WO2008022797A1 - Projektionsbelichtungsanlage und optisches system - Google Patents

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piezoelectric elements
exposure apparatus
optical element
movement
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Sascha Bleidistel
Bernhard Geuppert
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • H10N30/2023—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using longitudinal or thickness displacement combined with bending, shear or torsion displacement having polygonal or rectangular shape

Definitions

  • the invention relates to a projection exposure apparatus and an optical system, in particular a projection objective or an illumination system in a microlithographic projection exposure apparatus, comprising at least one optical element and at least one manipulator for the optical element, wherein the drive means comprises at least one movable subelement and at least one fixed sub-element, which are movable relative to each other in at least one direction of movement.
  • the present invention has for its object an optical system of the type mentioned above with a manipulator having a linear actuator with piezoelectric elements to further improve, in particular by which the optical element to be manipulated in more degrees of freedom and, if necessary, can be moved over longer travel distances.
  • this object is achieved in a projection exposure apparatus, in particular for microlithography, with optical elements and at least one manipulator having a drive device for at least one optical element, according to claim 1.
  • a further advantage is that with inventive advantageous piezoelectric elements and larger travel paths are possible.
  • an optical element to be manipulated can be very precisely e.g. moving in the X / Y plane.
  • a secure stepwise movement of the movable sub-element is achieved when at least six spaced-apart stack of piezoelectric elements are provided.
  • each stack can be provided with a corresponding number of piezoelectric elements, each stack consisting of three differently oriented elements and thus allowing all three directions of action.
  • each stack can provide piezoelectric elements which can be activated only in one or only in two directions of action.
  • the piezoelectric elements can be actuated by an appropriate control.
  • elements of the various stacks can be activated in a coordinated manner.
  • a structurally advantageous embodiment may consist in that the movable sub-element is arranged between two fixedly arranged sub-elements arranged opposite one another. In this way, a precise guidance and accurate movement is achieved.
  • One of the main fields of application of the optical system according to the invention are projection exposure systems for microlithography and thereby projection objectives or illumination devices, since accuracies in the nanometer range are required in this case.
  • the invention is in principle also suitable as an adjustment device of a general nature for a variety of elements to be adjusted. This is especially true in cases where an adjustment is to be made with the highest precision and with larger paths, such as measuring and testing equipment in a variety of technical fields.
  • the piezoelectric electrical elements with appropriate control stepwise traverses and thus virtually a "crawling" of the moving part, for, as an optical element, can perform over a longer path.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a projection exposure apparatus for microlithography
  • Figure 2 is a schematic diagram of a linear drive according to the invention with piezoelectric elements
  • FIG. 3 shows an enlarged view of a stack with piezoelectric elements from FIG. 2 in accordance with the enlarged detail X;
  • Figure 4 shows a three-dimensional representation of a movable sub-element with 6 piezo stack
  • Figure 5a shows different representations of movement levels to Figure 5f of a movable sub-element
  • Figure 6 is a plan view of a lens with three linear drives
  • FIG. 7 shows a plan view of a lens mounted in an outer mount with a decoupling example and an adjustment possibility in six degrees of freedom
  • FIG. 8 example of an attachment for a drive device
  • Figure 9 is a plan view of a lens with a socket with monolytic decoupling
  • FIG. 10 is a schematic representation of a linear drive according to the invention with piezoelectric elements, similar to the illustration according to FIG. 2 for large rotational movements;
  • FIG. 11 side view of a bearing for a lens in a socket with weight force compensation.
  • the projection exposure apparatus shown in principle in FIG. 1 is intended for microlithography for the production of semiconductor elements. Basically, their structure is well known, which is why below only the essential parts of the invention will be discussed. For further disclosure, reference is also made to DE 102,25,266 A1.
  • the projection exposure apparatus 1 has a lighting device 3, a device 4 for receiving and exact positioning of a mask provided with a grid-like structure, a so-called reticle 5, by which the later structures on a wafer 2 are determined, a device 6 for holding, locomotion and exact positioning of the wafer 2 and an imaging device in the form of a projection lens 7.
  • the imaging device 7, namely the projection objective, is subject to very high requirements in terms of resolution and precision, being in the range of a few nanometers.
  • the illumination device 3 provides a projection beam 8 required for imaging the reticle 5 on the wafer 2.
  • a laser can be used as a source of radiation.
  • Through the projection beam 8 is an image of the reticle 5 generated and reduced by the projection lens 7 and then transferred to the wafer 2.
  • a plurality of transmittive and / or refractive and / or diffractive optical elements such as lenses, mirrors, prisms, end plates and the like are arranged.
  • One or more optical elements arranged in the projection objective 7 are provided with one or more manipulators 9.
  • a manipulator 9 is schematically shown schematically in FIG. 1 together with a lens 10 to be manipulated.
  • the manipulator 9 includes a linear drive as a drive device 11 by means of which a fixed partial element 12 connected to the optical element 10, for example the socket of the lens 10, can be moved relative to a partial element 13 firmly connected to the projection objective 7.
  • the sub-element 13 may be, for example, an outer frame or a part of the lens housing.
  • FIGS. 2 to 4 the drive device 11 shown only schematically in FIG. 1 is shown in detail.
  • the movable sub-element 12 is arranged between two opposing stationary sub-elements 13.
  • the stacks 15 are spaced apart and should provide precise guidance or displacement of the movable sub-element 12 as possible also be arranged exactly opposite one another on the different sides.
  • "crawling movements" of the partial element 12 in one plane are possible, for example in the X or Z direction and perpendicular thereto in the Y or tangential direction.
  • a stack 15 with piezoelectric elements 14 can be seen from Figure 3 on an enlarged scale.
  • the stack 15 consists of three parts 14a, 14b, 14c of piezoelectric elements 14, wherein z. B. stack 14a as lifting elements, 14b act as shearing elements and 14c as shear elements in a direction orthogonal to the stack 14b direction.
  • the juxtaposed stacks 15 can then be moved, with a corresponding activation, such that, during a stroke, a clamping of the partial element 12 and, upon release of the clamping, a first crawling step by activation of the stacks 1b and / or 14c can be done.
  • the drive device 11 can be positioned, for example, in the projection objective 7 such that the Z-axis as an optical axis parallel to the longitudinal axis of the subelement 12, for. B. a lens runs.
  • the optical axis is thus also the axis of the system.
  • the second part 14b of the piezoelectric elements 14 in the Z direction and the third part 14c of the piezoelectric elements 14 in the tangential direction may each have their plane of action with a corresponding shear.
  • the responsible for a stroke part 14a of the piezoelectric elements moves in this case in the radial direction or clamps the sub-element 12 or releases it for a movement of the sub-element 12 intermittently.
  • the first part 14a of piezoelectric elements 14 is provided with a direction of action during its activation, which runs in the direction of the longitudinal axis 15a of the stack 15 and thus clamps or releases the movable part element 12.
  • the second part 14b of the piezoelectric elements 14 has, with a shearing motion, an action direction parallel to a predetermined direction of movement of the movable part element 12.
  • a third part 14 c of the piezoelectric elements 14 is also provided in a shearing motion with a direction of action which is perpendicular to the direction of movement of the second part 14 b of the piezoelectric elements 14.
  • FIG. 4 shows an embodiment according to the invention with a plate-shaped rotor as movable partial element 12a.
  • a simplified embodiment of the invention may consist in that in each case three stacks are arranged above and three stacks below the movable part element. In this case, however, a bias of the movable sub-element 12 is required and the movable member 12 can also be moved only analog.
  • a bias voltage can be achieved, for example, by one or more spring devices 16, as shown in FIG. As can be seen, the movable sub-element 12 is clamped between the two opposing fixed sub-elements 13 in order to obtain a secure positioning.
  • FIGS. 5a to 5f show the possibilities of movement of the moveable subelement 12 in different stages with 4 stacks 15.
  • FIG. 5a shows the starting point, wherein the partial element 12 is clamped in each case by the part 14a of the piezoelectric elements which exerts a stroke as the direction of action upon activation.
  • 5b shows the following step in the course of movement, in which two parts 14a with the "lifting piezos" are opened and thus no longer in engagement with the movable part 12.
  • the two still clamping lifting piezos 14a hold the movable part element 12 firmly and at one Activation of the part 14b of the piezoelectric elements, which act as "shearing mirrors", can initiate a movement.
  • This step can be seen in FIG. 5c.
  • FIG. 5d shows the next step in the movement sequence, wherein the "lifting piezos" of the parts 14a clamp the partial element 12 again.
  • FIG. 5e shows, similar to FIG. 5b, how now the clamping of the two other lifting piezos of the parts 14a is released, after which, according to FIG. 5f, the next step is achieved by activating 5c, the other shearing piezo of the parts 14b takes place, as explained in FIG. 5c.
  • the partial element 12 can "crawl" and, if required, a path of, for example, 1000 ⁇ m with a resolution of 0.1 nm or more precision in the nanometer range, for example 10 nm, with which the optical element 10 to be adjusted can be moved over a relatively long distance.
  • these values are generally sufficient
  • paths up to 10 mm or more with an accuracy of 1 ⁇ m are also possible.
  • Fig. 4 shows an intermediate member 17 which controls the connection between the movable part 12a and the optical element, e.g. the lens 10 produces.
  • the intermediate member 17 can also be connected instead of a direct connection to the optical element with an inner socket in which the optical element is mounted (see dashed line with the reference numeral 20).
  • the intermediate member 17 is formed as an elastic rod to achieve a decoupling of deformations for the optical element.
  • the intermediate member 17 may be connected via a hinge part 18 either with the sub-element 12a or with the optical element 10.
  • the joint part 18 can be designed as a solid body joint.
  • FIG. 6 shows, in a plan view of a lens 10 as an optical element, three drive devices 11 arranged uniformly over the circumference of the lens, each having a plurality of stacks 15 with piezoelectric elements 14.
  • the three intermediate links 17 according to FIG Lens 10 on.
  • a respective activation of the third parts 14c of piezoelectric elements in the stacks 15 results in a tangential direction of action and thus a rotation of the lens 10 (see also Figure 4).
  • a displacement according to B, C or D results parallel to the optical axis and in dependence on the respectively activated in the three drive means 11 parts 14b.
  • the lens 10 can be displaced in a plane of e-polar coordinate system in a plane perpendicular to the Z-axis and thus to the optical axis.
  • a shift in an orthogonal coordinate system namely an X / Y coordinate system, possible.
  • a displacement parallel to the Z-axis is thus achieved in this embodiment by the parts 14b of the piezoelectric elements 14 (see also Figure 4).
  • the op- one or more sensors 19 may be provided which detect the position of the lens 10 and the motion sequence upon activation of one or more of the linear actuators 11. In this way, an exact control or a regulation of the movement of the lens is possible.
  • the sensors 19 need not be provided on the lens 10, but may be used at any other locations, e.g. the movable sub-elements 12 or the intermediate links 17, be provided to detect the position and the movement of the lens. Another possibility is to detect the position and movement of the optical element that one measures in the image itself. This means that after the projection lens, the image or wavefront is checked for image errors.
  • the optical element can be moved both analogously and stepwise.
  • fewer stacks 15 with piezoelectric elements 14 are required.
  • the disadvantage here is that only one movement within a predetermined range is possible, wherein the piezoelectric elements must always be activated to maintain a preselected or to be selected position.
  • An advantage of this embodiment is that very precise displacements and positioning are possible in this way.
  • the advantage of a stepwise displacement with a corresponding higher number of stacks 15 with piezoelectric elements 14 is that the possibilities of movement for the optical element to be manipulated are substantially greater and that after the end of the movement the piezoelectric elements can be at least partially deactivated.
  • Figure 7 shows an embodiment similar to the embodiment according to the figure 6 with a decoupling example of the lens 10 with an inner ring 12 as a socket as a movable part element and an outer frame 13 as a fixed part element.
  • three drive devices 11 are distributed uniformly on the circumference between the inner ring 12 and the outer socket 13, which are each provided with a stack of piezoelectric elements 14.
  • Each stack may have a configuration as shown in FIG. With each stack of piezoelectric elements 14 then displacements of the inner ring 12 with the lens 10 in the axial and tangential direction, as well as tilting and twisting can be performed. This means that manipulations in a total of 6 degrees of freedom are possible.
  • the axial direction represents the optical axis.
  • the piezo stack 14 are each firmly connected to the inner periphery of the outer frame 13.
  • the connection of the piezo stack 14 on the inner periphery takes place with the inner ring 12 in each case via leaf springs 21 for decoupling.
  • the leaf springs 21 are designed so that they are soft in the radial direction and stiff in the axial and tangential direction. In the moment directions axial and tangential they are also soft.
  • the piezo stack 14 are each in the central region of the leaf spring 21 (not shown in detail) attached.
  • the compound of the leaf spring 21 with the inner ring 12 takes place in each case at the ends of the leaf spring z. B. via holes 23 with a screw.
  • the three drive devices 11 are activated in different strengths and / or directions of movement, tilting is also possible.
  • Figure 9 shows a similar embodiment as the embodiment of Figure 7, wherein the outer socket 13 has been omitted for simplicity.
  • a monolithic decoupling is provided in such a way that longitudinal slots 27 extending continuously in the axial direction are provided in the inner ring 12 in the region of the connection of the drive devices to the piezo elements.
  • the length of the longitudinal slots 27 is selected so that the connection of the piezoelectric elements 14 to the inner ring 12 takes place only over very thin-walled wall parts 28, which see each at the ends of the longitudinal slots 27 between these and the outer peripheral wall of the inner ring 12. In this way, upon activation of the three drive means 11, the same effect as with the leaf springs 21 is achieved.
  • FIG. 10 shows a possible use of a similar type as described in FIG.
  • the movable part element 12 in the form of a rotor is not linear, but curved and thus according to its curvature for very large rotational movements, z. B.> 1.5 ° suitable.
  • the rotor 12 as a movable element is in this case again between two fixed sub-elements 13, the z. B. in the case of a projection lens 7 whose housing can be. The same applies to a use in a lighting device 3.
  • FIG. 11 shows a mounting of a lens 10 in a socket 24 in side view (partly in section).
  • the socket 24 as an inner ring is connected to an outer socket or a part of the lens housing as a fixed partial element 13 'via a drive device 11.
  • the drive device 11 can be constructed in the same way as the drive device shown in Figure 2 with a movable part element 12 as a rotor.
  • the subelement 12 lies between a plurality of stacks 15 arranged at a distance from one another, each with a plurality of piezo elements 14 or 14 a, 14 b and 14 c, which act on the movable subelement 12 to shift it in several degrees of freedom.
  • the stacks 15 with the piezoelectric elements 14 are in turn supported in each case on fixed sub-elements 13, which in turn fixed to the housing part 13 ', z. B. a housing wall of the projection lens 7 are connected.
  • the three drive devices 11 are arranged uniformly distributed over the circumference of the socket 24. Again, a connection with the socket 24 via a decoupling in the form of Leaf springs, as in the embodiment of Figure 7 or by longitudinal slots 28 as in the embodiment of FIG 9 done.
  • connection of the rotor 12 respectively as movable parts of the three drive means 11 with the inner ring 24 is in each case via a radially extending connecting member 31 which is guided by a recess in the wall of the fixed housing part 13 with play such that movements of the inner ring 24 and thus the lens 10 are possible.
  • the connecting members 31 correspond in their effect to the intermediate members 17 in FIG. 4.
  • the rotor as a movable part 12 may each be provided an end stop 25 which is fixed to the fixed housing part 13.
  • the upper and the lower stop 25 at the same time also constitute a safeguard against "falling out", for example during transport.
  • one or more spring devices 26 arranged distributed over the circumference can be arranged between the stationary housing part 13 'and the inner ring 24, which optionally counteract gravity with adjustable force from the weight of inner ring 24 and lens 10.
  • the drive devices 11 with the piezoelectric elements 14 do not have to apply any weight force during adjustment of the lens 10.
  • a pneumatic or similar means for compensating the weight can be provided.

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Abstract

Eine Projektionsbelichtungsanlage (1) ist mit einer Beleuchtungseinrichtung (3) und einem Projektionsobjektiv (7) versehen. Wenigstens ein optisches Element (10) ist mit einem eine Antriebseinrichtung (11) aufweisenden Manipulator versehen. Die Antriebseinrichtung (11) weist wenigstens ein bewegliches Teilelement (12) und wenigstens ein feststehendes Teilelement (13) auf, welche relativ zueinander in wenigstens einer Bewegungsrichtung beweglich sind. Die Antriebseinrichtung (11) ist als Direktantrieb derart ausgebildet, dass das optische Element (10) bis zu 1.000 µm mit einer Genauigkeit von 10nm in wenigstens zwei Freiheitsgraden verschiebbar ist.

Description

PROJΞKTIONSBELICHTUNGSANLAGE UND OPTISCHES SYSTEM
Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage und ein optisches System, insbesondere ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit wenigstens einem optischen Element und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator für das optische Element, wobei die Antriebseinrichtung we- nigstens ein bewegliches Teilelement und wenigstens ein feststehendes Teilelement aufweist, welche relativ zueinander in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind.
Ein optisches System nämlich ein Projektionsobjektiv dieser Art ist in der DE 102 25 266 Al und in der DE 103 01 818 A beschrieben. Mit der Antriebseinrichtung, die mit piezoelektrischen Elementen betrieben wird, ist es möglich insbesondere die in der Mikrolithographie erforderlichen hohen Abbildungsgenauigkeit durch aktive Positionierung von entsprechend mit einer An- triebseinrichtung der eingangs erwähnten Art versehenen optischen Elementen zu erreichen. Darüber hinaus können auf diese Weise Bildfehler korrigiert werden. Erreicht wird dies dabei durch eine Anordnung von zu Stapeln zusammengefassten piezoelektrischen Elementen, wobei ein Teil der piezoelektrischen Elemente seine Wirkungsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil seine Wirkungsrichtung parallel zur Bewegungsrichtung besitzt. Sind dabei zum Be:*.spiel drei Stapel über den Umfang verteilt angeordnete Linearantriebe mit piezoelektrischen Elementen vorgesehen, die sich zum Beispiel an einem fest- stehenden Teil des Objektivgehäuses abstützen und mit ihren beweglichen Teilelementen an einer Fassung eines optischen Elementes oder direkt an dem optischen Element angreifen, so lässt sich das optische Element auf diese Weise parallel zur Z-Achse, das heißt parallel zur optischen Achse, verschieben. Bei einer ungleichmäßigen Aktivierung der drei über den Umfang verteilten angeordneten Linearantriebe sind auch Verkippungen relativ zur Z-Achse möglich. In http : //content . semi . org/cms/groups/public/documents/events/ pO35937.pdf ist unter der Bezeichnung NEXLINE Working Principle bereits vorgeschlagen worden, lineare Piezo Aktuatoren so einzu- setzen, dass ein Gegenstand, z. B. eine Linse, bewegt werden kann.
Zum weiteren Stand der Technik wird auch auf die US 2,822,133, die US 6,150,750, die DE 199 10 947 Al und die DE 129 01 295 Al und verwiesen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein optisches System der eingangs erwähnten Art mit einem Manipulator, der einen Linearantrieb mit piezoelektrischen Elementen aufweist weiter zu verbessern, insbesondere durch den das zu manipulierende optische Element in mehr Freiheitsgraden und bei Bedarf über größere Verfahrwege bewegt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Projektionsbelich- tungsanlage, insbesondere für die Mikrolithographie, mit optischen Elementen und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator für wenigstens ein optisches Element, nach Anspruch 1 gelöst.
In Anspruch 26 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe beschrieben.
Eine vorteilhafte Lösung besteht darin, dass genau drei Auftriebseinrichtungen derart am Umfang des optischen Elementes an- greifen, dass Verschiebungen in sechs Freiheitsgrade möglich werden.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der piezoelektrischen Elemente in drei Wirkungsrichtungen werden die Verschiebe- bzw. Be- wegungsmöglichkeiten für ein zu manipulierendes optisches Element erhöht. So sind neben Verschiebungen in Richtung der Z- Achse und Verkippungen relativ zur Z-Achse auch Bewegungen in einer Ebene senkrecht zur Z-Achse möglich. Auf diese Weise sind neben Z-Verschiebungen erfindungsgemäß nunmehr auch hierzu orthogonale Verschiebungen des optischen Elementes möglich.
Von Vorteil ist weiterhin, dass mit erfindungsgemäß vorteilhaften piezoelektrischen Elementen auch größere Verfahrwege möglich werden.
Wenn dabei in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass der Winkel wenigstens annähernd rechtwinklig zur Bewegungs- bzw. Wirkungsrichtung des zweiten Teiles von piezoelektrischen Elementen liegt, lässt sich ein zu manipulierendes optisches Element sehr präzise z.B. in der X-/Y-Ebene bewegen.
Um eine ausreichend stabile und präzise Bewegung erreichen zu können, sollten wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sein.
Wenn wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sind, lässt sich eine analoge Bewegung bei Führung des beweglichen Teiles erreichen.
Eine sichere schrittweise Bewegung des beweglichen Teilelementes wird dann erreicht, wenn wenigstens sechs auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sind.
Dabei kann jeder Stapel mit einer entsprechenden Anzahl von pie- zoelektrischen Elementen versehen sein, wobei jeder Stapel aus drei verschieden orientiert angeordneten Elementen besteht und somit alle drei Wirkungsrichtungen erlaubt.
Ebenso ist es hierdurch auch möglich für jeden Stapel piezo- elektrische Elemente vorzusehen, die nur in eine oder nur in zwei Wirkungsrichtung aktivierbar sind. In diesem Falle können durch eine entsprechende Ansteuerung die piezoelektrischen EIe- mente der verschiedenen Stapel koordiniert aktiviert werden.
Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das bewegliche Teilelement zwischen zwei sich gegenüberlie- gend angeordneten feststehenden Teilelementen angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine präzise Führung und exakte Bewegung erreicht.
Wenn in einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über den Umfang des optischen Elementes gleichmäßig verteilt genau drei Antriebseinrichtungen mit Stapeln von piezoelektrischen Elementen als Direktantriebe vorgesehen sind, die unabhängig voneinander aktivierbar sind, dann können neben den drei translatorischen Freiheitsgraden zusätzlich auch noch drei rotatori- sehe Freiheitsgrade, das heißt insgesamt somit sechs Freiheitsgrade, erreicht werden. Dies bedeutet, dass zusätzlich auch noch Verkippungen oder Verdrehungen jeweils um die X-/Y- oder Z-Achse möglich werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass jede der drei über den Umfang verteilt angeordneten Antriebseinrich- tungen mit wenigstens jeweils drei Stapeln von piezoelektrischen Elementen versehen ist, die dann für Verkippungen oder Verdrehungen entsprechend unterschiedlich aktiviert werden.
Eines der Haupteinsatzgebiete des erfindungsgemäßen optischen Systems sind Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolitho- graphie und dabei Projektionsobjektive oder Beleuchtungsvorrichtungen, da in diesem Falle Genauigkeiten im Nanometerbereich erforderlich sind.
Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch als Verstellvorrichtung allgemeiner Art für die verschiedensten zu verstellenden Elemente geeignet. Dies gilt insbesondere für die Fälle, wo eine Verstellung mit höchster Präzision und mit größeren Wegen erfolgen soll, wie zum Beispiel Mess- und Prüfeinrichtungen auf den verschiedensten technischen Gebieten.
Eines der wesentlichen Vorteile liegt darin, dass die piezo- elektrischen Elemente bei entsprechender Ansteuerung schrittweise Verfahrwege und damit praktisch ein „Krabbeln" des zu bewegenden Teiles, z. B. eines optischen Elementes, über einen längeren Weg ausführen können.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und das dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Projektionsbelich- tungsanlage für die Mikrolithographie;
Figur 2 eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearantriebes mit piezoelektrischen Elementen;
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Stapels mit piezoelektrischen Elementen aus der Figur 2 gemäß Ausschnittsvergrößerung X;
Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung eines beweglichen Teilelementes mit 6 Piezostapel;
Figur 5a verschiedene Darstellungen von Bewegungsstufen bis Figur 5f eines beweglichen Teilelementes;
Figur 6 Draufsicht auf eine Linse mit drei Linearantrieben;
Figur 7 Draufsicht auf eine in einer Außenfassung gelagerten Linse mit Entkoppelungsbeispiel und einer Verstellmöglichkeit in sechs Freiheitsgraden;
Figur 8 Befestigungsbeispiel für eine Antriebseinrichtung; Figur 9 Draufsicht auf eine Linse mit einer Fassung mit monolytischer Entkoppelung;
Figur 10 eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsge- mäßen Linearantriebes mit piezoelektrischen Elementen, ähnlich der Darstellung nach der Figur 2 für große Drehbewegungen;
Figur 11 Seitenansicht einer Lagerung für eine Linse in ei- ner Fassung mit Gewichtskraftkompensation.
Die in der Figur 1 prinzipmäßig dargestellte Projektionsbelich- tungsanlage ist für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen vorgesehen. Grundsätzlich ist ihr Aufbau allgemein bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile eingegangen wird. Zur weiteren Offenbarung wird auch auf die DE 102,25,266 Al verwiesen.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 weist eine Beleuchtungsein- richtung 3, eine Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welche die späteren Strukturen auf einem Wafer 2 bestimmt werden, eine Einrichtung 6 zur Halterung, Fortbewegung und exakten Positionierung des Wafers 2 und eine Abbildungsvorrichtung in Form eines Projektionsobjektives 7 auf.
Da die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen verkleinert auf dem Wafer 2 belichtet werden, werden an die Abbildungsvorrich- tung 7, nämlich das Projektionsobjektiv, sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Auflösung und Präzision gestellt, wobei man sich im Bereich von wenigen Nanometern befindet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt eine für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 8 bereit. Als Quelle für die Strahlung kann ein Laser Verwendung finden. Durch den Projektionsstrahl 8 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und durch das Projektionsobjektiv 7 verkleinert und anschließend auf den Wafer 2 übertragen.
In dem Projektionsobjektiv 7 sind eine Vielzahl von transmitti- ven und/oder refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen, wie zum Beispiel Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen angeordnet.
Ein oder mehrere in dem Projektionsobjektiv 7 angeordnete opti- sehen Elemente sind mit einem oder mehreren Manipulatoren 9 versehen. Ein Manipulator 9 ist schematisch in der Figur 1 zusammen mit einer zu manipulierenden Linse 10 schematisch dargestellt.
Der Manipulator 9 beinhaltet einen Linearantrieb als An- triebseinrichtung 11 durch welchen ein fest mit dem optischen Element 10 verbundenes bewegliches Teilelement 12, zum Beispiel die Fassung der Linse 10, gegenüber einem fest mit dem Projektionsobjektiv 7 verbundenen Teilelement 13 bewegt werden kann. Das Teilelement 13 kann zum Beispiel eine Außenfassung oder ein Teil des Objektivgehäuses sein.
In den Figuren 2 bis 4 ist die in der Figur 1 nur schematisch dargestellte Antriebseinrichtung 11 im Detail dargestellt. Wie ersichtlich ist das bewegliche Teilelement 12 zwischen zwei sich gegenüber liegenden feststehenden Teilelementen 13 angeordnet. Zwischen dem beweglichen Teilelement 12 und den beiden feststehenden Teilelementen 13, die auch einstückig ausgebildet sein können, befinden sich gegenüberliegend vier auf jeder Seite angeordnete Stapel 15 mit piezoelektrischen Elementen 14. Die Sta- pel 15 sind auf Abstand voneinander angeordnet und sollten für eine präzise Führung bzw. Verschiebung des beweglichen Teilelementes 12 möglichst auch genau gegenüberliegend auf den verschiedenen Seiten angeordnet sein. Wie ersichtlich sind damit „Krabbelbewegungen" des Teilelementes 12 in einer Ebene möglich, z. B. in X- oder Z-Richtung und senkrecht dazu in Y- oder Tan- gentialrichtung. Der Aufbau eines Stapels 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 ist aus der Figur 3 in vergrößertem Maßstab ersichtlich. Wie ersichtlich besteht der Stapel 15 aus drei Teilen 14a, 14b, 14c von piezoelektrischen Elementen 14, wobei z. B. Stapel 14a als Hubelemente, 14b als Scherelemente und 14c als Scherelemente in eine orthogonal zu dem Stapel 14b gerichtete Richtung wirken. Durch die piezoelektrischen Elemente 14a in dem Stapel können dann bei entsprechender Aktivierung die nebeneinander liegenden Stapel 15 so bewegt werden, dass bei einem Hub eine Klemmung des Teilelementes 12 und bei Lösung der Klemmung ein erster Krabbelschritt durch Aktivierung der Stapel 1^b und/oder 14c erfolgen kann.
Die Antriebseinrichtung 11 kann beispielsweise so in dem Projek- tionsobjektiv 7 positioniert sein, dass die Z-Achse als optische Achse parallel zur Längsachse des Teilelementes 12, z. B. einer Linse, verläuft. Die optische Achse ist damit auch die Achse des Systemes. Damit sind Verschiebungen der Linse 10 in Richtung der optischen Achse und in eine Richtung senkrecht dazu, z. B. in tangentialer Richtung, bei entsprechender Anordnung der Antriebseinrichtungen 11 mit den piezoelektrischen Stapeln 15 möglich.
So kann zum Beispiel der zweite Teil 14b der piezoelektrischen Elemente 14 in die Z-Richtung, und der dritte Teil 14c der piezoelektrischen Elemente 14 in die Tangentialrichtung jeweils seine Wirkungsebene mit einer entsprechenden Scherung besitzen. Der für einen Hub verantwortliche Teil 14a der piezoelektrischen Elemente bewegt sich in diesem Falle in radialer Richtung bzw. klemmt das Teilelement 12 oder gibt es für eine Bewegung des Teilelementes 12 taktweise frei.
Nähere Ausführungen zur Wirkungsweise und zur Bewegung des beweglichen Teilelementes 12 werden nachfolgend anhand der Figuren 4 bis 11 gemacht.
Aus der vergrößerten Darstellung der Figur 3 ist ersichtlich, dass der erste Teil 14a von piezoelektrischen Elementen 14 mit einer Wirkungsrichtung bei deren Aktivierung versehen ist, die in Richtung der Längsachse 15a des Stapels 15 verläuft und damit das bewegliche Teilelement 12 klemmt oder freigibt. Der zweite Teil 14b der piezoelektrischen Elemente 14 weist mit einer Scherbewegung eine Wirkungsrichtung parallel zu einer vorgegebenen Bewegungsrichtung des beweglichen Teilelementes 12 auf. Ein dritter Teil 14c der piezoelektrischen Elemente 14 ist ebenfalls in einer Scherbewegung mit einer Wirkungsrichtung versehen, die rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des zweiten Teiles 14b der piezoelektrischen Elemente 14 liegt.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der stapelweise angeordneten piezoelektrischen Elemente 14 in jeweils drei Teile mit un- terschiedlichen Wirkungsrichtungen wird eine Bewegungsmöglichkeit für das bewegliche Teilelement 12 in zwei Freiheitsgraden erreicht.
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem plattenförmigen Läufer als bewegliches Teilelement 12a.
Sind dabei je sechs Stapel 15 oberhalb und unterhalb des plattenförmigen Läufers angeordnet (die Stapel unterhalb und das feststehende Teilelement 13 sind nicht dargestellt) , so ist eine Bewegung des beweglichen Teilelementes sowohl anlog, als auch im Schrittmodus möglich. Mindestens sechs Stapel pro Seite sollten deshalb vorhanden sein, damit jeweils drei Stapel für einen Schritt abheben können, während die anderen Stapel das bewegliche Teilelement sicher in der Verschiebeebene bewegen und führen können. Falls keine so genaue Führung erforderlich ist oder falls eine Führung auf andere Weise erfolgt, können gegebenenfalls auch weniger Stapel von piezoelektrischen Elementen auf jeder Seite vorgesehen sein.
Bei der Ausgestaltung mit je vier Stapel von piezoelektrischen Elementen 14 oberhalb und unterhalb müsste die Bewegung der Ebene bei einem Schritt durch je zwei Stapel gehalten werden. Eine vereinfachte erfindungsgemäße Ausgestaltung kann darin bestehen, dass jeweils drei Stapel oberhalb und drei Stapel unterhalb des beweglichen Teilelementes angeordnet sind. In diesem Falle ist jedoch eine Vorspannung des beweglichen Teilelementes 12 erforderlich und das bewegliche Teil 12 kann auch nur analog bewegt werden. Eine Vorspannung kann zum Beispiel durch ein oder mehrere Federeinrichtungen 16, wie in der Figur 2 dargestellt, erreicht werden. Wie ersichtlich wird dabei das bewegliche Teil- element 12 zwischen den beiden sich gegenüberliegenden feststehenden Teilelementen 13 geklemmt, um eine sichere Positionierung zu erhalten.
In den Figuren 5a bis 5f sind die Bewegungsmöglichkeiten des be- weglichen Teilelementes 12 in verschiedenen Stufen mit 4 Stapeln 15 dargestellt.
Figur 5a zeigt den Ausgangspunkt, wobei das Teilelement 12 jeweils durch den Teil 14a der piezoelektrischen Elemente die ei- nen Hub als Wirkungsrichtung bei Aktivierung ausüben, festgeklemmt ist.
In Figur 5b ist der nachfolgende Schritt im Bewegungsablauf dargestellt, bei dem zwei Teile 14a mit den „Hubpiezos" geöffnet und damit nicht mehr in Eingriff mit den beweglichen Teil 12 sind. Die beiden noch klemmenden Hubpiezos 14a halten das bewegliche Teilelement 12 fest und bei einer Aktivierung des Teiles 14b der piezoelektrischen Elemente, die als „Scherpiezos" wirken, können eine Bewegung einleiten.
Aus der Figur 5c ist dieser Schritt ersichtlich.
Figur 5d zeigt den nächsten Schritt im Bewegungsablauf, wobei die „Hubpiezos" der Teile 14a das Teilelement 12 wieder klemmen.
Figur 5e zeigt, ähnlich wie Figur 5b, wie nunmehr die Klemmung der beiden anderen Hubpiezos der Teile 14a gelöst wird, wonach entsprechend Figur 5f der nächste Schritt durch eine Aktivie- rung, ähnlich wie in der Figur 5c erläutert, der anderen Scher- piezos der Teile 14b erfolgt.
Wie ersichtlich erfolgt damit eine Verschiebung des beweglichen Elementes 12 in Pfeilrichtung A gemäß Figuren 5c und 5f.
Bei einer Aktivierung der Teile 14c von piezoelektrischen Elementen, die jeweils einen Scherhub rechtwinklig zu der Wirkungsrichtung der piezoelektrischen Elemente der Teile 14b durchfüh- ren, erfolgt in gleicher Weise eine E'.ewegung des beweglichen Teilelementes 12 rechtwinklig zu dem vorstehend erläuterten Bewegungsablauf .
Wie aus den Figuren 5a - 5f und der vorstehenden Erläuterung er- sichtlich ist, kann auf diese Weise das Teilelement 12 „Krabbeln" und damit im Bedarfsfalle einen Weg von z. B. 1.000 μm mit einer Auflösung von 0,1 nm oder mehr mit einer Präzision im Na- nometerbereich, z. B. 10 nm, durchführen,, womit sich das zu verstellende optische Element 10 über einen relativ großen Weg be- wegen lässt. Für Linsen in einem Projektionsobjektiv sind diese Werte im Allgemeinen ausreichend. Für optische Elemente z. B. in einer Beleuchtungseinrichtung eines Projektionsobjektives sind auch Wege bis 10 mm oder mehr mit einer Genauigkeit von 1 μm möglich.
Die Figur 4 zeigt ein Zwischenglied 17, das die Verbindung zwischen dem beweglichen Teil 12a und dem optischen Element, z.B. der Linse 10 herstellt. Das Zwischenglied 17 kann auch anstelle einer direkten Verbindung mit dem optischen Element auch mit ei- ner Innenfassung verbunden sein, in der das optische Element gelagert ist (siehe gestrichelte Darstellung mit dem Bezugszeichen 20) .
Wie aus der Figur 4 ersichtlich ist, ist das Zwischenglied 17 als elastischer Stab ausgebildet, um eine Entkoppelung von Deformationen für das optische Element zu erreichen.
Anstelle eines elastischen Stabes oder auch als zusätzliche De- formationsentkopplung kann das Zwischenglied 17 über ein Gelenkteil 18 entweder mit dem Teilelement 12a oder mit dem optischen Element 10 verbunden sein. Das Gelenkteil 18 kann als Festkör- pergelenk ausgebildet sein.
Die Figur 6 zeigt in einer Draufsicht auf eine Linse 10 als optischem Element drei gleichmäßig über den Umfang der Linse angeordnete Antriebseinrichtungen 11 mit jeweils mehreren Stapeln 15 mit piezoelektrischen Elementen 14. Wie ersichtlich greifen da- bei die drei Zwischenglieder 17 gemäß Figur 4 radial an der Linse 10 an. Bei einer jeweiligen Aktivierung der dritten Teile 14c von piezoelektrischen Elementen in den Stapeln 15 ergibt sich eine tangentiale Wirkungsrichtung und damit eine Verdrehung der Linse 10 (siehe auch Figur 4) . Bei einer Aktivierung der zweiten Teile 14b ergibt sich eine Verschiebung gemäß B, C oder D parallel zur optischen Achse und zwar in Abhängigkeit von den jeweils in den drei Antriebseinrichtungen 11 aktivierten Teile 14b. Auf diese Weise kann die Linse 10 in einem E'olarkoordinatensystem in einer Ebene rechtwinklig zur Z-Achse und damit zur optischen Achse verschoben werden. Selbstverständlich ist durch mathematische Umsetzung des Polarkoordinatensystems mit einer entsprechenden Steuerung und Regelung auch eine Verschiebung in einem othogonalen Koordinatensystem, nämlich einem X-/Y- Koordinatensystem, möglich.
Eine Verschiebung parallel zur Z-Achse wird bei dieser Ausgestaltung somit durch die Teile 14b der piezoelektrischen Elemente 14 erreicht (siehe auch Figur 4).
Wenn die drei Antriebseinrichtungen 11 in unterschiedlicher Stärke bzw. teilweise gegensätzlich aktiviert werden, so sind neben den drei translatorischen Freiheitsgraden für eine Bewegung der Linse 10 auch noch drei rotatorische Freiheitsgrade und damit insgesamt sechs Freiheitsgrade möglich. So sind auf diese Weise zum Beispiel Verdrehungen bzw. Vei kippungen sowohl um die Z-Achse, als auch um die X-/Y-Achsen möglich.
Wie weiterhin aus der Figur 6 ersichtlich ist, können an dem op- tischen Element auch ein oder mehrere Sensoren 19 vorgesehen sein, die die Position der Linse 10 und die den Bewegungsablauf bei einer Aktivierung von ein oder mehreren der Linearantriebe 11 detektieren. Auf diese Weise ist eine exakte Steuerung oder auch eine Regelung der Bewegung der Linse möglich.
Die Sensoren 19 müssen nicht an der Linse 10 vorgesehen sein, sondern können auch an beliebigen anderen Stellen, wie z.B. den beweglichen Teilelementen 12 oder den Zwischengliedern 17, vor- gesehen sein, um die Position und die Bewegung der Linse zu detektieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin die Position und die Bewegung des optischen Elementes zu detektieren, dass man im Bild selbst misst. Dies bedeutet das man nach dem Projektionsobjektiv die Abbildung oder Wellenfront auf Bildfehler kon- trolliert.
Die in der Figur 6 dargestellte Lagerung der Linse mit deren Verstellmöglichkeit entspricht praktisch einer bipoden- oder he- xapoden Lagerung.
Wie vorstehend erwähnt, lässt sich das optische Element sowohl analog als auch schrittweise bewegen. Bei einem Analogbetrieb sind weniger Stapel 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 erforderlich. Nachteilig dabei ist jedoch, dass nur eine Bewegung in- nerhalb eines vorgegebenen Bereiches mögLich ist, wobei zur Einhaltung einer vorgewählten oder zu wählenden Position die piezoelektrischen Elemente stets aktiviert sein müssen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht jedoch darin, dass auf diese Weise sehr exakte Verschiebungen und Positionierungen möglich werden.
Der Vorteil einer schrittweisen Verschiebung mit einer entsprechenden höheren Anzahl von Stapeln 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 liegt darin, dass die Bewegupgsmöglichkeiten für das zu manipulierende optische Element wesentlich größer sind und dass nach Ende der Bewegung die piezoelektrischen Elemente zumindest teilweise deaktiviert werden können.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform, ähnlich der Ausführungsform nach der Figur 6 mit einem Entkoppelungsbeispiel der Linse 10 mit einem Innenring 12 als Fassung als beweglichem Teilelement und einer Außenfassung 13 als feststehendes Teilelement.
Wie ersichtlich sind drei Antriebseinrichtungen 11 gleichmäßig am Umfang verteilt zwischen dem Innenring 12 und der Außenfassung 13 angeordnet, welche jeweils mit einem Stapel mit piezoelektrischen Elementen 14 versehen sind. Jeder Stapel kann dabei eine Ausgestaltung wie in der Figur 3 dargestellt aufweisen. Mit jedem Stapel von Piezoelementen 14 können dann Verschiebungen des Innenringes 12 mit der Linse 10 in axialer und in tangentialer Richtung, ebenso wie Verkippungen und Verdrehungen durchgeführt werden. Dies bedeutet, es sind Manipulationen in insgesamt 6 Freiheitsgraden möglich. Dabei stellt die axiale Richtung die optische Achse dar.
Am äußeren Umfang sind die Piezostapel 14 jeweils fest mit dem Innenumfang der Außenfassung 13 verbunden. Die Anbindung der Piezostapel 14 am Innenumfang erfolgt mit dem Innenring 12 je- weils über Blattfedern 21 zur Entkoppelung. Die Blattfedern 21 sind so ausgestaltet, dass sie in radialer Richtung weich und in axialer und tangentialer Richtung steif sind. In die Momentenrichtungen axial und tangential sind sie ebenfalls weich. Die Piezostapel 14 sind jeweils im mittleren Bereich der Blattfeder 21 (in nicht näher dargestellter Weise) befestigt. Die Verbindung der Blattfeder 21 mit dem Innenring 12 erfolgt jeweils an den Enden der Blattfeder z. B. über Bohrungen 23 mit einer Schraubverbindung .
Werden alle drei Antriebseinrichtungen 11 gleichsinnig senkrecht zur optischen Achse und tangential bewegt, ergibt sich eine Tan- gentialbewegung der Linse 10. Werden nυr zwei Antriebseinrichtungen 11 in tangentialer Richtung bewegt, so wirkt sich dies in einer Verschiebung in X- oder Y-Richtung aus, denn aufgrund der elastischen bzw. weichen Lagerung der dritten Antriebseinrichtung 11 durch die Blattfedern 21 kann sich diese durchbiegen, womit die Linse entsprechend in einer Ebene senkrecht zur opti- sehen Achse verschoben werden kann. Bei einer Aktivierung der drei Antriebseinrichtungen in die zweite Bewegungsrichtung der Stapel 15 mit den piezoelektrischen Elementen 14 wird das optische Element 10 in Richtung der optischen Achse verschoben.
Werden die drei Antriebseinrichtungen 11 in unterschiedlichen Stärken und/oder Bewegungsrichtungen aktiviert, sind auch Verkippungen möglich.
Durch die Anordnung der drei Antriebseinrichtungen 11 gleichmäßig am Umfang der Linse mit je 120 "-Abstand sind damit Bewegungen des optischen Elementes in insgesamt sechs Freiheitsgraden (3 lineare und 3 rotatorische) möglich, obwohl jede Antriebseinrichtung 11 mit den Stapeln 15 alleine jeweils nur in zwei Frei- heitsgraden bewegbar ist.
Figur 9 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung wie das Ausführungsbeispiel nach der Figur 7, wobei zur Vereinfachung die Außenfassung 13 weggelassen worden ist.
Anstelle einer Entkoppelung des Innenringes 12 mit der Linse 10 über Blattfedern 21 ist hierbei eine monolytische Entkoppelung dergestalt vorgesehen, dass in dem Innenring 12 jeweils im Bereich der Anbindung der Antriebseinrichtungen mit dem Piezoele- menten 14 in axialer Richtung durchgehend verlaufende Längsschlitze 27 angebracht sind. Die Länge der Längsschlitze 27 ist dabei so gewählt, dass die Anbindung der Piezoelemente 14 an den Innenring 12 jeweils nur über sehr dünnwandige Wandteile 28 erfolgt, die sich jeweils an den Enden der Längsschlitze 27 zwi- sehen diesen und der Außenumfangswand des Innenringes 12 befinden. Auf diese Weise wird bei Aktivierung der drei Antriebseinrichtungen 11 die gleiche Wirkung wie mit den Blattfedern 21 erreicht .
Die Figur 10 zeigt eine Einsatzmöglichkeit ähnlicher Art wie in der Figur 2 beschrieben. Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach der Figur 2 ist in diesem Falle jedoch das bewegliche Teil- element 12 in Form eines Läufers nicht linear, sondern gekrümmt ausgebildet und damit entsprechend seiner Krümmung für sehr große Drehbewegungen, z. B. > 1,5° geeignet. Der Läufer 12 als bewegliches Element befindet sich in diesem Falle wieder zwischen zwei feststehenden Teilelementen 13, die z. B. im Falle eines Projektionsobjektives 7 dessen Gehäuse sein können. Gleiches gilt für eine Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung 3.
Durch die Stapel 15 mit den piezoelektrischen Elementen 14 kön- nen bei dessen Aktivierung entsprechend Drehbewegungen in Pfeilrichtung 29 in Form einer tangentialen Umfangsbewegung und axiale Bewegungen gem. Pfeil 30 (aus der Zeichnungsebene heraus oder hinein) stattfinden. Axiale Bewegungen bedeuten bei einem entsprechenden Einbau in einem Projektionsobjektiv 7 Bewegungen in Richtung der optischen Achse.
In Figur 11 ist eine Lagerung einer Linse 10 in einer Fassung 24 in Seitenansicht (teilweise im Schnitt) dargestellt. Die Fassung 24 als Innenring ist mit einer Außenfassung oder einem Teil des Objektivgehäuses als feststehendes Teilelement 13' über eine Antriebseinrichtung 11 verbunden. Die Antriebseinrichtung 11 kann in gleicher Weise aufgebaut sein wie die in der Figur 2 dargestellte Antriebseinrichtung mit einem beweglichen Teilelement 12 als Läufer. Das Teilelement 12 liegt zwischen mehreren auf Ab- stand voneinander angeordneten Stapeln 15 mit jeweils mehreren Piezoelementen 14 bzw. 14a, 14b und 14c, die entsprechende Kräfte auf das bewegliche Teilelement 12 zu dessen Verschiebung in mehreren Freiheitsgraden wirken. Die Stapel 15 mit den piezoelektrischen Elementen 14 stützen sich wiederum jeweils an fest- stehenden Teilelementen 13 ab, die wiederum fest mit dem Gehäuseteil 13', z. B. einer Gehäusewand des Projektionsobjektives 7 verbunden sind.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 9 sind gleichmä- ßig über den Umfang der Fassung 24 verteilt die drei Antriebseinrichtungen 11 angeordnet. Auch hier kann eine Verbindung mit der Fassung 24 über eine Entkoppelung in Form von Blattfedern, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 7 oder von Längsschlitzen 28 wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 9 erfolgen.
Die Verbindung der Läufer 12 jeweils als bewegliche Teile der drei Antriebseinrichtungen 11 mit dem Innenring 24 erfolgt jeweils über ein radial sich erstreckendes Verbindungsglied 31, welches durch eine Aussparung in der Wand des feststehenden Gehäuseteiles 13 mit Spiel derart geführt ist, dass Bewegungen des Innenringes 24 und damit der Linse 10 möglich werden. Die Verbindungsglieder 31 entsprechen dabei in ihrer Wirkung den Zwischengliedern 17 in der Figur 4.
Oberhalb und unterhalb des Läufers als bewegliches Teil 12 kann jeweils ein Endanschlag 25 vorgesehen sein, der an dem feststehenden Gehäuseteil 13 befestigt ist. Der obere und der untere Anschlag 25 stellen gleichzeitig auch eine Sicherung gegen ein „Herausfallen", z. B. bei einem Transport dar.
Durch die drei über den Umfang verteilt angeordnete Antriebseinrichtungen 11 als Direktantriebe sind bei einem Aufbau der Pie- zostapel entsprechend Figur 3 Bewegungen des Innenringes 24 und damit der Linse 10 in 6 Freiheitsgraden möglich.
Zur Schwerkraftkompensation können zwischen dem feststehenden Gehäuseteil 13' und dem Innenring 24 ein oder mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Federeinrichtungen 26 angeordnet sein, welche gegebenenfalls mit einstellbarer Kraft der Schwerkraft aus dem Gewicht von Innenring 24 und Linse 10 entgegenwir- ken. Durch diese Ausgestaltung müssen die Antriebseinrichtungen 11 mit den Piezoelementen 14 keine Gewichtskraft bei Verstellung der Linse 10 aufbringen.
Anstelle einer Federeinrichtung 26 kann selbstverständlich auch ein Lorenzaktuator, eine Pneumatik oder ähnliche Einrichtungen zur Kompensation der Gewichtskraft vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche :
1. Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung (3) und einem Projektionsobjektiv (7) für die Mikroli- thographie, mit optischen Elementen (10) und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung (11) aufweisenden Manipulator
(9) für wenigstens ein optisches Element (10), wobei die Antriebseinrichtung (11) wenigstens ein bewegliches Teilelement (12) und wenigstens ein feststehendes Teilelement (13) aufweist, welche relativ zueinemder in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass das optische Element (10) bis zu 1.000 μm bei einer Genauigkeit von 10 nm bei einer Anordnung in dem Projekti- onsobjektiv (7) und mit bis 10 mm bei einer Genauigkeit von 1 μm bei einer Anordnung in der Beleuchtungseinrichtung (3) in wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar ist.
2. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass genau drei Antrieoseinrichtungen (11) derart gleichmäßig am Umfang des optischen Elementes (10) oder dessen Fassung (24) angreifen, dass Bewegungen in sechs Freiheitsgraden möglich werden.
3. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtungen durch piezoelektrische Elemente (14) gebildet sind.
4. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, da- durch gekennzeichnet, dass die drei Antriebseinrichtungen
(11) als Direktantriebe am Umfang des optischen Elementes
(10) angreifen.
5. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, da- durch gekennzeichnet, dass die drei Antriebseinrichtungen
(11) mit den Piezoelementen (14) über Entkoppelungselemente (21, 27, 28) mit einer Fassung als bewegliches Teilelement (12) eines optischen Elementes (10) verbunden sind.
6. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungselemente (21) als Blatt- federn ausgebildet sind.
7. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungselemente (21) mit Längsschlitzen (27) versehen sind, die im Bereich der An- triebseinrichtungen (11) in die Fassung des optischen
Elementes (10) als bewegliches Teilelement (12) eingebracht sind, wobei die Verbindung der Antriebseinrichtungen (11) mit der Fassung über dünnwandige Wandelemente (28) zwischen den Schlitzen (27) und dem Außenumfang der Fassung erfolgt.
8. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) als gekrümmter Läufer ausgebildet ist, zu dessen beiden Seiten Piezoelemente 14 angeordnet sind.
9. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem optischen Element (10) oder dessen Fassung (24) uid dem feststehenden Teilelement (13, 13') eine Gewichtskraftkompensationsein- richtung (26) vorgesehen ist.
10. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtskraftkompensationseinrich- tung (26) mit einer Federeinrichtung, einem Lorenzaktuator oder einer Pneumatikeinrichtung versehen ist.
11. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den feststehenden und den beweglichen Teilelementen (12, 13) mehrere Stapel (15) mit piezoelektrischen Elementen (14) angeordnet sind, wobei in jedem Stapel (15) ein erster Teil (14a) von piezoelektrischen Elementen eine Wirkungsrichtung wenigstens an- nähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil (14b) von piezoelektrischen Elementen eine Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung aufweist, und dass zusätzlich ein dritter Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung vorgesehen ist, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegt.
12. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des dritten Teiles (14c) wenigstens annähernd rechtwinklig zur Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) von piezoelektrischen Elementen (14) liegt.
13. Projektionsbelichtungsanlage nach Arspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei auf Abstand von einander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen EIe- menten (14) vorgesehen sind.
14. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens sechs auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelekt- rischen Elementen (14) für eine schrittweise Bewegung des beweglichen Teilelementes (12) vorgesehen sind.
15. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stapel (15) von piezo- elektrischen Elementen (14) mit allen drei Teilen (14a,
14b, 14c) von piezoelektrischen Elementen (14), die in unterschiedliche Bewegungsrichtungen aktivierbar sind, versehen ist.
16. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Stapel (15) piezoelektrischer Elemente (14) für nur eine oder für nur zwei Bewegungsrichtungen vorgesehen sind.
17. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) an dem optischen Element (10), an einer Fassung (20), mit der das optische Element verbunden ist, oder an einem mit dem optischen Element oder mit der Fassung verbundenen Teil angeordnet ist.
18. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem optischen Element (10) angreifenden Antriebseinrichtungen (11) mit wenigstens einem hebelartigen Zwischenglied (17) versehen sind.
19. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zwischenglied (17) elastisch ausgebildet ist.
20. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zwischenglied (17) mit wenigstens einem Gelenkteil (18) versehen ist.
21. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 20, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Gelenkteil (18) als Festkörpergelenk ausgebildet ist.
22. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine beweg- liehe Teilelement (12) gegenüber dem wenigstens einen feststehenden Teilelement (13) vorgespannt ist.
23. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vorspannung mindestens eine Fe- dereinrichtung (16) vorgesehen ist.
24. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagebestimmung des wenigstens einen beweglichen Teilelementes (12) ein oder mehrere Sensoren (19) vorgesehen sind.
25. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zum optischen Element (10), zur Fassung (20) oder zum mit der Fassung verbundenen Teil vorgesehen sind.
26. Verfahren zur Positionierung und Verstellung eines optischen Elementes in einer Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv (7) und einer Beleuchtungseinrichtung (3), wobei das optische Element (10) durch wenigstens einen eine Antriebseinrich- tung (11) aufweisenden Manipulator (9) durch piezoelektrische Elemente (14), die an wenigstens einem beweglichen Teilelement (12) der wenigstens einen Antriebseinrichtung (11) angreifen und die das wenigstens eine bewegliche Teilelement (12) gegenüber wenigstens einem feststehenden Teil- element (13) der Antriebseinrichtung (11) durch einen ersten Teil (14a) von piezoelektrischen Elementen mit einer Wirkungsrichtung wenigstens annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und durch einen zweiten Teil (14b) von piezoelektrischen Elementen mit einer Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung verstellt und positioniert wird, und wobei durch einen dritten Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegen, das bewegliche Teilelement (12) in zwei verschiedene Bewegungsrichtungen bewegt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) eine Bewegung in einem Winkel wenigstens annähernd rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des zweiten Teiles (14b) von piezoelektrischen Elementen (14) erzeugt.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des zu verstellenden optischen Elementes (10) durch wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) vorgenommen wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch ge- kennzeichnet, dass die drei Antriebseinrichtungen (11) so über den Umfang des optischen Elementes (10) verteilt angeordnet sind, dass sich in Abhängigkeit von der Aktivierung der piezoelektrischen Elemente (14) sechs Freiheitsgrade zur Verstellung, Positionierung und Verkippung des opti- sehen Elementes (10) ergeben.
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