TWI684086B - 用於致動一元件的方法與配置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於用以致動在用於微影之系統中之元件的方法及配置。根據一態樣，在至少一自由度中，一致動器力係藉由至少兩個致動器組件而施加於元件上，其中該致動器組件係彼此獨立地驅動以產生致動器力，且其中上述驅動實現的方式為，由於由致動器組件所產生之致動器力而引入系統中的一熱能(Pdiss)偏離一預定常數值不多於20%。

Description

用於致動一元件的方法與配置 【相關專利參照】
本申請案主張2014年4月7日申請之德國專利申請案DE 10 2014 206 686.7的優先權。此申請案的內容係併入本文做為參考。
本發明係關於用以致動在用於微影之系統中之元件的方法與配置。
根據本發明的配置可有利地用於例如光學系統，特別是用以判定在遮罩上之結構位置的裝置或在微影投影曝光裝置中的其他裝置(例如用以致動在一照明單元中或在一投影透鏡中的一反射鏡)。本發明也可有利地用於其他系統，特別是在瞬態熱負載(transient thermal load)導致系統之操作特性減損的系統中，因此限制該瞬態熱負載是相當重要的。
在需要具有特別高準確率及設定速度之元件精準定位的系統中，像是例如且特別是光學系統，準確且快速的定位通常與有關系統中最大可允許熱負載的適用限制產生矛盾。
在此情況中，瞬態(即以非恆定的方式發生或非穩態)熱負載一有關例如在不同定位速度的致動一可能特別會有問題，其中負載(例如經由其在系統內相關元件及/或某些其他結構中所引入之時間上可變機械形 變)可能導致系統之操作特定的減損，該減損係取決於致動器的操作。
用以克服瞬態熱負載所帶來之問題的習知方法包含例如將帶來相關熱負載的組件與系統的其他部分熱隔離、或執行主動或被動的冷卻策略。然而，這些方法會導致結構性支出的增加，而且也不總是保證足夠快或準確地消除瞬態熱負載的發生。
本發明的一目的為提供一種方法及配置，用以致動在針對微影之系統中的元件，其致能準確且快速的定位，同時至少實質地避免瞬態熱負載所帶來的問題。
此目的係藉由根據申請專利範圍獨立項之特徵的方法及配置而達成。
在根據本發明之用以致動在用於微影之一系統中之一元件的方法中，- 在至少一自由度中，一致動器力(actuator force)係藉由至少兩個致動器組件而施加於元件上；- 其中該致動器組件係彼此獨立地驅動以產生致動器力；以及- 其中上述驅動實現的方式為，由於由致動器組件所產生之致動器力而引入系統中的一熱能(thermal power)偏離一預定常數值(predefined constant value)不多於20%。
本發明特別是基於在致動系統中一元件的過程中降低或甚至完全消除瞬態熱負載引入該系統中的概念，其係因為增加的恆定熱負載(其也可稱作「標稱熱負載(nominal thermal load)」)是以針對由於致動而引入系統之熱能的常數值預定義的方式而接受的事實，以及因為致動器組件係以該熱能之永久產生而驅動的事實。此方法也從以下的考量進行：不管有可能增加但在過程中以恆定的方式產生的熱負載如何，系統可在熱平衡下 操作，且在這方面，特別是損害操作特性(例如對這類變形的反應特別敏感的微影投影曝光裝置的光學特性)的不良形變將不再發生。
在此情況中，根據由致動器組件引入系統之熱能偏離預定常數值不多於20%的標準係用以表達以下事實：本發明應被視為也涵蓋並不總是完全遵守針對引入系統中之熱能所預定義之常數值的情況，其中，若適合的話，偶爾發生的瞬態負載也仍可被耐受到一定程度，其取決於熱能的預定義值。
根據一具體實施例，致動器組件之驅動的實現方式為，由於由致動器組件所產生之致動器力而引入系統中的一熱能偏離預定常數值不多於10%，特別是不多於5%
根據一具體實施例，針對由致動器組件所引入系統中之熱能的預定常數值的選擇方式為，該熱能對應在致動器組件產生最大可允許之致動器力時引入系統之熱能。
根據一具體實施例，致動器組件為線圈，電流係施加於其中以產生致動器力。
根據一具體實施例，致動器組件的驅動係至少偶爾實現，使得致動器組件至少部分地互相抵消有關其對施加於元件上之致動器力的貢獻。
本發明也有關用以致動在用於微影之一系統中之一元件的方法，- 其中在至少一自由度中，一致動器力係藉由至少兩個致動器組件而施加於元件上；- 其中該致動器組件係彼此獨立地驅動以產生致動器力；以及- 其中上述驅動係至少偶爾實現，使得致動器組件至少部分地互相抵消有關其對施加於元件上之致動器力的貢獻。
根據一具體實施例，致動器組件至少偶爾產生相互抵消 (counteract)的分力(force component)。
本發明也有關用以致動在用於微影之一系統中之一元件的方法，- 其中在至少一自由度中，一致動器力係藉由至少兩個致動器組件而施加於元件上；- 其中該致動器組件係彼此獨立地驅動以產生致動器力；以及- 其中致動器組件至少偶爾產生相互抵消的分力。
根據一具體實施例，藉由改變分力(量(amount)及/或方向)而調整致動器力的量及/或方向。
根據一具體實施例，致動器組件為線圈，其中分別施加於該線圈之每一者的一電流係至少偶爾改變(安培數及/或電流方向)以改變該分力。
根據一具體實施例，致動器組件的驅動係至少偶爾實現，使得由致動器組件引入系統中的熱能至少部分地補償出現在系統中的一熱擾動(thermal disturbance)，特別由於出現在系統其他地方的一熱源。
根據一具體實施例，系統為一光學系統。
本發明也更關於用以致動在用於微影之一系統中之一元件的配置，其中在至少一自由度中，在元件上的一致動器力可藉由至少兩個致動器組件而產生，其中該致動器組件可彼此獨立地驅動以產生致動器力，以及其中上述驅動實現的方式為，由於由致動器組件所產生之致動器力而引入系統中的一熱能偏離一預定常數值不多於20%
本發明也更關於用以致動在用於微影之一系統中之一元件的配置，其中在至少一自由度中，在元件上的一致動器力可藉由至少兩個致動器組件而產生，其中該致動器組件可彼此獨立地驅動以產生致動器力，以及其中上述驅動係至少偶爾實現，使得致動器組件至少部分地互相抵消有關其對施加於元件上之致動器力的貢獻。
本發明也更關於用以致動在用於微影之一系統中之一元件的配置，其中在至少一自由度中，在元件上的一致動器力可藉由至少兩個致動器組件而產生，其中該致動器組件可彼此獨立地驅動以產生致動器力，以及其中致動器組件至少偶爾產生相互抵消的分力。
本發明也更關於包含具有前述特徵之配置的光學系統，特別是用於微影之一系統，像是例如用以判定在一光罩上之結構之位置的一裝置或是一微影投影曝光裝置的一光學系統。
可從以下說明及隨附申請專利範圍設想本發明的更多組態。
下文中將基於在附隨圖式中所述之範例具體實施例而更詳細地解釋本發明。
100‧‧‧致動器配置
110‧‧‧線圈
120‧‧‧線圈
130‧‧‧永久磁鐵
140‧‧‧元件
201‧‧‧位置控制器
202‧‧‧電流轉換單元
205‧‧‧機制
211‧‧‧理想位置
212‧‧‧實際位置
在圖式中：圖1顯示用以說明可實現本發明之方法之一致動配置的一可能結構的基本示意圖；圖2顯示用以說明根據本發明之方法的一可能具體實施例的控制圖式；以及圖3-5顯示用以說明在根據本發明之致動配置中之馬達常數之位置相依性考量的圖式，其可能在本發明的具體實施例中。
圖1首先顯示說明用以致動系統中一元件之配置的一可能結構的基本原理圖，本發明之方法可實現於該配置中。
根據圖1，用以致動元件140(僅為範例，其可為光學系統中的一光學元件(例如反射鏡或透鏡元件))的致動器配置100包含線圈110、線 圈120及永久磁鐵130。電流i1及i2可彼此獨立地分別施加至線圈110、120，其結果為個別線圈110、120在一給定自由度下係分別施加力F1及F2於永久磁鐵130上或於耦合至永久磁鐵130之元件140上。
針對由線圈110、120整體引入系統中的功率，由於該電流的應用，該功率在下文中也稱作「散逸功率(dissipated power)」Pdiss，下式將成立：P diss =R 1 i 1 2+R 2 i 2 2 (1)
針對由線圈110、120整體施加於元件140上的力F，下式將成立：F=k 1 i 1+k 2 i 2 (2)
在上述方程式(1)及(2)中，R1及R2表示線圈110、120的電阻，且k1及k2表示分別由相關線圈110、120與永久磁鐵130所形成之致動器組件的馬達常數(或致動器常數)。一般而言，馬達常數k1及k2與線圈110、120的電阻為溫度相關，其中馬達常數k1及k2額外具有位置相依性(其意思為對致動元件140或永久磁鐵130之當前位置的相依性)。這些相依性在以下的討論中最初將被忽略，且將更詳細地討論。
接著，根據本發明的一態樣，分別施加至線圈110、120的電流i1及i2的選擇方式為，系統中此電流的施加所帶來的瞬態熱負載係降低或甚至完全消除，若適當的話，接受增加的恆定熱負載(「標稱熱負載」)。
根據一具體實施例，為了分別確定電流i1及i2，方程式(1)中的散逸功率係預定義使得其對應產生致動器配置100之最大可允許力Fmax所需之功率Pmax。在此情況中，致動器配置100之該最大力Fmax對應的力為在持續操作期間或在超過一特定的操作期間由於例如線圈110、120「燒掉」而發生致動器配置100故障。
求解包含方程式(1)及(2)的上述方程式系統將得到：
Figure 104111158-A0305-02-0009-1
Figure 104111158-A0305-02-0009-3
包含(3)及(4)的方程式系統要具有實部(不是僅虛部)解答的要求(亦即個別的根項大於零)產生所施加之致動器力的限制，如下：
Figure 104111158-A0305-02-0009-4
由此獲得以下由致動器配置100所產生之力的最大值及最小值：
Figure 104111158-A0305-02-0009-5
Figure 104111158-A0305-02-0009-6
若致動器配置100沒有提供上述極限值之外的力，則可施加相關的力而完全不會在系統中產生瞬態熱負載。
根據上述方法，致動器配置100在任何時間或永久地引入最大功率Pmax(對應最大熱負載)至系統中，其中該最大功率Pmax對應產生上述最大可允許致動器力Fmax所需的功率。這結果為在需要比最大可允許致動器力Fmax低的力的操作階段中，線圈110、120至少部分地「彼此相對作用」，亦即例如線圈110朝左施加力於元件140上，而線圈120朝右施加力於元件140上，所需之電流i1及i2的額外部分(即其就關於各分力之效果係相互抵消)係用以產生熱。此額外產生的熱又用以避免瞬態熱負載，為此目的，本發明接受引入系統中之恆定熱負載的增加。
就此而言，例如在一簡單的範例，在要求在元件140上之致動器力的施加總計為最大致動器力Fmax之一半的操作階段中，電流i1及i2可選 擇使得線圈110產生力F1=0.75*Fmax且線圈120產生力F2=-0.25*Fmax，其中在線圈110、120上的力作用係相互抵消的電流部分係單獨用於產生熱，以使引入系統中的熱負載保持不變，如前述。
在此例子中，本發明利用以下事實：由於每一自由度出現在致動器配置100中的至少兩線圈110、120且可彼此獨立地對其施加電流，有不同的可能性用以產生特定所需的力於個別元件100上，其中這些可能性彼此關於施加到線圈110、120的電流為不同。此電流到線圈110、120的施加或其驅動係根據本發明以上述方法實現，使得雖然整體引入系統中的熱負載有可能增加(即引入比產生所需之致動器力所必要之熱負載更多的熱負載)，但反過來將盡可能地保持熱負載為恆定(或至少獲得整體引入系統中之熱負載之瞬態部分的降低)。
本發明並不受限於上述用以產生最大功率Pmax所需之功率(對應用以產生致動器配置100之最大可允許力Fmax所需的功率)。在其他具體實施例中，也可預定義少於上述最大功率Pmax的一功率(亦即對應小於致動器配置100的最大可允許力Fmax)。在此情況中，只有到所產生力的臨界值才有可能完全消除瞬態熱負載(即僅產生受限的致動器力)。當超過該臨界，瞬態熱負載將產生。然而，該瞬態熱負載仍低於在線圈110、120之傳統驅動的情況中所產生的瞬態熱負載，其中傳統驅動係完全沒有以下兩者其中之一：恆定散逸功率Pdiss的預定義以及以至少部分彼此抵消有關其力作用的方式而施加至線圈110、120的電流。
一般而言，針對由致動器配置100引入系統中的散逸功率Pdiss，也有可能預定義小於最大可允許功率Pmax(由於例如線圈110、120「燒掉」而發生致動器配置100故障的功率)的任意值，雖然該功率Pdiss必須大於產生所期望力所需的最小功率。以引入系統之散逸功率Pdiss的對應預定義，對應方程式(3)、(4)的方程式系統具有實部解答。如上述，若引入系統之散逸功率Pdiss的數值設定為最大可允許功率Pmax，可產生最大可允許力Fmax。
根據本發明另一態樣，上述由施加電流至線圈110、120所散逸之功率的預定義也可實現，以針對性地將熱引入系統中，其中該熱可用以顧及或補償出現在系統中的熱擾動(例如由於系統中的其他熱源)。換言之，根據本發明之致動器配置100也可針對性地使用作為加熱，以此方式來影響系統的特性及藉由控制工程補償例如系統中的熱擾動源，而無額外加熱的需要。
在此情況中，本發明的概念可用以「力中性地(force-neutrally)」產生該補償所需的熱，只要元件140上所需的致動器力在每一情況中由致動器配置100所提供而無被改變。對比上述用以降低瞬態熱負載的方法，在致動器配置100操作期間所另外產生的熱在此不僅可接受(且例如藉由適當的冷卻單元散逸)，而且精準地構成目標明確的設定變數，其例如用以補償其他地方所產生之熱擾動。
圖2顯示用以說明根據本發明可能的一控制之控制圖。元件100的理想位置211(其係根據位置而被控制)係預定義為定點變量。元件100的該理想位置211與實際位置212(該實際位置係以感測器輔助的方式來確定)之間的差異係饋入位置控制器201，其計算要由致動器配置100所施加之所需的力F。此所需的力對應一所需電流，由此轉而在電流轉換單元202(以預定義要引入系統中之特定恆定功率Pdiss之本發明概念的實現)中以所知的馬達常數k1、k2、R1及R2計算施加至線圈110、120的電流i1及i2的數值。若根據此線圈110、120的驅動所分別產生的力F1及F2或其電流的施加具有相同的正負號，力F1及F2兩者完全地作用在機制205上，其以可致動的方法(例如用於元件140的定位)承載元件140，其中可設定例如最大致動器力Fmax。然而，若在元件140上的最大致動器力Fmax在例如操作階段並不需要，則例如由線圈110所產生的力貢獻F1具有負值且由線圈120所產生的力貢獻F2具有正值(反之亦然)。因此，線圈110、120部分地彼此相對作用，其中只有差力△F=F1-F2影響機制205或元件140的定位，而對在元件140上之力作用相互補償 之電流i1及i2的部分僅用於熱的產生(為了部分或完全地消除瞬態熱負載)。
因此，整體而言，根據圖2，線圈110、120中的電流i1及i2的控制方式為，所期望的力係由致動器配置100以引入預定義功率Pdiss至系統而施加。
如已經提到且以範例的方式在圖3中描述，馬達常數k1、k2一般並非與位置無關，而是對於致動元件140或永久磁鐵130的當前位置具有位置相依性。圖3僅以範例的方式顯示局部線性的位置相依性(在位置-0.01毫米與位置+0.01毫米之間)，其中在此範例中之兩個馬達常數k1、k2的總和進一步為恆定。給定例如根據圖3的一已知特徵，藉由針對元件140的每一位置求解上述方程式系統(其一般在系統的操作過程中量測)，有可能藉由電流i1、i2的對應修改設定(例如線圈110、120的驅動)而考慮該位置相依性。
此外，有可能考量在馬達常數k1、k2及在電阻R1及R2上的熱影響(例如在瞬態熱負載的產生係以上述可能的方式部分允許的情況中)，在每一情況中藉由量測溫度並針對每一位置及每一溫度解出上述方程式系統。此外，可能考慮對馬達常數k1、k2及對電阻R1及R2兩者的熱影響(例如，在瞬態熱負載的產生係以一可能的方式而部分允許之例子中，如上述)，其在每一情況中藉由量測溫度並針對每一位置及每一溫度求解上述方程式系統。然而，電阻R1及R2及馬達常數k1、k2之溫度相依性的考量並非必要的，若瞬態熱負載根據第一描述的方法被完全地消除，則系統為永久的熱平衡。
根據圖4，在驅動線圈110、120期間針對不同位置產生不同電流i1及i2，在每一情況中需要該電流以產生引入系統中的恆定功率Pdiss。圖4的圖表僅以範例的方式針對上述參考圖3所述之位置相依性而適用於此(當然，其他的輪廓產生於不同的位置相依性)。
如圖5的圖式所示，針對馬達常數k1及k2之位置相依性的上述範例，產生針對最大可實現力及最小可實現力的位置相依性限制。在實施上，在每一情況中，最窄限制(在對應在-1.5N至+1.5N之間之可允許力的 數值範圍的範例中)可作為基準或力的位置相依限制值可作為基準，其結果為圖2的位置控制器201不會要求超過相關位置所可允許的力。
一旦包含方程式(3)及(4)之方程式系統中的根項不再為正，則圖2的位置控制器201所要求之較高的力將無法被提供或是功率Pdiss將因瞬態熱負載產生的結果而上升。在實施上，比預定義功率Pdiss更高之可能的瞬態功率需求可被進一步允許(其中在此情況中可能產生錯誤訊息，例如在超過預定義的時間週期(例如1到2分鐘)後)。
即使本發明已基於特定具體實施例加以說明，但熟習本技術者如藉由個別具體實施例之特徵的組合及/或交換，可明顯看出許多變化及替代性具體實施例。因此，對於熟習本技術者，不言可喻的是，本發明亦涵蓋此類變化及替代性具體實施例，及本發明範疇僅限制在隨附申請專利範圍及其等效物的意義內。
100‧‧‧致動器配置
110‧‧‧線圈
120‧‧‧線圈
130‧‧‧永久磁鐵
140‧‧‧元件

Claims (18)

  1. 一種用以致動在一微影系統中之一光學元件的方法，該光學元件耦接至一磁鐵，該方法包含：確定該光學元件之一理想位置；以及基於該光學元件之該理想位置，一第一線圈與一第二線圈彼此獨立地被施加電流，使得該第一線圈施加一第一力於該磁鐵上且該第二線圈施加一第二力於該磁鐵上，因此導致該磁鐵在至少一自由度中施加一力於該光學元件上，其中該第一力與該第二力彼此抵消。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該電流被施加於該第一線圈該第二線圈，使得由於該第一力與該第二力的產生而引入該微影系統中的一熱能(Pdiss)偏離一預定常數值不多於20%，特別是不多於10%。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，包含：選擇該熱能(Pdiss)的該預定常數值，使得該熱能對應於在產生該第一力的一最大可允許值與該第二力的一最大可允許值時引入該微影系統之熱能(Pmax)。
  4. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之方法，其中該第一力與該第二力至少部分地互相抵消有關其對施加於該磁鐵上之一合力的貢獻。
  5. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之方法，包含：改變該第一力與該第二力的量及/或方向。
  6. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之方法，更包含：改變該電流以改變該第一力與該第二力。
  7. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之方法，其中該第一力與該第二力至少部分地補償在該微影系統中的一熱擾動。
  8. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之方法，其中該微影系統為一光學微影系統。
  9. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之方法，其中該磁鐵包含一永久磁鐵。
  10. 如申請專利範圍第1至3項之其中任一項所述之方法，更包含：確定該光學元件的一實際位置與該光學元件的該理想位置之間的一差異，並且基於該光學元件的該實際位置與該光學元件的該理想位置之間的該差異，施加該電流於該第一線圈與該第二線圈。
  11. 一種用以致動一光學元件的配置，包含：一第一線圈；一第二線圈；一磁鐵；與該磁鐵耦接的該光學元件；一位置控制器，用以確定該光學元件的一實際位置；以及一電流轉換單元， 其中該配置係組態使得當該第一線圈與該第二線圈彼此獨立地被施加電流時，該第一線圈施加一第一力於該磁鐵上且該第二線圈施加一第二力於該磁鐵上，因此導致該磁鐵在至少一自由度中施加一力於該光學元件上，其中該第一力與該第二力彼此抵消有關其對施加於該磁鐵上之該力的貢獻，以及其中基於該光學元件之該實際位置，該位置控制器用以提供一訊號至該電流轉換單元。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的配置，其中該第一線圈與該第二線圈係組態使得該電流獨立地施加於其上，使得該第一力與該第二力至少部分地互相抵消。
  13. 如申請專利範圍第11或12項所述的配置，其中該磁鐵包含一永久磁鐵。
  14. 一種光學系統，包含如申請專利範圍第11至13項之其中任一項所述之配置。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之光學系統，其中該光學系統為用以判定在一光罩上之結構之位置的一裝置或是一微影投影曝光裝置的一光學系統。
  16. 如申請專利範圍第14或15項所述之光學系統，包含一照明單元與一投影透鏡。
  17. 一種用以致動在一微影系統中之一光學元件的方法，包含： 確定該光學元件之一理想位置；以及基於該光學元件之該理想位置，一第一線圈與一第二線圈彼此獨立地被施加電流，使得該第一線圈施加一第一力於一磁鐵上且該第二線圈施加一第二力於該磁鐵上，因此導致該磁鐵在至少一自由度中施加一力於該光學元件上，其中該第一力與該第二力彼此抵消。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包含：確定該光學元件的一實際位置與該光學元件的該理想位置之間的一差異，並且基於該光學元件的該實際位置與該光學元件的該理想位置之間的該差異，施加該電流於該第一線圈與該第二線圈。
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