DE102016212260A1

DE102016212260A1 - Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls

Info

Publication number: DE102016212260A1
Application number: DE102016212260.6A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Bihr; Markus Holz; Markus Hauf
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Vorrichtung (1) zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls (2) und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals (VOUT), umfassend eine Sensoranordnung (3), eine Ausleseschaltung (4) und Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Eingangssignals (VIN). Vorgesehen ist, dass die Sensoranordnung (3) zur Bestimmung der Ausrichtung wenigstens einen Messwert wenigstens einer präferierten physikalischen Größe erfasst. Die Sensoranordnung (3) weist zur Erfassung des Messwerts wenigstens ein Sensorelement (3.1) auf. Die Ausleseschaltung (4) umfasst wenigstens ein elektrisches Referenzbauteil (Ci), welches einen von der Ausrichtung unabhängigen Referenzwert der präferierten physikalischen Größe aufweist. Der Referenzwert geht gemeinsam mit dem Messwert in eine Übertragungsfunktion zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Eingangssignal (VIN) und dem Ausgangssignal (VOUT) ein. Vorgesehen ist, dass wenigstens ein Referenzbauteil (Ci) in die Sensoranordnung (3) integriert ist, wobei ein Referenzbauteil (Ci) innerhalb der Sensoranordnung (3) durch wenigstens ein Referenzelement (7) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kalibrierung einer Drift einer Sensoranordnung und/oder einer Ausleseschaltung einer Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls nach Anspruch 32.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem, mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik nach Anspruch 31.
Vorrichtungen zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls werden im Stand der Technik für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt. Beispielsweise werden Sensoranordnungen, auch Detektoren, Aufnehmer und Fühler genannt, in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik dazu verwendet, physikalische Größen quantitativ zu erfassen und in eine elektrisch auswertbare bzw. weiterleitbare Messgröße umzuformen. Sensoren bzw. Sensoranordnungen können auch dazu verwendet werden, die Ausrichtung eines Moduls zu messen. Beispielsweise kann eine derartige Sensoranordnung dazu verwendet werden, einen Kippwinkel eines Moduls aufzunehmen und hieraus einen Messwert zu generieren.
In Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie werden üblicherweise eine Vielzahl von Sensoren, beispielsweise in Form von Mikrosystemen, auch mikroelektromechanische Systeme (MEMS) genannt, eingesetzt, um Module, insbesondere optische Elemente im Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage, messtechnisch zu erfassen, um beispielsweise innerhalb einer Regelschleife eine Ausrichtung der optischen Elemente vorzunehmen, um den Strahlengang einer Strahlungsquelle zu steuern.
Beleuchtungssysteme für Projektionsbelichtungsanlagen sind beispielsweise aus der US 2008/0278704 A1 und der US 2009/0316130 A1 bekannt. Es besteht fortwährend Bedarf, derartige Beleuchtungssysteme weiterzuentwickeln.
Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung von Halbleiterschaltungen erhöht sich die Anforderung an Auflösung und Genauigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen gleichermaßen. Entsprechend hohe Anforderungen werden auch an die Sensoranordnungen, die die Ausrichtungen optischer Elemente im Beleuchtungssystem messtechnisch erfassen, gestellt.
Insbesondere EUV("Extreme Ultra Violet")-Projektionsbelichtungsanlagen und DUV("Deep Ultra Violet")-Projektionsbelichtungsanlagen erfordern eine hochgenaue Ausrichtung von einzelnen Mikrospiegeln einer Vielspiegel-Anordnung ("Multi Mirror Array", MMA). Die absolute Position der Mikrospiegel sollte mit einer Genauigkeit < 25 Mikrorad, insbesondere < 5 Mikrorad, über einen großen Temperaturbereich und über eine lange Lebenszeit von vielen Jahren erfasst werden.
In der Praxis hat es sich als Vorteil erwiesen, einen Mikrospiegel zusammen mit der benötigten Aktorik zur Auslenkung und Sensorik zur Positionsbestimmung als mikroelektromechanisches System auszubilden. Dabei ist die Sensoranordnung als kapazitiver Sensor (z. B. als "Comb"(Kamm)-Sensor) ausgebildet. Die Empfindlichkeit der Sensoranordnung in der Umwandlung von Position bzw. Kippwinkel zu elektrischer Kapazität kann hierbei beispielsweise ca. 350 Femtofarad (fF) pro Radiant (rad) betragen. Dies erfordert zum Erreichen der benötigten Winkelauflösung schließlich eine Auflösung der Sensoranordnung im einstelligen Attofarad(aF)-Bereich, also im numerischen Raum um 10^–18.
Das Erreichen einer derart hohen Auflösung wird durch Temperaturvariationen und Alterungseffekte des Systems, die direkt oder indirekt durch die EUV-Strahlung oder DUV-Strahlung auftreten, zusätzlich erschwert. Dabei wirken diese Umweltbedingungen auf die MEMS-Einheit sowie die Ausleseelektronik bzw. Ausleseschaltung, bei der es sich üblicherweise um eine integrierte Ausleseschaltung auf einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) handelt, meist gleichermaßen. Da bereits innerhalb eines Temperaturbereichs von 20 °C bis 65 °C eine Drift der Sensorkapazitäten und der Ausleseeinheit stattfindet, die um bis zu zwei Größenordnungen die geforderte Auflösung übersteigt, sind zusätzliche Maßnahmen zur Erreichung der geforderten Auflösung notwendig.
Eine Möglichkeit zum Ausgleich von Temperatur- und Lebensdauereffekten ist ein externes Kalibrierungssystem der Anlage. Ein derartiges Kalibrierungssystem ist jedoch teuer, erfordert einen großen Flächenbedarf innerhalb des Gesamtsystems und macht bei einer Kalibrierung üblicherweise das Herunterfahren und einen Zugriff auf die gesamte Projektionsbelichtungsanlage notwendig. Teilweise müssen in diesem Zuge auch manuelle Lasermessverfahren eingesetzt werden. Die externe Kalibrierung ist somit sehr aufwändig. Zudem kann die Performanz der gesamten Projektionsbelichtungsanlage unter dem Flächenbedarf und dem Leistungsbedarf der externen Kalibrierungseinrichtung leiden, da weniger Ressourcen für die Sensorik und Aktorik zur Verfügung stehen.
Zur Vermeidung parasitärer Effekte durch die Verkabelung bzw. die elektrische Verbindung der Ausleseschaltung mit der Sensoranordnung ist es erforderlich, die Sensoranordnung und die Ausleseschaltung innerhalb des EUV-Systems bzw. DUV-Systems ortsnah anzuordnen. Dabei muss zusätzlich noch die Aktorik und deren Treiberelektronik berücksichtigt werden. Das gesamte System aus Sensorik, Aktorik und Treiberelektronik muss für einen einzelnen Mikrospiegel innerhalb einer Fläche von ca. einem Quadratmillimeter platziert werden. Da innerhalb einer Vielspiegel-Anordnung beispielsweise bis zu 200.000 Mikrospiegel benötigt werden, ist es zudem erforderlich, den Leistungsbedarf der Ausleseschaltung gering auszulegen. Demzufolge können auch leistungsintensive Kalibrierungsschaltungen nicht eingesetzt werden. Die Einspeisung externer Kalibrierungssignale wird des Weiteren durch Schwierigkeiten der Verkabelung bzw. der Herstellung der elektrischen Verbindung aufgrund von parasitären Effekten durch die erforderlichen Leitungslängen erschwert.
Eine Kompensation von parasitären Effekten, insbesondere von Alterungs- und Temperatureffekten, bezogen auf die Sensoranordnung und die Ausleseschaltung ist im Stand der Technik folglich nicht zufriedenstellend gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls zu schaffen, die tolerant gegenüber Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel Temperatur, Alterung, und Luftdruck sowie elektrischen und magnetischen Störfeldern ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kalibrierung einer Drift einer Sensoranordnung und/oder einer Ausleseschaltung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls zu schaffen.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie zu schaffen, bei der die Messung einer Ausrichtung eines Moduls, insbesondere von Linsen und/oder Spiegeln, verbessert ist.
Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Aufgabe wird für ein Verfahren zur Kalibrierung einer Drift einer Sensoranordnung und/oder einer Ausleseschaltung einer Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls durch die in Anspruch 32 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Aufgabe wird außerdem für eine Projektionsbelichtungsanlage durch die in Anspruch 31 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen, Varianten und Gestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich im Wesentlichen auf eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Mikrospiegels eines optischen Elements einer Projektionsbelichtungsanlage. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich jedoch insbesondere auch dazu eine Ausrichtung eines beliebigen Moduls zu erfassen und ist damit im Bereich der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik universell einsetzbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Sensoranordnung, eine Ausleseschaltung und Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Eingangssignals, wobei die Sensoranordnung zur Bestimmung der Ausrichtung wenigstens einen Messwert wenigstens einer präferierten physikalischen Größe erfasst.
Unter "Ausrichtung" ist vorliegend eine absolute oder relative Position, beispielsweise in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem, oder eine mechanische Ausrichtung nach einem der sechs Freiheitsgrade, beispielsweise ein Rotationswinkel bzw. Kippwinkel, zu verstehen.
Vorzugsweise erzeugt die Vorrichtung ein elektrisches Ausgangssignal in Abhängigkeit der aktuellen Ausrichtung des Moduls, wobei das elektrische Ausgangssignal für eine nachfolgende Signalverarbeitung entsprechend aufbereitet, beispielsweise verstärkt und/oder digitalisiert, ist.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass es sich bei der Sensoranordnung um einen sogenannten passiven Aufnehmer handelt, der zum Erzeugen der Messung ein elektrisches Signal benötigt. Es können hierzu Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Eingangssignals innerhalb der Vorrichtung vorgesehen sein, durch die ein Messwert wenigstens einer präferierten physikalischen Größe innerhalb der Sensoranordnung für die Ausleseschaltung erkennbar gemacht werden kann. Es kann allerdings auch ein aktiver Aufnehmer, beispielsweise ein elektrodynamischer oder piezoelektrischer Aufnehmer, vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung in Abhängigkeit der Ausrichtung des Moduls ihre elektrischen Eigenschaften verändert. Zur Messung der Ausrichtung ist es deshalb vorzugsweise vorgesehen, eine präferierte physikalische Größe, die sich quantitativ in einem möglichst großen und somit leicht erkennbaren Bereich in Abhängigkeit von der Ausrichtung verändert, als Messwert zu erfassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, einen elektrischen Widerstand (Ohm [Ω]) bzw. Leitwert (Siemens [S]) als präferierte physikalische Größe zu verwenden, wenn eine Veränderung der Ausrichtung des Moduls einen deutlichen Einfluss auf den elektrischen Widerstand der Sensoranordnung zeigt. Gleichwohl kann die präferierte physikalische Größe beispielsweise auch eine Kapazität (Farad [F]) innerhalb der Sensoranordnung oder eine Induktivität (Henry [H]) sein. Es kann auch mehr als eine physikalische Größe zur Erfassung wenigstens eines Messwerts herangezogen werden.
In einem mikroelektromechanischen System kann vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit der Ausrichtung des Moduls ein Abschirmelement ("Shield") innerhalb einer kapazitiven Sensoranordnung manipuliert oder positioniert wird, wodurch sich im Wesentlichen eine elektrische Kapazität innerhalb der Sensoranordnung verändert, die auf die Ausrichtung des Moduls schließen lässt.
Bei dem Abschirmelement kann es sich um ein leitfähiges Element handeln, dem ein definiertes elektrisches Potential zugewiesen ist. Hierdurch kann das elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten beeinflusst bzw. unterbrochen werden. Durch die Position des Abschirmelements innerhalb des Kondensators kann somit eine nutzbare Kondensatorfläche manipuliert werden.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Abschirmelement kann auch ein Dielektrikum, also ein Isolator, vorgesehen sein. Durch die Position des Dielektrikums kann ebenfalls die elektrische Kapazität verändert werden.
Es kann also von Vorteil sein, dass die Sensoranordnung zur Bestimmung der Ausrichtung einen Messwert der elektrischen Kapazität erfasst. Bei dem Messwert handelt es sich somit um die quantifizierte Größe der elektrischen Kapazität, die durch Beaufschlagung der Sensoranordnung mit einem elektrischen Signal, das aus dem elektrischen Eingangssignal folgt, für die nachfolgende Ausleseschaltung erkennbar wird.
Erfindungsgemäß weist die Sensoranordnung zur Erfassung des Messwerts wenigstens ein Sensorelement auf.
Zur Erfassung des Messwerts kann ein einzelnes Sensorelement oder können vorzugsweise mehrere Sensorelemente innerhalb der Sensoranordnung verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise werden mehrere Sensorelemente zur Erfassung des Messwerts zusammengefasst.
Erfindungsgemäß weist die Ausleseschaltung wenigstens ein elektrisches Referenzbauteil auf, welches einen von der Ausrichtung unabhängigen Referenzwert der präferierten physikalischen Größe aufweist, wobei der Referenzwert gemeinsam mit dem Messwert in eine Übertragungsfunktion zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal eingeht.
Um das elektrische Ausgangssignal zu erzeugen, ist vorgesehen, das bereits erwähnte elektrische Eingangssignal in die Vorrichtung einzubringen, wodurch das elektrische Ausgangssignal von dem elektrischen Eingangssignal, dem Messwert, dem Referenzwert und der Übertragungsfunktion abhängig ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsfunktion zu einem wesentlichen Teil, vorzugsweise vollständig, von einer Beziehung zwischen Referenzwert und Messwert abhängt, wodurch von einer nachfolgenden Signalverarbeitung unter Kenntnis des Eingangssignals, des Ausgangssignals und des Referenzwerts sowie eventuell weiterer relevanter elektrischer Bauelemente der Vorrichtung der Messwert und somit die Ausrichtung berechnet werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Referenzbauteil in die Sensoranordnung integriert ist, wobei ein Referenzbauteil innerhalb der Sensoranordnung durch wenigstens ein Referenzelement gebildet ist.
Es ist vorgesehen, dass wenigstens ein Referenzbauteil, zum Beispiel ein Kondensator der Ausleseschaltung, in die Sensoranordnung integriert ist. Dabei kann nach wie vor vorgesehen sein, dass das Referenzbauteil unabhängig von der Ausrichtung des Moduls ist. Das Referenzbauteil kann innerhalb der Sensoranordnung durch eines oder mehrere Referenzelemente gebildet sein. Beispielsweise können mehrere von der Ausrichtung des Moduls unabhängige Kondensatoren in der Sensoranordnung verteilt angeordnet sein und in einer Serien- und/oder Parallelschaltung zu einem Kondensator zusammengefasst werden, der das Referenzbauteil bildet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass nur ein oder mehrere Referenzelemente des Referenzbauteils in der Sensoranordnung angeordnet sind und weitere Referenzelemente des Referenzbauteils in die Ausleseschaltung integriert sind.
Dadurch, dass das Referenzelement in der Sensoranordnung integriert ist, wirken sich Umwelteinflüsse, beispielsweise Temperatur und Alterung, im Wesentlichen in gleichem Maße auf das Sensorelement und das Referenzelement bzw. auf die Sensoranordnung und das Referenzbauteil aus. Durch diese Maßnahme können sich die entsprechenden Effekte in der Übertragungsfunktion im besten Fall gegenseitig aufheben. Obwohl die Umwelteinflüsse dann zwar den Referenzwert und den Messwert nach wie vor beeinflussen, wirkt sich die Beeinflussung nicht mehr – oder nur noch abgeschwächt – auf das Ein-/Ausgangsverhalten der Vorrichtung aus.
In vorteilhafter Weise wird somit eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls geschaffen, die weitgehend unabhängig von Temperatureinflüssen und Alterungseffekten arbeitsfähig ist. Die Vorrichtung kann zudem auch eingesetzt werden, um einen Einfluss von Luftdruck, elektrischen oder magnetischen Feldern etc. zu vermindern, sollte dies erforderlich sein. Auf eine zusätzliche Kalibrierungseinrichtung kann gegebenenfalls vollständig verzichtet werden. Durch die Integrierung des Referenzbauteils in die Sensoranordnung kann eine hochgenaue und hochauflösende Messung der Ausrichtung eines Moduls über Jahre hinweg ohne wesentliche äußere Einflussnahme stattfinden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausrichtung des Moduls durch mehrere zu einer Sensorgruppe zusammengefasste Sensorelemente bestimmt wird.
Es kann von Vorteil sein, zur Erfassung eines Messwerts mehrere Sensorelemente zusammenzufassen bzw. elektrisch zusammenzuschalten, um eine möglichst große Sensorfläche auszunutzen und/oder um eine vorteilhafte Verteilung zur verlässlichen Bestimmung der Ausrichtung zu erhalten. Beispielsweise kann eine Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung von Sensorelementen vorgesehen sein.
Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, drei bis dreißig, besonders bevorzugt sieben bis achtzehn, und ganz besonders bevorzugt sechzehn Sensorelemente zu einer Sensorgruppe zusammenzufassen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, jeweils ein Viertel aller Sensorelemente der Sensoranordnung zu einer Sensorgruppe zusammenzufassen.
Insbesondere zur Erfassung eines Kippwinkels kann es von Vorteil sein, mehrere Sensorelemente innerhalb der Sensoranordnung verteilt anzuordnen und zu einer Sensorgruppe zusammen zu fassen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, dass in die Sensoranordnung mehrere Referenzbauteile integriert sind, wobei jedes Referenzbauteil einem Sensorelement oder einer Sensorgruppe zugeordnet ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass jeweils ein Referenzbauteil einer Sensorgruppe oder einem Sensorelement in räumlicher Nähe zugeordnet ist.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass wenigstens ein Referenzbauteil, vorzugsweise alle Referenzbauteile, in ähnlicher Bauform und/oder Beschaffenheit ausgebildet sind wie das wenigstens eine Sensorelement oder die wenigstens eine Sensorgruppe. Es ist besonders zu bevorzugen, dass das oder die Referenzbauteil(e) in identischer Bauform und/oder Beschaffenheit ausgebildet ist bzw. sind wie das wenigstens eine Sensorelement oder die wenigstens eine Sensorgruppe.
Wenn es aufgrund der Übertragungsfunktion mathematisch sinnvoll erscheint, kann ein Referenzbauteil einer Sensorgruppe derart zugeordnet sein, dass Umwelteinflüsse auf das Referenzbauteil und die zugeordnete Sensorgruppe gleichermaßen wirken derart, dass sich der entsprechende Anteil, um den der jeweilige Messwert und der Referenzwert innerhalb der Übertragungsfunktion voneinander abweichen, mathematisch gegenseitig aufhebt.
Es kann vorgesehen sein, dass im Falle einer Sensoranordnung und Ausleseschaltung mit mehreren Kanälen ein Referenzbauteil, das einem Kanal der Ausleseschaltung zugeordnet ist, der mit einem entsprechenden Kanal der Sensoranordnung verbunden ist, der korrespondierenden Sensorgruppe desselben Kanals zugeordnet ist.
Es kann von Vorteil sein, bei Verwendung mehrerer Sensorelemente, die innerhalb der Sensoranordnung verteilt angeordnet sind, entsprechende Referenzbauteile bzw. Referenzelemente jeweils in räumlicher Nähe zu den Sensorelementen anzuordnen und/oder entsprechende Referenzbauteile bzw. Referenzelemente in ähnlicher bis hin zu identischer Bauform und/oder Beschaffenheit auszubilden. Insbesondere kann jedem Sensorelement ein Referenzelement bzw. Referenzbauteil zugeordnet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Bestimmung der Ausrichtung zwei komplementäre Messwerte durch wenigstens zwei komplementär angeordnete Sensorelemente erfasst werden und die Ausleseschaltung volldifferenziell ausgebildet ist, wobei jedem Sensorelement wenigstens ein Referenzbauteil zugeordnet und in die Sensoranordnung integriert ist.
Bei einer differentiellen Anordnung wird das zu messende analoge Signal der Sensoranordnung als Differenz zwischen zwei Leitungen übertragen und nicht, wie bei "single-ended" Schaltungen über eine Einzelleitung, die auf das Massepotenzial referenziert ist. Volldifferenzielle Schaltungen haben dadurch eine Reihe von Vorteilen. Eine Vielzahl von Störungen wie "Cross Talk" bzw. Übersprechen, Rauschkopplung, Variationen in der Versorgungsspannung, etc., welche auf den Messwert einwirken, werden sehr stark unterdrückt. Gleichzeitig wird der Dynamikbereich erhöht (meist um den Faktor 2).
Es kann zur Messung einer Ausrichtung vorgesehen sein, einem ersten Sensorelement bzw. einer ersten Sensorgruppe einen positiven Auslenkweg zuzuordnen und einem zweiten Sensorelement bzw. einer zweiten Sensorgruppe den komplementären, negativen Auslenkweg zuzuordnen. Hierzu kann die Sensoranordnung beispielsweise derart ausgebildet sein, dass durch ein erstes Sensorelement bzw. eine erste Sensorgruppe ein Herausziehen eines Abschirmelements, also z. B. eine Vergrößerung der Kapazität, gemessen wird, während von einem zweiten Sensorelement bzw. einer zweiten Sensorgruppe ein Hineinschieben eines Abschirmelements und somit z. B. eine verringerte Kapazität erkannt wird. Dieses Konzept ist insbesondere auch heranziehbar zur Messung eines elektrischen Widerstands oder einer elektrischen Induktivität. Mit dem Konzept lässt sich besonders bevorzugt ein Kippwinkel des Moduls messen.
Um die differenzielle Sensoranordnung in vorteilhafter Weise auslesen zu können, kann es von Vorteil sein, die Ausleseschaltung ebenfalls volldifferenziell auszubilden. Hierzu kann es vorgesehen sein, jedem Sensorelement bzw. jeder Sensorgruppe ein Referenzbauteil bzw. ein Referenzelement zuzuordnen. Bei entsprechender Ausgestaltung der Übertragungsfunktion kann es demzufolge von Vorteil sein, das entsprechende Referenzbauteil dem jeweiligen Sensorelement bzw. der jeweiligen Sensorgruppe innerhalb der Sensoranordnung zuzuordnen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Referenzbauteile und/oder die Referenzelemente alternierend zu den Sensorelementen und/oder den Sensorgruppen angeordnet sind.
Mit einer alternierenden Anordnung ist vorliegend eine abwechselnde Anordnung gemeint. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass sich jeweils ein Referenzelement und ein Sensorelement innerhalb der Sensoranordnung abwechseln. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass sich ein Referenzbauteil und eine Sensorgruppe innerhalb der Sensoranordnung abwechseln. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass sich zwei, drei, vier oder mehr Referenzelemente aneinanderreihen, worauf ein, zwei, drei, vier oder mehr Sensorelemente folgen, wonach sich die Anordnung wiederholt. Vorzugsweise folgt auf eine Mehrzahl von Sensorelementen eine geringere Anzahl Referenzelemente, wodurch ein Großteil der Fläche für die Sensorik verwendbar ist. Auch andere Verteilungen bzw. Anordnungen, selbst nicht symmetrische oder alternierende Anordnungen, sind realisierbar.
Durch eine alternierende Anordnung kann in vorteilhafter Weise eine Zuordnung der Referenzbauteile und Sensorelemente sichergestellt werden, durch die das einem Sensorelement bzw. einer Sensorgruppe zugeordnete Referenzbauteil bzw. Referenzelement wenigstens annähernd den gleichen Umwelteinflüssen ausgesetzt ist.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung kreisförmig angeordnet ist. Dabei kann insbesondere eine kreisförmige Anreihung von Sensorelementen und/oder Referenzelementen innerhalb der Sensoranordnung vorliegen.
Eine kreisförmige Anordnung kann vor allem zur Erfassung eines Kippwinkels von Vorteil sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei der präferierten physikalischen Größe, auf der der Messwert und der Referenzwert basieren, um eine Kapazität und/oder eine Induktivität und/oder eine Leitfähigkeit handelt.
Es können auch weitere physikalische Größen, insbesondere Größen, die einen Einfluss auf elektrische Signale ausüben, als präferierte physikalische Größe vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, dass die Übertragungsfunktion auf einem mathematischen Verhältnis von Messwert zu Referenzwert basiert.
Insbesondere durch ein Verhältnis von Messwert zu Referenzwert oder umgekehrt können Umwelteinflüsse, die einen skalierenden Einfluss gleichermaßen auf Messewert und Referenzwert zur Folge haben, eine mathematische Aufhebung, d. h. ein Kürzen innerhalb des Bruchs, zur Folge haben. Selbstverständlich sind bei entsprechender Anordnung und anwendungsbedingt auch Produkte und Summenterme möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung als kapazitive Sensoranordnung, vorzugsweise als ein kapazitiv basiertes mikroelektromechanisches System, ausgebildet ist.
Mit einem mikroelektromechanischen System (MEMS) ist vorliegend ein Mikrosystem bestehend aus der Sensoranordnung, gegebenenfalls Aktuatoren etc. und gegebenenfalls dem Modul selbst auf einem einzigen Substrat bzw. Chip gemeint. Insbesondere kann als Grundmaterial (Substrat) Silizium oder Galliumarsenid verwendet werden. Durch entsprechende Dotierung und Oxidierung sowie weiterer Verfahren können lokal innerhalb des MEMS unterschiedlich leitfähige Strukturen bzw. Strukturen mit unterschiedlichen elektrischen und optischen Eigenschaften abgebildet werden.
Insbesondere kapazitiv basierte Sensoren können in vorteilhafter Weise als mikroelektromechanisches System ausgebildet sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Moduls ein Abschirmelement und/oder ein Dielektrikum zwischen zwei Kondensatorplatten eines anderen Teils des Moduls bzw. der Sensoranordnung bewegt, wodurch eine Änderung der Kapazität innerhalb der Sensoranordnung messbar wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung auf der geschalteten Kondensatortechnik basiert.
Die geschaltete Kondensatortechnik, auch "Switched Capacitor" (SC-Technik) genannt, ist ein im Stand der Technik bewährtes Konzept zur Realisierung von zeitdiskreten Schaltungen. Durch eine entsprechende Verteilung von geschalteten Kapazitäten und einem oder mehreren Eingangssignalen bzw. Rechtecksignalen können Kondensatoren innerhalb einer solchen Schaltung wie äquivalente Widerstände betrieben werden.
Die Ausleseschaltung kann alternativ durch eine AC-Brückenschaltung oder Transimpendanzverstärkerstufe oder einen LC-Schwingkreis realisiert sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausleseschaltung wenigstens eine Verstärkerstufe umfasst. Bei einer Verstärkerstufe kann es sich insbesondere um einen invertierenden, nicht-invertierenden oder integrierenden Verstärker handeln.
Durch eine Verstärkerstufe kann in vorteilhafter Weise eine Übertragungsfunktion realisiert werden, bei der eine Verstärkung des Eingangssignals im Wesentlichen auf dem Verhältnis von Messwert zu Referenzwert basiert. Eine derartige Verstärkerstufe lässt sich besonders vorteilhaft in volldifferenzieller Anordnung, basierend auf der geschalteten Kondensatortechnik mit einem Operationsverstärker, insbesondere Transkonduktanzverstärker ("Operational-Transconductance-Amplifier", OTA) betreiben.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Referenzbauteil und das wenigstens eine Sensorelement als Kondensator ausgebildet sind.
Vorzugsweise im Falle einer volldifferenziellen Auslesung bzw. Sensorik kann vorgesehen sein, dass eine Sensorgruppe einen Messwert, beispielsweise einen Kippwinkel, erfasst und in der Übertragungsfunktion durch ein mathematisches Verhältnis mit einem ersten Referenzwert eines ersten Referenzbauteils zusammenwirkt und dass eine zweite Sensorgruppe innerhalb der Sensoranordnung einen komplementären Messwert erfasst, wobei die zweite Sensorgruppe durch ein mathematisches Verhältnis mit einem zweiten Referenzwert eines zweiten Referenzbauteils in die Übertragungsfunktion eingeht. In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass dann die erste Sensorgruppe innerhalb der Sensoranordnung dem ersten Referenzbauteil und die zweite Sensorgruppe dem zweiten Referenzbauteil zugeordnet ist.
Anstelle einer Sensorgruppe kann im obigen Beispiel auch nur ein Sensorelement vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Referenzelement zu dem wenigstens einen Sensorelement innerhalb der Sensoranordnung derart angeordnet ist, dass das wenigstens eine Referenzelement und das wenigstens eine Sensorelement im Wesentlichen gleichen Umwelteinflüssen bei der Herstellung der Sensoranordnung und/oder bei der Lagerung der Sensoranordnung und/oder im Bereitschaftsbetrieb der Sensoranordnung und/oder im Betrieb der Sensoranordnung, insbesondere bezüglich einer Betriebstemperatur und Alterungseffekten, unterliegen.
Dies gilt entsprechend, wenn das Referenzelement einer Sensorgruppe zugeordnet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Sensorelemente in der Sensoranordnung kreisförmig in der Art von Kämmen verteilt angeordnet sind, wobei wenigstens ein Referenzelement auf demselben Kamm angeordnet ist wie ein Sensorelement und/oder wenigstens ein Referenzelement zwischen zwei Kämmen von Sensorelementen angeordnet ist.
Insbesondere kann die Sensoranordnung somit als mikroelektromechanisches System und in bevorzugter Weise als "Comb"-Sensor ausgebildet sein.
Eine Sensoranordnung, basierend auf kreisförmig angeordneten Kämmen ist in besonders vorteilhafter Weise zur Erfassung einer Ausrichtung, vor allem eines Kippwinkels, eines Moduls auf kapazitive Weise geeignet. Aufgrund der Symmetrie und der deshalb mögliche Bewegung um zwei Achsen lassen sich (orthogonale) Kippwinkel technisch einfach erfassen. Die Symmetrie ermöglicht gleichzeitig einen Aufbau, der sich zur Ausbildung eines differentiellen Sensors eignet.
Es kann von Vorteil sein, ein Referenzelement und ein Sensorelement auf demselben Kamm anzuordnen. Durch diese Anordnung können Umwelteinflüsse in nahezu identischer Weise auf das Sensorelement und das Referenzelement wirken, da die Elemente eng benachbart zueinander angeordnet sind. Es kann jedoch auch von Vorteil sein, ein Referenzelement zwischen zwei Kämmen von Sensorelementen anzuordnen. Auch durch diese Anordnung liegt eine räumliche Nähe der Elemente zueinander vor, wodurch Umwelteinflüsse im Wesentlichen gleichermaßen auf beide Elemente wirken. Möglich sind auch Mischungen dieser Varianten. Anwendungsbedingt kann eine der Weiterbildungen oder beide Weiterbildungen oder eine Kombination von Vorteil sein, beispielsweise in Abhängigkeit von Temperaturgradienten innerhalb des Moduls bzw. der Sensoranordnung. Wird beispielsweise ein innerer Bereich der Sensoranordnung mit höherer Temperatur beaufschlagt als ein äußerer Bereich der Sensoranordnung, kann es von Vorteil sein, die Sensorelemente und Referenzelemente in radial gleichem Abstand zur Mitte der Sensoranordnung anzuordnen, damit die Temperaturänderung auf beide Elemente gleichermaßen wirkt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Sensorelement eine erste Kondensatorplatte und eine zweite Kondensatorplatte aufweist und das Modul ein Abschirmelement und/oder ein Dielektrikum umfasst, dessen Position zwischen den Kondensatorplatten von der Ausrichtung des Moduls abhängt. Das Abschirmelement und/oder das Dielektrikum kann bzw. können zudem mechanisch deformiert werden. Auch die Verdrängung eines flüssigen oder gasförmigen Dielektrikums kann zur Veränderung der Kapazität in Abhängigkeit der Ausrichtung des Moduls vorgesehen sein. Auch die Verwendung von mehreren Abschirmelementen und/oder Dielektrika, selbst unterschiedlicher Bauarten, zwischen zwei Kondensatorplatten ist möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Referenzelement und das Sensorelement eine gemeinsame erste Kondensatorplatte aufweisen.
Dadurch, dass das Referenzelement und das Sensorelement eine gemeinsame erste Kondensatorplatte aufweisen, kann Bauraum eingespart werden. Gleichwohl kann die Konstruktion bzw. der Aufbau der Vorrichtung hierdurch vereinfacht sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die zweite Kondensatorplatte des Sensorelements und eine zweite Kondensatorplatte des Referenzelements zu der gemeinsamen ersten Kondensatorplatte ausgerichtet sind, wobei das Abschirmelement und/oder das Dielektrikum nur zwischen die gemeinsame erste Kondensatorplatte und die zweite Kondensatorplatte des Sensorelements eindringt. Hierzu kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die zweite Kondensatorplatte des Referenzelements und die zweite Kondensatorplatte des Sensorelements in einer Ebene angeordnet sind.
Die genannte Ausbildung kann insbesondere bei Verteilung von Sensorelementen und Referenzelementen auf demselben Kamm von Vorteil sein. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Referenzelement unabhängig von der Ausrichtung des Moduls und dennoch in räumlicher Nähe zu dem Sensorelement angeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Abschirmelement und/oder Dielektrikum im Bereich der zweiten Kondensatorplatte des Referenzelements ausgeschnitten bzw. ausgespart ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann weiter vorgesehen sein, dass die zweite Kondensatorplatte des Referenzelements näher an der gemeinsamen ersten Kondensatorplatte angeordnet ist als die zweite Kondensatorplatte des Sensorelements.
Insbesondere bei einer Verteilung, bei der wenigstens ein Referenzelement zwischen zwei Kämmen von Sensorelementen angeordnet ist, kann diese Ausgestaltung von Vorteil sein. Dadurch, dass zwischen die erste Kondensatorplatte und die zweite Kondensatorplatte des Referenzelements kein Abschirmelement bzw. Dielektrikum eindringt, können die Kondensatorplatten des Referenzelements näher aneinander angeordnet sein als die Kondensatorplatten des Sensorelements. Eine nähere Anordnung der Kondensatorplatten kann von Vorteil sein, um einen hohen Kapazitätswert bei geringem Flächenbedarf der Kondensatorplatten zu erzielen. Hierdurch kann die Kondensatorfläche folglich reduziert werden. Die Verkleinerung der Kondensatorplatten der Referenzelemente kann von Vorteil sein, da in diesem Fall eine größere Fläche zur Ausbildung der Kondensatorplatten der Sensorelemente zur Verfügung steht. Eine Vergrößerung der Kapazität der Sensorelemente kann in vorteilhafter Weise die Erkennung der Ausrichtung verbessern, d. h. eine genauere bzw. hochauflösendere Sensoranordnung hervorbringen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung eine nachfolgende Anordnung von Kondensatorplatten umfasst:

– eine gemeinsame erste Kondensatorplatte, gefolgt von
– einer zweiten Kondensatorplatte eines Sensorelements, gefolgt von
– einer gemeinsamen ersten Kondensatorplatte, gefolgt von
– einer zweiten Kondensatorplatte eines Referenzelements,

Vorzugsweise kann dabei die zweite Kondensatorplatte des Sensorelements näher an der gemeinsamen ersten Kondensatorplatte angeordnet sein als die zweite Kondensatorplatte des Sensorelements.
Eine derartige Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft zur Einsparung von Fläche innerhalb der Sensoranordnung herausgestellt. Gleichzeitig kann eine derartig regelmäßige Anordnung dafür sorgen, dass die Sensorelemente und Referenzelemente im Wesentlichen gleichen Umwelteinflüssen unterliegen.
Es kann auch vorgesehen sein, äquivalent zu der genannten Aneinanderreihung von Kondensatorplatten zunächst eine Reihe von Sensorelementen vorzusehen und eine geringere Zahl Referenzelemente innerhalb dieser Anordnung zu verteilen. Insbesondere können mehrere Sensorelemente zu einer Sensorgruppe zusammengefasst sein, wobei jeder Sensorgruppe ein oder mehrere Referenzelemente zugeordnet sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann des Weiteren vorgesehen sein, dass zwei aufeinander ausgerichtete Kondensatorplatten zur Vergrößerung der aufeinander ausgerichteten Oberflächen eine gegenseitige bzw. komplementäre Verästelung und/oder Verzahnung aufweisen.
Durch die Vergrößerung der Oberfläche wird eine Vergrößerung der Kapazität erzielt. Insbesondere im Falle der Referenzelemente, die vorzugsweise unbeweglich innerhalb der Sensoranordnung angeordnet sind, kann eine Verästelung und/oder Verzahnung konstruktiv einfach vorgesehen sein und dafür sorgen, dass zusammen oder zusätzlich zu einer nahen Anordnung der Kondensatorplatten eine hohe Kapazität durch geringen effektiven Flächenbedarf der Referenzelemente erzielt wird. Hierdurch kann ein Großteil der Fläche der Sensoranordnung für die Sensorelemente verwendet werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausleseschaltung eine Input-Common-Mode-Feedback-Stufe am Eingang einer Verstärkerstufe umfasst.
Insbesondere durch parasitäre Kapazitäten vom Sensorausgang gegen Masse können Fluktuationen des Gleichanteils am Verstärkereingang ein parasitäres Signal erzeugen, was im Falle konstanter parasitärer Kapazitäten zu einem Offset (Versatz) und im Falle von sich verändernden parasitäre Kapazitäten zu einem zweiten (unechten) Signalanteil führt. Eine mögliche Unterdrückungsmethode für diese Art Signalstörung ist eine Input-Common-Mode-Feedback-Stufe am Eingang der Verstärkerstufe. Dabei überwacht ein zusätzlicher Verstärker die Eingänge des Hauptverstärkers und kompensiert Schwankungen dessen "Common-Mode" durch zusätzliche rückgekoppelte Kapazitäten.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass an zumindest einem Paar von komplementären Signalleitungen einer volldifferenziell ausgebildeten Ausleseschaltung an wenigstens einer der komplementären Signalleitungen ein Feld von elektrischen Ausgleichskomponenten vorgesehen ist, wobei eine oder mehrere der elektrischen Ausgleichskomponenten elektrisch zuschaltbar sind, um eine Asymmetrie einer physikalischen Größe zwischen den komplementären Signalleitungen auszugleichen.
Zur Ausnutzung der Vorteile einer volldifferenziellen, also symmetrischen Ausleseelektronik bzw. Sensoranordnung und Ausleseschaltung, sollte eine symmetrische Verdrahtung zwischen Ausleseschaltung und Sensoranordnung vorliegen. Hierdurch können die Anforderungen bzw. der Leistungsbedarf einer Input-Common-Mode-Feedback-Stufe und somit auch der Gesamtleistungsbedarf der Schaltung wesentlich reduziert werden. Durch eine symmetrische Verdrahtung können insgesamt die Vorteile einer differentiellen Schaltung in besonderem Maße wirken. Schließlich können sogar Störungen der EUV bzw. DUV-Strahlung durch die differentielle Struktur besser kompensiert werden.
Meist kann aufgrund von Bauraumknappheit eine symmetrische Verdrahtung nicht erreicht werden. Somit liegen häufig ungleiche physikalische Größen bzw. parasitäre Größen an den komplementären Signalleitungen einer volldifferenziellen Ausleseschaltung an. Es kann eine starke elektrische Asymmetrie entstehen.
Hierbei können insbesondere ungleiche kapazitive, induktive oder resistive Größen an den Signalleitungen nachteilig sein.
Dadurch, dass elektrische Ausgleichskomponenten an zumindest einer der Signalleitungen zuschaltbar sind, kann eine Asymmetrie physikalischer Größen quasi durch Verschlechtern der weniger stark belasteten Signalleitung ausgeglichen werden, was insgesamt zu einer Verbesserung durch Auslöschung der Asymmetrie führt.
Es kann vorgesehen sein, an beiden komplementären Signalleitungen jeweils ein Feld elektrischer Ausgleichskomponenten vorzusehen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung des Felds bzw. die Ansteuerung der elektrischen Schalter durch eine digitale Kalibrierungsschaltung erfolgt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausgleichskomponenten zueinander binär gewichtet sind.
Durch eine binäre Gewichtung der Ausgleichskomponenten kann eine flexible und weitläufige Einstellung bzw. ein Abgleich der physikalischen Größen durch Zuschalten der Ausgleichskomponenten stattfinden. Es kann auch eine anderweitige Gewichtung, beispielsweise eine Einheitsgewichtung der Ausgleichskomponenten zueinander, vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es sich bei den elektrischen Ausgleichskomponenten um Ausgleichskomponenten handelt, die durch elektrisch gesteuerte Schalter mit der Signalleitung verbindbar sind.
Bei den elektrisch gesteuerten Schaltern kann es sich insbesondere um Transistoren, beispielsweise MOSFETs oder Bipolartransistoren, handeln.
In Versuchen und Simulationen hat sich gezeigt, dass insbesondere eine kapazitive Asymmetrie der komplementären Signalleitungen von Nachteil ist, da hierdurch Common-Mode-Störungen am Eingang des Verstärkers der Ausleseschaltung stark erhöht sein können. Durch die vorgeschlagene Lösung kann gegebenenfalls auf eine Input-Common-Mode-Feedback-Stufe verzichtet werden, wodurch Bauraum und Leistung eingespart werden können.
Es kann auch vorgesehen sein, dass es sich bei den elektrischen Ausgleichskomponenten um Ausgleichswiderstände und/oder Ausgleichsinduktivitäten handelt. Auch Kombinationen aus Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten können von Vorteil sein, beispielsweise um Zeitkonstanten der komplementären Signalleitungen aneinander anzugleichen.
Durch Hinzufügen der Ausgleichskapazitäten bzw. Ausgleichskomponenten in die integrierte Schaltung ergibt sich ein symmetrisches Design. Dadurch reduziert sich die Anforderung an die internen integrierten Elemente bzw. Bauteile um ein Vielfaches und ein flächenoptimiertes bzw. leistungsoptimiertes Design wird ermöglicht.
Das beschriebene Konzept kann auch auf konventionelle Sensoren mit asymmetrischer Verdrahtung übertragen und angewendet werden. Die vorgeschlagene Lösung kann sogar auf diskrete Elektronik auf einer Leiterplatte (PCB) übertragen und vorteilhaft angewendet werden. Dies gilt auch für alle zuvor beschriebenen Merkmale und Lösungen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Referenzsignalquelle vorgesehen sein, um ein Referenzsignal an wenigstens einem Eingang der Ausleseschaltung einzuspeisen, wobei eine Signalanalyseeinrichtung vorgesehen ist, um anhand des Ausgangssignals und des Referenzsignals den Referenzwert wenigstens eines Referenzbauteils zu bestimmen.
Die nachfolgend dargestellte Vorrichtung stellt eine von der Vorrichtung des Anspruchs 1 unabhängige Erfindung dar, die jedoch auch in Kombination mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 umgesetzt werden kann.
Die eigenständige Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals, umfassend eine Sensoranordnung, eine Ausleseschaltung und Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Eingangssignals, wobei die Sensoranordnung zur Bestimmung der Ausrichtung wenigstens einen Messwert wenigstens einer präferierten physikalischen Größe erfasst, wobei die Sensoranordnung zur Erfassung des Messwerts wenigstens ein Sensorelement aufweist, und wobei die Ausleseschaltung wenigstens ein elektrisches Referenzbauteil umfasst, welches einen von der Ausrichtung unabhängigen Referenzwert der präferierten physikalischen Größe aufweist, wobei der Referenzwert gemeinsam mit dem Messwert in eine Übertragungsfunktion zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal eingeht, wobei eine Referenzsignalquelle vorgesehen ist, um ein Referenzsignal an wenigstens einem Eingang der Ausleseschaltung einzuspeisen und wobei eine Signalanalyseeinrichtung vorgesehen ist, um anhand des Ausgangssignals und des Referenzsignals den Referenzwert wenigstens eines Referenzbauteils zu bestimmen.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der eigenständigen Erfindung ergeben sich aus den Ausführungen, Weiterbildungen und den offenbarten einzelnen Merkmalen der Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls nach Anspruch 1 und insbesondere auch den entsprechenden abhängigen Ansprüchen sowie den nachfolgenden Ausführungen. Dabei können die einzelnen Merkmale, die zur Vorrichtung nach Anspruch 1 als vorteilhaft dargestellt wurden, auch isoliert voneinander und insbesondere auch eingesetzt werden, ohne dass die Merkmale des Anspruchs 1 teilweise oder vollständig übernommen werden müssen.
Durch die Referenzsignalquelle kann insbesondere die Ausleseschaltung analysiert und im Anschluss kalibriert werden. Die Sensoranordnung wird in diesem Fall prinzipiell als stabil bezüglich Temperatur und/oder Alterung angenommen und kann anderweitig kompensiert oder kalibriert sein.
Bei der Signalanalyseeinrichtung kann es sich vorzugsweise um eine Frequenzanalyseeinrichtung handeln. Beispielsweise kann eine diskrete Fourier-Transformation bzw. eine schnelle Fourier-Transformation ("Fast Fourier Transform", FFT) durchgeführt werden und auf Basis der bekannten Referenzsignalamplitude und Frequenz sowie der ausgelesenen Ausgangsamplitude und Frequenz eine präzise Rückrechnung auf eine Abweichung des Referenzwerts oder der Referenzwerte des Referenzbauteils schließen lassen. Durch Analyse des Ein-/Ausgangsverhaltens der Ausleseschaltung können somit Parameter der Übertragungsfunktion bestimmt und das System zumindest teilweise identifiziert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Referenzsignal ein Stromsignal ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Referenzsignal ein periodisches Signal ist. Bei dem Referenzsignal kann es sich vorzugsweise um ein Rechtecksignal oder um ein Dreiecksignal handeln.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Referenzsignalquelle das Referenzsignal im Bereitschaftsbetrieb der Sensoranordnung einspeist.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Referenzsignalquelle das Referenzsignal auch im Betrieb der Sensoranordnung bzw. der Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls einspeist. In diesem Fall muss jedoch darauf geachtet werden, den Normalbetrieb der Vorrichtung nicht wesentlich zu stören. Demzufolge kann vorgesehen sein, dass die Referenzsignalquelle das Referenzsignal mit einer Frequenz einspeist, die außerhalb des relevanten Frequenzbereichs liegt, die zur Messung der Ausrichtung des Moduls verwendet wird. Es kann vorgesehen sein, das Referenzsignal nach Durchlauf der Signalanalyseeinrichtung wieder mathematisch abzuziehen oder durch Filterung aus dem Ausgangssignal zu entfernen, wodurch das Ausgangssignal der Vorrichtung prinzipiell unbeeinflusst bleiben kann.
Es hat sich in Versuchen und Simulationen gezeigt, dass es zum Erreichen einer hohen Auflösung bei der Messung der Ausrichtung des Moduls von Vorteil ist, das Referenzsignal im Bereitschaftsbetrieb der Sensoranordnung einzuspeisen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zu messende Ausrichtung ein Kippwinkel des Moduls ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Modul ein optisches Element ist.
Das Modul ist vorzugsweise ein Spiegel oder eine Linse. Das Modul kann auch ein Wafer, ein Wafertisch oder eine sonstige Komponente, insbesondere innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage, sein. Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung für einen Facettenspiegel anwenden, der eine Vielspiegel-Anordnung aufweist. Dabei können dann die einzelnen Spiegel der Vielspiegel-Anordnung jeweils ein Modul darstellen. Für Details einer entsprechenden Ausbildung sei beispielsweise auf die WO 2009/100856 A1 verwiesen, deren Inhalt hiermit vollständig in die vorliegende Anmeldung integriert sei.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem, mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein auszurichtendes optisches Element aufweist, wobei das auszurichtende optische Element aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen und/oder Mikrospiegeln zusammengesetzt ist, die jeweils einzeln ein Modul darstellen, wobei zur Messung der Ausrichtung eines Moduls jeweils eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30 vorgesehen ist.
Die Erfindung nach Anspruch 32 betrifft auch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Drift einer Sensoranordnung und/oder einer Ausleseschaltung für eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls. Es kann vorgesehen sein, dass für wenigstens eine spezifische Ausrichtung des Moduls wenigstens ein Sollwert für die präferierte physikalische Größe definiert ist, wonach zur Bestimmung der Drift die wenigstens eine spezifische Ausrichtung des Moduls angesteuert wird, und für jede spezifische Ausrichtung des Moduls ein Istwert für die präferierte physikalische Größe erfasst wird, wonach die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Istwert bestimmt wird, wonach die Vorrichtung entsprechend der Abweichung neu kalibriert wird.
Beispielsweise kann nach Fertigung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen sein, eine oder mehrere Messungen zu Ausrichtungen des Moduls durchzuführen und die entsprechenden physikalischen Größen aufzunehmen. Vorzugsweise kann für einen oder mehrere Kippwinkel ein entsprechender Kapazitätswert aufgenommen und gespeichert werden. Dies kann für eine oder mehrere Betriebsbedingungen, wie z. B. Temperaturen, geschehen. Anschließend kann im Bereitschaftsbetrieb der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgesehen sein, die nach der Fertigung vermessenen spezifischen Ausrichtungen, also beispielsweise Kippwinkel, anzufahren bzw. das Modul auf die entsprechenden Kippwinkel einzustellen, wonach ein Istwert der Kapazität gemessen wird und mit dem zuvor aufgenommenen Sollwert verglichen wird. Durch diesen Vergleich kann eine Abweichung bzw. eine Drift der Sensoranordnung und/oder eine Drift der Ausleseschaltung erkannt werden. Diese Information kann zur Kalibrierung der Vorrichtung herangezogen werden. Das Verfahren kann vorzugsweise zyklisch bzw. regelmäßig angewendet werden, um dann gegebenenfalls eine Kalibrierung vorzunehmen.
Dieses Verfahren kann selbstverständlich auch bei konventionellen Sensoren und Ausleseschaltungen angewendet werden.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass sich die wenigstens eine spezifische Ausrichtung des Moduls im Bereich eines Endanschlags des Moduls, vorzugsweise an einem Endanschlag, befindet.
Es kann von Vorteil sein, einen möglichst großen Wertebereich zur Erkennung der Abweichung zwischen Istwert und Sollwert abzudecken. Kalibrierungsfehler können somit reduziert sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass für zwei spezifische Ausrichtungen des Moduls jeweils ein Sollwert für die präferierte physikalische Größe definiert ist.
Bei Verwendung von zwei spezifischen Ausrichtungen, also zwei Messpunkten, kann die Vorrichtung bezüglich zweier Unbekannter kalibriert werden. Dies kann insbesondere dazu genutzt werden, eine Drift der Sensoranordnung und eine Drift der Ausleseschaltung gemeinsam zu korrigieren.
Es kann vorgesehen sein, eine lineare Interpolation der aufgenommenen Abweichungen über den gesamten Messbereich vorzunehmen. Auch eine andere, vorteilhaft erscheinende Interpolationsmethode kann angewendet werden.
Es kann vorgesehen sein, Sollwerte und Istwerte der Vorrichtung für mehrere Temperaturwerte aufzunehmen, wodurch die Vorrichtung beispielsweise für verschiedene Temperaturen kalibriert werden kann.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung exemplarisch anhand der Zeichnung erläutert.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:
1 eine Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2 eine Darstellung einer weiteren Projektionsbelichtungsanlage;
3 ein Schaltdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls mit einer Sensoranordnung, einer Ausleseschaltung und einer Input-Common-Mode-Feedback-Stufe;
4 eine Anordnung von Sensorelementen in einem mikroelektromechanischen System;
5 einen vergrößerten dreidimensionalen Ausschnitt einer Kammanordnung eines Sensorelements und eines Referenzelements;
6 eine alternierende Anordnung von Sensorelementen und Referenzelementen in einem mikroelektromechanischen System;
7 eine kreisförmige Darstellung der Anordnung der 6;
8 eine alternierende Anordnung von Sensorelementen und Referenzelementen in einem mikroelektromechanischen System in einer zweiten Ausführung;
9 eine kreisförmige Darstellung der Anordnung der 8;
10 eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls mit einem Feld von Ausgleichskomponenten;
11 eine Vorrichtung zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls mit einer Referenzsignalquelle; und
12 eine Veranschaulichung eines Verfahrens zur Kalibrierung einer Drift mit zwei Sollwerten und zwei Istwerten.
1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Halbleiterlithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Strahlungsquelle 402 eine Optik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in einer Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist. Die Strahlungsquelle 402 kann EUV-Strahlung 413, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 413 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente 415, 416, 418, 419 und 420 eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 1 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet.
Die mittels der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 413 auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419 und 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.
In 2 ist eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 100 (beispielsweise eine DUV-Projektionsbelichtungsanlage) dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 weist ein Beleuchtungssystem 103, eine Retikelstage 104 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 105, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 102 bestimmt werden, eine Einrichtung 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 102 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich ein Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektivs 107 gehalten sind, auf.
Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z.B. Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen ausgebildet sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage 100 sieht vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden.
Das Beleuchtungssystem 103 stellt einen für die Abbildung des Retikels 105 auf den Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in dem Beleuchtungssystem 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Retikel 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Mittels des Projektionsstrahls 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen. Dabei können das Retikel 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden.
2 zeigt die Anordnung eines Manipulators 200 im Bereich zwischen Retikelstage 104 und dem ersten optischen Element 108 des Projektionsobjektivs 107. Der Manipulator 200 dient zur Korrektur von Bildfehlern, wobei ein enthaltenes optisches Element durch Aktuatorik mechanisch deformiert wird.
Zur Verstellung bzw. zur Manipulation der optischen Elemente 415, 416, 418, 419, 420 und 108 der in den 1 und 2 dargestellten Projektionsbelichtungsanlagen 400, 100 und der Wafer 411, 102 ist die Verwendung von Aktuatoren und Sensoren unterschiedlicher Bauweise bekannt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich ferner insbesondere auch, um die Ausrichtung der einzelnen Mikrolinsen und/oder Mikrospiegel, die zusammengesetzt die optischen Elemente 108, 418, 419 und 420 oder ein beliebiges anderes optisches Element einer Projektionsbelichtungsanlage bilden, zu messen. Dabei stellen die einzelnen Mikrolinsen und/oder Mikrospiegel, deren Mehrzahl jeweils ein optisches Element bildet, ein Modul im Sinne der Erfindung dar.
Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 400, insbesondere auch nicht mit dem beschriebenen Aufbau, beschränkt.
Die Erfindung sowie das nachfolgende Ausführungsbeispiel sind auch nicht auf eine spezifische Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt zu verstehen. Die nachfolgend dargestellten Merkmale der 3 bis 12 können, insofern dies technisch nicht ausgeschlossen ist, beliebig miteinander kombiniert werden.
Die 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung 1 zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls 2, welches nachfolgend, ohne dass dies beschränkend zu verstehen ist, zum besseren Verständnis als Mikrospiegel 2 (vgl. 4) beschrieben wird. Die Vorrichtung 1 dient auch zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals V_OUT und umfasst eine Sensoranordnung 3, eine Ausleseschaltung 4 und Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Eingangssignals V_IN.
Die dargestellte Sensoranordnung 3 und Ausleseschaltung 4 ist jeweils volldifferenziell ausgebildet. Obwohl ein derartiger Aufbau von Vorteil sein kann, kann auch eine "single-ended"-Schaltungsanordnung vorgesehen sein.
Die Sensoranordnung 3 erfasst zur Bestimmung der Ausrichtung des Mikrospiegels 2 wenigstens einen Messwert wenigstens einer präferierten physikalischen Größe. Die dargestellte Sensoranordnung 3 ist als kapazitive Sensoranordnung 3 ausgebildet, d. h. bei der präferierten physikalischen Größe handelt es sich vorliegend um eine elektrische Kapazität und bei dem Messwert um eine Quantifizierung dieser Kapazität. Hierauf ist das Ausführungsbeispiel allerdings nicht beschränkt.
Auf die Sensoranordnung 3, wie auch auf die gesamte Vorrichtung 1, wirken naturgemäß eine Reihe von parasitären Größen. Vorliegend sind rein beispielhaft drei Leitungswiderstände R_P innerhalb der Sensoranordnung 3 sowie eine parasitäre Kapazität C_P gegen Masse bzw. gegen die negative Versorgungsspannung V_SS innerhalb der Sensoranordnung 3 und jeweils eine parasitäre Kapazität C_P gegen Masse bzw. gegen die negative Versorgungsspannung V_SS an den Eingängen einer Verstärkerstufe 5 abgebildet. Obwohl die parasitären Elemente teils mit identischen Bezugszeichen versehen sind unterscheiden sich deren Wertigkeiten üblicherweise in der Praxis voneinander, was zur Verdeutlichung des Prinzips jedoch vorliegend nicht dargestellt ist.
Die Vorrichtung 1 basiert auf der geschalteten Kondensatortechnik.
Die Ausleseschaltung 4 umfasst zwei durch die Schalter S₃, S₄ schaltbare elektrische Referenzbauteile C_i, welche einen von der Ausrichtung des Mikrospiegels 2 unabhängigen Referenzwert (der quantifizierte Kapazitätswert des Referenzbauteils C_i) der präferierten physikalischen Größe aufweisen. Da es sich bei der präferierten physikalischen Größe innerhalb der Sensoranordnung 3 um eine Kapazität handelt, handelt es sich in vorliegendem Ausführungsbeispiel bei den Referenzbauteilen C_i ebenfalls um Kondensatoren C_i.
In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich zur Unterdrückung von Common-Mode-Störungen an den Eingängen der Verstärkerstufe 5 eine Input-Common-Mode-Feedback-Stufe 6 vorgesehen.
Gemäß 4 weist die Sensoranordnung 3 zur Erfassung des Messwerts wenigstens ein Sensorelement 3.1 auf.
Es kann vorgesehen sein, mehrere Sensorelemente 3.1 zu einer Sensorgruppe C_CS1, C_CS2 zusammenzufassen. Vorliegend ist zur Erfassung eines ersten Messwerts eine erste Sensorgruppe C_CS1 vorgesehen. Ferner ist zur Erfassung eines zweiten, komplementären Messwerts innerhalb der volldifferenziellen Vorrichtung 1 eine zweite Sensorgruppe C_CS2 vorgesehen.
Der Referenzwert geht gemeinsam mit dem Messwert in eine Übertragungsfunktion zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Eingangssignal V_IN und dem Ausgangssignal V_OUT ein. Aufgrund der Ausgestaltung der Vorrichtung 1 bzw. der in der Ausleseschaltung 4 vorgesehene Verstärkerstufe 5 umfasst die Übertragungsfunktion im Wesentlichen den das Eingangssignal V_IN verstärkenden Term (C_CS1–C_CS2)/C_i. Die Übertragungsfunktion basiert somit auf dem mathematischen Verhältnis von Messwert zu Referenzwert.
Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die beiden Referenzbauteile C_i in die Sensoranordnung 3 integriert sind, wobei ein Referenzbauteil C_i innerhalb der Sensoranordnung 3 durch wenigstens ein Referenzelement 7 (vgl. 5) gebildet ist.
Aufgrund der Übertragungsfunktion, die im Wesentlichen auf dem mathematischen Verhältnis von Messwert zu Referenzwert basiert, heben sich Umwelteinflüsse, die einen skalierenden Einfluss auf das Referenzelement 7 bzw. Referenzbauteil C_i sowie das Sensorelement 3.1 haben, im Wesentlichen auf. Demnach ist es von Vorteil, das wenigstens eine Referenzelement 7 bzw. Referenzbauteil C_i so zu dem wenigstens einen Sensorelement 3.1 innerhalb der Sensoranordnung 3 auszurichten, dass im Wesentlichen gleiche Umwelteinflüsse bei der Herstellung der Sensoranordnung 3 und/oder bei der Lagerung der Sensoranordnung 3 und/oder Bereitschaftsbetrieb der Sensoranordnung 3 und/oder Betrieb der Sensoranordnung 3, insbesondere bezüglich einer Betriebstemperatur und Alterungseffekten auf die Sensoranordnung 3.1 und das wenigstens eine Referenzelement 7 des Referenzbauteils C_i wirken.
Es kann von Vorteil sein, für die Referenzbauteile C_i und die Sensorelemente 3.1 eine ähnliche, vorzugsweise identische, Bauform und/oder Beschaffenheit vorzusehen.
Der erfindungsgemäße Vorteil kommt bereits dann im Wesentlichen zum Tragen, wenn die Referenzbauteile C_i grundsätzlich in der Sensoranordnung 3 integriert angeordnet sind, also auch ohne eine spezifische Ausrichtung oder Bauform.
In 4 ist ein mikroelektromechanisches System 8, bestehend aus dem Mikrospiegel 2, der Sensoranordnung 3 und einer nicht näher dargestellten Aktorik, dargestellt. Bei dem Mikrospiegel 2 handelt es sich um einen Mikrospiegel 2 einer Vielspiegel-Anordnung, vorzugsweise eines Feldfacettenspiegels 415. Der Mikrospiegel 2 ist in der 4 von unten dargestellt, d. h. die reflektierende Oberfläche zeigt vom Betrachter weg. Im Ausführungsbeispiel, wie auch in allen weiteren Ausführungsbeispielen, ist es vorgesehen, einen Kippwinkel des Mikrospiegels 2 zu messen.
Vorzugsweise im Zentrum des mikroelektromechanischen Systems 8 befindet sich eine Lagerung, vorzugsweise eine federnde Lagereinrichtung 9, die den Mikrospiegel 2 kippbar lagert. Die (nicht dargestellte) Aktorik ist vorzugsweise in einem radial außen liegenden Bereich des mikroelektromechanischen Systems 8, und die Sensoranordnung 3 in einem radial innen liegenden Bereich der Sensoranordnung 3 angeordnet.
Dargestellt ist eine kapazitive kammförmige ("Comb") Sensoranordnung 3. Es ist vorgesehen, dass die Sensorelemente 3.1 in der Sensoranordnung 3 kreisförmig in der Art von Kämmen verteilt angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass mehrere Sensorelemente 3.1 zu einer Sensorgruppe C_CS1, C_CS2 zusammengefasst werden können. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, um die Fläche innerhalb der Sensoranordnung 3 möglichst optimal zur Messung der Ausrichtung auszunutzen.
In der in 4 dargestellten Anordnung ist insbesondere vorgesehen, ein Viertel der kreisförmig angeordneten Sensorelemente 3.1, vorliegend drei Sensorelemente 3.1, zu einer ersten Sensorgruppe C_CS1 zusammenzufassen, die einen ersten Kippwinkel des Mikrospiegels 2 zu erfassen vermag. Die Sensorelemente 3.1 sind hierzu vorzugsweise elektrisch parallel verschaltet, wodurch sich eine entsprechende Aufsummierung der Kapazitäten der einzelnen Sensorelemente 3.1 ergibt. Im Falle einer volldifferenziellen Vorrichtung 1, wie hier dargestellt, wird eine komplementäre zweite Sensorgruppe C_CS2 gebildet, die einen komplementären Kippwinkel bestimmt. Es werden somit zwei komplementäre Messwerte durch zwei komplementär angeordnete Sensorgruppen C_CS1, C_CS2 erfasst und in der volldifferenziellen Ausleseschaltung 4 unter Einbeziehung der beiden Referenzbauteile C_i (vgl. 3) aufbereitet.
Zur Erfassung eines zweiten Kippwinkels, der orthogonal zu dem ersten Kippwinkel verläuft, können zwei weitere Gruppen von Sensorelementen gebildet werden. Dies ist in 4 zur Vereinfachung der Abbildung jedoch nicht dargestellt.
In einer Ausführung der Erfindung, beispielsweise einer Ausführung wie in 4 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass jedem Sensorelement 3.1 ein Referenzbauteil C_i bzw. ein Referenzelement 7 zugeordnet ist. Die Anzahl der Sensorelemente 3.1 und der Referenzelemente 7 ist also identisch. Somit ist das Referenzbauteil C_i der 3, das dem oberen Kanal bzw. der oberen komplementären Signalleitung 4.1 der Ausleseschaltung 4 zugeordnet ist, in der Ausgestaltung der 4 den Sensorelementen 3.1 zugeordnet, die die Sensorgruppe C_CS1 für den oberen Signalpfad in 3 bilden. In Analogie ist die Sensorgruppe C_CS2, die dem unteren Kanal bzw. der unteren komplementären Signalleitung 4.2 der Ausleseschaltung 4 zugeordnet ist, in der Sensoranordnung 3 dem Referenzbauteil C_i zugeordnet, das ebenfalls dem unteren Kanal zugeordnet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die entsprechenden Referenzelemente 7 auf demselben Kamm angeordnet sind wie die Sensorelemente 3.1. Ein derartig ausgebildeter Kamm bzw. eine derartige Anordnung ist in 5 ausschnittsweise vergrößert dargestellt.
In 5 ist die reflektierende Oberfläche des Mikrospiegels 2 gestrichelt dargestellt. Ausgehend von bzw. an der Unterseite des Mikrospiegels 2 sind Kämme von Abschirmelementen 10 ausgebildet, die in Kondensatorplatten 11, 12 eingreifen können, die von einer Basisplatte 13 hervorgehen. Die Eindringtiefe des Abschirmelements 10 zwischen den Kondensatorplatten 11, 12 ist bestimmt durch den Kippwinkel des Mikrospiegels 2.
In der Darstellung weist das Sensorelement 3.1 eine erste Kondensatorplatte 11 und eine zweite Kondensatorplatte 12 auf. Die Gesamtkapazität des Sensorelements 3.1 ist somit bestimmt durch die Eindringtiefe des Abschirmelements 10, den Abstand und die Größe der Kondensatorplatten 11, 12 und ein eventuell vorhandenes gasförmiges Dielektrikum. Das Abschirmelement 10 kann mit Masse bzw. der negativen Versorgungsspannung V_SS oder einem anderen Potential verbunden sein. Die Eindringtiefe des Abschirmelements 10 zwischen den Kondensatorplatten 11, 12 entscheidet somit über eine nutzbare Kapazität des Sensorelements 3.1. Alternativ oder zusätzlich zu dem Abschirmelement 10 kann auch ein Dielektrikum, also ein elektrischer Isolator, als eindringendes Element vorgesehen sein.
Es ist erkennbar, dass das Referenzelement 7 und das Sensorelement 3.1 eine gemeinsame erste Kondensatorplatte 11 aufweisen. Das Referenzelement 7 weist ferner eine zweite Kondensatorplatte 14 auf, wobei das Abschirmelement 10 ausschließlich zwischen die gemeinsame erste Kondensatorplatte 11 und die zweite Kondensatorplatte 12 des Sensorelements 3.1 eindringt. Die zweite Kondensatorplatte 12 des Sensorelements 3.1 liegt mit der zugeordneten zweiten Kondensatorplatte 14 des Referenzelements 7, mit dem sich das Sensorelement 3.1 eine gemeinsame Kondensatorplatte 11 teilt, in einer Ebene. Das Abschirmelement 10 weist hierfür eine Aussparung auf bzw. eine entsprechende Größe. Demzufolge ist der Referenzwert des Referenzbauteils C_i unabhängig von der Ausrichtung des Mikrospiegels 2.
Wie erkennbar, sind die jeweils einander zugeordneten Referenzelemente 7 und Sensorelemente 3.1 nahe aneinander angeordnet. Die Erfinder haben erkannt, dass diese hierdurch im Wesentlichen gleichen Umwelteinflüssen unterliegen.
Es kann ausreichend sein, für jede Sensorgruppe C_CS1, C_CS2 nur ein oder mehrere Referenzelemente 7 vorzusehen. Es muss nicht jedem Sensorelement 3.1 ein Referenzelement 7 zugeordnet sein.
In 6 ist eine alternative Zuordnung von Sensorelementen 3.1 zu Referenzelementen 7 dargestellt. Selbstverständlich kann auch eine Kombination aus den Ausführungen vorgesehen sein. Die Darstellung in der 6 ist zur besseren Veranschaulichung linear und in einer Draufsicht abgebildet, ist allerdings vorzugsweise ebenfalls kreisförmig ausgeführt.
Abermals weisen Sensorelement 3.1 und Referenzelement 7 eine gemeinsame erste Kondensatorplatte 11 auf. Zur Vergrößerung der nutzbaren Fläche für die Sensorelemente 3.1 ist jedoch die zweite Kondensatorplatte 14 des Referenzelements 7 näher an der gemeinsamen ersten Kondensatorplatte 11 angeordnet, als die zweite Kondensatorplatte 12 des Sensorelements 3.1, wodurch die Kapazität des Referenzelements 7 erhöht wird. Die Kapazität des Referenzelements 7 wird weiter dadurch erhöht, dass die aufeinander ausgerichteten Kondensatorplatten 11, 14 (des Referenzelements 7) eine gegenseitige Verzahnung aufweisen. Eine derartige Verzahnung ist für das Referenzelement 7 einfach realisierbar, da zwischen die gemeinsame Kondensatorplatte 11 und die zweite Kondensatorplatte 14 des Referenzelements 7 kein Abschirmelement 10 eindringt und die Kondensatorplatten 11, 14 ferner relativ zueinander unbeweglich sind. Durch die Verzahnung ist es möglich, nur wenige Referenzelemente 7 innerhalb der Sensoranordnung 3 zu verteilen, beispielsweise nur ein einziges Referenzelement 7 zur Bildung eines Referenzbauteils C_i.
Eine vorteilhafte Verschaltung von Kondensatorplatten 11, 11', 12, 14 zur Bildung eines Referenzbauteils C_i und einer Sensorgruppe C_CS1 ist in 6 gestrichelt dargestellt. In der 6 ist zunächst ein Referenzbauteil C_i durch verästelte Kondensatorplatten 11, 14, 11 ausgebildet. Darauf folgt ein Abschirmelement 10 und eine zweite Kondensatorplatte 12 eines Sensorelements 3.1, wiederum gefolgt von einem Abschirmelement 10, auf das eine gemeinsame Kondensatorplatte 11' (ohne Verästelung) folgt. Die Anreihung von Abschirmelement 10, Kondensatorplatte 12, Abschirmelement 10 und gemeinsame Kondensatorplatte 11' setzt sich anschließend beliebig oft fort. In einer Ausgestaltung kann dabei eine oder mehrere der Kondensatorplatten 11' durch eine verästelte Kondensatorplatte 11, 14, 11 realisiert sein. Die Wiederholung kann sich vorzugsweise fortsetzen bis zu einem abschießenden Referenzbauteil C_i. Bei diesem kann es sich um das in dieser Anordnung erstgenannte Referenzbauteil C_i, z. B. bei einer kreisförmigen Anordnung, oder ein weiteres Referenzbauteil C_i handeln.
Vorgesehen sein kann, dass jeder Sensorgruppe C_CS1, C_CS2 nur ein Referenzelement 7 zugeordnet ist. Gegebenenfalls können einer Sensorgruppe C_CS1, C_CS2 auch mehrere Referenzelemente 7 zugeordnet sein.
Wie in 7 dargestellt, kann somit die meiste Fläche des mikroelektromechanischen Systems 8 zur Ausbildung der Sensorelemente 3.1 verwendet werden, wodurch sich die Auflösung der Sensoranordnung 3 verbessern lässt.
Es liegt vorzugsweise eine alternierende Verteilung von Referenzbauteilen C_i bzw. Referenzelementen 7 innerhalb der Sensoranordnung 3 vor.
Eine Anordnung entsprechend 6 lässt sich auch realisieren, ohne dass die zweite Kondensatorplatte 14 näher an der gemeinsamen Kondensatorplatte 11 angeordnet ist.
Eine Anordnung entsprechend 6 lässt sich auch realisieren, ohne dass eine Verzahnung/Verästelung vorgesehen ist.
Es kann von Vorteil sein, Referenzelemente 7 und Sensorelemente 3.1 gleichmäßig und abwechselnd innerhalb der Sensoranordnung 3 zu verteilen. Hierdurch ist zu erwarten, dass die Umwelteinflüsse in noch vergleichbarer Weise wirken. Eine Ausführungsform mit gleichmäßiger Verteilung der Referenzelemente 7 und Sensorelemente 3.1 ist in den 8 und 9 dargestellt.
Die 8 zeigt abermals eine linearisierte Darstellung der vorzugsweise kreisförmigen angeordneten Sensoranordnung 3, die in 9 in stark schematisierter Art kreisförmig dargestellt ist.
In der gezeigten Anordnung ist eine gemeinsame erste Kondensatorplatte 11 vorgesehen, gefolgt von einer zweiten Kondensatorplatte 14 eines Referenzelements 7, gefolgt von einer gemeinsamen ersten Kondensatorplatte 11, gefolgt von einer zweiten Kondensatorplatte 12 eines Sensorelements 3.1. Diese Anreihung wiederholt sich alternierend. Dargestellt sind ferner Abschirmelemente 10, welche jeweils zwischen eine erste Kondensatorplatte 11 und eine zweite Kondensatorplatte 12 eines Sensorelements 3.1 eindringen. In der Anordnung sind alle Abstände zwischen benachbarten Kondensatorplatten 11, 12, 14 identisch.
In 10 ist eine Ausführung der Vorrichtung 1 zur Messung der Ausrichtung des Mikrospiegels 2 dargestellt, bei der an den komplementären Signalleitungen 4.1, 4.2 der Ausleseschaltung 4 ein Feld 16 von elektrischen Ausgleichskomponenten C_A vorgesehen ist, wobei die elektrischen Ausgleichskomponenten C_A elektrisch zuschaltbar sind, beispielsweise durch Transistoren oder Transmissionsgatter ("Transmission Gates"), um eine Asymmetrie physikalischer Größen zwischen den komplementären Signalleitungen 4.1, 4.2 auszugleichen. Die Ausgleichskomponenten C_A können zueinander binär gewichtet sein (in 10 nicht dargestellt). Die Ausgleichskomponenten C_A können also – unabhängig von der Verwendung identischer Bezugszeichen – verschiedene Wertigkeiten aufweisen.
In vorteilhafter Weise kann insbesondere ein kapazitives Ungleichgewicht zwischen ungleichen Signalleitungen 4.1, 4.2 der volldifferenziellen Ausleseschaltung 4 kompensiert werden. Es handelt sich somit bei den elektrischen Ausgleichskomponenten C_A um Ausgleichskapazitäten C_A. Durch Zuschalten einer entsprechenden Anzahl elektrischer Ausgleichskapazitäten C_A können insbesondere die beispielhaft dargestellten parasitären Kapazitäten C_P an den Signalleitungen 4.1, 4.2 ausgeglichen werden.
Beispielsweise kann es sich bei der parasitären Kapazität C_P der oberen Signalleitung 4.1 um 1.300 fF und bei der parasitären Kapazität C_P der unteren Signalleitung 4.2 um 2.600 fF handeln. Demzufolge kann es von Vorteil sein, durch das Feld 16 der Ausgleichskapazitäten C_A an der oberen Signalleitung 4.1 weitere 1.300 fF elektrisch zuzuschalten, wodurch gleichmäßig an beiden Signalleitungen 4.1, 4.2 jeweils eine parasitäre Gesamtkapazität von 2.600 fF anliegt.
Durch diese Technik können "Common-Mode"-Störungen der Ausleseschaltung 4, insbesondere an den Eingängen einer Verstärkerstufe 5 (die Ausleseschaltung 4 ist in dieser Darstellung als Blackbox dargestellt), stark unterdrückt werden. Im besten Fall kann sogar auf eine Input-Common-Mode-Feedback-Stufe 6 verzichtet werden, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, wodurch Leistung und Fläche eingespart werden kann.
In 11 ist eine Weiterbildung der Erfindung gezeigt, bei der eine Referenzsignalquelle 17 vorgesehen ist, um ein Referenzsignal I_ref, vorliegend ein Stromsignal und vorzugsweise Rechtecksignal, an einem Eingang der Ausleseschaltung 4 einzuspeisen, wobei eine Signalanalyseeinrichtung 18 vorgesehen ist, um anhand des Ausgangssignals V_OUT und des Referenzsignals I_ref den Referenzwert wenigstens eines Referenzbauteils C_i zu bestimmen.
Da der Signalanalyseeinrichtung 18 das direkte Eingangssignal der Ausleseschaltung 4, nämlich das Referenzsignal I_ref, bekannt ist, kann durch einen Vergleich mit dem gemessenen Ausgangssignal V_OUT der Ausleseschaltung 4, beispielsweise im Frequenzbereich, die Übertragungsfunktion bzw. ein Teil der Übertragungsfunktion, nämlich der wenigstens eine Referenzwert, berechnet werden. Somit kann eine Drift der Referenzbauteile C_i der Ausleseschaltung 4 bestimmt und anschließend kompensiert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Signalanalyseeinrichtung 18 das Ausgangssignal V_OUT der Ausleseschaltung 4 im Wesentlichen unbeeinflusst weiterleitet, in 11 gestrichelt dargestellt.
Es hat sich gezeigt, dass es von Vorteil ist, dass die Referenzsignalquelle 17 das Referenzsignal I_ref im Bereitschaftsbetrieb der Sensoranordnung 3 einspeist. Grundsätzlich wäre auch ein Einspeisen des Referenzsignals I_ref im Betrieb der Sensoranordnung 3 möglich, wenn ein derartiges Einspeisen den Normalbetrieb der Sensoranordnung 3 nicht stört, beispielsweise durch das Einspeisen in einem bestimmten Frequenzbereich.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Sensordrift einer Sensoranordnung 3 und/oder einer Ausleseschaltung 4 einer Vorrichtung 1 zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls 2 bzw. eines Mikrospiegels 2. Zur Verdeutlichung des Verfahrens dient 12. Das Verfahren wird anhand der Messung des Kippwinkels des Mikrospiegels 2 durch die kapazitive Sensoranordnung 3 beschrieben.
Es kann vorgesehen sein, dass für zwei spezifische Kippwinkel W₁, W₂ des Mikrospiegels 2 jeweils ein Sollwert C_Soll1, C_Soll2 für die Kapazität C_CS1, C_CS2 definiert ist, wonach zur Bestimmung einer Drift der Sensoranordnung 3 und/oder Ausleseschaltung 4 im Zuge einer Kalibrierung bzw. Messung der Drift die beiden spezifischen Kippwinkel W₁, W₂ des Mikrospiegels 2 angesteuert werden, wobei für jeden spezifischen Kippwinkel W₁, W₂ des Mikrospiegels 2 ein Istwert C_Ist1, C_Ist2 für die Kapazität C_CS1, C_CS2 erfasst wird, wonach die Abweichung zwischen dem Sollwert C_Soll1, C_Soll2 und dem Istwert C_Ist1, C_Ist2 bestimmt wird, wonach die Vorrichtung 1 entsprechend der Abweichung neu kalibriert wird.
Vorzugsweise wird nach der Herstellung bzw. vor Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 zur Messung der Ausrichtung des Mikrospiegels 2 die Vorrichtung 1 vermessen. Hierzu werden in vorliegendem Beispiel die zwei Kippwinkel W₁, W₂ angesteuert, die sich vorzugsweise im Bereich eines Endanschlags des Mikrospiegels 2, besonders bevorzugt an den Endanschlägen, befinden. Für die entsprechenden Kippwinkel W₁, W₂ wird dann die Kapazität C_CS1, C_CS2 aufgezeichnet.
Im Zuge der Vermessung der Vorrichtung 1 bzw. der Drift der Sensoranordnung 3 und/oder Ausleseschaltung 4 wird im Bereitschaftsbetrieb der Vorrichtung 1 schließlich jeder der zuvor bestimmten Kippwinkel W₁, W₂ abermals angesteuert und ein Istwert C_Ist1, C_Ist2 der entsprechenden Kapazität C_CS1, C_CS2 aufgenommen. Durch eine lineare Interpolation kann anschließend in vorteilhafter Weise für den gesamten Messraum eine Abweichung bzw. eine Drift bestimmt und entsprechend eine Kalibrierung der Vorrichtung 1 vorgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0278704 A1 [0006]
US 2009/0316130 A1 [0006]
WO 2009/100856 A1 [0123]

Claims

Vorrichtung (1) zur Messung einer Ausrichtung eines Moduls (2) und zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals (V_OUT), umfassend eine Sensoranordnung (3), eine Ausleseschaltung (4) und Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Eingangssignals (V_IN), wobei die Sensoranordnung (3) zur Bestimmung der Ausrichtung wenigstens einen Messwert wenigstens einer präferierten physikalischen Größe erfasst, wobei die Sensoranordnung (3) zur Erfassung des Messwerts wenigstens ein Sensorelement (3.1) aufweist, und wobei die Ausleseschaltung (4) wenigstens ein elektrisches Referenzbauteil (C_i) umfasst, welches einen von der Ausrichtung unabhängigen Referenzwert der präferierten physikalischen Größe aufweist, wobei der Referenzwert gemeinsam mit dem Messwert in eine Übertragungsfunktion zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Eingangssignal (V_IN) und dem Ausgangssignal (V_OUT) eingeht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Referenzbauteil (C_i) in die Sensoranordnung (3) integriert ist, wobei ein Referenzbauteil (C_i) innerhalb der Sensoranordnung (3) durch wenigstens ein Referenzelement (7) gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Moduls (2) durch mehrere zu einer Sensorgruppe (C_CS1, C_CS2) zusammengefasste Sensorelemente (3.1) bestimmt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Sensoranordnung (3) mehrere Referenzbauteile (C_i) integriert sind, wobei jedes Referenzbauteil (C_i) einem Sensorelement (3.1) oder einer Sensorgruppe (C_CS1, C_CS2) zugeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Ausrichtung zwei komplementäre Messwerte durch wenigstens zwei komplementär angeordnete Sensorelemente (3.1) erfasst werden und die Ausleseschaltung (4) volldifferentiell ausgebildet ist, wobei jedem Sensorelement (3.1) wenigstens ein Referenzbauteil (C_i) zugeordnet und in die Sensoranordnung (3) integriert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzbauteile (C_i) und/oder die Referenzelemente (7) alternierend zu den Sensorelementen (3.1) und/oder Sensorgruppen (C_CS1, C_CS2) angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der präferierten physikalischen Größe, auf der der Messwert und der Referenzwert basieren, um eine Kapazität und/oder eine Induktivität und/oder eine Leitfähigkeit handelt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfunktion auf einem mathematischen Verhältnis von Messwert zu Referenzwert basiert.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (3) als kapazitive Sensoranordnung (3), vorzugsweise als ein kapazitiv basiertes mikroelektromechanisches System (8), ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) auf der geschalteten Kondensatortechnik basiert.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseschaltung (4) wenigstens eine Verstärkerstufe (5) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Referenzbauteil (C_i) und das wenigstens eine Sensorelement (3.1) als Kondensator ausgebildet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Referenzelement (7) zu dem wenigstens einen Sensorelement (3.1) innerhalb der Sensoranordnung (3) derart angeordnet ist, dass das wenigstens eine Referenzelement (7) und das wenigstens eine Sensorelement (3.1) im Wesentlichen gleichen Umwelteinflüssen bei der Herstellung der Sensoranordnung (3) und/oder bei der Lagerung der Sensoranordnung (3) und/oder im Bereitschaftsbetrieb der Sensoranordnung (3) und/oder im Betrieb der Sensoranordnung (3), insbesondere bezüglich einer Betriebstemperatur und Alterungseffekten, unterliegen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (3.1) in der Sensoranordnung (3) kreisförmig in der Art von Kämmen verteilt angeordnet sind, wobei wenigstens ein Referenzelement (7) auf demselben Kamm angeordnet ist, wie ein Sensorelement (3.1) und/oder wenigstens ein Referenzelement (7) zwischen zwei Kämmen von Sensorelementen (3.1) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3.1) eine erste Kondensatorplatte (11) und eine zweite Kondensatorplatte (12) aufweist und das Modul (2) ein Abschirmelement (10) und/oder ein Dielektrikum umfasst, dessen Position zwischen den Kondensatorplatten (11, 12) von der Ausrichtung des Moduls (2) abhängt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (7) und das Sensorelement (3.1) eine gemeinsame erste Kondensatorplatte (11) aufweisen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kondensatorplatte (12) des Sensorelements (3.1) und eine zweite Kondensatorplatte (14) des Referenzelements (7) zu der gemeinsamen ersten Kondensatorplatte (11) ausgerichtet sind, wobei das Abschirmelement (10) und/oder das Dielektrikum nur zwischen die gemeinsame erste Kondensatorplatte (11) und die zweiten Kondensatorplatte (12) des Sensorelements (3.1) eindringt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kondensatorplatte (14) des Referenzelements (7) näher an der gemeinsamen ersten Kondensatorplatte (11) angeordnet ist, als die zweite Kondensatorplatte (12) des Sensorelements (3.1).
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (3) eine nachfolgende Anordnung von Kondensatorplatten (11, 12, 14) umfasst: – eine gemeinsame erste Kondensatorplatte (11), gefolgt von – einer zweiten Kondensatorplatte (12) eines Sensorelements (3.1), gefolgt von – einer gemeinsamen ersten Kondensatorplatte (11), gefolgt von – einer zweiten Kondensatorplatte (14) eines Referenzelements (7), wobei sich diese Anordnung wenigstens zweimal alternierend fortsetzt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwei aufeinander ausgerichtete Kondensatorplatten (11, 12, 14) zur Vergrößerung der aufeinander ausgerichteten Oberfläche eine gegenseitige Verästelung und/oder Verzahnung aufweisen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleseschaltung (4) eine Input-Common-Mode-Feedback-Stufe (6) am Eingang einer Verstärkerstufe (5) umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Paar von komplementären Signalleitungen (4.1, 4.2) einer volldifferentiell ausgebildeten Ausleseschaltung (4) an wenigstens einer der komplementären Signalleitungen (4.1, 4.2) ein Feld (16) von elektrischen Ausgleichskomponenten (C_A) vorgesehen ist, wobei eine oder mehrere der elektrische Ausgleichskomponenten (C_A) elektrisch zuschaltbar sind, um eine Asymmetrie einer physikalischen Größe zwischen den komplementären Signalleitungen (4.1, 4.2) auszugleichen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskomponenten (C_A) zueinander binär gewichtet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den elektrischen Ausgleichskomponenten (C_A) um Ausgleichskapazitäten (C_A) handelt, die durch elektrisch gesteuerte Schalter mit der Signalleitung (4.1, 4.2) verbindbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzsignalquelle (17) vorgesehen ist um ein Referenzsignal (I_ref) an wenigstens einem Eingang der Ausleseschaltung (4) einzuspeisen, wobei eine Signalanalyseeinrichtung (18) vorgesehen ist, um anhand des Ausgangssignals (V_OUT) und des Referenzsignals (I_ref) den Referenzwert wenigstens eines Referenzbauteils (C_i) zu bestimmen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (I_ref) ein Stromsignal ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal (I_ref) ein periodisches Signal ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 24, 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzsignalquelle (17) das Referenzsignal (I_ref) im Bereitschaftsbetrieb der Sensoranordnung (3) einspeist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die zu messende Ausrichtung ein Kippwinkel des Moduls (2) ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (2) ein optisches Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) eine Linse oder ein Spiegel ist.
Projektionsbelichtungsanlage (400, 100) für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem (401, 103), mit einer Strahlungsquelle (402) sowie einer Optik (403, 107), welche wenigstens ein auszurichtendes optisches Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) aufweist, wobei das auszurichtende optische Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) jeweils aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen und/oder Mikrospiegeln zusammengesetzt ist, die jeweils einzeln ein Modul (2) darstellen, wobei zur Messung der Ausrichtung eines Moduls (2) eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30 vorgesehen ist.
Verfahren zur Kalibrierung einer Drift einer Sensoranordnung (3) und/oder einer Ausleseschaltung (4) einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30, wonach für wenigstens eine spezifische Ausrichtung (W₁, W₂) des Moduls (2) wenigstens ein Sollwert (C_Soll1, C_Soll2) für die präferierte physikalische Größe definiert ist, wonach zur Bestimmung der Drift die wenigstens eine spezifische Ausrichtung (W₁, W₂) des Moduls (2) angesteuert wird, und für jede spezifische Ausrichtung (W₁, W₂) des Moduls (2) ein Istwert (C_Ist1, C_Ist2) für die präferierte physikalische Größe erfasst wird, wonach die Abweichung zwischen dem Sollwert (C_Soll1, C_Soll2) und dem Istwert (C_Ist1, C_Ist2) bestimmt wird, wonach die Vorrichtung (1) entsprechend der Abweichung neu kalibriert wird.
Verfahren nach Anspruch 32, wonach sich die wenigstens eine spezifische Ausrichtung (W₁, W₂) des Moduls (2) im Bereich eines Endanschlags des Moduls (2), vorzugsweise an einem Endanschlag, befindet.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, wonach für zwei spezifische Ausrichtungen (W₁, W₂) des Moduls (2) jeweils ein Sollwert (C_Soll1, C_Soll2) für die präferierte physikalische Größe definiert ist.