
der Gegenschwingmasse über das Objektivgehäuse
auch die Gegenschwingmasse angeregt, also beispielsweise in Schwingungen
versetzt. Diese Schwingungen können dann mittels des Dämpfers
gedämpft werden, wobei sich im Ergebnis auch eine Dämpfung
der Schwingung der optischen Komponenten ergibt. Dadurch, dass die
mechanische Schwingungsenergie im geschilderten Fall außerhalb
des Objektivgehäuses als Wärmeenergie dissipiert,
kann wirkungsvoll vermieden werden, dass sich die im Hinblick auf
die Abbildungsqualität des Systems sensible Bereiche in
der unmittelbaren Umgebung der optischen Komponente oder die optische Komponente
selbst erwärmen bzw. erwärmt. Daneben führt
diese Variante der Erfindung dazu, dass im Hinblick auf die konstruktive
Auslegung des Dämpfungs- und gegebenenfalls eines Steuerungs-/Regelungssystems
geringere Anforderungen an den Bauraum gestellt werden; d. h. die
zur Dämpfung verwendeten Komponenten sind im Hinblick auf
ihre Größe und auch auf ihre Wärmeentwicklung
erheblich geringeren Restriktionen unterworfen, als es bei einem Einbau
im Inneren des Objektivgehäuses der Fall wäre.
Auch in diesem Fall kann zum Abführen der anfallenden Wärmeenergie
der Lens Cooler verwendet werden.
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Als
weitere Variante der Erfindung ist denkbar, dass der erwärmte
Bereich des Aktuatorsystems mit einem Körper hoher spezifischer
Wärmekapazität z. B. einem Kupferbehälter
mit Wasser- oder Glycerinfüllung oder einem Verbundwerkstoff
aus Kupfer und Kunststoff, bei dem das Kupfer die Wärme
in den wärmespeichernden Kunststoff leitet, in thermischem Kontakt
steht. Dabei kann insbesondere der erwärmte Bereich des
Aktuatorsystems von dem genannten Körper mindestens teilweise
ummantelt sein. Diese Maßnahme hat die Wirkung, dass aufgrund
des thermischen Kontaktes des Körpers mit dem erwärmten Bereich
des Aktuatorsystems einerseits der Temperaturanstieg des Gesamtsystems
aus dem erwärmtem Bereich und dem Körper hoher
spezifischer Wärmekapazität langsamer erfolgt,
als dies ohne den genannten Körper der Fall wäre.
Zusätzlich wird auch die Spitzentemperatur, die das System
erreicht, gegenüber dem Fall ohne den genannten Körper
verringert. Mit anderen Worten wirkt der genannte Körper als
thermischer Kondensator, was einige Vorteile im Hinblick auf die
Steuerung-/Regelung der Temperierung mit sich bringt. Insbesondere
kann aufgrund der geringeren zeitlichen Gradienten der Temperaturänderung
eine Steuerung-/Regelung mit einer geringeren Bandbreite verwendet
werden, als es ohne die genannte Maßnahme erforderlich
wäre. Die hohe spezifische Wärmekapazität
kann dabei dadurch erreicht werden, dass der Körper einen
Hohlraum aufweist, der mit Wasser gefüllt ist. Daneben
kann – insbesondere für Anwendungen im Vakuum
wie z. B. bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen
Aktuatorsystems in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage – der
Körper als massiver Stahlkörper ausgebildet sein,
um die durch den Körper verursachte Kontamination sonstiger
Systemkomponenten zu minimieren. Um die Wärmeabgabe des
Körpers beispielsweise im Vakuum zu optimieren, kann die
Farbgebung des Körpers entsprechend gewählt werden.
Dabei können insbesondere diejenigen Bereiche des Körpers, die
der zu aktuierenden Komponente abgewandt sind, mit einer Oberflächenstruktur,
beispielsweise einer Beschichtung oder Lackierung, versehen werden,
die eine maximale Wärmeabgabe des Körpers durch
Strahlung ermöglicht.
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Im
Extremfall kann durch die Verwendung des genannten Körpers
auf eine aktiv geregelte Temperierung verzichtet werden. Dadurch,
dass durch die genannte Kondensatorwirkung große Temperaturgradienten
vermieden werden, kann es genügen, lediglich den durch
die Freisetzung von Wärme entstandenen Offset in der Justage
der Komponenten durch die vorhandenen Aktuatoren auszugleichen.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass
eine Steuerungs-/Regelungseinheit vorhanden ist, durch welche die
Mittel zur Reduzierung des Wärmeeintrags angesteuert werden
können. Die Steuerungs-/Regelungseinheit kann dabei mit
Beschleunigungssensoren verbunden und geeignet sein, anhand der
von den Beschleunigungssensoren ermittelten Parameter die Mittel
zur Reduzierung des Wärmeeintrags anzusteuern. Derartige
Beschleunigungssensoren können beispielsweise an einer
optischen Komponente angebracht sein. Im Unterschied zur Messung
eines Weges hat die Verwendung von Beschleunigungssensoren den Vorteil, dass
bevorstehende Auslenkungen von Systemkomponenten wie beispielsweise
Schwingungen mit einem gewissen zeitlichen Vorlauf detektiert werden können,
so dass für eine Einstellung der entsprechenden Stellgrößen
wie beispielsweise Durchfluss menge oder Temperatur eines Fluids
mehr Zeit verbleibt. Hierdurch wird die Reaktionsgeschwindigkeit der
Regelung erheblich verbessert.
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Ferner
kann die Steuerungs-/Regelungseinheit mit einer weiteren Steuerungs-/Regelungseinheit der
Projektionsbelichtungsanlage verbunden oder als Teil dieser ausgebildet
und in der Weise ausgelegt sein, dass die Mittel zur Reduzierung
des Wärmeeintrags anhand bevorstehender Systemereignisse
angesteuert werden können. So kann beispielsweise die Steuerungs-/Regelungseinheit
der Projektionsbelichtungsanlage im Falle eines bevorstehenden Resets
der Anlage ein entsprechendes Signal an die Steuerungs-/Regelungseinheit,
mit der die Mittel angesteuert werden, übermitteln. Üblicherweise
werden im Rahmen eines derartigen Resets praktisch sämtliche
Aktuatorsysteme der Projektionsbelichtungsanlage angesteuert und
führen Bewegungen aus, die teilweise über den
gesamten möglichen Bewegungsbereich der Aktuatorsysteme
gehen. Dies führt dazu, dass in erhöhtem Maße
Schwingungen in das System induziert werden. Im Vorgriff auf eine derartige
Maßnahme kann dann die Temperierung bereits vorab entsprechend
angepasst werden, so dass die Effektivität des Temperiersystems
weiter erhöht wird. Dabei kommen als Systemereignisse neben
dem bereits angesprochenen Reset auch Ereignisse wie beispielsweise
eine bevorstehende Bewegung einer Waferstage oder einer Reticlestage
in Frage.
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Eine
Ausbildung des Aktuatorsystems als Dämpfungssystem mit
einem passiven und einem aktiven Dämpfungselement hat den
Vorteil, dass durch das passive Dämpfungselement ein gewisser Sockelbetrag
der mechanischen Schwingungsenergie dissipiert wird. Die noch verbleibende
Schwingungsenergie kann dann von dem aktiven Dämpfungselement
geregelt bzw. gesteuert gedämpft werden. Hierdurch kann
die von der Elektronik des aktiven Dämpfungselementes freigesetzte
Wärme erheblich reduziert werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläu tert.
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Es
zeigen:
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1 eine
erste Ausführungsform der Erfindung,
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2 ein
Diagramm, bei dem die Temperatur an einem Punkt des Aktuatorsystems
gegenüber der Zeit t aufgetragen ist,
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3 eine
weitere Variante der Erfindung, bei welcher anstatt einer Fluidkühlung
ein Wärmetransportelement zur Anwendung kommt,
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4 eine
Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Schwingungsenergie
eines optischen Elements nicht im Inneren eines Objektivgehäuses, sondern
außerhalb in Wärmeenergie dissipiert wird,
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5 eine
Variante der Erfindung, bei welcher zusätzlich ein passiver
Schwingungstilger als passives Dämpfungselement zur Anwendung kommt;
und
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6 eine
Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie,
in welcher das erfindungsgemäße Aktuatorsystem
zur Anwendung kommt.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform der Erfindung. Das Aktuatorsystem
1 zeigt
dabei den Läufer
12, auf den die Piezoanordnung
11 einwirkt. Die
Piezoanordnung
11 kann dabei als eine Kombination aus Scher-
und Hubpiezos, wie in der deutschen Patentanmeldung
DE 100 225 266 A1 beschrieben,
ausgebildet sein. Der Läufer
12 ist dabei mit
der Innenfassung
9 verbunden, in welcher die im vorliegenden
Beispiel als optisches Element
7 ausgebildete Komponente
angeordnet ist. Die Piezoanordnung
11 ist mit dem Kühlkörper
6 versehen,
welcher seinerseits die Fluidkanäle
2 aufweist.
Die Baueinheit aus Piezoanordnung
11, Kühlkörper
6 und Fluidkanälen
2 ist
ihrerseits an der Außenfassung
15 angeordnet.
Durch die Außenfassung
15 geführt sind die
Fluidleitungen
3, durch welche das zur Kühlung des
Aktuatorsystems
1 verwendete Fluid mittels der Pumpe
4 gefördert
wird. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um Wasser, Rizinusöl,
Stickstoff oder auch Luft handeln. Aus
1 wird erkennbar,
dass das Fluid dem Lens Cooler
5 zugeführt wird,
wo es die von dem Aktuatorsystem
1 aufgenommene Wärme
abgibt. Der Lens Cooler
5 ist dabei eine Temperiereinheit,
die zur Kühlung eines Objektivgehäuses von außen
dient. Das in
1 nicht dargestellte Objektivgehäuse
wird üblicherweise von aufeinander geschraubten Außenfassungen
in der Art der in
1 dargestellten Außenfassung
15 gebildet.
Die Pumpe
4 ist mittels der Signalleitung
51 mit
der Steuerungs-/Regelungseinheit
30 verbunden, welche ihrerseits
mit dem auf der Innenfassung
9 angeordneten Beschleunigungssensor
20 durch
die Signalleitung
50 in Verbindung steht. Wenn also durch
den Beschleunigungssensor
20 bestimmte, erhöhte
Beschleunigungswerte ermittelt werden, kann die Steuerungs-/Regelungseinheit
die Pumpe
4 in der Weise ansteuern, dass die Durchflussmenge
des Fluids durch den Kühlkörper
6 erhöht
wird und somit die Kühlungsleistung bereits im Vorgriff
auf die zu erwartende verstärkte Erwärmung des
Aktuatorsystems
1 erhöht wird. In analoger Weise
kann – getriggert durch ein entsprechendes Signal der Steuerungs-/Regelungseinheit
des gesamten Systems
40 – im Vorfeld bestimmter
Systemereignisse wie beispielsweise eines Resets eine entsprechende
Ansteuerung der Pumpe
4 vorgenommen werden. Hierzu sind
die beiden Steuerungs-/Regelungseinheiten
30 und
40 über
die Signalleitung
52 verbunden. Gut erkennbar in
1 ist,
wie das an dem Aktuatorsystem
1 vorbeiströmende
Fluid die Abwärme des Aktuatorsystems
1 aufnimmt
und diese dann in einen Bereich abführt, wo sie ohne nachteilige
Folgen für die Abbildungsqualität des übergeordneten
Systems freigesetzt werden kann.
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Im
Bereich der Piezoanordnung 11 ist ferner ein Körper 60 angeordnet,
der eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist und
in der Art eines thermischen Kondensators wirkt. Dabei kann der
genannte Körper 60 beispielsweise als wassergefülltes
Element realisiert sein. Ferner kann – alternativ zu der Darstellung
in 1 – der Körper 60 in
unmittelbarem thermischen Kontakt zu dem Kühlkörper 6 stehen
oder selbst als Kühlkörper realisiert sein.
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Die
Wirkung des Körpers 60 ist anhand der 2 verdeutlicht. 2 zeigt
ein Diagramm, bei dem die Temperatur T an einem Punkt des Aktuatorsystems 1 gegenüber
der Zeit t aufgetragen ist. Dabei repräsentiert die gestrichelte
Kurve den Fall ohne Körper 60, die durchgezogene
Kurve den Fall, in dem der Körper 60 Verwendung
findet. Deutlich erkennbar in 2 ist, dass
der Temperaturverlauf im Fall der Verwendung des Körpers 60 erheblich
flacher verläuft als es ohne eine Verwendung des Körpers 60 der
Fall wäre. Ein flacherer Verlauf der Temperatur über
der Zeit ist jedoch regelungstechnisch vorteilhaft, insbesondere
weil die Gefahr eines Überschwingens der Regelung hierdurch
verringert wird.
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In 3 ist
eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, bei welcher anstatt
einer Fluidkühlung ein Wärmetransportelement 70 zur
Anwendung kommt. Das Wärmetransportelement 70 ist
dabei als ein Körper aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit
realisiert, welcher an seinem ersten Ende mit dem Aktuatorsystem 1 in
thermischem Kontakt steht und durch die Außenfassung 15 hindurch
in Richtung des Lens Coolers 5 durchgeführt ist.
Dabei steht das Wärmetransportelement 70 an seinem
dem Aktuatorsystem 1 abgewandten zweiten Ende mit dem Lens
Cooler 5 in thermischem Kontakt und führt so die
im Aktuatorsystem 1 erzeugte Wärme über den
Lens Cooler 5 ab. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit
des Wärmetransportelements 70 kann dieses auch
als Verbundstruktur, beispielsweise als metallischer Körper
mit Natriumfüllung, ausgebildet sein. Da im vorliegenden
Beispiel der thermische Kontakt des Wärmetransportelements 70 mit
dem Aktuatorsystem 1 in der Weise realisiert ist, dass
das Wärmetransportelement 70 und das Aktuatorsystem 1 mit
den erwärmten Bereichen an der Außenfassung angeordnet
sind, ist die Wahrscheinlichkeit mechanischer Störungen
des optischen Elements 7, die von dem Wärmetransportelement 70 herrühren
könnten, verringert, da das optische Element 7 über
die Innenfassung 9 mechanisch weitgehend von der Außenfassung 15 entkoppelt
ist.
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4 zeigt
eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Schwingungsenergie
eines optischen Elements 7 nicht im Inneren eines Objektivgehäuses,
sondern außerhalb in Wärmeenergie dissipiert wird.
Aus der schematischen Darstellung in 4 geht hervor,
dass das optische Element 7 über die Außenfassung 15 an
eine Gegenschwingmasse 80 mechanisch angekoppelt ist. Die
mechanische Kopplung wird dabei durch die angedeuteten Federn 90 bzw. 91 symbolisiert.
Bei einer Schwingung des optischen Elements 7 in Richtung
des Doppelpfeils 200 wird über die genannte mechanische
Ankopplung in die Gegenschwingmasse 80 ebenfalls eine Schwingung
in Richtung des Doppelpfeils 210 induziert. Die Parameter
dieser Schwingung werden von dem Schwingungssensor 130 aufgenommen;
bei den genannten Parametern kann es sich beispielsweise um Geschwindigkeit,
Beschleunigung oder auch Auslenkung handeln. Der Schwingungssensor 130 steht
mit der Regelungseinheit 110 über die Signalleitung 122 derart
in Verbindung, dass die erfassten Parameter des Schwingungssensors 130 der
Regelungseinheit 110 übermittelt werden. Auf Basis
der genannten Parameter legt die Regelungseinheit 110 ein
Steuersignal fest, das über die Steuerleitung 121 an
den Aktuator 100 übertragen wird, der seinerseits mechanisch
auf die Gegenschwingmasse 80 einwirkt und die Schwingung
der Gegenschwingmasse 80 dämpft. Somit wird über
die oben bereits beschriebene mechanische Ankopplung auch die Schwingung des
optischen Elements 7 wirksam gedämpft. Ein Aspekt
der in 4 dargestellten Lösung besteht darin, dass
die in Zusammenhang mit der Dämpfung der Schwingung des
optischen Elements 7 entstehende Wärme nicht im
Inneren des durch eine Vielzahl von Außenfassungen gebildeten
Objektivgehäuses entsteht, sondern außerhalb eines
derartigen Objektivgehäuses freigesetzt wird. Hierdurch
ergeben sich verbesserte Möglichkeiten, die genannte Wärme
abzufüh ren, ohne dass sie nachteilige Auswirkungen auf
die Abbildungsqualität oder sonstige Betriebseigenschaften
eines übergeordneten optischen Systems haben könnte.
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5 zeigt
eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher zusätzlich
zu dem in den 3 gezeigten aktiven Aktuatorsystem 1 ein
passiver Schwingungstilger 300 als passives Dämpfungselement
zur Anwendung kommt. Im gezeigten Beispiel ist der Schwingungstilger 300 an
der Innenfassung 9 angeordnet und trägt zur Dämpfung
von Schwingungen der Innenfassung 9 bei. Im Ergebnis verringert sich
derjenige Anteil der Dämpfung, welcher durch das aktive
Dämpfungssystem in der Art des Aktuatorsystems 1 gedämpft
werden muss, so dass insgesamt ein verringerter Steuerungs-/Regelungsaufwand
für die aktive Dämpfung ausgelöst wird
und sich die von der Elektronik des aktiven Dämpfungssystems
freigesetzte Wärme erheblich vermindert. Die Anwendung
des passiven Schwingungstilgers ist dabei nicht auf die in 5 gezeigte
Ausführungsform der Erfindung beschränkt; sie
kann grundsätzlich – neben der in 1 gezeigten
Ausführungsform – auch in weiteren, in den Zeichnungen
nicht dargestellten Varianten der Erfindung zur Anwendung kommen.
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In 6 ist
eine Projektionsbelichtungsanlage 310 für die
Halbleiterlithographie dargestellt, in welcher das erfindungsgemäße
Aktuatorsystem zur Anwendung kommt. Die Anlage dient zur Belichtung von
Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes
Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium
besteht und als Wafer 320 bezeichnet wird, zur Herstellung
von Halbleiterbauelementen, wie z. B. Computerchips.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 310 besteht dabei im wesentlichen
aus einem Beleuchtungssystem 330, einer Einrichtung 340 zur
Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen
Maske, eines sogenannten Reticles 350, durch welches die
späteren Strukturen auf dem Wafer 320 bestimmt
werden, einer Einrichtung 360 zur Halterung, Bewegung und
exakten Positionierung eben dieses Wafers 320 und einer
Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 370, mit
mehreren optischen Elementen 380, die über Fassungen 390 in
einem Objektivgehäuse 400 des Projektionsobjektives 370 gelagert
sind.
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Das
grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die
in das Reticle 350 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 320 abgebildet
werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
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Nach
einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 320 in Pfeilrichtung
weiterbewegt, so dass auf demselben Wafer 320 eine Vielzahl
von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 350 vorgegebenen
Struktur, belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung
des Wafers 320 in der Projektionsbelichtungsanlage 310 wird
diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
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Das
Beleuchtungssystem 330 stellt einen für die Abbildung
des Reticles 350 auf dem Wafer 320 benötigten
Projektionsstrahl 410, beispielsweise Licht oder eine ähnliche
elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese
Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung
wird in dem Beleuchtungssystem 330 über optische
Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 410 beim
Auftreffen auf das Reticle 350 die gewünschten
Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront
und dergleichen aufweist.
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Über
die Strahlen 410 wird ein Bild des Reticles 350 erzeugt
und von dem Projektionsobjektiv 370 entsprechend verkleinert
auf den Wafer 320 übertragen, wie bereits vorstehend
erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 370 weist
eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen
Elementen 380, wie z. B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten
und dergleichen auf. Dabei kann eines oder mehrere der optischen
Elemente mit einem Aktuatorsystem in der Art des in den 1, 3 oder 5 dargestellten
Systems versehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 100225266
A1 [0013, 0029]