DE102013206529A1

DE102013206529A1 - Mikroaktuator

Info

Publication number: DE102013206529A1
Application number: DE201310206529
Authority: DE
Inventors: Fabian Zimmer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-04-24

Abstract

Ein in Mikrotechnik fertigbarer Mikroaktuator (50) weist eine frei wählbare Hebelarmlänge (L) auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikroaktuator. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuators. Außerdem betrifft die Erfindung ein optisches Bauelement mit einem derartigen Mikroaktuator und eine optische Baugruppe mit einer Vielzahl derartiger Bauelemente. Schließlich betrifft die Erfindung einen Facettenspiegel für eine Beleuchtungsoptik einer Projektikonsbelichtungsanlage.
Eine optische Baugruppe mit einer Vielzahl von aktuatorisch verlagerbaren Einzelspiegeln ist beispielsweise aus der WO 2010/049 076 A2 bekannt. Für die Abbildungsqualität, welche mit einer derartigen Baugruppe erreicht werden kann, spielen einerseits die optischen Bauelemente, andererseits die mechanischen bzw. elektromechanischen Bauelemente, insbesondere die Aktuatoren, eine entscheidende Rolle.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mikroaktuator zur Verlagerung eines Mikrospiegels zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, einen Mikroaktuator mit einem um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerten Hebelarm und einem mit diesem verbundenen Aktuationselement auszubilden, wobei das Aktuationselement einen vorgegebenen, frei wählbaren Abstand zur Schwenkachse aufweist. Das Aktuationselement ist insbesondere derart ausgebildet, dass die mittels desselben auf den Hebelarm ausübbare Kraft quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung des Hebelarms gerichtet ist.
Der Hebelarm bildet ein im Hinblick auf die Aktuierung passives Element. Der Mikroaktuator umfasst somit mit anderen Worten ein passives, mechanisches Element und ein mit diesem verbundenes aktives Aktuationselement.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es mit einem derartigen Aktuatordesign möglich ist, ein maximal im Drehpunkt erzeugbares Torsionsmoment variabel einzustellen, ohne das Aktuationselement selbst in seiner Dimensionierung verändern zu müssen. Dies hat den Vorteil, dass ein Redesign des Aktuators vermieden werden kann. Dies ist insbesondere für die Auslegung eines komplexen Systems, insbesondere mit einer Vielzahl von derartigen Aktuatoren, von erheblichem Vorteil, insbesondere, da Änderungen im Design oftmals zu parasitären, unerwünschten Effekten führen.
Gemäß einen Aspekt der Erfindung ist das Design des Aktuationselements, insbesondere dessen Bauhöhe h, von der Ausbildung des Hebelarms, insbesondere dessen Länge L, unabhängig, d. h. entkoppelt. Hierdurch wird eine Designfreiheit für eine optimale Auslegung des Aktuator-Systems gewonnen.
Die Bauhöhe h des Aktuationselements kann insbesondere kleiner als die Länge L des Hebelarms sein. Es gilt insbesondere h:L < 0,5, insbesondere h:L < 0,3, insbesondere h:L < 0,1, insbesondere h:L < 0,05, insbesondere h:L < 0,03, insbesondere h:L < 0,01.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Aktuationselement als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet. Das Aktuationselement ist insbesondere in einem MEMS-Verfahren, insbesondere in einem lithografischen Verfahren, strukturierbar. Dies ermöglicht eine sehr flexible und präzise Herstellung des Aktuationselements.
Das Aktuationselement kann insbesondere eine, zwei, drei oder vier Kammelektroden aufweisen. Diese haben sich als besonders vorteilhaft zur Erzeugung einer zur Aktuation benötigten Kraft erwiesen. Alternative Ausbildungen des Aktuationselements sind jedoch ebenso möglich. Beispielsweise kann das Aktuationselement einen oder mehrere Plattenkondensatoren umfassen. Es kann auch induktiv ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind der Hebelarm und das Aktuationselement aus unterschiedlichen Materialien. Die Materialien des Hebelarms und/oder des Aktuationselements sind insbesondere ausgewählt aus folgender Liste: Silizium, insbesondere monokristallines Silizium, Germanium, Metalle wie beispielsweise Aluminium, Gold, magnetische Materialien, beispielsweise Nickel, Kupfer oder Eisen sowie Legierungen und Oxidverbindungen hiervon, Piezoelektrika, beispielsweise Lithiumniobat, Bariumtitanat, Blei-Zirkonat-Titanat. Der Hebelarm und das Aktuationselement können auch aus demselben Material sein. Dies ermöglicht eine sehr flexible, kostengünstige und präzise Herstellung des Hebelarms.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuators zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 5 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, einen Hebelarm mit einer vorgegebenen Länge und ein hiervon separates Aktuationselement bereitzustellen und sodann das Aktuationselement mit dem Hebelarm zu verbinden. Dies ermöglicht es, den Hebelarm unabhängig von der Ausbildung des Aktuationselements herzustellen. Es ist insbesondere möglich, die Länge des Hebelarms frei zu wählen und/oder an gegebenenfalls individuell variierende Anforderungen anzupassen. Außerdem wird es hierdurch möglich, das Material des Hebelarms unabhängig vorn Material des Aktuationselements auszuwählen. Insbesondere gewinnt man eine Designfreiheit für eine optimale Auslegung des Aktuator-Systems.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird der Hebelarm aus einem Wafer mit einer vorgegebenen Dicke hergestellt. Der Hebelarm wird insbesondere aus einem Siliziumwafer, insbesondere aus einem monokristallinen Siliziumwafer, oder aus einem Silizium auf Isolator-Wafer (englisch: Silicon an insulator wafer, SOI-Wafer) hergestellt. Zur Herstellung des Hebelarms ist insbesondere ein mikrotechnisches Verfahren, insbesondere ein lithografisches Verfahren, vorgesehen. Der Hebelarm wird insbesondere vertikal zur Waferoberfläche hergestellt. Hierdurch unterscheidet sich der Aktuator in seiner Herstellung und Realisierung wesentlich von sogenannten In-plain Aktuatoren, die beispielsweise in der Oberfläche von Siliziumwafern gefertigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Aktuationselement aus einem Wafer hergestellt. Es kann insbesondere aus einem Siliziumwafer, insbesondere einem monokristallinen Siliziumwafer oder einem SOI-Wafer hergestellt werden. Es kann insbesondere mittels eines mikrotechnischen Verfahrens, vorzugsweise eines lithografischen Verfahrens, hergestellt, insbesondere strukturiert werden.
Dies ermöglicht eine sehr flexible, kostengünstige und präzise Herstellung des Aktuationselements.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Länge L des Hebelarms in Abhängigkeit eines vorgegebenen, maximal zu erzeugenden Torsionsmoments ermittelt. Hierbei können mechanische Details der Aufhängung des Hebelarms berücksichtigt werden. Es ist somit insbesondere möglich, den Arbeitsbereich des Aktuators auf einfache Weise präzise einzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Aktuationselement in einem mikrotechnischen Verfahren mit dem Hebelarm verbunden. Zur Verbindung des Aktuationselements mit dem Hebelarm kann insbesondere ein Bond-Verfahren vorgesehen sein. Besteht das Aktuationselement und/oder der Hebelarm aus keinem bondbaren Material, kann eine zusätzliche geeignete Schicht für die Bondverbindung eingefügt werden.
Weitere Aufgabe der Erfindung bestehen darin, ein optisches Bauelement, eine optische Baugruppe und einen Facettenspiegel für eine Beleuchtungsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 9, 10 und 12 gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus den vorgehend beschriebenen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weisen mindestens zwei der Mikroaktuatoren der Baugruppe Hebelarme mit unterschiedlichen Längen auf. Es ist insbesondere möglich, die Länge jedes der Hebelarme der einzelnen Mikroaktuatoren der Baugruppe individuell anzupassen. Hierdurch wird einerseits die Präzision der Baugruppe verbessert, andererseits wird eine gezielte Verlagerung der Einzelspiegel vereinfacht. Durch die Anpassung der Länge der Hebelarme kann insbesondere erreicht werden, dass ein vorgegebenes Aktuationssignal zu einer bestimmten Auslenkung eines vorgegebenen Einzelspiegels führt.
Beim optischen Bauelement handelt es sich insbesondere vom einen Mikrospiegel mit mindestens einen Verlagerungs-Freiheitsgrad. Bei dem Verlagerungs-Freiheitsgrad des Spiegelkörpers relativ zur Tragstruktur handelt es sich um mindestens einen Kipp- und/oder Translationsfreiheitsgrad. Die Reflexionsfläche eines der Spiegelkörper kann insbesondere eine Ausdehnung im Bereich von 0,5 mm × 0,5 mm bis 10 mm × 10 mm haben. Die Reflexionsfläche eines der Spiegelkörper kann auch von der Quadratform abweichen.
Das optische Element kann mittels eines Lagerungssystems basierend auf Festkörpergelenken so gelagert sein, dass es in den aktuierten Freiheitsgraden hinreichend nachgiebig ist, um mit den zur Verfügung stehenden Aktuatorkräften die geforderte Auslenkung zu erreichen. Gleichzeitig kann die Lagerung so sein, dass die nicht aktuierten Freiheitsgrade eine hinreichende Steifigkeit aufweisen und dass das Lagerungssystem eine ausreichende thermische Leistungsdichte bzw. eine ausreichende absolute thermische Leistung abführen kann. Um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen, ist es denkbar, zusätzliche Wärmeleitungselemente bzw. Wärmeleitungsabschnitte einzusetzen, die eine relativ geringe mechanische Steifigkeit haben können.
Der Aktuator kann einen mit dem Spiegelkörper verbundenen und sich senkrecht zu einer Spiegelebene und/oder senkrecht zu einer Membranebene der geschlitzten Membran in einer Längsrichtung erstreckenden Aktuatorstift aufweisen. Stellkräfte auf einen solchen Aktuatorstift können senkrecht zur Längsrichtung, insbesondere parallel zur Membranebene verlaufen. Der Aktuatorstift bildet somit einen Hebelarm.
Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Aktuators, insbesondere des Hebelarms, kann das erzeugte Drehmoment erhöht werden.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 13 bis 15 gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus den vorhergehend beschriebenen.
Beim Einsatz eines Beleuchtungssystems mit einer EUV-Strahlungsquelle mit einer erzeugten Nutzstrahlung im Bereich von 5 nm bis 30 nm kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe besonders gut zum Tragen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Die Vorteile ergeben sich wiederum aus den bereits beschriebenen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen:
1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie mit einer im Meridionalschnitt dargestellten Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik;
2 eine weitere Ausführung einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 mit einem Multispiegel-Array (MMA) und einem von diesem beleuchteten Pupillenfacettenspiegel;
3 schematisch eine Aufsicht auf den Pupillenfacettenspiegel nach 2 mit einer Pupillenfacetten-Ausleuchtung, die einem Beleuchtungssetting entspricht;
4 die Beleuchtungsoptik nach 2 mit einer umgestellten Kanalzuordnung des Multispiegel-Arrays zum Pupillenfacettenspiegel;
5 schematisch eine Aufsicht auf den Pupillenfacettenspiegel nach 4 mit einer Pupillenfacetten-Ausleuchtung, die einem annularen Beleuchtungssetting entspricht;
6 schematisch eine Ausführung eines Einzelspiegels eines der Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik nach 1 bzw. eines Einzelspiegels des Multispiegel-Arrays nach 3 in einer geschnittenen Seitenansicht;
7 eine Ausführung einer Aufhängung eines Einzelspiegels nach 6;
8 in einer zu 6 ähnlichen Darstellung schematisch zwei nebeneinander liegende Einzelspiegel einer weiteren Ausführung eines der Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik nach 1 bzw. des Multispiegel-Arrays nach 3 in einer geschnittenen Seitenansicht, wobei der in der 8 links dargestellte Einzelspiegel in einer unverkippten Neutralstellung und der in der 8 rechts dargestellte Einzelspiegel in einer durch den Aktuator verkippten Stellung dargestellt ist;
9 einen Schnitt gemäß Linie IX-IX in 8;
10 schematisch Verfahrensschritte eines Verfahrensablaufs zur Herstellung von Gegenelektroden eines Aktuators zur Verlagerung eines Spiegelkörpers des Einzelspiegels in der Ausführung nach den 8 und 9;
11 schematisch einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Integration eines Spiegelkörpers mit einer Spiegelfläche mit geringer Rauheit in einen Einzelspiegel der Ausführung nach den 6, 8 und 14;
12 in einer zu 8 ähnlichen Darstellung eine Ausschnittsvergrößerung einer weiteren Ausführung eines Einzelspiegels im Bereich eines Abstandshalters und eines Aktuatorstiftes und einen zwischenliegenden Wärmeleitungsabschnitt;
13 in einer zu 12 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer Verbindung des Abstandshalters mit dem Aktuatorstift und dem Wärmeleitungsabschnitt;
14 und 15 unterschiedliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels mit Aktuator;
16 schematisch eine weitere Ausführung einer Aufhängung eines Einzelspiegels.
Zunächst wird der allgemeine Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage 1 und deren Bestandteile beschrieben. Für Details diesbezüglich sei auf die WO 2010/049076 A2 verwiesen, die hiermit vollständig als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung in diese integriert ist. 1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Das Objektfeld 5 kann rechteckig oder bogenförmig mit einem x/y-Aspektverhältnis von beispielsweise 13/1 gestaltet sein. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Herstellung mikro- bzw. nanostrukturierter Halbleiter-Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Eine Projektionsoptik 7 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Das Retikel, das von einem nicht dargestellten Retikelhalter gehalten ist, und der Wafer, der von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten ist, werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 7 kann auch ein gegenläufiges Scannen des Retikels relativ zum Wafer stattfinden.
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, Gas Discharge Produced Plasma), oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma) handeln. Auch andere EUV-Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser (Freie Elektronenlaser, FEL) basieren, sind möglich.
EUV-Strahlung 10, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 11 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist beispielsweise 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.
Die EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet.
Nach dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von einem Pupillenfacettenspiegel 14 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut, die nachfolgend noch näher beschrieben werden. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel derart sein, dass jede der Feldfacetten, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten jeweils zugeordneten Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel gebildet sein können.
Die EUV-Strahlung 10 trifft auf die beiden Facettenspiegel 13, 14 unter einem definierten Einfallswinkel auf. Die beiden Facettenspiegel werden insbesondere im Bereich eines normal incidence-Betriebs, d. h. mit einem Einfallswinkel, der kleiner oder gleich 25° ist, mit der EUV-Strahlung 10 beaufschlagt. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall (grazing incidence) ist möglich. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 7 darstellt bzw. zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch konjugiert ist. Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 14 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 10 bezeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 einander überlagernd in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing incidence Spiegel”). Die Übertragungsoptik 15 wird zusammen mit dem Pupillenfacettenspiegel 14 auch als Folgeoptik zur Überführung der EUV-Strahlung 10 vom Feldfacettenspiegel 13 hin zum Objektfeld 5 bezeichnet. Das Beleuchtungslicht 10 wird von der Strahlungsquelle 3 hin zum Objektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette des Pupillenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann. Es resultieren unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichts 10 über das Objektfeld 5 unterscheiden.
Zur Erleichterung der Erläuterung von Lagebeziehungen wird nachfolgend unter anderem ein globales kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene auf den Betrachter zu. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.
In ausgewählten der nachfolgenden Figuren ist ein lokales kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet, wobei die x-Achse parallel zur x-Achse nach der 1 verläuft und die y-Achse mit dieser x-Achse die optische Fläche des jeweiligen optischen Elements aufspannt.
Unterschiedliche Beleuchtungssettings können über eine Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und einen entsprechenden Wechsel der Zuordnung dieser Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 zu den Einzelspiegeln des Pupillenfacettenspiegels 14 erreicht werden. Abhängig von der Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 werden die diesen Einzelspiegeln neu zugeordneten Einzelspiegel des Pupillenfacettenspiegels 14 so durch Verkippung nachgeführt, dass wiederum eine Abbildung der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 in das Objektfeld 5 gewährleistet ist.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Beleuchtungsoptik 24 für die Projektionsbelichtungsanlage 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Von der Strahlungsquelle 3, die ebenfalls als LPP-Quelle ausgebildet sein kann, ausgehende Nutzstrahlung 10 wird zunächst von einem ersten Kollektor 25 gesammelt. Bei dem Kollektor 25 kann es sich um einen Parabolspiegel handeln, der die Strahlungsquelle 3 in die Zwischenfokusebene 12 abbildet bzw. das Licht der Strahlungsquelle 3 auf den Zwischenfokus in der Zwischenfokusebene 12 fokussiert. Der Kollektor 25 kann so betrieben werden, dass er vor der Nutzstrahlung 10 mit Einfallswinkeln nahe 0° beaufschlagt wird. Der Kollektor 25 wird dann nahe der senkrechten Inzidenz (normal incidence) betrieben und daher auch als normal incidence-(NI-)Spiegel bezeichnet. Auch ein unter streifendem Einfall betriebener Kollektor kann anstelle des Kollektors 25 zum Einsatz kommen.
Der Zwischenfokusebene 12 ist bei der Beleuchtungsoptik 24 ein Feldfacettenspiegel 26 in Form eines Multi- bzw. Mikrospiegel-Arrays (MMA) als Beispiel für eine optische Baugruppe zur Führung der Nutzstrahlung 10, also des EUV-Strahlungsbündels, nachgeordnet. Der Feldfacettenspiegel 26 ist als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet. Er weist eine Vielzahl von matrixartig zeilen- und spaltenweise in einem Array angeordneten Einzelspiegeln 27 auf. Die Einzelspiegel 27 sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt, wie nachfolgend noch erläutert wird. Insgesamt weist der Feldfacettenspiegel 26 etwa 100000 der Einzelspiegel 27 auf. Je nach Größe der Einzelspiegel 27 kann der Feldfacettenspiegel 26 auch beispielsweise 1000, 5000, 7000 oder auch mehrere hunderttausend, beispielsweise 500000 Einzelspiegel 27 aufweisen.
Vor dem Feldfacettenspiegel 26 kann ein Spektralfilter angeordnet sein, der die Nutzstrahlung 10 von anderen, nicht für die Projektionsbelichtung nutzbaren Wellenlängenkomponenten der Emission der Strahlungsquelle 3 trennt. Der Spektralfilter ist nicht dargestellt.
Der Feldfacettenspiegel 26 wird mit Nutzstrahlung 10 mit einer Leistung von beispielsweise 840 W und einer Leistungsdichte von 6,5 kW/m² beaufschlagt.
Das gesamte Einzelspiegel-Array des Facettenspiegels 26 hat einen Durchmesser von 500 mm und ist dicht gepackt mit den Einzelspiegeln 27 ausgelegt. Die Einzelspiegel 27 repräsentieren, soweit eine Feldfacette durch jeweils genau einen Einzelspiegel realisiert ist, bis auf einen Skalierungsfaktor die Form des Objektfeldes 5. Der Facettenspiegel 26 kann aus 500 jeweils eine Feldfacette repräsentierenden Einzelspiegeln 27 mit einer Dimension von etwa 5 mm in der y-Richtung und 100 mm in der x-Richtung gebildet sein. Alternativ zur Realisierung jeder Feldfacette durch genau einen Einzelspiegel 27 kann jede der Feldfacetten durch Gruppen von kleineren Einzelspiegeln 27 approximiert werden. Eine Feldfacette mit Dimensionen von 5 mm in der y-Richtung und von 100 mm in der x-Richtung kann z. B. mittels eines 1 × 20-Arrays von Einzelspiegeln 27 der Dimension 5 mm × 5 mm bis hin zu einem 10 × 200-Array von Einzelspiegeln 27 mit den Dimensionen 0,5 mm × 0,5 mm aufgebaut sein. Die Flächenabdeckung des kompletten Feldfacetten-Arrays durch die Einzelspiegel 27 kann 70% bis 80% betragen.
Von den Einzelspiegeln 27 des Facettenspiegels 26 wird das Nutzlicht 10 hin zu einem Pupillenfacettenspiegel 28 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 28 hat etwa 2.000 statische Pupillenfacetten 29. Diese sind in einer Mehrzahl konzentrischer Ringe nebeneinander angeordnet, sodass die Pupillenfacette 29 des innersten Rings sektorförmig und die Pupillenfacetten 29 der sich hieran unmittelbar anschließenden Ringe ringsektorförmig gestaltet sind. In einem Quadranten des Pupillenfacettenspiegels 28 können in jedem der Ringe 12 Pupillenfacetten 29 nebeneinander vorliegen. Jeder der in der 3 dargestellten Ringsektoren ist wiederum von einer Mehrzahl von Einzelspiegeln 27 gebildet.
Von den Pupillenfacetten 29 wird das Nutzlicht 10 hin zu einem reflektierenden Retikel 30 reflektiert, das in der Objektebene 6 angeordnet ist. Es schließt sich dann die Projektionsoptik 7 an, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 erläutert.
Zwischen dem Facettenspiegel 28 und dem Retikel 30 kann wiederum eine Übertragungsoptik vorgesehen sein, wie vorstehend in Zusammenhang mit der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 erläutert.
3 zeigt beispielhaft eine Ausleuchtung der Pupillenfacetten 29 des Pupillenfacettenspiegels 28, mit der angenähert ein konventionelles Beleuchtungssetting erreicht werden kann. In den beiden inneren Pupillenfacettenringen des Pupillenfacettenspiegels 28 wird in Umfangsrichtung jede zweite der Pupillenfacetten 29 beleuchtet. Diese alternierende Beleuchtungsdarstellung in der 3 soll symbolisieren, dass die bei diesem Beleuchtungssetting realisierte Füllungsdichte um einen Faktor 2 geringer ist als bei einem annularen Beleuchtungssetting. Angestrebt wird in den beiden inneren Pupillenfacettenringen ebenfalls eine homogene Beleuchtungsverteilung, allerdings mit um einen Faktor 2 geringerer Belegungsdichte. Die beiden äußeren in 3 dargestellten Pupillenfacettenringe werden nicht beleuchtet.
4 zeigt schematisch die Verhältnisse bei der Beleuchtungsoptik 24, soweit dort ein annulares Beleuchtungssetting eingestellt ist. Die Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 sind derart aktuatorisch mit Hilfe nachfolgend noch erläuterter Aktuatoren verkippt, sodass auf dem Pupillenfacettenspiegel 28 ein äußerer Ring der ringsektorförmigen Pupillenfacette 29 mit dem Nutzlicht 10 beleuchtet ist. Diese Beleuchtung des Pupillenfacettenspiegels 28 ist in der 5 dargestellt. Die Verkippung der Einzelspiegel 27 zur Erzeugung dieser Beleuchtung ist in der 4 am Beispiel eines der Einzelspiegel 27 beispielhaft angedeutet.
Zum Umstellen der Beleuchtungssettings entsprechend den 2, und 4 ist ein Kippwinkel der Einzelspiegel 27 im Bereich von ± 50 mrad erforderlich. Die jeweilige Kippposition für das einzustellende Beleuchtungssetting muss mit einer Genauigkeit von 0,2 mrad eingehalten werden.
Die Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 bzw. die entsprechend aufgebauten Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 bei der Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 tragen Multilayer-Beschichtungen zur Optimierung ihrer Reflektivität bei der Wellenlänge der Nutzstrahlung 10. Die Temperatur der Multilayer-Beschichtungen sollte 425 K beim Betreiben der Projektionsbelichtungsanlage 1 nicht überschreiten.
Dies wird durch einen Aufbau der Einzelspiegel erreicht, der (vgl. 6) nachfolgend beispielhaft anhand eines der Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 erläutert wird.
Die Einzelspiegel 27 der Beleuchtungsoptik 4 bzw. 24 sind in einer evakuierbaren Kammer 32 untergebracht, von der in den 2 und 6 eine Begrenzungswand 33 angedeutet ist. Die Kammer 32 kommuniziert über eine Fluidleitung 33a, in der ein Absperrventil 33b untergebracht ist, mit einer Vakuumpumpe 33c. Der Betriebsdruck in der evakuierbaren Kammer 32 beträgt einige Pascal, insbesondere 3 Pa bis 5 Pa (Partialdruck H₂). Alle anderen Partialdrücke liegen deutlich unterhalb von 1 × 10^–7 mbar.
Der die Mehrzahl von Einzelspiegeln 27 aufweisende Spiegel bildet zusammen mit der evakuierbaren Kammer 32 eine optische Baugruppe zur Führung eines Bündels der EUV-Strahlung 10. Der Einzelspiegel 27 kann Teil eines der Facettenspiegel 13, 14 bzw. 26, 28 sein.
Jeder der Einzelspiegel 27 kann eine beaufschlagbare Reflexionsfläche 34 mit Abmessungen von 0,1 mm × 0,1 mm, 0,5 mm × 0,5 mm oder auch von 5 mm × 5 mm und größer aufweisen. Die Reflexionsfläche 34 ist Teil eines Spiegelkörpers 35 des Einzelspiegels 27. Der Spiegelkörper 35 trägt die Mehrlagen-(Multilayer)-Beschichtung.
Die Reflexionsflächen 34 der Einzelspiegel 27 ergänzen sich zu einer gesamten Spiegel-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 26. Entsprechend können sich die Reflexionsflächen 34 auch zur gesamten Spiegel-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 13 oder des Pupillenfacettenspiegels 14 ergänzen.
Eine Tragstruktur 36 oder ein Substrat des Einzelspiegels 27 ist über einen Wärmeleitungsabschnitt 37 mit dem Spiegelkörper 35 mechanisch verbunden (vgl. 6). Teil des Wärmeleitungsabschnitts 37 ist ein Gelenkkörper 38, der eine Verkippung des Spiegelkörpers 35 relativ zur Tragstruktur 36 zulässt. Der Gelenkkörper 38 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, das eine Verkippung des Spiegelkörpers 35 um definierte Kipp-Freiheitsgrade, beispielsweise um eine oder um zwei Kippachsen zulässt. Der Gelenkkörper 38 hat einen äußeren Haltering 39, der an der Tragstruktur 36 festgelegt ist. Weiterhin hat der Gelenkkörper 38 einen gelenkig mit dem Haltering 39 verbundenen inneren Haltekörper 40. Dieser ist zentral unter der Reflexionsfläche 34 angeordnet. Zwischen dem zentralen Haltekörper 40 und dem Spiegelkörper 35 ist ein Abstandshalter 41 angeordnet.
Im Spiegelkörper 35 deponierte Wärme, also insbesondere der im Spiegelkörper 35 absorbierte Anteil der auf den Einzelspiegel 27 auftreffenden Nutzstrahlung 10, wird über den Wärmeleitungsabschnitt 37, nämlich über den Abstandshalter 41, den zentralen Haltekörper 40 und den Gelenkkörper 38 sowie den Halter 39 hin zur Tragstruktur 36 abgeführt. Über den Wärmeleitungsabschnitt 37 kann eine Wärmeleistungsdichte von 20 kW/m² oder eine Wärmeleistung von mindestens 160 mW an die Tragstruktur 36 abgeführt werden. Der Wärmeleitungsabschnitt 37 ist alternativ zur Abführung einer Wärmeleistungsdichte von mindestens 1 kW/m² oder einer vom Spiegelkörper 35 aufgenommenen Leistung von mindestens 50 mW auf die Tragstruktur 36 ausgebildet. Bei der aufgenommenen Leistung kann es sich neben absorbierter Leistung der Emission der Strahlungsquelle 3 auch beispielsweise um aufgenommene elektrische Leistung handeln. Die Tragstruktur 36 weist Kühlkanäle 42 auf, durch die ein aktives Kühlfluid geführt ist.
Auf der vom Abstandshalter 41 abgewandten Seite des Haltekörpers 40 ist an diesem ein den Abstandshalter 41 mit kleineren Außendurchmesser fortsetzender Aktuatorstift 43 montiert. Der Aktuatorstift 43 umfasst einen Hebelarm 110 und ein Aktuationselement 111. Das Aktuationselement 111 ist insbesondere mit einem Ende des Hebelarms 110 verbunden. Es ist insbesondere mit dem dem Spiegelkörper 35 abgewandten Ende des Hebelarms 110 verbunden. Der Hebelarm 110 ist insbesondere senkrecht zum Spiegelkörper 35 angeordnet. Der Hebelarm 110 weist eine sich in einer Längsrichtung 112 erstreckende Länge L auf. Unter der Länge L sei insbesondere der Abstand von der Lagerung des Hebelarms 110, insbesondere seiner durch den Gelenkkörper 38 definierten Schwenkachse bzw. Schwenkachsen und seinem mit dem Aktuationselement 111 verbundenen freien Ende verstanden.
Der Hebelarm 110 ist passiv, d. h. er trägt nicht aktiv zum vom Aktuatorstift ausübbaren Torsionsmoment bei.
Gemäß der in der 6 dargestellten Ausführungsform ist das Aktuationselement 111 als Permanentmagnet 44 ausgebildet. Ein Nordpol und ein Südpol des Permanentmagneten 44 sind bezüglich der Längsrichtung 112 des Aktuatorstifts 43 nebeneinander angeordnet, sodass sich ein Verlauf von magnetischen Feldlinien 45 ergibt, wie in der 6 angedeutet. Die Pole des Permanentmagneten 44 sind insbesondere derart angeordnet, dass ihre Verbindungslinie quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung 112 des Aktuatorstifts 43 verläuft. Die Tragstruktur 36 ist als den Aktuatorstift 43 umgebende Hülse ausgestaltet. Die Tragstruktur 36 kann beispielsweise ein Silizium-Wafer sein, auf dem ein ganzes Array von Einzelspiegeln 27 nach Art des in der 6 gezeigten Einzelspiegels 27 angeordnet ist.
Auf der dem Spiegelkörper 35 abgewandten Seite der Tragstruktur 36 und des Aktuatorstifts 43 ist eine Kühlplatte 46 angeordnet. Die Kühlplatte 46 kann durchgehend für alle der Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 vorgesehen sein. In der Kühlplatte 46 sind weitere Kühlkanäle 42 angeordnet, durch die das Kühlfluid aktiv geleitet wird.
Die Tragstruktur 36 sowie die Kühlplatte 46 sorgen für eine zusätzliche Strahlungskühlung der wärmebelasteten Komponenten des Einzelspiegels 27, insbesondere für eine Strahlungskühlung des Aktuatorstifts 43.
Auf einer dem Aktuatorstift 43 zugewandten Oberfläche 47 der Tragstruktur 36 sind Leiterbahnen 48 aufgedruckt. Die Kühlplatte 46 dient als Grundkörper zum Aufdrucken der Leiterbahnen 48. Ein Stromfluss durch die Leiterbahnen 48 vermittelt eine Lorentzkraft 49 an den Permanentmagneten 44, für die eine Kraftrichtung in der 6 beispielhaft angedeutet ist. Durch entsprechenden Stromfluss durch die Leiterbahnen 48 lässt sich der Aktuatorstift 43 daher auslenken und entsprechend der Spiegelkörper 35 verkippen.
Der Einzelspiegel 27 hat also einen Aktuator in Form eines elektromagnetisch arbeitenden Aktuators speziell in Form eines Lorentz-Aktuators. Ein Lorentz-Aktuator ist grundsätzlich beispielsweise aus der US 7,145,269 B2 bekannt. Ein derartiger Lorentz-Aktuator lässt sich in einem Batch-Prozess als mikroelektromechanisches System (micro-elekctro-mechanical system, MEMS) herstellen. Ein derartiger Aktuator wird daher im Folgenden auch als Mikroaktuator 50 bezeichnet. Mit einem derartigen Lorentz-Aktuator lässt sich eine Kraftdichte von 20 kPa erreichen. Die Kraftdichte ist definiert als das Verhältnis aus der Aktuatorkraft zu derjenigen Fläche des Aktuators, über die die Aktuatorkraft wirkt. Als Maß für die an sich zu betrachtende Seitenfläche des Aktuators, über die die Aktuatorkraft wirkt, kann der Querschnitt des Aktuatorstifts 43 dienen.
Alternativ zur Ausführung als Lorentz-Aktuatoren können die Einzelspiegel 27 auch noch als Reluktanz-Aktuatoren, beispielsweise nach Art der WO2007/134574A oder als Piezo-Aktuatoren ausgebildet sein. Mit einem Reluktanz-Aktuator lässt sich eine Kraftdichte von 50 kPa erreichen. Je nach Ausgestaltung lässt sich mit einem Piezo-Aktuator eine Kraftdichte von 50 kPa bis 1 MPa erreichen.
Dargestellt sind bei der Ausführung nach 6 Leiterbahnen 48, die in Form von einander gegenüberliegenden Gruppen aufgedruckt sind.
7 zeigt eine Variante des Gelenkkörpers 38 zwischen dem Haltering 39 und dem zentralen Haltekörper 40. Der Gelenkkörper 38 hat eine Vielzahl benachbarter Festkörpergelenke 55, die als Wärmeleitungsstreifen dienen und einen derart geringen Streifenquerschnitt haben, dass sie elastisch und flexibel sind. Die einander direkt benachbarten Festkörpergelenke 55 sind voneinander getrennt ausgeführt und verbinden den Haltering 39 mit dem zentralen Haltekörper 40. Im Bereich des Übergangs der Festkörpergelenke 55 hin zum äußeren Haltering 39 verlaufen die Festkörpergelenke 55 in etwa tangential. Im Bereich des Übergangs der Festkörpergelenke 55 hin zum zentralen Haltekörper 40 verlaufen die Festkörpergelenke 55 in etwa radial.
Die Festkörpergelenke 55 haben zwischen dem Haltering 39 und dem zentralen Haltekörper 40 einen gebogenen Verlauf.
Aufgrund dieses Verlaufs der Festkörpergelenke 55 ergibt sich eine charakteristische Steifigkeit des durch diese Festkörpergelenke 55 gebildeten Gelenkkörpers 38 in Bezug auf die Gegenkraft, die dieser Gelenkkörper 38 der auf den Aktuatorstift 43 ausgeübten Aktuatorkraft entgegenbringt.
Alternativ zum in der 7 dargestellten gebogenen Verlauf der Festkörpergelenke 55 können diese auch anders geformt sein und/oder einen anderen Verlauf aufweisen, je nachdem, welche Steifigkeitsanforderungen in Bezug auf eine Steifigkeit des Gelenkkörpers 38 in der Ebene des Halterings 39 und senkrecht hierzu gefordert ist.
Außerdem kann der Gelenkkörper 38 Führungselemente aufweisen, mittels welchen die Verlagerungsfreiheitsgrade, insbesondere die Kippfreiheitsgrade des Aktuatorstifts 43 definiert werden können. Mittels derartiger Führungselemente ist es möglich, die Verkippbarkeit des Aktuatorstifts 43 auf vorgegebene Richtungen, insbesondere auf zwei senkrecht zueinander stehende Richtungen einzuschränken.
Die Festkörpergelenke 55 ergeben insgesamt eine als geschlitzte Membran ausgeführte Festkörpergelenkeinrichtung. Durch die dargestellte Streifen-Strukturierung der Membran wird eine deutlich verbesserte mechanische Nachgiebigkeit in Aktuierungsrichtung ohne große Einbußen bei der Wärmeleitfähigkeit, insbesondere bei der abführbaren thermischen Leistungsdichte, erreicht. Die verbesserte mechanische Nachgiebigkeit führt zu einer Reduzierung der notwendigen Aktuierungskraft für den zentralen Haltekörper 40 und damit den hiermit verbundenen Einzelspiegel.
Eine Summe der Reflexionsflächen 34 auf den Spiegelkörpern 35 ist größer als das 0,5-fache einer von der Gesamt-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 26 belegten Gesamtfläche. Die Gesamtfläche ist dabei definiert als die Summe der Reflexionsflächen 34 zuzüglich der Flächenbelegung durch die Zwischenräume zwischen den Reflexionsflächen 34. Ein Verhältnis der Summe der Reflexionsflächen der Spiegelkörper einerseits zu dieser Gesamtfläche wird auch als Integrationsdichte bezeichnet. Diese Integrationsdichte kann auch größer sein als 0,6, insbesondere größer als 0,7.
Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels 30 auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithografischen Herstellung eines mikro- bzw. nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, z. B. eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel 30 und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.
Die optische Baugruppe gemäß 6 wird im Ultrahochvakuum, insbesondere bei einem H₂-Partialdruck im Bereich von 3 Pa bis 5 Pa, betrieben. Bei einer typischen Beaufschlagung der Reflexionsfläche 34 mit EUV-Strahlung 10 hat der Spiegelkörper 35 eine Temperatur von maximal 425 K. Über den Abstandshalter 41 fällt diese Temperatur bis zum Haltekörper 40 und zum Haltering 39 um 100 K ab. Zwischen dem Haltering 39 und den Kühlkanälen 42 in der Tragstruktur 36 liegt ein weiteres Temperaturgefälle von 30 K vor.
In der Kühlplatte 46 liegt eine Temperatur von etwa 300 K vor.
Anhand der 8 und 9 wird nachfolgend eine weitere Ausführung von Einzelspiegeln beschrieben, die nachfolgend beispielhaft anhand zweier Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 erläutert wird. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 und insbesondere unter Bezugnahme auf die 6 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Die Ausführung der Einzelspiegel 27 nach den 8 und 9 unterscheidet sich von derjenigen nach der 6 zunächst durch die Gestaltung des Wärmeleitungsabschnitts 37. Dieser ist bei der Ausgestaltung nach den 8 und 9 aus insgesamt drei spiralförmig ausgeführten Wärmeleitungsstreifen 56, 57 und 58 zusammengesetzt und stellt eine geschlitzte Membran dar. Der nähere Aufbau der nach Art dreier ineinander verschachtelter Spiralfedern angeordneten Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 ergibt sich aus der Schnittdarstellung der 9. Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 sind radial um ein Zentrum 59 des Einzelspiegels 27 herumführend ausgeführt. In Bezug auf das Zentrum 59 an einem radial inneren Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 nach den 8 und 9 ist ein Verbindungsübergang 56i, 57i, 58i jeweils des Wärmeleitungsstreifens 56, 57, 58 mit dem Spiegelkörper 35 angeordnet. Der radial innere Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 stellt gleichzeitig den Haltekörper 40 dar. Die Verbindung des jeweiligen Wärmeleitungsstreifens 56 bis 58 mit dem Spiegelkörper 35 geschieht über den Verbindungsübergang 56i, 57i, 58i, den zentralen Haltekörper 40 und den Abstandshalter 41.
An einem radial äußeren Verbindungsabschnitt 61 ist ein Verbindungsübergang 56a, 57a, 58a des jeweiligen Wärmeleitungsstreifens 56, 57, 58 mit der Tragstruktur 36 angeordnet. Die Verbindung der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 mit der Tragstruktur 36 erfolgt über die Verbindungsübergänge 56a, 57a, 58a, den äußeren Verbindungsabschnitt 61, der gleichzeitig den Haltering 39 darstellt, und die Hülse der Tragstruktur 36.
Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 verlaufen voneinander über Zwischenräume getrennt. Jeder der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 verbindet unabhängig von den anderen Wärmeleitungsstreifen den Spiegelkörper 35 mit der Tragstruktur 36. Die Tragstruktur 36 kann, wie in der 9 angedeutet, nach außen bin rechteckig begrenzt sein.
Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 sind so angeordnet, dass sie auf einem Radius zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 aufeinander folgen, wobei zwischen benachbarten der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 jeweils ein Zwischenraum vorliegt.
Bei dieser Ausführungsform können wiederum Führungselemente zur Definition eindeutig bestimmter Kippfreiheitsgrade vorgesehen sein.
Bei der Ausführung gemäß den 8 und 9 umfasst das Aktuationselement 111 eine oder mehrere Elektroden 113. Die Elektroden 113 sind mit dem Hebelarm 110 verbunden. Der Aktuatorstift 43 ist somit als Elektrodenstift ausgebildet.
In der Hülse der Tragstruktur 36 sind insgesamt drei Elektroden 62, 63, 64 integriert, die in Umfangsrichtung um das Zentrum 59, jeweils etwa knapp 120° überstreckend, gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Die Elektroden 62 bis 64 stellen Gegenelektroden zum im Fall der Ausführung nach den 8 und 9 als Elektrodenstift ausgebildeten Aktuatorstift 43 dar. Der Aktuatorstift 43 kann als Hohlzylinder ausgeführt sein. Bei einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels 27 können auch vier oder mehr Elektroden anstelle der drei Elektroden 62 bis 64 vorhanden sein.
In der 8 rechts ist der Einzelspiegel 27 in der Ausführung nach den 8 und 9 in einer gekippten Stellung gezeigt, in der die Gegenelektrode 64 eine Potenzialdifferenz zur Elektrode 113 aufweist. Aufgrund dieser Potenzialdifferenz ergibt sich eine Kraft F_E, die das freie Ende des Aktuatorstifts 43 hin zur Gegenelektrode 64 zieht, was zu einer entsprechenden Verkippung des Einzelspiegels 27 führt. Die federnde Membranaufhängung aus den drei Wärmeleitungsstreifen 56, 57, 58 sorgt dabei für eine nachgiebige und kontrollierte Verkippung des Einzelspiegels 27. Zudem sorgt diese federnde Membranaufhängung für eine hohe Steifigkeit des Einzelspiegels 27 gegenüber translatorischen Bewegungen in der Membranebene der federnden Membranaufhängung, was auch als hohe in-plane-Steifigkeit bezeichnet ist. Diese hohe Steifigkeit gegenüber translatorischen Bewegungen in der Membranebene unterdrückt eine unerwünschte translatorische Bewegung des Aktuatorstifts 43, also des Elektrodenstifts, in Richtung hin zu den Elektroden 62 bis 64 ganz oder weitgehend. Auf diese Weise ist eine unerwünschte Reduzierung eines möglichen Kippwinkelbereichs des Aktuatorstifts 43 und damit des Spiegelkörpers 35 vermieden.
Zwischen dem in der 9 in Bezug auf das Zentrum 59 in Drei-Uhr-Position angeordneten äußeren Verbindungsabschnitt 56a und dem in der 9 etwa in Fünf-Uhr-Position angeordneten inneren Verbindungsabschnitt 56i verläuft der Wärmeleitungsstreifen 56 in Umfangsrichtung um das Zentrum 59 um etwa 420°. Der Wärmeleitungsstreifen 57 verläuft zwischen dem äußeren Verbindungsübergang 57a und dem inneren Verbindungsübergang 57i zwischen der Sieben-Uhr-Position und der Neun-Uhr-Position in der 9 ebenfalls in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn um etwa 420°. Der Wärmeleitungsstreifen 58 verläuft zwischen dem äußeren Verbindungsübergang 58a und dem inneren Verbindungsübergang 58i zwischen der Elf-Uhr-Position und der Ein-Uhr-Position in der 9 ebenfalls in Umfangsrichtung um etwa 420°.
Je nach dem, wie das relative Potenzial der Gegenelektroden 62 bis 64 zum Potenzial der Elektrode 113 des Aktuatorstifts 43 gewählt ist, können die Einzelspiegel 27 der Ausführung nach den 8 und 9 um einen vorgegebenen Kippwinkel verkippt werden. Dabei sind nicht nur Kippwinkel möglich, die einer Neigung des Aktuatorstifts 43 genau zu einer der drei Gegenelektroden 62 bis 64 hin entsprechen, sondern, je nach einer vorgegebenen Potenzialkombination der Gegenelektroden 62 bis 64, auch beliebige andere Kippwinkel-Orientierungen.
Der Abstandshalter 41, der Aktuatorstift 43 sowie der Wärmeleitungsabschnitt 37 mit den Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58, dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 sind zusammen mit dem Spiegelkörper 35 aus monokristallinem Silizium gefertigt. Alternativ können die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 inklusive der Verbindungsabschnitte 60, 61 auch aus polykristallinem Diamanten mittels Mikrofabrikation gefertigt sein.
Anstelle eines Aktuatorstifts 43 mit rundem Querschnitt kann auch ein Aktuatorstift mit elliptischem Querschnitt gewählt werden. Die Halbachsen der Ellipse dieses Querschnitts sind dann so gewählt, dass ein Abstand zwischen der Elektrode des Aktuatorstifts und den Gegenelektroden 62 bis 64 entlang einer ersten Achse, in der ein größerer Kippwinkelbereich gewünscht ist, geringer ist als entlang einer zweiten, hierzu senkrechten zweiten Achse, längs der ein kleinerer Kippwinkelbereich gewünscht ist. Der größere Kippwinkelbereich kann 100 mrad und der kleinere Kippwinkelbereich kann 50 mrad betragen. Auch eine polygonale, insbesondere eine viereckige, insbesondere eine quadratische Ausbildung des Querschnitts des Aktuatorstifts 43, insbesondere des Hebelarms 110, ist möglich.
Anhand der 10 wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung der Gegenelektroden 62 bis 64 erläutert. Beim Verfahren zur Herstellung der Gegenelektroden 62 bis 64 handelt es sich insbesondere um ein mikrotechnisches Verfahren.
In einem Bereitstellungsschritt 65 wird ein Ausgangssubstrat bereitgestellt. Hierbei handelt es sich um einen monokristallinen Silizium-Wafer, dessen Dicke vorzugsweise zwischen 300 μm und 750 μm liegt. Die Dicke des Silizium-Wafers kann auch unterhalb oder oberhalb dieses Bereichs liegen. Als Vorderseite 66 des Ausgangssubstrats wird nachfolgend die Seite bezeichnet, an der später der Wärmeleitungsabschnitt 37 angebracht wird. Die Gegenelektroden 62 bis 64 werden von einer der Vorderseite 66 gegenüberliegenden Substratrückseite 67 des Ausgangssubstrats her strukturiert.
In einem Ätzschritt 68 wird nun eine Basisstruktur von der Substratrückseite 67 in das Ausgangssubstrat, also in ein die spätere Tragstruktur 36 ergebendes Roh-Trägersubstrat geätzt. Es kann sich hierbei um die ring- oder hülsenförmige Tragstruktur 36 gemäß den Ausführungen nach den 6 bis 15 handeln. Die im Ätzschritt 68 geätzte Tragstruktur 36 ist an Trennstellen zwischen den Gegenelektroden 62 bis 64 unterbrochen. Der Ätzschritt 68 erfolgt mit Hilfe eines Standardverfahrens wie optischer Lithografie und Siliziumtiefenätzen. Mit dem Ätzschritt 68 wird die Form der Gegenelektroden 62 bis 64 definiert und ein Negativ nach Art einer Gussform für die später zu schaffenden Gegenelektroden 62 bis 64 geätzt. Eine Ätztiefe 69 definiert die Höhe der Gegenelektroden 62 bis 64. Diese Ätztiefe kann geringer sein als die Dicke des Ausgangssubstrats. Bei einer nicht dargestellten Ausführung kann die Ätztiefe auch genauso groß sein wie die Dicke des Ausgangssubstrats.
In einem Aufbringungsschritt 70 wird nun in Gussformen 71, die im Ätzschritt 68 geätzt wurden, zur elektrischen Isolierung der späteren Gegenelektroden 62 bis 64 auf das Ausgangssubstrat eine dielektrische Schicht aufgebracht. Bei der dielektrischen Schicht kann es sich um Siliziumdioxid handeln. Die Aufbringung kann mittels eines Standardverfahrens wie thermischer Oxidation oder CVD (Chemical Vapor Deposition) geschehen. Die Dicke der dielektrischen Schicht beträgt mehrere Mikrometer. Die dielektrische Schicht kann als Schicht dotiertem Siliziumoxids ausgeführt sein, wodurch eine Vorbereitung für eine spätere Dotierung der Gegenelektroden 62 bis 64 geschehen kann.
In einem Auffüllschritt 72 wird die mit der dielektrischen Schicht ausgekleidete Gussform 71 mit polykristallinem Silizium aufgefüllt. Hierbei kann ein LPCVD-(Low Pressure, Niederdruck, CVD)Verfahren zum Einsatz kommen. Das polykristalline Silizium ist dotiert und elektrisch leitfähig. Eine Dotierung des polykristallinen Siliziums kann direkt während des Auftragens oder nachträglich mittels Diffusion geschehen.
In einem Polierschritt 73, der durch ein CMP-(Chemical-Mechanical Polishing, chemisch-mechanisches Polieren)Verfahren realisiert sein kann, wird überschüssiges polykristallines Silizium, das während des Auffüllschritts 72 außerhalb der Gussformen 71 auf dem Aufgangssubstrat aufgewachsen ist, wegpoliert.
In einem Strukturierschritt 74 wird nun auf der Vorderseite 66 des Ausgangssubstrats der Wärmeleitungsabschnitt 37 auf das Ausgangssubstrat aufgebracht. Dies kann mit Hilfe eines Dünnschichtverfahrens realisiert werden. Wie vorstehend erläutert, verbindet der Wärmeleitungsabschnitt 37 den Aktuatorstift 43, insbesondere den Hebelarm 110, mit der Tragstruktur 36. Als Dünnschicht kann eine polykristalline Diamantschicht zum Einsatz kommen. Die polykristalline Diamantschicht kann mit Hilfe eines CVD-Verfahrens aufgebracht werden. Der Strukturierschritt 74 ist für das Gegenelektroden-Herstellungsverfahren nicht zwingend, sondern dient der Vorbereitung der Anbringung der beweglichen zentralen Elektrode 113.
In einem Anbringungsschritt 75 wird der Spiegelkörper 35 von der Vorderseite 66 her angebracht. Dies geschieht derart, dass die jeweiligen Spiegelkörper 35 nach ihrer Vereinzelung jeweils im zentralen Bereich, also im Bereich des späteren zentralen Abstandshalters 41 mit dem Ausgangssubstrat verbunden sind. Der Anbringungsschritt 75 kann als Fusionsbond-Prozess gestaltet sein.
In einem weiteren Strukturierschritt 77 kann von der Rückseite des Ausgangssubstrats her mit Hilfe optischer Lithografie und Tiefenätzverfahren der Hebelarm 110 strukturiert werden. Dies geschieht durch Freiätzen eines Zwischenraums 76 zwischen dem Hebelarm 110 und der Hülse der Tragstruktur 36. Hierbei wird das Ausgangssubstrat komplett durchgeätzt. Der Hebelarm 110 ist anschließend nur noch über den Wärmeleitungsabschnitt 37, also über die vorher auf der Vorderseite 66 angebrachte Federaufhängung mit dem Ausgangssubstrat verbunden. Die Oxidschicht, die im Aufbringungsschritt 70 aufgebracht wurde, wirkt während dieses weiteren Strukturierschritts 77 als seitlicher Ätzstopp und schützt die im Auffüllschritt 72 für die Gegenelektroden 62 bis 64 vorbereiteten Elemente aus polykristallinem Silizium.
In einen Freilegungsschritt 78 wird nun die freigelegte Oxidschicht auf einer Innenseite 79 der Gegenelektroden 62 bis 64 weggeätzt. Dieser Freilegungsschritt 78 kann auch weggelassen werden.
In einem Verbindungsschritt 115 wird das Aktuationselement 111 mit dem Hebelarm 110 verbunden. Hierfür ist ein mikrotechnisches Verfahren vorgesehen. Der Verbindungsschritt 115 kann vorzugsweise als Bond-Verfahren, insbesondere als Fusionsbonden oder als eutektisches Bonden, ausgestaltet sein.
Der so vorbereitete Mikroaktuator 50 kann in einem Anbindungsschritt 80 elektrisch und mechanisch an ein weiteres Substrat angebunden werden. Dies kann über ein Flip-Chip-Verfahren geschehen, über das die hergestellten Elektrodenanordnungen auf einen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebondet werden. Dies geschieht von der Substratrückseite 67 her. Hierbei werden die Gegenelektroden 62 bis 64 elektrisch mit entsprechenden Schaltkreisen auf dem integrierten Schaltkreis verbunden. Eine derartige Konfiguration erlaubt eine integrierte Ansteuerung der Gegenelektroden 62 bis 64 und damit eine entsprechende Kontrolle der Kippspiegel des jeweiligen Einzelspiegels 27.
Die mit diesem Verfahren hergestellten Gegenelektroden 62 bis 64 sind in die Tragstruktur 36 in das Ausgangssubstrat integriert, sind jedoch nicht mechanisch vom Ausgangssubstrat getrennt. Die Tragstruktur 36 ist somit auch nach der Integration der Gegenelektroden 62 bis 64 eine monolithische Einheit, die genügend Stabilität für weitere Prozessschritte, insbesondere für die Verbindung im Anbindungsschritt 80 gewährleistet.
Beim Anbindungsschritt 80 können die Gegenelektroden 62 bis 64 von der Rückseite 67 her über das Flip-Chip-Verfahren in einem Kontaktierungsschritt 81 direkt, also von einer in der 8 vertikal und senkrecht zur Reflexionsfläche 34 in der Neutralstellung verlaufenden Richtung her, kontaktiert werden. Ein Kontaktieren von einer beispielsweise in der 8 horizontal verlaufenden Richtung her ist nicht erforderlich.
Anhand der 11 wird nachfolgend ein Verfahren zur Integration eines Spiegelkörpers 35 mit einer Reflexionsfläche 34 mit extrem geringer Rauhigkeit erläutert.
Die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der Reflexionsfläche 34, insbesondere an deren Mikrorauheit sind sehr hoch. Ein typischer Wert hierfür ist eine Rauhheit von 0,2 nm rms. Dieser Mikrorauheitswert erfordert eine externe Politur der Reflexionsfläche 34, die nach dem Polieren mit dem sonstigen Einzelspiegel 27 verbunden wird. Beim nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren wird die vorpolierte und hoch empfindliche Reflexionsfläche 34 während aller in einem typischen Mikrofabrikationsverfahren angewandter Prozessschritte konserviert.
In einem Polierschritt 82 wird ein Siliziumsubstrat mit einem für die Mikrofabrikation geeigneten Format, z. B. ein rundes Substrat mit einem Durchmesser von 100 mm oder 150 mm, und einer für den Poliervorgang erforderlichen Dicke, beispielsweise einer Dicke von 10 mm, für die für die EUV-Beleuchtung erforderliche Oberflächenrauheit poliert.
Derartige Polierverfahren sind auch als „Superpolitur” bekannt. In einem Beschichtungsschritt 83 wird das polierte Siliziumsubstrat mittels eines thermischen Verfahrens mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht überzogen.
In einem Fügungsschritt 84 wird das oxidierte, superpolierte Siliziumsubstrat mit einem zweiten, nicht superpolierten Siliziumsubstrat desselben Formats zusammengefügt. Hierbei kommt die superpolierte Reflexionsfläche 34 auf dem zweiten Siliziumsubstrat, das auch als Trägersubstrat bezeichnet wird, zu liegen. Bei dem Fügungsschritt 84 kann ein Fusionsbonden zum Einsatz kommen, was im Zusammenhang mit der Herstellung sogenannter „Silicon-On-Insolator” (SOI)-Wafern verwendet wird.
In einem weiteren Polierschritt 85 wird das so entstandene Substratsandwich mit Hilfe eines chemisch-mechanischen Verfahrens poliert. Hierbei wird das zukünftige Spiegelsubstrat auf die erforderliche Dicke geschliffen. Eine typische Dicke für den Spiegelkörper 35 liegt im Bereich zwischen 30 μm und 200 μm.
Das nun auf die erforderliche Dicke gebrachte Substrat kann nun weiterprozessiert werden, da die hoch polierte und empfindliche Reflexionsfläche 34 mechanisch und chemisch durch die darüberliegende Siliziumdioxidschicht sowie das Siliziumträgersubstrat geschützt sind.
In einem Strukturierschritt 86 wird nun eine der Reflexionsfläche 34 gegenüberliegende Rückseite des Spiegelsubstrats mittels eines Tiefenätzverfahrens strukturiert. Hierbei kann der Abstandshalter 41 geätzt werden, der später mit dem Wärmeleitungsabschnitt 37, also mit der Federaufhängung, die auch als Membranfederung bezeichnet wird, verbunden wird. Beim Strukturierschritt 86 können auch seitliche Spiegelgrenzen der Reflexionsfläche 34 durch Tiefenätzen vorgegeben werden, so dass bei einem späteren Entfernen des Trägersubstrats die Spiegelkörper 35 der Einzelspiegel 27 bereits vereinzelt sind.
Das so vorbereitete Substratsandwich wird nun in einem weiteren Verbindungsschritt 87 mit der zentralen Elektrode, also mit dem Aktuatorstift 43, verbunden. Dies erfolgt beim Anbringungsschritt 75 des Herstellungsverfahrens nach 10. Der Verbindungsschritt 87 kann als Fusionsbonden oder als eutektisches Bonden ausgestaltet sein. Hierbei kann der Abstandshalter 41 mit dem Aktuatorstift 43 verbunden werden.
In einem Freilegungsschritt 88 wird das Trägersubstrat, das bislang die Reflexionsfläche 34 geschützt hat, mit einem Tiefenätzverfahren weggeätzt. Der Ätzprozess stoppt dabei auf der Siliziumdioxidschicht, die auf die Reflexionsfläche 34 aufgebracht ist.
In einem weiteren Freilegungsschritt 89 wird die Siliziumdioxidschicht beispielsweise mittels Flusssäure in Dampfphase weggeätzt. Dieser weitere Freilegungsschritt 89 kann in einer nicht oxidierenden Atmosphäre erfolgen, um eine Reoxidation des Siliziums der Reflexionsfläche 34 zu verhindern.
Der Beschichtungsschritt 83 kann auch weggelassen werden. Anstelle einer Beschichtung mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht kann in das Trägersubstrat mit einem Tiefenätzverfahren eine Mehrzahl von Vertiefungen geätzt werden. Diese Vertiefungen werden so bemessen und angeordnet, dass beim Zusammenfügen des Trägersubstrats mit dem vorpolierten Spiegelkörper 35 die zukünftigen Reflexionsflächen 34 mit dem Trägersubstrat nicht in Kontakt kommen. Eine Kontaktfläche zwischen dem Spiegelsubstrat und dem Trägersubstrat ist dann ausschließlich durch den Verlauf der die Vertiefungen umgebenden Rahmenflächen des Trägersubstrats vorgegeben. Diese Rahmenflächen entsprechen späteren Spiegelgrenzen der Einzelspiegel 27. Vor dem Zusammenfügen des Trägersubstrats mit dem Spiegelsubstrat wird das vorstrukturierte, also die Vertiefungen aufweisende, Trägersubstrat thermisch oxidiert. Die hierbei aufgebrachte Siliziumdioxidschicht wird beim späteren Wegätzen des Trägersubstrats als Ätzstopp verwendet. Diese Variante ohne den Beschichtungsschritt 83 kann auch bei Einzelspiegeln 27 mit nicht ebenen Reflexionsflächen 34 zum Einsatz kommen, beispielsweise bei Einzelspiegeln 27 mit konkaven oder konvexen Reflexionsflächen 34.
Für weitere Ausführungen des Wärmeleitungsabschnitts 37 sei auf die WO 2010/049 076 A2 , insbesondere deren 18 bis 21 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Durch die Ausgestaltung der Wärmeleitungsstreifen entsprechend den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen des Einzelspiegels nach den 8 und 9 und durch die Ausgestaltung der zwischen benachbarten Wärmeleitungsstreifen angeordneten Schlitze hinsichtlich der Form, der Breite, der Anzahl der Wärmeleitungsstreifen sowie der Form, Breite und Anzahl der Schlitze kann eine Steifigkeit und eine Wärmeleitungseigenschaft der hierdurch jeweils ausgebildeten Membranfeder zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 an Vorgabewerte angepasst werden.
Anhand der 12 und 13 werden zwei verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten bei der thermischen Ankopplung des Abstandshalters 41 an den zentralen Haltekörper 40 bzw. den inneren Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme insbesondere auf die 8 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Bei der Ausgestaltung nach 12 ist der zentrale Haltekörper 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 zwischen dem Abstandshalter 41 und dem Hebelarm 110 angeordnet, so dass auf einer Seite des zentralen Haltekörpers 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 der Abstandshalter 41 und auf der anderen Seite des zentralen Haltekörpers 40 der Hebelarm 110 angebunden ist. Der Abstandshalter 41 ist mit dem Hebelarm 110 also über den Haltkörper 40 verbunden.
Bei der Ausgestaltung nach 13 ist der Abstandshalter 41 direkt mit dem Hebelarm 110 verbunden. Der zentrale Haltekörper 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 hat eine zentrale Öffnung 96, durch die ein dem Hebelarm 110 zugewandtes Ende des Abstandshalters 41 sich hindurch erstreckt. Der zentrale Haltekörper 40, der diesen Endbereich des Abstandshalters 41 umgibt, liegt auf einer dem Abstandshalter 41 zugewandten Stirnwand des Aktuatorstifts 43 auf und ist hierüber mit dem Hebelarm 110 verbunden. Eine thermische Ankopplung des Abstandshalters 41 und damit des Spiegelkörpers 35 an den Wärmeleitungsabschnitt 37 erfolgt im Falle der Ausführung nach 13 nicht direkt, sondern über den Hebelarm 110.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 14 bis 16 eine weitere Ausführungsform des Mikroaktuators 50 und dessen Aufhängung beschrieben. Identische Teile tragen dieselben Bezugszeichen wie bei den vorgehend beschriebenen Ausführungsformen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird.
Bei der in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsform ist das Aktuationselement 111 als Kammelektrode 116 ausgebildet. Die Kammelektrode 116 umfasst jeweils eine Mehrzahl beabstandet voneinander angeordneter Elektrodenfinger 117. Hierbei greifen die Elektrodenfinger 117 einer äußeren Elektrode 118 und einer inneren Elektrode 119 jeweils ineinander. Die Finger 117 der äußeren Elektrode 118 und inneren Elektrode 119 sind berührungsfrei zueinander angeordnet.
Die äußere Elektrode 118 ist mit der Tragestruktur 36 verbunden. Die äußere Elektrode 118 ist insbesondere an der Tragestruktur 36 angeordnet.
Die innere Elektrode 119 ist Bestandteil des Aktuationselement 111, welches mit dem Hebelarm 110 verbunden ist.
Bei dem in den 14 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Hebelarm 110 einen viereckigen, insbesondere einen quadratischen Querschnitt auf. Andere Querschnittsformen sind ebenso möglich. Der Hebelarm 110 kann insbesondere je nach Bedarf einen runden, insbesondere einen elliptischen, insbesondere einen kreisförmigen oder einen polygonalen, insbesondere einen regelmäßig-polygonalen, insbesondere einen dreieckigen, viereckigen oder sechseckigen Querschnitt aufweisen.
Vorzugsweise unterscheidet sich die Anzahl der Elektrodenfinger 117 der jeweils einander zugeordneten äußeren und inneren Elektroden 118, 119 um eine ungerade Anzahl, insbesondere um eins.
Die Elektrodenfinger 117 der äußeren Elektrode 118 sind insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene, welche in der 15 durch die x-z-Ebene gegeben ist, angeordnet.
Die Elektrodenfinger 117 der inneren Elektrode 119 sind insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene, welche in der 15 durch die x-z-Ebene gegeben ist, angeordnet.
Bei der in der 14 dargestellten Ausführungsform umfasst die Aufhängung schematisch vereinfacht dargestellte Schwenkachsen 120. Die Schwenkachsen 120 verlaufen bei dem in den Figuren dargestellten Koordinatensystem in x- bzw. y-Richtung. Der Einzelspiegel 27 ist um die Schwenkachsen 120 verschwenkbar gelagert. Er weist somit zwei Kipp-Freiheitsgrade auf.
In 16 ist schematisch eine exemplarische Ausführung der Aufhängung des Aktuatorstifts 43 dargestellt. Der Aktuatorstift 43 ist über zwei dünne Balken 121 an einem Rahmen 122 aufgehängt. Die Balken 121 sind insbesondere in y-Richtung ausgerichtet. Sie bilden innere Torsionsfedern. Der Rahmen 122 ist insbesondere rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet. Er ist steif, insbesondere torsionssteif ausgebildet, insbesondere bezüglich Verformungen, insbesondere Stauchungen und/oder Dehnungen, in Richtung der y-Achse. Der Rahmen 122 weist insbesondere eine größere Steifigkeit auf als die Balken 121. Die Torsionsfedern weisen beispielsweise eine Torsionssteifigkeit von ca. 10^–7 Nm/rad auf. Der Rahmen 122 ist bezüglich der Torsionssteifigkeit um mindestens einen Faktor 1000 steifer.
Der Rahmen 122 ist seinerseits mittels zweier Balken 123 an der Tragestruktur 36 befestigt. Die Balken 123 können entsprechend der Balken 121 ausgebildet sein. Sie bilden äußere Torsionsfedern. Die Balken 123 sind insbesondere in x-Richtung, d. h. in Richtung senkrecht zur Ausrichtung der Balken 121 angeordnet.
Durch die inneren und äußeren Balken 121 und 123 werden zwei Kippachsen, insbesondere zwei Kippfreiheitsgrade definiert.
Durch die Ausbildung der Aufhängung mit dem Rahmen 122 und den inneren und äußeren Torsionsfedern ist es möglich, die Verkippung in x-Richtung zumindest weitestgehend von der Verkippung in y-Richtung zu entkoppeln. Zusätzliche Führungselemente werden bei dieser Aufhängung nicht benötigt. Selbstverständlich können auch bei dieser Ausführungsform zusätzliche Führungselemente, beispielsweise Kulissen, welche die Verschwenkbarkeit des Aktuatorstifts 43 beeinflussen, vorgesehen sein.
Wie in der 14 exemplarisch angedeutet ist, weist das Aktuationselement 111 eine Bauhöhe h auf. Die Bauhöhe h des Aktuationselement 111 kann fest vorgegeben sein. Sie ist insbesondere unabhängig von der Länge L des Hebelarms 110. Eine Anpassung der Länge L des Hebelarms 110 ist somit unabhängig vom Design des Aktuationselements 111. Dies gilt entsprechend auch bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen.
Da die Länge L des Hebelarms 110 einen direkten Einfluss auf das maximal mit dem Mikroaktuator 50 erzeugbaren Torsionsmoments hat, ist letzteres variabel einstellbar, ohne das Aktuationselement 111 in seiner Dimensionierung verändern zu müssen. Der Arbeitsbereich des Mikroaktuators 50 liegt zwischen 0 und dem maximalen Torsionsmoment.
Im Folgenden werden weitere Details des Mikroaktuators 50 stichwortartig beschrieben. Die Kraftübertragung erfolgt ausschließlich am Ende des Hebelarms 110. Hierdurch kann eine optimale Nutzung des Hebels erreicht werden.
Der Mikroaktuator 50 weist insbesondere einen vertikalen Aufbau auf. Er wird insbesondere vertikal zur Waferoberfläche hergestellt.
Die Bauhöhe h des Aktuationselements 111 ist von der Länge L des Hebelarms 110 entkoppelt. Die Bauhöhe h des Aktuationselements 111 kann insbesondere geringer als die Länge L des Hebelarms 110 sein. Die Bauhöhe h kann insbesondere relativ zur Länge L klein sein. Es gilt insbesondere h:L < 0,5, insbesondere h:L < 0,3, insbesondere h:L < 0,1, insbesondere h:L < 0,05, insbesondere h:L < 0,03, insbesondere h:L < 0,01.
Der Hebelarm 110 kann aus Silizium, insbesondere aus monokristallinem Silizium, sein.
Das Aktuationselement 111 kann aus dem selben Material sei wie der Hebelarm 110. Das Aktuationselement 111 kann auch aus einem anderen Material sein als der Hebelarm 110. Mögliche Materialien sind Halbleiter wie beispielsweise Germanium, oder Metallschichten, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Titan als auch Legierungen von Metallen.
Die Länge L des Hebelarms 110 kann durch eine Dicke eines zu seiner Herstellung verwendeten Wafers definiert werden. Die Länge L kann jedoch durch weitere Strukturierungsschritte beeinflusst werden. Die Länge L des Hebelarms 110 ist unabhängig vom Design des Aktuationselements 110 anpassbar.
Das Aktuationselement 111 wird in einem mikrotechnischen Verfahren mit dem Hebelarm 110 verbunden. Für den Verbindungsschritt 115 zur Verbindung des Aktuationselements 111 mit dem Hebelarm 110 ist insbesondere ein Bond-Verfahren, insbesondere ein Fusionsbond-Verfahren oder ein eutektisches Bonden vorgesehen. Mögliche Verbindungen können Si-Si-Verbindungen, Si-SiO₂-Verbindungen, Metall-Si-Verbindungen als auch Metall-SiO₂-Verbindungen sein.
Das Material und die Bauhöhe H des Aktuationselements 111 kann unabhängig vom Design und der Ausführung des Hebelarms 110 gewählt werden.
Die Aktuation, d. h. die Kraftankopplung, wirkt insbesondere senkrecht zur Längsrichtung 112. Außerdem erfolgt die Kraftankopplung in einem präzise vorgebbaren Bereich entlang der Längsrichtung 112, insbesondere an einer präzise vorgebbaren Position in Längsrichtung 112.
Im Folgenden werden weitere Details des Verfahrens zur Herstellung des Mikroaktuators 50 stichwortartig beschrieben. Zur Herstellung des Mikroaktuators 50 wird der Hebelarm 110 mit einer vorgegebenen Länge L bereitgestellt. Hierbei kann die Länge L insbesondere in Abhängigkeit des vorgegebenen, maximal zu erzeugenden Torsionsmoments ermittelt werden. Der Hebelarm kann insbesondere aus einem Wafer, insbesondere einem Siliziumwafer, insbesondere aus einen monokristallinen Siliziumwafer oder einem SOI-Wafer, hergestellt werden. Die Länge L des Hebelarms 110 kann hierbei durch die Dicke dieses Wafers vorgegeben werden. Sie ist prinzipiell frei wählbar. Der Mikroaktuator 50, insbesondere der Hebelarm 110 werden insbesondere vertikal zu Waferoberfläche, d. h. vertikal zur Reflexionsfläche 34 des Einzelspiegels 27 hergestellt.
Der Hebelarm 110 kann in einem Strukturierungsschritt strukturiert werden.
Außerdem wird das Aktuationselement 111 bereitgestellt. Das Aktuationselement 111 wird insbesondere unabhängig vom Hebelarm 110 hergestellt. Es kann insbesondere unabhängig von der Herstellung des Hebelarms 110 strukturiert werden. Zur Strukturierung des Aktuationselements 111 ist ein mikrotechnisches Verfahren, insbesondere ein lithografisches Verfahren, vorgesehen. Das Aktuationselement 111 kann aus einem Wafer, insbesondere einem Siliziumwafer, insbesondere einem monokristallinen Siliziumwafer oder einem SOI-Wafer, hergestellt werden.
Im Verbindungsschritt 115 wird das Aktuationselement 111 mit dem Hebelarm 110 verbunden. Hierfür ist insbesondere ein Bond-Verfahren, insbesondere ein Fusionsbonden oder ein eutektisches Bonden, vorgesehen.
Nach der Verbindung des Aktuationselements 111 mit dem Hebelarm 110 können das sogenannte Handle-Silizium und das vergrabene Oxid des Wafers, aus welchem das Aktuationselement 111 gefertigt ist, entfernt. Hierdurch wird die Funktionsschicht des Aktuationselements 111 an das freie Ende des Hebelarms 110 übertragen und mit diesem verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/049076 A2 [0002, 0047, 0135]
EP 1225481 A [0050]
US 7145269 B2 [0083]
WO 2007/134574 A [0084]

Claims

Mikroaktuator (50) zur Verlagerung eines Mikrospiegels (27) umfassend a. einen sich in einer Längsrichtung (112) erstreckenden Hebelarm (110) und b. ein mit diesem verbundenes Aktuationselement (111), c. wobei der Hebelarm (110) um eine Schwenkachse (120) verschwenkbar gelagert ist, d. wobei das Aktuationselement (111) einen vorgegebenen, frei wählbaren Abstand in Längsrichtung (112) zur Schwenkachse (120) aufweist, und e. wobei die mittels des Aktuationselements (111) auf den Hebelarm (110) ausübbare Kraft in Richtung quer zur Längsrichtung (112) wirkt.
Mikroaktuator (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuationselement (111) als Kammelektrode ausgebildet ist.
Mikroaktuator (50) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (110) und das Aktuationselement (111) aus unterschiedlichen Materialien sind.
Mikroaktuator (50) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuationselement (111) eine Bauhöhe h und der Hebelarm (110) eine Länge L aufweist, wobei gilt: h:L < 0,5.
Verfahren zur Herstellung eines Mikroaktuators (50) umfassend die folgenden Schritte: – Vorgeben einer bestimmten Länge (L), – Bereitstellen eines Hebelarms (110) mit der vorgegebenen Länge (L), – Bereitstellen eines Aktuationselements (111), – Verbinden des Aktuationselements (111) mit dem Hebelarm (110).
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (110) aus einem Wafer mit einer vorgegebenen Dicke hergestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) in Abhängigkeit eines vorgegebenen, maximal zu erzeugenden Torsionsmoments, ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuationselement (111) in einen mikrotechnischen Verfahren mit dem Hebelarm (110) verbunden wird.
Optisches Bauelement umfassend a. einen Spiegelkörper (35) mit einer Reflexionsfläche (34) und b. einen Mikroaktuator (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
Optische Baugruppe umfassend eine Vielzahl von optischen Bauelementen gemäß Anspruch 9.
Optische Baugruppe gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Mikroaktuatoren (50) Hebelarme (110) mit unterschiedlichen Längen (L) aufweisen.
Facettenspiegel (13, 14, 26, 28) für eine Beleuchtungsoptik (4) einer Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithografie umfassend mindestens eine optische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11.
Beleuchtungsoptik (4) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend eine optische Baugruppe gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11.
Beleuchtungssystem (2) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 13 und eine EUV-Strahlungsquelle (3).
Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithografie umfassend a) eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 13 und b) eine Projektionsoptik (7).
Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) nach Anspruch 15, b) Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist, c) Bereitstellen eines Retikels (30) mit abzubildenden Strukturen, d) Projezieren mindestens eines Teils des Retikels (30) auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht mittels der Projektionsbelichtungsanlage (1), e) Entwickeln der belichteten lichtempfindlichen Schicht.