WO2008019860A1 - Optisches system für die halbleiterlithographie - Google Patents

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WO2008019860A1
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optical
optical component
guide
optical system
projection exposure
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Frank Melzer
Yim Bun Patrick Kwan
Stefan Xalter
Damian Fiolka
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/70825—Mounting of individual elements, e.g. mounts, holders or supports

Definitions

  • the invention relates to an optical system for semiconductor lithography with a plurality of optical components.
  • Modern optical systems for semiconductor lithography are characterized in that they can be adjusted in a flexible manner to a wide variety of operating configurations. It is an object to the so-called lighting settings, d. H. the spatial intensity distribution of the light used for the exposure of a wafer, optimally adapted to the current requirements.
  • the light distribution with respect to intensity, angle and polarization with which a mask is illuminated for imaging on a wafer should be controlled or regulated both spatially and temporally.
  • These requirements may arise, for example, from the type of conductor structures to be produced.
  • the requirements for the illumination settings can change in rapid succession, in particular also from one wafer to another or, in the case of double exposures, also during the exposure of the same wafer or the same structure on the wafer.
  • US Patent Application US 2003/0038937 A1 proposes, for changing the optical properties and thus the operating configuration of an objective for semiconductor lithography, to swivel different optical elements, such as diaphragms, as required into the beam path or also optical paths already located in the beam path Moving elements, in particular to tilt against the optical axis.
  • said document does not provide any information about how such a change in the operating configuration of the lens can be realized quickly. It is therefore an object of the present invention to provide a device and a method which allows the rapid change of the operating configuration of an optical system for semiconductor lithography.
  • the optical system according to the invention for semiconductor lithography shows a plurality of optical components, wherein at least one setting unit for positioning at least one optical component at defined positions along an optical axis of the optical system is present for setting different operating configurations of the optical system.
  • the actuating unit acts on at least one point on the optical component and is designed in such a way that between two different operating configurations within a period of less than 500 ms, preferably 50ms can be changed.
  • optical components are all commonly used in optical systems optical elements such as lenses, mirrors, diaphragms, plane-parallel plates or diffractive optical elements such as diffraction gratings, each optionally with versions in question.
  • the optical system may in particular be an illumination system or else a projection objective of a lithographic projection exposure apparatus.
  • the points of application of the setting unit on the optical component are selected in such a way that no moment arises on the optical component.
  • a linear acceleration is applied to the optical component.
  • a linear acceleration includes positive accelerations, in which the kinetic energy of the optical component increases in time, and negative accelerations or decelerations, in which the kinetic energy of the optical component decreases in time.
  • the linear Bescheunist the optical component is given shortly before reaching a desired end position by braking the optical component.
  • the forces of the setting unit act on the optical component in such a way that after vector addition of all forces (including inertial forces) no resulting torque on the optical component becomes effective which has a component perpendicular to the acceleration.
  • the resulting torque is zero, or in terms of its amount less than 10%, preferably less than 1% of the amount of the maximum occurring by the forces (including inertial forces) generated individual torque.
  • the lower limit of the resulting torque depends on the friction occurring in the actuator. As a result, the time required for positioning the optical component as a whole is substantially reduced over the times known in the art.
  • the oscillation excitation of the actuating unit and / or a guide unit for the optical component (for its precise linear guidance) is considerably reduced or completely avoided by the movement of the optical component, so that possible oscillation amplitudes of the optical element become does not affect the desired end position of the element.
  • the above-described torque freedom of the optical component during the adjustment process can be achieved in particular by the fact that exactly one point of the actuator is present on the optical component, which is selected in such a way that the vector of the actuator at the point of application to the optical Component applied force passes through the center of gravity of the optical component.
  • the required torque freedom or moment equilibrium can be ensured in a particularly simple manner.
  • the desired mechanical behavior of the optical component can be achieved by selecting the points of application in such a way that the center of gravity of the optical component lies on the surface which is defined by a straight line through the two points of attack and the vector of the resulting optical component acting force is defined.
  • the optical component can be moved at the points of attack of both one and two actuators for positioning.
  • the use of only one positioning unit for positioning has the advantage that a vote of the forces acting on the optical components at the points of attack is already inherently ensured by this design measure.
  • the actuator can also act on more than two points of attack on the optical component; it is only necessary to ensure that, as a result, no resulting turning or tilting moments occur on the optical component.
  • a Lorentz linear actuator is understood to mean a linear motor in which, due to the force interaction between magnets based on the Lorentz force, a translatory, linear movement is achieved directly.
  • the magnets can be realized as current-carrying coils, ie as electromagnets or - partially - as permanent magnets.
  • An advantage of using Lorentz linear actuators is that extremely fast movements can be precisely realized with these actuators.
  • the Lorentz linear actuator works practically without contact and thus wear and maintenance free; Further, the force exerted by the Lorentz linear actuator is dependent only on the current flowing through the coils and not on the current actuator position.
  • the use of the linear actuator allows the positioning of an optical component over travel distances of a few cm, in particular in the range of 20 cm, with an accuracy in the ⁇ m range within a period of less than 500 ms, preferably less than 50 ms.
  • the Lorentzlinearaktuator has permanent magnets, it is advantageous if they are mechanically connected to the optical component.
  • the arrangement of the permanent magnets on the optical component has the advantage that in this way the need for cabling of the optical component to be moved, as would be required in the case of the use of current-carrying coils effectively avoided As a result, the mobility of the optical component is not limited by the wiring. This variant is particularly advantageous for those cases in which the positioning of the optical component is to take place over a longer path, in particular in the range greater than 50 mm.
  • the Lorentz linear actuator has coils that are mechanically connected to the optical component.
  • this approach has the implication that the need to contact the coils electrical cables must be moved;
  • this approach has the advantage that the coils used usually have a lower weight than the permanent magnets, so that the forces resulting from the accelerations of the optical component inertial forces are lower than in the case of the use of permanent magnets.
  • the above-described technical characteristics of the Lorentz linear actuator make it possible for at least one Lorentz linear actuator to be suitably designed for positioning a plurality of optical components.
  • suitable control of the current-carrying coils can thereby be achieved independent movement of different optical components with the same Lorentzlinearaktuator. In this way, the expenditure on equipment and thus the complexity of the overall system can be effectively limited.
  • a linear guide has proven itself, which can be designed as a rolling bearing guide or aerostatic bearing, in particular as a gas bearing, air or air cushion bearings.
  • the linear guide ensures that the optical element experiences no offset or no tilting relative to the optical axis of the optical system during its positioning.
  • the use of a linear guide with rolling bearings - as ball or cross roller guide - has the advantage that such a guide can be realized very stiff.
  • the function of an aerostatic bearing is based on the fact that two mutually moving elements are separated by a thin gas film and thus do not come into mechanical contact with each other. In this way, a very low-wear and low-friction movement of the elements can be realized against each other, which can also be avoided leading to contamination leading particle abrasion.
  • the gas film can be built up dynamically by supplying gas.
  • the gas used in optical systems for semiconductor lithography flushing gas - usually nitrogen - can be used advantageously.
  • an encoder with a measuring head and a reference grid can be used.
  • the reference grating can be realized as a grating structure on a plastic film adhered to the optical component.
  • the measuring head registers the number of lines passing through it during a movement of the optical component and derives therefrom the position of the optical component.
  • the measuring head is arranged on the optical component, this is particularly advantageous if in the axial direction of the space is severely limited.
  • a compensating device can be used, which is realized, for example, as a counterweight or as a frictionless pneumatic cylinder with gap seals.
  • This variant has the advantage that contamination of the interior of the optical system by escaping gas can be avoided.
  • the compensation of the weight force has the effect that in the idle state, the optical component does not have to be held by the adjusting unit against the weight and thus prevents heating of the actuating unit in the idle state.
  • the adjusting unit may in particular be designed in such a way that it comprises Axialstellstoff for positioning the optical component in the direction of an optical axis of the optical system and pivot means for pivoting the optical component from or into the beam path of the optical system.
  • the requirements for the axial adjustment means are comparatively moderate. They can be designed in particular as spindle drives, Lorentz linear actuators, racks or cables.
  • the pivot means may be formed as a rotatable element; the focus of the arrangement of the pivoting means and the optical component can be arranged in an advantageous manner in the region of the axis of rotation of the pivot means; in this way can torsional vibrations of the optical component avoid particularly effective. If the center of gravity is on the axis of rotation, the sum of the centrifugal and centripetal forces is advantageously zero. As a result, the axis of rotation is not burdened by any imbalance. Thus, an oscillation excitation of the rotation axis and thus also a vibration excitation of the optical element or the optical component are effectively avoided, whereby an accurate positioning of the optical component within a very short time is possible. Furthermore, it is advantageous to design the pivot means stiff and easy to avoid vibrations.
  • materials with a high modulus of elasticity at low density that is to say, for example, titanium alloys or even carbon fiber composite materials, thus offer themselves for the realization of the pivoting means. Since, according to the teaching of the present invention, only individual optical components are pivoted into the optical path of the optical system, the accelerated masses and thus the resulting inertial forces are small, as a result of the abovementioned choice of materials for the pivoting means, so that rapid movements occur can be realized without causing strong vibrations of the device.
  • the said pivoting process takes place within 500 ms, preferably within 50 ms, in modern lithography systems within 10 ms.
  • more than one optical component can also be pivoted into the beam path, or with the swiveling in of an optical component or a group of optical components into the beam path of a lithographic projection exposure apparatus, it is also possible to swivel at least another optical component made from this beam path.
  • a projection exposure apparatus for example in a zoom axicon system
  • two different configurations can be achieved with respect to the respectively resulting illumination setting.
  • the pivot means in the manner be executed, that they have a biasing element and a releasable retaining element.
  • a bias against the retaining element can be built up before the pivoting of the optical component in the beam path; after triggering of the retaining element then immediately the full force is applied to the optical component, which can now be quickly introduced into the beam path.
  • the biasing element can be realized for example as an electromagnet.
  • At least two actuating units may be present, each having at least one axial adjusting means and in each case at least one pivoting means associated with the axial adjusting means.
  • the optical components which can be positioned by the positioning units can essentially be identical or else different with respect to their optical properties.
  • the coupling of the optical component (s) to the actuators preferably takes place in such a way that, as illustrated above, the oscillation excitation of actuators and / or guide units for guiding the optical component, such as, for example, is performed. the axis of rotation, are minimal.
  • At least one of the optical components has a centering tolerance in the range between 30 ⁇ m and 60 ⁇ m.
  • the centering tolerance of the relevant optical component to be positioned is higher than the centering tolerance of the optical components permanently installed in the optical system.
  • the higher centering tolerance of the optical components to be positioned can be achieved, for example, by a corresponding re-budgeting in the design of the optical system. Due to the higher centering tolerance of the optical components to be positioned, the requirements for the setting unit and its associated mechanics are reduced, so that the complexity of designing and realizing the device according to the invention is reduced.
  • the optical component with respect to a bearing point pivoting or rotating is stored bar
  • the optical component for reducing parasitic forces / moments mechanically connected to a balancing mass may have a greater mass than the mass of the optical component, which can be compensated by the fact that the distance of the center of gravity of the balancing mass of the bearing point is less than the distance r of the center of gravity of the optical component of the bearing point.
  • the balancing mass can itself be formed by an optical component.
  • the invention described above can be used advantageously in a lighting system for a projection exposure apparatus in semiconductor lithography.
  • the illumination system can be an optical element, z. B. include a micro-mirror array, which can serve to adjust a light distribution in a pupil plane of the illumination system.
  • a manipulable optical component is arranged in the optical path in front of the optical element such that by manipulation of the optical component different regions of the optical element, e.g. of the micro-mirror array, can be illuminated.
  • the manipulable optical component may be a mirror which is movable in the light path, in particular displaceable or tiltable.
  • a diffractive optical element which can be introduced into the light path, in particular can be pushed in, makes possible a conical lens of an axial microscope or of a refractive optical component.
  • optically active elements for polarization rotation in the optical path are arranged in front of the optical element, by means of which different polarizations can be set for the different regions of the optical element;
  • the arrangement of at least one gray filter in the light path in front of the optical element is conceivable.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 shows a first variant of the present invention
  • FIG. 2 a shows a schematic bearing device for moving an optical element according to the prior art
  • FIG. 2b shows a bearing device according to FIG. 2a with an end position of the optical component and any vibrations thereof
  • FIG. 2c shows a schematic representation of a further variant of the present invention, with a guide device for guiding the optical component and an actuating unit or drive device, for linear displacement of the optical component,
  • FIG. 2d shows an embodiment according to FIG. 2c, taking into account friction in the guide device, FIG.
  • FIG. 2e shows a schematic representation of the forces occurring in an embodiment according to FIG. 2c, taking into account the friction according to FIG. 2d, FIG.
  • FIG. 2f shows a further embodiment of the invention with drive forces acting on the edge of the optical component
  • FIG. 2 g shows a further embodiment of the invention
  • FIG. 3 various possibilities for varying the arrangement of optical component, positioning units and linear guide
  • 4 shows a variant of the invention, in which the linear guides are realized as air bearings
  • FIG. 5 shows two alternative embodiments of the device according to the invention, in which the weight of the optical component is compensated
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which the optical components, in addition to a shift in the direction of the optical axis of the optical system, can also be pivoted in from the region of the optical axis or into the region of the optical axis,
  • FIG. 7 shows an embodiment of a pivot means for pivoting the optical component into and out of the beam path of the optical system
  • FIG. 8 shows an example of the use of a balancing mass
  • FIG. 9 shows a part of a lighting system of a projection exposure apparatus for semiconductor lithography
  • FIG. 10 subregions of a micro mirror array and corresponding light distributions in a pupil plane
  • FIG. 11 shows a first possibility for setting a light distribution on a micro mirror array
  • FIG. 12 shows another possibility for setting a light distribution on a micro mirror array
  • FIG. 13 shows a possibility for selective selection of the polarization in different regions of the pupil plane
  • FIG. 14 shows an additional possibility for setting a Light distribution on a micro-mirror array using a so-called axicon
  • FIG. 15 shows a gray filter for use in an optical system according to the invention.
  • FIG. 16 shows another possibility for setting a light distribution without linearly accelerated elements.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the optical component 1 is thereby moved by means of the adjusting units 2 along the optical axis, which in the present case is perpendicular to the plane of the page.
  • the two actuating units 2 are realized in the present case as Lorentzlinea- raktuatoren with permanent magnets 4 and coils 5; the permanent magnets 4 are mechanically connected to the optical component 1 via a respective point 3.
  • the straight line through the two points of attack 3 runs through the center of gravity of the optical component 1 designated "S".
  • This arrangement of the points of application has the advantage that, assuming at least approximately the same behavior of the actuating units 2, a movement the optical component 1 can be done without torques acting on them.
  • the displacement measuring system 12 may in particular be a act so-called encoder, the measuring head 15 is fixedly connected to the housing of the optical system, not shown in Figure 1 and the reference grid 16 is moved with the optical component 1; it is also conceivable to arrange the measuring head 15 on the optical component 1 and to connect the reference grid 16 fixed to the housing of the optical system.
  • the second variant is particularly advantageous when there is little space available in the axial direction.
  • another position sensing system can alternatively be used if it has the required accuracy. Ideally, we will use a position detection system for each Lorentzian actuator.
  • Figure 2 shows a variant of the present invention, which differs from the embodiment shown in Figure 1 in the specific embodiment of the actuator 2.
  • the variant shown in FIG. 2 unlike the embodiment shown in FIG. 1, it is not the permanent magnets 4 but the coils 5 which are mechanically connected to the optical component 1, that is to say the coils 5. H. the coils 5 move with the optical component 1 with.
  • An advantage of this variant is in particular that the coils 5 usually have a lower mass than the permanent magnets 4, whereby the total moving mass is reduced. This variant is particularly useful for the realization of short adjustment paths, where the electrical contacting of the coils 5 is unproblematic, for example by cable connections.
  • an adjustable optical component 1 with an adjusting unit known in the prior art is described schematically with reference to FIG. 2a.
  • the optical component 1 is displaced along an optical axis 200.
  • an actuating unit is used, which moves a carriage 62 by an amount X along the coordinate axis X, and thereby the optical component 1 by substantially the same amount X along the optical axis 200 moves.
  • the carriage 62 can, as shown in Figure 2a, be guided by means of a guide 63, wherein the guide axis 60 is substantially within mechanical manufacturing and adjustment tolerances parallel to the optical axis 200.
  • the optical component 1 shown in Figure 2a is connected to the carriage 62 with a connection 64, not shown.
  • the optical component 1 is for example a refractive element, which may comprise polyhedron and / or convex or concave surfaces 101, 102.
  • the guide 63 and the carriage 62 usually form a driven actuator, as z. B. can be realized by means of the linear actuators described above. This z. B. the carriage 62 along the guide 63 by means of electromagnetic forces.
  • the mass of the carriage 62 is designated ms.
  • F ⁇ m * a.
  • the optical component 1 configured such that its center of gravity along the optical axis 200 is shifted, so acts F ⁇ along the optical axis 200.
  • Focusing the system of optical components 1 and carriage 62 moves along the optical axis 200.
  • the mentioned centers of gravity can alternatively also move along an axis which is displaced parallel to the optical axis 200.
  • the torques generated by said inertial forces dynamically load the guide 63 and the carriage 62 (and the optical component 1) so that these elements are excited to forced vibrations by said torque input, or by the forces caused by these torques.
  • the delay of the optical component 1 causes, due to their inertial force F ⁇ a torque ⁇ M, WEL ches to above stimulates mentioned vibrations.
  • the excitation of such vibrations may result in a vibration 202 of the optical component 1, wherein a imaginary by the optical component 1 level 201, which is perpendicular to the optical axis 200, oscillates about an axis C.
  • this oscillation axis C does not have to coincide with the position and direction of the torque M T , as shown in FIG. 2b. Rather, the location and the direction of this axis of rotation C depends on the forced vibrations from, the position of the rotation axis C by the geometry of the guide 63 and the carriage 62 is essentially determined, as the effect of the torque M ⁇ substantially by these guide means 62, 63 is recorded. In the embodiment shown in Fig. 2a and 2b and tilt oscillations are generated by the torque M ⁇ . These are not damped by the drive device, which is designed, for example, as a Lorentz linear drive, but are predominantly produced by the damping effect of the guide device 62.
  • the oscillations 202 usually decay much more slowly than the time available for positioning the optical component 1 in its end position B which is less than 500 ms, preferably less than 50 ms or less than 5 ms.
  • This relatively slow decay behavior of the forced vibrations is due to the fact that the vibration frequencies in the range of a few Hz to a few kHz.
  • the invention therefore comprises a lithographic projection exposure apparatus with a line along a straight line within a Positioning time by a distance traversable optical component.
  • the optical component 1 comprises one or more optical elements 34 which optionally also have socket elements.
  • the straight line also generally has a polar and azimuth angle between 0 ° and 90 °. With these angles, the direction of the straight line or the degree of freedom of movement along which the optical component 1 can move is determined. Furthermore, the distance of the straight line from an optical axis is smaller than a cross-sectional dimension of a projection exposure beam of the projection exposure apparatus.
  • the straight line does not necessarily have to intersect an optical axis within the projection exposure equipment, since this is dependent on the optical components used, the straight line may also be spaced apart from the optical axis.
  • the optical component 1 is guided by a guide unit or guide device (eg a linear guide) having a guide direction and is driven by drive forces by means of a drive or adjustment unit (actuator) having a drive direction such that the forces due to inertial forces of the optical component 1 and any torques generated with the optical component of moving components, and the torques generated by the driving forces acting on the guide unit compensate to an amount less than 10%.
  • a complete compensation is thereby strained. However, this depends on the requirements with respect to positioning time and distance traveled, as well as the technical design of the guide unit.
  • the drive unit is configured such that the forces transmitted to the guide unit in the direction perpendicular to the guide direction do not exceed 10% of the drive force in the direction of the straight line or in the direction of travel.
  • the best possible avoidance of such forces is sought, ideally no forces perpendicular to the guiding direction. act.
  • the movable distance of the optical component 1 is between 20 mm and 1000 mm, wherein, as already mentioned, the positioning time is between 5 ms and 500 ms.
  • the guide direction is preferably arranged parallel to the straight line, except for manufacturing and adjustment tolerances, along which the optical component 1 is moved.
  • This requires a rigid and rigid connection of the optical component 1 to the guide unit.
  • movements of the optical component 1 which enable a horizontal or vertical displacement.
  • Displacements along an optical axis of the projection exposure apparatus or perpendicular thereto are also advantageous. It may also be advantageous to have the line cut with the optical axis or to bring it to coincide.
  • the optical component 1 comprises a rotationally symmetrical optical element or an optical element 34 which has a rotationally symmetric effect on the projection exposure beam at least in sections
  • the optical component 1 is preferably optically centered with respect to the straight line along which it moves.
  • optical centering is meant that e.g. an optical element 34 with the mentioned symmetry properties lies with its point of symmetry on the straight line.
  • FIG. 2c clarifies this with reference to a further exemplary embodiment of the present invention, wherein only the essential components are shown schematically.
  • an optical component 1, which z. B. has a reflective surface on a substrate, such as. As the concave mirror shown in Figure 2c, along the optical axis 200 in the X direction.
  • the optical component 1 with the reflector animalizing area can also z. B. be a diffractive optical element, such as. B. a reflection grating, but it can also be a mirror array, for example.
  • the optical element 1 is guided by means of the carriage 462 and the guide 463, wherein the guide axis 460 of the linear guide 463 is aligned parallel to the optical axis 200 in the context of manufacturing and adjustment tolerances.
  • the guide 463 with its carriage 462 no drive unit, which serves for the linear drive of the optical component 1.
  • the guide 463 and the carriage 462 z. B. in the form of an air cushion guide, a magnetic guide, or be designed in the form of a sliding or rolling bearing guide.
  • This drive unit 300 can be designed analogously to the adjusting unit shown above.
  • the drive unit 300 has a drive axle 360 which is aligned parallel to the guide axis 460 of the guide 463 for the optical element.
  • the drive unit 300 z. B. be designed as an electromagnetic linear arantrieb, as has already been described above in connection with the embodiments of Figures 1 to 2b.
  • the drive carriage 362 acts on the optical element in such a way that via an operative connection 364 the driving forces (accelerating or decelerating forces) with their force action line through, or essentially through, the
  • Center of gravity 103 of the optical component 1 go.
  • the center of gravity 103 is not necessarily arranged on the optical axis 200, as shown in FIGS. 2a and 2b, as shown only by way of example in FIG. 2c.
  • the drive unit 300 also represents a guide for the optical component 1
  • this would be stored statically überbestimmt, whereby forces and moments would be registered on the optical element.
  • a torque decoupling element (not shown in FIG. 2c) is attached to the operative connection 364, which may comprise, for example, a ball joint on which the drive force acts and from which it is transmitted to the optical component 1.
  • the operative connection 364 is selected so that the line of action of the force generated by the drive unit 300 applied force through the center of gravity of optical component 1 and guide carriage 462 goes.
  • any socket element for the optical component 1 are taken into account, which connect the optical component 1 to the guide carriage 462 and hold it in position.
  • Such a steering of the driving force to the optical component 1 system and guide carriage 462 has the advantage that the driving force and the inertia force caused by the masses of the guide carriage 462 and the optical component 1 during acceleration (or deceleration, respectively) increase Add zero, which is why no torque on the guide carriage 462 is transmitted to the guide 463, which has a component perpendicular to the optical axis 200 and perpendicular to the guide axis 460. This avoids vibration excitation of the guide 463 when moving the optical component 1 along the optical axis 200, thereby enabling rapid positioning of the optical component 1 in an end position with the highest precision.
  • this uncompensated force likewise generates a torque perpendicular to the guide axis 460 or perpendicular to the direction of movement, which takes place along the optical axis 200 in the exemplary embodiment shown.
  • This torque can cause the guide 463 of the optical component 1 and thus the carriage 462 and the optical component 1 to vibrate, thereby preventing rapid precise positioning according to the present invention.
  • the influence of the frictional forces F R and the influence of the associated torques M R can be reduced by temporally minimizing the uniform movement of the optical component 1 during the adjustment of the optical component 1, or completely dispensed with a uniform movement.
  • the acceleration can be chosen such that an inertial force F ⁇ acts which is equal to the driving force F reduced by the amount of the friction force F R.
  • the active connection 364, to which the drive force is applied to the optical component 1 is no longer introduced between the optical component 1 and the slide 462 in such a way that the line of action of force is influenced by their common component. The focus is on this, as has been mentioned in connection with FIG. 2c.
  • the driving force F is then introduced into the operative connection 364 displaced by the offset V such that the force action line, instead of going through the center of gravity, is displaced parallel to the displacement V in the direction of the guide axis 460.
  • This force situation is shown schematically in FIG. 2e, which shows the forces occurring in FIG. 2d relative to the common center of gravity 103 together with the offset V.
  • the frictional force is usually much less than 0.001 times the driving force. In the case of aerostatic or magnetic guides, the frictional force approaches zero, so that the offset is very small and often negligible.
  • the present invention includes embodiments in which an optical component 1 is guided as precisely as possible linearly by means of a guide device, and the optical component 1 to move linearly along this.
  • a driving force F is deflected into the optical component 1 such that neither forces nor torques with directional components perpendicular to the direction of movement of the optical component 1 are transmitted to the guide 463 by the driving force F.
  • the movement direction of the optical component 1 corresponds to manufacturing and adjustment tolerances of the guide axis 460 of the guide 463.
  • vibration excitation of the guide 463 of the optical component 1 is prevented by the driving force F of the drive unit 300, or at least reduced so much that highly precise linear position change of the optical component 1 within a very short time in the range of ms, for example between 5 ms and 500 ms.
  • the driving force transmitting operative connection 364 a of the optical component 1 is designed so that z.
  • the optical component 1 is connected to the drive unit at an edge region in such a way that a straight line intersects the center of gravity 103 through said edge regions, wherein the straight line is preferably chosen perpendicular to the plane defined by the optical axis 200 and the guide axis 460. This is shown in the embodiment of Figure 2f.
  • a section perpendicular to the direction of movement which should be the same as the optical axis 200, is shown schematically, wherein the optical component 1 (or the optical component) is provided with edge regions 110, 111 to which the drive carriage 362 of the drive unit 300 generated with the drive shaft 360 driving forces is entered via a suitable operative connection 364 in the direction of movement.
  • the operative connection comprise elements which allow a torque decoupling, as is the case for example with ball joints.
  • the aforementioned straight line is denoted by 112 and runs through the common center of gravity 103 of the optical component 1 and of the carriage 462 perpendicular to the plane defined.
  • the straight line has a corresponding offset V according to FIG. 2e and extends parallel to this offset parallel to the straight line 112 shown in FIG. 2f in the direction of the guide axis 460.
  • the drive device 300 instead of the drive device 300 with the drive axis 360 (See also Fig. 2c) each be provided with their respective driving force on the edge regions 110 and 111 attacking each drive device.
  • the drive devices thus acting on the optical component 1 are controlled or regulated independently of one another.
  • This embodiment corresponds to the embodiment of the invention shown in Fig. 1, wherein except for manufacturing and adjustment tolerances, the drive units have parallel drive directions.
  • Figure 2g shows another embodiment based on the embodiment of Figures 2a and 2b.
  • Guide shaft and drive axle coincide here as in the embodiment according to Figures 2a and 2b together.
  • the optical component 1 connected to the carriage 62 is guided in such a way by means of the carriage that due to the length SL of the carriage in the direction of the guide axis 60, the oscillation amplitude 202 of the optical component 1 is reduced in this direction, the oscillations substantially due to the mechanical play between the guide 62 and the guide 62 result.
  • SL is the length of the carriage 62 and b is the distance between the guide axis 60 and the optical axis 200.
  • the carriage 62 should have at least a length of 5mm, due to the mechanical play the optical component 1 within the desired positioning accuracy better than lO ⁇ m in the to position the optical axis.
  • the above condition may be formulated such that the guide unit comprises a slide guided by a guide with guide surfaces spaced by an amount SL in the guide direction. In this case, the guide and the guide carriage on a bearing clearance y.
  • the said condition regarding the bearing clearance can be further supplemented, in which also a reduction of the effect of the torque effects caused by the inertial force F T and their effects with regard to forced vibrations are reduced.
  • F 3 * SL M ⁇ .
  • the exact torque condition also depends on the position of the optical element 1 relative to the carriage 62. Overall, however, it can be said that the vibration excitation of the guide 63 will be the lower the smaller the force F 5 acting on the guide.
  • This force can be reduced by suitable design of the length SL of the guide carriage 62 to about 10% of the inertial force F ⁇ , the acceleration or deceleration of the optical component 1 (the optical Component 1) together with the carriage 62 results.
  • the embodiment according to FIGS. 2 a, 2 b is modified in such a way that with respect to the guide axis 60 on one side opposite the optical component 1 a compensating mass M A is attached, as is indicated schematically in FIG. 2 g.
  • the balancing mass M A is rigidly connected to the carriage 62 and selected in terms of size and distance to the guide axis 60, that generated by it during acceleration of the optical component 1 inertial force generates a torque such that the torque M ⁇ of the optical component (and possibly the carriage) is being compensated.
  • the guide axis 60 when accelerating the optical component 1 also not or at least only to a reduced extent excited to vibrate.
  • the disadvantage here is that an additional mass must be moved, which increases the drive power and which requires additional space.
  • FIG. 3 shows in the subfigures 3a, 3b and 3c different possibilities, the arrangement of optical component 1, units 2 and linear guide 6 to vary.
  • the two optical components 1 are each guided on their own linear guides 6 in the direction of the optical axis, the actuating units serving as actuators 2, which are designed as Lorentz linear actuators in the example shown.
  • the permanent magnet 4 is mechanically connected to the optical component 1 and moves with it;
  • the coil 5 is mechanically connected to the optical component 1.
  • the linear guide 6 can be designed, for example, as a roller bearing guide, plain bearing guide, air or magnetic bearing guide.
  • FIG. 3B shows a variant modified with respect to the arrangement in FIG. 3A, in which the arrangement of the optical components 1 on the linear guides 6 is realized opposite to the embodiment shown in FIG. 3A, whereby the required installation space in the direction orthogonal to the optical axis can be reduced.
  • FIG. 3C shows a variant in which the two optical components 1 are guided on a common linear guide 6, which likewise results in a reduction in the required installation space.
  • a magnet arrangement is shared by a plurality of optical components, but each point of force application on each optical component 1 can be regulated or controlled completely independently of the other force application points.
  • FIG. 4 shows, in a section orthogonal to the optical axis, a variant of the invention in which the linear guides 6 are realized as air bearings.
  • the four air bearings 6 between the two realized as Lorentzlinearaktuator actuators 2 along the inner circumference of the housing 7 are arranged in pairs opposite one another.
  • air bearings as linear guides 6 has the advantage that a mechanical sliding contact is eliminated and thus a friction of mechanical components is excluded. In this way, on the one hand the need for lubrication as well as the risk of particle abrasion of the rubbing mechanical components is effectively avoided.
  • the use of air bearings is thus advantageous, especially at high cycle numbers.
  • roller bearings can also be used for the linear guide; Such recirculating ball or cross roller guides have the advantage that they can be designed as components with a high rigidity.
  • FIG. 5 shows in the subfigures 5a and 5b two alternative embodiments of the device according to the invention, in which the weight of the optical component 1 is compensated.
  • this is achieved by the counterweight 9, which acts on the optical component 1 in the region of the linear guide 6 via the deflection rollers 10 by means of a cable pull 11.
  • FIG. 5b shows the variant that the weight force is compensated by the two pneumatic cylinders 17a and 17b provided with gap seals.
  • the two pneumatic cylinders 17a and 17b are arranged on the optical component 1 in such a way that the straight line passes through the points of attack of the two pneumatic cylinders 17a and 17b through the center of gravity of the optical component 1 and thus no additional moments are produced on the optical component 1.
  • the compensation of the weight of the optical component 1 has the advantage that the actuating units can only be used to control the optical grain If necessary, component 1 should be brought to the desired position and not have to hold the position of the optical component 1 against its full weight during operation.
  • the use of the illustrated weight force compensation is particularly suitable for cases in which the optical axis of the optical system and thus the axis of movement of the devices is in the vertical direction.
  • the setting unit can be used exclusively to move the optical component 1 and not work against the gravitational force, which would lead to a significant heating of the actuator 2.
  • the weight force in the direction of the direction of movement decomposed in the direction of the movement direction and in a vertical direction is advantageously compensated for. This compensation can be done according to the means of Fig. 5a and 5b. This results in the advantage that only the inertial forces and frictional forces must be applied to move the optical element.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the device according to the invention, in which the optical components 1, in addition to a displacement in the direction of the optical axis of the optical system, can also be pivoted out of the region of the optical axis or into the region of the optical axis.
  • the setting unit 2a is provided with the two Axialstellstoffn 13a and with the pivot means 14a, through which the said movements of the optical components Ia can be performed.
  • the adjusting means 2b are provided, which in turn have the Axialstellstoff 13b and the pivot means 14b;
  • the optical components Ib connected to the second setting unit 2b are pivoted out of the optical path of the optical system and thus out of the optical axis indicated by a dot-dash line.
  • the embodiment shown in FIG. 6 allows the optical properties of the optical system and thus the operating configuration of the optical system to be distinguished. fast way to switch. For this purpose, it is only necessary that the optical components Ia located in the beam path are swiveled out of the beam path by the pivoting means 14a and at the same time or shortly thereafter the optical components 1b are pivoted into the beam path of the optical system using the pivoting means 14b.
  • the optical components 1b can be brought into their axial position along the optical axis with the axial adjusting means 13b even before the pivoting in, ie during the operation of the optical system in the first operating configuration, so that this step does not lead to a loss of time during switching of the optical system from one operating configuration to the next.
  • the optical components Ia are merely replaced by the optical components Ib, which are substantially identical to them in terms of their optical properties, at other locations along the optical axis in the optical system.
  • the optical components 1 which can be positioned by the positioning units 2 a and 2 b have different optical properties. In this case, additional optical degrees of freedom result for the possible operating configurations of the optical system.
  • FIG. 7 shows an embodiment of a pivoting means 14, corresponding to the pivoting means 14a, 14b of FIG. 6, for pivoting the optical component 1 into and out of the optical system beam path, in which a pretensioning element 18 and a releasable retaining element 19 are provided ,
  • the biasing element 18 is designed as an electromagnet, which acts in its activation on the magnetizable, it facing part of the optical component 1 attractive.
  • the rotation of the optical component 1 about the axis indicated in FIG. 7 by the circular arc-shaped arrow is initially prevented by the releasable retaining element 19.
  • the optical element 1 is due to the magnetic attraction between the electromagnet and the magnetizing Baren part of the optical element 1 is rotated. In this way, a fast pivoting of the optical component 1 can be ensured.
  • an electromagnet (not shown) may be present, through which the movement of the optical component 1 can be achieved in its original position; as well as a provision of the optical component 1 by a likewise not shown resilient element is conceivable.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the invention, in which the requirement is taken into account that parasitic forces / moments, such as, for example, transverse forces or tilting moments, in particular in the case of rapid pivoting of the optical component 1, as shown for example in FIG. 7, without corresponding countermeasures on the bearing about which the optical component 1 is pivoted act.
  • parasitic forces / moments such as, for example, transverse forces or tilting moments, in particular in the case of rapid pivoting of the optical component 1, as shown for example in FIG. 7, without corresponding countermeasures on the bearing about which the optical component 1 is pivoted act.
  • Such parasitic forces or moments can, as shown in FIG. 8, be effectively minimized by arranging the balancing mass 20 on the side of the optical component 1 which is opposite the bearing point 21.
  • the position of the centers of gravity S 'of the optical component 1 and of the center of gravity S "of the balancing mass 20 with respect to the bearing point 21 are chosen such that:
  • M mass of the balancing mass 20 m: mass of the optical component 1.
  • the bearing point (21) is to be understood as the point at which the plane in which the pivoting / twisting of the center of gravity S 'the optical component (1), the rotary / pivot axis intersects. If the above condition is met, the bearing force in the radial direction of the rotation axis is minimized during rotation in the sense that no centrifugal or Zentripetal- forces occur whose vector sum is not equal to zero, since the axis of rotation of the assembly goes through the common center of gravity.
  • the moment of inertia I of the overall arrangement is calculated as the sum of the two moment of inertia with respect to the bearing point 21
  • I m + I M are the moments of inertia of the optical component 1 with the mass m or the balancing mass M with respect to the respective axis of rotation which passes through the respective center of gravity of the optical component and the balancing mass and the parallel to the mentioned rotary / Swivel axis run through the bearing point 21.
  • the measure shown in Figure 8 thus has the effect that a ringing of the overall arrangement after the rapid pivoting of the optical component 1 in the beam path of the optical system is considerably shortened and the optical system reaches its operational readiness after pivoting faster.
  • the use of the balancing mass 20 for the reduction of parasitic forces in bearing points is of course not limited to the variant shown in Figure 8; It is also conceivable to apply the teaching of FIG. 8 also to the arrangements shown in FIGS. 1 to 5, for example as a supporting measure.
  • Figure 9 shows an optical system in which the principles described above can be advantageously used.
  • the system described with reference to FIG. 9 is a subsystem 30 of an illumination system of a projection exposure apparatus for semiconductor lithography up to the first pupil plane 31, which is indicated in FIG. 9 by means of the dashed line.
  • the light distribution in the pupil plane 31, which is usually referred to as the setting, is adjusted via the beam deflection of a previously homogenized and collimated laser beam 33 by means of a micro mirror array (MMA) 32 in a field plane.
  • MMA micro mirror array
  • optical elements are used for beam shaping on the path of the laser beam 33 from the micro-mirror array 32 to the pupil plane 31; they are not discussed explicitly below.
  • the so-called double exposure method used in semiconductor lithography places a requirement on the illumination system between two settings within a few milliseconds. Seconds, in particular in the range of 10 to 30 milliseconds to change. The frequency of the change itself is in a similar order of magnitude.
  • This change of setting requires that for each change of the setting, thousands of micromirrors arranged on the micro-mirror array 32 (not shown explicitly in FIG. 9) must be adjusted.
  • the associated mechanical stress of the micromirror leads, in particular with a high number of cycles, to the fact that mechanical failures of individual mirrors or a shortening of the recalibration intervals for the absolute mirror position due to drift are increasingly occurring.
  • the task is to minimize the mechanical stress on the individual micromirrors of the micro-mirror array 32 in the rapid setting changes described.
  • each subarea of the two areas mentioned contains approximately half of all micromirrors or subdividing, for example, three subareas one third of all micromirrors, etc.
  • the first subarea is configured with respect to the position of the individual micromirrors to the first preselected setting, whereas the second subarea is configured the arrangement of its micromirrors for the second setting is adjusted. According to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the individual micromirrors of the entire micro-mirror array 32 are no longer adjusted for a change of the setting, but only care is taken that only the subregion of the micro-mirror adapted to the selected setting is used.
  • Mirror arrays 32 is illuminated. As a result, when the setting is changed, it is not necessary to move the micromirrors themselves, since only a different illumination of the micro-mirror array 32 is selected.
  • FIG. 10 shows in the upper area of the figure the two light distributions which alternate in the pupil plane 31 are set.
  • the setting 1 shows the locations with high light intensity 210, 212, 213 and 214
  • the setting 2 shows the poles 215, 216, 217 and 218.
  • the setting 1 is generated in the example shown in FIG. 10 by the beam deflection of the micromirrors lying in the region 101 and 102 of the micro-mirror array 32, while setting 2 is produced by the illumination of the micromirrors of the regions 103 and 104 (cf. Part of FIG. 9a).
  • FIG. 11 shows in subfigures IIa and IIb the arrangement according to the invention for adjusting the light distributions on the micro-mirror array 32.
  • the optical components 1 'and 1' ' are diffractive in the variant illustrated in FIG. 11 in subfigures a and b formed optical components.
  • refractive optical components instead of the diffractive optical components 1 'or 1 ";
  • An advantage of this variant is, for example, because refractive optical components are generally more efficient and cause less stray light.
  • optical components 1 'and 1' 'in the beam path of the laser beam 33 By moving the optical components 1 'and 1' 'in the beam path of the laser beam 33 in the direction of the double arrow 36 such that alternately the optical component 1' or 1 '' in the beam path of the laser beam 33 is located, can now be achieved that alternately the areas 101, 102 (optical component 1 ') or 103 and 104 (optical component 1' ') on the micro-mirror array 32 are illuminated.
  • the lens 35 in the light path between the optical components 1 'and 1 "and the micro-mirror array 32 serves for beam shaping.
  • the micro-mirror array 32 is arranged in the pupil plane (not shown in FIG. 11) of the lens 35 and the light distribution on the micro-mirror array 32 is determined by the position or Adjustment of the optical Components 1 'and 1''in the field plane in front of the lens 35 is determined.
  • the optical components 1 'and 1 "and the micro-mirror array 32 are arranged in each case on a focal plane of the lens 35. It is advantageous if the focal length of the lens 35 has the largest possible value; In particular, ranges of 500 millimeters to 100 millimeters are advantageous here.
  • the speed with which the optical component 1 'or 1 "must be moved in the beam path of the laser beam 33 is approx. 1 meter per second, which represents a value which is quite controllable under mechanical aspects.
  • FIGS. 10 and 11 An advantage of the embodiment illustrated in FIGS. 10 and 11 is that the shape of the pupil in the illumination system does not exist, as in the prior art, without a micro-mirror array 32, for example through a diffractive optical component, but rather through the micro-mirror array 32 itself. As a result, in extreme cases, the number of optical components to be maintained can be limited to two, since the micro-mirror array 32 exhibits the necessary flexibility with regard to the settings to be set. Of course, the arrangement and the geometry of the areas 101 to 104 is not limited to the shape shown in Figures 9 and 10.
  • a mirror can be used as the optical component 1, which in the radiation the laser beam 33 is pushed back and forth or tilted to illuminate the various areas, such as 101 and 102, on the micro-mirror array 32.
  • this embodiment is outlined.
  • prisms, beam deflectors or other optical components is conceivable.
  • a subdivision of the areas 101, 102 and / or 103, 104 into subregions with different polarization allows a polarization change with the above-mentioned speed.
  • the "Schuster plate” consists of at least two birefringent elements with different orientation of the crystal axes or thicknesses to each other and uses linear birefringence to transform a first polarization distribution into a second locally varying polarization distribution DE 195 35 392 A1 shows a possible association between the polarization, the subareas 101, 102, 103, 104 of the micromirror array 32 and the poles of the settings 210, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 in the pupil plane 31 (see Fig. 13).
  • the linearly polarized light in the y direction is made linearly polarized in the region 101 by the use of a 90 ° rotator (not shown) covering the region 101 Light in the x direction.
  • further rotators rotate in the regions 103 and 104 by 45 ° or -45 ° with respect to the orientation of the laser polarization.
  • the polarization rotation in a known manner is proportional to the thickness of the optically active substrate of the rotator, whereby different angles of rotation can be realized.
  • FIG. 14 shows a further variant that is particularly suitable for generating rotationally symmetrical light distributions on the micro-mirror array 32.
  • the micro-mirror Array 32 divided into the two areas 101 and 102, which have a different functionality.
  • the optical component 1 is realized as one of the two conical lenses of an axicon 40.
  • the two conical lenses are once formed as hollow cones and once as cones and have an identical acute angle.
  • the distance B of the two cone lenses is adjustable to each other. In the event that the two cone lenses are in contact with each other, the distance B is equal to zero, results in a light distribution in the form of a circle.
  • the beam 33 is widened to give an annular light distribution with a dark field in the center.
  • the laser beam 33 After passing through the axicon 40, the laser beam 33 impinges on the lens arrangement 37 consisting of lenses 37 and 38 with variable spacing D, which acts in the manner of a zoom lens and widens the laser beam 33.
  • the gray filter 39 is arranged in the further course of the light path in the direction of the micro-mirror array 32.
  • An adjustment of the distance B of the two conical lenses of the axicon 40 in conjunction with the adjustment of the distance D of the two lenses 37 and 38 makes it possible, alternatively or jointly, to illuminate the subregions 102 and / or 101 on the micro-mirror array 32.
  • an arrangement for beam homogenization can be arranged upstream of the axicon 40 in the light path.
  • the beam conditioning can be carried out so that any light distributions on the micro-mirror array 32, such as multipoles, segments or the like, are possible.
  • the geometry of the conical lenses of the axicon 40 can be adapted; For example, a prismatic design of the tapered lenses is conceivable.
  • Off-axis illumination of the micro-mirror array 32 is also possible.
  • the relative orientation between the laser beam 33 and the axicon 40 is changed, for example, the position of the laser beam 33 on the axicon 40 is shifted in the zy plane. This can be achieved, for example, by two (not shown) tilted and the arrangement upstream mirror done. This makes it possible to illuminate only the upper subregion of the micro mirror array 32 by displacing the laser beam 33 upwards (z direction).
  • the gray filter 39 shown in FIG. 15 can be used for intensity correction in the pupil plane 31 already at the level of the micro-mirror array 32.
  • the gray filter 39 shown in FIG. 15 the light in the central region 231 is attenuated more strongly than in the peripheral region 232.
  • the region 231 corresponds to the region 101 on the micro-mirror array 32
  • the region 232 corresponding to the partial region 102 on the micro -Mirror array 32 corresponds.
  • the execution of the gray filter 39 depends on the size of the parameters D and B. Thus, it will be necessary, depending on the selected setting to introduce different neutral density filter 39 in the beam path. In this case, it is possible to fall back on the concepts illustrated with reference to FIGS. 1 to 8 for the rapid change of the gray filter.
  • FIGS. 1, 1 ', 1 "shown in FIGS. 11, 12 and 14 the teaching illustrated in FIGS. 1-8 can be used; a realization independently of this is of course also possible.
  • the optical component 1 is thereafter in the form of a rotating, for example circular, disk implemented as circular sectors sub-elements 1 ', 1''realized.
  • the optical component 1 it is sufficient to design the optical component 1 in such a way that it has at least two optical sub-elements which can each be introduced periodically at a specific frequency f into a beam used for illumination, for example into the laser beam 33.
  • the rotational circular frequency corresponds to 2 ⁇ f of the optical component 1 in this case For example, the pulse rate of a laser used for illumination.
  • the light used for illumination always invades the same optical sub-element 1 'or 1 "of the rotating optical component 1.
  • the necessary pulses can be generated, for example, by the use of a periodically operated shutter or a chopper wheel.
  • the choice of the subelement 1 'or 1 "to be used and thus of the desired setting is effected by the start time of the sequence of laser pulses used for the respective exposure, the so-called burst.
  • the essential advantage of this variant is that no accelerated linear or rotational movements of optical elements in the light path and thus in the system are required to change the setting. This means that no vibrations due to inertial forces are entered into the system.
  • the choice of the setting is made purely electronically by the synchronized, time-controlled choice of the start time of the respective burst.
  • the length and the start or end time of the pulses can be selected such that or the exit of the respective partial element 1 'or 1 "takes place during the dark phases between the pulses, in other words in this case the pulsed radiation beam 33 always lies completely on one of the partial elements 1' or 1 '.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System für die Halbleiterlithographie mit mehreren optischen Komponenten (1), wobei zur Einstellung verschiedener Betriebskonfigurationen des optischen Systems mindestens eine Stelleinheit (2) zur Positionierung mindestens einer optischen Komponente (1) an definierten Positionen entlang einer optischen Achse des optischen Systems vorhanden ist, wobei die Stelleinheit (2) an mindestens einem Angriffspunkt (3) an der optischen Komponente (1) angreift. Dabei ist die Stelleinheit (2) in der Weise ausgebildet, dass zwischen zwei verschiedenen Betriebskonfigurationen innerhalb eines Zeitraums von kleiner als 500 ms, vorzugsweise kleiner als 50ms gewechselt werden kann.

Description

Optisches System für die Halbleiterlithographie
Die Erfindung betrifft ein optisches System für die Halbleiterlithographie mit mehreren optischen Komponenten.
Moderne optische Systeme für die Halbleiterlithographie zeichnen sich dadurch aus, dass sie in flexibler Weise auf verschiedenste Betriebskonfigurationen einstellbar sind. Dabei besteht eine Aufgabe darin, die sogenannten Beleuchtungssettings, d. h. die räumliche Intensitätsverteilung des zur Belichtung eines Wafers verwendeten Lichtes, optimal auf die aktuellen Anforderungen abzustimmen. Allgemein soll dabei die Lichtverteilung hinsichtlich Intensität, Winkel und Polarisation, mit welcher eine Maske zur Abbildung auf einen Wafer beleuchtet wird, sowohl räumlich als auch zeitlich kontrolliert gesteuert oder geregelt werden. Diese Anforderungen können sich beispielsweise aus der Art der zu fertigenden Leiterstrukturen ergeben. Die Anforderungen an die Beleuchtungssettings können sich dabei in schneller Folge, insbesondere auch von einem Wafer zum anderen oder im Fall von Dop- pelbelichtungen auch während der Belichtung desselben Wafers, bzw. derselben Struktur auf dem Wafer, ändern.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Einstellung der Betriebskonfiguration eines optischen Systems für die Halbleiterlithographie bekannt.
So wird beispielsweise in der US-Patentanmeldung US 2003/0038937 Al vorgeschlagen, zur Änderung der optischen Eigenschaften und damit der Betriebskonfiguration eines Objektives für die HaIb- leiterlithographie verschiedene optische Elemente wie beispielsweise Blenden bedarfsweise in den Strahlengang zu schwenken oder auch bereits im Strahlengang befindliche optische Elemente zu bewegen, insbesondere gegen die optische Achse zu verkippen. Dabei macht die genannte Schrift jedoch keinerlei Angaben darüber, wie eine derartige Änderung der Betriebskonfiguration des Objektives schnell realisiert werden kann. Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die bzw. das den schnellen Wechsel der Betriebskonfiguration eines optischen Systems für die Halbleiterlithographie gestattet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen mit den in Patentanspruch 1, 21, 55 und 86 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Patentanspruch 53 angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Das erfindungsgemäße optische System für die Halbleiterlithographie zeigt mehrere optische Komponenten, wobei zur Einstellung verschiedener Betriebskonfigurationen des optischen Systems min- destens eine Stelleinheit zur Positionierung mindestens einer optischen Komponente an definierten Positionen entlang einer optischen Achse des optischen Systems vorhanden ist. Dabei greift die Stelleinheit an mindestens einem Angriffspunkt an der optischen Komponente an und ist in der Weise ausgebildet, dass zwi- sehen zwei verschiedenen Betriebskonfigurationen innerhalb eines Zeitraums von kleiner als 500 ms, vorzugsweise 50ms gewechselt werden kann. Als optische Komponenten kommen sämtliche üblicherweise in optischen Systemen verwendeten optischen Elemente wie beispielsweise Linsen, Spiegel, Blenden, planparallele Platten oder auch diffraktive optische Elemente wie beispielsweise Beugungsgitter, jeweils gegebenenfalls mit Fassungen, in Frage.
Dabei kann es sich bei dem optischen System insbesondere um ein Beleuchtungssystem oder auch um ein Projektionsobjektiv einer lithographischen Projektionsbelichtungsanlage handeln.
In einer ersten vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Angriffspunkte der Stelleinheit an der optischen Komponente in der Weise gewählt, dass an der optischen Komponente keine Momen- te entstehen. Mit anderen Worten werden durch die Beschleunigung der optischen Komponenten während ihrer Bewegung zur Positionierung keine Dreh- oder Kippmomente an der optischen Komponente wirksam. Damit liegt im Ergebnis an der optischen Komponente lediglich eine lineare Beschleunigung an. Sobald die optische Komponente die gewünschte Position erreicht hat, müssen lediglich die aus der linearen Beschleunigung resultierenden Trägheits- kräfte kompensiert werden, um ein Nachschwingen der optischen Komponente zu unterbinden bzw. wirksam zu dämpfen. Eine lineare Beschleunigung umfasst dabei positive Beschleunigungen, bei welchen die kinetische Energie der optischen Komponente zeitlich zunimmt, sowie negative Beschleunigungen oder Verzögerungen, bei denen die kinetische Energie der optischen Komponente zeitlich abnimmt. Beispielweise ist die lineare Bescheunigung der optischen Komponente kurz vor Erreichen einer gewünschten Endposition durch ein Abbremsen der optischen Komponente gegeben. Dabei greifen die Kräfte der Stelleinheit erfindungsgemäß derart an der optischen Komponente an, dass nach Vektoraddition aller Kräfte (auch der Trägheitskräfte) kein resultierendes Drehmoment an der optischen Komponente wirksam wird, welches eine Komponente senkrecht zur Beschleunigung hat. Vorzugsweise ist das resultierende Drehmoment Null, bzw. hinsichtlich seines Betrags klei- ner als 10%, vorzugsweise kleiner als 1% des Betrags des maximal auftretenden durch die Kräfte (inklusive Trägheitskräfte) generierten Einzeldrehmoments. Dabei hängt die untere Schranke für das resultierende Drehmoment unter anderem auch von der in der Stelleinheit auftretenden Reibung ab. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Zeit, die zur Positionierung der optischen Komponente insgesamt benötigt wird, gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Zeiten wesentlich verringert ist. Denn durch das Vermeiden des genannten resultierenden Drehmoments wird die Schwingungsanregung der Stelleinheit und/oder einer Führungsein- heit für die optische Komponente (zu deren präzisen Linearführung) durch die Bewegung der optischen Komponente erheblich reduziert oder ganz vermieden, so dass mögliche Schwingungsamplituden des optischen Elements sich auf die gewünschte Endposition des Elements nicht auswirken. Hierdurch ergibt sich die Möglich- keit, ein optisches System für die Halbleiterlithographie innerhalb kürzester Zeiträume von einer Betriebskonfiguration in eine andere zu schalten. Die oben geschilderte Momentenfreiheit der optischen Komponente während des Verstellvorganges kann dabei insbesondere dadurch erreicht werden, dass genau ein Angriffspunkt der Stelleinheit an der optischen Komponente vorhanden ist, der in der Weise gewählt ist, dass der Vektor der von der Stelleinheit an dem Angriffspunkt auf die optische Komponente ausgeübte Kraft durch den Schwerpunkt der optischen Komponente verläuft. Dadurch, dass die Stelleinheit an der optischen Komponente lediglich an einer Stelle angreift und der Vektor der von der Stelleinheit auf die optische Komponente ausgeübten Kraft durch den Schwerpunkt der optischen Komponente verläuft, kann die geforderte Momentenfreiheit bzw. das Momentengleichgewicht auf besonders einfache Weise gewährleistet werden. Insbesondere ist es bei dieser Variante nicht erforderlich, die von einer oder mehreren Stelleinheiten an verschiedenen Punkten auf die optische Komponente ausgeübte Kraft so zu dosieren, dass im Ergebnis ein Momentgleichgewicht bzw. eine Momentenfreiheit der optischen Komponente entsteht - durch die Wahl des Angriffspunktes und der Richtung der Kraft ist diese Forderung automatisch erfüllt.
Durch geometrische Gegebenheiten der Vorrichtung kann es sich anbieten, genau zwei Angriffspunkte der Stelleinheit an der optischen Komponente vorzusehen. Das gewünschte mechanische Ver- halten der optischen Komponente kann dabei dadurch erreicht werden, dass die Angriffspunkte in der Weise gewählt sind, dass der Schwerpunkt der optischen Komponente auf der Fläche liegt, die durch eine Gerade durch die beiden Angriffspunkte und den Vektor der resultierenden auf die optische Komponente wirkenden Kraft definiert wird. Dabei kann die optische Komponente an den Angriffpunkten sowohl von einer als auch von zwei Stelleinheiten zur Positionierung bewegt werden. Die Verwendung von nur einer Stelleinheit zur Positionierung hat dabei den Vorteil, dass eine Abstimmung der an den Angriffspunkten auf die optische Komponen- te wirkenden Kräfte bereits durch diese konstruktive Maßnahme inhärent sichergestellt ist. Da nur eine Stelleinheit auf die optische Komponente wirkt, ist gewährleistet, dass die an den beiden Angriffspunkten wirkenden Kräfte stets im gleichen Verhältnis zueinander stehen, das lediglich durch die Geometrie der Anordnung und nicht durch die von verschiedenen Stelleinheiten ausgeübten Kräfte bestimmt ist. Selbstverständlich kann die Stelleinheit auch über mehr als zwei Angriffspunkte auf die optische Komponente wirken; es ist dabei lediglich sicherzustellen, dass im Ergebnis an der optischen Komponente keine resultierenden Dreh- oder Kippmomente entstehen.
Es hat sich dabei bewährt, die Stelleinheit in der Weise auszubilden, dass sie mindestens einen Lorentzlinearaktuator aufweist. Dabei wird unter einem Lorentzlinearaktuator ein Linearmotor verstanden, bei dem aufgrund der auf der Lorentzkraft beruhenden Kraftwechselwirkung zwischen Magneten eine translatori- sehe, lineare Bewegung unmittelbar erreicht wird. Dabei können die Magnete als stromdurchflossene Spulen, also als Elektromagnete oder - teilweise - als Permanentmagnete realisiert sein. Ein Vorteil der Verwendung von Lorentzlinearaktuato- ren besteht darin, dass sich mit diesen Aktuatoren ausgesprochen schnelle Bewegungen präzise realisieren lassen. Dabei arbeitet der Lorentzlinearaktuator praktisch berührungslos und damit verschleiß- und wartungsfrei; ferner ist die von dem Lorentzlinearaktuator ausgeübte Kraft lediglich von dem durch die Spulen fließenden Strom und nicht von der aktuellen Aktuatorposition abhängig. Im Ergebnis erlaubt die Verwendung des linearaktuators die Positionierung einer optischen Komponente über Verfahrwege von einigen cm, insbesondere im Bereich von 20 cm, mit einer Genauigkeit im μm-Bereich innerhalb eines Zeitraums von unter 500 ms, vorzugsweise unter 50ms.
Für den Fall, dass der Lorentzlinearaktuator Permanentmagnete aufweist, ist es vorteilhaft, wenn diese mechanisch mit der optischen Komponente verbunden sind. Die Anordnung der Permanentmagnete an der optischen Komponente hat den Vorteil, dass auf diese Weise die Notwendigkeit einer Verkabelung der zu bewegenden optischen Komponente, wie es im Falle der Verwendung von stromdurchflossenen Spulen erforderlich wäre, wirksam vermieden wird und damit im Ergebnis die Beweglichkeit der optischen Komponente nicht durch die Verkabelung eingeschränkt ist. Diese Variante ist besonders für diejenigen Fälle vorteilhaft, in denen die Positionierung der optischen Komponente über einen längeren Weg, insbesondere im Bereich größer als 50mm erfolgen soll.
Für Fälle, in denen die Positionierung der optischen Komponente über einen kürzeren Weg erfolgt, kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Lorentzlinearaktuator Spulen aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente verbunden sind. Diese Vorgehensweise hat zwar die Implikation, dass die zur Kontaktierung der Spulen erforderlichen elektrischen Kabel mitbewegt werden müssen; allerdings hat diese Vorgehensweise den Vorteil, dass die verwendeten Spulen üblicherweise ein geringeres Gewicht aufweisen als die Permanentmagneten, sodass die aus den Beschleunigungen der optischen Komponente resultierenden Trägheitskräfte geringer sind als im Fall der Verwendung von Permanentmagneten.
Die oben geschilderten technischen Charakteristika des Lorentz- linearaktuators ermöglichen es, dass mindestens ein Lorentzlinearaktuator zur Positionierung mehrerer optischer Komponenten geeignet ausgebildet ist. Durch eine geeignete Ansteuerung der stromdurchflossenen Spulen kann dabei eine voneinander unabhängige Bewegung verschiedener optischer Komponenten mit demselben Lorentzlinearaktuator erreicht werden. Auf diese Weise kann der apparative Aufwand und damit die Komplexität des Gesamtsystems wirksam begrenzt werden.
Zur Führung der Bewegung der optischen Komponente während der Positionierung hat sich eine Linearführung bewährt, die als Wälzlagerführung oder als aerostatisches Lager, insbesondere als Gaslager, Luft- oder Luftkissenlager ausgebildet sein kann. Dabei gewährleistet die Linearführung, dass das optische Element während seiner Positionierung keinen Versatz bzw. keine Verkip- pung gegenüber der optischen Achse des optischen Systems erfährt. Die Verwendung einer Linearführung mit Wälzlagern - als Kugelumlauf oder Kreuzrollenführung - hat den Vorteil, dass sich eine derartige Führung sehr steif realisieren lässt.
Die Funktionsweise eines aerostatischen Lagers beruht darauf, dass zwei gegeneinander bewegte Elemente durch einen dünnen Gas- film getrennt werden und damit nicht in mechanischen Kontakt zu einander kommen. Auf diese Weise lässt sich eine ausgesprochen verschleiß- und reibungsarme Bewegung der Elemente gegeneinander realisieren, wodurch auch ein zu Kontaminationen führender Partikelabrieb vermieden werden kann. Dabei kann der Gasfilm durch Zuführen von Gas dynamisch aufgebaut werden. Als Gas kann das ohnehin in optischen Systemen für die Halbleiterlithographie verwendete Spülgas - in der Regel Stickstoff - vorteilhaft zur Anwendung kommen.
Zur Bestimmung der Position der optischen Komponente kann ein Encoder mit einem Messkopf und einem Referenzgitter eingesetzt werden. Das Referenzgitter kann dabei als Strichgitterstruktur auf einer auf die optische Komponente aufgeklebten Kunststofffo- lie realisiert sein. Der Messkopf registriert die Anzahl der ihn bei einer Bewegung der optischen Komponente passierenden Striche und leitet daraus die Position der optischen Komponente ab. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass der Messkopf an der optischen Komponente angeordnet ist, dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn in axialer Richtung der Bauraum stark einge- schränkt ist.
Zur Kompensation der auf die optische Komponente wirkenden Gewichtskraft kann eine Kompensationsvorrichtung zur Anwendung kommen, die beispielsweise als Gegengewicht oder als ein rei- bungsloser Pneumatikzylinder mit Spaltdichtungen realisiert ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass eine Kontamination des Innenraumes des optischen Systems durch austretendes Gas vermieden werden kann. Die Kompensation der Gewichtskraft hat die Wirkung, dass im Ruhezustand die optische Komponente nicht von der Stell- einheit gegen die Gewichtskraft gehalten werden muss und damit eine Erwärmung der Stelleinheit im Ruhezustand unterbunden wird. Die Stelleinheit kann insbesondere in der Weise ausgebildet sein, dass sie Axialstellmittel zur Positionierung der optischen Komponente in Richtung einer optischen Achse des optischen Systems und Schwenkmittel zum Schwenken der optischen Komponente aus dem bzw. in den Strahlengang des optischen Systems umfasst. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass lediglich Schwenkmittel verbunden sind und eine Bewegung der optischen Komponente in axiale Richtung nicht vorgesehen ist. Diese Maßnahme hat die Wirkung, dass optische Komponenten, so lange sie sich außerhalb des Strahlenganges des optischen Systems befinden, bereit an die axiale Position gebracht werden können, an der sie sich in einer neuen Betriebskonfiguration des optischen Systems befinden sollen. Dabei kann die axiale Positionierung der optischen Komponenten insbesondere bereits während des Betriebes des optischen Systems in der alten Betriebskonfiguration erfolgen; zur Einstellung der neuen Betriebskonfiguration genügt es dann, die betreffenden optischen Komponenten lediglich in den Strahlengang des optischen Systems zu schwenken, sodass die Zeit, die für den Wechsel von einer Betriebskonfiguration zur nächsten erforder- lieh ist, verringert wird. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Schwenkmittel und die Axialstellmittel so ausgebildet sind, dass ein freier Verfahrweg der optischen Komponente in axialer Richtung vorhanden ist, wenn die optische Komponente aus dem Strahlengang des optischen Systems ausgeschwenkt ist.
Da aufgrund der vorstehend geschilderten Variante zur axialen Positionierung der optischen Komponenten vergleichsweise viel Zeit, üblicherweise zwischen einer und sechs Sekunden, zur Verfügung steht, sind die Anforderungen an die Axialstellmittel vergleichsweise moderat. Sie können insbesondere als Spindelantriebe, Lorentzlinearaktuatoren, Zahnstangen oder auch Seilzüge ausgebildet sein.
Das Schwenkmittel kann dabei als drehbares Element ausgebildet sein; der Schwerpunkt der Anordnung aus Schwenkmittel und optischer Komponente kann in vorteilhafter Weise im Bereich der Drehachse des Schwenkmittels angeordnet sein; auf diese Weise lassen sich Drehschwingungen der optischen Komponente besonders wirksam vermeiden. Ist der Schwerpunkt auf der Drehachse, so ist vorteilhaft die Summe der Zentrifugal- bzw. der Zentripetalkräfte Null. Wodurch die Drehachse nicht durch eine etwaige Unwucht belastet wird. Damit werden wirkungsvoll eine Schwingungsanregung der Drehachse und damit auch eine Schwingungsanregung des optischen Elements bzw. der optischen Komponente vermieden, wodurch eine genaue Positionierung der optischen Komponente innerhalb kürzester Zeit möglich wird. Ferner ist es von Vorteil, das Schwenkmittel zur Vermeidung von Schwingungen steif und leicht auszulegen. Damit bieten sich insbesondere Materialien mit großem E-Modul bei kleiner Dichte, also beispielsweise Titanlegierungen oder auch Kohlefaser-Verbundwerkstoffe für die Realisation des Schwenkmittels an. Da nach der Lehre der vorliegenden Er- findung nur einzelne optische Komponenten in den Strahlengang des optischen Systems geschwenkt werden, sind - auch aufgrund der oben genannten Wahl der Materialien für das Schwenkmittel - die beschleunigten Massen und damit die resultierenden Trägheitskräfte klein, sodass sich schnelle Bewegungen realisieren lassen, ohne dass es zu starken Schwingungen der Vorrichtung kommt. Dabei erfolgt der genannte Schwenkvorgang innerhalb von 500ms, vorzugsweise innerhalb von 50ms, in modernen Lithographieanlagen innerhalb von 10 ms. Zu erwähnen ist, dass nach der vorliegenden Erfindung auch mehr als eine optische Komponente in den Strahlengang geschwenkt werden kann, bzw. mit dem Einschwenken einer optischen Komponente oder eine Gruppe von optischen Komponenten in den Strahlengang einer lithographischen Projekti- onsbelichtungsanlage kann zugleich ein Ausschwenken von wenigstens einer anderen optischen Komponente aus diesem Strahlengang erfolgen. So lässt sich z.B. alleine durch Ein- und Ausschwenken von optischen Komponenten in und aus dem Strahlengang einer Pro- jektionsbelichtungsanlage beispielsweise in einem Zoom-Axikon- System zwei unterschiedlichen Konfigurationen bezüglich des jeweils entstehenden Beleuchtungssetting erzielen.
Zum schnellen Einschwenken der optischen Komponenten in den Strahlengang hat es sich bewährt, die Schwenkmittel in der Weise auszuführen, dass sie ein Vorspannelement und ein auslösbares Rückhalteelement aufweisen. Damit kann bereits vor dem Einschwenken der optischen Komponente in den Strahlengang eine Vorspannung gegen das Rückhalteelement aufgebaut werden; nach dem Auslösen des Rückhaltelementes liegt dann sofort die volle Kraft an der optischen Komponente an, die nun schnell in den Strahlengang eingebracht werden kann. Dabei kann das Vorspannelement beispielsweise als Elektromagnet realisiert sein.
Als weitere Variante der erfindungsgemäßen Anordnung können mindestens zwei Stelleinheiten mit jeweils mindestens einem Axialstellmittel und jeweils mindestens einem dem Axialstellmittel zugeordneten Schwenkmittel vorhanden sein. Dabei können die von den Stelleinheiten positionierbaren optischen Komponenten im We- sentlichen hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften identisch oder auch unterschiedlich sein. Die Ankopplung der optischen Komponente (n) an die Stelleinheiten erfolgt bevorzugt so, dass wie oben dargestellt, die Schwingungsanregung von Stelleinheiten und/oder Führungseinheiten zur Führung der optischen Komponente, wie z.B. der Drehachse, minimal sind.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung weist mindestens eine der optischen Komponenten eine Zentriertoleranz im Bereich zwischen 30 μm und 60 μm auf. Damit liegt die Zent- riertoleranz der betreffenden zu positionierenden optischen Komponente höher als die Zentriertoleranz der im optischen System fest eingebauten optischen Komponenten. Die höhere Zentriertoleranz der zu positionierenden optischen Komponenten lässt sich beispielsweise durch eine entsprechende Umbudgetierung beim De- sign des optischen Systems erreichen. Durch die höhere Zentriertoleranz der zu positionierenden optischen Komponenten sinken die Anforderungen an die Stelleinheit und die ihr zugeordnete Mechanik, sodass der Aufwand bei der Konstruktion und Realisation der erfindungsgemäßen Vorrichtung verringert wird.
Als weitere Möglichkeit kann z. B. für den Fall, dass die optische Komponente bezüglich eines Lagerpunktes schwenk- oder dreh- bar gelagert ist, die optische Komponente zur Reduktion parasitärer Kräfte/Momente mit einer Ausgleichsmasse mechanisch verbunden sein. Dabei kann die Ausgleichsmasse eine größere Masse aufweisen als die Masse der optischen Komponente, was dadurch kompensiert werden kann, dass der Abstand des Schwerpunktes der Ausgleichsmasse von dem Lagerpunkt geringer ist als der Abstand r des Schwerpunktes der optischen Komponente von dem Lagerpunkt. Die Ausgleichsmasse kann selbst wieder durch eine optische Komponente gebildet werden.
Die vorstehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft in einem Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Halbleiterlithographie verwendet werden. Das Beleuchtungssystem kann dabei ein optisches Element, z. B. einen Micro-Mirror- Array umfassen, welches zur Einstellung einer Lichtverteilung in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems dienen kann. Zur Einstellung oder zur Unterstützung der Einstellung der Lichtverteilung ist eine manipulierbare optische Komponente im Lichtweg vor dem optischen Element in der Weise angeordnet, dass durch eine Manipulation der optischen Komponente unterschiedliche Bereiche des optischen Elementes, wie z.B. des Micro-Mirror- Arrays, beleuchtet werden können.
Bei der manipulierbaren optischen Komponente kann es sich um ei- nen Spiegel, der im Lichtweg beweglich, insbesondere verschieb- oder verkippbar ist, handeln. Ebenso ist die Verwendung eines diffraktiven optischen Elementes, das in den Lichtweg einbringbar, insbesondere einschiebbar ist, eine Kegellinse eines Axi- kons oder einer refraktiven optischen Komponente möglich.
Daneben ist es von Vorteil, wenn optisch aktive Elemente zur Polarisationsdrehung im Lichtweg vor dem optischen Element angeordnet sind, durch welche für die unterschiedlichen Bereiche des optischen Elements unterschiedliche Polarisationen einstellbar sind; auch die Anordnung von mindestens einem Graufilter im Lichtweg vor dem optischen Element ist denkbar. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 2 eine erste Variante der vorliegenden Erfindung,
Figur 2a eine schematische Lagervorrichtung zur Bewegung eines optischen Elements nach dem Stand der Technik,
Figur 2b eine Lagervorrichtung nach Fig. 2a mit einer Endpositi- on der optischen Komponente und etwaigen Schwingungen derselben,
Figur 2c eine schematischen Darstellung einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung, mit einer Führungseinrichtung zur Führung der optischen Komponente und einer Stelleinheit oder An- triebsvorrichtung, zum linearen Verschieben der optischen Komponente,
Fig. 2d eine Ausführungsform nach Fig. 2c unter Beachtung von Reibung in der Führungsvorrichtung,
Figur 2e eine schematische Darstellung der auftretenden Kräfte bei einer Ausführungsform nach Fig. 2c unter Beachtung der Reibung nach Fig. 2d,
Figur 2f eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit am Rand der optischen Komponente angreifenden Antriebskräften,
Figur 2g eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 3 verschiedene Möglichkeiten, die Anordnung aus optischer Komponente, Stelleinheiten und Linearführung zu variieren, Figur 4 eine Variante der Erfindung, bei der die Linearführungen als Luftlager realisiert sind,
Figur 5 zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Gewichtskraft der optischen Komponente kompensiert wird,
Figur 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- richtung, bei der die optischen Komponenten zusätzlich zu einer Verschiebung in Richtung der optischen Achse des optischen Systems auch aus dem Bereich der optischen Achse bzw. in den Bereich der optischen Achse eingeschwenkt werden können,
Figur 7 eine Ausführung eines Schwenkmittels zum Schwenken der optischen Komponente in bzw. aus dem Strahlengang des optischen Systems,
Figur 8 ein Beispiel für die Verwendung einer Ausgleichsmasse,
Figur 9 einen Teil eines Beleuchtungssystems einer Projektions- belichtungsanlage für die Halbleiterlithographie,
Figur 10 Teilbereiche eines Micro-Mirror-Arrays und entsprechende Lichtverteilungen in einer Pupillenebene,
Figur 11 eine erste Möglichkeit zum Einstellen einer Lichtverteilung auf einem Micro-Mirror-Array,
Figur 12 eine weitere Möglichkeit zum Einstellen einer Lichtverteilung auf einem Micro-Mirror-Array,
Figur 13 eine Möglichkeit zur selektiven Wahl der Polarisation in verschiedenen Bereichen der Pupillenebene
Figur 14 eine zusätzliche Möglichkeit zum Einstellen einer Lichtverteilung auf einem Micro-Mirror-Array unter Verwendung eines sogenannten Axikons,
Figur 15 einen Graufilter zur Verwendung in einem erfindungsge- mäßen optischen System und
Figur 16 eine weitere Möglichkeit zum Einstellen einer Lichtverteilung ohne linear beschleunigte Elemente.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die optische Komponente 1 wird dabei mittels der Stelleinheiten 2 entlang der optischen Achse, die im vorliegenden Fall senkrecht zur Blattebene verläuft, bewegt. Die beiden Stelleinheiten 2 sind im vorliegenden Fall als Lorentzlinea- raktuatoren mit Permanentmagneten 4 und Spulen 5 realisiert; die Permanentmagnete 4 sind dabei mit der optischen Komponente 1 ü- ber jeweils einen Angriffspunkt 3 mechanisch verbunden. Wie in Figur 1 angedeutet, verläuft dabei die Gerade durch die beiden Angriffspunkte 3 durch den mit "S" bezeichneten Schwerpunkt der optischen Komponente 1. Diese Anordnung der Angriffspunkte hat den Vorteil, dass unter der Voraussetzung eines wenigstens annähernd gleichen Verhaltens der Stelleinheiten 2 eine Bewegung der optischen Komponente 1 erfolgen kann, ohne dass Drehmomente auf sie wirken. Auf diese Weise wird erreicht, dass Schwingungen der optischen Komponente 1 bei oder nach der Positionierung, die von derartigen Drehmomenten herrühren könnten, nicht entstehen können. Damit wird im Ergebnis eine Möglichkeit geschaffen, die optische Komponente 1 sehr schnell entlang der optischen Achse an die gewünschte Position im optischen System zu bewegen, da zum einen der Zeitraum, der benötigt wird, damit die optische Komponente 1 nach dem Erreichen ihrer Position im optischen System zur Ruhe kommt, wesentlich abgekürzt wird und zum anderen insgesamt höhere Geschwindigkeiten zur Positionierung der optischen Komponente 1 möglich werden. Die Bewegung der optischen Kompo- nente 1 entlang der optischen Achse wird dabei durch die Linearführung 6 stabilisiert und durch das Wegmesssystem 12 ausgemessen. Bei dem Wegmesssystem 12 kann es sich insbesondere um einen sogenannten Encoder handeln, dessen Messkopf 15 mit dem in Figur 1 nicht dargestellten Gehäuse des optischen Systems fest verbunden ist und dessen Referenzgitter 16 mit der optischen Komponente 1 mitbewegt wird; es ist ebenso denkbar, den Messkopf 15 auf der optischen Komponente 1 anzuordnen und das Referenzgitter 16 fest mit dem Gehäuse des optischen Systems zu verbinden. Die zweite Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in axialer Richtung wenig Bauraum zur Verfügung steht. Anstelle eines Encoder-Messsystems kann alternativ ein anderes Positionserfas- sungssystem eingesetzt werden, wenn dieses über die erforderliche Genauigkeit verfügt. Idealerweise wir für jeden Lorentzli- nearaktuator ein Positionserfassungssystem eingesetzt.
Figur 2 zeigt eine Variante der vorliegenden Erfindung, die sich von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform in der konkreten Ausgestaltung der Stelleinheit 2 unterscheidet. In der in Figur 2 gezeigten Variante sind im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform nicht die Permanentmagnete 4, sondern die Spulen 5 mechanisch mit der optischen Komponente 1 verbun- den, d. h. die Spulen 5 bewegen sich mit der optischen Komponente 1 mit. Vorteilhaft an dieser Variante ist insbesondere, dass die Spulen 5 in der Regel eine geringere Masse besitzen als die Permanentmagnete 4, wodurch sich die insgesamt bewegte Masse verringert. Diese Variante ist insbesondere für die Realisation von kurzen Verstellwegen sinnvoll, wo die elektrische Kontaktie- rung der Spulen 5 beispielsweise durch Kabelverbindungen unproblematisch ist.
Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen wird unter Bezugnahme auf die Figur 2a eine technische Ausführungsform einer verstellbaren optischen Komponente 1 mit einer im Stand der Technik bekannten Verstelleinheit schematisch beschrieben. Dabei wird die optische Komponente 1 entlang einer optischen Achse 200 verschoben. Um diese Linearverschiebung der optischen Komponente 1 zu erzeugen, wird eine Stelleinheit eingesetzt, die einen Schlitten 62 um einen Betrag X entlang der Koordinatenachse X bewegt, und dabei die optische Komponente 1 um im Wesentlichen den gleichen Betrag X entlang der optischen Achse 200 verfährt. Der Schlitten 62 kann, wie in Figur 2a gezeigt, mittels einer Führung 63 geführt werden, wobei die Führungsachse 60 im Wesentlichen innerhalb mechanischer Fertigungs- und Justagetoleranzen parallel zu optischen Achse 200 ist.
Die in Figur 2a dargestellte optische Komponente 1 ist mit einer nicht näher dargestellten Verbindung 64 mit dem Schlitten 62 verbunden. Die optische Komponente 1 ist beispielsweise ein refraktives Element, welches Polyeder- und / oder konvexe bzw. konkave Flächen 101, 102 umfassen kann. Die Führung 63 und der Schlitten 62 bilden üblicherweise eine angetriebene Stelleinheit, wie sie z. B. mittels der oben beschriebenen Linearaktua- toren realisierbar ist. Dabei wird z. B. der Schlitten 62 ent- lang der Führung 63 mittels elektromagnetischer Kräfte verfahren. Zur Beschleunigung des Schlittens 62 und der optischen Komponente 1, sowie zur Überwindung der Reibungskraft der Stelleinheit, ist eine Kraft F erforderlich. Wird zunächst die Reibungskraft vernachlässigt, so ergibt sich aus der Kraft F unter Be- rücksichtung der Masse m der optischen Komponente 1 eine Beschleunigung a = F / (m+ms) . Dabei ist die Masse des Schlittens 62 mit ms bezeichnet. Diese Beschleunigung bewirkt eine Trägheitskraft Fτ, die am Schwerpunkt 103 der optischen Komponente 1 angreift und die sich als Fτ = m * a ergibt. Ist die optische Komponente 1 derart aufgebaut, dass ihr Schwerpunkt entlang der optischen Achse 200 verschoben wird, so wirkt Fτ entlang der optischen Achse 200. Es ist allerdings zu erwähnen, dass für das vorliegende Ausführungsbeispiel und für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele es ist nicht notwendigerweise erforderlich ist, dass der Schwerpunkt der optischen Komponente bzw. der
Schwerpunkt des Systems aus optischen Komponenten 1 und Schlitten 62 sich entlang der optischen Achse 200 bewegt. Die genannten Schwerpunkte können sich alternativ auch entlang einer Achse bewegen, die zur optischen Achse 200 parallel verschoben ist.
Vernachlässigt man etwaiges Lagerspiel des Schlittens 62 senkrecht zur Führungsachse 60 der die Führung 63 und den Schlitten 62 umfassenden Stelleinheit, und vernachlässigt man ebenso die geometrische Ausdehnung der Führung 63 in dieser Richtung, z. B., weil der Abstand b der optischen Achse 200 von der Führungsachse 60 sehr viel größer ist als die Ausdehnung der Führung 63 so erzeugt die Trägheitskraft Fτ ein Drehmoment Mτ = b * Fτ, welches in Richtung senkrecht zur Führungsachse 60 orientiert ist. Ein weiteres Drehmoment in diese Richtung kann z. B. durch die Trägheitskraft des Schlittens 62 erzeugt werden, wenn sein Schwerpunkt nicht auf der Führungsachse 60 der Führung 63 liegt.
Die durch die genannten Trägheitskräfte generierten Drehmomente belasten die Führung 63 und den Schlitten 62 (und die optische Komponente 1) dynamisch, so dass diese Elemente zu erzwungenen Schwingungen durch den genannten Drehmomenteintrag, bzw. durch die von diesen Drehmomenten verursachten Kräfte, angeregt werden. Insbesondere, wenn die optische Komponente 1 aus einer Position A (siehe Figur 2a) in eine Endposition B (siehe Figur 2b) übergeführt wird, bewirkt die Verzögerung der optischen Komponente 1 aufgrund ihrer Trägheitskraft Fτ ein Drehmoment Mτ, wel- ches zu oben erwähnten Schwingungen anregt. Die Anregung derartiger Schwingungen kann in einer Schwingung 202 der optischen Komponente 1 resultieren, wobei eine durch die optische Komponente 1 gedachte Ebene 201, welche senkrecht zur optischen Achse 200 verläuft, um eine Achse C schwingt. Die Lage dieser Schwin- gungsachse C muss nicht mit der Lage und Richtung des Drehmoment Mτ zusammenfallen, wie dies in Figur 2b gezeigt ist. Vielmehr hängt die Lage und die Richtung dieser Drehachse C von den erzwungenen Schwingungen ab, wobei die Position der Drehachse C durch die Geometrie der Führung 63 und des Schlittens 62 im We- sentlichen bestimmt, da die Wirkung des Drehmoments Mτ im Wesentlichen durch diese Führungseinrichtung 62, 63 aufgenommen wird. In dem in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel werden auch Kippschwingungen durch das Drehmoment Mτ erzeugt. Diese werden durch die Antriebsvorrichtung, die z.B. als Lorentzlinearan- trieb ausgeführt ist, nicht gedämpft, sondern sie werden überwiegend durch die Dämpfungswirkung der Führungseinrichtung 62,
63 gedämpft. Diese Dämpfungswirkung ist jedoch besonders bei „reibungsloser" Lagerung sehr gering, weshalb nach Erkenntnis der Erfinder eine Kippschwingungsanregung durch besagtes Drehmoment eine schnelle Präzisionspositionierung sehr erschwert oder gar unmöglich macht, wie dies auch nachfolgend näher ausgeführt wird.
Um die optische Komponente 1 innerhalb von weniger als 500 ms bis hin zu weniger als 50 ms, in moderner Lithographieanlagen sogar innerhalb von 5 ms, auf etwa lOμm bis hin auf lμm Genauig- keit bezüglich des Endpunktes B ihrer Verschiebung zu positionieren, ist es erforderlich, dass die optische Komponente 1 möglichst schwingungsarm bezüglich etwaiger Schwingungen in Richtung der optischen Achse 200 ihre Endposition erreicht. Dies ist erforderlich, da jede Schwingungsanregung, die eine Schwingungs- komponente 202 in Richtung der optischen Achse 200 und eine Amplitude im Bereich von 1 bis 10 μm aufweist, eine Positionierung der optischen Komponente 1 innerhalb der genannten Zeit, nach Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, unmöglich macht. Dies ist dadurch bedingt, weil die Schwingungen 202 üblicherweise sehr viel langsamer abklingen, als die zur Positionierung der optischen Komponente 1 in ihrer Endposition B zur Verfügung stehenden Zeit, die kleiner als 500ms, vorzugsweise kleiner als 50ms oder kleiner als 5 ms ist. Dieses relativ langsame Abklingverhalten der erzwungenen Schwingungen ist dadurch bedingt, da die Schwingungsfrequenzen im Bereich einiger Hz bis hin zu einigen kHz sind.
Die Präzision bezüglich der Stellgenauigkeit der optischen Komponente 1 bezogen auf seine Endposition B von zwischen 1 und 10 μm innerhalb minimaler Zeit im Bereich von einigen ms bis hin zu 500ms lässt sich innerhalb einer lithographischen Projektionsbe- lichtungsanlage vorteilhaft mit der vorliegenden Erfindung erzielen, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 oben bereits ausgeführt wurde.
Die Erfindung umfasst daher eine Lithographische Projektionsbe- lichtungsanlage mit einer entlang einer Geraden innerhalb einer Positionierzeit um eine Strecke verfahrbaren optischen Komponente. Dabei umfasst die optische Komponente 1 ein oder mehrere optische Elemente 34 die gegebenenfalls auch Fassungselemente aufweisen. Die Gerade weist im Allgemeinen ferner einen Polar- und Azimutwinkel zwischen 0° und 90° auf. Mit diesen Winkeln wird die Richtung der Geraden oder des Bewegungsfreiheitsgrads festgelegt, entlang sich die optische Komponente 1 bewegen kann. Ferner ist der Abstand der Geraden zu einer optischen Achse kleiner ist als eine Querschnittsdimension eines Projektionsbe- lichtungsstrahlenbündels der Projektionsbelichtungsanlage. Da die Gerade nicht notwendigerweise eine optische Achse innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage schneiden muss, da dies Abhängig von den verwendeten optischen Komponenten ist, kann die Gerade auch zu der optischen Achse beabstandet sein. Entsprechend der Erfindung wird die optische Komponente 1 durch eine, eine Führungsrichtung aufweisende Führungseinheit oder Führungseinrichtung (z.B. eine Linearführung) geführt und mittels einer, eine Antriebsrichtung aufweisende Antriebs- oder Verstelleinheit (Stelleinheit) mittels Antriebskräfte derart angetrieben, dass die durch Trägheitskräfte der optischen Komponente 1 und etwaiger mit der optischen Komponente mitbewegter Komponenten erzeugten Drehmomente, und die durch die Antriebskräfte erzeugten Drehmomente, welche auf die Führungseinheit einwirken, sich bis auf einen Betrag kleiner als 10% kompensieren. Eine Vollständige Kompensation wird dabei angestrengt. Dies hängt jedoch von den Erfordernissen bezüglich Positionierzeit und zu verfahrende Strecke ab, sowie von der technischen Ausgestaltung der Führungseinheit .
Um möglichst auch bei konstanter Geschwindigkeit der optischen Komponente 1 keine Schwingungsanregung der Führungseinheit zu gewährleisten, wird vorzugsweise die Antriebseinheit so ausgestaltet, dass die auf die Führungseinheit übertragenen Kräfte in Richtung senkrecht zur Führungsrichtung keiner als 10% der An- triebskraft in Richtung der Geraden bzw. in Verfahrrichtung sind. Auch hier wird ein bestmögliches Vermeiden solcher Kräfte angestrebt, wobei ideal keine Kräfte senkrecht zur Führungsrich- tung wirken.
Bei lithographischen Projektionsbelichtungsanlagen beträgt die verfahrbare Strecke der optischen Komponente 1 zwischen 20 mm und 1000 mm, wobei wie bereits erwähnt, die Positionierzeit zwischen 5 ms und 500 ms ist.
Wie in den bisherigen Beispielen bereits deutlich wird, wird vorzugsweise die Führungsrichtung bis auf Fertigungs- und Justa- getoleranzen parallel zur Geraden angeordnet, entlang derer die optische Komponente 1 verfahren wird. Dies erfordert eine steife und starre Anbindung der optischen Komponente 1 an die Führungseinheit. Technisch interessant sind besonders solche Bewegungen der optischen Komponente 1, die eine Horizontal oder Vertikal- Verschiebung ermöglichen. Ebenfalls vorteilhaft sind Verschiebungen entlang einer optischen Achse der Projektionsbelichtungs- anlage oder senkrecht dazu. Auch kann es vorteilhaft sein, die Gerade mit der optischen Achse schneiden zu lassen oder mit ihr zur Deckung zu bringen.
Umfasst die optische Komponente 1 beispielsweise ein rotationssymmetrisches optisches Element, oder ein optisches Element 34, welches wenigstens Abschnittsweise eine rotationssymmetrische Wirkung auf das Projektionsbelichtungsstrahlenbündel hat, so wird vorzugsweise die optische Komponente 1 optisch zentriert bezüglich der Geraden, entlang derer sie sich bewegt. Unter optischer Zentrierung wird dabei verstanden, dass z.B. ein optisches Element 34 mit den erwähnten Symmetrieeigenschaften mit seinem Symmetriepunkt auf der Geraden liegt.
Figur 2c verdeutlich dies anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei lediglich schematisch die wesentlichen Komponenten dargestellt sind. Dabei wird eine optische Komponente 1, welche z. B. eine reflektierende Fläche auf einem Substrat aufweist, wie z. B. der in Figur 2c dargestellte Konkavspiegel, entlang der optischen Achse 200 in X- Richtung verschoben. Die optische Komponente 1 mit der reflek- tierenden Fläche kann dabei auch z. B. ein diffraktives optisches Element sein, wie z. B. ein Reflexionsgitter, es kann aber auch z.B. ein Spiegel-Array sein. Dabei wird das optische Element 1 mittels des Schlittens 462 und der Führung 463 geführt, wobei die Führungsachse 460 der Linearführung 463 im Rahmen der Fertigungs- und Justagetoleranzen parallel zur optischen Achse 200 ausgerichtet ist. Ferner weist die Führung 463 mit ihren Schlitten 462 keine Antriebseinheit auf, die zum Linearantrieb der optischen Komponente 1 dient. Dabei kann die Führung 463 und der Schlitten 462 z. B. in Form einer Luftkissenführung, einer magnetischen Führung, oder in Form einer Gleit- oder Wälzlagerführung ausgebildet sein. Mittels einer ebenfalls einen Schlitten 362 und eine Führung 363 umfassenden Antriebseinheit 300 wird die optische Komponente 1 angetrieben. Diese Antriebsein- heit 300 kann analog zur oben dargestellten Verstelleinheit ausgebildet sein. Üblicherweise weist die Antriebseinheit 300 eine Antriebsachse 360 auf, die parallel zur Führungsachse 460 der Führung 463 für das optische Element ausgerichtet ist. Dabei kann die Antriebseinheit 300 z. B. als elektromagnetischer Line- arantrieb ausgestaltet sein, wie dies bereits oben im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 2b beschrieben wurde. Der Antriebschlitten 362 greift dabei am optischen Element derart an, dass über eine Wirkverbindung 364 die Antriebskräfte (beschleunigende oder verzögernde Kräfte) mit ih- rer Kraftwirkungslinie durch, oder im Wesentlichen durch den
Schwerpunkt 103 der optischen Komponente 1 gehen. Dabei ist analog den Ausführungen zu in Figuren 2a und 2b der Schwerpunkt 103 nicht notwendigerweise auf der optischen Achse 200 angeordnet, wie dies lediglich beispielhaft in Figur 2c dargestellt ist. Für den Fall, dass die Antriebseinheit 300 ebenfalls eine Führung für die optische Komponente 1 darstellt, wäre diese statisch ü- berbestimmt gelagert, wodurch Kräfte und Momente auf das optische Element eingetragen würden. Um dies zu vermeiden, wird vorteilhaft ein Momentenentkopplungselement (in Fig. 2c nicht dar- gestellt) an der Wirkverbindung 364 angebracht, die z.B. ein Kugelgelenk umfassen kann, auf welches die Antriebskraft wirkt und von dem aus diese auf die optische Komponente 1 übertragen wird. Ist das Massenverhältnis zwischen optischer Komponente 1 und der Masse des Führungsschlitten 462 derart, dass die Masse des Schlittens 462 nicht mehr vernachlässigbar ist im Vergleich zur Masse der optischen Komponente 1, so wird die Wirkverbindung 364 so gewählt, dass die Kraftwirkungslinie der durch die Antriebseinheit 300 aufgebrachten Kraft durch den Gesamtschwerpunkt aus optischer Komponente 1 und Führungsschlitten 462 geht. Dabei werden ebenfalls etwaige Fassungselement für die optische Kompo- nente 1 berücksichtigt, die die optische Komponente 1 mit dem Führungsschlitten 462 verbinden und in Position halten. Eine derartige Einlenkung der Antriebskraft auf das System aus optischer Komponente 1 und Führungsschlitten 462 hat den Vorteil, dass sich die Antriebskraft und die Trägheitskraft, welche durch die Massen des Führungsschlitten 462 und der optischem Komponente 1 bei Beschleunigung (bzw. Verzögerung) bedingt ist, zu Null addieren, weshalb kein Drehmoment über den Führungsschlitten 462 auf die Führung 463 übertragen wird, welches eine Komponente senkrecht zur optischen Achse 200 bzw. senkrecht zur Führungs- achse 460 aufweist. Damit unterbleibt eine Schwingungsanregung der Führung 463 beim Bewegen der optischen Komponente 1 entlang der optischen Achse 200, wodurch eine schnelle Positionierung der optischen Komponente 1 in eine Endposition mit höchster Präzision ermöglicht wird.
Bei sehr hohen Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen der optischen Komponente 1 tritt an der Führung 463 und an dem Schlitten 462, abhängig von der technischen Ausgestaltung der Führung, eine nicht mehr zu vernachlässigende Reibungskraft auf, die in der Ausführungsform nach Figur 2c die Führung 463 ebenfalls zum
Schwingen anregen kann. Denn durch die Reibungskraft, die z. B. auch bei konstanter Geschwindigkeit der optischen Komponente 1 auftritt, muss die Antriebseinheit 300 diese Reibungskraft über die Wirkverbindung 364 mittels einer entsprechend gleichgroßen aber entgegengesetzt gerichteten Kraft entgegenwirken, um die genannte Reibungskraft FR zu überwinden. Diese von der Antriebseinheit 300 aufgebrachte und über die Wirkverbindung 364 einge- brachte Kraft F bewirkt ein Drehmoment MR in Richtung senkrecht zur Führungsachse 460, wie dies in Figur 2d schematisch dargestellt ist. Dabei zeigt die Figur 2d einen Ausschnitt aus Figur 2c beim Vorhandensein von Reibungskräften zwischen Führung 463 und Schlitten 462 bei konstanter Bewegung der optischen Komponente 1 entlang der Achse 200, d. h. in Pfeilrichtung x. Da die Reibung auch beim Beschleunigen auftritt, muss auch dort die Reibungskraft zusätzlich überwunden werden. Dies macht es erforderlich, dass die von der Antriebseinheit 300 über die Wirkver- bindung 364 auf das optische Element einwirkende Antriebskraft nicht nur durch die erforderliche Beschleunigung vorgegeben ist, sondern um den Betrag der Reibungskraft FR hinsichtlich ihres Betrags erhöht ist. Dieser erhöhte Betrag der Antriebskraft wird durch die Trägheitskraft Fτ hinsichtlich der Erzeugung von Dreh- momenten nicht kompensiert. Diese nicht kompensierte Kraft erzeugt, wie oben dargestellt, ebenfalls ein Drehmoment senkrecht zur Führungsachse 460 bzw. senkrecht zur Bewegungsrichtung, die im gezeigten Ausführungsbeispiel entlang der optischen Achse 200 erfolgt. Dieses Drehmoment kann die Führung 463 der optischen Komponente 1 und damit den Schlitten 462 und die optische Komponente 1 zu Schwingungen anregen, wodurch eine schnelle präzise Positionierung entsprechend der vorliegenden Erfindung verhindert wird.
Im Falle des Vorliegens der nahezu geschwindigkeitsunabhängigen Gleitreibung kann der Einfluss der Reibungskräfte FR und der Ein- fluss der damit verbundenen Drehmomente MR dadurch reduziert werden, dass zum Einen die gleichförmige Bewegung der optischen Komponente 1 beim Verstellen der optischen Komponente 1 zeitlich minimiert wird, bzw. ganz auf eine gleichförmige Bewegung verzichtet wird. Zum anderen kann die Beschleunigung so gewählt werden, dass eine Trägheitskraft Fτ wirkt, die gleich der Antriebskraft F vermindert um den Betrag der Reibungskraft FR ist. Zusätzlich wird die Wirkverbindung 364, an welches die Antriebs- kraft auf die optische Komponente 1 eingeleitet wird, zwischen der optischen Komponente 1 und dem Schlitten 462 nicht mehr derart eingeleitet, dass die Kraftwirkungslinie durch deren gemein- samen Schwerpunkt geht, wie dies im Zusammenhang mit Figur 2c aufgeführt wurde. Die Wirkverbindung 364 wird so gewählt, dass die am gemeinsamen Schwerpunkt 103 (der sich aus optischer Komponente 1 und dem Schlitten 462 ergibt) wirkende Trägheitskraft und das damit verbundene Drehmoment Mτ gerade das durch die Antriebskraft erzeugte Drehmoment MF kompensiert. Da die Trägheitskraft Fτ gegeben ist und die Antriebskraft F um die Reibungskraft FR erhöht ist, gilt Fτ = F - FR, wobei Fτ < als F ist, ist für die Wirkverbindung 364 ein Versatz V des Schwerpunktes 103 in Rich- tung der Führungsachse 460 erforderlich, um die obige Kompensation der genannten Drehmomente Mτ = MF zu erhalten. Die Antriebskraft F wird dann in die um den Versatz V verschobene Wirkverbindung 364 derart eingeleitet, dass die Kraftwirkungslinie statt durch den Schwerpunkt zu gehen, um den Versatz V parallel zu diesem in Richtung der Führungsachse 460 verschoben ist. Diese Kräftesituation ist schematisch in Figur 2e dargestellt, welche die in Figur 2d auftretenden Kräfte bezogen auf den gemeinsamen Schwerpunkt 103 zusammen mit dem Versatz V zeigt. Bei den Führungen 462, 463, die in Projektionsbelichtungsanlagen bei der präzisen Positionierung zum Einsatz kommen ist die Reibungskraft üblicherweise sehr viel kleiner als das 0,001-fache der Antriebskraft. Bei aerostatischen oder magnetischen Führungen geht die Reibungskraft gegen Null, so dass der Versatz sehr klein und häufig vernachlässigbar ist.
Aufgrund der obigen Ausführung umfasst die vorliegende Erfindung Ausführungsformen, bei denen eine optische Komponente 1 mittels einer Führungsvorrichtung möglichst präzise linear geführt wird, und die optische Komponente 1 entlang dieser linear zu bewegen. Dabei wird mittels einer Antriebseinheit 300 oder einer Stelleinheit 2 eine Antriebskraft F derart in die optische Komponente 1 eingelenkt, dass durch die Antriebskraft F weder Kräfte noch Drehmomente mit Richtungskomponenten senkrecht zur Bewegungsrichtung der optischen Komponente 1 auf die Führung 463 einge- tragen. Dabei entspricht die Bewegungsrichtung der optischen Komponente 1 bis auf Herstellungs- und Justagetoleranzen der Führungsachse 460 der Führung 463. Mittels dieses wird erfin- dungsgemäß eine Schwingungsanregung der Führung 463 der optischen Komponente 1 (und damit auch des optischen Elements 1) durch die Antriebskraft F der Antriebseinheit 300 verhindert, oder zumindest so weit reduziert, dass hochpräzise lineare Posi- tionswechsel der optischen Komponente 1 innerhalb kürzester Zeit im Bereich von ms wie beispielsweise zwischen 5ms bis hin zu 500ms ermöglicht werden.
Um auch transparente optische Komponente 1 nach den in Figuren 2c bis 2e beschriebenen Ausführungsformen zu verschieben bzw. zu positionieren, wird die Antriebskraft übertragende Wirkverbindung 364 a der optischen Komponente 1 so gestaltet, dass z. B. die optische Komponente 1 jeweils an einem Randbereich derart mit der Antriebseinheit verbunden wird, dass eine Gerade durch die genannten Randbereiche den Schwerpunkt 103 schneidet, wobei vorzugsweise die genannte Gerade senkrecht zur durch die optische Achse 200 und die Führungsachse 460 aufgespannte Ebene gewählt wird. Dies ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 2f dargestellt. Dabei wird schematisch ein Schnitt senkrecht zur Bewe- gungsrichtung, die gleich der optischen Achse 200 sein soll, gezeigt, wobei die optische Komponente 1 (bzw. die optische Komponente) mit Randbereichen 110, 111 versehen ist, an welchen die vom Antriebsschlitten 362 der Antriebseinheit 300 mit der Antriebsachse 360 erzeugten Antriebskräfte über eine geeignete Wirkverbindung 364 in Bewegungsrichtung eingetragen wird. Dabei kann, wie oben erwähnt, die Wirkverbindung Elemente umfassen, die eine Momentenentkopplung erlauben, wie dies z.B. bei Kugelgelenken der Fall ist. Die erwähnte Gerade ist mit 112 bezeichnet und verläuft durch den gemeinsamen Schwerpunkt 103 der opti- sehen Komponente 1 und des Schlitten 462 senkrecht zur genannten aufgespannten Ebene. Im Falle von Reibung entsprechend den Ausführungen nach Figur 2d weist die Gerade einen entsprechenden Versatz V nach Figur 2e auf und verläuft um diesen Versatz parallel zur in Figur 2f gezeigten Gerade 112 in Richtung der Füh- rungsachse 460 parallel verschoben. Um eine statisch überbestimmte Führung der optischen Komponente 1 zu vermeiden, kann anstelle der Antriebsvorrichtung 300 mit der Antriebsachse 360 (siehe auch Fig. 2c) jeweils eine eigene mit ihrer jeweiligen Antriebskraft an den Randbereichen 110 und 111 angreifende Antriebsvorrichtung vorgesehen sein. Die derart an der optischen Komponente 1 angreifenden Antriebsvorrichtungen werden voneinan- der unabhängig gesteuert oder geregelt. Diese Ausführungsform entspricht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, wobei bis auf Fertigungs- und Justagetoleranzen die Antriebseinheiten parallele Antriebsrichtungen aufweisen.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Erkenntnis, dass in Lithographieanlagen eine präzise und schnelle Positionierung optischer Komponente 1 entsprechend der obigen Ausführungen erforderlich macht, dass Schwingungsanregungen der Führungen der optischen Komponente 1 durch die Kräfte des Antriebssystems möglichst zu vermeiden sind (bzw. zu minimieren sind) , zeigt Figur 2g eine weitere Ausführungsform, die auf der Ausführungsform der Figuren 2a und 2b beruht. Führungsachse und Antriebsachse fallen hier wie beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2a und 2b zusammen. Dabei ist die mit dem Schlitten 62 verbundene optische Kom- ponente 1 derart mittels des Schlittens geführt, dass aufgrund der Länge SL des Schlittens in Richtung der Führungsachse 60 die Schwingungsamplitude 202 der optischen Komponente 1 in diese Richtung reduziert ist, wobei sich die Schwingungen im Wesentlichen aufgrund des mechanischen Spiels zwischen dem Führungs- schütten 62 und der Führung 63 ergeben. Dabei wird vorzugsweise der Führungsschlitten so dimensioniert, dass die durch das Lagerspiel mögliche Schwingungsamplituden im Bereich und in Richtung der optischen Achse 200 kleiner ist als L = lOμm. Bei einem typischen Lagerspiel von y = lμm bedeutet dies, dass etwa y / SL = L/b ist. Dabei ist SL die Länge Schlittens 62 und b der Abstand der Führungsachse 60 zur optischen Achse 200. Beispielsweise weist b 50mm auf, so ergibt sich eine Länge des Schlittens 62 von SL = 5mm. Dies bedeutet, dass bei dem genannten Lagerspiel von lμm und dem Abstand b von etwa 50mm der Schlitten 62 wenigstens eine Länge von 5mm aufweisen sollte, um aufgrund des mechanischen Spiels die optische Komponente 1 innerhalb der gewünschten Positioniergenauigkeit besser als lOμm im Bereich der optischen Achse positionieren zu können. Allgemeiner kann die obige Bedingung so formuliert werden, dass die Führungseinheit einen von einer Führung geführten Schlitten mit in Führungsrichtung um einen Betrag SL beabstandete Führungsflächen umfasst. Dabei weist die Führung und der Führungsschlitten ein Lagerspiel y auf. Ferner soll zwischen einer in Richtung der Geraden (entlang der sich die optische Komponente 1 bewegt) auftretenden Schwingungsamplitude L der optischen Komponente 1, die von der Führung um den Betrag b beabstandet ist, die Beziehung SL > y*b/L eingehalten werden. In der Praxis ergeben sich hierbei oft SL-Werte im Bereich des 3-fachen bis 10-fachen Abstands des Schwerpunktes der optischen Komponente 1 zur Führung, wobei, falls der Bauraum zur Verfügung steht vorzugsweise auch der 10- fache Wert überschritten wird, wie dies im Folgenden näher aus- geführt wird.
Die genannte Bedingung hinsichtlich des Lagerspiels kann weiter ergänzt werden, in dem auch eine Reduktion der Wirkung der durch die Trägheitskraft Fτ entstehenden Drehmomentwirkungen und ihre Auswirkungen hinsichtlich erzwungener Schwingungen reduziert werden. Die Trägheitskraft Fτ erzeugt beim Verzögern der optischen Komponente 1 ein Drehmoment Mτ, welches durch ein von der Kraft F3 erzeugtes Drehmoment kompensiert wird, wobei die Kraft F3 wenigstens in der Nähe eines Schlittenendes angreift. Dabei ist etwa F3 * SL = Mτ. Dies sind lediglich Näherungen, da abhängig von der Ausgestaltung des Schlitten 62 und der Führung 63 beim Vorhandensein von Lagerspiel die etwaigen Drehachsen, um welche der Schlitten 62 aufgrund der Trägheitskräfte verursachten Drehmomente versucht ist zu drehen, nicht genau festliegen. Ferner hängt die exakte Drehmomentenbedingung auch von der Position des optischen Elements 1 relativ zum Schlitten 62 ab. Insgesamt lässt sich jedoch sagen, dass die Schwingungsanregung der Führung 63 umso geringer ausfallen wird, je kleiner die auf die Führung wirkende Kraft F5 ist. Diese Kraft kann durch geeignete Ausgestaltung der Länge SL des Führungsschlittens 62 auf etwa 10 % der Trägheitskraft Fτ reduziert werden, die sich beim Beschleunigen oder Verzögern der optischen Komponente 1 (der optischen Komponente 1) zusammen mit dem Schlitten 62 ergibt. Damit lässt sich eine grobe Dimensionierungsregel angeben, die basierend auf einem Drehmomentengleichgewicht in der Form Fτ * b = F3 * SL = 0,1 x Fτ * SL darstellbar ist. Dies erlaubt die Bestimmung von SL, wobei dann SL etwa 10 * b ist. Dabei ist b, wie in der Figur 2g dargestellt, der Abstand der Führungsachse 60 zur optischen Achse 200. Mit dieser Dimensionierungsregel ist im Allgemeinen die erste Bedingung hinsichtlich des Lagerspiels erfüllt. Nachteilig bei dieser Dimensionierung ist, dass im Allgemeinen der Schlitten 62 die Länge von 10cm bis hin zu 50cm übersteigt, wodurch nachteilig eine erhöhte Masse zu bewegen ist, was in einer erhöhten Antriebsleistung resultiert. Ferner steht häufig der erforderliche Bauraum für diese aufgezeigte erfinderische Lösung nach Figur 2g nicht zur Verfügung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Ausführung nach Figur 2a, 2b derart modifiziert, dass bezüglich der Führungsachse 60 auf einer der optischen Komponente 1 gegenüber- liegenden Seite eine Ausgleichsmasse MA angebracht ist, wie dies in Figur 2g schematisch angedeutet ist. Die Ausgleichsmasse MA ist mit dem Schlitten 62 starr verbunden und bezüglich Größe und Abstand zur Führungsachse 60 so gewählt, dass die von ihr bei Beschleunigung der optischen Komponente 1 ausgehende Trägheits- kraft ein Drehmoment derart erzeugt, dass das Drehmoment Mτ der optischen Komponente 1 (und eventuell des Schlittens) gerade kompensiert wird. Damit entsteht kein resultierendes Drehmoment in Richtung senkrecht zur Führungsachse 60 beim Beschleunigen oder Verzögern der optischen Komponente 1. Durch diese Maßnahme wird die Führungsachse 60 beim Beschleunigen der optischen Komponente 1 ebenfalls nicht oder zumindest nur in verringertem Maße zu Schwingungen angeregt. Nachteilig ist auch hier, dass eine zusätzliche Masse bewegt werden muss, welche die Antriebsleistung erhöht und welche einen zusätzlichen Bauraum erfordert.
Figur 3 zeigt in den Teilfiguren 3a, 3b und 3c verschiedene Möglichkeiten, die Anordnung aus optischer Komponente 1, Stellein- heiten 2 und Linearführung 6 zu variieren. In der in Figur 3A dargestellten Variante werden die beiden optischen Komponenten 1 jeweils an eigenen Linearführungen 6 in Richtung der optischen Achse geführt, wobei zum Antrieb die Stelleinheiten 2 dienen, die im gezeigten Beispiel als Lorentzlinear-aktuatoren ausgebildet sind. Im gezeigten Beispiel ist der Permanentmagnet 4 mit der optischen Komponente 1 mechanisch verbunden und bewegt sich mit dieser mit; selbstverständlich ist auch eine Variante denkbar, bei der die Spule 5 mechanisch mit der optischen Komponente 1 verbunden ist. Die Linearführung 6 kann dabei beispielsweise als Wälzlagerführung, Gleitlagerführung, Luft- oder Magnetlagerführung ausgeführt sein.
Figur 3B zeigt eine gegenüber der Anordnung in Figur 3A modifi- zierte Variante, bei der die Anordnung der optischen Komponenten 1 an den Linearführungen 6 entgegengesetzt zu der in Figur 3A gezeigten Ausführungsform realisiert ist, wodurch sich der benötigte Bauraum in der zur optischen Achse orthogonalen Richtung reduzieren lässt.
In Figur 3C ist eine Variante dargestellt, bei der die beiden optischen Komponenten 1 auf einer gemeinsamen Linearführung 6 geführt werden, was ebenfalls eine Reduzierung des benötigten Bauraums zur Folge hat. Dabei wird eine Magnetanordnung von meh- reren optischen Komponenten gemeinsam benutzt, aber jeder Kraftangriffspunkt an jeder optischen Komponente 1 kann vollständig unabhängig von den anderen Kraftangriffspunkten geregelt oder gesteuert werden.
In den in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispielen werden zwei optische Komponenten 1 von demselben Lorentzlinearaktuator als Stelleinheit 2 bewegt. Hierdurch wird ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Lorentzlinearaktuators als Stelleinheit 2 deutlich: aufgrund der rein elektronischen Ansteuerung ist es möglich, mit demselben Aktuator lediglich durch eine geeignete Ansteuerung zwei optische Komponenten 1 unabhängig voneinander zu bewegen. Figur 4 zeigt in einem Schnitt orthogonal zur optischen Achse eine Variante der Erfindung, bei der die Linearführungen 6 als Luftlager realisiert sind. Dabei sind die vier Luftlager 6 zwi- sehen den beiden als Lorentzlinearaktuator realisierten Stelleinheiten 2 entlang des inneren Umfangs des Gehäuses 7 jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet. Die Verwendung von Luftlagern als Linearführungen 6 hat den Vorteil, dass ein mechanischer Gleitkontakt wegfällt und damit eine Reibung mechanischer Komponenten aneinander ausgeschlossen wird. Auf diese Weise wird einerseits die Notwendigkeit einer Schmierung wie auch die Gefahr eines Partikelabriebs der aneinanderreibenden mechanischen Komponenten wirksam vermieden. Die Verwendung von Luftlagern ist damit insbesondere bei hohen Zyklenzahlen vorteilhaft. Alterna- tiv zu den Luftlagern können auch Wälzlager für die Linearführung verwendet werden; derartige Kugelumlauf- oder auch Kreuzrollenführungen haben den Vorteil, dass sie als Bauteile mit einer hohen Steifigkeit ausgelegt werden können.
Figur 5 zeigt in den Teilfiguren 5a und 5b zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Gewichtskraft der optischen Komponente 1 kompensiert wird. In Figur 5a wird dies durch das Gegengewicht 9, das mittels eines Seilzugs 11 über die Umlenkrollen 10 an der optischen Komponente 1 im Bereich der Linearführung 6 angreift, erreicht. Figur 5b zeigt die Variante, dass die Gewichtskraft durch die beiden mit Spaltdichtungen versehenen Pneumatikzylinder 17a und 17b kompensiert wird. Dabei sind die beiden Pneumatikzylinder 17a und 17b in der Weise an der optischen Komponente 1 angeordnet, dass die Gerade durch die Angriffspunkte der beiden Pneumatikzylinder 17a und 17b durch den Schwerpunkt der optischen Komponente 1 verläuft und damit keine zusätzlichen Momente an der optischen Komponente 1 entstehen. Diese Variante führt dazu, dass die gesamte bei der Positionierung der optischen Komponente 1 zu bewegende Masse klein gehalten wird. Die Kompensation der Gewichtskraft der optischen Komponente 1 hat den Vorteil, dass die Stelleinheiten lediglich dazu verwendet werden können, die optische Korn- ponente 1 im Bedarfsfall an die gewünschte Position zu bringen und nicht im Betrieb die Position der optischen Komponente 1 gegen ihre volle Gewichtskraft halten zu müssen. Die Verwendung der dargestellten Gewichtkraftkompensation bietet sich besonders für Fälle an, in denen die optische Achse des optischen Systems und damit die Bewegungsachse der Vorrichtungen in vertikaler Richtung liegt. Mit anderen Worten kann die Stelleinheit ausschließlich dazu verwendet werden, die optische Komponente 1 zu bewegen und nicht gegen die Gravitationskraft anzuarbeiten, was zu einer erheblichen Erwärmung der Stelleinheit 2 führen würde. Weist die optische Achse und/oder die Bewegungsrichtung der optischen Komponente 1 eine von der Horizontalen abweichende Richtung auf, so wird vorteilhaft die durch Kräftezerlegung in Richtung der Bewegungsrichtung und in eine senkrechte Richtung dazu zerlegte Gewichtskraft in Richtung der Bewegungsrichtung kompensiert. Diese Kompensation kann entsprechend den Mitteln nach Fig. 5a und 5b erfolgen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zur Bewegung des optischen Elements lediglich die Trägheitskräfte und Reibungskräfte aufgebracht werden müssen.
Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die optischen Komponenten 1 zusätzlich zu einer Verschiebung in Richtung der optischen Achse des optischen Systems auch aus dem Bereich der optischen Achse aus bzw. in den Bereich der optischen Achse eingeschwenkt werden können. Hierzu ist die Stelleinheit 2a mit den beiden Axialstellmitteln 13a sowie mit den Schwenkmitteln 14a versehen, durch die die genannten Bewegungen der optischen Komponenten Ia durchgeführt werden können. Zusätzlich sind in dem optischen System die Stellmittel 2b vorgesehen, die ihrerseits über die Axialstellmittel 13b sowie die Schwenkmittel 14b verfügen; in Figur 6 sind die mit der zweiten Stelleinheit 2b verbundenen optischen Komponenten Ib aus dem Strahlengang des optischen Systems und damit aus der durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten optischen Achse heraus- geschwenkt. Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform erlaubt es, die optischen Eigenschaften des optischen Systems und damit die Betriebskonfiguration des optischen Systems auf ausgespro- chen schnelle Weise umzuschalten. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass die sich im Strahlengang befindlichen optischen Komponenten Ia durch die Schwenkmittel 14a aus dem Strahlengang herausgeschwenkt werden und gleichzeitig oder kurz darauf die optischen Komponenten Ib in den Strahlengang des optischen Systems unter Verwendung der Schwenkmittel 14b eingeschwenkt werden. Dabei können die optischen Komponenten Ib bereits vor dem Einschwenken, also noch während des Betriebs des optischen Systems in der ersten Betriebskonfiguration mit den Axialstellmit- teln 13b in ihre axiale Position entlang der optischen Achse gebracht werden, so dass dieser Schritt nicht zu einem Zeitverlust beim Umschalten des optischen Systems von einer Betriebskonfiguration auf die nächste führt. Im gezeigten Beispiel werden die optischen Komponenten Ia lediglich durch die mit ihnen hinsicht- lieh ihrer optischen Eigenschaften im wesentlichen identischen optischen Komponenten Ib an anderen Orten entlang der optischen Achse im optischen System ersetzt. Es ist jedoch auch der Fall denkbar, dass die von den Stelleinheiten 2a und 2b positionierbaren optischen Komponenten 1 unterschiedliche optische Eigen- Schäften aufweisen. In diesem Fall ergeben sich für die möglichen Betriebskonfigurationen des optischen Systems weitere optische Freiheitsgrade.
Figur 7 zeigt eine Ausführung eines Schwenkmittels 14, entspre- chend der Schwenkmittel 14a, 14b aus Fig. 6, zum Schwenken der optischen Komponente 1 in bzw. aus dem Strahlengang des optischen Systems, bei dem ein Vorspannelement 18 und ein auslösbares Rückhalteelement 19 vorgesehen sind. Dabei ist das Vorspannelement 18 als Elektromagnet ausgebildet, der bei seiner Akti- vierung auf den magnetisierbaren, ihm zugewandten Teil der optischen Komponente 1 anziehend wirkt. Die Drehung der optischen Komponente 1 um die in der Figur 7 durch den kreisbogenförmigen Pfeil angedeutete Achse wird hierbei zunächst durch das auslösbare Rückhalteelement 19 unterbunden. In dem Moment, in dem das auslösbare Rückhalteelement 19 in Richtung des Pfeils bewegt wird, wird das optische Element 1 aufgrund der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Elektromagneten und dem magnetisier- baren Teil des optischen Elements 1 gedreht. Auf diese Weise lässt sich ein schnelles Schwenken der optischen Komponente 1 gewährleisten. Gegebenenfalls kann auf der dem Vorspannelement 18 gegenüberliegenden Seite ebenfalls ein Elektromagnet (nicht dargestellt) vorhanden sein, durch den die Bewegung der optischen Komponente 1 in ihre ursprüngliche Position erreicht werden kann; ebenso ist eine Rückstellung des der optischen Komponente 1 durch ein ebenfalls nicht dargestelltes federndes Element denkbar.
Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem dem Erfordernis Rechnung getragen wird, dass insbesondere bei einem schnellen Verschwenken der optischen Komponente 1, wie beispielsweise in Figur 7 dargestellt, ohne entspre- chende Gegenmaßnahmen parasitäre Kräfte/Momente wie bspw. Querkräfte oder Kippmomente auf das Lager, um welches die optische Komponente 1 verschwenkt wird, wirken.
Derartige parasitäre Kräfte beziehungsweise Momente können, wie in Figur 8 dargestellt, wirkungsvoll dadurch minimiert werden, dass auf der bezüglich des Lagerpunktes 21 gegenüberliegenden Seite der optischen Komponente 1 die Ausgleichsmasse 20 angeordnet ist. Die Lage der Schwerpunkte S' der optischen Komponente 1 und des Schwerpunktes S' ' der Ausgleichsmasse 20 bezüglich des Lagerpunktes 21 sind dabei so gewählt, dass gilt:
L-K
R m mit r: Abstand des Schwerpunktes S1 der optischen Komponente 1 zum Lagerpunkt 21 R: Abstand des Schwerpunktes S'1 der Ausgleichsmasse 20 zum Lagerpunkt 21
M: Masse der Ausgleichsmasse 20 m: Masse der optischen Komponente 1.
Der Lagerpunkt (21) ist dabei als der Punkt zu verstehen, an dem die Ebene, in der das Verschwenken/Verdrehen des Schwerpunktes S' der optischen Komponente (1) erfolgt, die Dreh-/Schwenkachse schneidet. Wird die obige Bedingung eingehalten, so wird die Lagerkraft in Radialrichtung der Rotationsachse bei Rotation in dem Sinne minimiert, dass keine Zentrifugal- bzw. Zentripetal- kräfte auftreten, deren Vektorsumme ungleich Null ist, da die Drehachse der Anordnung durch den gemeinsamen Schwerpunkt geht. Damit werden keine Schwingungen der Drehachse durch eine etwaige Unwucht angeregt, die nach erreichen einer Endposition der optischen Komponente 1 bewirken, dass dieses Schwingungen um die Endposition ausführt, so dass die Position der optischen Komponente 1 relativ zur optischen Achse oder in Richtung der optischen Achse variiert.
Das Trägheitsmoment I der Gesamtanordnung berechnet sich als Summe der beiden Trägheitsmomente hinsichtlich des Lagerpunktes 21 zu
/ = mr2 +MR2 +Im+IM .
Einsetzen führt zu
Figure imgf000036_0001
Dabei sind Im + IM die die Trägheitsmomente der optischen Komponente 1 mit der Masse m bzw. der Ausgleichsmasse M bezogen auf die jeweilige Drehachse die durch die jeweiligen Schwerpunkt der optischen Komponente und der Ausgleichsmasse geht und die paral- IeI zur genannten Dreh-/Schwenkachse durch den Lagerpunkt 21 verlaufen.
Aus den dargestellten Zusammenhängen wird klar, dass die in Figur 8 dargestellte Variante die Möglichkeit eröffnet, bei einer geeigneten Wahl von R, also des Abstandes der Ausgleichsmasse 20, zum Ort des Lagers 21 die Möglichkeit zu schaffen, dass mittels der Verwendung des Ausgleichsgewichtes 20 die parasitären Kräfte auf das Lager 21 weitgehend minimiert werden, ohne dass das gesamte Trägheitsmoment I der gesamten Anordnung aus opti- scher Komponente 1 und Ausgleichsmasse 20 einen so großen Wert annimmt, dass ein schnelles Verschwenken der Anordnung um den Lagerpunkt 21 über Gebühr erschwert wird. Dies wird dadurch erzielt, dass der Radius der die Ausgleichsmasse M von der Drehachse möglichst klein gemacht wir, was im Gegenzug eine Erhöhung der Ausgleichmasse M bedeutet. Die in Figur 8 dargestellte Maßnahme hat damit die Wirkung, dass ein Nachschwingen der Gesamtanordnung nach dem schnellen Einschwenken der optischen Komponente 1 in den Strahlengang des optischen Systems erheblich verkürzt wird und das optische System seine Betriebsbereitschaft nach dem Verschwenken schneller erreicht. Die Verwendung der Ausgleichsmasse 20 zur Reduktion parasitärer Kräfte in Lagerpunkten ist selbstverständlich nicht auf die in Figur 8 dargestellte Variante beschränkt; es ist ebenso denkbar, die Lehre der Figur 8 auch auf die in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Anordnungen beispielsweise als unterstützende Maßnahme anzuwenden.
Figur 9 zeigt ein optisches System, bei dem die vorstehend beschriebenen Prinzipien vorteilhaft zur Anwendung kommen können.
Bei dem anhand der Figur 9 beschriebenen System handelt es sich um ein Teilsystem 30 eines Beleuchtungssystems einer Projekti- onsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie bis zur ersten Pupillenebene 31, die in Figur 9 mittels der gestrichelten Linie angedeutet ist. Die üblicherweise als Setting bezeichnete Lichtverteilung in der Pupillenebene 31 wird über die Strahlablenkung eines vorher homogenisierten und kollimierten Laserstrahls 33 mittels eines Micro-Mirror-Arrays (MMA) 32 in einer Feldebene eingestellt. Die sonstigen in der Figur 9 dargestell- ten, zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 34 bezeichneten optischen Elemente dienen der Strahlformung auf dem Weg des Laserstrahls 33 von dem Micro-Mirror-Array 32 bis zur Pupillenebene 31; sie werden nachfolgend nicht explizit diskutiert.
Die in der Halbleiterlithographie verbreitete Methode der sogenannten Doppelbelichtung stellt an das Beleuchtungssystem die Anforderung, zwischen zwei Settings innerhalb von wenigen Milli- Sekunden, insbesondere im Bereich von 10 bis 30 Millisekunden, zu wechseln. Dabei liegt die Frequenz der Wechsel selbst in einer ähnlichen Größenordnung. Dieser Settingwechsel bedingt, dass pro Wechsel des Settings tausende der auf dem Micro-Mirror-Array 32 angeordneten Mikrospiegel (in Figur 9 nicht explizit dargestellt) verstellt werden müssen. Die damit verbundene mechanische Beanspruchung der Mikrospiegel führt insbesondere bei einer hohen Zyklenanzahl dazu, dass es vermehrt zu mechanischen Ausfällen einzelner Spiegel beziehungsweise zu einer Verkürzung der Rekalibrationsintervalle für die absolute Spiegelstellung aufgrund einer Drift kommt. Die Aufgabenstellung besteht darin, die mechanische Beanspruchung der einzelnen Mikrospiegel des Micro- Mirror-Arrays 32 bei den beschriebenen schnellen Settingwechseln zu minimieren.
Dies lässt sich gemäß dem in der Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreichen, dass der Micro-Mirror-Array 32 in mindestens zwei Teilbereiche aufgeteilt wird. Dabei enthält jeder Teilbereich der beiden genannten Bereiche in etwa die Hälfte aller Mikrospiegel beziehungsweise bei einer Unterteilung beispielsweise in drei Teilbereiche ein Drittel aller Mikrospiegel usw. Der erste Teilbereich wird hinsichtlich der Stellung der einzelnen Mikrospiegel auf das erste zu wählende Setting konfiguriert wohingegen der zweite Teilbereich hinsichtlich der Anordnung seiner Mikrospiegel für das zweite Setting angepasst wird. Für einen Wechsel des Settings werden gemäß den in Figur 9 gezeigten Ausführungsbeispiel nun nicht mehr die einzelnen Mikrospiegel des gesamten Micro-Mirror-Arrays 32 verstellt, sondern es wird lediglich Sorge dafür getragen, dass ausschließlich der jeweils an das gewählte Setting angepasste Teilbereich des Micro-Mirror-Arrays 32 beleuchtet wird. Dies führt dazu, dass bei einem Wechsel des Settings nicht die Mikrospiegel selbst bewegt werden müssen, da lediglich eine andere Ausleuchtung des Micro- Mirror-Arrays 32 gewählt wird.
In Figur 10 sind im oberen Bereich der Figur die beiden Lichtverteilungen dargestellt, die abwechselnd in der Pupillenebene 31 eingestellt werden. Das Setting 1 (linker Teil von Figur 9a) zeigt dabei die Pole genannten Orte mit hoher Lichtintensität 210, 212, 213 und 214, wohingegen das Setting 2 (rechter Teil von Figur 9a) die Pole 215, 216, 217 und 218 zeigt.
Das Setting 1 wird in dem in Figur 10 dargestellten Beispiel durch die Strahlablenkung der im Bereich 101 und 102 des Micro- Mirror-Arrays 32 liegenden Mikrospiegel erzeugt, während Setting 2 durch die Beleuchtung der Mikrospiegel der Bereiche 103 und 104 erzeugt wird (vgl. unterer Teil von Figur 9a).
Figur 11 zeigt in den Teilfiguren IIa und IIb die erfindungsgemäße Anordnung zur Einstellung der Lichtverteilungen auf dem Micro-Mirror-Array 32. Die optischen Komponenten 1' und 1' ' sind in der in Figur 11 in den Teilfiguren a und b dargestellten Variante als diffraktive optische Komponenten ausgebildet. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, anstatt der diffraktiven optischen Komponenten 1' bzw. 1' ' refraktive optische Komponenten einzusetzen; ein Vorteil dieser Variante besteht beispielsweise darin, weil refraktive optische Komponenten in der Regel effizienter sind und weniger Streulicht verursachen.
Durch Verschieben der optischen Komponenten 1' bzw. 1' ' im Strahlengang des Laserstrahls 33 in Richtung des Doppelpfeiles 36 derart, dass abwechselnd die optische Komponente 1' oder 1' ' im Strahlengang des Laserstrahls 33 befindlich ist, lässt sich nun erreichen, dass abwechselnd die Bereiche 101, 102 (optische Komponente 1' ) oder 103 und 104 (optische Komponente 1' ' ) auf dem Micro-Mirror-Array 32 ausgeleuchtet werden. Die Linse 35 im Lichtweg zwischen den optischen Komponenten 1' bzw. 1' ' und dem Micro-Mirror-Array 32 dient dabei der Strahlformung.
Ein wesentlicher Aspekt der in Figur 11 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass der Micro-Mirror-Array 32 in der (in Figur 11 nicht bezeichneten) Pupillenebene der Linse 35 angeordnet ist und die Lichtverteilung auf dem Micro-Mirror-Array 32 durch die Position beziehungsweise Einstellung der optischen Komponenten 1' bzw. 1' ' in der Feldebene vor der Linse 35 bestimmt wird. In dem in Figur 11 dargestellten Beispiel sind die optischen Komponenten 1' und 1' ' sowie der Micro-Mirror-Array 32 in jeweils einer Brennebene der Linse 35 angeordnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Brennweite der Linse 35 einen möglichst großen Wert aufweist; vorteilhaft sind hier insbesondere Bereiche von 500 Millimeter bis 100 Millimeter. Die beschriebene Anordnung von Linse 35, optischen Komponenten 1' und 1' ' und Micro-Mirror-Array 32 hat die Wirkung, dass eine annähernd kolli- mierte Ausleuchtung auf dem Micro-Mirror-Array 32 möglich wird, die somit eine geringe Divergenz zeigt. Die Anwendung der in den Figuren 1 bis 8 gezeigten Möglichkeiten zum schnellen Wechsel der optischen Komponente 1 im Strahlengang des optischen Systems ermöglichen dabei insbesondere die angestrebten schnellen Set- tingwechsel; selbstverständlich ist es ebenso denkbar, die Lehre der Figuren 9 und 10 anzuwenden, ohne auf die in den Figuren 1 bis 8 dargestellten technischen Lösungen zurückzugreifen. Unter der Annahme, dass der Laserstrahl 33 einen Durchmesser von ca. 20 Millimetern zeigt und eine Schaltzeit von 20 Millisekunden erforderlich ist, beträgt die Geschwindigkeit, mit der die optische Komponente 1' bzw. 1' ' im Strahlengang des Laserstrahls 33 bewegt werden muss, ca. 1 Meter pro Sekunde, was einen unter mechanischen Aspekten durchaus beherrschbaren Wert darstellt.
Ein Vorteil der in den Figuren 10 und 11 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Form der Pupille im Beleuchtungssystem nicht wie nach dem Stand der Technik ohne Micro- Mirror-Array 32 durch eine beispielsweise diffraktive optische Komponente, sondern durch den Micro-Mirror-Array 32 selbst ein- gestellt wird. Dies führt dazu, dass im Extremfall die Anzahl der vorzuhaltenden optischen Komponenten auf zwei begrenzt sein kann, da der Micro-Mirror-Array 32 die notwendige Flexibilität hinsichtlich der einzustellenden Settings zeigt. Selbstverständlich ist die Anordnung und die Geometrie der Bereiche 101 bis 104 nicht auf die in den Figuren 9 und 10 dargestellte Form beschränkt. In einer vereinfachten Ausführungsform kann als optische Komponente 1 ein Spiegel verwendet werden, der im Strahlen- gang des Laserstrahls 33 hin- und hergeschoben oder auch verkippt wird, um die verschiedenen Bereiche, wie beispielsweise 101 und 102, auf dem Micro-Mirror-Array 32 auszuleuchten. In Figur 12 ist diese Ausführungsform skizziert. Selbstverständlich ist auch die Verwendung von Prismen, Strahlumlenkern oder sonstigen optischen Komponenten denkbar.
Eine Unterteilung der Bereiche 101, 102 und/oder 103, 104 in Subbereiche mit unterschiedlicher Polarisation ermöglicht einen Polarisationswechsel mit der oben angesprochenen Geschwindigkeit. Hierzu wird die Polarisation in jedem der genannten Bereiche durch 90°-Rotatoren, also optisch aktive Planplatten, in der Anordnung einer sogenannten "Schuster-Platte" eingestellt. Die „Schuster-Platte" besteht aus mindestens zwei doppelbrechenden Elementen mit unterschiedlicher Orientierung der Kristallachsen oder Dicken zueinander. Sie nutzt die lineare Doppelbrechung aus, um eine erste Polarisationsverteilung in eine zweite lokal im Verlauf variierende Polarisationsverteilung umzuwandeln. Eine genaue Beschreibung der Funktionsweise ist in der DE 195 35 392 Al enthalten. Figur 13 zeigt eine mögliche Zuordnung zwischen der Polarisation, den Teilbereichen 101, 102, 103, 104 des Mic- ro-Mirror-Arrays 32 und den Polen der Settings 210, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 in der Pupillenebene 31 (vgl. Figur 13). Das in y-Richtung linear polarisierte Licht wird im Bereich 101 durch die Verwendung eines 90°-Rotators (nicht dargestellt), der den Bereich 101 abdeckt, zu linear polarisiertem Licht in x- Richtung.
Entsprechend rotieren weitere Rotatoren in den Bereichen 103 und 104 um 45° bzw. -45° gegenüber der Orientierung der Laserpolarisation. Dabei ist die Polarisationsdrehung in bekannter Weise der Dicke des optisch aktiven Substrates des Rotators proportional, wodurch sich verschiedene Drehwinkel realisieren lassen.
Figur 14 zeigt eine weitere Variante, die insbesondere zur Erzeugung von rotationssymmetrischen Lichtverteilungen auf dem Micro-Mirror-Array 32 geeignet ist. Dabei ist der Micro-Mirror- Array 32 in die beiden Bereiche 101 und 102 eingeteilt, die eine unterschiedliche Funktionalität aufweisen. Im in Figur 13 gezeigten Beispiel ist die optische Komponente 1 als eine der beiden Kegellinsen eines Axikons 40 realisiert. Die beiden Kegel- linsen sind einmal als Hohlkegel und einmal als Kegel ausgebildet und weisen einen identischen Spitzwinkel auf. Ferner ist der Abstand B der beiden Kegellinsen zueinander einstellbar. Für den Fall, dass sich die beiden Kegellinsen in Berührung miteinander befinden, der Abstand B als gleich null ist, ergibt sich eine Lichtverteilung in Form eines Kreises. Für B größer null wird der Strahl 33 dahingehend aufgeweitet, dass sich eine ringförmige Lichtverteilung mit einem Dunkelfeld im Zentrum ergibt. Nach dem Passieren des Axikons 40 trifft der Laserstrahl 33 auf die aus den Linsen 37 und 38 bestehende Linsenanordnung mit variab- lern Abstand D, die in der Art eines Zoomobjektives wirkt und den Laserstrahl 33 aufweitet. Im weiteren Verlauf des Lichtwegs in Richtung des Micro-Mirror-Arrays 32 ist der Graufilter 39 angeordnet. Eine Einstellung des Abstandes B der beiden Kegellinsen des Axikons 40 in Verbindung mit der Einstellung des Abstandes D der beiden Linsen 37 und 38 ermöglicht es, alternativ oder auch gemeinsam die Teilbereiche 102 und/oder 101 auf dem Micro- Mirror-Array 32 auszuleuchten. Zusätzlich kann (in Figur 13 nicht dargestellt) im Lichtweg vor dem Axikon 40 eine Anordnung zur Strahlhomogenisierung vorgeschaltet sein.
Die Strahlaufbereitung kann so ausgeführt werden, dass beliebige Lichtverteilungen auf dem Micro-Mirror-Array 32, wie beispielsweise Multipole, Segmente oder ähnliches, möglich sind. Hierzu kann gegebenenfalls die Geometrie der Kegellinsen des Axikons 40 angepasst werden; beispielsweise ist eine prismatische Ausführung der Kegellinsen denkbar.
Auch eine außeraxiale Ausleuchtung des Micro-Mirror-Array 32 ist möglich. Hierzu wird die relative Orientierung zwischen dem La- serstrahl 33 und dem Axikon 40 geändert, beispielsweise wird die Position des Laserstrahls 33 auf dem Axikon 40 in der z-y-Ebene verschoben. Dies kann beispielsweise durch zwei (nicht darge- stellte) verkippbare und der Anordnung vorgeschaltete Spiegel erfolgen. Dies ermöglicht es, durch ein Versetzen des Laserstrahls 33 nach oben (z-Richtung) nur den oberen Teilbereich des Micro-Mirror-Arrays 32 auszuleuchten.
Zur Intensitätskorrektur in der Pupillenebene 31 bereits auf der Ebene des Micro-Mirror-Array 32 kann beispielsweise der in Figur 15 dargestellte Graufilter 39 verwendet werden. In dem in Figur 15 gezeigten Graufilter 39 wird das Licht im zentralen Bereich 231 stärker abgeschwächt als im peripheren Bereich 232. Dabei entspricht der Bereich 231 dem Bereich 101 auf dem Micro-Mirror- Array 32, wobei der Bereich 232 dem Teilbereich 102 auf dem Micro-Mirror-Array 32 entspricht. Die Ausführung des Graufilters 39 hängt von der Größe der Parameter D und B ab. Somit wird es er- forderlich sein, je nach gewähltem Setting unterschiedliche Graufilter 39 in den Strahlengang einzubringen. Dabei kann zum schnellen Wechsel der Graufilter auf die anhand der Figuren 1 bis 8 dargestellten Konzepte zurückgegriffen werden.
Entsprechend kann zur Manipulation der in den Figuren 11, 12 und 14 dargestellten optischen Komponenten 1, 1' , 1' ' die in den Figuren 1-8 dargestellte Lehre zur Anwendung kommen; eine Realisation unabhängig davon ist selbstverständlich ebenso möglich.
Eine weitere Möglichkeit, die gewünschten Settings einzustellen, die vollständig ohne linear beschleunigte Massen im System und den damit verbundenen Trägheitseffekten auskommt, ist nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 16 beschrieben: Die optische Komponente 1 ist danach als rotierende, beispielsweise kreisförmi- ge, Scheibe mit als Kreissektoren ausgebildeten Teilelementen 1', 1' ' realisiert . Grundsätzlich genügt es, die optische Komponente 1 in der Weise auszubilden, dass sie mindestens zwei optische Teilelemente aufweist, die jeweils periodisch mit einer bestimmten Frequenz f in ein zur Beleuchtung verwendetes Strahlen- bündel wie beispielsweise in den Laserstrahl 33 einbringbar sind. Im Fall der rotierenden Kreisscheibe entspricht die Rotationskreisfrequenz 2πf der optischen Komponente 1 dabei bei- spielsweise der Pulsfrequenz eines zur Beleuchtung verwendeten Lasers. Dies führt dazu, dass das zur Beleuchtung verwendete Licht immer auf dasselbe optische Teilelement 1' bzw. 1' ' der rotierenden optischen Komponente 1 einfällt. Bei der Verwendung eines CW (continuous wave) -Lasers können die notwendigen Pulse beispielsweise durch die Verwendung eines periodisch betriebenen Shutters oder eines Chopperrades erzeugt werden. Die Wahl des zu verwendenden Teilelements 1' oder 1' ' und damit des gewünschten Settings erfolgt dabei durch den StartZeitpunkt der für die je- weilige Belichtung verwendeten Sequenz von Laserpulsen, des sogenannten Bursts. Der wesentliche Vorteil dieser Variante liegt darin, dass zum Wechsel des Settings keine beschleunigten Linear- oder Rotationsbewegungen optischer Elemente im Lichtweg und damit im System erforderlich sind. Damit werden keine Schwingun- gen aufgrund der Trägheitskräfte in das System eingetragen. Die Wahl des Settings erfolgt rein auf elektronischem Wege durch die synchronisierte, zeitlich gesteuerte Wahl des Startzeitpunktes des jeweiligen Bursts. Um eine zeitlich stabile Strahlungsverteilung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn sich die durch die Teilelemente 1' bzw. 1' ' erzeugte Strahlungsverteilung während des Aufenthalts des jeweiligen Teilelementes 1' bzw. 1' ' in dem Strahlenbündel 33 nicht ändert, was insbesondere durch eine entsprechende geometrische Gestaltung des Teilelementes 1' bzw. 1' ' erreichen lässt. Um unerwünschte Effekte beim Eintritt bzw. beim Austritt des jeweiligen Teilelementes 1' bzw. 1' ' in das bzw. aus dem Strahlenbündel 33 zu minimieren, kann die Länge und der Start- bzw. Endzeitpunkt der Pulse so gewählt werden, dass der Ein- bzw. der Austritt des jeweiligen Teilelementes 1' bzw. 1' ' während der Dunkelphasen zwischen den Pulsen erfolgt, mit ande- ren Worten liegt in diesem Fall das gepulste Strahlenbündel 33 immer nur vollständig auf einem der Teilelemente 1' bzw. 1'

Claims

Patentansprüche
1. Lithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer
- entlang einer Geraden (112) - innerhalb einer Positionierzeit
- um eine Strecke verfahrbaren optischen Komponente (1), wobei
- die Gerade (112) einen Polar- und Azimutwinkel zwischen 0° und 90° aufweist, und der - Abstand der Geraden (112) zu einer optischen Achse (200) kleiner ist als eine Querschnittsdimension eines Projektions- belichtungsstrahlenbündels der Projektionsbelichtungsanlage, wobei
- die optische Komponente (1) durch eine, eine Führungsrich- tung aufweisende Führungseinheit geführt und mittels einer,
- eine Antriebsrichtung aufweisende Antriebseinheit (300) mittels Antriebskräften derart angetrieben wird, dass
- die durch Trägheitskräfte der optischen Komponente (1) und etwaiger mit der optischen Komponente (1) mitbewegter Kompo- nenten erzeugten Drehmomente, und die durch die Antriebskräfte erzeugten Drehmomente, welche auf die Führungseinheit einwirken, sich bis auf einen Betrag kleiner als 10% kompensieren.
2. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die durch die Antriebseinheit (300) auf die
Führungseinheit übertragenen Kräfte in Richtung senkrecht zur Führungsrichtung kleiner als 10% der Antriebskraft in Richtung der Geraden (112) sind.
3. Projektionsbelichtungsanlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Trägheitskräfte der optischen Komponente (1) und etwaiger mit der optischen Komponente mitbewegter Komponenten (1) und die durch die Antriebskräfte erzeugten Drehmomente sich zu Null addieren, und dass die Kräfte in Richtung senkrecht zur Führungsrichtung Null sind.
4. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verfahrbare Strecke der optischen Komponente (1) zwischen 20 mm und 1000 mm ist.
5. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierzeit zwischen 5 ms und 500 ms ist.
6. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrichtung bis auf Fertigungs- und Justagetoleranzen parallel zur Geraden (112) ist.
7. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarwinkel 0° ist und damit die Gerade (112) vertikal verläuft.
8. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarwinkel
90° ist und damit die Gerade (112) horizontal verläuft.
9. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerade (112) ver- tikal parallel zur optischen Achse (200) verläuft.
10. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerade (112) senkrecht zur optischen Achse (200) verläuft.
11. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerade (112) die optische Achse (200) schneidet.
12. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (1) optisch zentriert bezüglich der Geraden (112) ist
13. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsachse (460, 60) und die Antriebsachse (360) zusammenfallen.
14. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinheit einen von einer Führung (63) geführten Schlitten (62) mit in Führungsrichtung um einen Betrag SL beabstandete Führungsflächen umfasst, wobei die Führung (63) und der Schlitten (62) ein Lagerspiel y aufweist, und wobei zwischen einer in Richtung der Geraden (112) auftretenden Schwingungsamplitude L der optischen Komponente (1) , die von der Führung um den Betrag b beabstandet ist, die Beziehung SL > y*b/L eingehalten ist.
15. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag SL der beabstandeten Führungsflächen mehr als den 3-fachen Abstand des Schwerpunktes der optischen Komponente (1) zur Führung aufweisen, insbesondere mehr als den 10-fachen Abstand.
16. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 14-15, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Führungsachse (460, 60) auf einer der optischen Komponente (1) gegenüber- liegenden Seite eine Ausgleichsmasse MA angeordnet ist, so dass die durch die optische Komponente (1), dem Schlitten (62) und der Ausgleichsmasse MA erzeugten Trägheitskräfte in Summe kein Drehmoment senkrecht zur Führungsrichtung auf die Führungseinheit wirkt.
17. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsrichtung bis auf Fertigungs- und Justagetoleranzen einen Parallelversatz zur Antriebsrichtung aufweist.
18. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskräfte am gemeinsamen Schwer- punkt aus optischer Komponente (1) und etwaigen mit der optischen Komponente (1) mitbewegten Komponenten angreifen.
19. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Antriebskräfte an zwei Randbereichen der optische Komponente (1) angreifen, wobei eine diese Randbereiche verbindende Verbindungsgerade durch den gemeinsamen Schwerpunkt aus optischer Komponente (1) und etwaigen mit der optischen Komponente (1) mitbewegten Komponenten verläuft.
20. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Randbereichen angreifenden Antriebskräfte durch separat Steuer- oder regelbare Antriebseinheiten (300) mit bis auf Fertigungs- und Justagetoleranzen parallelen Antriebsrichtungen erzeugt werden.
21. Optisches System für die Halbleiterlithographie mit mehreren optischen Komponenten (1), wobei zur Einstellung verschiedener Betriebskonfigurationen des optischen Systems mindestens eine Stelleinheit (2) zur Positionierung mindestens einer optischen Komponente (1) an definierten Positionen entlang einer optischen Achse des optischen Systems vorhanden ist, wobei die Stelleinheit (2) an mindestens einem Angriffspunkt (3) an der optischen Komponente (1) angreift, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Stelleinheit (2) in der Weise ausgebildet ist, dass zwischen zwei verschiedenen Betriebskonfigurationen innerhalb eines Zeitraums von kleiner als 500 ms gewechselt werden kann.
22. Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffspunkte (3) der Stelleinheit (2) an der optischen Komponente (1) in der Weise gewählt sind, dass an der optischen Komponente (1) keine Momente entstehen.
23. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Angriffspunkt (3) der Stelleinheit (2) an der optischen Komponente (1) vor- handen ist, der in der Weise gewählt ist, dass der Vektor der von der Stelleinheit (2) an dem Angriffspunkt (3) auf die optische Komponente (1) ausgeübte Kraft durch den Schwerpunkt der optischen Komponente (1) verläuft.
24. Optisches System nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Angriffspunkte (3) der Stelleinheit (2) an der optischen Komponente (1) vorhanden sind, die in der Weise gewählt sind, dass der Schwerpunkt (S) der optischen Komponente (1) auf der Fläche liegt, die durch eine Gerade durch die beiden Angriffspunkte (3) und den Vektor der auf die optische Komponente (1) wirkenden resultierenden Kraft definiert wird.
25. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21- 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) mindestens einen Lorentzlinearaktuator aufweist.
26. Optisches System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Lorentzlinearaktuator Permanentmagnete (4) aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente (1) verbunden sind.
27. Optisches System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Lorentzlinearaktuator Spulen (5) aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente (1) verbunden sind.
28. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 25-
27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lorentzlinea- raktuator zur Positionierung mehrerer optischer Komponenten
(1) geeignet ausgebildet ist.
29. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21-
28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearführung (6) zur Führung der Bewegung der optischen Komponente (1) während der
Positionierung vorhanden ist.
30. Optisches System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (6) als Wälzlagerführung ausgebildet ist.
31. Optisches System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (6) als aerostatische Lager ausgebildet ist.
32. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21- 31, dadurch gekennzeichnet, dass als Wegmesssystem (12) ein Encoder mit einem Messkopf (15) und einem Referenzgitter (16) zur Bestimmung der Position der optischen Komponente (1) vorhanden ist.
33. Optisches System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (15) an der optischen Komponente (1) angeordnet ist.
34. Optisches System nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzgitter (16) an der optischen Komponente (1) angeordnet ist.
35. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21- 34, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationsvorrich- tung (8) zur Kompensation der auf die optische Komponente (1) wirkenden Gewichtskraft vorhanden ist.
36. Optisches System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsvorrichtung (8) als Gegengewicht (9) realisiert ist.
37. Optisches System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsvorrichtung (8) mittels mindestens eines näherungsweise reibungslosen Pneumatikzylinders (17a, 17b) mit Spaltdichtungen realisiert ist.
38. Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) mindestens ein Axialstellmittel (13) zur Positionierung der optischen Komponente (1) in Richtung einer optischen Achse des optischen Systems und mindestens ein Schwenkmittel (14) zum Schwenken der optischen Kom- ponente (1) aus dem bzw. in den Strahlengang des optischen Systems umfasst.
39. Optisches System nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialstellmittel (13) als Spindelantrieb, Lorentzli- nearaktuator, Zahnstange oder Seilzug ausgebildet ist.
40. Optisches System nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkmittel (14) als drehbares Element ausgebildet ist und sich der Schwerpunkt der Anordnung aus Schwenkmittel (14) und optischer Komponente (1) im Bereich der Drehachse des Schwenkmittels (14) befindet.
41. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 38-
40, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkmittel (14) und das Axialstellmittel (13) so ausgebildet sind, dass ein freier Verfahrweg der optischen Komponente (1) in axialer Richtung vorhanden ist, wenn die optische Komponente (1) aus dem Strahlengang des optischen Systems ausgeschwenkt ist.
42. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 38-
41, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schwenkmittel (14) ein Vorspannelement (18) und ein auslösbares Rückhalteelement (19) aufweist.
43. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 38-
42, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stelleinheiten (2) mit jeweils mindestens einem Axialstellmittel (13) und jeweils mindestens einem dem Axialstellmittel (13) zugeordneten Schwenkmittel (14) vorhanden sind.
44. Optisches System nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Stelleinheiten (2) positionierbaren opti- sehen Komponenten (1) hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften im Wesentlichen identisch sind.
45. Optisches System nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Stelleinheiten (2) positionierbaren optischen Komponenten (1) hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften unterschiedlich sind.
46. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21- 45, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der optischen Komponenten (1) eine Zentriertoleranz kleiner oder gleich 60μm aufweist.
47. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21- 46, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen System um ein Beleuchtungssystem handelt.
48. Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 21- 46, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen System um ein Projektionsobjektiv handelt.
49. Optisches System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (1) zur Reduktion parasitärer Kräfte/Momente mit einer Ausgleichsmasse (20) mechanisch ver- bunden ist.
50. Optisches System nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmasse (20) eine größere Masse M aufweist als die Masse m der optischen Komponente (1) und der Abstand R des Schwerpunktes (S'') der Ausgleichsmasse (20) von einem Lagerpunkt (21) geringer ist als der Abstand r des Schwerpunktes (S') der optischen Komponente (1) von dem Lagerpunkt (21) .
51. Optisches System nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass gilt: L-M R m
52. Optisches System nach einem der Ansprüche 50 oder 51, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (1) bezüglich des Lagerpunktes (21) schwenk- oder drehbar gelagert ist.
53. Verfahren zur Einstellung verschiedener Betriebskonfigurationen eines optischen Systems für die Halbleiterlithographie mit mehreren optischen Komponenten (1), wobei mindestens eine optische Komponente (1) entlang der optischen Achse des optischen Systems positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei verschiedenen Betriebskonfigurationen innerhalb eines Zeitraums von kleiner als 50ms gewechselt werden kann.
54. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung der optischen Komponente (1) sowohl in Richtung einer optischen Achse des optischen Systems als auch im Wesentlichen orthogonal zu der optischen Achse in bzw. aus dem Strahlengang des optischen Systems erfolgt.
55. Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Halbleiterlithographie, mit einem optischen Element (32) zur Einstellung einer Lichtverteilung in einer Pupillenebene (31) des Beleuchtungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Lichtverteilung eine manipulierbare optische Komponente (1, l',l'') im Lichtweg vor dem optischen E- lement (32) in der Weise angeordnet ist, dass durch eine Manipulation der optischen Komponente unterschiedliche Bereiche (101, 102, 103, 104) des optischen Elementes (32) beleuchtbar sind.
56. Beleuchtungssystem nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen Element (32) um einen Micro- Mirror-Array handelt.
57. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der manipulierbaren optischen Komponente (1) um einen Spiegel handelt, der im Lichtweg beweglich, insbesondere verschieb- oder verkippbar ist.
58. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 55-
57, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der manipulierbaren optischen Komponente (1', 1' ' ) um ein diffraktives optisches Element handelt, das in den Lichtweg einbringbar, insbesondere einschiebbar ist.
59. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 55-
58, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der manipulierbaren optischen Komponente (1) um eine Kegellinse eines Axi- kons (40) handelt.
60. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 55-
59, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der manipulierbaren optischen Komponente (1) um eine refraktive optische Komponente handelt.
61. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 55-
60, dadurch gekennzeichnet, dass optisch aktive Elemente zur Polarisationsdrehung im Lichtweg vor dem optischen Element (32) angeordnet sind, durch welche für die unterschiedlichen Bereiche (101, 102, 103, 104) des optischen Elements (32) unterschiedliche Polarisationen einstellbar sind.
62. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche SS- 61, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtweg vor dem optischen Element (32) ein Graufilter (39) angeordnet ist.
63. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 55-
62, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stelleinheit (2) zur Positionierung der optischen Komponente (1, 1', 1' ' ) an definierten Positionen entlang einer optischen Achse des optischen Systems vorhanden ist, wobei die Stelleinheit (2) an mindestens einem Angriffspunkt (3) an der optischen Komponente (1) angreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) in der Weise ausgebildet ist, dass zwischen zwei verschiedenen Betriebskonfigurationen innerhalb eines Zeit- raums von kleiner als 500 ms gewechselt werden kann.
64. Beleuchtungssystem nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffspunkte (3) der Stelleinheit (2) an der optischen Komponente (1, 1', 1'') in der Weise gewählt sind, dass an der optischen Komponente (1, 1', 1'') keine Momente entstehen.
65. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 63 oder 64, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Angriffspunkt (3) der Stelleinheit (2) an der optischen Komponente (1, 1' , 1'') vorhanden ist, der in der Weise gewählt ist, dass der Vektor der von der Stelleinheit (2) an dem Angriffspunkt (3) auf die optische Komponente (1, 1', 1' ' ) ausgeübte Kraft durch den Schwerpunkt der optischen Komponente (1, 1', 1' ' ) verläuft.
66. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 63 oder 64, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Angriffspunkte (3) der Stelleinheit (2) an der optischen Komponente (1, 1', 1'') vorhanden sind, die in der Weise gewählt sind, dass der Schwerpunkt (S) der optischen Komponente (1, 1', 1' ' ) auf der Fläche liegt, die durch eine Gerade durch die beiden Angriffspunkte (3) und den Vektor der auf die optische Komponente (1, 1', 1'') wirkenden resultierenden Kraft definiert wird.
67. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 63- 66, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) mindestens einen Lorentzlinearaktuator aufweist.
68. Beleuchtungssystem nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass der Lorentzlinearaktuator Permanentmagnete (4) aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente (1, 1', 1'') verbunden sind.
69. Beleuchtungssystem nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, dass der Lorentzlinearaktuator Spulen (5) aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente (1, 1', 1'') verbunden sind.
70. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 67- 69, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lorentzlinearaktuator zur Positionierung mehrerer optischer Komponenten (1, 1', 1'') geeignet ausgebildet ist.
71. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 63- 70, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearführung (6) zur Führung der Bewegung der optischen Komponente (1, 1', 1'') während der Positionierung vorhanden ist.
72. Beleuchtungssystem nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (6) als Wälzlagerführung ausgebildet ist.
73. Beleuchtungssystem nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (6) als aerostatische Lager ausgebil- det ist.
74. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 63-
73, dadurch gekennzeichnet, dass als Wegmesssystem (12) ein
Encoder mit einem Messkopf (15) und einem Referenzgitter (16) zur Bestimmung der Position der optischen Komponente (1, 1',
1'') vorhanden ist.
75. Beleuchtungssystem nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (15) an der optischen Komponente (1, 1' , 1'') angeordnet ist.
76. Beleuchtungssystem nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzgitter (16) an der optischen Komponente (1, 1' , 1' ' ) angeordnet ist.
77. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 63- 76, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationsvorrichtung (8) zur Kompensation der auf die optische Komponente (1, 1', 1'') wirkenden Gewichtskraft vorhanden ist.
78. Beleuchtungssystem nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsvorrichtung (8) als Gegengewicht (9) realisiert ist.
79. Beleuchtungssystem nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsvorrichtung (8) mittels mindestens ei- nes näherungsweise reibungslosen Pneumatikzylinders (17a, 17b) mit Spaltdichtungen realisiert ist.
80. Beleuchtungssystem nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) mindestens ein Axialstellmittel (13) zur Positionierung der optischen Komponente (1, 1', 1'') in Richtung einer optischen Achse des optischen Systems und mindestens ein Schwenkmittel (14) zum Schwenken der optischen Komponente (1, 1', 1'') aus dem bzw. in den Strahlengang des optischen Systems umfasst.
81. Beleuchtungssystem nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialstellmittel (13) als Spindelantrieb, Lorentzli- nearaktuator, Zahnstange oder Seilzug ausgebildet ist.
82. Beleuchtungssystem nach Anspruch 80 oder 81, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkmittel (14) als drehbares Element ausgebildet ist und sich der Schwerpunkt der Anordnung aus Schwenkmittel (14) und optischer Komponente (1, 1', 1' ' ) im Bereich der Drehachse des Schwenkmittels (14) befindet.
83. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 80- 82, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkmittel (14) und das Axialstellmittel (13) so ausgebildet sind, dass ein freier Verfahrweg der optischen Komponente (1, 1', 1' ' ) in axialer Richtung vorhanden ist, wenn die optische Komponente (1, 1' , 1' ' ) aus dem Strahlengang des optischen Systems ausge- schwenkt ist.
84. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 80-
83, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schwenkmittel (14) ein Vorspannelement (18) und ein auslösbares Rückhalteelement (19) aufweist.
85. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 80-
84, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stelleinheiten (2) mit jeweils mindestens einem Axialstellmittel (13) und jeweils mindestens einem dem Axialstellmittel (13) zugeordneten Schwenkmittel (14) vorhanden sind.
86. Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Halbleiterlithographie, mit einer optischen Komponente (1) zur Einstellung einer Strahlungsverteilung in einer Pupillenebene (31) des Beleuchtungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (1) mindestens zwei optische Teilelemente (1', 1'') aufweist, die jeweils periodisch mit einer bestimmten Frequenz f in ein zur Beleuchtung verwendetes Strahlenbündel (33) einbringbar sind und wobei das Strahlenbündel (33) unter Verwendung gepulster elektromagnetischer Strahlung erzeugt wird und die Pulsfrequenz der elektromagnetischen Strahlung der Frequenz f entspricht, mit der die Teilelemente (1', 1' ' ) jeweils in das Strahlenbündel (33) eingebracht werden.
87. Beleuchtungssystem nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zur Erzeugung der gepulsten elektromagnetischen Strahlung ein Laser vorhanden ist.
88. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 86 oder 87, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Komponente (1) als mit der Kreisfrequenz 2πf rotierende Kreisscheibe ausgebildet ist und die Teilelemente (1', 1'') als Kreissektoren der Scheibe ausgebildet sind.
89. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 86-
88, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (1', 1'') so ausgebildet sind, dass sich die durch sie erzeugte Strahlungsverteilung während des Aufenthalts des Teilelementes (1', 1'') in dem Strahlenbündel (33) nicht ändert.
90. Beleuchtungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 86-
89, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und der Startbzw. Endzeitpunkt der Pulse so gewählt ist, dass der Einbzw, der Austritt des jeweiligen Teilelementes (1', 1'') in das Strahlenbündel (33) während der Dunkelphasen zwischen den Pulsen erfolgt.
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