DE102012211320A1

DE102012211320A1 - Actuator for projection exposure system used during semiconductor lithography process, has rotor which is rotated for shaping one spacing element, such that space between first and second function portions is changed

Info

Publication number: DE102012211320A1
Application number: DE201210211320
Authority: DE
Inventors: Ulrich Weber
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-08-08

Abstract

The actuator (1) has first function portion (2) which is spaced apart from second and third function portions (3,4) along a feed axis (5). The first and second function portions are provided with respective locking devices (206,308) for locking a rotor (412). The first and second function portions are connected with third function portion through spacing elements (411). The rotor is rotated for shaping one spacing element, such that space between the first and second function portions is changed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Positionierung bzw. Manipulation von Komponenten, insbesondere von optischen Elementen in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie. The invention relates to an actuator for the positioning or manipulation of components, in particular of optical elements in projection exposure apparatuses for semiconductor lithography.

Eine Positionierung bzw. Manipulation im Nanometerbereich ist für die oben genannten Komponenten regelmäßig erforderlich, um die Gesamtfunktionalität des übergeordneten Systems gewährleisten zu können. Hierbei ist es oftmals notwendig, die Position der positionierten/manipulierten Komponente oder deren Ausrichtung im Raum mit einer hochauflösenden und damit kostenintensiven und gegebenenfalls auch störanfälligen Mess- und Regelelektronik zu überwachen. A positioning or manipulation in the nanometer range is regularly required for the above components in order to ensure the overall functionality of the parent system. In this case, it is often necessary to monitor the position of the positioned / manipulated component or its orientation in space with a high-resolution and thus cost-intensive and, if appropriate, fault-prone measuring and control electronics.

Die Erfahrungen mit Systemen aus dem Stand der Technik haben gezeigt, dass die Genauigkeit der Positionierung bzw. Manipulation dabei vorwiegend nicht durch die Aktuatorik selbst, sondern durch die Genauigkeit der Positionsmessung bestimmt wird. Mit anderen Worten können die Aktuatoren kleinere Schrittweiten auflösen als durch die Positionsmessung ermittelt werden kann. The experience with systems of the prior art has shown that the accuracy of the positioning or manipulation is predominantly determined not by the actuator itself, but by the accuracy of the position measurement. In other words, the actuators can resolve smaller increments than can be determined by the position measurement.

Den Aktuatoren nach dem Stand der Technik ist jedoch das Problem gemeinsam, dass sich die Schrittweite des Antriebs in Abhängigkeit von der Last, die am Läufer des Aktuators wirkt, ändert. Dies führt dazu, dass die Abtriebsbewegung unkalkulierbar wird, so dass diese mit einem Messsystem überwacht werden muss. Hinzu kommt noch, dass sich über längere Verfahrwege des Aktuators die genannte Abweichung der Schrittweite aufsummiert. The actuators of the prior art, however, have the common problem that the step size of the drive in response to the load acting on the rotor of the actuator, changes. As a result, the output movement becomes incalculable, so that it must be monitored with a measuring system. In addition, over longer travel distances of the actuator adds the mentioned deviation of the step size.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 034 285 A1 beschreibt einen Aktuator zur hochpräzisen Positionierung bzw. Manipulation von Komponenten und Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie. Die in der Offenlegungsschrift gezeigte Vorschubeinheit weist mindestens eine Deformationseinheit sowie mindestens einen Deformator zur Verformung der Deformationseinheit auf, wobei der mindestens eine Deformator geeignet ist, die Deformationseinheit mit einer zur Wirkrichtung des Aktuators senkrechte Komponente derart zu verformen, dass sich die Gesamtlänge der Deformationseinheit in Wirkrichtung als Ergebnis der Verformung ändert. Jedoch kann bei dieser Anordnung die Vorschubbewegung ungleichförmig ausfallen. Dies gilt insbesondere dann, wenn es zu einer asymmetrischen Verwindung der Deformationseinheit kommt.The publication DE 10 2008 034 285 A1 describes an actuator for the high-precision positioning or manipulation of components and projection exposure systems for microlithography. The feed unit shown in the published patent application has at least one deformation unit and at least one deformator for deformation of the deformation unit, wherein the at least one deformer is suitable for deforming the deformation unit with a component perpendicular to the effective direction of the actuator in such a way that the total length of the deformation unit is in the effective direction as a result of deformation changes. However, in this arrangement, the feed motion may be non-uniform. This is especially true when it comes to an asymmetric distortion of the deformation unit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator anzugeben, der im Vergleich dazu eine gleichförmige Vorschubbewegung ermöglicht. The invention has for its object to provide an actuator that allows in comparison to a uniform feed motion.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Aktuator mit den in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Varianten und Ausführungsbeispiele des Aktuators. This object is achieved by the actuator with the features listed in claim 1. The dependent claims relate to advantageous variants and embodiments of the actuator.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.Further advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims and from the embodiments described in principle below with reference to the drawing.

Der erfindungsgemäße Aktuator zeigt einen ersten Funktionsabschnitt, einen von diesem entlang einer Vorschubachse beabstandeten zweiten Funktionsabschnitt sowie einen dritten Funktionsabschnitt, wobei der erste Funktionsabschnitt und der zweite Funktionsabschnitt Arretierungsvorrichtungen zur Arretierung eines Läufers aufweisen und wobei der erste Funktionsabschnitt und der zweite Funktionsabschnitt über mindestens ein Abstandselement mit dem dritten Funktionsabschnitt verbunden sind. Der dritte Funktionsabschnitt weist dabei einen Rotor auf, durch dessen Rotation das mindestens eine Abstandselement verformt wird, so dass sich durch die Rotation der Abstand zwischen dem ersten Funktionsabschnitt und dem zweiten Funktionsabschnitt ändert.The actuator according to the invention exhibits a first functional section, a second functional section spaced therefrom along a feed axis and a third functional section, wherein the first functional section and the second functional section comprise locking devices for locking a rotor and wherein the first functional section and the second functional section have at least one spacer element are connected to the third functional section. In this case, the third functional section has a rotor, by the rotation of which the at least one spacer element is deformed so that the distance between the first functional section and the second functional section changes as a result of the rotation.

In einer ersten Phase des Aktuatorbetriebes wird der Rotor in eine Drehbewegung versetzt. Dadurch wird das mindestens eine Abstandselement verformt, bspw. gebogen, wodurch sich der Abstand des ersten zu dem zweiten Funktionsabschnitt ändert, insbesondere verringert. In a first phase of the actuator operation, the rotor is set in a rotary motion. As a result, the at least one spacer element is deformed, for example bent, as a result of which the distance between the first and the second functional section changes, in particular decreases.

Somit passiert der im ersten Funktionsabschnitt arretierte Läufer in dieser ersten Phase den zweiten Funktionsabschnitt um einen gewissen Vorschub und wird nach Abschluss der ersten Phase in oder an diesem arretiert.Thus, in this first phase, the rotor locked in the first functional section passes through the second functional section by a certain feed and is locked in or on this at the end of the first phase.

In einer zweiten Phase wird dann der Läufer von dem ersten Funktionsabschnitt freigegeben und der Rotor kehrt in seine Ausgangsstellung zurück, wodurch wieder der ursprüngliche Abstand des ersten und des zweiten Funktionsabschnittes eingestellt wird. In a second phase of the rotor is then released from the first functional section and the rotor returns to its initial position, whereby the original distance of the first and the second functional section is set again.

Nach Freigabe des Läufers durch den zweiten Funktionsabschnitt kann dann die Bewegung von neuem beginnen.After the rotor has been released by the second functional section, the movement can then start anew.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine Mehrzahl der, insbesondere alle Abstandselemente an dem Rotor angebracht. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass eine gleichartige Verformung der Abstandselemente bei einer Drehung des Rotors erfolgt, so dass Verbiegungen oder Verwindungen des Aktuators weitestgehend reduziert werden können.In an advantageous variant of the invention, a plurality of, in particular all spacer elements are attached to the rotor. By this measure, it is ensured that a similar deformation of the spacer elements takes place during rotation of the rotor, so that bends or Twists of the actuator can be largely reduced.

Dadurch, dass Stützelemente vorhanden sind, welche den ersten Funktionsabschnitt und den zweiten Funktionsabschnitt in der Weise mit einander verbinden, dass eine Bewegung der beiden Funktionsabschnitte aufeinander zu oder voneinander weg möglich bleibt, kann die mechanische Stabilität des Aktuators gesteigert werden.By virtue of the fact that supporting elements are present which interconnect the first functional section and the second functional section in such a way that movement of the two functional sections toward one another or away from one another remains possible, the mechanical stability of the actuator can be increased.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Abstandselement als Blattfeder ausgebildet.In an advantageous embodiment of the invention, at least one spacer element is designed as a leaf spring.

Dadurch, dass der Rotor in der Weise ausgebildet ist, dass seine Rotationsachse parallel zu der Vorschubachse des Aktuators verläuft, kann eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Geradlinigkeit des von dem Aktuator ausgelösten Bewegung erreicht werden.Characterized in that the rotor is formed in such a way that its axis of rotation is parallel to the feed axis of the actuator, a further improvement in the straightness of the triggered by the actuator movement can be achieved.

Zur Bewegung des Rotors kann insbesondere eine Antriebseinheit vorhanden sein, welche ein Piezoelement, insbesondere einen Piezostack, eine elektromagnetische Spule, einen Hydraulikoder Pneumatikzylinder oder einen pneumatischen Balg enthält.For the movement of the rotor, in particular a drive unit may be present which contains a piezo element, in particular a piezo stack, an electromagnetic coil, a hydraulic or pneumatic cylinder or a pneumatic bellows.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Funktionsabschnitt und der zweite Funktionsabschnitt an Positionen entlang der Vorschubachse auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors angeordnet. Dabei können insbesondere die Abstandselemente, welche den Rotor mit dem ersten Funktionsabschnitt verbinden, baugleich zu denjenigen Abstandselementen ausgebildet sein, welche den Rotor mit dem zweiten Funktionsabschnitt verbinden. Damit ergibt sich eine hohe Symmetrie des Aktuators, was sich positiv in seinem Bewegungsverhalten niederschlägt.In one embodiment of the invention, the first functional portion and the second functional portion are disposed at positions along the feed axis on opposite sides of the rotor. In particular, the spacer elements, which connect the rotor to the first functional section, can be constructed identically to those spacer elements which connect the rotor to the second functional section. This results in a high symmetry of the actuator, which is reflected positively in its movement behavior.

Alternativ können der erste Funktionsabschnitt und der zweite Funktionsabschnitt auch an Positionen entlang der Vorschubachse auf derselben Seite des Rotors angeordnet sein.Alternatively, the first functional section and the second functional section can also be arranged at positions along the feed axis on the same side of the rotor.

Insbesondere in diesem Fall kann dadurch, dass diejenigen Abstandselemente, welche den Rotor mit dem ersten Funktionsabschnitt verbinden, mit unterschiedlicher Geometrie ausgeführt sind wie diejenigen Abstandselemente, welche den Rotor mit den dem zweiten Funktionsabschnitt verbinden, eine Verfeinerung im Hinblick auf eine Vorschubbewegung des Läufers erreicht werden.In particular, in this case can be achieved by the fact that those spacer elements which connect the rotor to the first functional portion are designed with different geometry as those spacers which connect the rotor with the second functional portion, a refinement with respect to a feed movement of the rotor ,

Der oben angesprochene Effekt kann dadurch weiter modifiziert werden, dass diejenigen Abstandselemente, welche den Rotor mit dem ersten Funktionsabschnitt verbinden, in einem anderen Abstand von der Vorschubachse an dem Rotor angeordnet sich sind als diejenigen Abstandselemente, welche den Rotor mit den dem zweiten Funktionsabschnitt verbinden.The above-mentioned effect can be further modified in that those spacer elements which connect the rotor to the first functional section are arranged at a different distance from the feed axis on the rotor than those spacer elements which connect the rotor to the second functional section.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 einen Aktuator in einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Skizze, 1 an actuator in a first embodiment in a perspective sketch,

2 eine weitere perspektivische Skizze des Aktuators aus 1 mit einem um die Vorschubachse gedrehten Rotationsdeformator, 2 another perspective sketch of the actuator 1 with a rotational deformer rotated about the feed axis,

3 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuators in einer perspektivischen Skizze zur Realisierung einer differentiellen Vorschubbewegung, 3 an alternative embodiment of an actuator according to the invention in a perspective sketch for realizing a differential feed motion,

4 ein Beispiel eines z-Manipulators in einem Halbleiterlithographieobjektiv, in welchem der beschriebene Aktuator zur Anwendung kommt und 4 an example of a z-manipulator in a semiconductor lithographic objective, in which the described actuator is used and

5 eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, in welcher die Erfindung verwirklicht ist. 5 a projection exposure apparatus for semiconductor lithography, in which the invention is realized.

1 zeigt in einer perspektivischen Skizze einen Aktuator 1, mit dem insbesondere auch optische Elemente in einer Projektionsbelichtungseinheit der Halbleiterlithographie im Mikrometer- und Submikrometerbereich hochgenau positioniert bzw. manipuliert werden können. In der 1 nicht dargestellt ist ein Läufer, welcher die Vorschubbewegung des Aktuators 1 auf eine anzutreibende Komponente, z.B. ein optisches Element einer Projektionsbelichtungsanlage, überträgt. Als Läufer kann beispielsweise ein langgestrecktes zylinderförmiges Bauteil verwendet werden, wobei die Geometrie und / oder das Querschnittsprofil des Läufers nahezu beliebig ausgelegt werden können. Der Läufer kann prinzipiell eine Bewegung bestehend aus nur einer einzelnen Vorschubschrittweite oder eine aus vielen Vorschubschrittweiten zusammengesetzte Bewegung durchführen. Die Länge des Läufers ist dabei je nach gewünschter Länge der Vorschubbewegung anzupassen. 1 shows in a perspective sketch an actuator 1 In particular, optical elements in a projection exposure unit of semiconductor lithography in the micrometer and submicrometer range can be positioned or manipulated with high precision. In the 1 not shown is a rotor which the feed movement of the actuator 1 on a component to be driven, for example, an optical element of a projection exposure system transmits. As a runner, for example, an elongated cylindrical member can be used, wherein the geometry and / or the cross-sectional profile of the rotor can be designed almost arbitrarily. The rotor can in principle perform a movement consisting of only a single feed increment or a composite of many feed increments movement. The length of the rotor is to be adjusted depending on the desired length of the feed movement.

Zur Erläuterung des Aufbaus des Aktuators 1 und insbesondere seiner Funktionalität bei der Realisierung eines einzelnen Vorschubschrittes wird dieser in drei Funktionsabschnitte unterteilt. Diese Funktionsabschnitte 2, 3 und 4 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils mit einem gewissen Abstand entlang einer Vorschubachse 5 des Aktuators 1 angeordnet. Die Vorschubachse 5 entspricht dabei der Achse, entlang derer der Läufer bei einer Vorschubbewegung des Aktuators 1 bewegt wird. To explain the structure of the actuator 1 and in particular its functionality in the realization of a single feed step, this is divided into three functional sections. These functional sections 2 . 3 and 4 are each in the embodiment shown with a certain distance along a feed axis 5 of the actuator 1 arranged. The feed axis 5 corresponds to the axis along which the rotor during a feed movement of the actuator 1 is moved.

Der erste Funktionsabschnitt 2 des hier gezeigten Aktuators 1 weist einen Grundträger 206 mit einer Arretierungsvorrichtung 207 auf. Der Grundträger 206 kann dabei auch als mechanischer Anschluss des Aktuators 1 gegenüber einer übergeordneten Baugruppe verwendet werden. Die Arretierungsvorrichtung 207 kann den hier nicht dargestellten Läufer zumindest zeitweise arretieren, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Läufer und dem ersten Funktionsabschnitt 2 im Wesentlichen entlang der Vorschubachse 5 unterbunden wird. Zur Arretierung des Läufers soll auch ein aus dem Stand der Technik bekannter Mechanismus eingesetzt werden können. Dazu zählen beispielsweise kraftund formschlüssige Verbindungen zwischen dem Läufer und der Arretierungsvorrichtung 207. The first functional section 2 of the actuator shown here 1 has a basic carrier 206 with a locking device 207 on. The basic carrier 206 can also be used as a mechanical connection of the actuator 1 be used against a parent assembly. The locking device 207 can lock the runner, not shown here at least temporarily, creating a relative movement between the rotor and the first functional section 2 essentially along the feed axis 5 is prevented. To lock the rotor also a known from the prior art mechanism should be used. These include, for example force and positive connections between the rotor and the locking device 207 ,

Der zweite Funktionsabschnitt 3 des Aktuators 1 ist entlang der Vorschubachse 5 von dem ersten Funktionsabschnitt 2 beabstandet. Dieser Funktionsabschnitt 3 weist ebenfalls eine Vorrichtung zur Arretierung des Läufers auf, wobei diese im Folgenden als Arretierungsvorrichtung 308 bezeichnet wird. Die Arretierungsvorrichtung 308 kann beispielsweise auch eine kraft- bzw. formschlüssige Verbindung nutzen, um den Läufer zeitweise festzuhalten. Der Zeitabschnitt, in welcher der Läufer von der Arretierungsvorrichtung 207 bzw. 308 festgehalten wird, richtet sich dabei nach der zeitlichen Taktung der einzelnen Ablaufschritte während einer Vorschubbewegung. Diese Ablaufschritte werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der 2 näher erläutert. Der zweite Funktionsabschnitt 3 soll während des Betriebs des Aktuators 1 relativ zum ersten Funktionsabschnitt 2 zeitweise entlang der Vorschubachse 5 bewegt werden können. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dazu der zweite Funktionsabschnitt 3 durch Lagerelemente 9, die hier als vier seitlich angeordnete Blattfedern ausgeführt sind und mit einem Stützelement 8 des ersten Funktionsabschnitt 2 verbunden sind, gehalten. Generell sollen für die Lagerung des zweiten Funktionsabschnitts 3 alle geeigneten Konstruktionsprinzipien, wie z.B. auch Festkörpergelenke, eingesetzt werden können. The second functional section 3 of the actuator 1 is along the feed axis 5 from the first functional section 2 spaced. This functional section 3 also has a device for locking the rotor, these being hereinafter referred to as locking device 308 referred to as. The locking device 308 For example, use a non-positive or positive connection to temporarily hold the runner. The period of time in which the runner of the locking device 207 respectively. 308 is held, depends on the timing of the individual process steps during a feed motion. These steps will be described in connection with the description of 2 explained in more detail. The second functional section 3 should during the operation of the actuator 1 relative to the first functional section 2 temporarily along the feed axis 5 can be moved. In the in 1 shown embodiment, the second functional section 3 through bearing elements 9 , which are designed here as four laterally arranged leaf springs and with a support element 8th of the first functional section 2 are held. Generally, for the storage of the second functional section 3 All suitable design principles, such as solid-state joints, can be used.

Der Aktuator 1 verfügt außerdem über einen dritten Funktionsabschnitt 4, der zur zweitweisen Verkürzung des Abstandes zwischen den beiden Funktionsabschnitten 2 und 3 eingesetzt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Funktionsabschnitt 4 einen Rotationsdeformator 410 und mindestens ein Abstandselement 411 auf. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Rotationsdeformator 410 insbesondere aus einem mit einer Durchführung 414 versehenen Rotor 412 sowie einer Antriebseinheit 413 mit den beiden Stellern 413a und 413b aufgebaut. Die Antriebseinheit 413 soll erfindungsgemäß eine Rotationsbewegung des Rotors 412 um die Vorschubsachse 5 des Aktuators 1 hervorgerufen. Beispielsweise kann die Antriebseinheit 413 ein Piezoelement, insbesondere ein Piezostack, eine elektromagnetische Spule, ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder oder einen pneumatischen Balg enthalten. Daneben kann die Antriebseinheit 413 auch als Kondensator ausgebildet sein, deren Kondensatorplatten beim Anlegen einer Spannung relativ zueinander bewegt werden. Die Abstandselemente 411 werden während des Betriebs des Aktuators 1 von dem Rotationsdeformator 410 deformiert bzw. ausgelenkt, so dass sich der Abstand zwischen den Funktionsabschnitten 2 und 3 verkürzt. Als Abstandselemente 411 können insbesondere langestreckte elastische Körper, wie beispielsweise Blattfedern oder Drähte aus Federstahl oder Aluminium, verwendet werden.The actuator 1 also has a third function section 4 , which leads to a partial reduction of the distance between the two functional sections 2 and 3 is used. According to the present invention, the functional section 4 a rotational deformer 410 and at least one spacer element 411 on. In the in 1 The embodiment shown is the rotational deformer 410 in particular one with an implementation 414 provided rotor 412 and a drive unit 413 with the two writers 413a and 413b built up. The drive unit 413 According to the invention, a rotational movement of the rotor 412 around the feed axis 5 of the actuator 1 caused. For example, the drive unit 413 a piezoelectric element, in particular a piezo stack, an electromagnetic coil, a hydraulic or pneumatic cylinder or a pneumatic bellows included. In addition, the drive unit 413 Also be designed as a capacitor whose capacitor plates are moved when applying a voltage relative to each other. The spacers 411 be during operation of the actuator 1 from the rotational deformer 410 deformed or deflected, so that the distance between the functional sections 2 and 3 shortened. As spacers 411 In particular, elongated elastic bodies, such as leaf springs or wires made of spring steel or aluminum, can be used.

In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden insgesamt acht Blattfedern als Abstandselemente 411 eingesetzt, wobei diese insbesondere zu beiden Seiten des Rotationsdeformators 410 angeordnet sind und mit dem Rotor 412 verbunden sind. Durch diese beidseitige Anordnung der Abstandselemente 411 wird der Rotationsdeformator 410 gleichzeitig gelagert. Alternativ ist auch eine einseitige Anordnung der Abstandselemente 411 möglich, wobei die Abstandselemente 411 jedoch derart anzuordnen und die Lagerung des Rotationsdeformators 410 derart auszubilden ist, dass sich bei einer Rotationsbewegung des Rotors 412 der Abstand zwischen den Funktionsabschnitten 2 und 3 aufgrund der deformierten bzw. ausgelenkten Abstandselemente 411 verkürzt. Der in der 1 gezeigte weitgehend symmetrische Aufbau soll insbesondere auch eine asymmetrische Verwindung des Aktuators 1 während des Betriebs vermeiden. In the in 1 shown embodiment, a total of eight leaf springs as spacers 411 used, these in particular on both sides of the rotary deformator 410 are arranged and with the rotor 412 are connected. Through this two-sided arrangement of the spacer elements 411 becomes the rotational deformer 410 stored at the same time. Alternatively, a one-sided arrangement of the spacer elements 411 possible, with the spacer elements 411 however, to arrange such and the storage of the rotary deformator 410 is to be formed such that during a rotational movement of the rotor 412 the distance between the functional sections 2 and 3 due to the deformed or deflected spacers 411 shortened. The Indian 1 shown largely symmetrical structure is intended in particular also an asymmetric twisting of the actuator 1 during operation.

Die 2 zeigt in einer perspektivischen Skizze den Aktuator 1 aus der 1 mit einem um die Vorschubachse gedrehten Rotationsdeformator 410. Gut zu erkennen ist in 2 insbesondere die Deformation der Abstandselemente 411 und der verkürzte Abstand zwischen den Funktionsabschnitten 2 und 3 des Aktuators 1. Die Bewegung der einzelnen Komponenten des Aktuators 1 sind durch Pfeile gekennzeichnet. Ausgegangen wird von der in 1 gezeigten Ausgangstellung des Aktuators 1. Vor dem Beginn der Verkürzung des Abstandes zwischen dem Funktionsabschnitt 2 und 3 ist eine der beiden Arretierungsvorrichtungen 207 oder 308 aktiviert, so dass keine Relativbewegung entlang der Vorschubachse zwischen dem Läufer und der aktivierten Arretierungsvorrichtung stattfinden kann. Weiterhin kann sich der Läufer bei dieser Bewegung frei durch die Durchführung 414 bewegen. Dasselbe gilt für den Läufer in der bei dieser Bewegung nicht aktivierten Arretierungsvorrichtung. Anschließend wird die aktivierte Arretierungsvorrichtung deaktiviert und die zuvor nicht aktivierte Arretierungsvorrichtung aktiviert. Durch entsprechende Rückstellkräfte wird die Funktionseinheit 3 in ihre Ausgangsposition, wie in 1 gezeigt, zurückgestellt. Der Läufer wird dabei entweder bei der Verkürzung des genannten Abstandes oder bei der genannten Rückstellbewegung entlang der Vorschubachse bewegt. Für weitere Vorschubschritte wird der Vorgang wiederholt. Die Rückstellung kann in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch über die als Blattfedern ausgebildeten Abstandselemente 411 erfolgen. The 2 shows in a perspective sketch the actuator 1 from the 1 with a rotation deformer rotated about the feed axis 410 , Good to see in 2 in particular the deformation of the spacer elements 411 and the shortened distance between the functional sections 2 and 3 of the actuator 1 , The movement of the individual components of the actuator 1 are indicated by arrows. It starts from the in 1 shown starting position of the actuator 1 , Before beginning the shortening of the distance between the functional section 2 and 3 is one of the two locking devices 207 or 308 activated, so that no relative movement along the feed axis between the rotor and the activated locking device can take place. Furthermore, the runner can move freely through this movement 414 move. The same applies to the runner in the not activated in this movement locking device. Subsequently, the activated locking device is deactivated and activated the previously not activated locking device. By appropriate restoring forces is the functional unit 3 to their starting position, as in 1 shown, reset. Of the Runner is moved either at the shortening of said distance or during said return movement along the feed axis. For further feed steps, the process is repeated. The provision can also be made in the embodiment shown via the spacer elements designed as leaf springs 411 respectively.

In der 3 ist ein gemäß der Erfindung alternatives Ausführungsbeispiel eines Aktuators 1’ dargestellt, wobei über eine differenzielle Vorschubbewegung eine verfeinerte Vorschubschrittweite generiert wird. Der Aktuator 1’ dieses Ausführungsbeispiels weist ebenfalls drei funktionelle Abschnitte, nämlich die Funktionsabschnitte 2’, 3’ und 4’ auf. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 weist der Aktuator 1’ die Abstandselemente 415’ und 416’ auf, welche bei einer Rotationsbewegung des Rotationsdeformators 410’ in dem Funktionsabschnitt 4’ um die Vorschubachse 5’ ausgelenkt bzw. deformiert werden. Die Abstandselemente 415’ befinden sich zwischen dem Funktionsabschnitt 2’ mit dem Grundkörper 206’ und dem Funktionsabschnitt 4’ mit dem Rotationsdeformator 410’. Die Abstandselemente 416’ sind hingegen zwischen dem Funktionsabschnitt 3’ mit der Arretiervorrichtung 308’ und dem genannten Funktionsabschnitt 4’ mit dem Rotor 412’ und der Antriebseinheit 413’ befestigt. Bei einer Rotationsbewegung des Rotors 412’ um die Vorschubachse 5’ ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen Längen und / oder der Position der Abstandselemente 415’ im Vergleich zu den Abstandselementen 416’ eine differenzielle Verkürzung des Abstandes zwischen dem Funktionsabschnitt 2’ und 3’. Die resultierende Vorschubbewegung weist somit eine verfeinerte Vorschubschrittweite auf. In the 3 is an alternative embodiment of an actuator according to the invention 1' represented, via a differential feed motion, a refined feed increment is generated. The actuator 1' This embodiment also has three functional sections, namely the functional sections 2 ' . 3 ' and 4 ' on. Compared to the embodiment of 1 and 2 points the actuator 1' the spacers 415 ' and 416 ' which, during a rotational movement of the rotary deformator 410 ' in the functional section 4 ' around the feed axis 5 ' be deflected or deformed. The spacers 415 ' are located between the functional section 2 ' with the main body 206 ' and the functional section 4 ' with the rotational deformer 410 ' , The spacers 416 ' are on the other hand between the functional section 3 ' with the locking device 308 ' and said functional section 4 ' with the rotor 412 ' and the drive unit 413 ' attached. In a rotational movement of the rotor 412 ' around the feed axis 5 ' arises due to the different lengths and / or the position of the spacer elements 415 ' in comparison to the spacer elements 416 ' a differential shortening of the distance between the functional section 2 ' and 3 ' , The resulting feed motion thus has a refined feed pitch.

Wegen seiner hohen Steifigkeit, seiner hohen Stellkräfte und seiner weitgehend lastunabhängigen Schrittweite eignet sich der Aktuator für die Einsatzbereiche, in denen bei einer sehr hohen erforderlichen Positionsgenauigkeit eine Positionsmessung des zu justierenden Objektes zur Ansteuerung des Aktuators nur sehr schwer realisierbar ist und oder sehr große Massen positioniert werden müssen.Because of its high rigidity, its high restoring forces and its largely load-independent step size, the actuator is suitable for applications in which a position measurement of the object to be adjusted for driving the actuator is very difficult to implement and very large masses positioned at a very high required position accuracy Need to become.

Diese Anforderungen sind beispielsweise bei den z-Manipulatoren in einem Halbleiterlithographieobjektiv gegeben, die vor Beginn des Betriebes optische Elemente wie Linsen oder Spiegel zur Korrektur von Bildfehlern sehr genau in z-Richtung positionieren und während des Betriebes zeitnah um diese Position die optischen Elemente in z-Richtung fein einstellen, um Bildfehler, die aus den Schwankungen der Betriebsumgebung herrühren, zu korrigieren; ein Beispiel wird in 4 gegeben.These requirements are given, for example, in the case of the z-manipulators in a semiconductor lithographic objective, which position optical elements such as lenses or mirrors for correcting image aberrations very accurately in the z-direction before operation and, during operation, promptly position the optical elements in z-direction. Fine-tune the direction to correct for aberrations resulting from variations in the operating environment; an example will be in 4 given.

Ein z-Manipulator kann dabei so aufgebaut sein, dass eine Linse 100 in einem Innenring 101 gefasst ist, der wiederum mit drei Aktuatoren 1 gemäß der Erfindung, deren Wirkrichtung parallel zur z-Richtung orientiert ist, getragen wird.A z-manipulator can be constructed so that a lens 100 in an inner ring 101 in turn, with three actuators 1 According to the invention, whose effective direction is oriented parallel to the z-direction, is worn.

Die drei Aktuatoren 1 sind in einem Außenring 102 eingebettet, der in seinem Außenbereich die Schnittstelle zur nicht dargestellten Objektivstruktur bildet.The three actuators 1 are in an outer ring 102 embedded, which forms the interface to the lens structure, not shown in its outer area.

Wegen der hohen Aktuatorsteifigkeit können die Aktuatoren 1 den Innenring 101 samt der Linse 100 direkt in z-Richtung abstützen, ohne dass das System aus Linse 100, Innenring 101 und Aktuatoren 1 zu schwingungsanfällig wird.Because of the high actuator stiffness, the actuators can 1 the inner ring 101 including the lens 100 support directly in the z-direction, without the system of lens 100 , Inner ring 101 and actuators 1 becomes susceptible to vibration.

Mit dem Sensor für die Mittelstellung 103 kann der Aktuator 1 nach einem Stromausfall wieder ungefähr in die Mittelstellung gestellt werden.With the sensor for the middle position 103 can the actuator 1 After a power outage again be placed approximately in the middle position.

Für die Bildfehlerkorrektur vor dem Betrieb können die Aktuatoren 1 im Schrittmodus in die mittlere z-Position der Linse 100 fahren, wobei ein Sensor, der exakt die z-Position der Linse 100 erfasst, nicht notwendig ist, da die Schrittweite wegen ihrer weitgehenden Lastunabhängigkeit ziemlich genau definiert ist. Um die gewünschte z-Position zu erreichen, muss aber die Anzahl der ausgeführten Schritte gezählt werden.For image aberration before operation, the actuators 1 in step mode in the middle z-position of the lens 100 drive, using a sensor that is exactly the z-position of the lens 100 is not necessary because the step size is defined quite precisely because of its largely load-independent nature. In order to reach the desired z-position, however, the number of executed steps must be counted.

In 5 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 310 für die Halbleiterlithographie dargestellt, in welcher der erfindungsgemäße Aktuator 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.In 5 is a projection exposure machine 310 for the semiconductor lithography, in which the actuator according to the invention is used. The system is used for the exposure of structures on a substrate coated with photosensitive materials, which generally consists predominantly of silicon and as wafers 320 is referred to, for the production of semiconductor devices, such as computer chips.

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. The projection exposure machine 310 consists essentially of a lighting system 330 , a facility 340 for recording and exact positioning of a mask provided with a structure, a so-called reticle 350 through which the later structures on the wafer 320 be determined, a facility 360 for holding, moving and exact positioning of just this wafer 320 and an imaging device, namely a projection lens 370 , with several optical elements 380 that about versions 390 in a lens housing 400 of the projection lens 370 are stored.

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.The basic principle of operation provides that in the reticle 350 introduced structures on the wafer 320 be imaged; the image is usually scaled down.

Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 320 in Pfeilrichtung weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 320 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 350 vorgegebenen Struktur, belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen oder auch kontinuierlichen Vorschubbewegung des Wafers 320 in der Projektionsbelichtungsanlage 310 wird diese häufig auch als Stepper bzw. Wafer-Scanner bezeichnet. After a successful exposure, the wafer becomes 320 in the direction of the arrow, so that on the same wafer 320 a variety of individual Fields, each with the through the reticle 350 given structure, is exposed. Due to the gradual or continuous feed motion of the wafer 320 in the projection exposure machine 310 This is often referred to as a stepper or wafer scanner.

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. The lighting system 330 Represents one for the picture of the reticle 350 on the wafer 320 required projection beam 410 , for example, light or similar electromagnetic radiation ready. The source of this radiation may be a laser or the like. The radiation is in the lighting system 330 via optical elements shaped so that the projection beam 410 when hitting the reticle 350 has the desired properties in terms of diameter, polarization, wavefront shape and the like.

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 in einem Manipulator in der Art des in der 4 dargestellten Manipulators angeordnet sein.About the rays 410 becomes an image of the reticle 350 generated and from the projection lens 370 correspondingly reduced to the wafer 320 transferred, as already explained above. The projection lens 370 has a plurality of individual refractive, diffractive and / or reflective optical elements 380 , such as lenses, mirrors, prisms, end plates and the like. In this case, one or more of the optical elements in a manipulator in the manner of in the 4 be arranged manipulator.

Die z-Richtung ist in der vorliegenden Darstellung entsprechend der 4 angedeutet.The z-direction is in the present representation according to the 4 indicated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008034285 A1 [0005]

Claims

Actuator ( 1 . 1' ), with a first functional section ( 2 . 2 ' ), one of this along a feed axis ( 5 . 5 ' ) spaced second functional section ( 3 . 3 ' ) as well as a third functional section ( 4 . 4 ' ), the first functional section ( 2 . 2 ' ) and the second functional section ( 3 . 3 ' ) Locking devices ( 206 . 308 . 206 ' . 308 ' ) for locking a rotor and wherein the first functional section ( 2 . 2 ' ) and the second functional section ( 3 . 3 ' ) via at least one spacer element ( 411 . 415 ' . 416 ' ) with the third functional section ( 4 . 4 ' ) and the third functional section is a rotor ( 412 . 412 ' ), by the rotation of the at least one spacer element ( 411 . 415 ' . 416 ' ) is deformed, so that by the rotation of the distance between the first functional section ( 2 . 2 ' ) and the second functional section ( 3 . 3 ' ) changes.

Actuator ( 1 . 1' ) according to claim 1, wherein the first functional section ( 2 . 2 ' ) and the second functional section ( 3 . 3 ' ) via support elements ( 8th ) are connected in such a way that a movement of the two functional sections ( 2 . 2 ' . 3 . 3 ' ) is possible towards or away from each other.

Actuator ( 1 . 1' ) according to one of the preceding claims 1 or 2, wherein the at least one spacer element ( 411 . 415 ' . 416 ' ) is designed as a leaf spring.

Actuator ( 1 . 1' ) according to one of the preceding claims, wherein the rotor ( 412 . 412 ' ) is formed in such a way that its axis of rotation parallel to the feed axis ( 5 . 5 ' ) of the actuator ( 1 . 1' ) runs.

Actuator ( 1 . 1' ) according to one of the preceding claims, wherein a drive unit ( 413 . 413 ' ) for moving the rotor ( 412 . 412 ' ) is present, which contains a piezoelectric element, in particular a piezo stack, an electromagnetic coil, a hydraulic or pneumatic cylinder or a pneumatic bellows.

Actuator ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the first functional section ( 2 ) and the second functional section ( 3 ) at positions along the feed axis ( 5 ) on opposite sides of the rotor ( 412 ) are arranged.

Actuator ( 1 ), according to one of the preceding claims, wherein the spacer elements ( 411 ), which the rotor ( 412 ) with the first functional section ( 2 ), identical to those spacer elements ( 411 ) are formed, which the rotor ( 412 ) with the second functional section ( 3 ) connect.

Actuator ( 1' ) according to any one of claims 1-5, wherein the first functional section ( 2 ' ) and the second functional section ( 3 ' ) at positions along the feed axis ( 5 ' ) on the same side of the rotor ( 412 ' ) are arranged.

Actuator ( 1' ) according to one of the preceding claims, wherein those spacer elements ( 415 ' ) which the rotor ( 412 ' ) with the first functional section ( 2 ' ), are designed with different geometry as those spacers ( 416 ' ), which the rotor ( 412 ' ) with the second functional section ( 3 ' ) connect.

Actuator ( 1' ) according to one of the preceding claims, wherein those spacer elements ( 415 ' ) which the rotor ( 412 ' ) with the first functional section ( 2 ' ), at a different distance from the feed axis ( 5 ' ) on the rotor ( 412 ' ) are arranged as those spacers ( 416 ' ), which the rotor ( 412 ' ) with the second functional section ( 3 ' ) connect.

Actuator ( 1 . 1' ) according to one of the preceding claims, wherein a plurality of, in particular all spacer elements ( 411 . 415 ' . 416 ' ), on the rotor ( 412 . 412 ' ) are mounted.

Projection exposure apparatus ( 310 ) for semiconductor lithography with an actuator ( 1 . 1' ) according to one of the preceding claims.