DE10209661A1 - Objektiv, insbesondere Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie - Google Patents

Abstract

Ein Objektiv, insbesondere Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie, ist mit wenigstens einem optischen Element (8) versehen, das in einer Innenfassung (9a) gelagert ist, wobei die Innenfassung (9a) mit der Außenfassung (9b) verbunden ist. Durch eine Manipulatoreinrichtung (21) erfolgt eine Verschiebung des optischen Elementes (8), vorzugsweise in wenigstens eine Richtung, die wenigstens annähernd parallel zur optischen Achse liegt. In einem Spalt (12) zwischen der Innenfassung (9a) und der Außenfassung (9b) ist wenigstens ein elastisch verformbares Band (13) angeordnet, wobei das Band jeweils über einen Befestigungsabschnitt (15) mit der Innenfassung (9a) und der Außenfassung (9b) verbunden ist und wobei die beiden Befestigungsabschnitte (15) durch einen Bogenabschnitt (18, 19) und dazwischenliegende freie Anlageteile (16, 17) miteinander verbunden sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit wenigstens einem optischen Element, das in einer Innenfassung gelagert ist, wobei die Innenfassung mit einer Außenfassung verbunden ist, und mit einer Manipulatoreinrichtung zur translatorischen Verschiebung des optischen Elements in wenigstens einer Richtung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen.
• In Objektiven, insbesondere Projektionsobjektiven von Projektionsbelichtungsanlagen müssen einzelne optische Elemente, wie z. B. Linsen, zur Beseitigung von Abbildungsfehlern gegenüber den übrigen optischen Elementen verschoben werden. Diese Verstellung kann als translatorische Verschiebung parallel zur optischen Achse oder auch quer zu ihr erfolgen. Hierzu sind Manipulatoreinrichtungen bzw. Aktuatoren bekannt, die eine Innenfassung, in der das optische Element gelagert ist, gegenüber einer Außenfassung verschiebt. Hierzu wird z. B. auf die DE 198 59 634 A1 und DE 199 01 295 A1 verwiesen.
• Ein Problem bei diesen Verschiebungen ist jedoch, daß nicht immer sichergestellt ist, daß eine reine translatorische bzw. lineare Verschiebung auftritt. Vielmehr können auch Kippbewegungen und/oder Verschiebungen quer zur gewünschten Richtung auftreten. Darüber hinaus soll eine translatorische Bewegung entlang bzw. parallel zur gewünschten Richtung möglichst reibungsfrei erfolgen, um Hystereseeffekte zu vermeiden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Objektiv zu schaffen, in welchem einzelne zu verschiebende optische Elemente möglichst reibungsfrei verschoben werden können, insbesondere entlang oder parallel zur optischen Achse, wobei möglichst keine Verkippungen und keine Verschiebungen in andere Richtungen wie der gewünschten Richtung auftreten sollen.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem Spalt zwischen der Innenfassung und der Außenfassung wenigstens ein elastisch verformbares Band angeordnet ist, wobei das Band jeweils über einen Befestigungsabschnitt mit der Innenfassung und der Außenfassung verbunden ist, und wobei die beiden Befestigungsabschnitte durch einen Bogenabschnitt und dazwischen liegende freie Anlageteile miteinander verbunden sind.
• Eine bevorzugte Ausführungsform stellt dabei ein Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen dar.
• Durch das zwischen der Innenfassung und der Außenfassung angeordnete elastisch verformbare Band erfolgt eine rein translatorische Verschiebung der Innenfassung gegenüber der Außenfassung parallel zur oder entlang der optischen Achse. Dies wird dabei dadurch bewirkt, daß die freien Anlageteile des elastischen Bandes jeweils auf der dazugehörigen Umfangswand abrollen können, wobei gleichzeitig über die Befestigungsabschnitte die Innenfassung relativ zur Außenfassung rein translatorisch bzw. linear mit verschoben wird.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann dabei das Band jeweils mit zwei Bogenabschnitten und dazwischenliegenden freien Anlageteilen versehen sein. Wenn dabei die Bogenabschnitte, die Befestigungsabschnitte und die freien Anlageteile einstückig sind, ergibt sich ein geschlossenes Rollband mit einer exakten translatorischen Bewegung.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird man die Innenfassung als Innenring und den Spalt als Ringspalt ausbilden, in welchem mehrere Rollbänder über den Umfang verteilt angeordnet sind. Zumindest die dem Innenring zugewandte Seite der Außenfassung sollte dabei ebenfalls eine Ringform aufweisen.
• Um eine möglichst satte und damit gute Auflagefläche zu erreichen, kann man den Innenring und die Außenfassung im Bereich des Ringspaltes mit Abflachungen versehen und die Rollbänder an den Stellen der Abflachungen anbringen.
• Im allgemeinen wird es ausreichend sein, drei Rollbänder gleichmäßig über den Umfang verteilt in dem Ringspalt anzuordnen. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, zur Erhöhung der Steifigkeit mehr als drei Rollbänder anzuordnen, wie z. B. vier Rollbänder, wobei in diesem Falle sich jeweils zwei Rollbänder gegenüberliegend angeordnet sein sollten.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
• Es zeigt:
• Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, welche zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtete Wafer verwendbar ist;
• Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Linse als optisches Element mit der dazugehörigen Fassung und einem elastischem Band;
• Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung der Fig. 2 mit einem Teil der Innenfassung und der Außenfassung nebst dazwischenliegendem Rollband;
• Fig. 4 ausschnittsweise eine Schnittdarstellung mit der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Rollbandes; und
• Fig. 5 eine vereinfachte Ausführungsform in einer Ansicht gemäß Fig. 4.
• In Fig. 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z. B. Computerchips.
• Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und einer Abbildungseinrichtung nämlich einem Projektionsobjektiv 7 mit mehreren optischen Elementen, wie z. B. Linsen 8, die über Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektives 7 gelagert sind.
• Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, daß die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 mit einer Verkleinerung der Strukturen belichtet werden.
• Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in Pfeilrichtung weiterbewegt, so daß auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur, belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des Wafers 2 in der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird diese häufig auch als Stepper bezeichnet.
• Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente so geformt, daß der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
• Über den Projektionsstrahl 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen, wie z. B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlußplatten und dergleichen auf.
• Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Linse 8, wie sie mit der dazugehörigen Fassung 9 in das Projektionsobjektiv 7 eingebaut ist. Wie ersichtlich, weist die Fassung 9 eine Innenfassung 9a in Form eines Innenringes und eine Außenfassung 9b in Form eines Außenringes auf. Zwischen der Innenfassung 9a und der Außenfassung 9b befindet sich ein Ringspalt 12. In dem Ringspalt 12 sind drei über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete elastisch verformbare Bänder in Form von Rollbändern 13 angeordnet.
• Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weisen sowohl der Innenring 9a als auch der Außenring 9b auf ihren einander zugewandten Seiten drei gleichmäßig über den Umfang verteilt liegenden Abflachungen 14 in der Ringform auf. Im Bereich der Abflachungen, die eine Breite e besitzen, liegen die Rollbänder 13 mit wenigstens annähernd gleicher Breite flach an.
• Die Ausgestaltung eines Rollbandes 13 ist aus den vergrößerten Darstellungen in den Fig. 3 und 4 näher ersichtlich. Jedes der Rollbänder 13 ist einstückig und besitzt in grober Annäherung eine ovale Form mit zwei parallelen Längsseiten. Jedes Rollband 13 besitzt zwei Befestigungsabschnitte 15. Die Befestigungsabschnitte 15 liegen sich gegenüber und weisen eine Länge a auf. Über die beiden Befestigungsabschnitte, die parallel zueinander in dem Ringspalt 12 liegen, ist das Rollband 13 jeweils mit dem dazugehörigen Fassungsteil, nämlich dem Innenring 9a und der Außenfassung 9b fest verbunden. Jeweils an beiden Längsenden der Befestigungsabschnitte 15 schließen sich freie Anlageteile 16 und 17, welche in einer Grundposition jeweils eine Länge b aufweisen können und die ebenfalls an dem Innenring 9a bzw. an der inneren Umfangswand der Außenfassung 9b flach anliegen. An die freien Anlageteile 16 und 17 schließen sich dann jeweils Bogenabschnitte 18 bzw. 19 an, die die freien Anlageteile 16 und 17 miteinander verbinden. Auf diese Weise ergibt sich eine einstückige geschlossene Bandform in Form eines Rollbandes.
• Die drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Rollbänder 13 funktionieren auf folgende Weise:
  Um eine Translationsverschiebung der Innenfassung 9a und damit der Linse 8 in z-Richtung bzw. parallel zur optischen Achse zu erreichen, greift eine nicht näher dargestellte Manipulatoreinrichtung 21 (siehe gestrichelte Darstellung in der Fig. 3) an der Innenfassung 9a an und verschiebt diese in Pfeilrichtung 22, wobei diese Verschieberichtung der Richtung des Pfeiles 20 entspricht.
• Die Anordnung und Ausgestaltung der Manipulatoreinrichtung 21 ist beliebig und richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzfall. Im Bedarfsfalle können hier auch Hebelübersetzungen vorgenommen werden, wobei sich die Manipulatoreinrichtung 21 in diesem Fall auch in einer anderen Ebene bzw. an anderer Stelle befinden kann.
• Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, kann sich der Innenring 9a zusammen mit der Linse 8 in Pfeilrichtung 20 nach oben bewegen und zwar aufgrund der frei beweglichen an den Wänden des Innenrings 9a und der Außenfassung 9b anliegenden freien Anlageteile 16 und 17, die zusammen mit den ebenfalls freien Bogenabschnitten 18 und 19 an den Wänden abrollen. Auf diese Weise bewegt sich das Rollband gemäß gestrichelter Darstellung mit den beiden Bogenabschnitten 18 und 19 jeweils um den Weg s/2 nach oben, womit sich ein Verschiebeweg für den Innenring 9a um den Weg s ergibt.
• Die geschlossene einstückige Form des Rollbandes 13 ergibt eine sehr steife Form, insbesondere gegenüber quer zur z-Achse gerichtete Bewegungen, während in z-Richtung eine hohe Beweglichkeit gegeben ist. Hierzu können die Rollbänder als Membrane, z. B. aus einem sehr elastischen Federstahlband, ausgebildet sein.
• Grundsätzlich reicht für eine Verschiebung des Innenringes 9a auch ein Bogenabschnitt 18 bzw. 19 auf einer Seite aus, der an seinen beiden Enden mit den freien Anlageteilen 16 oder 17 versehen ist, die jeweils in einen Befestigungsabschnitt 15 übergehen. In diesem Falle entfallen dann entweder die beiden oberen freien Anlageteile 16 oder die beiden unteren freien Anlageteile 17 mit ihrem jeweiligen Bogenabschnitt 18 bzw. 19, womit sich lediglich eine Art Torbogen ergibt. Hierzu wird auf die vereinfachte Darstellung in der Fig. 5 verwiesen. Durch eine geschlossene Rollbandform mit zwei Bogenabschnitten 18 und 19 ergibt sich jedoch eine höhere Stabilität und bessere Führung.
• Mit den über den Umfang verteilte angeordneten Rollbändern 13 ergibt sich eine reine lineare Verschiebung des Innenringes 9a bei einer hohen Reibungsfreiheit und damit einer Vermeidung von Hystereseeffekten.
• Durch den Krümmungsradius r der beiden Bogenabschnitte 18 und 19 werden die auftretenden Spannungen in dem Rollband 13 vorgegeben. Der Krümmungsradius r ist dabei so groß zu wählen, daß keine plastischen Deformationen durch zu hohe Spannungen auftreten. Der Krümmungsradius r ergibt sich aus dem halben Abstand des Ringspaltes 12 zwischen dem Innenring 9a und der Außenfassung 9b. Beim Abrollen der freien Anlageteile 16 und 17 und der Bogenabschnitte 18 und 19 an den dazugehörigen Wänden des Innenringes 9a bzw. der Außenfassung 9b bleibt der Krümmungsradius r erhalten und somit auch eine gleichbleibende Spannung im Rollband. Durch die Verwendung der Rollbänder 13 ergibt sich keine Begrenzung des Stellweges durch ein unzulässiges Anwachsen von Deformationsspannungen, wie dies bei herkömmlichen Verstelleinrichtungen der Fall ist.
• Wenn die Rollbänder 13 eine ausreichend große Breite e besitzen, ergibt sich gegenüber Verschiebungen quer zur z-Achse und gegenüber Verdrehungen eine entsprechend hohe Steifigkeit. Falls die Steifigkeit gegenüber unerwünschten Verschiebungsrichtungen und Verdrehungen erhöht werden soll, können im Bedarfsfall auch mehr als drei Rollbänder 13 vorgesehen werden.

Claims (13)

1. Objektiv mit wenigstens einem optischen Element, das in einer Innenfassung gelagert ist, wobei die Innenfassung mit einer Außenfassung verbunden ist, und mit einer Manipulatoreinrichtung zur Verschiebung des optischen Elementes in wenigstens einer Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Spalt (12) zwischen der Innenfassung (9a) und der Außenfassung (9b) wenigstens ein elastisch verformbares Band (13) angeordnet ist, wobei das Band (13) jeweils über einen Befestigungsabschnitt (15) mit der Innenfassung (9a) und der Außenfassung (9b) verbunden ist, und wobei die beiden Befestigungsabschnitte (15) durch einen Bogenabschnitt (18, 19) und dazwischenliegende freie Anlageteile (16, 17) miteinander verbunden sind.

2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß da optische Element in eine Richtung verschiebbar ist, die wenigstens annähernd parallel zur optischen Achse liegt und daß das elastisch verformbare Band (13) in einem Spalt (12) angeordnet ist, der parallel zur optischen Achse verläuft.

3. Objektiv nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsabschnitte (15) an den einander zugekehrten Umfangswänden von Innenfassung (9a) und Außenfassung (9b) befestigt sind, und daß die freien Anlageteile (16, 17) jeweils an den dazugehörigen Wänden anliegen, wobei bei einer Verschiebung der Innenfassung (9a) durch die Manipulatoreinrichtung (21) die freien Anlageteile (16, 17) entsprechend der Verschiebebewegung an den Wänden abrollen.

4. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (13) mit den Befestigung>abschnitten (15), den Bogenabschnitten (18, 19) und den freien Anlageteilen (16, 17) einstückig und als geschlossenes Rollband ausgebildet ist.

5. Objektiv nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über den Umfang der Innenfassung (9a) und der Außenfassung (9b) verteilt angeordnete Rollbänder (13) vorgesehen sind.

6. Objektiv nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfassung (9a) als Innenring und der Spalt (12) als Ringspalt, in welchem die Rollbänder (13) angeordnet sind, ausgebildet sind.

7. Objektiv nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfassung (9b) wenigstens am Innenumfang ringförmig ausgebildet ist.

8. Objektiv nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollbänder (13) jeweils im Bereich von Abflachungen (14) des Innenringes (9a) und der Außenfassung (9b) angeordnet sind.

9. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element (8) eine Linse ist.

10. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare Band (13) als Membrane ausgebildet ist.

11. Objektiv nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane aus Federstahl besteht.

12. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Projektionsobjektiv für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen ausgebildet ist, wobei das elastisch verformbare Band (13) zwischen der Innenfassung (9a) und der Außenfassung (9b) des optischen Elementes angeordnet ist.

13. Projektionsobjektiv nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element eine Linse ist.