DE102006038455A1

DE102006038455A1 - Optisches System für die Halbleiterlithographie

Info

Publication number: DE102006038455A1
Application number: DE102006038455A
Authority: DE
Inventors: Yim-Bun Patrick Dr. Kwan; Stefan Xalter; Frank Melzer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2008-02-21
Also published as: KR101470658B1; US20090207396A1; WO2008019860A1; US8269947B2; US20120327385A1; US20090135395A1; CN101517488A; CN101517488B; US9383544B2; KR20090041432A; JP2010500770A; JP5578847B2

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 50 ms, gewechselt werden kann.

Description

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. 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 Doppelbelichtungen auch während der Belichtung desselben Wafers, 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 A1 vorgeschlagen, zur Änderung der optischen Eigenschaften und damit der Betriebskonfiguration eines Objektives für die Halbleiterlithographie 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 Vorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Patentanspruch 29 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 mindestens 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 zwischen 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 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 Momente 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 Trägheitskräfte kompensiert werden, um ein Nachschwingen der optischen Komponente zu unterbinden bzw. wirksam zu dämpfen. 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. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, 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 Verhalten 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 Komponente 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 translatorische, 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 Lorentzlinearaktuatoren 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 Lorentzlinearaktuators 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 Verkippung 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 Gasfilm 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 Kunststofffolie 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 eingeschränkt ist.
Zur Kompensation der auf die optische Komponente wirkenden Gewichtskraft kann eine Kompensationsvorrichtung zur Anwendung kommen, die beispielsweise als Gegengewicht oder als ein reibungsloser 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 Stelleinheit 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. 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 erforderlich 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. 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 Erfindung 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.
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 Wesentlichen hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften identisch oder auch unterschiedlich sein.
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 Zentriertoleranz 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 Design 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.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine erste Variante der vorliegenden Erfindung,
3 verschiedene Möglichkeiten, die Anordnung aus optischer Komponente, Stelleinheiten und Linearführung zu variieren,
4 eine Variante der Erfindung, bei der die Linearführungen als Luftlager realisiert sind,
5 zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Gewichtskraft der optischen Komponente kompensiert wird,
6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 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, und
7 eine Ausführung eines Schwenkmittels zum Schwenken der optischen Komponente in bzw. aus dem Strahlengang des optischen Systems.
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 Lorentzlinearaktuatoren mit Permanentmagneten 4 und Spulen 5 realisiert; die Permanentmagnete 4 sind dabei mit der optischen Komponente 1 über jeweils einen Angriffspunkt 3 mechanisch verbunden. Wie in 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 Kompo nente 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 Komponente 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 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.
2 zeigt eine Variante der vorliegenden Erfindung, die sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform in der konkreten Ausgestaltung der Stelleinheit 2 unterscheidet. In der in 2 gezeigten Variante sind im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform nicht die Permanentmagnete 4, sondern die Spulen 5 mechanisch mit der optischen Komponente 1 verbunden, 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 Kontaktierung der Spulen 5 beispielsweise durch Kabelverbindungen unproblematisch ist.
3 zeigt in den Teilfiguren 3a, 3b und 3c verschiedene Möglichkeiten, die Anordnung aus optischer Komponente 1, Stelleinheiten 2 und Linearführung 6 zu variieren. In der in 3A dargestellten Variante werden die beiden optischen Komponenten 1 jeweils an eigenen Linearführungen 6 in Richtung der optischen Achse geführt, wobei zum Antrieb die Stellein heiten 2 dienen, die im gezeigten Beispiel als Lorentzlinearaktuatoren 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 ausgeführt sein.
3B zeigt eine gegenüber der Anordnung in 3A modifizierte Variante, bei der die Anordnung der optischen Komponenten 1 an den Linearführungen 6 entgegengesetzt zu der in 3A gezeigten Ausführungsform realisiert ist, wodurch sich der benötigte Bauraum in der zur optischen Achse orthogonalen Richtung reduzieren lässt.
In 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.
In den in 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.
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 zwischen 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 me chanischer 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. Alternativ 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.
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 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. 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 Komponente 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.
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 1a 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 6 sind die mit der zweiten Stelleinheit 2b verbundenen optischen Komponenten 1b aus dem Strahlengang des optischen Systems und damit aus der durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten optischen Achse herausgeschwenkt. Die in 6 dargestellte Ausführungsform erlaubt es, die optischen Eigenschaften des optischen Systems und damit die Betriebskonfiguration des optischen Systems auf ausgesprochen schnelle Weise umzuschalten. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass die sich im Strahlengang befindlichen optischen Komponenten 1a durch die Schwenkmittel 14a aus dem Strahlengang herausgeschwenkt werden und gleichzeitig oder kurz darauf die optischen Komponenten 1b in den Strahlengang des optischen Systems unter Verwendung der Schwenkmittel 14b eingeschwenkt werden. Dabei können die optischen Komponenten 1b bereits vor dem Einschwenken, also noch während des Betriebs des optischen Systems in der ersten Betriebskonfiguration mit den Axialstellmitteln 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 1a lediglich durch die mit ihnen hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften im wesentlichen identischen optischen Komponenten 1b an anderen Or ten 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 Eigenschaften aufweisen. In diesem Fall ergeben sich für die möglichen Betriebskonfigurationen des optischen Systems weitere optische Freiheitsgrade.
7 zeigt eine Ausführung eines Schwenkmittels 14 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 Aktivierung auf den magnetisierbaren, ihm zugewandten Teil der optischen Komponente 1 anziehend wirkt. Die Drehung der optischen Komponente 1 um die in der 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 magnetisierbaren 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.

Claims

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 gekennzeichnet, 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.
Optisches System nach Anspruch 1, 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.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Angriffspunkt (3) der Stelleinheit (2) an der optischen Komponente (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) ausgeübte Kraft durch den Schwerpunkt der optischen Komponente (1) verläuft.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit (2) mindestens einen Lorentzlinearaktuator aufweist.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lorentzlinearaktuator Permanentmagnete (4) aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente (1) verbunden sind.
Optisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lorentzlinearaktuator Spulen (5) aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente (1) verbunden sind.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lorentzlinearaktuator zur Positionierung mehrerer optischer Komponenten (1) geeignet ausgebildet ist.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearführung (6) zur Führung der Bewegung der optischen Komponente (1) während der Positionierung vorhanden ist.
Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (6) als Wälzlagerführung ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (6) als aerostatische Lager ausgebildet ist.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, 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.
Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkopf (15) an der optischen Komponente (1) an geordnet ist.
Optisches System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzgitter (16) an der optischen Komponente (1) angeordnet ist.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kompensationsvorrichtung (8) zur Kompensation der auf die optische Komponente (1) wirkenden Gewichtskraft vorhanden ist.
Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsvorrichtung (8) als Gegengewicht (9) realisiert ist.
Optisches System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsvorrichtung (8) mittels mindestens eines näherungsweise reibungslosen Pneumatikzylinders (17a, 17b) mit Spaltdichtungen realisiert ist.
Optisches System nach Anspruch 1, 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 Komponente (1) aus dem bzw. in den Strahlengang des optischen Systems umfasst.
Optisches System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialstellmittel (13) als Spindelantrieb, Lorentzlinearaktuator, Zahnstange oder Seilzug ausgebildet ist.
Optisches System nach Anspruch 18 oder 19, 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.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 18-21, 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.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 18-21, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schwenkmittel (14) ein Vorspannelement (18) und ein auslösbares Rückhalteelement (19) aufweist.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche 18-22, 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.
Optisches System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Stelleinheiten (2) positionierbaren optischen Komponenten (1) hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften im Wesentlichen identisch sind.
Optisches System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Stelleinheiten (2) positionierbaren optischen Komponenten (1) hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften unterschiedlich sind.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der optischen Komponenten (1) eine Zentriertoleranz kleiner oder gleich 60μm aufweist.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen System um ein Beleuchtungssystem handelt.
Optisches System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem optischen System um ein Projektionsobjektiv handelt.
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.
Verfahren nach Anspruch 29, 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.