DE102014224994A1

DE102014224994A1 - Spiegelanordnung, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102014224994A1
Application number: DE102014224994.5A
Authority: DE
Inventors: Marwene Nefzi; Jens Prochnau; Jens Kugler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Eine Spiegelanordnung, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, umfasst eine Vielzahl von Spiegelelementen, die nebeneinanderliegend angeordnet sind, und eine Einrichtung zur Einstellung der geometrischen Ausrichtung der Spiegelelemente, die eine Vielzahl von Einzelaktuatoren aufweist, wobei den Spiegelelementen zugeordnete Einzelaktuatoren auf unterschiedliche Aktuatorschichten verteilt sind und die Aktuatorschichten übereinanderliegend angeordnet sind. Hierdurch kann eine höhere Packungsdichte an kleineren Spiegelelementen in einer Fläche erreicht werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Spiegelanordnung, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage. Eine solche weist eine Vielzahl von eng benachbart angeordneten Spiegelelementen auf. Die durch die Spiegelelemente gebildete Gesamtspiegelfläche stellt ein Spiegelelementarray dar, dessen Spiegelelemente jeweils durch unterhalb der Spiegelfläche in einem Trägerkörper liegende mikroelektromechanische Aktuatoren ansteuerbar sind.
Hintergrund der Erfindung
Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie werden zur Herstellung integrierter elektrischer Schaltkreise und sonstiger mikro- und nanostrukturierter Bauelemente eingesetzt. Hierbei werden Strukturen, die in einem Retikel enthalten sind, in der Regel verkleinert auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet, die z.B. auf einen Silizium-Wafer aufgebracht sein kann.
Ein Ziel bei der Entwicklung solcher Anlagen besteht darin, Strukturen mit zunehmend kleineren Abmessungen auf der lichtempfindlichen Schicht abzubilden. Die dadurch möglichen höheren Integrationsdichten entsprechend hergestellter mikro- und nanostrukturierter Bauelemente erhöhen im Allgemeinen deren Leistungsfähigkeit beträchtlich. Die Erzeugung besonders kleiner Strukturgrößen setzt ein hohes Auflösungsvermögen der verwendeten Projektionsbelichtungsanlagen voraus. Da das Auflösungsvermögen umgekehrt proportional zu der Wellenlänge des Projektionslichts ist, verwenden aufeinanderfolgende Produktgenerationen derartiger Projektionsbelichtungsanlagen in der Regel Projektionslicht mit immer kürzeren Wellenlängen. Aktuelle Entwicklungen richten sich auf die Entwicklung von Projektionsbelichtungsanlagen, welche Projektionslicht verwenden, dessen Wellenlänge im extremen ultravioletten Spektralbereich (EUV) liegt. In Betracht gezogen werden hierbei insbesondere Wellenlängen zwischen 1nm und 30nm und insbesondere die Wellenlänge 13,5nm.
Zur Führung des von einer geeigneten Lichtquelle emittierten Lichts in dem Strahlenweg eines Projektionssystems der Projektionsbelichtungsanlage können Spiegelanordnungen eingesetzt werden, welche eine Vielzahl eng benachbarter Mikrospiegel aufweisen. Die optische Ausrichtung der Mikrospiegel erfolgt über Mikroaktuatoren, die einzeln oder in Gruppen angesteuert werden. Für den Einsatz in einer EUV-Umgebung geeignete Mikroaktuatoren und Spiegelanordnungen müssen kleinste mechanische Zustellbewegungen mit hoher Genauigkeit bewerkstelligen können. Entsprechende Mikroaktuatoren und Spiegelanordnungen sind aus DE 10 2013 206 529 A1 und DE 10 2011 006 100 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen aufzuzeigen, durch welche es möglich wird, bei einer Spiegelanordnung eine hinreichend präzise Positionseinstellung der Spiegelelemente vorzunehmen und hierbei gegenüber bisherigen Bauformen eine noch feinere Rasterung des Spiegelarrays, d.h. eine höhere Anzahl an kleineren Spiegelelementen über einer Fläche zu erreichen.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird durch eine Spiegelanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Erfindung schafft somit eine Spiegelanordnung, insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, umfassend eine Vielzahl von Spiegelelementen, die nebeneinanderliegend angeordnet sind, und eine Einrichtung zur Einstellung der geometrischen Ausrichtung der Spiegelelemente, die eine Vielzahl von Einzelaktuatoren aufweist, wobei den Spiegelelementen zugeordnete Einzelaktuatoren auf unterschiedliche Aktuatorschichten verteilt sind und die Aktuatorschichten übereinanderliegend angeordnet sind.
Hierdurch wird eine Spiegelanordnung ermöglicht, bei welcher für die Realisierung der Einzelaktuatoren ein über die seitlichen Abmessungen der zugeordneten Spiegelelemente hinausgehender Bauraum zur Verfügung steht und damit eine höhere Auflösung und Packungsdichte der Spiegelelemente erreicht werden kann.
Insbesondere können die Einzelaktuatoren einer ersten Aktuatorschicht zu den Einzelaktuatoren einer zweiten Aktuatorschicht versetzt angeordnet sein. Die Einzelaktuatoren einander benachbarter Spiegelelemente können sich somit in unterschiedlichen Ebenen seitlich ausdehnen, d. h. auf unterschiedlichen Tiefenniveaus lateral überlappen, so dass sich eine Verschachtelung der Einzelaktuatoren benachbarter Spiegelelemente auf mehreren Ebenen ergibt. Innerhalb der jeweiligen Aktuatorschicht steht dann für den jeweiligen Einzelaktuator gegenüber bisherigen Bauformen mehr lateraler Bauraum, d.h. Bauraum in Richtung der Hauptausdehnung der optischen Flächen der Spiegelelemente zur Verfügung. Bei Beibehaltung bisheriger Spiegelelementabmessungen oder Spiegelauflösungen ermöglichen die jeweiligen Einzelaktuatoren gegenüber herkömmlichen Bauformen höhere Stellkräfte und engere Positionierungstoleranzen. Durch das erfindungsgemäße Konzept lassen sich in vorteilhafter Weise Packungsdichten von bis zu 10000 Spiegelelementen je cm² erreichen.
Durch das erfindungsgemäße Konzept ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Entkoppelung der Größe der Spiegelelemente von der Größe, insbesondere der seitlichen Ausdehnung der zur Ansteuerung der jeweiligen Spiegelelemente erforderlichen Kinematik. Hierdurch wird es insbesondere möglich, die Abmessungen der Spiegelelemente bei relativ geringer Miniaturisierung der Kinematik zu verkleinern.
Das erfindungsgemäße Konzept kann mit einer prozesstechnisch gut realisierbaren Anzahl an Aktuatorschichten, d.h. mit einer übersichtlichen Anzahl an Ebenen realisiert werden. Die Anbindung der Spiegelelemente über entsprechende Kopplungsabschnitte kann konstruktiv für alle Spiegelelemente baugleich oder zumindest ähnlich ausgeführt sein. Der Hauptunterschied zwischen den Koppelungsabschnitten benachbarter Spiegelelemente besteht im Wesentlichen in der senkrecht zur Spiegelfläche gemessenen Länge der angebundenen Koppelungsabschnitte. Diese Länge der Koppelungsabschnitte ist für jene Einzelaktuatoren, die sich in „tieferen“ Aktuatorschichten erstrecken größer. Um hier Unterschiede im Betriebsverhalten aufgrund geringfügig unterschiedlicher Massen der Koppelungsorgane zu vermeiden oder weitgehend zu kompensieren, ist es möglich, die kürzeren Koppelungsorgane so auszulegen, dass diese beispielsweise durch einen etwas größeren Querschnitt die zumindest annähernd gleiche Masse erreichen, wie jene konstruktiv länger ausgelegten Koppelungsabschnitte.
Das erfindungsgemäße Konzept der Unterbringung der erforderlichen Einzelaktuatoren durch Aufteilung derselben auf mehrere Aktuatorschichten ermöglicht einen modularen Aufbau der Spiegelanordnung und eine Untergliederung derselben in Submodule.
Auch die Realisierung der elektrischen Anschlüsse der Aktuatoren wird durch das erfindungsgemäße Konzept vereinfacht, da für diese elektrischen Strukturen mehre Ebenen zur Verfügung stehen. Zusätzlich können optionale mikroelektromechanische und/oder schaltungstechnische Funktionsebenen für weitere Funktionen und Komponenten, beispielsweise eine Arretiereinrichtung, sowie zur signaltechnischen Verarbeitung der Steuersignale eingebunden werden.
Durch die Integration von mehreren Einzelaktuatoren je Aktuatorschicht lassen sich die Herstellungs- und Montagekosten gering halten.
Durch die prozesstechnisch gut beherrschbare Positionierung der einzelnen Kinematikebenen zueinander lassen sich strenge Toleranzanforderungen erfüllen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Spiegelelemente jeweils eine kleinere Fläche auf als der zugehörige Einzelaktuator. Gleichwohl können Spiegelelemente in einer Fläche enger gepackt sein, als dies für die Einzelaktuatoren in einer gemeinsamen Fläche möglich wäre.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Spiegelelemente jeweils über einen Kopplungsabschnitt mit dem zugehörigen Einzelaktuator verbunden. Dabei erstrecken sich die Kopplungsabschnitte durch jene Aktuatorschichten hindurch, welche der dem jeweiligen Einzelaktuator zugehörigen Aktuatorschicht vorgelagert sind. Die gestattet einen kompakten Aufbau.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zumindest zwischen zwei benachbarten Aktuatorschichten eine Funktionsschicht angeordnet. Diese kann beispielsweise Mittel zur Ansteuerung der Einzelaktuatoren aufweisen, aber auch weitere Aufgaben erfüllen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Einrichtung zur Einstellung der geometrischen Ausrichtung der Spiegelelemente vier, sieben, acht oder neun Aktuatorschichten aufweisen.
In Hinblick auf geringe Abstände zwischen benachbarten Spiegelelementen kann zwischen zwei Spiegelelementen, welche jeweils mit Einzelaktuatoren der gleichen Aktuatorschicht gekoppelt sind, mindestens ein Spiegelelement angeordnet sein, dessen Einzelaktuator an einer anderen Aktuatorschicht angeordnet ist.
Hiermit lassen sich unterschiedliche Rasteranordnungen in Bezug auf die Anordnung über verschiedene Aktuatorschichten angesteuerter Spiegelelemente verwirklichen.
Beispielsweise können in einem 2 × 2 Raster vier Spiegelelemente angeordnet sein, deren Einzelaktuatoren an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten angeordnet sind.
Ferner können in einem wabenförmigen Raster sieben Spiegelelemente angeordnet sein, deren Einzelaktuatoren an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten angeordnet sind.
Weiterhin können in einem 4 × 4 Raster sechzehn Spiegelelemente angeordnet sein, deren Einzelaktuatoren paarweise an der gleichen Aktuatorschicht angeordnet sind, wobei die entsprechenden Einzelaktuatorenpaare an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten angeordnet sind.
Schließlich können in einem 3 × 3 Raster neun Spiegelelemente angeordnet sein, deren Einzelaktuatoren an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten angeordnet sind.
Weitere Rasteranordnungen in diesem Sinn sind ebenfalls möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Einzelaktuator ein Mikrosystem-Bauelement in Form eines sphärischen Getriebes mit zwei Bewegungsfreiheitsgraden aufweisen, dessen Getriebeausgangsglied entlang einer gedachten Kugelfläche bewegbar ist und mit einem Spiegelelement verbunden ist. Dies gestattet zumindest zwei rotatorische Freiheitsgrade je Spiegelelement, wobei translatorische Störbewegungen sehr gering gehalten werden. Dies begünstigt weiter eine enge Packung der Spiegelelemente.
Ferner können gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung rotatorische Störbewegungen ausgeschlossen werden, indem das Getriebeausgangsglied entlang der gedachten Kugelfläche verdrehungsfrei bewegbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Spiegelelemente jeweils eine optische Fläche auf, welche im Drehpunkt des zum jeweiligen Spiegelelement zugehörigen Getriebes liegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Getriebe ein Gestell mit einer Ausnehmung auf, innerhalb welcher alle weiteren Glieder des Getriebes angeordnet sind.
Dabei können ferner ein oder mehrere Glieder des Getriebes in ein flächenartiges Substrat integriert sein.
Weiterhin kann das Substrat eben oder gewölbt sein und eine Vielzahl von Getrieben aufweisen, welche über die Fläche des Substrats verteilt angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Spiegelanordnung eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie. Eine mehrschichtige Anordnung von Einzelaktuatoren kann jedoch auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden. Insbesondere kann diese unter Auslassung der Spiegelelemente überall dort eingesetzt werden, wo in der Mikrosystemtechnik eine möglichst hohe Packungsdichte an Einzelaktuatoren über einer Fläche benötigt wird.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Spiegelanordnung nach der der Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Spiegelanordnung nach der Erfindung,
3 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der Zuordnung der Spiegelelemente zu unterschiedlichen Aktuatorschichten für das zweite Ausführungsbeispiel,
4 eine erste Abwandlung für die Zuordnung der Spiegelelemente zu unterschiedlichen Aktuatorschichten,
5 eine zweite Abwandlung für die Zuordnung der Spiegelelemente zu unterschiedlichen Aktuatorschichten,
6 eine dritte Abwandlung für die Zuordnung der Spiegelelemente zu unterschiedlichen Aktuatorschichten,
7 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Einzelaktuators in Form eines Mikrosystem-Bauelements, dargestellt als Projektion in eine Ebene,
8 die Lage des zugehörigen Getriebeausgangsglieds auf einer gedachten Kugelfläche,
9 eine räumliche Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Einzelaktuators,
10 eine weitere Ansicht des Einzelaktuators nach 9 mit Veranschaulichung der Getriebeglieder und Gelenke analog dem ersten Ausführungsbeispiel,
11 eine räumliche Ansicht des Mikrosystem-Bauelements nach 9 in einer zweiten ausgelenkten Stellung,
12 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels für einen Aktuator mit mehreren übereinander angeordneten Mikrosystem-Bauelementen,
13 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Spiegelanordnung mit einem Aktuator gemäß 12,
14 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie nach der Erfindung, und in
15 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie nach der Erfindung.
Ausführungsbeispiele
Die Darstellung gemäß 1 veranschaulicht den Aufbau einer erfindungsgemäßen Spiegelanordnung 101. Die Spiegelanordnung 101 weist eine Vielzahl von Spiegelelementen 102 auf, die in einer ebenen oder gewölbten Fläche nebeneinanderliegend angeordnet sind. Jedes der Spiegelelemente 102 weist eine optische Fläche 103 zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung, insbesondere einer Strahlung im Wellenlängenbereich von 1 bis 30nm auf.
Weiterhin weist die Spiegelanordnung 101 eine Einrichtung 104 zur Einstellung der geometrischen Ausrichtung der Spiegelelemente 102 auf. Hierdurch können die Spiegelelemente 102 in zwei oder drei Freiheitsgraden verstellt werden. Insbesondere können diese um zwei Kippachsen verkippt werden. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine translatorische Verstellung in zumindest einer Raumachse vorgesehen werden.
Die Einrichtung 104 zur Einstellung der geometrischen Ausrichtung der Spiegelelemente 102 umfasst eine Vielzahl von mikroelektromechanischen Einzelaktuatoren 105. Dabei kann jedem Spiegelelement 102 ein Einzelaktuator 105 zugeordnet sein. Die Spiegelelemente 102 können eine kleinere Fläche aufweisen als der jeweils zugehörige Einzelaktuator 105. Mit anderen Worten, der dem jeweiligen Spiegelelement 102 zugeordnete Einzelaktuator 105 kann derart ausgebildet sein, dass der von diesem Einzelaktuator 105 beanspruchte Bauraum bei einer Normalprojektion in eine zur optischen Fläche 103 des jeweiligen Spiegelelements 102 im Wesentlichen parallele Bezugsebene sich in einen Bereich außerhalb der in diese Bezugsebene ebenfalls als Normalprojektion projizierten Randkontur des Spiegelelements 102 erstreckt.
Die den Spiegelelementen 102 zugeordneten Einzelaktuatoren 105 sind auf unterschiedliche Aktuatorschichten 106 verteilt, welche übereinanderliegend angeordnet sind.
Die in einer Aktuatorschicht 106 angeordneten Einzelaktuatoren 105 können als Baueinheit zusammengefasst werden, so dass sich ein geringer Herstellungs- und Montageaufwand ergibt.
Durch Anordnung der Einzelaktuatoren 105 in mehreren übereinanderliegenden Aktuatorschichten 106 kann eine Entkopplung der für den jeweiligen Einzelaktuator 105 benötigten Fläche von der für ein Spiegelelement 102 benötigten Fläche erzielt werden. Aufgrund der Verschachtelung der Einzelaktuatoren 105 in mehreren Aktuatorschichten 106 können die Spiegelelemente 102 in einer Fläche enger gepackt werden als es für die Einzelaktuatoren 105 möglich wäre. Dies gestattet eine Miniaturisierung der Spiegelelemente 102 ohne entsprechende Miniaturisierung der Einzelaktuatoren 105.
Insbesondere können die Einzelaktuatoren 105 einer ersten Aktuatorschicht 106.1 zu den Einzelaktuatoren 105 einer zweiten Aktuatorschicht 106.2 versetzt angeordnet sein. Ein solcher Versatz kann, wie weiter unten anhand weiterer Beispiele erläutert werden wird, in beiden Haupterstreckungsrichtungen der Spiegelanordnung 101 vorgenommen sein. 1 zeigt zum Zweck der Veranschaulichung lediglich zwei Aktuatorschichten. Jedoch kann deren Anzahl auch größer gewählt werden.
Sämtliche Spiegelelemente 102 liegen auf der gleichen Seite der Einrichtung 104 zur Einstellung der geometrischen Ausrichtung der Spiegelelemente 102. Die Spiegelelemente 102 sind mit dem zugehörigen Einzelaktuator 105 jeweils über einen Kopplungsabschnitt 107 verbunden. In einer Ruhestellung verlaufen die Kopplungsabschnitte 107 senkrecht zum zugehörigen Einzelaktuator 105 sowie zum zugehörigen Spiegelelement 102. Spiegelelemente 102, welche über Einzelaktuatoren 105 aus weiter entfernten als der nächstliegenden obersten Aktuatorebene 106.1 betätigt werden, benötigen eine mechanische Kopplung mit der zugehörigen Aktuatorschicht über die dazwischen liegenden Aktuatorschichten hinweg. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die entsprechenden Kopplungsabschnitte 107 sich durch jene Aktuatorschichten hindurch erstrecken, welche der dem jeweiligen Einzelaktuator 105 zugehörigen Aktuatorschicht vorgelagert sind. Hierzu können an den vorgelagerten Aktuatorschichten z.B. Durchgangsöffnungen 108 ausgebildet sein.
Durch eine schlanke Ausbildung der Kopplungsabschnitte 107 kann die Anzahl der benötigten Aktuatorschichten 106 gering gehalten werden. Der Querschnitt der Kopplungsabschnitte 107 wird daher kleiner als die optische Fläche 103 des zugehörigen Spiegelelements ausgebildet.
Aufgrund des unterschiedlichen Abstands der Aktuatorschichten 106 von der durch die optischen Flächen der Spiegelelemente gebildeten Ebene weisen die Kopplungsabschnitte 107 unterschiedlicher Aktuatorschichten eine unterschiedliche Länge auf.
Wie 1 zeigt, können die Spiegelelemente 102 so angeordnet werden, dass zwischen zwei Spiegelelementen 102, welche jeweils mit Einzelaktuatoren 105 der gleichen Aktuatorschicht 106.1 gekoppelt sind, mindestens ein Spiegelelement 102 angeordnet ist, dessen Einzelaktuator 105 an einer anderen Aktuatorschicht 106.2 angeordnet ist. In 1 sind solche Spiegelelemente abwechselnd angeordnet. Je nach Anzahl an Aktuatorschichten 106 können jedoch auch mehrere Spiegelelemente 102 zwischen zwei Spiegelelementen 102 liegen, deren Einzelaktuatoren 105 in der gleichen Aktuatorschicht 106 liegen.
Ferner ist ein modularer Aufbau durch Aufteilung in Submodule möglich. Diese können separat voneinander austauschbar ausgeführt werden. Eine solche Modularisierung kann einzelne Aktuatorschichten 106 oder Gruppen hiervon betreffen. Jedoch kann eine Aktuatorschicht auch in mehrere Submodule aufgeteilt werden.
2 zeigt anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels die Anordnung mindestens einer zusätzlichen Funktionsschicht 110 zwischen zwei benachbarten Aktuatorschichten 106. Ohne Beschränkung hierauf kann über eine solche Funktionsschicht 110 beispielsweise eine Ansteuerung der Einzelaktuatoren 105 vorgenommen sein, wozu an der Funktionsschicht 110 entsprechende Mittel vorgesehen oder ausgebildet sind.
In den Funktionsschichten 110 können neben filigranen elektrischen Leiterstrukturen elektrische Schaltungen verwirklicht sein, über welche bestimmte Schalt- oder Betätigungszustände der Aktuatoren vorbestimmt werden können, wobei diese Schaltzustände mit hoher Antwortgeschwindigkeit abgerufen werden können, um eine entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren zu veranlassen.
Bei dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Aktuatorschichten 106.1 bis 106.4 vorgesehen, welche jeweils eine Vielzahl von Einzelaktuatoren 105.1 bis 105.4 aufweisen. Diese Einzelaktuatoren 105.1 bis 105.4 sind wie in 3 dargestellt mit unterschiedlichen Spiegelelementen 102.1 bis 102.4 gekoppelt. Es ergibt sich damit ein 2 × 2-Raster, in welchem vier Spiegelelemente 102.1 bis 102.4 angeordnet sind, deren Einzelaktuatoren 105.1 bis 105.4 an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten 106.1 bis 106.4 angeordnet sind. Zwischen zwei Spiegelelementen, welche jeweils mit Einzelaktuatoren der gleichen Aktuatorschicht gekoppelt sind, ist genau ein Spiegelelement angeordnet, dessen Einzelaktuator an einer anderen Aktuatorschicht angeordnet ist.
4 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für die Zuordnung von unterschiedlichen Aktuatorschichten 106 zu Spiegelelementen 102. Die Spiegelelemente 102 weisen jeweils eine Sechskant-Kontur auf und sind eng benachbart zu einem Spiegelarray zusammengefügt, so dass sich eine wabenförmige Gesamtstruktur ergibt. Hierbei können in einem wabenförmigen Raster sieben Spiegelelemente 102.1–102.7 angeordnet sein, deren Einzelaktuatoren 105 an sieben unterschiedlichen übereinanderliegenden Aktuatorschichten 106 angeordnet sind. Die in der jeweiligen Aktuatorschicht 106 generierten Stellkräfte werden, wie oben bereits erläutert, durch den Koppelabschnitt 107 in den Bereich der Spiegelelemente übertragen. Die Ausrichtung des jeweiligen Spiegelelements 102.1–102.7 wird durch den Stellzustand des zugehörigen Einzelaktuators 105 bestimmt. Die in Ausbreitungsrichtung der jeweiligen optischen Fläche 103 eines Spiegelelements 102.1–102.7 gemessene laterale Ausdehnung des beanspruchten Bauraums des zugeordneten Einzelaktuators 105 ist größer als die laterale Erstreckung der optischen Fläche 103. Aufgrund der Anordnung der Einzelaktuatoren 105 in unterschiedlichen Aktuatorschichten 106 können die Spiegelelemente 102.1–102.7 dennoch in enger Nachbarschaft angeordnet werden.
Die Darstellung in 5 veranschaulicht die Zuordnung von acht unterschiedlichen Aktuatorschichten 106 zu Spiegelelementen 102 eines Spiegelarrays gemäß einer weiteren Ausführungsvariante. Die Spiegelelemente 102 sind in diesem Fall wiederum quadratisch konturiert und eng benachbart zu einem Spiegelarray zusammengesetzt. Sie sind in insgesamt acht Gruppen 102.1–102.8 gruppiert, wobei jeder Gruppe eine eigene Aktuatorschicht 106 zugeordnet ist, innerhalb welcher die zur Realisierung eines mikroelektromechanischen Aktuators erforderlichen Mikrostrukturen realisiert sind. In x- und y-Richtung liegen zwischen den Spiegelelementen einer Gruppe drei Spiegelelemente aus jeweils anderen Gruppen, deren Einzelaktuatoren 105 sich an anderen Aktuatorschichten 106 befinden. In diagonaler Richtung liegt zwischen den Spiegelelementen einer Gruppe ein Spiegelelement einer anderen Gruppe, d.h. ein Spiegelelement, dessen Einzelaktuator sich an einer anderen Aktuatorschicht befindet. Es ergibt sich somit ein 4 × 4 Raster aus sechzehn Spiegelelementen, deren Einzelaktuatoren 105 paarweise an der gleichen Aktuatorschicht angeordnet sind. Die entsprechenden acht Einzelaktuatorenpaare sind dabei an den acht unterschiedlichen Aktuatorschichten 106 angeordnet, wobei die Spiegelelemente eines solchen Paares nicht unmittelbar aneinandergrenzen und die zugehörigen Einzelaktuatoren 105 in der betreffenden Aktuatorschicht 106 dementsprechend lateral großzügiger beabstandet sein können. Jedoch kann bei acht Aktuatorschichten eine Rasterung der Spiegelelemente auch auf andere Art und Weise vorgenommen werden. Im Übrigen ist die Spiegelanordnung wie oben erläutert ausgebildet.
6 zeigt eine weitere Anordnungsvariante mit neun Aktuatorschichten 106. Die Spiegelelemente sind hierbei quadratisch konturiert und wiederum eng benachbart zu einem Spiegelarray zusammengesetzt. Die Spiegelelemente sind in insgesamt neun Gruppen 102.1–102.9 gruppiert, wobei jeder Gruppe eine eigene Aktuatorschicht zugeordnet ist, innerhalb welcher die entsprechenden Einzelaktuatoren in Form mikroelektromechanischer Bauelemente verwirklicht sind. In x- und y-Richtung sowie diagonal liegen zwischen den Spiegelelementen einer Gruppe zwei Spiegelelemente aus jeweils anderen Gruppen, deren Einzelaktuatoren sich an anderen Aktuatorschichten befinden.
Nachfolgend werden ohne Beschränkung hierauf Ausführungsbeispiele für einen Einzelaktuator 105 angegeben. Jedoch können in den Aktuatorschichten der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele auch andere Arten von Einzelaktuatoren zum Einsatz kommen.
Die 7 und 8 zeigen einen Einzelaktuator in Form eines Mikrosystem-Bauelements 1 in schematischer Darstellung. Dieses Mikrosystem-Bauelement 1 weist ein Getriebe 2 mit einer Vielzahl von Getriebegliedern auf, welche durch Gelenke miteinander verbunden sind. Zu diesen Getriebegliedern zählen insbesondere auch ein Gestell 3 sowie ein Getriebeausgangsglied 4, welche durch weitere Glieder 5 miteinander gekoppelt sind, so dass das Getriebeausgangsglied 4 relativ zu dem Gestell 3 bewegbar ist.
Das Getriebe 2 ist als sphärisches Getriebe ausgebildet. Sphärische Getriebe stellen eine Sonderform ebener Getriebe dar und unterscheiden sich von diesen dadurch, dass sich die Schwenkachsen sämtlicher Gelenke des Getriebes 2 in einem Punkt, dem sogenannten Drehpunkt P des Getriebes schneiden, wohingegen bei ebenen Getrieben die Gelenkachsen parallel zueinander verlaufen. 7 zeigt eine Projektion des sphärischen Getriebes in eine xy-Ebene.
Das Getriebe 2 weist zwei Bewegungsfreiheitsgrade auf. Erfindungsgemäß ist das Getriebeausgangsglied 4 entlang einer gedachten Kugelfläche K bewegbar, deren Mittelpunkt im Drehpunkt P des Getriebes 2 liegt.
Weiterhin kann das Getriebe 2 derart konfiguriert sein, dass die Bewegung des Getriebeausgangsglieds 4 entlang der gedachten Kugelfläche K verdrehungsfrei erfolgt. Bei einer Bewegung des Getriebeausgangsglieds 4 entlang der Kugelfläche K erfahren sämtliche Gelenke 6.7, 6.8 und 6.9 desselben eine gleichartige vektorielle Verschiebung v bezogen auf ein im Drehpunkt P zentriertes polares Koordinatensystem.
Ein solches Getriebe 2 kann als neungliedriges Getriebe ausgeführt werden, wie dies in 7 beispielhaft dargestellt ist. Jedoch sind auch andere Konfigurationen möglich, welche die oben genannten Bedingungen erfüllen.
Das Getriebe 2 des Ausführungsbeispiels weist neben dem Gestell 3 und dem als ternäres Getriebeglied ausgestalteten Getriebeausgangsglied 4 sieben weitere binäre Getriebeglieder 5.1 bis 5.7 auf, welche über elf Gelenke 6.1. bis 6.11 schwenkbar miteinander gekoppelt sind. Die Schwenkachsen dieser Gelenke 5.1 bis 5.7 schneiden sich im Drehpunkt P, wie dies in 8 beispielhaft für die Schwenkachsen 7.7, 7.8 und 7.9 der Gelenke 6.7, 6.8 und 6.9 gezeigt ist. Bei einer solchen Anordnung kann die Zahl der Bewegungsfreiheitsgrade F mit der Grüblerschen Gleichung für ebene und sphärische Getriebe
berechnet werden, wobei

n:: die Anzahl der Getriebeglieder
g:: die Anzahl der Gelenke und
f_i:: die Beweglichkeit des jeweiligen Gelenks i(f_i = 1, 2, ...) ist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind lediglich Gelenke 6.1. bis 6.11 mit der Beweglichkeit f_i = 1 vorgesehen, so dass sich für die Zahl der Bewegungsfreiheitsgrade F ergibt: F = 3·(n – 1) – g·2 = 3·(9 – 1) – 11·2 = 2
Ohne hierauf beschränkt zu sein, kann ein solches Getriebe 2 beispielsweise ein erstes Viergelenk, ein zweites Viergelenk und einen Gelenkhebel aufweisen.
Das erste Viergelenk besteht vorliegend aus drei binären Gliedern 5.1, 5.2., 5.3 und dem Gestell 3 als viertem Glied oder Steg. Zwei der binären Glieder 5.1 und 5.2 sind über jeweils ein Gelenk 6.1 und 6.2 am Gestell 3 angelenkt und mittels des dritten binären Glieds 5.3 über die Gelenke 6.3 und 6.4 gekoppelt. Das erste Viergelenk ist zudem parallelogrammförmig ausgebildet, so dass bei einer Auslenkung das dritte binäre Glied 5.3 gegenüber dem Gestell 3 nicht verdreht. Über das erste Viergelenk lässt sich somit ein erster Bewegungsfreiheitsgrad darstellen.
Das zweite Viergelenk ist ebenfalls parallelogrammförmig ausgebildet und mit dem ersten Viergelenk so verkettet, dass das dritte binäre Glied 5.3 gleichzeitig eine Koppel des zweiten Viergelenks darstellt. Über zwei weitere binäre Glieder, nämlich ein viertes binäres Glied 5.4 und ein fünftes binäres Glied 5.5 ist das Getriebeausgangsglied 4 angeschlossen, welches das vierte Glied des zweiten Viergelenks bildet. Die Gelenke des zweiten Viergelenks sind mit den Bezugszeichen 6.5, 6.6, 6.7 und 6.8 gekennzeichnet. Bei einer Auslenkung des Getriebes 2 kann somit auch das Getriebeausgangsglied 4 nicht verdrehen. Durch ein paralleles Verschwenken des vierten binären Glieds 5.4 und des fünften binären Glieds 5.5 kann ein zweiter Bewegungsfreiheitsgrad dargestellt werden, dessen Betätigung über den ebenfalls am Getriebeausgangsglied 4 angreifenden Gelenkhebel erfolgen kann.
Der Gelenkhebel wird durch zwei weitere binäre Glieder, ein sechstes binäres Glied 5.6 und ein siebtes binäres Glied 5.7 gebildet, welche über ein Gelenk 6.10 miteinander verbunden sind. Ferner ist das sechste binäre Glied 5.6 über ein Gelenk 6.9 am Getriebeausgangsglied 4 und das siebte binäre Glied 5.7 am Gestell 3 angelenkt.
Zur Verlagerung des Getriebeausgangsglieds 4 können an dem Getriebe 2 zwei unabhängige ansteuerbare Antriebseinrichtungen 8.1 und 8.2 angreifen. Je Bewegungsfreiheitsgrad des Getriebes 2 ist somit eine Antriebseinrichtung 8.1 und 8.2 vorhanden, welche jeweils am Gestell 3 oder einem am Gestell 3 festgelegten Bauteil abgestützt und mit einem bewegbaren Getriebeglied des Getriebes 2 gekoppelt ist. Beispielsweise kann eine Antriebseinrichtung 8.1 an dem ersten oder zweiten binären Glied 5.1 oder 5.2 angreifen, wohingegen die zweite Antriebseinrichtung 8.2 an dem siebten binären Glied 5.7 angreift.
Die Antriebseinrichtungen 8.1 und 8.2 können beispielsweise als herkömmliche Kammelektroden, Drehantriebe oder dergleichen ausgeführt werden.
Über das Getriebeausgangsglied 4 kann ein nicht näher dargestelltes Funktionselement betätigt werden. Wird dieses Funktionselement im Drehpunkt P des Getriebes 2 angeordnet, so kann dieses bei entsprechender Betätigung der Antriebseinrichtungen 8.1 und 8.2 um zwei durch den Drehpunkt P verlaufende Kippachsen Ax und Ay, welche in x-Richtung und y-Richtung verlaufen, verkippt werden. Diese Kippachsen Ax und Ay können senkrecht zueinander ausgerichtet sein.
An einem solchen Funktionselement sind somit zwei rotatorische Freiheitsgrade ohne translatorische und rotatorische Störbewegungen darstellbar. Ein Drehfreiheitsgrad um eine zu den Kippachsen Ax und Ay senkrechte Achse (z-Richtung in 8) ist im Getriebe gesperrt. Eine zusätzliche externe Drehabstützung ist hierfür nicht erforderlich.
Wird der Abstand des Drehpunkts P nach Unendlich verlegt, erhält man ein ebenes Getriebe, bei dem die Gelenkachsen der Gelenke parallel zueinander verlaufen. Mit einem solchen Getriebe lassen sich über das Getriebeausgangsglied 4 dann zwei translatorische Freiheitsgrade darstellen, wobei im Vergleich zu kardanischen Anordnungen eine Verschachtelung der Antriebseinrichtung 8.1 und 8.2 vermieden ist.
9 zeigt anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels eine strukturelle Verwirklichung eines vorstehend erläuterten Getriebes 2. Zum besseren Verständnis ist die gleiche Struktur in 10 nochmals abgebildet, wobei hier zusätzlich die Schemata der Getriebeglieder 3, 4 und 5.1 bis 5.7 sowie der zugehörigen Gelenke 6.1 bis 6.11 entsprechend der Darstellung von 7 eingezeichnet sind
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Getriebeglieder 3, 4 und 5.1 bis 5.7 und Gelenke 6.1 bis 6.11 einstückig miteinander ausgeführt. Die Gelenke 6.1 bis 6.11 sind hier als Festkörpergelenke in Form von Wandabschnitten geringerer Wanddicke ausgebildet, während die binären Glieder 5.1 bis 5.7 sowie das Getriebeausgangsglied 4 durch verdickte Balken und Blöcke gebildet werden. Durch eine Ausrichtung der Wandabschnitte mit einer geringeren Wanddicke auf ein gemeinsames Zentrum wird ein Schnitt der zugehörigen Gelenkachsen im Drehpunkt P erzielt, so dass sich ein sphärisches Getriebe 2 ergibt. Es ist jedoch auch möglich, einige oder alle der Gelenke 6.1 bis 6.11 als zweiteilige schwenkbare Lager auszuführen. Beispielsweise können die Gelenke 6.1, 6.2 und 6.11 zur Anbindung an das Gestell 3 als zweiteilige schwenkbare Lager ausgeführt werden, während alle inneren Gelenke 6.3 bis 6.10 des Getriebes 2 als Festkörpergelenke ausgebildet sind.
Das Gestell 3 weist vorliegend eine Ausnehmung 9 auf, innerhalb welcher alle weiteren Getriebeglieder 4 und 5.1 bis 5.7 des Getriebes 2 angeordnet sind. Das Gestell 3 kann somit als ein diese umgebender Rahmen ausgeführt sein.
Ferner kann das Gestell 3 gleichzeitig als Gestell für mehrere sphärische Getriebe 2 dienen.
Insbesondere kann das Gestell 3 in ein flächenartiges Substrat 10 integriert sein, dessen Dicke (z-Richtung in 9) deutlich geringer als dessen Erstreckung in Längen- und Breitenrichtung (xy-Ebene in 9) ist.
Ein solches Substrat 10 kann eben oder gewölbt ausgebildet sein und eine Vielzahl von Getrieben 2 der vorstehend erläuterten Art aufweisen, welche über die Fläche dieses Substrats 10 verteilt angeordnet sind. Das Substrat 10 weist dazu eine Vielzahl von Ausnehmungen 9 auf. Die Getriebe 2 sind dabei derart angeordnet, dass deren Drehpunkte P alle auf der gleichen Seite des Substrats 10 liegen. Zudem können alle Drehpunkte P den gleichen Abstand zum Substrat 10 aufweisen, was beispielsweise durch die Verwendung gleichartiger Getriebe 2 über der Fläche erzielt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Getriebe 2 so auszuführen, dass diese individuell oder gruppenweise unterschiedliche Abstände ihres Drehpunkts P vom Substrat 10 aufweisen.
Über einen am jeweiligen Getriebeausgangsglied 4 vorgesehenen Stößel 11 kann ein Funktionselement im Drehpunkt P des zugehörigen Getriebes 2 betätigt werden. Der Stößel 11 erstreckt sich dazu in Richtung des Drehpunkts P des sphärischen Getriebes. In einer Ruhestellung kann der Stößel 11 insbesondere senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Ausnehmung 9 sowie weiterhin senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Substrats 10, d.h. in 4 in z-Richtung ausgerichtet sein.
Der Stößel 11 kann am Getriebeausgangsglied 4 befestigt sein, was sich insbesondere dann anbietet, wenn das Getriebeausgangsglied 4 integral mit weiteren Elementen des Getriebes ausgebildet wird, oder aber integral mit dem Getriebeausgangsglied 4 ausgebildet sein, was sich beispielsweise dann vorgesehen werden kann, wenn das Getriebeausgangsglied 4 über zweiteilige Lager in das Getriebe eingebunden wird.
Wie 11 entnommen werden kann, lassen sich durch eine Zustellbewegung des Getriebeausgangsglieds 4 Kippbewegungen des Stößels 11 im Drehpunkt P erzielen.
Das vorstehend erläuterte Mikrosystem-Bauelemente 1 stellt einen mikroelektromechanischen Einzelaktuator dar, der im einfachsten Fall ein einziges Getriebe 2 aufweisen kann.
Ferner ist eine Ausgestaltung eines Aktuators mit einer Vielzahl von Getrieben 2 möglich, welche über eine ebene oder gewölbte Fläche verteilt angeordnet sind.
Weiterhin können solche Mikrosystem-Bauelemente 1 bzw. Einzelaktuatoren übereinanderliegend angeordnet werden, wobei dann die Getriebe 2 in verschiedenen Ebenen zueinander versetzt sein können, wie dies oben bereits erläutert wurde. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine enge Anordnung von Getriebeausgangsgliedern 4 über eine Fläche, welche von den Abmessungen der einzelnen Getriebe 2 unabhängig ist.
12 zeigt anhand eines dritten Ausführungsbeispiels einen Aktuator 20, bei dem mehrere Mikrosystem-Bauelemente 1 der vorstehend erläuterten Art übereinanderliegend angeordnet sind. Vorliegend sind zwei übereinanderliegende Mikrosystem-Bauelemente 1 vorgesehen. Jedoch kann auch eine größere Anzahl vorgesehen werden.
Jedes Mikrosystem-Bauelement 1 weist ein Substrat 10 mit einer Vielzahl von Getrieben 2 auf, wobei die Getriebe 2 der beiden Mikrosystem-Bauelemente 1 auf zwei unterschiedlichen Ebenen E1 und E2 liegen. Wie bereits oben ausgeführt, können die Substrate 10 auch gewölbt sein, so dass in einem solchen Fall die Ebenen E1 und E2 ebenfalls zu wölben wären. Weiterhin sind in 12 die den Getrieben 2 zugeordnete Stößel 11 zu erkennen, welche alle zur gleichen Seite des Aktuators 20 verlaufen. Dabei erstrecken sich die Stößel 11 der unteren Ebene E2 durch das Substrat 10 der oberen Ebene E1 hindurch. An dem Substrat 10 der oberen Ebene E1 können entsprechende Durchgangsöffnungen 21 ausgebildet sein. Diese Durchgangsöffnungen 21 befinden sich zwischen den Getrieben 2 der oberen Ebene E1, welche dazu entsprechend zu den Getrieben 2 der unteren Ebene E2 versetzt sind. Hierdurch wird eine hohe Packungsdichte an Stößeln 11 respektive Getriebeausgangsliedern 4 über der Fläche des Aktuators 20 erzielt. Insbesondere ist durch die beschriebene Verschachtelung die Packungsdichte nicht durch die Gesamtabmessungen der einzelnen Getriebe 2 begrenzt. In 12 ist zum Zweck der Veranschaulichung lediglich ein Versatz von Getrieben 2 in einer Haupterstreckungsrichtung der Substrate 10 dargestellt. Ein entsprechender Versatz kann jedoch zusätzlich auch in einer zweiten Haupterstreckungsrichtung senkrecht zur ersten Haupterstreckungsrichtung vorgenommen sein.
Ein vorstehend erläutertes Mikrosystem-Bauelement 1 wie auch ein vorstehend erläuterter Aktuator 20 können, wie in 13 beispielhaft gezeigt, in eine Spiegelanordnung 25 integriert werden. Diese Spiegelanordnung 25 weist eine Vielzahl von verstellbaren Spiegelelementen 26 auf. Dabei ist jeweils ein Spiegelelement 26 mit einem der Getriebeausgangsglieder 4 der Getriebe 2 verbunden. Jedes Spiegelelement 26 besitzt somit genau zwei rotatorische Bewegungsfreiheitsgrade, welche dessen einzige Bewegungsfreiheitsgrade darstellen.
Die Spiegelelemente 26 weisen jeweils eine optische Fläche 27 zur Reflexion elektromagnetischer Strahlung auf, welche bevorzugt im Drehpunkt P des zum jeweiligen Spiegelelement 26 zugehörigen Getriebes 2 liegt. Insbesondere können die Spiegelelemente 26 in der Art des in 9 dargestellten Stößels 11 ausgebildet sein. Da die Spiegelelemente 26 aufgrund der oben erläuterten Kinematik der Getriebe 2 lediglich um die x- und y-Achse verkippen können, jedoch an einer Drehung um die hierzu senkrechte z-Achse gehindert sind, ist eine enge Packung insbesondere auch unrunder optischer Flächen 27 möglich. Dazu trägt ferner bei, dass die vorgeschlagene Kinematik der Getriebe 2 mit allenfalls sehr geringen Störbewegungen behaftet ist.
Die Spiegelanordnung 25 kann wiederum Bestandteil einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie sein, welche insbesondere im EUV-Bereich betreibbar ist. Entsprechende Anlagen sind beispielsweise in DE 10 2013 206 529 A1 und DE 10 2011 006 100 A1 näher erläutert, deren Inhalt in Bezug auf das Anlagenlayout hier miteinbezogen wird.
14 zeigt beispielhaft eine erste Ausführungsvariante einer Projektionsbelichtungsanlage 30 für die Mikrolithographie, ohne dass die Erfindung auf dieses Anlagenlayout beschränkt wäre. Die Projektionsbelichtungsanlage 30 umfasst ein Beleuchtungssystem 31 und eine Projektionsoptik 32.
Das Beleuchtungssystem 31 weist eine Strahlungsquelle 33 und eine Beleuchtungsoptik 34 zur Belichtung eines Objektfeldes 35 in einer Objektebene 36 auf. Dabei wird ein im Objektfeld 35 angeordnetes, nicht näher dargestelltes reflektierendes Retikel belichtet.
Die Projektionsoptik 32 dient der Abbildung des Objektfeldes 35 in ein Bildfeld 37 in einer Bildebene 38. Die auf dem Retikel befindliche Struktur wird so auf eine lichtempfindliche Schicht eines Wafers 39 abgebildet, die sich in der Bildebene 38 befindet.
Das Retikel und der Wafer 39 werden im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 30 synchron in y-Richtung bewegt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 32 ist auch ein gegenläufiges Scannen des Retikels relativ zum Wafer 39 möglich.
Die Strahlungsquelle 33 emittiert eine Strahlung 40 im Bereich zwischen 1nm und 30 nm. Diese Strahlung wird von einem Kollektor 41 gebündelt und trifft nach Durchtreten einer Zwischenfokusebene 42 auf einen Feldfacettenspiegel 43. Der Feldfacettenspiegel 43 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 34 angeordnet, die zur Objektebene 36 optisch konjugiert ist. Von dort gelangt die Strahlung 40 zu einem Pupillenfacettenspiegel 44. Der Pupillenfacettenspiegel 44 kann in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 32 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene liegen.
Der Feldfacettenspiegel 43 und der Pupillenfacettenspiegel 44 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln mit entsprechenden Spiegelflächen aufgebaut. Zumindest einer dieser Spiegel 43, 44 kann entsprechend der in 13 dargestellten Spiegelanordnung 20 ausgeführt sein.
Mittels des Pupillenfacettenspiegels 44 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 45 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die Strahlung 40 bezeichneten Spiegeln 46, 47 und 48 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 43 einander überlagernd in das Objektfeld 35 abgebildet.
Die Strahlung 40 kann von der Strahlungsquelle 33 zum Objektfeld 35 über mehrere Ausleuchtungskanäle geführt werden. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle kann eine Feldfacette des Feldfacettenspiegels 43 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette des Pupillenfacettenspiegels 44 zugeordnet sein. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 43 und des Pupillenfacettenspiegels 44 können mittels oben erläuterter Mikrosystem-Bauelemente 1 und Aktuatoren 20 verkippbar ausgeführt sein, so dass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann. Dies ermöglicht unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel der Strahlung 40 über das Objektfeld 35 unterscheiden.
Eine Veränderung eines Beleuchtungssettings kann beispielsweise durch eine Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 43 und einen entsprechenden Wechsel der Zuordnung derselben zu den Einzelspiegeln des Pupillenfacettenspiegels 44 erreicht werden. Abhängig von der Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 43 werden die diesen Einzelspiegeln neu zugeordneten Einzelspiegel des Pupillenfacettenspiegels 44 so durch Verkippung nachgeführt, dass wiederum eine Abbildung der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 43 in das Objektfeld 35 gewährleistet ist.
15 zeigt beispielhaft eine zweite Ausführungsvariante einer Projektionsbelichtungsanlage 50 für die Mikrolithographie mit einem alternativen Beleuchtungssystem. An dessen Beleuchtungssystem 51 schließt eine nicht nähere dargestellte Projektionsoptik an, die entsprechend der in 14 dargestellten Projektionsoptik 32 ausgeführt sein kann.
Das Beleuchtungssystem 31 weist eine Strahlungsquelle 33 und eine Beleuchtungsoptik 34 zur Belichtung eines Objektfeldes 35 in einer Objektebene 36 auf. Dabei wird ein im Objektfeld 35 angeordnetes, nicht näher dargestelltes reflektierendes Retikel belichtet.
Von einer Strahlungsquelle 33 ausgehende Strahlung 40 wird zunächst von einem ersten Kollektor 52 gesammelt. Der erste Kollektor 52 kann als Parabolspiegel ausgebildet sein, der die Strahlungsquelle 33 in eine Zwischenfokusebene 42 abbildet. Von der Zwischenfokusebene 42 gelangt die Strahlung 40 zu einem Feldfacettenspiegel 53 und von dort wiederum zu einem Pupillenfacettenspiegel 54.
Von dem Pupillenfacettenspiegel 54 wird die Strahlung 40 zu einem reflektierenden Retikel 55 reflektiert, das in einer Objektebene 36 angeordnet ist. Von der Objektebene 36 ausgehend kann die Projektionsbelichtungsanlage 50 entsprechend 14 ausgeführt werden. Zudem kann zwischen dem Pupillenfacettenspiegel 54 und der Objektebene eine Übertragungsoptik entsprechend 14 vorgesehen werden.
Der Feldfacettenspiegel 53 kann als mikroelektromechanisches System (MEMS) entsprechend der oben erläuterten Spiegelanordnung ausgebildet sein und dementsprechend eine Vielzahl der oben erläuterten Mikrosystem-Bauelemente 1 aufweisen, so dass sich ein Array von Einzelspiegeln (MMA) 56 ergibt. Die Einzelspiegel 56 sind aktuatorisch verkippbar.
Die Einzelspiegel 56 repräsentieren, soweit eine Feldfacette durch jeweils genau einen Einzelspiegel realisiert ist, bis auf einen Skalierungsfaktor die Form des Objektfeldes 35. Der Feldfacettenspiegel 53 kann aus einer Vielzahl jeweils eine Feldfacette repräsentierenden Einzelspiegeln 56 gebildet sein. Alternativ zur Realisierung jeder Feldfacette durch genau einen Einzelspiegel 56 kann jede der Feldfacetten durch Gruppen von kleineren Einzelspiegeln 56 approximiert werden. Der Pupillenfacettenspiegel 54 weist eine Vielzahl von Pupillenfacetten 57 auf.
In beiden Ausführungsvarianten gemäß 14 und 15 sind die Einzelspiegel der jeweiligen Beleuchtungsoptik in einer evakuierbaren Kammer 58 untergebracht, welche auf einem Betriebsdruck von 10^–1 bis 10^–7 hPa gehalten werden kann.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele und Abwandlungen näher erläutert. Insbesondere können technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, unabhängig von diesen sowie in Kombination mit anderen Einzelmerkmalen verwirklicht werden, und zwar auch dann, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

1: Mikrosystem-Bauelement
2: Getriebe
3: Gestell (Getriebeglied)
4: Getriebeausgangsglied (Getriebeglied)
5.1–5.7: binäres Glied (Getriebeglied)
6.1–6.11: Gelenk
7.6–7.8: Gelenkachse
8.1: erste Antriebseinrichtung
8.2: zweite Antriebseinrichtung
9: Ausnehmung
10: Substrat
11: Stößel
20: Aktuator
21: Durchgangsöffnung
25: Spiegelanordnung
26: Spiegelelement
27: optische Fläche
30: Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
31: Beleuchtungssystem
32: Projektionsoptik
33: Strahlungsquelle
34: Beleuchtungsoptik
35: Objektfeld
36: Objektebene
37: Bildfeld
38: Bildebene
39: Wafer
40: Strahlung
41: Kollektor
42: Zwischenfokusebene
43: Feldfacettenspiegel
44: Pupillenfacettenspiegel
45: Übertragungsoptik
46: Spiegel
47: Spiegel
48: Spiegel
50: Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie
51: Beleuchtungssystem
52: Kollektor
53: Feldfacettenspiegel
54: Pupillenfacettenspiegel
55: Retikel
56: Einzelspiegel
57: Pupillenfacette
58: evakuierbare Kammer
101: Spiegelanordnung
102: Spiegelelement
103: optische Fläche
104: Einrichtung zur Einstellung der geometrische Ausrichtung der Spiegelelemente
105: Einzelaktuator
106: Aktuatorschicht
107: Kopplungsabschnitt
108: Durchgangsöffnung
110: Funktionsschicht
Ax: Kippachse
Ay: Kippachse
E1: erste Ebene
E2: zweite Ebene
K: gedachte Kugelfläche
P: Drehpunkt des Getriebes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013206529 A1 [0004, 0100]
DE 102011006100 A1 [0004, 0100]

Claims

Spiegelanordnung (101), insbesondere für eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, umfassend: eine Vielzahl von Spiegelelementen (102), die nebeneinanderliegend angeordnet sind, und eine Einrichtung (104) zur Einstellung der geometrischen Ausrichtung der Spiegelelemente (102), die eine Vielzahl von Einzelaktuatoren (105) aufweist, wobei den Spiegelelementen (102) zugeordnete Einzelaktuatoren (105) auf unterschiedliche Aktuatorschichten (106) verteilt sind, und die Aktuatorschichten (106) übereinanderliegend angeordnet sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelaktuatoren (105) einer ersten Aktuatorschicht (106.1) zu den Einzelaktuatoren (105) einer zweiten Aktuatorschicht (106.2) versetzt angeordnet sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente (102) jeweils eine kleinere Fläche beanspruchen als der zugehörige Einzelaktuator(105).
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente (102) jeweils über einen Kopplungsabschnitt (107) mit dem zugehörigen Einzelaktuator (105) verbunden sind, wobei sich die Kopplungsabschnitte (107) durch jene Aktuatorschichten hindurch erstrecken, welche der dem jeweiligen Einzelaktuator (105) zugehörigen Aktuatorschicht vorgelagert sind.
Spiegelanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei benachbarten Aktuatorschichten (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) eine Funktionsschicht (110) angeordnet ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsschicht (110) Mittel zur Ansteuerung der Einzelaktuatoren (105) aufweist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (104) zur Einstellung der geometrische Ausrichtung der Spiegelelemente (102) vier, sechs, acht oder neun Aktuatorschichten (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) aufweist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Spiegelelementen (102), welche jeweils mit Einzelaktuatoren (105) der gleichen Aktuatorschicht (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) gekoppelt sind, mindestens ein Spiegelelement (102) angeordnet ist, dessen Einzelaktuator (105) an einer anderen Aktuatorschicht (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) angeordnet ist.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem 2 × 2 Raster vier Spiegelelemente (102) angeordnet sind, deren Einzelaktuatoren (105) an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) angeordnet sind, oder in einem wabenförmigen Raster sieben Spiegelelemente (102) angeordnet sind, deren Einzelaktuatoren (105) an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) angeordnet sind, oder in einem 4 × 4 Raster sechzehn Spiegelelemente (102) angeordnet sind, deren Einzelaktuatoren (105) paarweise an der gleichen Aktuatorschicht (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) angeordnet sind, wobei die entsprechenden Einzelaktuatorenpaare an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) angeordnet sind, oder in einem 3 × 3 Raster neun Spiegelelemente (102) angeordnet sind, deren Einzelaktuatoren (105) an unterschiedlichen der übereinanderliegenden Aktuatorschichten (106.1, 106.2, 106.3, 106.4) angeordnet sind.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzelaktuator (105) ein Mikrosystem-Bauelement (1) in Form eines sphärischen Getriebes (2) mit zwei Bewegungsfreiheitsgraden aufweist, dessen Getriebeausgangsglied (4) entlang einer gedachten Kugelfläche (K) bewegbar ist und mit einem Spiegelelement (102) verbunden ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeausgangsglied (4) entlang der gedachten Kugelfläche (K) verdrehungsfrei bewegbar ist.
Spiegelanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente (102) jeweils eine optische Fläche (103) aufweisen, welche im Drehpunkt (P) des zum jeweiligen Spiegelelement (102) zugehörigen Getriebes (2) liegt.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) ein Gestell (3) mit einer Ausnehmung (9) aufweist, innerhalb welcher alle weiteren Glieder (4, 5.1–5.7) des Getriebes (2) angeordnet sind.
Spiegelanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Glieder (3, 4, 5.1–5.7) des Getriebes (2) in ein flächenartiges Substrat (10) integriert sind.
Spiegelanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) eben oder gewölbt ist und eine Vielzahl von Getrieben (2) aufweist, welche über die Fläche des Substrats (10) verteilt angeordnet sind.
Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, umfassend mindestens eine Spiegelanordnung (101) nach einem der vorgenannten Ansprüche.