DE102016202408A1

DE102016202408A1 - Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System

Info

Publication number: DE102016202408A1
Application number: DE102016202408.6A
Authority: DE
Inventors: Ulrich SCHÖNHOFF
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System. Gemäß einer Ausführungsform weist eine Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System in wenigstens einem Freiheitsgrad wenigstens einen Positionssensor (122a, 222a) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von jeweils für die Position des Elementes (121, 221) charakteristischen ersten Sensorsignalen (123, 223) auf Basis einer relativ zu einem Referenzrahmen (150) erfolgenden Positionsmessung, wenigstens einen inertialen Sensor (122b, 222b) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von zweiten Sensorsignalen (124, 224) auf Basis einer für das Element relativ zu einer Hilfsmasse (160) erfolgenden Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsmessung, wenigstens einen Aktor (120, 220) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element, und wenigstens einen Positionsregler (113, 213) auf, welcher in einem Positionsregelkreis eine von dem wenigstens einen Aktor auf das Element zur Positionierung des Elementes ausgeübte Kraft in Abhängigkeit von den Sensorsignalen (123, 124, 223, 224) regelt, wobei die Anordnung derart ausgelegt ist, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Regelung zu wenigstens 80% auf Basis der zweiten Sensorsignale des wenigstens einen inertialen Sensors erfolgt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In einer für EUV (d.h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
Grundsätzlich kann in einer Projektionsbelichtungsanlage bei der Positionsmanipulation eines Elementes wie z.B. eines Spiegels die jeweilige Spiegelposition mittels eines Positionssensors gemessen und mittels eines Reglers über einen Aktor auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Hierbei tritt jedoch grundsätzlich das Problem auf, dass jede von einem Aktor auf ein Element wie z.B. den jeweiligen Spiegel ausgeübte Kraft aufgrund des Newtonschen Prinzips „actio = reactio“ mit einer in entgegengesetzter Richtung wirkenden Reaktionskraft gleichen Betrages einhergeht. Zu Veranschaulichung zeigt 5 die Zerlegung eines offenen Regelkreises in einen Aktionspfad und einen Reaktionspfad. Ein Positionsregler 551 erzeugt gemäß 5 ein Signal für einen Aktor 552, wobei ein Anteil der von dem Aktor 552 erzeugten Kraft im Aktionspfad auf ein zu positionierendes Element (z.B. Spiegel) 553 und der andere Anteil der von dem Aktor 552 erzeugten Kraft im Reaktionspfad auf in diesem befindliche mechanische Komponenten (z.B. einen Tragrahmen oder einen Sensorrahmen) 554 übertragen wird. Mit „555“ ist ein Positionssensor bezeichnet. In der Anordnung von 5 können – typischerweise schwach gedämpfte – Resonanzen der im Reaktionspfad befindlichen mechanischen Komponenten angeregt werden, welche wiederum vom Positionssensor 555 erfasst werden und schließlich bei der gewünschten Bandbreite den Positionsregelkreis destabilisieren können.
Bekannte Ansätze zur Überwindung dieses Problems beinhalten beispielsweise den Einsatz von Reaktionsmassen für die jeweiligen Aktoren sowie die Realisierung eines von einem Tragrahmen mechanisch entkoppelten Sensorrahmens.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2013 201 081 A1 und DE 10 2013 201 082 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche bei verhältnismäßig geringem konstruktivem Aufwand und kompaktem Aufbau eine möglichst präzise und störungsfreie Manipulation des Elementes ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch Anordnungen gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System in wenigstens einem Freiheitsgrad auf:

– wenigstens einen Positionssensor je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von jeweils für die Position des Elementes charakteristischen ersten Sensorsignalen auf Basis einer relativ zu einem Referenzrahmen erfolgenden Positionsmessung,
– wenigstens einen inertialen Sensor je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von zweiten Sensorsignalen auf Basis einer für das Element relativ zu einer Hilfsmasse erfolgenden Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsmessung,
– wenigstens einen Aktor je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element, und
– wenigstens einen Positionsregler, welcher in einem Positionsregelkreis eine von dem wenigstens einen Aktor auf das Element zur Positionierung des Elementes ausgeübte Kraft in Abhängigkeit von den Sensorsignalen regelt,
– wobei die Anordnung derart ausgelegt ist, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Regelung zu wenigstens 80% auf Basis der zweiten Sensorsignale des wenigstens einen inertialen Sensors erfolgt.

Der Erfindung liegt gemäß diesem Aspekt insbesondere das Konzept zugrunde, die Kraftausübung auf das Element in einem vergleichsweise hochfrequenten Bereich, also die dynamische Positionsregelung, ausschließlich oder zumindest überwiegend unter Nutzung inertialer Sensoren, d.h. gegen jeweils eine Hilfsmasse messender Sensoren durchzuführen. Bei diesen inertialen Sensoren kann es sich um Geschwindigkeitssensoren oder um Beschleunigungssensoren handeln, wobei aus den jeweiligen Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssignalen die für die Positionsregelung benötigten Positionssignale durch ein- bzw. zweifache zeitliche Integration ermittelt werden können.
Die o.g. Grenzfrequenz sollte so niedrig gewählt werden, dass der betreffende Teil des Regelkreises die Eigenmoden des bzw. der (Referenz-)Rahmen(s) nicht destabilisiert. Solche Eigenmoden liegen typischerweise im Bereich von 100 bis 500 Hz. Die Grenzfrequenz sollte deutlich, d.h. mindestens um einen Faktor zwei, darunter liegen.
Dabei wird erfindungsgemäß insbesondere der Umstand ausgenutzt, dass inertiale Sensoren keine mechanische Anbindung zur Außenwelt benötigen. Dies hat wiederum zur Folge, dass eine größere Freiheit hinsichtlich der möglichen Positionierung an dem jeweiligen Element (z.B. einem Spiegel) gewonnen wird. Beispielsweise können die inertialen Sensoren an Positionen angebracht werden, die hinsichtlich der Eigenschwingungen des Elements (z.B. des Spiegels) vergleichsweise günstig sind bzw. diese weniger stark erfassen (etwa eine i.W. mittig auf der Spiegelrückseite liegende Position), wodurch im Ergebnis höhere Regelungsbandbreiten ermöglicht werden.
Der Erfindung geht dabei auch von der Überlegung aus, dass Positionssensoren, welche eine Positionsmessung relativ zu einem Referenzrahmen (z.B. einem Sensorrahmen) durchführen und im Weiteren auch als „relative Sensoren“ bezeichnet werden, auch Schwingungen messen, die am Referenzrahmen selbst auftreten, was zu Stabilitätsproblemen des Regelkreises führen kann. Dadurch, dass nun erfindungsgemäß die dynamische Positionsregelung bzw. die Kraftausübung auf das Element in einem vergleichsweise hochfrequenten Bereich überwiegend oder ausschließlich auf Basis der inertialen Sensoren und somit jeweils auf Basis von gegen Hilfsmassen stattfindenden Messungen erfolgt, kommt der Dynamik des besagten Referenzrahmens weniger oder keine Relevanz mehr zu, so dass auch die Gestaltung des besagten Referenzrahmens (etwa hinsichtlich der Steifigkeit des jeweiligen Rahmens, einer Entkopplung von Sensor- und Tragrahmen oder der Verwendung von Reaktionsmassen) weniger aufwändig zu erfolgen braucht.
Ein weiterer Vorteil ist die mögliche Reduzierung der Anforderungen an die relativen Positionssensoren hinsichtlich deren Bandbreite und Abtastrate.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Anordnung derart ausgelegt, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Regelung zu wenigstens 90%, insbesondere zu wenigstens 95%, weiter insbesondere ausschließlich, auf Basis der zweiten Sensorsignale des wenigstens einen inertialen Sensors erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner eine Integriereinheit zur Erzeugung von Positionssignalen aus den von dem wenigstens einen inertialen Sensor gelieferten Sensorsignalen auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung eine erste Anzahl von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine stellbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist, und eine zweite Anzahl von inertialen Sensoren auf, wobei die zweite Anzahl größer ist als die erste Anzahl. Hierdurch wird ebenfalls der Umstand genutzt, dass durch den Einsatz inertialer Sensoren eine größere Freiheit hinsichtlich der Platzierung der Sensoren relativ zum Element gewonnen wird. In Ausführungsformen der Erfindung können dabei hinsichtlich der Anordnung von Sensoren und Aktoren auch bestimmte Symmetrien des Elementes genutzt werden, um so die Anregung bestimmter Eigenschwingungsmoden zu vermeiden.
Die Erfindung ist hinsichtlich der Nutzung inertialer Regelungskomponenten im hochfrequenten Bereich bzw. bei der dynamischen Positionsregelung nicht auf die Verwendung inertialer Sensoren beschränkt. Gemäß einem weiteren Aspekt kann das gleiche Ziel auch durch Nutzung inertialer Aktoren erreicht werden. Hierunter werden hier und im folgenden Aktoren verstanden, welche zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element unter Erzeugung einer auf jeweils eine Hilfsmasse zurückwirkenden Kraft ausgelegt sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung daher auch eine Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System in wenigstens einem Freiheitsgrad, mit:

– wenigstens einem Positionssensor je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von jeweils für die Position des Elementes charakteristischen Sensorsignalen;
– wenigstens einem ersten Aktor je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element unter Erzeugung einer auf einen Referenzrahmen zurückwirkenden Kraft;
– wenigstens einem zweiten Aktor je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation, welcher als inertialer Aktor zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element unter Erzeugung einer auf jeweils eine Hilfsmasse zurückwirkenden Kraft ausgelegt ist; und
– wenigstens einem Positionsregler, welcher in einem Positionsregelkreis eine von den Aktoren auf das Element zur Positionierung des Elementes ausgeübte Kraft in Abhängigkeit von den Sensorsignalen regelt;
– wobei die Anordnung derart ausgelegt ist, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Kraftausübung auf das Element zu wenigstens 80% durch den wenigstens einen inertialen Aktor erfolgt.

Der Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass immer dann, wenn ein Aktor eine Kraft auf das Element ausübt, auch eine Reaktionskraft wirkt, welche ggf. in einen Referenzrahmen übertragen wird und dabei je nach konkretem Aufbau direkt auf den Sensorrahmen (oder indirekt über einen Tragrahmen auf den Sensorrahmen) wirken kann. Dies hat wiederum zur Folge, dass der Regler über den Aktor und bzw. den Reaktionspfad Schwingungen anregen kann, welche zu Stabilitätsproblemen des Regelkreises führen können. Dadurch, dass nun gemäß dem o.g. Aspekt die dynamische Positionsregelung bzw. die Kraftausübung auf das Element in einem vergleichsweise hochfrequenten Bereich überwiegend oder ausschließlich auf Basis der inertialen Aktoren erfolgt, werden Stabilitätsprobleme des Regelkreises aufgrund des Reaktionspfades von vorneherein verringert oder vermieden. Infolgedessen kann auch auf den Einbau von herkömmlicherweise zur Entkopplung eingesetzten Reaktionsmassen in die Aktoren verzichtet werden.
Die dynamische Positionsregelung bzw. die Kraftausübung auf das Element im hochfrequenten Bereich wird gemäß dem o.g. Aspekt der Erfindung bereits von vorneherein entkoppelt von dem Referenzrahmen, da die inertialen Aktoren keinerlei Kräfte auf den Referenzrahmen (sondern nur auf das Element unter Rückwirkung auf die jeweilige Hilfsmasse) ausüben und der Referenzrahmen somit auch nicht durch die betreffenden inertialen Aktoren angeregt wird.
Im Ergebnis können auf diese Weise vergleichsweise hohe Regelungsbandbreiten realisiert werden, ohne dass eine Begrenzung durch eine Destabilisierung infolge der Anregung von Schwingungsmoden des Referenzrahmens gegeben ist.
Dabei ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass aufgrund des Umstandes, dass etwa in einem optischen System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage die bei der Positionsregelung der optischen Elemente (z.B. Spiegel) auftretenden Störungen und damit auch die bei der dynamischen Positionsregelung aufzubringenden Kräfte typischerweise sehr klein sind (und etwa im Nanometer- oder Subnanometer-Bereich liegen können), auch nur vergleichsweise geringe Hilfsmassen für die inertialen Aktoren benötigt werden (wobei diese Hilfsmassen lediglich beispielhaft und größenordnungsmäßig im Bereich von (10–100)g liegen können), so dass auch die inertialen Aktoren entsprechend klein ausgeführt werden können. Im Ergebnis führt dies zu einer weiteren Reduzierung des konstruktiven Aufwandes (wobei auch der Aufwand im Vergleich zur Verwendung von relativ aufwändigen inertialen Sensoren noch reduziert wird).
Des Weiteren ergibt sich auch bei diesem Aspekt der Erfindung der Vorteil, dass eine größere Freiheit hinsichtlich der möglichen Positionierung der Aktoren sowie der Sensoren in Bezug auf das Element gewonnen wird, so dass jeweils vergleichsweise günstige (d.h. insbesondere die Schwingungsmoden des Elements weniger stark erfassende bzw. anregende) Positionen gewählt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Anordnung derart ausgelegt, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Kraftausübung auf das Element zu wenigstens 90%, insbesondere zu wenigstens 95%, weiter insbesondere ausschließlich durch den wenigstens einen inertialen Aktor erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Anordnung eine erste Anzahl von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine stellbare Kraft auf das optische Element übertragbar ist, und eine dritte Anzahl von Aktoren zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element auf, wobei die dritte Anzahl größer ist als die erste Anzahl. Auch hier wird der bereits erwähnte Umstand genutzt, dass durch den Einsatz inertialer Aktoren eine größere Freiheit hinsichtlich der Platzierung der Sensoren bzw. Aktoren relativ zum Element gewonnen wird, wobei insbesondere bestimmte Symmetrien des Elementes genutzt werden können, um so die Anregung bestimmter Eigenschwingungsmoden zu vermeiden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Regler ein PID-Regler, welcher in einem ersten Zweig (I-Zweig) einen I-Anteil und in einem zweiten Zweig (PD-Zweig) einen P-Anteil und einen D-Anteil aufweist. Dabei können im Falle der Nutzung inertialer Sensoren die Sensorsignale der inertialen Sensoren über den PD-Zweig geführt werden. Im Falle der Nutzung inertialer Aktoren können diese inertialen Aktoren über den PD-Zweig angesteuert sein.
Auf diese Weise kann die sich in einer PID-Reglerarchitektur bereits „in natürlicher Weise“ ergebende Frequenzaufteilung zwischen dem i.W. statisch arbeitenden I-Anteil und dem vergleichsweise dynamisch arbeitenden PD-Anteil genutzt werden, um nur den hochfrequenten Anteil den inertialen Sensoren bzw. Aktoren zuzuordnen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung in Verbindung mit einer PID-Reglerarchitektur beschränkt, so dass die erfindungsgemäße Frequenzaufteilung auch in beliebiger anderer geeigneter Weise erfolgen kann. Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung z.B. einen Tiefpass-Filter und einen Hochpass-Filter auf. Dabei können im Falle der Nutzung inertialer Sensoren die ersten Sensorsignale des wenigstens einen Positionssensors über den Tiefpass-Filter geführt sein, und die zweiten Sensorsignale des wenigstens einen inertialen Sensors können über den Hochpass-Filter geführt sein. Im Falle der Nutzung inertialer Aktoren kann der wenigstens eine inertiale Aktor über den Hochpass-Filter angesteuert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zu positionierende Element ein Spiegel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische System eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage.
Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. Die Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere für einen Betrieb im EUV bzw. bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere kleiner als 15 nm, ausgelegt sein.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Realisierung im EUV beschränkt. In weiteren Anwendungen kann die Projektionsbelichtungsanlage auch für einen Betrieb im VUV-Bereich ausgelegt sein, beispielsweise für Wellenlängen kleiner als 200 nm, insbesondere kleiner als 160 nm.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1–4 schematische Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Konzepts anhand unterschiedlicher Ausführungsformen;
5 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aktions- und Reaktionspfades in einem Positionsregelkreis; und
6 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird zunächst ein möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elements in einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1a–b beschrieben. Hierbei handelt es sich bei dem optischen Element beispielsweise um einen Spiegel einer (z.B. für den Betrieb im EUV ausgelegten) mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, deren möglicher Aufbau im Weiteren noch unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird.
Gemäß 1a wird in der Anordnung 100 die Differenz aus einem für die Position des optischen Elements (z.B. Spiegels) vorgegebenen Sollwert 110 und einem Ist-Wert 111 als Regelabweichung 112 einem Regler 113 zugeführt, welcher im Ausführungsbeispiel als PID-Regler mit einem I-Zweig 114 und einem PD-Zweig 115 ausgelegt ist. Der durch Addition von I-Anteil und PD-Anteil erhaltene Wert 116 wird mit einer Transformationsmatrix (T_A) 117 in entsprechende Ansteuerungssignale 118 für Aktoren 120 umgerechnet, welche entsprechend Kräfte zur Positionierung auf das Element 121 ausüben.
Mit „122a“ sind in 1a Positionssensoren bezeichnet, welche für die Position des Elementes 121 charakteristische Sensorsignale 123 auf Basis einer relativ zu einem Referenzrahmen (z.B. einem Sensorrahmen) erfolgenden Positionsmessung erzeugen.
Zusätzlich zu diesen (im Weiteren auch als „relative Sensoren“ bezeichneten) Positionssensoren 122a weist die mit „119“ bezeichnete Regelstrecke inertiale Sensoren 122b auf, welche als Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensoren ausgelegt sein können und jeweils eine (Geschwindigkeits- oder Beschleunigungs-)Messung an dem Element 121 relativ zu jeweils einer Hilfsmasse durchführen.
Die von den inertialen Sensoren 122b erzeugten Sensorsignale 124 werden durch Integration in einer Integriereinheit 125 (in welcher Geschwindigkeitssignale einfach und Beschleunigungssignale zweifach integriert werden) in Positionssignale 126 umgewandelt. Den relativen Positionssensoren 122a ist eine Transformationsmatrix (T_S,I) 127 zugeordnet, wobei die mit dieser Transformationsmatrix 127 aus den Positionssignalen 123 errechneten Werte als Ist-Wert 111 zur Subtraktion vom Soll-Wert 110 zwecks Ermittlung der Regelabweichung 112 am Eingang des Reglers 113 verwendet werden. Die mit einer weiteren Transformationsmatrix (T_S,PD) 128 aus den Positionssignalen 126 errechneten Werte werden hingegen dem PD-Zweig 115 des Reglers 113 zugeführt.
Die Erfindung geht gemäß dem anhand von 1a beschriebenen Aspekt zunächst aus von dem Einsatz sowohl inertialer Sensoren als auch relativer Sensoren, wie er grundsätzlich in DE 10 2013 201 081 A1 beschrieben (und dort in 22 dargestellt) ist, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung nun die inertialen Sensoren und die relativen Sensoren regelungstechnisch besonders vorteilhaft kombiniert werden. Im Ergebnis wird durch die in 1a dargestellte Anordnung 100 erreicht, dass die dynamische Positionsregelung bzw. die Kraftausübung auf das Element 121 im vergleichsweise hochfrequenten Bereich auf Basis der inertialen Sensoren 122b und somit jeweils auf Basis von gegen Hilfsmassen (und nicht gegen den Referenzrahmen) erfolgt mit der Folge, dass der Dynamik des besagten Referenzrahmens weniger oder keine Relevanz mehr zukommt.
1b zeigt in lediglich schematischer Darstellung eine zu 1a entsprechende physikalische Anordnung, wobei dem Element 121 bzw. Spiegel eine Mehrzahl von Positionssensoren 122a für die Positionsmessung relativ zu dem (mit „150“ bezeichneten) Referenzrahmen sowie eine Mehrzahl von Aktoren 120 zur Kraftausübung auf das Element 121 in Abhängigkeit von den Sensorsignalen der Positionssensoren 122a vorgesehen sind. Des Weiteren sind eine Mehrzahl inertialer Sensoren 122b zur Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsmessung relativ zu jeweils einer (in 1b mit „160“ bezeichneten) Hilfsmasse vorgesehen, wobei die jeweiligen elastischen Anbindungen der Hilfsmassen 160 an das Element 121 bzw. den Spiegeln mit „140“ bezeichnet sind.
2 zeigt einen weiteren möglichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung 200, wobei im Vergleich zu 1a analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die Anordnung 200 gemäß 2 unterscheidet sich von der Anordnung 100 aus 1a insbesondere dadurch, dass die erfindungsgemäße Frequenzaufteilung gemäß 2 nicht über eine Ausgestaltung des Reglers 213 als PID-Regler mit einem I- und einem PD-Zweig erfolgt, sondern stattdessen ein Tiefpassfilter 229 und ein Hochpassfilter 230 vorgesehen sind, wobei die Sensorsignale der relativen Positionssensoren 222a nach Umrechnung mit einer ersten Transformationsmatrix (T_S,1) 227 über den Tiefpassfilter 229 geführt sind, und wobei die Sensorsignale 224 der inertialen Sensoren 222b nach (ein- bzw. zweifacher) Integration in der Integrationseinheit 225 und Umrechnung mit einer zweiten Transformationsmatrix (T_S,2) 228 über den Hochpassfilter 230 geführt sind.
Im Ergebnis wird auch mit der Anordnung von 2 erreicht, dass die dynamische Positionsregelung bzw. die Kraftausübung auf das Element 221 im vergleichsweise hochfrequenten Bereich auf Basis der inertialen Sensoren 222b erfolgt.
Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf 3a–b und 4 Ausführungsformen beschrieben, in welchen jeweils inertiale Aktoren (anstelle von inertialen Sensoren) genutzt werden, wobei diese inertialen Aktoren jeweils zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element unter Erzeugung einer auf jeweils eine Hilfsmasse zurückwirkenden Kraft ausgelegt sind. Dabei sind in 3a zu 1a analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Die Anordnung 300 gemäß 3a unterscheidet sich von der Anordnung 100 aus 1a insbesondere dadurch, dass in der Regelstrecke 319 lediglich relative Positionssensoren 322 vorgesehen sind, welche jeweils eine relativ zu einem Referenzrahmen erfolgende Positionsmessung zur Erzeugung entsprechender Positionssignale 323 durchführen.
Dafür sind in der Anordnung 300 gemäß 3a zweierlei Arten von Aktoren zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element 321 vorgesehen. Zum einen sind Aktoren 320a vorgesehen, welche (analog zu den Aktoren 120 aus 1) stellbare Kräfte auf das Element 321 unter Erzeugung einer auf einen Referenzrahmen (z.B. einen Tragrahmen) zurückwirkenden Kraft ausüben. Diese Aktoren 320a werden im Weiteren auch als „rückwirkende Aktoren“ bezeichnet.
Zusätzlich zu diesen rückwirkenden Aktoren 320a sind in der Anordnung 300 inertiale Aktoren 320b vorgesehen, welche stellbare Kräfte auf das Element 321 unter Erzeugung einer auf jeweils eine Hilfsmasse (und nicht auf den Referenzrahmen) zurückwirkenden Kraft ausüben.
3b zeigt analog zu 1b eine der Ausführungsform von 3a entsprechende physikalische Anordnung, wobei eine Mehrzahl von Positionssensoren 322 für die Positionsmessung relativ zu dem (in 3b mit „350“ bezeichneten) Referenzrahmen sowie eine Mehrzahl von ersten Aktoren 320a zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element 121 bzw. den Spiegel unter Erzeugung jeweils einer auf den Referenzrahmen 350 zurückwirkenden Kraft vorgesehen sind. Des Weiteren ist eine Mehrzahl zweiter Aktoren 320b zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element 321 bzw. den Spiegel unter Erzeugung einer auf jeweils eine (in 3b mit „360“ bezeichnete) Hilfsmasse zurückwirkenden Kraft vorgesehen. Die jeweiligen elastischen Anbindungen der Hilfsmassen 360 an das Element 321 bzw. den Spiegel sind mit „340“ bezeichnet.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3a ist der Regler 313 analog zu 1a mit einem I-Zweig 314 und einem PD-Zweig 315 ausgestattet. Hierbei sind die Aktoren 320a über den I-Zweig 314 angesteuert, wobei den Aktoren 320a die über eine Transformationsmatrix (T_A,I) 317a umgerechneten Werte 318a zugeführt werden. Hingegen sind die inertialen Aktoren 320b über den PD-Zweig 315 angesteuert, wobei den inertialen Aktoren 320b die über eine weitere Transformationsmatrix (T_A,PD) 317b umgerechneten Werte 318b zugeführt werden, und wobei die Signale 316b aus dem PD-Zweig 315 Eingangssignale 316b für die Transformationsmatrix 317b bilden.
Die Erfindung geht gemäß dem anhand von 3a–b beschriebenen Aspekt zunächst wiederum aus von dem Einsatz sowohl inertialer Aktoren als auch relativer Aktoren, wie er grundsätzlich in DE 10 2013 201 081 A1 beschrieben (und dort in 21 dargestellt) ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun die inertialen Aktoren und die relativen Aktoren regelungstechnisch besonders vorteilhaft kombiniert. Im Ergebnis wird erfindungsgemäß mit der Anordnung 300 von 3a erreicht, dass die dynamische Positionsregelung bzw. die Kraftausübung auf das Element 321 im vergleichsweise hochfrequenten Bereich auf Basis der inertialen Aktoren 320b erfolgt, so dass Stabilitätsprobleme des Regelkreises aufgrund einer unerwünschten Übertragung von Reaktionskräften auf den Referenzrahmen von vornherein vermieden werden können.
Mit „331“ ist in 3a ein Sollwert-Generator bezeichnet, welcher über eine Feedforward-Regelung 332 Signale auf den Ausgang des I-Zweiges 314 (bzw. über die Transformationsmatrix 317a auf die rückwirkenden Aktoren 320a) aufschaltet, um z.B. eine gewünschte Verfahrbewegung des Elements 321 (z.B. zur Überführung von einem Ort „A“ zu einem Ort „B“) zu realisieren. Dadurch, dass im Ausführungsbeispiel das entsprechende Signal auf die „rückwirkenden“ Aktoren 320a aufgeschaltet wird, werden diese rückwirkenden Aktoren 320a (welche vergleichsweise große Kräfte aufbringen können) unter entsprechender Entlastung der inertialen Aktoren 320b zur Realisierung der besagten Verfahrbewegung genutzt.
4 zeigt eine Anordnung 400 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind zu 3a analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Die Anordnung 400 unterscheidet sich von der Anordnung 300 aus 3a insbesondere dadurch, dass die erfindungsgemäße Frequenzaufteilung zwischen den rückwirkenden Aktoren 420a und den inertialen Aktoren 420b nicht über eine Ausgestaltung des Reglers 413 als PID-Regler mit einem I-Zweig und einem PD-Zweig, sondern – insoweit analog zur Anordnung 200 von 2 – unter Nutzung eines Tiefpassfilters 429 und eines Hochpassfilters 430 realisiert wird. Dabei werden die rückwirkenden Aktoren 420a über den Tiefpassfilter 429 angesteuert (d.h. den Aktoren 420a werden die mit der Transformationsmatrix 417a umgerechneten Werte 418a zugeführt), und die inertialen Aktoren 420b werden über den Hochpassfilter 430 angesteuert (d.h. den Aktoren 420b werden die mit der Transformationsmatrix 417b umgerechneten Werte 418b zugeführt). In Ausführungsformen der Erfindung kann die Anzahl an inertialen Sensoren die Anzahl der zu regelnden Freiheitsgrade des Elements übersteigen, so dass eine „Übersensierung“ verwirklicht wird, wie sie dem Fachmann also solche aus DE 10 2013 201 082 A1 bekannt ist.
In Ausführungsformen der Erfindung können dabei hinsichtlich der Anordnung von Sensoren und Aktoren auch bestimmte Symmetrien des Elementes genutzt werden, und so die Anregung bestimmter Eigenschwingungsmoden zu vermeiden. Hierdurch wird der bereits erwähnte vorteilhafte Umstand genutzt, dass durch den Einsatz inertialer Sensoren bzw. Aktoren eine größere Freiheit hinsichtlich der Platzierung der Sensoren bzw. Aktoren relativ zum Element gewonnen wird. Hinsichtlich beispielhafter konkreter Anordnungen wird auf DE 10 2013 201 081 A1 (vgl. dort 18 ff.) verwiesen.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung beispielsweise realisierbar ist.
Gemäß 6 weist eine Beleuchtungseinrichtung in einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 600 einen Feldfacettenspiegel 603 und einen Pupillenfacettenspiegel 604 auf. Auf den Feldfacettenspiegel 603 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 601 und einen Kollektorspiegel 602 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 604 sind ein erster Teleskopspiegel 605 und ein zweiter Teleskopspiegel 606 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 607 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 651–656 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 621 auf einem Maskentisch 620 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 661 auf einem Wafertisch 660 befindet. Grundsätzlich kann die Erfindung zur Positionsmanipulation beliebiger der Spiegel der Projektionsbelichtungsanlage 600 eingesetzt werden.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013201081 A1 [0006, 0045, 0056, 0060]
DE 102013201082 A1 [0006, 0059]

Claims

Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System in wenigstens einem Freiheitsgrad, mit: • wenigstens einem Positionssensor (122a, 222a) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von jeweils für die Position des Elementes (121, 221) charakteristischen ersten Sensorsignalen (123, 223) auf Basis einer relativ zu einem Referenzrahmen (150) erfolgenden Positionsmessung; • wenigstens einem inertialen Sensor (122b, 222b) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von zweiten Sensorsignalen (124, 224) auf Basis einer für das Element (121, 221) relativ zu einer Hilfsmasse (160) erfolgenden Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsmessung; • wenigstens einem Aktor (120, 220) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element (121, 221); und • wenigstens einem Positionsregler (113, 213), welcher in einem Positionsregelkreis eine von dem wenigstens einen Aktor (120, 220) auf das Element (121, 221) zur Positionierung des Elementes (121, 221) ausgeübte Kraft in Abhängigkeit von den Sensorsignalen (123, 124, 223, 224) regelt; dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derart ausgelegt ist, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Regelung zu wenigstens 80% auf Basis der zweiten Sensorsignale (124, 224) des wenigstens einen inertialen Sensors (122b, 222b) erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derart ausgelegt ist, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Regelung zu wenigstens 90%, insbesondere zu wenigstens 95%, weiter insbesondere ausschließlich, auf Basis der zweiten Sensorsignale (124, 224) des wenigstens einen inertialen Sensors (122b, 222b) erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine Integriereinheit (125, 225) zur Erzeugung von Positionssignalen (126, 226) aus den von dem wenigstens einen inertialen Sensor (122b, 222b) gelieferten zweiten Sensorsignalen (124, 224) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine stellbare Kraft auf das optische Element (121, 221) übertragbar ist, und einer zweiten Anzahl (n_S) von inertialen Sensoren (122b, 222b), wobei die zweite Anzahl (n_S) größer ist als die erste Anzahl (n_R).
Anordnung zur Positionsmanipulation eines Elementes in einem optischen System in wenigstens einem Freiheitsgrad, mit: • wenigstens einem Positionssensor (322, 422) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Erzeugung von jeweils für die Position des Elementes (321, 421) charakteristischen Sensorsignalen; • wenigstens einem ersten Aktor (320a, 420a) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element (321, 421) unter Erzeugung einer auf einen Referenzrahmen (350) zurückwirkenden Kraft; • wenigstens einem zweiten Aktor (320b, 420b) je Freiheitsgrad der Positionsmanipulation, welcher als inertialer Aktor zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element (321, 421) unter Erzeugung einer auf jeweils eine Hilfsmasse (360) zurückwirkenden Kraft ausgelegt ist; • wenigstens einem Positionsregler (313, 413), welcher in einem Positionsregelkreis eine von den Aktoren (320a, 320b, 420a, 420b) auf das Element (321, 421) zur Positionierung des Elementes (321, 421) ausgeübte Kraft in Abhängigkeit von den Sensorsignalen regelt; dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung derart ausgelegt ist, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Kraftausübung auf das Element (321, 421) zu wenigstens 80% durch den wenigstens einen inertialen Aktor (320b, 420b) erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese derart ausgelegt ist, dass oberhalb einer vorgegebenen Grenzfrequenz die Kraftausübung auf das Element (321, 421) zu wenigstens 90%, insbesondere zu wenigstens 95%, weiter insbesondere ausschließlich durch den wenigstens einen inertialen Aktor (320b, 420b) erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, mit einer ersten Anzahl (n_R) von Freiheitsgraden, wobei in jedem dieser Freiheitsgrade eine stellbare Kraft auf das optische Element (321, 421) übertragbar ist, und einer dritten Anzahl (n_A) von inertialen Aktoren (320b, 420b) zur Ausübung stellbarer Kräfte auf das Element (321, 421), wobei die dritte Anzahl (n_A) größer ist als die erste Anzahl (n_R).
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (113, 313) ein PID-Regler ist, welcher in einem ersten Zweig (I-Zweig) (114, 314) einen I-Anteil und in einem zweiten Zweig (PD-Zweig) (115, 315) einen P-Anteil und einen D-Anteil aufweist.
Anordnung nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Sensorsignale (124) des wenigstens einen inertialen Sensors (122b) über den PD-Zweig (115) geführt sind.
Anordnung nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine inertiale Aktor (320b) über den PD-Zweig (315) angesteuert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Tiefpass-Filter (229, 429) und einen Hochpass-Filter (230, 430) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Sensorsignale (223) des wenigstens einen Positionssensors (222a) über den Tiefpass-Filter (229) geführt sind und die zweiten Sensorsignale (224) des wenigstens einen inertialen Sensors (222b) über den Hochpass-Filter geführt sind.
Anordnung nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine inertiale Aktor (420b) über den Hochpass-Filter (430) angesteuert ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu positionierende Element (121, 221, 321, 421) ein Spiegel ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein optisches System einer Projektionsbelichtungsanlage ist.
Projektionsbelichtungsanlage mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass diese für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere von weniger als 15 nm ausgelegt ist.