Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verlagerung eines Mikrospiegels. Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches Bauelement mit einer derartigen Vorrichtung.The invention relates to a device for displacing a micromirror. The invention further relates to an optical component with such a device.
Eine optische Baugruppe mit einer Vielzahl von aktuatorisch verlagerbaren Einzelspiegeln ist beispielsweise aus der WO 2010/049 076 A2 bekannt. Für die Abbildungsqualität, welche mit einer derartigen Baugruppe erreicht werden kann, spielen einerseits die optischen Bauelemente, andererseits die mechanischen bzw. elektromechanischen Bauelemente, insbesondere die Aktuatoren, eine entscheidende Rolle.An optical assembly with a plurality of actuatorically displaceable individual mirrors is for example from WO 2010/049 076 A2 known. For the imaging quality, which can be achieved with such an assembly, on the one hand play the optical components, on the other hand, the mechanical or electromechanical components, in particular the actuators, a crucial role.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verlagerung eines Mikrospiegels zu verbessern.It is an object of the present invention to improve an apparatus for displacing a micromirror.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.
Der Kern der Erfindung besteht darin, in einer Vorrichtung zur Verlagerung eines Mikrospiegels eine Aktuator-Einrichtung durch mindestens ein Mittel zur mindestens teilweisen Kompensation einer bei einer Verschwenkung des Mikrospiegels auftretenden linearen Verlagerung des Mikrospiegels oder seiner Schwenkachse zu ergänzen.The essence of the invention is to supplement an actuator device in a device for displacing a micromirror by at least one means for at least partial compensation of a linear displacement of the micromirror or its pivot axis occurring upon pivoting of the micromirror.
Das mindestens eine Kompensationsmittel dient insbesondere der Vermeidung einer unerwünschten parasitären Verlagerung des Mikrospiegels oder dessen Schwenkachse.The at least one compensation means serves, in particular, to avoid undesired parasitic displacement of the micromirror or its pivot axis.
Es kann insbesondere wünschenswert sein, den geometrischen Schwerpunkt der Reflexionsfläche des Spiegels bei einer Verschwenkung des Mikrospiegels ortsfest zu halten. Es kann auch wünschenswert sein, den mechanischen Schwerpunkt, das heißt den Massenschwerpunkt des Mikrospiegels, bei einer Verschwenkung desselben ortsfest zu halten. Es kann auch wünschenswert sein, die Schwenkachse des Mikrospiegels ortsfest zu halten. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn mindestens zwei, insbesondere alle drei aus Schwenkachse, geometrischem Schwerpunkt der Reflexionsfläche und Massenschwerpunkt des Mikrospiegels zusammenfallen beziehungsweise durch einen gemeinsamen Punkt verlaufen.In particular, it may be desirable to keep the geometric center of gravity of the reflection surface of the mirror stationary when pivoting the micromirror. It may also be desirable to keep the mechanical center of gravity, that is to say the center of gravity of the micromirror, stationary when pivoting it. It may also be desirable to keep the pivot axis of the micromirror stationary. It may be particularly advantageous if at least two, in particular all three of the pivot axis, geometric center of gravity of the reflection surface and center of mass of the micromirror coincide or run through a common point.
Mit Hilfe des mindestens einen Kompensationsmittels ist es insbesondere möglich, eine Auslenkung des Mikrospiegels oder seiner Schwenkachse in Richtung parallel und/oder quer, insbesondere senkrecht zur Schwenkachse, insbesondere in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Aktuatorstifts zu vermeiden. Es kann insbesondere eine Verlagerung in Richtung der aktuatorisch ausgeübten Kraft zur Verkippung des Spiegels vermieden werden. Es kann insbesondere eine Verlagerung parallel zur Schwenkachse aufgrund parasitärer Kräfte vermieden werden. Außerdem kann eine Rotation um die Längsachse des Aktuatorstifts vermieden werden.With the aid of the at least one compensating means, it is possible, in particular, to avoid a deflection of the micromirror or its pivot axis in the direction parallel and / or transversely, in particular perpendicular to the pivot axis, in particular in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the actuator pin. In particular, a displacement in the direction of the actuatorically exerted force for tilting the mirror can be avoided. In particular, a displacement parallel to the pivot axis due to parasitic forces can be avoided. In addition, a rotation about the longitudinal axis of the actuator pin can be avoided.
Im Folgenden wird der Einfachheit halber von einem Kompensationsmittel gesprochen. Dies sei nicht als Einschränkung auf ein einziges Kompensationsmittel verstanden. Mehrere, insbesondere unterschiedliche Kompensationsmittel können miteinander kombiniert werden.In the following, for the sake of simplicity, a compensation means will be discussed. This is not to be understood as limiting to a single compensation means. Several, in particular different compensation means can be combined.
Das Kompensationsmittel kann passiv oder aktiv ausgebildet sein. Unter einem passiven Kompensationsmittel sei insbesondere ein mechanisches Kompensationsmittel wie beispielsweise eine Versteifung, eine mechanische Führung, insbesondere in Form einer Kulisse oder in Form von einem oder mehreren zusätzlichen Führungselementen verstanden.The compensation means may be passive or active. A passive compensating means is in particular a mechanical compensating means such as a stiffening, a mechanical guide, in particular in the form of a backdrop or in the form of one or more additional guide elements understood.
Unter einer aktiven Kompensation sei insbesondere eine steuerbare, vorzugsweise eine regelbare Kompensation verstanden.Active compensation should be understood to mean in particular a controllable, preferably a controllable compensation.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Aktuator-Einrichtung mindestens eine Kammelektrode, insbesondere mindestens ein Kammelektroden-Paar. Die Kammelektrode ist insbesondere ein Bestandteil des Verlagerungs-Bestandteils und/oder des Trage-Bestandteils der Aktuator-Einrichtung.According to one aspect of the invention, the actuator device comprises at least one comb electrode, in particular at least one comb electrode pair. In particular, the comb electrode is a component of the displacement component and / or the support component of the actuator device.
Mittels Kammelektroden ist die Verlagerung des Mikrospiegels besonders einfach und präzise steuerbar.By means of comb electrodes, the displacement of the micromirror is particularly simple and precise controllable.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Kompensationsmittel eine Führungs-Einrichtung umfassen.According to one aspect of the invention, the compensating means may comprise a guiding device.
Es ist insbesondere passiv ausgebildet. Die Führungs-Einrichtung ist vorzugsweise mit der Tragestruktur verbunden. Die Führungs-Einrichtung kann eine oder mehrere Federn, insbesondere Blattfedern, umfassen. Die Federn können insbesondere paarweise am Aktuatorstift angeordnet sein. Sie sind insbesondere beidseitig relativ zur Schwenkachse angeordnet. Sie können auch einseitig relativ zur Schwenkachse angeordnet sein. Sie können mit einem aktiven Mechanismus, insbesondere einem Aktuator, zur Verkippung des Mikrospiegels um eine zweite Schwenkachse, welche schräg, insbesondere senkrecht, zur ersten Schwenkachse verläuft, kombiniert sein.It is especially passive. The guide device is preferably connected to the support structure. The guide device may comprise one or more springs, in particular leaf springs. The springs may in particular be arranged in pairs on the actuator pin. They are in particular arranged on both sides relative to the pivot axis. You can also be arranged on one side relative to the pivot axis. They can be combined with an active mechanism, in particular an actuator, for tilting the micromirror about a second pivot axis which runs obliquely, in particular perpendicularly, to the first pivot axis.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Kompensationsmittel mindestens ein vorgespanntes Federelement. Hierdurch kann eine gezielte Druckkraft auf die Federn ausgeübt werden. Hierbei kann es vorteilhaft sein, die Kammelektroden gezielt dezentriert anzuordnen. Die Kammelektroden können insbesondere in Richtung der zusätzlichen Führungsfedern verschoben sein. Bei einer Aktuierung des Mikrospiegels werden die Elektroden in Richtung der zusätzlichen Führungsfedern verschoben. Je mehr der Mikrospiegel verkippt wird, umso größer wird der Versatz, den die Führungsfedern bekommen, und umso größer wird die unterstützende Wirkung der Führungsfedern.According to one aspect of the invention, the compensation means comprises at least one prestressed spring element. As a result, a targeted pressure force can be exerted on the springs. It may be advantageous to arrange the comb electrodes in a decentered manner. The comb electrodes may be displaced in particular in the direction of the additional guide springs. Upon actuation of the micromirror, the electrodes are displaced in the direction of the additional guide springs. The more the micromirror is tilted, the greater the misalignment the guide springs get, and the greater the supportive effect of the guide springs.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Aktuator-Einrichtung eine Steuereinrichtung, mittels welcher mindestens zwei Aktuator-Elektroden differenziell ansteuerbar sind.According to a further aspect of the invention, the actuator device comprises a control device, by means of which at least two actuator electrodes can be controlled differentially.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Kompensationsmittel eine torsionsweiche, aber biegesteife Lagerungs-Einrichtung. Sowohl die Biegesteifigkeit als auch die Torsionssteifigkeit wird durch die Geometrie der Lagerungs-Einrichtung, insbesondere die Länge eines Federelements zur Aufhängung des Mikrospiegels beeinflusst. Hierbei ist die Biegesteifigkeit von der dritten Potenz der Länge der Feder abhängig, während die Torsionssteifigkeit linear mit der Länge der Feder skaliert. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Gelenklänge in Richtung der Torsionsachse zur minimalen Dicke des Querschnitts kleiner als 40, insbesondere kleiner als 30.According to a further aspect of the invention, the compensation means comprises a torsionally soft but rigid storage device. Both the bending stiffness and the torsional rigidity is influenced by the geometry of the bearing device, in particular the length of a spring element for suspending the micromirror. Here, the flexural stiffness is dependent on the cube of the length of the spring, while the torsional rigidity scales linearly with the length of the spring. Preferably, the ratio of the joint length in the direction of the torsion axis to the minimum thickness of the cross section is less than 40, in particular less than 30.
Außerdem spielt der Querschnitt der Lagerungs-Einrichtung, insbesondere der Feder, eine wesentliche Rolle für die Biegesteifigkeit und die Torsionssteifigkeit. Der Einfluss der Querschnittsform auf die Torsionssteifigkeit drückt sich aus im Torsionsflächenmoment. Der Einfluss der Querschnittsform auf die Biegesteifigkeit drückt sich aus im axialen Flächenmoment zweiten Grades. Das Verhältnis des kleinsten der beiden axialen Flächenmomente zweiten Grades zum Torsionsflächenmoment ist insbesondere größer als 1, insbesondere größer als 3.In addition, the cross-section of the bearing device, in particular the spring, plays an essential role in the flexural rigidity and the torsional rigidity. The influence of the cross-sectional shape on the torsional rigidity is expressed in the torsional moment. The influence of the cross-sectional shape on the bending stiffness is expressed in the axial moment of area of the second degree. The ratio of the smallest of the two axial surface moments of the second degree to the torsion surface moment is in particular greater than 1, in particular greater than 3.
Die Lagerungs-Einrichtung kann insbesondere Planfedern, insbesondere Blattfedern, aufweisen. Sie weist insbesondere eine dreiarmige oder vierarmige Blattfeder auf. Die Blattfeder kann insbesondere T-förmig oder X-förmig oder kreuzförmig ausgebildet sein.The storage device may in particular have flat springs, in particular leaf springs. In particular, it has a three-armed or four-armed leaf spring. The leaf spring may be formed in particular T-shaped or X-shaped or cross-shaped.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Aktuationselement in Längsrichtung in separate Bestandteile unterteilt. Unter der Längsrichtung sei hierbei die Richtung einer Flächennormalen des Mikrospiegels durch dessen geometrischen Schwerpunkt, insbesondere in der nicht verschwenkten Grundstellung des Mikrospiegels verstanden. Das Aktuationselement wird insbesondere durch eine oder mehrere Elektroden gebildet. Hierbei sind Aktuationselektroden zum einen auf dem Verlagerungs-Bestandteil, welcher auch als Aktuatorstift bezeichnet wird, zum anderen auf dem Trage-Bestandteil, welcher auch als Tragestruktur bezeichnet wird, angeordnet. Sowohl die Elektroden auf dem Aktuatorstift als auch die Elektroden, welche an der Tragestruktur angeordnet sind, können in Längsrichtung in separate Bestandteile unterteilt sein. Es ist auch möglich, nur die Elektroden auf dem Aktuatorstift oder nur die Elektroden auf der Tragestruktur in separate Bestandteile zu unterteilen.According to a further aspect of the invention, the actuation element is divided longitudinally into separate components. In this case, the longitudinal direction is understood to mean the direction of a surface normal of the micromirror due to its geometric center of gravity, in particular in the non-pivoted basic position of the micromirror. The actuation element is in particular formed by one or more electrodes. In this case, actuation electrodes are arranged, on the one hand, on the displacement component, which is also referred to as the actuator pin, and, on the other hand, on the support component, which is also referred to as a support structure. Both the electrodes on the actuator pin and the electrodes, which are arranged on the support structure, may be subdivided into separate components in the longitudinal direction. It is also possible to divide only the electrodes on the actuator pin or only the electrodes on the support structure into separate components.
Es ist insbesondere möglich, die Elektroden auf dem Aktuatorstift in einen unteren Teil und einen oberen Teil zu unterteilen. Hierbei bezeichnet der obere Teil den dem Mikrospiegel näheren Teil der Aktuatorelektrode, während der untere Teil den dem Mikrospiegel entfernteren Teil der Aktuatorelektrode bezeichnet.In particular, it is possible to divide the electrodes on the actuator pin into a lower part and an upper part. In this case, the upper part designates the part of the actuator electrode which is closer to the micromirror, while the lower part designates the part of the actuator electrode which is more remote from the micromirror.
Gemäß einen weiteren Aspekt der Erfindung ist es möglich, die Aktuatorelektroden im unteren Teil und im oberen Teil jeweils um die Längsachse verdreht zueinander anzuordnen. Allgemein können die Aktuationselektroden im unteren Teil und im oberen Teil im Hinblick auf eine Position relativ zur Längsachse gegeneinander versetzt angeordnet sein. Es ist insbesondere möglich, die Elektroden im unteren Teil und im oberen Teil jeweils axial gespiegelt zueinander anzuordnen. Dies ermöglicht es auf besonders einfache Weise, einen linearen Versatz des Mikrospiegels zu kompensieren.According to a further aspect of the invention, it is possible to arrange the actuator electrodes in the lower part and in the upper part in each case rotated about the longitudinal axis to one another. In general, the actuation electrodes in the lower part and in the upper part can be offset relative to one another with respect to a position relative to the longitudinal axis. It is particularly possible to arrange the electrodes in the lower part and in the upper part in each case axially mirrored to one another. This makes it possible in a particularly simple way to compensate for a linear offset of the micromirror.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Bestandteile der Aktuationselektroden unterschiedliche Abmessungen auf. Sie weisen insbesondere eine unterschiedliche Erstreckung in Längsrichtung auf. Vorzugsweise weist die obere Elektrode eine geringere Höhe ho auf als die untere Elektrode, ho < hu. Es gilt insbesondere: ho:hu < 3:4, insbesondere ho:hu < 2:3, insbesondere ho:hu < 1:2. Hieraus ergibt sich der vorteilhafte Nebeneffekt, dass der Schwerpunkt der Kombination Mikrospiegel und Aktuatorstift in Richtung der Schwenkachse verschoben wird. Die Schwenkachse ist insbesondere in Längsrichtung zwischen den beiden Bestandteilen zu der Aktuatorelektrode, das heißt zwischen deren oberem Teil und deren unterem Teil, angeordnet.According to a further aspect of the invention, the components of the actuation electrodes have different dimensions. In particular, they have a different extent in the longitudinal direction. Preferably, the upper electrode has a lower height h o than the lower electrode, h o <h u . In particular: h o : h u <3: 4, in particular h o : h u <2: 3, in particular h o : h u <1: 2. This results in the advantageous side effect that the focus of the combination micromirror and actuator pin is moved in the direction of the pivot axis. The pivot axis is arranged in particular in the longitudinal direction between the two components to the actuator electrode, that is between the upper part and the lower part thereof.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Bestandteile der Aktuator-Einrichtung differenziell mit einer Steuereinrichtung und/oder einer Sensoreinrichtung verschaltet. Hierdurch kann die Ansteuerung des Aktuators verbessert werden.According to a further aspect of the invention, the components of the actuator device are differentially connected to a control device and / or a sensor device. As a result, the control of the actuator can be improved.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Kombination aus dem Mikrospiegel und dem damit verbundenen Aktuatorstift derart ausgebildet, dass der mechanische Schwerpunkt dieser Kombination um weniger als einen vorbestimmten Maximalbetrag von höchstens 1 mm von der Schwenkachse beabstandet ist. Vorzugsweise ist der vorbestimmte Maximalbetrag kleiner als 100 μm, insbesondere kleiner als 10 μm, insbesondere kleiner als 1 μm, insbesondere kleiner als 0,1 μm.According to a further aspect of the invention, the combination of the micromirror and the associated actuator pin is designed such that the mechanical center of gravity of this combination is less than a predetermined one Maximum amount of at most 1 mm from the pivot axis is spaced. Preferably, the predetermined maximum amount is less than 100 .mu.m, in particular less than 10 .mu.m, in particular less than 1 .mu.m, in particular less than 0.1 microns.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Aktuatorstift in Längsrichtung mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Abmessungen quer zur Längsrichtung auf. Der Aktuatorstift kann insbesondere mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Querschnitten, insbesondere mit unterschiedlichen Radien, aufweisen. Hierdurch kann zum einen der Abstand zwischen den zusammengehörenden Aktuatorelektroden beeinflusst werden. Außerdem kann durch eine bereichsweise Anpassung des Aktuatorstifts dessen Massenverteilung beeinflusst werden.According to a further aspect of the invention, the actuator pin in the longitudinal direction at least two areas with different dimensions transverse to the longitudinal direction. In particular, the actuator pin can have at least two regions with different cross sections, in particular with different radii. In this way, on the one hand, the distance between the associated actuator electrodes can be influenced. In addition, by a regional adaptation of the actuator pin its mass distribution can be influenced.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Aktuatorstift ein Gegengewicht. Das Gegengewicht kann entweder am Aktuatorstift angeordnet oder im Aktuatorstift integriert sein. Letzteres ist insbesondere möglich bei einem hohlzylindrischen Aktuatorstift. Durch das Gegengewicht kann die Lage des Schwerpunkts des Systems aus Mikrospiegel und Aktuatorstift beeinflusst werden.According to another aspect of the invention, the actuator pin comprises a counterweight. The counterweight can either be arranged on the actuator pin or integrated in the actuator pin. The latter is particularly possible with a hollow cylindrical actuator pin. The counterbalance can affect the location of the center of gravity of the micromirror and actuator stylus system.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Verlagerungsvorrichtung eine Steuereinrichtung, mittels welcher mindestens eine Kammelektrode mit unterschiedlichen Spannungen an unterschiedlichen Fingern beaufschlagt werden kann. Hierzu ist die Kammelektrode geeignet ausgebildet. Insbesondere sind die mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagbaren Elektrodenfinger voneinander elektrisch isoliert.According to a further aspect of the invention, the displacement device comprises a control device, by means of which at least one comb electrode can be acted upon by different voltages on different fingers. For this purpose, the comb electrode is suitably formed. In particular, the electrode fingers, which can be acted upon by different voltages, are electrically insulated from one another.
Vorzugsweise können jeweils beide der paarweise einander zugeordneten Kammelektroden an unterschiedlichen Fingern mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt werden.Preferably, both of the pairwise associated comb electrodes can be acted on different fingers with different voltages.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass die Finger einer Kammelektrode jeweils alternierend mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt werden. Vorzugsweise werden sowohl die Finger der inneren, das heißt mit dem Aktuatorstift verbundenen, Kammelektrode als auch die Finger der äußeren, das heißt mit der Tragestruktur verbundenen, Kammelektrode jeweils alternierend mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt.According to one aspect of the invention, the control device is designed in such a way that the fingers of a comb electrode are alternately acted upon alternately with different voltages. Preferably, both the fingers of the inner, that is connected to the Aktuatorstift, comb electrode and the fingers of the outer, that is connected to the support structure, comb electrode are each applied alternately with different voltages.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass es insbesondere vorteilhaft sein kann, die Finger der inneren Kammelektrode jeweils alternierend mit unterschiedlichen Spannungen zu beaufschlagen, wobei sämtliche Spannungen an der inneren Kammelektrode von denen an der äußeren Kammelektrode abweichen. Kennzeichnet man die Spannungen, mit welchen die Finger der äußeren Kammelektrode jeweils beaufschlagt werden, mit einem Index a und die, mit welchen die Finger der inneren Kammelektrode beaufschlagt werden, jeweils mit einem Index i und nummeriert die Spannungen nach den aufeinanderfolgenden Elektrodenfingern, so gilt insbesondere: Vi,n < Va,n < Va,n+i < Vi,n+i Diese Reihenfolge wird zyklisch wiederholt, das heißt Va,n = Vs,n+2 und Vi,n = Vi,n+2. Durch diese Wahl der Spannungen an den einzelnen Elektrodenfingern kann zum einen eine parasitäre Querkraft wirksam kompensiert werden, außerdem ist es hierdurch möglich, eine bestimmte, gewünschte Aktuationskraft zu erreichen.According to the invention, it has been found that it can be particularly advantageous to apply different voltages to the fingers of the inner comb electrode alternately, wherein all stresses on the inner comb electrode deviate from those on the outer comb electrode. If the voltages with which the fingers of the outer comb electrode are each acted upon are indicated by an index a and those applied to the fingers of the inner comb electrode, each with an index i and numbering the voltages after the successive electrode fingers, the following applies in particular V i, n <V a, n <V a, n + i <V i, n + i This sequence is repeated cyclically, ie V a, n = V s, n + 2 and V i, n = V i, n + 2 . On the one hand, a parasitic transverse force can be effectively compensated by this selection of the voltages on the individual electrode fingers, and it is thereby possible to achieve a specific, desired actuation force.
Die unterschiedlichen Details können auch miteinander kombiniert werden.The different details can also be combined with each other.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein optisches Bauelement zu verbessern.Another object is to improve an optical device.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus den vorhergehend beschriebenen.This object is solved by the features of claim 15. The advantages result from the previously described.
Beim optischen Bauelement kann es sich insbesondere um ein Bauelement für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage handeln. Die Mikrospiegel sind insbesondere mit einer Multilayerbeschichtung zur Reflexion von EUV-Strahlung versehen. Das optische Bauelement kann insbesondere einen Facettenspiegel einer Beleuchtungsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage bilden.The optical component may in particular be a component for an EUV projection exposure apparatus. The micromirrors are in particular provided with a multilayer coating for reflection of EUV radiation. In particular, the optical component can form a facet mirror of an illumination optical system of a projection exposure apparatus.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine optische Baugruppe, eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 16 bis 19 gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus den vorhergehend beschriebenen.Further objects of the invention are to improve an optical assembly, an illumination optical system and a lighting system for a projection exposure apparatus as well as a projection exposure apparatus. These objects are achieved by the features of claims 16 to 19. The advantages result from the previously described.
Beim Einsatz eines Beleuchtungssystems mit einer EUV-Strahlungsquelle mit einer erzeugten Nutzstrahlung im Bereich von 5 mit bis 30 mit kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen optischen Baugruppe besonders gut zum Tragen.When using a lighting system with an EUV radiation source with a generated useful radiation in the range of 5 to 30 with the advantages of the optical assembly according to the invention come particularly well to fruition.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 20 gelöst. Die Vorteile ergeben sich wiederum aus den bereits beschriebenen.Another object of the invention is to improve a method of manufacturing a micro- or nanostructured device. This object is solved by the features of claim 20. The advantages again result from those already described.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. In this show:
1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithografie mit einer im Meridionalschnitt dargestellten Beleuchtungsoptik und einer Projektionsoptik; 1 schematically a projection exposure apparatus for microlithography with a lighting optical system shown in the meridional section and a projection optics;
2 eine weitere Ausführung einer Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 mit einem Multispiegel-Array (MMA) und einem von diesem beleuchteten Pupillenfacettenspiegel; 2 a further embodiment of an illumination optical system of the projection exposure after 1 with a multi-level array (MMA) and a pupil facet mirror illuminated by it;
3 schematisch eine Aufsicht auf den Pupillenfacettenspiegel nach 2 mit einer Pupillenfacetten-Ausleuchtung, die einem Beleuchtungssetting entspricht; 3 schematically a plan view of the pupil facet mirror after 2 with a pupil facet illumination corresponding to a lighting setting;
4 die Beleuchtungsoptik nach 2 mit einer umgestellten Kanalzuordnung des Multispiegel-Arrays zum Pupillenfacettenspiegel; 4 the illumination optics after 2 with a rearranged channel assignment of the multi-level array to the pupil facet mirror;
5 schematisch eine Aufsicht auf den Pupillenfacettenspiegel nach 4 mit einer Pupillenfacetten-Ausleuchtung, die einem annularen Beleuchtungssetting entspricht; 5 schematically a plan view of the pupil facet mirror after 4 with a pupil facet illumination corresponding to an annular illumination setting;
6 schematisch eine Ausführung eines Einzelspiegels eines der Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik nach 1 beziehungsweise eines Einzelspiegels des Multispiegel-Arrays nach 3 in einer geschnittenen Seitenansicht; 6 schematically an embodiment of an individual mirror of the facet mirror of the illumination optical system according to 1 or an individual mirror of the multi-mirror array 3 in a sectional side view;
7 perspektivisch eine Ausschnittsvergrößerung der Spiegelanordnung nach 6 im Bereich eines freien Endes eines einen Permanentmagneten aufweisenden Aktuatorstiftes; 7 in perspective an enlarged detail of the mirror assembly according to 6 in the region of a free end of a permanent magnet having an actuator pin;
8 eine Ausführung einer Aufhängung eines Einzelspiegels nach den 6 und 12; 8th an embodiment of a suspension of a single mirror after the 6 and 12 ;
9 in einer zu 6 ähnlichen Darstellung schematisch zwei nebeneinander liegende Einzelspiegel einer weiteren Ausführung eines der Facettenspiegel der Beleuchtungsoptik nach 1 beziehungsweise des Multispiegel-Arrays nach 3 in einer geschnittenen Seitenansicht, wobei der in der 9 links dargestellte Einzelspiegel in einer unverkippten Neutralstellung und der in der 9 rechts dargestellte Einzelspiegel in einer durch den Aktuator verkippten Stellung dargestellt ist; 9 in one too 6 similar representation schematically two juxtaposed individual mirror of a further embodiment of the facet mirror of the illumination optical system according to 1 or the multi-level array 3 in a sectional side view, wherein in the 9 left individual mirror in an untilted neutral position and in the 9 shown right single mirror is shown in a tilted position by the actuator;
10 einen Schnitt gemäß Linie XV–XV in 9; 10 a section according to line XV-XV in 9 ;
11 schematisch Verfahrensschritte eines Verfahrensablaufs zur Herstellung von Gegenelektroden eines Aktuators zur Verlagerung eines Spiegelkörpers des Einzelspiegels in der Ausführung nach den 9 und 10; 11 schematically method steps of a method sequence for the production of counterelectrodes of an actuator for displacing a mirror body of the individual mirror in the embodiment according to the 9 and 10 ;
12 schematisch einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Integration eines Spiegelkörpers mit einer Spiegelfläche mit geringer Rauheit in einen Einzelspiegel der Ausführung nach den 9 und 10; 12 schematically a process flow of a method for integrating a mirror body with a mirror surface with low roughness in a single mirror of the embodiment of the 9 and 10 ;
13a in einer zu 9 ähnlichen Darstellung eine Ausschnittsvergrößerung einer weiteren Ausführung eines Einzelspiegels im Bereich eines Abstandshalters und eines Aktuatorstiftes und einen zwischenliegenden Wärmeleitungsabschnitt; 13a in one too 9 a similar representation an enlarged detail of another embodiment of a single mirror in the region of a spacer and an actuator pin and an intermediate heat conduction portion;
13b in einer zu 13a ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer Verbindung des Abstandshalters mit dem Aktuatorstift und dem Wärmeleitungsabschnitt; 13b in one too 13a a similar representation of a further embodiment of a compound of the spacer with the Aktuatorstift and the heat conduction portion;
14 schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführung einer optischen Baugruppe senkrecht zu Reflexionsflächen der Einzelspiegel, wobei zusätzlich zu einer schematisch dargestellten Spiegelplatte mit einer Array-Anordnung der Einzelspiegel eine Ansteuerungsplatine zur Ansteuerung der Aktuatoren der Einzelspiegel dargestellt ist; 14 schematically a cross section through an embodiment of an optical assembly perpendicular to reflection surfaces of the individual mirror, wherein in addition to a schematically illustrated mirror plate with an array arrangement of the individual mirrors a control board for controlling the actuators of the individual mirror is shown;
15 in einer zur 9 ähnlichen Darstellung eine weitere Ausführung einer Mehrzahl nebeneinander liegender Einzelspiegel der optischen Baugruppe, wobei unterhalb von Tragstrukturen der Einzelspiegel die Ansteuerplatine schematisch dargestellt ist, die auf der den Reflexionsflächen der Einzelspiegel gegenüberliegenden Seite angeordnet ist; 15 in a to 9 similar representation, a further embodiment of a plurality of juxtaposed individual mirror of the optical assembly, wherein below the support structures of the individual mirror, the drive board is shown schematically, which is arranged on the opposite sides of the reflection surfaces of the individual mirror;
16 und 17 unterschiedliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels mit Aktuator, 16 and 17 different views of another embodiment of the single mirror with actuator,
18 vergrößerte Detailansicht einer Führungsfeder des Aktuators gemäß den 16 und 17, 18 enlarged detail view of a guide spring of the actuator according to the 16 and 17 .
19 und 20 schematische Detailansichten zweier Ausführungsformen von Blattfedern zur torsionsweichen aber biegesteifen Aufhängung eines Mikrospiegels, 19 and 20 schematic detail views of two embodiments of leaf springs for torsionally flexible but rigid suspension of a micromirror,
21 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels mit Aktuator, 21 a view of another embodiment of the single mirror with actuator,
22a und b Schnittdarstellungen durch die Aktuatorelektroden des Aktuators gemäß 21 entlang der Linien XXIIa-XXIIa beziehungsweise XXIIb-XXIIb, 22a and b sectional views through the actuator electrodes of the actuator according to 21 along the lines XXIIa-XXIIa and XXIIb-XXIIb, respectively,
23 eine Darstellung gemäß 21 einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels mit Aktuator, 23 a representation according to 21 a further embodiment of the single mirror with actuator,
24 eine Darstellung gemäß 21 einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels mit Aktuator, 24 a representation according to 21 a further embodiment of the single mirror with actuator,
25 eine Darstellung gemäß 21 einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels mit Aktuator und 25 a representation according to 21 a further embodiment of the single mirror with actuator and
26 einen Detailausschnitt der Kammelektroden des Aktuators gemäß 17. 26 a detail of the comb electrodes of the actuator according to 17 ,
Zunächst wird der allgemeine Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage 1 und deren Bestandteile beschrieben. Für Details diesbezüglich sei auf die WO 2010/049076 A2 verwiesen, die hiermit vollständig als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung in diese integriert ist. 1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Das Objektfeld 5 kann rechteckig oder bogenförmig mit einem x/y-Aspektverhältnis von beispielsweise 13/1 gestaltet sein. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Herstellung mikro- beziehungsweise nanostrukturierter Halbleiter-Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Eine Projektionsoptik 7 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist.First, the general structure of a projection exposure apparatus 1 and their components are described. For details in this regard is on the WO 2010/049076 A2 which is hereby incorporated in its entirety as part of the present application. 1 schematically shows in a meridional section a projection exposure system 1 for microlithography. A lighting system 2 the projection exposure system 1 has next to a radiation source 3 an illumination optics 4 for the exposure of an object field 5 in an object plane 6 , The object field 5 may be rectangular or arcuate with an x / y aspect ratio of, for example, 13/1. One is exposed in the object field 5 arranged and in the 1 not shown reflective reticle, the one with the projection exposure system 1 contributes to the production of microstructured or nanostructured semiconductor devices to be projected structure. A projection optics 7 serves to represent the object field 5 in a picture field 8th in an image plane 9 , The structure on the reticle is imaged onto a photosensitive layer in the area of the image field 8th in the picture plane 9 arranged wafer, which is not shown in the drawing.
Das Retikel, das von einem nicht dargestellten Retikelhalter gehalten ist, und der Wafer, der von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten ist, werden beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 7 kann auch ein gegenläufiges Scannen des Retikels relativ zum Wafer stattfinden.The reticle, which is held by a reticle holder, not shown, and the wafer, which is held by a wafer holder, not shown, are in operation of the projection exposure apparatus 1 scanned synchronously in the y-direction. Depending on the imaging scale of the projection optics 7 can also take place an opposite scanning of the reticle relative to the wafer.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, Gas Discharge Produced Plasma), oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma) handeln. Auch andere EUV-Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser (Freie Elektronenlaser, FEL) basieren, sind möglich.At the radiation source 3 it is an EUV radiation source with an emitted useful radiation in the range between 5 nm and 30 nm. It can be a plasma source, for example a GDPP source (plasma generation by gas discharge, gas discharge produced plasma), or an LPP Source (plasma generation by laser, laser produced plasma). Other EUV radiation sources are also possible, for example those based on a synchrotron or on a Free Electron Laser (FEL).
EUV-Strahlung 10, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 11 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist beispielsweise aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 11 propagiert die EUV-Strahlung 10 durch eine Zwischenfokusebene 12, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 13 trifft. Der Feldfacettenspiegel 13 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Objektebene 6 optisch konjugiert ist.EUV radiation 10 coming from the radiation source 3 emanating from a collector 11 bundled. A corresponding collector is for example from the EP 1 225 481 A known. After the collector 11 propagates the EUV radiation 10 through an intermediate focus level 12 before moving to a field facet mirror 13 meets. The field facet mirror 13 is in a plane of illumination optics 4 arranged to the object level 6 is optically conjugated.
Die EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet.The EUV radiation 10 is hereinafter also referred to as useful radiation, illumination light or as imaging light.
Nach dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von einem Pupillenfacettenspiegel 14 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut, die nachfolgend noch näher beschrieben werden. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel derart sein, dass jede der Feldfacetten, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten jeweils zugeordneten Pupillenfacetten des Pupillenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel gebildet sein können.After the field facet mirror 13 becomes the EUV radiation 10 from a pupil facet mirror 14 reflected. The pupil facet mirror 14 lies either in the entrance pupil plane of the illumination optics 7 or in a plane optically conjugated thereto. The field facet mirror 13 and the pupil facet mirror 14 are constructed from a variety of individual mirrors, which are described in more detail below. In this case, the subdivision of the field facet mirror 13 be in individual mirrors such that each of the field facets, which for themselves the entire object field 5 Illuminate, represented by exactly one of the individual mirrors. Alternatively, it is possible to construct at least some or all of the field facets through a plurality of such individual mirrors. The same applies to the configuration of the pupil facets of the pupil facet mirror respectively assigned to the field facets 14 , which may each be formed by a single individual mirror or by a plurality of such individual mirrors.
Die EUV-Strahlung 10 trifft auf die beiden Facettenspiegel 13, 14 unter einem Einfallswinkel auf, der kleiner oder gleich 25° ist. Die beiden Facettenspiegel werden also im Bereich eines normal incidence-Betriebs mit der EUV-Strahlung 10 beaufschlagt. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall (grazing incidence) ist möglich. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 7 darstellt beziehungsweise zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch konjugiert ist. Mithilfe des Pupillenfacettenspiegels 14 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 10 bezeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden die Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 einander überlagernd in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing incidence Spiegel”). Die Übertragungsoptik 15 wird zusammen mit dem Pupillenfacettenspiegel 14 auch als Folgeoptik zur Überführung der EUV-Strahlung 10 vom Feldfacettenspiegel 13 hin zum Objektfeld 5 bezeichnet. Das Beleuchtungslicht 10 wird von der Strahlungsquelle 3 hin zum Objektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette des Pupillenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten zu den Feldfacetten und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann. Es resultieren unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichts 10 über das Objektfeld 5 unterscheiden.The EUV radiation 10 meets the two facet mirrors 13 . 14 at an angle of incidence which is less than or equal to 25 °. The two facet mirrors are thus in the range of a normal incidence operation with the EUV radiation 10 applied. Also, an application under grazing incidence (grazing incidence) is possible. The pupil facet mirror 14 is in a plane of illumination optics 4 arranged, which is a pupil plane of the projection optics 7 represents or to a pupil plane of the projection optics 7 is optically conjugated. Using the pupil facet mirror 14 and an imaging optical assembly in the form of a transmission optics 15 with in the order of the beam path for the EUV radiation 10 designated mirrors 16 . 17 and 18 become the field facets of the field facet mirror 13 overlapping each other in the object field 5 displayed. The last mirror 18 the transmission optics 15 is a grazing incidence mirror. The transmission optics 15 becomes along with the pupil facet mirror 14 also as a follow-up optics for the transfer of EUV radiation 10 from the field facet mirror 13 towards the object field 5 designated. The illumination light 10 is from the radiation source 3 towards the object field 5 guided over a plurality of illumination channels. Each of these illumination channels is a field facet of the field facet mirror 13 and one of these downstream pupil facets of the pupil facet mirror 14 assigned. The individual mirrors of the field facet mirror 13 and the pupil facet mirror 14 can be tiltable actuator, so that a change of the assignment of the pupil facets to the field facets and correspondingly a changed configuration of the illumination channels can be achieved. This results in different lighting settings, resulting in the distribution of the illumination angle of the illumination light 10 over the object field 5 differ.
Zur Erleichterung der Erläuterung von Lagebeziehungen wird nachfolgend unter anderem ein globales kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene auf den Betrachter zu. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.To facilitate the explanation of positional relationships, a global Cartesian xyz coordinate system is used below, among other things. The x-axis runs in the 1 perpendicular to the drawing plane towards the viewer. The y-axis runs in the 1 to the right. The z-axis runs in the 1 up.
In ausgewählten der nachfolgenden Figuren ist ein lokales kartesisches xyz-Koordinatensystem eingezeichnet, wobei die x-Achse parallel zur x-Achse nach der 1 verläuft und die y-Achse mit dieser x-Achse die optische Fläche des jeweiligen optischen Elements aufspannt.In selected of the following figures, a local Cartesian xyz coordinate system is shown, wherein the x-axis parallel to the x-axis after the 1 runs and the y-axis spans the optical surface of the respective optical element with this x-axis.
Unterschiedliche Beleuchtungssettings können über eine Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und einen entsprechenden Wechsel der Zuordnung dieser Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 zu den Einzelspiegeln des Pupillenfacettenspiegels 14 erreicht werden. Abhängig von der Verkippung der Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 werden die diesen Einzelspiegeln neu zugeordneten Einzelspiegel des Pupillenfacettenspiegels 14 so durch Verkippung nachgeführt, dass wiederum eine Abbildung der Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 13 in das Objektfeld 5 gewährleistet ist.Different illumination settings can be achieved by tilting the individual mirrors of the field facet mirror 13 and a corresponding change of the assignment of these individual mirrors of the field facet mirror 13 to the individual mirrors of the pupil facet mirror 14 be achieved. Depending on the tilt of the individual mirrors of the field facet mirror 13 The individual mirrors newly assigned to these individual mirrors of the pupil facet mirror 14 so tracked by tilting, that in turn an image of the field facets of the field facet mirror 13 in the object field 5 is guaranteed.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Beleuchtungsoptik 24 für die Projektionsbelichtungsanlage 1. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. 2 shows an alternative embodiment of a lighting optical system 24 for the projection exposure machine 1 , Components which correspond to those described above with reference to 1 already described, bear the same reference numbers and will not be discussed again in detail.
Von der Strahlungsquelle 3, die ebenfalls als LPP-Quelle ausgebildet sein kann, ausgehende Nutzstrahlung 10 wird zunächst von einem ersten Kollektor 25 gesammelt. Bei dem Kollektor 25 kann es sich um einen Parabolspiegel handeln, der die Strahlungsquelle 3 in die Zwischenfokusebene 12 abbildet beziehungsweise das Licht der Strahlungsquelle 3 auf den Zwischenfokus in der Zwischenfokusebene 12 fokussiert. Der Kollektor 25 kann so betrieben werden, dass er vor der Nutzstrahlung 10 mit Einfallswinkeln nahe 0° beaufschlagt wird. Der Kollektor 25 wird dann nahe der senkrechten Inzidenz (normal incidence) betrieben und daher auch als normal incidence(NI-)Spiegel bezeichnet. Auch ein unter streifendem Einfall betriebener Kollektor kann anstelle des Kollektors 25 zum Einsatz kommen.From the radiation source 3 , which may also be designed as an LPP source, outgoing useful radiation 10 is first from a first collector 25 collected. At the collector 25 it can be a parabolic mirror, which is the source of radiation 3 in the Zwischenfokusebene 12 images or the light of the radiation source 3 to the intermediate focus in the Zwischenfokusbene 12 focused. The collector 25 can be operated so that it is before the useful radiation 10 with incident angles near 0 ° is applied. The collector 25 is then operated near the normal incidence and therefore also referred to as normal incidence (NI) levels. Even under grazing incidence operated collector can instead of the collector 25 be used.
Der Zwischenfokusebene 12 ist bei der Beleuchtungsoptik 24 ein Feldfacettenspiegel 26 in Form eines Multi- beziehungsweise Mikrospiegel-Arrays (MMA) als Beispiel für eine optische Baugruppe zur Führung der Nutzstrahlung 10, also des EUV-Strahlungsbündels, nachgeordnet. Der Feldfacettenspiegel 26 ist als mikroelektromechanisches System (MEMS) ausgebildet. Er weist eine Vielzahl von matrixartig zeilen- und spaltenweise in einem Array angeordneten Einzelspiegeln 27 auf. Die Einzelspiegel 27 sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt, wie nachfolgend noch erläutert wird. Insgesamt weist der Feldfacettenspiegel 26 etwa 100000 der Einzelspiegel 27 auf. Je nach Größe der Einzelspiegel 27 kann der Feldfacettenspiegel 26 auch beispielsweise 1000, 5000, 7000 oder auch mehrere hunderttausend, beispielsweise 500000 Einzelspiegel 27 aufweisen.The intermediate focus level 12 is in the lighting optics 24 a field facet mirror 26 in the form of a multi-mirror or micromirror array (MMA) as an example of an optical assembly for guiding the useful radiation 10 , ie the EUV radiation bundle, downstream. The field facet mirror 26 is designed as a microelectromechanical system (MEMS). It has a multiplicity of individual mirrors arranged in matrix-like rows and columns in an array 27 on. The individual mirrors 27 are designed actuatable tilting, as will be explained below. Overall, the field facet mirror 26 about 100,000 of the individual mirrors 27 on. Depending on the size of the individual mirror 27 can the field facet mirror 26 for example, 1000, 5000, 7000 or even several hundred thousand, for example, 500,000 individual mirrors 27 exhibit.
Vor dem Feldfacettenspiegel 26 kann ein Spektralfilter angeordnet sein, der die Nutzstrahlung 10 von anderen, nicht für die Projektionsbelichtung nutzbaren Wellenlängenkomponenten der Emission der Strahlungsquelle 3 trennt. Der Spektralfilter ist nicht dargestellt.In front of the field facet mirror 26 can be arranged a spectral filter, which is the useful radiation 10 from other wavelength components of the radiation source emission not usable for the projection exposure 3 separates. The spectral filter is not shown.
Der Feldfacettenspiegel 26 wird mit Nutzstrahlung 10 mit einer Leistung von 840 W und einer Leistungsdichte von 6,5 kW/m2 beaufschlagt.The field facet mirror 26 is using useful radiation 10 with a power of 840 W and a power density of 6.5 kW / m 2 applied.
Das gesamte Einzelspiegel-Array des Facettenspiegels 26 hat einen Durchmesser von 500 mm und ist dicht gepackt mit den Einzelspiegeln 27 ausgelegt. Die Einzelspiegel 27 repräsentieren, soweit eine Feldfacette durch jeweils genau einen Einzelspiegel realisiert ist, bis auf einen Skalierungsfaktor die Form des Objektfeldes 5. Der Facettenspiegel 26 kann aus 500 jeweils eine Feldfacette repräsentierenden Einzelspiegeln 27 mit einer Dimension von etwa 5 mm in der y-Richtung und 100 mm in der x-Richtung gebildet sein. Alternativ zur Realisierung jeder Feldfacette durch genau einen Einzelspiegel 27 kann jede der Feldfacetten durch Gruppen von kleineren Einzelspiegeln 27 approximiert werden. Eine Feldfacette mit Dimensionen von 5 mm in der y-Richtung und von 100 mm in der x-Richtung kann z. B. mittels eines 1 × 20-Arrays von Einzelspiegeln 27 der Dimension 5 mm × 5 mm bis hin zu einem 10 x 200-Array von Einzelspiegeln 27 mit den Dimensionen 0,5 mm × 0,5 mm aufgebaut sein. Die Flächenabdeckung des kompletten Feldfacetten-Arrays durch die Einzelspiegel 27 kann 70% bis 80% betragen.The entire single-mirror array of the facet mirror 26 has a diameter of 500 mm and is densely packed with the individual mirrors 27 designed. The individual mirrors 27 represent, as far as a field facet is realized by exactly one individual mirror, except for a scaling factor, the shape of the object field 5 , The facet mirror 26 can consist of 500 individual mirrors each representing a field facet 27 be formed with a dimension of about 5 mm in the y-direction and 100 mm in the x-direction. Alternatively to the realization of each field facet by exactly one single mirror 27 Each of the field facets can be divided into groups of smaller individual mirrors 27 be approximated. A field facet with dimensions of 5mm in the y-direction and 100mm in the x-direction may e.g. B. by means of a 1 × 20 array of individual mirrors 27 5 mm × 5 mm to a 10 × 200 array of individual mirrors 27 be constructed with the dimensions 0.5 mm × 0.5 mm. The area coverage of the complete field facet array by the individual mirrors 27 can be 70% to 80%.
Von den Einzelspiegeln 27 des Facettenspiegels 26 wird das Nutzlicht 10 hin zu einem Pupillenfacettenspiegel 28 reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 28 hat etwa 2.000 statische Pupillenfacetten 29. Diese sind in einer Mehrzahl konzentrischer Ringe nebeneinander angeordnet, sodass die Pupillenfacette 29 des innersten Rings sektorförmig und die Pupillenfacetten 29 der sich hieran unmittelbar anschließenden Ringe ringsektorförmig gestaltet sind. In einem Quadranten des Pupillenfacettenspiegels 28 können in jedem der Ringe 12 Pupillenfacetten 29 nebeneinander vorliegen. Jeder der in der 3 dargestellten Ringsektoren ist wiederum von einer Mehrzahl von Einzelspiegeln 27 gebildet. From the individual mirrors 27 of the facet mirror 26 becomes the useful light 10 towards a pupil facet mirror 28 reflected. The pupil facet mirror 28 has about 2,000 static pupil facets 29 , These are arranged side by side in a plurality of concentric rings, so that the pupil facet 29 of the innermost ring sector-shaped and the pupil facets 29 the rings immediately adjacent thereto are designed ring sector-shaped. In a quadrant of the pupil facet mirror 28 can in each of the rings 12 pupil facets 29 coexist. Everyone in the 3 shown ring sectors is in turn of a plurality of individual mirrors 27 educated.
Von den Pupillenfacetten 29 wird das Nutzlicht 10 hin zu einem reflektierenden Retikel 30 reflektiert, das in der Objektebene 6 angeordnet ist. Es schließt sich dann die Projektionsoptik 7 an, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 erläutert.From the pupil facets 29 becomes the useful light 10 towards a reflective reticle 30 reflected in the object plane 6 is arranged. It then closes the projection optics 7 as described above in connection with the projection exposure apparatus 1 explained.
Zwischen dem Facettenspiegel 28 und dem Retikel 30 kann wiederum eine Übertragungsoptik vorgesehen sein, wie vorstehend in Zusammenhang mit der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 erläutert.Between the facet mirror 28 and the reticle 30 In turn, a transmission optics can be provided, as above in connection with the illumination optics 4 to 1 explained.
3 zeigt beispielhaft eine Ausleuchtung der Pupillenfacetten 29 des Pupillenfacettenspiegels 28, mit der angenähert ein konventionelles Beleuchtungssetting erreicht werden kann. In den beiden inneren Pupillenfacettenringen des Pupillenfacettenspiegels 28 wird in Umfangsrichtung jede zweite der Pupillenfacetten 29 beleuchtet. Diese alternierende Beleuchtungsdarstellung in der 3 soll symbolisieren, dass die bei diesem Beleuchtungssetting realisierte Füllungsdichte um einen Faktor 2 geringer ist als bei einem annularen Beleuchtungssetting. Angestrebt wird in den beiden inneren Pupillenfacettenringen ebenfalls eine homogene Beleuchtungsverteilung, allerdings mit um einen Faktor 2 geringerer Belegungsdichte. Die beiden äußeren in 3 dargestellten Pupillenfacettenringe werden nicht beleuchtet. 3 shows an example of an illumination of the pupil facets 29 of the pupil facet mirror 28 with which a conventional lighting setting can be achieved approximately. In the two inner pupil facet rings of the pupil facet mirror 28 in the circumferential direction, every second of the pupil facets becomes 29 illuminated. This alternating illumination representation in the 3 is intended to symbolize that the filling density realized in this lighting setting is lower by a factor of 2 than in an annular lighting setting. The aim is also in the two inner Pupillenfacettenringen a homogeneous illumination distribution, but with a factor of 2 lower occupation density. The two outer in 3 illustrated pupil facet rings are not illuminated.
4 zeigt schematisch die Verhältnisse bei der Beleuchtungsoptik 24, soweit dort ein annulares Beleuchtungssetting eingestellt ist. Die Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 sind derart aktuatorisch mit Hilfe nachfolgend noch erläuterter Aktuatoren verkippt, sodass auf dem Pupillenfacettenspiegel 28 ein äußerer Ring der ringsektorförmigen Pupillenfacette 29 mit dem Nutzlicht 10 beleuchtet ist. Diese Beleuchtung des Pupillenfacettenspiegels 28 ist in der 5 dargestellt. Die Verkippung der Einzelspiegel 27 zur Erzeugung dieser Beleuchtung ist in der 4 am Beispiel eines der Einzelspiegel 27 beispielhaft angedeutet. 4 schematically shows the conditions in the illumination optics 24 as far as an annular lighting setting is set there. The individual mirrors 27 of the field facet mirror 26 are thus actuated tilted with the help of the following explained actuators, so that on the pupil facet mirror 28 an outer ring of the annular sector-shaped pupil facet 29 with the useful light 10 is lit. This illumination of the pupil facet mirror 28 is in the 5 shown. The tilting of the individual mirrors 27 to generate this lighting is in the 4 the example of one of the individual mirrors 27 indicated by way of example.
Zum Umstellen der Beleuchtungssettings entsprechend den 2, und 4 ist ein Kippwinkel der Einzelspiegel 27 im Bereich von ± 50 mrad erforderlich. Die jeweilige Kippposition für das einzustellende Beleuchtungssetting muss mit einer Genauigkeit von 0,2 mrad eingehalten werden.To change the lighting settings according to 2 , and 4 is a tilt angle of the individual mirror 27 required in the range of ± 50 mrad. The respective tilt position for the lighting setting to be set must be maintained with an accuracy of 0.2 mrad.
Die Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 beziehungsweise die entsprechend aufgebauten Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 14 bei der Ausführung der Beleuchtungsoptik 4 nach 1 tragen Multilayer-Beschichtungen zur Optimierung ihrer Reflektivität bei der Wellenlänge der Nutzstrahlung 10. Die Temperatur der Multilayer-Beschichtungen sollte 425 K beim Betreiben der Projektionsbelichtungsanlage 1 nicht überschreiten.The individual mirrors 27 of the field facet mirror 26 or the correspondingly constructed individual mirrors of the field facet mirror 13 and the pupil facet mirror 14 in the execution of the illumination optics 4 to 1 Apply multilayer coatings to optimize their reflectivity at the wavelength of the useful radiation 10 , The temperature of the multilayer coatings should be 425 K while operating the projection exposure equipment 1 do not exceed.
Dies wird durch einen Aufbau der Einzelspiegel erreicht, der (vgl. 6) nachfolgend beispielhaft anhand eines der Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 erläutert wird.This is achieved by a construction of the individual mirrors, which (cf. 6 ) below by way of example with reference to one of the individual mirrors 27 of the field facet mirror 26 is explained.
Die Einzelspiegel 27 der Beleuchtungsoptik 4 beziehungsweise 24 sind in einer evakuierbaren Kammer 32 untergebracht, von der in den 2 und 6 eine Begrenzungswand 33 angedeutet ist. Die Kammer 32 kommuniziert über eine Fluidleitung 33a, in der ein Absperrventil 33b untergebracht ist, mit einer Vakuumpumpe 33c. Der Betriebsdruck in der evakuierbaren Kammer 32 beträgt einige Pascal, insbesondere 3 Pa bis 5 Pa (Partialdruck H2). Alle anderen Partialdrücke liegen deutlich unterhalb von 1 × 10–7 mbar.The individual mirrors 27 the illumination optics 4 respectively 24 are in an evacuable chamber 32 housed in the 2 and 6 a boundary wall 33 is indicated. The chamber 32 communicates via a fluid line 33a in which a shut-off valve 33b is housed, with a vacuum pump 33c , The operating pressure in the evacuable chamber 32 is some Pascal, in particular 3 Pa to 5 Pa (partial pressure H 2 ). All other partial pressures are well below 1 × 10 -7 mbar.
Der die Mehrzahl von Einzelspiegeln 27 aufweisende Spiegel bildet zusammen mit der evakuierbaren Kammer 32 eine optische Baugruppe zur Führung eines Bündels der EUV-Strahlung 10. Der Einzelspiegel 27 kann Teil eines der Facettenspiegel 13, 14 beziehungsweise 26, 28 sein.The the majority of individual mirrors 27 having mirror forms together with the evacuable chamber 32 an optical assembly for guiding a bundle of EUV radiation 10 , The individual mirror 27 can be part of one of the facet mirrors 13 . 14 respectively 26 . 28 be.
Jeder der Einzelspiegel 27 kann eine beaufschlagbare Reflexionsfläche 34 mit Abmessungen von 0,1 nun × 0,1 mm, 0,5 mm × 0,5 mm oder auch von 5 mm × 5 mm und größer aufweisen. Die Reflexionsfläche 34 ist Teil eines Spiegelkörpers 35 des Einzelspiegels 27. Der Spiegelkörper 35 trägt die Mehrlagen-(Multilayer)-Beschichtung.Each of the individual mirrors 27 can be acted upon reflection surface 34 having dimensions of 0.1 mm × 0.1 mm, 0.5 mm × 0.5 mm or even 5 mm × 5 mm and larger. The reflection surface 34 is part of a mirror body 35 of the single mirror 27 , The mirror body 35 wears the multilayer coating.
Die Reflexionsflächen 34 der Einzelspiegel 27 ergänzen sich zu einer gesamten Spiegel-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 26. Entsprechend können sich die Reflexionsflächen 34 auch zur gesamten Spiegel-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 13 oder des Pupillenfacettenspiegels 14 ergänzen.The reflection surfaces 34 the individual mirror 27 complement each other to a total mirror reflection surface of the field facet mirror 26 , Accordingly, the reflection surfaces can 34 also to the total mirror reflection surface of the field facet mirror 13 or the pupil facet mirror 14 complete.
Eine Tragstruktur 36 oder ein Substrat des Einzelspiegels 27 ist über einen Wärmeleitungsabschnitt 37 mit dem Spiegelkörper 35 mechanisch verbunden (vgl. 6). Teil des Wärmeleitungsabschnitts 37 ist ein Gelenkkörper 38, der eine Verkippung des Spiegelkörpers 35 relativ zur Tragstruktur 36 zulässt. Der Gelenkkörper 38 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, das eine Verkippung des Spiegelkörpers 35 um definierte Kipp-Freiheitsgrade, beispielsweise um eine oder um zwei Kippachsen zulässt. Der Gelenkkörper 38 hat einen äußeren Haltering 39, der an der Tragstruktur 36 festgelegt ist. Weiterhin hat der Gelenkkörper 38 einen gelenkig mit dem Haltering 39 verbundenen inneren Haltekörper 40. Dieser ist zentral unter der Reflexionsfläche 34 angeordnet. Zwischen dem zentralen Haltekörper 40 und dem Spiegelkörper 35 ist ein Abstandshalter 41 angeordnet.A support structure 36 or a substrate of the single mirror 27 is about one Heat conduction section 37 with the mirror body 35 mechanically connected (cf. 6 ). Part of the heat pipe section 37 is a joint body 38 that tilts the mirror body 35 relative to the support structure 36 allows. The joint body 38 can be designed as a solid-body joint, which is a tilting of the mirror body 35 by defined tilting degrees of freedom, for example, by one or two tilt axes permits. The joint body 38 has an outer retaining ring 39 that is attached to the support structure 36 is fixed. Furthermore, the joint body has 38 one articulated with the retaining ring 39 connected inner holding body 40 , This is centrally located under the reflection surface 34 arranged. Between the central holding body 40 and the mirror body 35 is a spacer 41 arranged.
Im Spiegelkörper 35 deponierte Wärme, also insbesondere der im Spiegelkörper 35 absorbierte Anteil der auf den Einzelspiegel 27 auftreffenden Nutzstrahlung 10, wird über den Wärmeleitungsabschnitt 37, nämlich über den Abstandshalter 41, den zentralen Haltekörper 40 und den Gelenkkörper 38 sowie den Halter 39 hin zur Tragstruktur 36 abgeführt. Über den Wärmeleitungsabschnitt 37 kann eine Wärmeleistungsdichte von 10 kW/m2 oder eine Wärmeleistung von mindestens 160 mW an die Tragstruktur 36 abgeführt werden. Der Wärmeleitungsabschnitt 37 ist alternativ zur Abführung einer Wärmeleistungsdichte von mindestens 1 kW/m2 oder einer vom Spiegelkörper 35 aufgenommenen Leistung von mindestens 50 mW auf die Tragstruktur 36 ausgebildet. Bei der aufgenommenen Leistung kann es sich neben absorbierter Leistung der Emission der Strahlungsquelle 3 auch beispielsweise um aufgenommene elektrische Leistung handeln. Die Tragstruktur 36 weist Kühlkanäle 42 auf, durch die ein aktives Kühlfluid geführt ist.In the mirror body 35 deposited heat, so in particular the mirror body 35 absorbed portion of the individual mirror 27 incident useful radiation 10 , is via the heat pipe section 37 , namely about the spacer 41 , the central holding body 40 and the joint body 38 as well as the holder 39 towards the supporting structure 36 dissipated. About the heat pipe section 37 can have a thermal power density of 10 kW / m 2 or a heat output of at least 160 mW to the support structure 36 be dissipated. The heat pipe section 37 is an alternative to dissipating a thermal power density of at least 1 kW / m 2 or one of the mirror body 35 absorbed power of at least 50 mW on the support structure 36 educated. The absorbed power may be, in addition to absorbed power, the emission of the radiation source 3 Also, for example, act on recorded electrical power. The supporting structure 36 has cooling channels 42 through which an active cooling fluid is passed.
Auf der vom Abstandshalter 41 abgewandten Seite des Haltekörpers 40 ist an diesem ein den Abstandshalter 41 mit kleineren Außendurchmesser fortsetzender Aktuatorstift 43 montiert. Der Aktuatorstift 43 umfasst einen Hebelarm 110 und ein Aktuationselement 111. Das Aktuationselement 111 ist insbesondere mit einem Ende des Hebelarms 110 verbunden. Es ist insbesondere mit dem dem Spiegelkörper 35 abgewandten Ende des Hebelarms 110 verbunden. Der Hebelarm 110 ist insbesondere senkrecht zum Spiegelkörper 35 angeordnet. Der Hebelarm 110 weist eine sich in einer Längsrichtung 112 erstreckende Länge L auf. Unter der Länge L sei insbesondere der Abstand von der Lagerung des Hebelarms 110, insbesondere seiner durch den Gelenkkörper 38 definierten Schwenkachse beziehungsweise Schwenkachsen und seinem mit dem Aktuationselement 111 verbundenen freien Ende verstanden.On the from the spacer 41 opposite side of the holding body 40 At this one is the spacer 41 with smaller outer diameter continuing actuator pin 43 assembled. The actuator pin 43 includes a lever arm 110 and an actuation element 111 , The actuation element 111 is in particular with one end of the lever arm 110 connected. It is especially with the mirror body 35 opposite end of the lever arm 110 connected. The lever arm 110 is in particular perpendicular to the mirror body 35 arranged. The lever arm 110 has a longitudinal direction 112 extending length L on. In particular, the length L is the distance from the bearing of the lever arm 110 , in particular its through the joint body 38 defined pivot axis or pivot axes and its with the Aktuationselement 111 connected free end understood.
Der Hebelarm 110 ist passiv, das heißt er trägt nicht aktiv zum vom Aktuatorstift ausübbaren Torsionsmoment bei.The lever arm 110 is passive, meaning that it does not actively contribute to the torsional moment exerted by the actuator pin.
Gemäß der in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ist das Aktuationselement 111 als Permanentmagnet 44 ausgebildet. Ein Nordpol und ein Südpol des Permanentmagneten 44 sind in Längsrichtung 112 des Aktuatorstifts 43 nebeneinander angeordnet, sodass sich ein Verlauf von magnetischen Feldlinien 45 ergibt, wie in der 6 angedeutet. Die Tragstruktur 36 ist als den Aktuatorstift 43 umgebende Hülse ausgestaltet. Die Tragstruktur 36 kann beispielsweise ein Silizium-Wafer sein, auf dem ein ganzes Array von Einzelspiegeln 27 nach Art des in der 6 gezeigten Einzelspiegels 27 angeordnet ist.According to the in the 6 and 7 The embodiment shown is the actuation element 111 as a permanent magnet 44 educated. A north pole and a south pole of the permanent magnet 44 are in the longitudinal direction 112 of the actuator pin 43 arranged side by side, so that a course of magnetic field lines 45 results as in the 6 indicated. The supporting structure 36 is as the actuator pin 43 surrounding sleeve configured. The supporting structure 36 may be, for example, a silicon wafer on which a whole array of individual mirrors 27 by type of in the 6 shown individual mirror 27 is arranged.
Auf der dem Spiegelkörper 35 abgewandten Seite der Tragstruktur 36 und des Aktuatorstifts 43 ist eine Kühlplatte 46 angeordnet. Die Kühlplatte 46 kann durchgehend für alle der Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 vorgesehen sein. In der Kühlplatte 46 sind weitere Kühlkanäle 42 angeordnet, durch die das Kühlfluid aktiv geleitet wird.On the mirror body 35 opposite side of the support structure 36 and the actuator pin 43 is a cooling plate 46 arranged. The cooling plate 46 Can be used continuously for all of the individual mirrors 27 of the field facet mirror 26 be provided. In the cooling plate 46 are more cooling channels 42 arranged, through which the cooling fluid is actively passed.
Die Tragstruktur 36 sowie die Kühlplatte 46 sorgen für eine zusätzliche Strahlungskühlung der wärmebelasteten Komponenten des Einzelspiegels 27, insbesondere für eine Strahlungskühlung des Aktuatorstifts 43.The supporting structure 36 as well as the cooling plate 46 provide additional radiation cooling of the heat-loaded components of the single mirror 27 , in particular for radiation cooling of the actuator pin 43 ,
Auf einer dem Aktuatorstift 43 zugewandten Oberfläche 47 der Kühlplatte 46 sind Leiterbahnen 48 aufgedruckt. Die Kühlplatte 46 dient als Grundkörper zum Aufdrucken der Leiterbahnen 48. Ein Stromfluss durch die Leiterbahnen 48 vermittelt eine Lorentzkraft 49 an den Permanentmagneten 44, für die eine Kraftrichtung in der 6 beispielhaft angedeutet ist. Durch entsprechenden Stromfluss durch die Leiterbahnen 48 lässt sich der Aktuatorstift 43 daher auslenken und entsprechend der Spiegelkörper 35 verkippen.On a the actuator pin 43 facing surface 47 the cooling plate 46 are tracks 48 printed. The cooling plate 46 serves as a base for imprinting the printed conductors 48 , A current flow through the tracks 48 conveys a Lorentz force 49 at the permanent magnets 44 for which a force direction in the 6 is indicated by way of example. By appropriate current flow through the tracks 48 can be the actuator pin 43 therefore deflect and according to the mirror body 35 tilt.
Der Einzelspiegel 27 hat also einen Aktuator in Form eines elektromagnetisch arbeitenden Aktuators speziell in Form eines Lorentz-Aktuators. Ein Lorentz-Aktuator ist grundsätzlich beispielsweise aus der US 7,145,269 B2 bekannt. Ein derartiger Lorentz-Aktuator lässt sich in einem Batch-Prozess als mikroelektromechanisches System (micro-elekctro-mechanical system, MEMS) herstellen. Ein derartiger Aktuator wird daher im Folgenden auch als Mikroaktuator 50 bezeichnet. Mit einem derartigen Lorentz-Aktuator lässt sich eine Kraftdichte von 20 kPa erreichen. Die Kraftdichte ist definiert als das Verhältnis aus der Aktuatorkraft zu derjenigen Fläche des Aktuators, über die die Aktuatorkraft wirkt. Als Maß für die an sich zu betrachtende Seitenfläche des Aktuators, über die die Aktuatorkraft wirkt, kann der Querschnitt des Aktuatorstifts 43 dienen.The individual mirror 27 So has an actuator in the form of an electromagnetically operating actuator, especially in the form of a Lorentz actuator. A Lorentz actuator is basically for example from the US 7,145,269 B2 known. Such a Lorentz actuator can be produced in a batch process as a micro-electro-mechanical system (microelectromechanical system, MEMS). Such an actuator will therefore also be referred to below as a microactuator 50 designated. With such a Lorentz actuator, a force density of 20 kPa can be achieved. The force density is defined as the ratio of the actuator force to that area of the actuator over which the actuator force acts. As a measure of the in itself to be considered side surface of Actuator over which the Aktuatorkraft acts, the cross section of the actuator pin 43 serve.
Alternativ zur Ausführung als Lorentz-Aktuatoren können die Einzelspiegel 27 auch noch als Reluktanz-Aktuatoren, beispielsweise nach Art der WO2007/134574A oder als Piezo-Aktuatoren ausgebildet sein. Mit einem Reluktanz-Aktuator lässt sich eine Kraftdichte von 50 kPa erreichen. Je nach Ausgestaltung lässt sich mit einem Piezo-Aktuator eine Kraftdichte von 50 kPa bis 1 MPa erreichen.Alternatively to the design as Lorentz actuators, the individual mirrors 27 even as reluctance actuators, for example, the type of WO2007 / 134574A or be designed as piezo actuators. With a reluctance actuator, a force density of 50 kPa can be achieved. Depending on the configuration, a force of 50 kPa to 1 MPa can be achieved with a piezo actuator.
Dargestellt sind bei der Ausführung nach 6 Leiterbahnen 48, die in Form von drei nebeneinander liegenden Gruppen aufgedruckt sind. Alternativ ist es möglich, auf die Kühlplatte 46 mehrere übereinander liegende Lagen von gegeneinander isolierten Leiterbahnen aufzudrucken, die sich in der Orientierung der einzelnen Leiter auf der Oberfläche 47 und/oder im Querschnitt der Leiterbahnen unterscheiden. Je nach Stromfluss durch eine dieser übereinander liegenden Leiterbahnen lässt sich dann eine andere Auslenkungsrichtung über die Lorentzkraft 49 erzeugen.Shown in the execution after 6 conductor tracks 48 , which are printed in the form of three adjacent groups. Alternatively, it is possible on the cooling plate 46 to print several superimposed layers of mutually insulated tracks, resulting in the orientation of the individual conductors on the surface 47 and / or differ in cross-section of the interconnects. Depending on the current flow through one of these superimposed interconnects can then be another deflection via the Lorentz force 49 produce.
7 zeigt eine derartige Anordnung von übereinander liegenden Lagen 51 bis 54 der Leiterbahnen 48. Die oberste Leiterbahnen-Lage 51 ist für einen Stromfluss in negativer x-Richtung ausgelegt. Entsprechend verlaufen die einzelnen Leiterbahnen 48 der Lage 51 längs der x-Richtung. Die nicht näher dargestellten Leiterbahnen der darunter liegenden Leiterbahnen-Lagen 52 bis 54 verlaufen beispielsweise längs einer Winkelhalbierenden zum von der x- und der y-Achse aufgespannten Quadranten, unter einem 90°-Winkel zu dieser Winkelhalbierenden sowie längs der y-Richtung. Durch einen entsprechenden Stromfluss durch die so orientierten Leiterbahnen der Lagen 52 bis 54 wird jeweils eine andere Richtung der Lorentzkraft 49 und damit eine andere Auslenkung des Permanentmagneten 44 und des hiermit verbundenen und in der 7 nicht dargestellten Aktuatorstiftes 43 erzeugt. Der Permanentmagnet 44 ist Teil des ansonsten in der 7 nicht dargestellten Aktuatorstifts 43. Er ist mit dem Hebelarm 110 des Mikroaktuators 50 verbunden. 7 shows such an arrangement of superimposed layers 51 to 54 the tracks 48 , The top conductor tracks location 51 is designed for a current flow in the negative x-direction. Accordingly, the individual tracks run 48 the situation 51 along the x-direction. The interconnects, not shown, of the underlying interconnect layers 52 to 54 run, for example, along an angle bisector to the quadrants spanned by the x and y axes, at a 90 ° angle to this bisecting line and along the y direction. By a corresponding current flow through the so-oriented conductor tracks of the layers 52 to 54 turns each time a different direction of the Lorentz force 49 and thus another deflection of the permanent magnet 44 and the related and in the 7 not shown actuator pin 43 generated. The permanent magnet 44 is part of the otherwise in the 7 not shown actuator pin 43 , He is with the lever arm 110 of the microactuator 50 connected.
8 zeigt eine Variante des Gelenkkörpers 38 zwischen dem Haltering 39 und dem zentralen Haltekörper 40. Der Gelenkkörper 38 hat eine Vielzahl benachbarter Festkörpergelenke 55, die als Wärmeleitungsstreifen dienen und einen derart geringen Streifenquerschnitt haben, dass sie elastisch und flexibel sind. Die einander direkt benachbarten Festkörpergelenke 55 sind voneinander getrennt ausgeführt und verbinden den Haltering 39 mit dem zentralen Haltekörper 40. Im Bereich des Übergangs der Festkörpergelenke 55 hin zum äußeren Haltering 39 verlaufen die Festkörpergelenke 55 in etwa tangential. Im Bereich des Übergangs der Festkörpergelenke 55 hin zum zentralen Haltekörper 40 verlaufen die Festkörpergelenke 55 in etwa radial. 8th shows a variant of the joint body 38 between the retaining ring 39 and the central holding body 40 , The joint body 38 has a variety of adjacent solid-state joints 55 , which serve as heat conduction strips and have such a small strip cross-section that they are elastic and flexible. The directly adjacent solid joints 55 are separated from each other and connect the retaining ring 39 with the central holding body 40 , In the area of the transition of the solid-state joints 55 towards the outer retaining ring 39 the solid joints are lost 55 approximately tangential. In the area of the transition of the solid-state joints 55 towards the central holding body 40 the solid joints are lost 55 in about radial.
Die Festkörpergelenke 55 haben zwischen dem Haltering 39 und dem zentralen Haltekörper 40 einen gebogenen Verlauf.The solid joints 55 have between the retaining ring 39 and the central holding body 40 a curved course.
Aufgrund dieses Verlaufs der Festkörpergelenke 55 ergibt sich eine charakteristische Steifigkeit des durch diese Festkörpergelenke 55 gebildeten Gelenkkörpers 38 in Bezug auf die Gegenkraft, die dieser Gelenkkörper 38 der auf den Aktuatorstift 43 ausgeübten Aktuatorkraft entgegenbringt.Because of this course of solid-state joints 55 results in a characteristic stiffness of the through these solid joints 55 formed joint body 38 in terms of the opposing force that this articulated body 38 the on the actuator pin 43 exercised actuator power.
Alternativ zum in der 8 dargestellten gebogenen Verlauf der Festkörpergelenke 55 können diese auch anders geformt sein und/oder einen anderen Verlauf aufweisen, je nachdem, welche Steifigkeitsanforderungen in Bezug auf eine Steifigkeit des Gelenkkörpers 38 in der Ebene des Halterings 39 und senkrecht hierzu gefordert ist.Alternatively to in the 8th illustrated curved course of the solid-state joints 55 These may also be shaped differently and / or have a different course, depending on which stiffness requirements with respect to a stiffness of the joint body 38 in the plane of the retaining ring 39 and is required perpendicular to this.
Die Festkörpergelenke 55 ergeben insgesamt eine als geschlitzte Membran ausgeführte Festkörpergelenkeinrichtung. Durch die dargestellte Streifen-Strukturierung der Membran wird eine deutlich verbesserte mechanische Nachgiebigkeit in Aktuierungsrichtung ohne große Einbußen bei der Wärmeleitfähigkeit, insbesondere bei der abführbaren thermischen Leistungsdichte, erreicht. Die verbesserte mechanische Nachgiebigkeit führt zu einer Reduzierung der notwendigen Aktuierungskraft für den zentralen Haltekörper 40 und damit den hiermit verbundenen Einzelspiegel.The solid joints 55 result in a total designed as a slotted membrane solid state hinge device. The illustrated strip structuring of the membrane achieves a significantly improved mechanical compliance in the actuation direction without great losses in the thermal conductivity, in particular in the case of the dissipative thermal power density. The improved mechanical compliance leads to a reduction of the necessary Aktuierungskraft for the central holding body 40 and thus the associated individual mirror.
Eine Summe der Reflexionsflächen 34 auf den Spiegelkörpern 35 ist größer als das 0,5-fache einer von der Gesamt-Reflexionsfläche des Feldfacettenspiegels 26 belegten Gesamtfläche. Die Gesamtfläche ist dabei definiert als die Summe der Reflexionsflächen 34 zuzüglich der Flächenbelegung durch die Zwischenräume zwischen den Reflexionsflächen 34. Ein Verhältnis der Summe der Reflexionsflächen der Spiegelkörper einerseits zu dieser Gesamtfläche wird auch als Integrationsdichte bezeichnet. Diese Integrationsdichte kann auch größer sein als 0,6, insbesondere größer als 0,7.A sum of reflection surfaces 34 on the mirror bodies 35 is greater than 0.5 times one of the total reflection area of the field facet mirror 26 occupied total area. The total area is defined as the sum of the reflection surfaces 34 plus the area occupied by the spaces between the reflecting surfaces 34 , A ratio of the sum of the reflection surfaces of the mirror bodies on the one hand to this total area is also referred to as the integration density. This integration density can also be greater than 0.6, in particular greater than 0.7.
Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels 30 auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithografischen Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, z. B. eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel 30 und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb verfahren.With the help of the projection exposure system 1 becomes at least a part of the reticle 30 to a region of a photosensitive layer on the wafer for lithographic production of a micro- or nanostructured device, in particular a semiconductor device, for. B. a microchip shown. Depending on the version of the projection exposure system 1 as a scanner or as a stepper become the reticle 30 and the wafer is temporally synchronized in the y-direction continuously in scanner mode or stepwise in stepper mode.
Die optische Baugruppe gemäß 6 wird im Ultrahochvakuum, insbesondere bei einem H2-Partialdruck im Bereich von 3 Pa bis 5 Pa, betrieben. Bei einer typischen Beaufschlagung der Reflexionsfläche 34 mit EUV-Strahlung 10 hat der Spiegelkörper 35 eine Temperatur von maximal 425 K. Über den Abstandshalter 41 fällt diese Temperatur bis zum Haltekörper 40 und zum Haltering 39 um 100 K ab. Zwischen dem Haltering 39 und den Kühlkanälen 42 in der Tragstruktur 36 liegt ein weiteres Temperaturgefälle von 30 K vor. Bis zu den Leiterbahnen 48 hat die optische Baugruppe dann im wesentlichen Raumtemperatur. The optical assembly according to 6 is operated in ultrahigh vacuum, in particular at an H 2 partial pressure in the range of 3 Pa to 5 Pa. For a typical application of the reflection surface 34 with EUV radiation 10 has the mirror body 35 a maximum temperature of 425 K. About the spacer 41 this temperature falls to the holding body 40 and to the retaining ring 39 at 100K. Between the retaining ring 39 and the cooling channels 42 in the supporting structure 36 there is another temperature gradient of 30K. Up to the tracks 48 then the optical assembly has substantially room temperature.
In der Kühlplatte 46 liegt eine Temperatur von etwa 300 K vor.In the cooling plate 46 is a temperature of about 300 K before.
Eine Dämpfung des elektromagnetisch arbeitenden Mikroaktuators 50 kann durch eine Wirbelstromdämpfung oder auch durch eine selbst induzierte Dämpfung in den als Wicklungen vorliegenden Leiterbahnen 48 realisiert sein. Diese Art der Dämpfung wird auch als aktive, insbesondere als induktive Dämpfung bezeichnet.An attenuation of the electromagnetically operating microactuator 50 can by an eddy current damping or by a self-induced damping in the present as windings interconnects 48 be realized. This type of damping is also referred to as active, in particular as inductive damping.
Anhand der 9 und 10 wird nachfolgend eine weitere Ausführung von Einzelspiegeln beschrieben, die nachfolgend beispielhaft anhand zweier Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 26 erläutert wird. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 und insbesondere unter Bezugnahme auf die 6 und 7 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.Based on 9 and 10 a further embodiment of individual mirrors will be described below, the example below with reference to two individual mirrors 27 of the field facet mirror 26 is explained. Components which correspond to those described above with reference to 1 to 8th and in particular with reference to 6 and 7 already described, bear the same reference numbers and will not be discussed again in detail.
Die Ausführung der Einzelspiegel 27 nach den 9 und 10 unterscheidet sich von derjenigen nach den 6 bis 13 zunächst durch die Gestaltung des Wärmeleitungsabschnitts 37. Dieser ist bei der Ausgestaltung nach den 9 und 10 aus insgesamt drei spiralförmig ausgeführten Wärmeleitungsstreifen 56, 57 und 58 zusammengesetzt und stellt eine geschlitzte Membran dar. Der nähere Aufbau der nach Art dreier ineinander verschachtelter Spiralfedern angeordneten Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 ergibt sich aus der Schuttdarstellung der 10. Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 sind radial um ein Zentrum 59 des Einzelspiegels 27 herumführend ausgeführt. In Bezug auf das Zentrum 59 an einem radial inneren Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 nach den 9 und 10 ist ein Verbindungsübergang 56i, 57i, 58i jeweils des Wärmeleitungsstreifens 56, 57, 58 mit dem Spiegelkörper 35 angeordnet. Der radial innere Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 stellt gleichzeitig den Haltekörper 40 dar. Die Verbindung des jeweiligen Wärmeleitungsstreifens 56 bis 58 mit dem Spiegelkörper 35 geschieht über den Verbindungsübergang 56i, 57i, 58i, den zentralen Haltekörper 40 und den Abstandshalter 41.The execution of the individual mirrors 27 after the 9 and 10 is different from the one after the 6 to 13 first by the design of the heat pipe section 37 , This is in the embodiment of the 9 and 10 from a total of three spirally executed heat conduction strips 56 . 57 and 58 composed and represents a slotted membrane. The closer structure of the kind of three nested spiral springs arranged heat conduction strip 56 to 58 results from the debris representation of 10 , The heat pipe strips 56 to 58 are radially around a center 59 of the single mirror 27 running around. In terms of the center 59 at a radially inner connecting portion 60 of the heat pipe section 37 after the 9 and 10 is a connection transition 56i . 57i . 58i each of the heat pipe strip 56 . 57 . 58 with the mirror body 35 arranged. The radially inner connecting portion 60 of the heat pipe section 37 simultaneously represents the holding body 40 dar. The connection of the respective heat conduction strip 56 to 58 with the mirror body 35 happens via the connection transition 56i . 57i . 58i , the central holding body 40 and the spacer 41 ,
An einem radial äußeren Verbindungsabschnitt 61 ist ein Verbindungsübergang 56a, 57a, 58a des jeweiligen Wärmeleitungsstreifens 56, 57, 58 mit der Tragstruktur 36 angeordnet. Die Verbindung der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 mit der Tragstruktur 36 erfolgt über die Verbindungsübergänge 56a, 57a, 58a, den äußeren Verbindungsabschnitt 61, der gleichzeitig den Haltering 39 darstellt, und die Hülse der Tragstruktur 36.At a radially outer connecting portion 61 is a connection transition 56a . 57a . 58a of the respective heat conduction strip 56 . 57 . 58 with the supporting structure 36 arranged. The connection of the heat pipe strips 56 to 58 with the supporting structure 36 takes place via the connection transitions 56a . 57a . 58a , the outer connecting portion 61 , at the same time the retaining ring 39 represents, and the sleeve of the support structure 36 ,
Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 verlaufen voneinander über Zwischenräume getrennt. Jeder der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 verbindet unabhängig von den anderen Wärmeleitungsstreifen den Spiegelkörper 35 mit der Tragstruktur 36. Die Tragstruktur 36 kann, wie in der 10 angedeutet, nach außen hin rechteckig begrenzt sein.The heat pipe strips 56 to 58 are separated from each other by gaps. Each of the heat pipe strips 56 to 58 connects the mirror body independently of the other heat conduction strips 35 with the supporting structure 36 , The supporting structure 36 can, as in the 10 indicated, limited to the outside rectangular.
Die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 sind so angeordnet, dass sie auf einen Radius zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 aufeinander folgen, wobei zwischen benachbarten der Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 jeweils ein Zwischenraum vorliegt.The heat pipe strips 56 to 58 are arranged so that they are at a radius between the inner connecting portion 60 and the outer connecting portion 61 follow one another, being between adjacent ones of the heat-conducting strips 56 to 58 in each case there is a gap.
Bei der Ausführung gemäß den 9 und 10 umfasst das Aktuationselement 111 eine oder mehrere Elektroden 113. Die Elektroden 113 sind mit dem Hebelarm 110 verbunden. Der Aktuatorstift 43 ist somit als Elektrodenstift ausgebildet.In the execution according to the 9 and 10 includes the actuation element 111 one or more electrodes 113 , The electrodes 113 are with the lever arm 110 connected. The actuator pin 43 is thus formed as an electrode pin.
In der Hülse der Tragstruktur 36 sind insgesamt drei Elektroden 62, 63, 64 integriert, die in Umfangsrichtung um das Zentrum 59, jeweils etwa knapp 120° überstreckend, gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Die Elektroden 62 bis 64 stellen Gegenelektroden zum im Fall der Ausführung nach den 9 und 10 als Elektrodenstift ausgebildeten Aktuatorstift 43 dar. Der Aktuatorstift 43 kann als Hohlzylinder ausgeführt sein. Bei einer weiteren Ausführungsform des Einzelspiegels 27 können auch vier oder mehr Elektroden anstelle der drei Elektroden 62 bis 64 vorhanden sein.In the sleeve of the support structure 36 are a total of three electrodes 62 . 63 . 64 integrated in the circumferential direction around the center 59 , each about 120 ° overstretching, are arranged against each other electrically isolated. The electrodes 62 to 64 counter electrodes in the case of the execution according to the 9 and 10 formed as an electrode pin actuator pin 43 dar. The actuator pin 43 can be designed as a hollow cylinder. In a further embodiment of the single mirror 27 can also use four or more electrodes instead of the three electrodes 62 to 64 to be available.
In der 9 rechts ist der Einzelspiegel 27 in der Ausführung nach den 9 und 10 in einer gekippten Stellung gezeigt, in der die Gegenelektrode 64 eine Potenzialdifferenz zur Elektrode 113 aufweist. Aufgrund dieser Potenzialdifferenz ergibt sich eine Kraft FE, die das freie Ende des Aktuatorstifts 43 hin zur Gegenelektrode 64 zieht, was zu einer entsprechenden Verkippung des Einzelspiegels 27 führt. Die federnde Membranaufhängung aus den drei Wärmeleitungsstreifen 56, 57, 58 sorgt dabei für eine nachgiebige und kontrollierte Verkippung des Einzelspiegels 27. Zudem sorgt diese federnde Membranaufhängung für eine hohe Steifigkeit des Einzelspiegels 27 gegenüber translatorischen Bewegungen in der Membranebene der federnden Membranaufhängung, was auch als hohe in-plane-Steifigkeit bezeichnet ist. Diese hohe Steifigkeit gegenüber translatorischen Bewegungen in der Membranebene unterdrückt eine unerwünschte translatorische Bewegung des Aktuatorstifts 43, also des Elektrodenstifts, in Richtung hin zu den Elektroden 62 bis 64 ganz oder weitgehend. Auf diese Weise ist eine unerwünschte Reduzierung eines möglichen Kippwinkelbereichs des Aktuatorstifts 43 und damit des Spiegelkörpers 35 vermieden.In the 9 right is the individual mirror 27 in the execution after the 9 and 10 shown in a tilted position in which the counter electrode 64 a potential difference to the electrode 113 having. Due to this potential difference results in a force F E , which is the free end of the actuator pin 43 towards the counter electrode 64 pulls, resulting in a corresponding tilting of the individual mirror 27 leads. The resilient membrane suspension from the three heat-conducting strips 56 . 57 . 58 ensures a yielding and controlled tilting of the individual mirror 27 , In addition, this springy membrane suspension ensures high rigidity of the individual mirror 27 against translatory movements in the membrane plane of the resilient membrane suspension, which is also referred to as high in-plane stiffness. This high rigidity against translatory movements in the membrane plane suppresses undesirable translational movement of the actuator pin 43 , ie the electrode pin, towards the electrodes 62 to 64 wholly or largely. In this way, an undesirable reduction of a possible tilt angle range of the actuator pin 43 and thus the mirror body 35 avoided.
Zwischen dem in der 10 in Bezug auf das Zentrum 59 in Drei-Uhr-Position angeordneten äußeren Verbindungsabschnitt 56a und dem in der 10 etwa in Fünf-Uhr-Position angeordneten inneren Verbindungsabschnitt 56i verläuft der Wärmeleitungsstreifen 56 in Umfangsrichtung um das Zentrum 59 um etwa 420°. Der Wärmeleitungsstreifen 57 verläuft zwischen dem äußeren Verbindungsübergang 57a und dem inneren Verbindungsübergang 57i zwischen der Sieben-Uhr-Position und der Neun-Uhr-Position in der 10 ebenfalls in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn um etwa 420°. Der Wärmeleitungsstreifen 58 verläuft zwischen dem äußeren Verbindungsübergang 58a und dem inneren Verbindungsübergang 58i zwischen der Elf-Uhr-Position und der Ein-Uhr-Position in der 10 ebenfalls in Umfangsrichtung um etwa 420°.Between in the 10 in relation to the center 59 arranged in three o'clock position outer connecting portion 56a and in the 10 approximately at five o'clock position arranged inner connecting portion 56i runs the heat pipe strip 56 in the circumferential direction around the center 59 about 420 °. The heat pipe strip 57 runs between the outer connection transition 57a and the inner connection transition 57i between the seven o'clock position and the nine o'clock position in the 10 also in the circumferential direction in the clockwise direction by about 420 °. The heat pipe strip 58 runs between the outer connection transition 58a and the inner connection transition 58i between the eleven o'clock position and the one o'clock position in the 10 also in the circumferential direction by about 420 °.
Je nach dem, wie das relative Potenzial der Gegenelektroden 62 bis 64 zum Potenzial der Elektrode 113 des Aktuatorstifts 43 gewählt ist, können die Einzelspiegel 27 der Ausführung nach den 9 und 10 um einen vorgegebenen Kippwinkel verkippt werden. Dabei sind nicht nur Kippwinkel möglich, die einer Neigung des Aktuatorstifts 43 genau zu einer der drei Gegenelektroden 62 bis 64 hin entsprechen, sondern, je nach einer vorgegebenen Potenzialkombination der Gegenelektroden 62 bis 64, auch beliebige andere Kippwinkel-Orientierungen.Depending on how the relative potential of the counter electrodes 62 to 64 to the potential of the electrode 113 of the actuator pin 43 is chosen, the individual mirrors can 27 the execution after the 9 and 10 be tilted by a predetermined tilt angle. In this case, not only tilt angles are possible, the tilt of the Aktuatorstifts 43 exactly to one of the three counterelectrodes 62 to 64 towards, but, depending on a given potential combination of the counter electrodes 62 to 64 , also any other tilt angle orientations.
Der Abstandshalter 41, der Aktuatorstift 43 sowie der Wärmeleitungsabschnitt 37 mit den Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58, dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 sind zusammen mit dem Spiegelkörper 35 aus monokristallinem Silizium gefertigt. Alternativ können die Wärmeleitungsstreifen 56 bis 58 inklusive der Verbindungsabschnitte 60, 61 auch aus polykristallinem Diamanten mittels Mikrofabrikation gefertigt sein.The spacer 41 , the actuator pen 43 and the heat pipe section 37 with the heat conduction strips 56 to 58 , the inner connecting section 60 and the outer connecting portion 61 are together with the mirror body 35 made of monocrystalline silicon. Alternatively, the heat conduction strips 56 to 58 including the connecting sections 60 . 61 also be made of polycrystalline diamond by microfabrication.
Anstelle eines Aktuatorstifts 43 mit rundem Querschnitt kann auch ein Aktuatorstift mit elliptischem Querschnitt gewählt werden. Die Halbachsen der Ellipse dieses Querschnitts sind dann so gewählt, dass ein Abstand zwischen der Elektrode des Aktuatorstifts und den Gegenelektroden 62 bis 64 entlang einer ersten Achse, in der ein größerer Kippwinkelbereich gewünscht ist, geringer ist als entlang einer zweiten, hierzu senkrechten zweiten Achse, längs der ein kleinerer Kippwinkelbereich gewünscht ist. Der größere Kippwinkelbereich kann 100 mrad und der kleinere Kippwinkelbereich kann 50 mrad betragen. Auch eine polygonale, insbesondere eine viereckige, insbesondere eine quadratische Ausbildung des Querschnitts des Aktuatorstifts 43, insbesondere des Hebelarms 110, ist möglich.Instead of an actuator pin 43 with round cross section and an actuator pin can be selected with elliptical cross-section. The half-axes of the ellipse of this cross-section are then chosen so that a distance between the electrode of the actuator pin and the counter electrodes 62 to 64 along a first axis, in which a larger tilt angle range is desired, is less than along a second, perpendicular thereto second axis, along which a smaller tilt angle range is desired. The larger tilt angle range can be 100 mrad and the smaller tilt angle range can be 50 mrad. Also a polygonal, in particular a quadrangular, in particular a square configuration of the cross section of the actuator pin 43 , in particular the lever arm 110 , is possible.
Anhand der 11 wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung der Gegenelektroden 62 bis 64 erläutert. Beim Verfahren zur Herstellung der Gegenelektroden 62 bis 64 handelt es sich insbesondere um ein mikrotechnisches Verfahren.Based on 11 hereinafter, a method for producing the counter electrodes 62 to 64 explained. In the process of making the counter electrodes 62 to 64 it is in particular a microtechnical process.
In einem Bereitstellungsschritt 65 wird ein Ausgangssubstrat bereitgestellt. Hierbei handelt es sich um einen monokristallinen Silizium-Wafer, dessen Dicke vorzugsweise zwischen 300 μm und 750 μm liegt. Die Dicke des Silizium-Wafers kann auch unterhalb oder oberhalb dieses Bereichs liegen. Als Vorderseite 66 des Ausgangssubstrats wird nachfolgend die Seite bezeichnet, an der später der Wärmeleitungsabschnitt 37 angebracht wird. Die Gegenelektroden 62 bis 64 werden von einer der Vorderseite 66 gegenüberliegenden Substratrückseite 67 des Ausgangssubstrats her strukturiert.In a deployment step 65 a starting substrate is provided. This is a monocrystalline silicon wafer whose thickness is preferably between 300 microns and 750 microns. The thickness of the silicon wafer may also be below or above this range. As front side 66 the starting substrate is hereinafter referred to the side, at the later of the heat conduction section 37 is attached. The counter electrodes 62 to 64 be from one of the front 66 opposite substrate back 67 of the starting substrate structured.
In einem Ätzschritt 68 wird nun eine Basisstruktur von der Substratrückseite 67 in das Ausgangssubstrat, also in ein die spätere Tragstruktur 36 ergebendes Roh-Trägersubstrat geätzt. Es kann sich hierbei um die ring- oder hülsenförmige Tragstruktur 36 gemäß den Ausführungen nach den 6 bis 15 handeln. Die im Ätzschritt 68 geätzte Tragstruktur 36 ist an Trennstellen zwischen den Gegenelektroden 62 bis 64 unterbrochen. Der Ätzschritt 68 erfolgt mit Hilfe eines Standardverfahrens wie optischer Lithografie und Siliziumtiefenätzen. Mit dem Ätzschritt 68 wird die Form der Gegenelektroden 62 bis 64 definiert und ein Negativ nach Art einer Gussform für die später zu schaffenden Gegenelektroden 62 bis 64 geätzt. Eine Ätztiefe 69 definiert die Höhe der Gegenelektroden 62 bis 64. Diese Ätztiefe kann geringer sein als die Dicke des Ausgangssubstrats. Bei einer nicht dargestellten Ausführung kann die Ätztiefe auch genauso groß sein wie die Dicke des Ausgangssubstrats.In an etching step 68 now becomes a basic structure from the back of the substrate 67 in the starting substrate, so in a later supporting structure 36 etched resulting raw carrier substrate. This may be the ring-shaped or sleeve-shaped support structure 36 according to the statements of the 6 to 15 act. The in the etching step 68 etched support structure 36 is at separation points between the counter electrodes 62 to 64 interrupted. The etching step 68 is carried out using standard techniques such as optical lithography and silicon etch. With the etching step 68 becomes the shape of the counter electrodes 62 to 64 defined and a negative in the manner of a mold for the later to be created counterelectrodes 62 to 64 etched. An etching depth 69 defines the height of the counterelectrodes 62 to 64 , This etch depth may be less than the thickness of the starting substrate. In one embodiment, not shown, the etch depth may also be the same size as the thickness of the starting substrate.
In einem Aufbringungsschritt 70 wird nun in Gussformen 71, die im Ätzschritt 68 geätzt wurden, zur elektrischen Isolierung der späteren Gegenelektroden 62 bis 64 auf das Ausgangssubstrat eine dielektrische Schicht aufgebracht. Bei der dielektrischen Schicht kann es sich um Siliziumdioxid handeln. Die Aufbringung kann mittels eines Standardverfahrens wie thermischer Oxidation oder CVD (Chemical Vapor Deposition) geschehen. Die Dicke der dielektrischen Schicht beträgt mehrere Mikrometer. Die dielektrische Schicht kann als Schicht dotiertem Siliziumoxids ausgeführt sein, wodurch eine Vorbereitung für eine spätere Dotierung der Gegenelektroden 62 bis 64 geschehen kann.In an application step 70 will now be in molds 71 that in the etching step 68 were etched, for electrical insulation of the later counterelectrodes 62 to 64 applied to the starting substrate, a dielectric layer. The dielectric layer may be silicon dioxide. The deposition can be done by a standard method such as thermal oxidation or CVD (Chemical Vapor Deposition). The fat the dielectric layer is several micrometers. The dielectric layer may be embodied as a layer of doped silicon oxide, thereby preparing for a later doping of the counterelectrodes 62 to 64 can happen.
In einem Auffüllschritt 72 wird die mit der dielektrischen Schicht ausgekleidete Gussform 71 mit polykristallinem Silizium aufgefüllt. Hierbei kann ein LPCVD-(Low Pressure, Niederdruck, CVD)Verfahren zum Einsatz kommen. Das polykristalline Silizium ist dotiert und elektrisch leitfähig. Eine Dotierung des polykristallinen Siliziums kann direkt während des Auftragens oder nachträglich mittels Diffusion geschehen.In a filling step 72 becomes the die lined with the dielectric layer 71 filled with polycrystalline silicon. In this case, an LPCVD (low pressure, low pressure, CVD) method can be used. The polycrystalline silicon is doped and electrically conductive. A doping of the polycrystalline silicon can be done directly during application or subsequently by means of diffusion.
In einem Polierschritt 73, der durch ein CMP-(Chemical-Mechanical Polishing, chemisch-mechanisches Polieren)Verfahren realisiert sein kann, wird überschüssiges polykristallines Silizium, das während des Auffüllschritts 72 außerhalb der Gussformen 71 auf dem Aufgangssubstrat aufgewachsen ist, wegpoliert.In a polishing step 73 , which may be realized by a CMP (Chemical-Mechanical Polishing) method, becomes excess polycrystalline silicon during the filling step 72 outside the molds 71 grown on the growth substrate, polished away.
In einem Strukturierschritt 74 wird nun auf der Vorderseite 66 des Ausgangssubstrats der Wärmeleitungsabschnitt 37 auf das Ausgangssubstrat aufgebracht. Dies kann mit Hilfe eines Dünnschichtverfahrens realisiert werden. Wie vorstehend erläutert, verbindet der Wärmeleitungsabschnitt 37 den Aktuatorstift 43, insbesondere den Hebelarm 110, mit der Tragstruktur 36. Als Dünnschicht kann eine polykristalline Diamantschicht zum Einsatz kommen. Die polykristalline Diamantschicht kann mit Hilfe eines CVD-Verfahrens aufgebracht werden. Der Strukturierschritt 74 ist für das Gegenelektroden-Herstellungsverfahren nicht zwingend, sondern dient der Vorbereitung der Anbringung der beweglichen zentralen Elektrode 113.In a structuring step 74 will now be on the front 66 of the starting substrate, the heat conduction portion 37 applied to the starting substrate. This can be realized by means of a thin-film process. As explained above, the heat conduction section connects 37 the actuator pin 43 , in particular the lever arm 110 , with the supporting structure 36 , As a thin film, a polycrystalline diamond layer can be used. The polycrystalline diamond layer may be deposited by a CVD method. The structuring step 74 is not mandatory for the counter electrode manufacturing process, but serves to prepare the mounting of the movable center electrode 113 ,
In einem Anbringungsschritt 75 wird der Spiegelkörper 35 von der Vorderseite 66 her angebracht. Dies geschieht derart, dass die jeweiligen Spiegelkörper 35 nach ihrer Vereinzelung jeweils im zentralen Bereich, also im Bereich des späteren zentralen Abstandshalters 41 mit dem Ausgangssubstrat verbunden sind. Der Anbringungsschritt 75 kann als Fusionsbond-Prozess gestaltet sein.In an attachment step 75 becomes the mirror body 35 from the front 66 attached. This happens in such a way that the respective mirror body 35 after their separation in each case in the central area, ie in the area of the later central spacer 41 are connected to the starting substrate. The attachment step 75 can be designed as a fusion bond process.
In einem weiteren Strukturierschritt 77 kann von der Rückseite des Ausgangssubstrats her mit Hilfe optischer Lithografie und Tiefenätzverfahren der Hebelarm 110 strukturiert werden. Dies geschieht durch Freiätzen eines Zwischenraums 76 zwischen dem Hebelarm 110 und der Hülse der Tragstruktur 36. Hierbei wird das Ausgangssubstrat komplett durchgeätzt. Der Hebelarm 110 ist anschließend nur noch über den Wärmeleitungsabschnitt 37, also über die vorher auf der Vorderseite 66 angebrachte Federaufhängung mit dem Ausgangssubstrat verbunden. Die Oxidschicht, die im Aufbringungsschritt 70 aufgebracht wurde, wirkt während dieses weiteren Strukturierschritts 77 als seitlicher Ätzstopp und schützt die im Auffüllschritt 72 für die Gegenelektroden 62 bis 64 vorbereiteten Elemente aus polykristallinem Silizium.In a further structuring step 77 can from the back of the starting substrate ago by means of optical lithography and depth etching of the lever arm 110 be structured. This is done by freezing a gap 76 between the lever arm 110 and the sleeve of the support structure 36 , In this case, the starting substrate is completely etched through. The lever arm 110 is then only on the heat pipe section 37 So on the front on the front 66 mounted spring suspension connected to the starting substrate. The oxide layer used in the application step 70 was applied acts during this further structuring step 77 as a lateral etch stop and protects the in the filling step 72 for the counter electrodes 62 to 64 prepared elements of polycrystalline silicon.
In einem Freilegungsschritt 78 wird nun die freigelegte Oxidschicht auf einer Innenseite 79 der Gegenelektroden 62 bis 64 weggeätzt. Dieser Freilegungsschritt 78 kann auch weggelassen werden.In an exposure step 78 Now the exposed oxide layer on an inside 79 the counter electrodes 62 to 64 etched away. This exposure step 78 can also be omitted.
In einem Verbindungsschritt 115 wird das Aktuationselement 111 mit dem Hebelarm 110 verbunden. Hierfür ist ein mikrotechnisches Verfahren vorgesehen. Der Verbindungsschritt 115 kann vorzugsweise als Bond-Verfahren, insbesondere als Fusionsbonden oder als eutektisches Bonden, ausgestaltet sein.In a connection step 115 becomes the actuation element 111 with the lever arm 110 connected. For this purpose, a microtechnical process is provided. The connection step 115 may preferably be configured as a bonding process, in particular as fusion bonding or as eutectic bonding.
Der so vorbereitete Mikroaktuator 50 kann in einem Anbindungsschritt 80 elektrisch und mechanisch an ein weiteres Substrat angebunden werden. Dies kann über ein Flip-Chip-Verfahren geschehen, über das die hergestellten Elektrodenanordnungen auf einen integrierten Schaltkreis (ASIC) gebondet werden. Dies geschieht von der Substratrückseite 67 her. Hierbei werden die Gegenelektroden 62 bis 64 elektrisch mit entsprechenden Schaltkreisen auf dem integrierten Schaltkreis verbunden. Eine derartige Konfiguration erlaubt eine integrierte Ansteuerung der Gegenelektroden 62 bis 64 und damit eine entsprechende Kontrolle der Kippspiegel des jeweiligen Einzelspiegels 27.The prepared microactuator 50 can in a connection step 80 electrically and mechanically connected to another substrate. This can be done via a flip-chip method, via which the manufactured electrode arrangements are bonded to an integrated circuit (ASIC). This happens from the back of the substrate 67 ago. Here are the counter electrodes 62 to 64 electrically connected to corresponding circuits on the integrated circuit. Such a configuration allows integrated control of the counter electrodes 62 to 64 and thus a corresponding control of the tilting mirror of the respective individual mirror 27 ,
Die mit diesem Verfahren hergestellten Gegenelektroden 62 bis 64 sind in die Tragstruktur 36 in das Ausgangssubstrat integriert, sind jedoch nicht mechanisch vom Ausgangssubstrat getrennt. Die Tragstruktur 36 ist somit auch nach der Integration der Gegenelektroden 62 bis 64 eine monolithische Einheit, die genügend Stabilität für weitere Prozessschritte, insbesondere für die Verbindung im Anbindungsschritt 80 gewährleistet.The counterelectrodes produced by this method 62 to 64 are in the support structure 36 integrated into the starting substrate, but are not mechanically separated from the starting substrate. The supporting structure 36 is thus also after the integration of the counter electrodes 62 to 64 a monolithic unit which has sufficient stability for further process steps, in particular for the connection in the attachment step 80 guaranteed.
Beim Anbindungsschritt 80 können die Gegenelektroden 62 bis 64 von der Rückseite 67 her über das Flip-Chip-Verfahren in einem Kontaktierungsschritt 81 direkt, also von einer in der 9 vertikal und senkrecht zur Reflexionsfläche 34 in der Neutralstellung verlaufenden Richtung her, kontaktiert werden. Ein Kontaktieren von einer beispielsweise in der 9 horizontal verlaufenden Richtung her ist nicht erforderlich.At the connection step 80 can the counter electrodes 62 to 64 from the back 67 forth about the flip-chip method in a contacting step 81 directly, so from one in the 9 vertically and perpendicular to the reflection surface 34 in the neutral position forth, be contacted. A contacting of one example in the 9 horizontally extending direction is not required.
Anhand der 12 wird nachfolgend ein Verfahren zur Integration eines Spiegelkörpers 35 mit einer Reflexionsfläche 34 mit extrem geringer Rauhigkeit erläutert.Based on 12 Below is a method for integrating a mirror body 35 with a reflection surface 34 explained with extremely low roughness.
Die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit der Reflexionsfläche 34, insbesondere an deren Mikrorauheit sind sehr hoch. Ein typischer Wert hierfür ist eine Rauheit von 0,2 nm rms. Dieser Mikrorauheitswert erfordert eine externe Politur der Reflexionsfläche 34, die nach dem Polieren mit dem sonstigen Einzelspiegel 27 verbunden wird. Beim nachfolgend beschriebenen Herstellungsverfahren wird die vorpolierte und hoch empfindliche Reflexionsfläche 34 während aller in einen typischen Mikrofabrikationsverfahren angewandter Prozessschritte konserviert. The requirements for the surface quality of the reflection surface 34 , especially at their micro-roughness are very high. A typical value for this is a roughness of 0.2 nm rms. This microroughness value requires external polishing of the reflective surface 34 after polishing with the other individual mirror 27 is connected. In the manufacturing process described below is the pre-polished and highly sensitive reflection surface 34 preserved during all of the process steps used in a typical microfabrication process.
In einem Polierschritt 82 wird ein Siliziumsubstrat mit einem für die Mikrofabrikation geeigneten Format, z. B. ein rundes Substrat mit einem Durchmesser von 100 mm oder 150 mm, und einer für den Poliervorgang erforderlichen Dicke, beispielsweise einer Dicke von 10 mm, für die für die EUV-Beleuchtung erforderliche Oberflächenrauheit poliert.In a polishing step 82 is a silicon substrate with a suitable microfabrication format, for. B. a round substrate with a diameter of 100 mm or 150 mm, and a required for the polishing process thickness, for example, a thickness of 10 mm, polished for the required for EUV lighting surface roughness.
Derartige Polierverfahren sind auch als „Superpolitur” bekannt. In einem Beschichtungsschritt 83 wird das polierte Siliziumsubstrat mittels eines thermischen Verfahrens mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht überzogen.Such polishing methods are also known as "superpolishing". In a coating step 83 For example, the polished silicon substrate is coated with a thin silicon dioxide layer by a thermal process.
In einem Fügungsschritt 84 wird das oxidierte, superpolierte Siliziumsubstrat mit einem zweiten, nicht superpolierten Siliziumsubstrat desselben Formats zusammengefügt. Hierbei kommt die superpolierte Reflexionsfläche 34 auf dem zweiten Siliziumsubstrat, das auch als Trägersubstrat bezeichnet wird, zu liegen. Bei dem Fügungsschritt 84 kann ein Fusionsbonden zum Einsatz kommen, was im Zusammenhang mit der Herstellung sogenannter „Silicon-On-Insolator” (SOI)-Wafern verwendet wird.In a joining step 84 For example, the oxidized, superpolished silicon substrate is assembled with a second non-superpolished silicon substrate of the same format. Here comes the superpolished reflection surface 34 on the second silicon substrate, which is also referred to as a carrier substrate to lie. At the joining step 84 For example, fusion bonding may be used, which is used in connection with the manufacture of so-called "silicon-on-insulator" (SOI) wafers.
In einem weiteren Polierschritt 85 wird das so entstandene Substratsandwich mit Hilfe eines chemisch-mechanischen Verfahrens poliert. Hierbei wird das zukünftige Spiegelsubstrat auf die erforderliche Dicke geschliffen. Eine typische Dicke für den Spiegelkörper 35 liegt im Bereich zwischen 30 μm und 200 μm.In a further polishing step 85 The resulting substrate sandwich is polished by means of a chemical-mechanical process. Here, the future mirror substrate is ground to the required thickness. A typical thickness for the mirror body 35 lies in the range between 30 μm and 200 μm.
Das nun auf die erforderliche Dicke gebrachte Substrat kann nun weiterprozessiert werden, da die hoch polierte und empfindliche Reflexionsfläche 34 mechanisch und chemisch durch die darüberliegende Siliziumdioxidschicht sowie das Siliziumträgersubstrat geschützt sind.The now brought to the required thickness substrate can now be further processed because the highly polished and sensitive reflection surface 34 are mechanically and chemically protected by the overlying silicon dioxide layer and the silicon carrier substrate.
In einem Strukturierschritt 86 wird nun eine der Reflexionsfläche 34 gegenüberliegende Rückseite des Spiegelsubstrats mittels eines Tiefenätzverfahrens strukturiert. Hierbei kann der Abstandshalter 41 geätzt werden, der später mit dem Wärmeleitungsabschnitt 37, also mit der Federaufhängung, die auch als Membranfederung bezeichnet wird, verbunden wird. Beim Strukturierschritt 86 können auch seitliche Spiegelgrenzen der Reflexionsfläche 34 durch Tiefenätzen vorgegeben werden, so dass bei einem späteren Entfernen des Trägersubstrats die Spiegelkörper 35 der Einzelspiegel 27 bereits vereinzelt sind.In a structuring step 86 now becomes one of the reflection surface 34 structured opposite rear side of the mirror substrate by means of a Tiefenätzverfahrens. Here, the spacer 41 etched later with the heat pipe section 37 , So with the spring suspension, which is also referred to as diaphragm suspension is connected. During the structuring step 86 can also lateral mirror boundaries of the reflection surface 34 be predetermined by deep etching, so that in a later removal of the carrier substrate, the mirror body 35 the individual mirror 27 already isolated.
Das so vorbereitete Substratsandwich wird nun in einem weiteren Verbindungsschritt 87 mit der zentralen Elektrode, also mit dem Aktuatorstift 43, verbunden. Dies erfolgt beim Anbringungsschritt 75 des Herstellungsverfahrens nach 11. Der Verbindungsschritt 87 kann als Fusionsbonden oder als eutektisches Bonden ausgestaltet sein. Hierbei kann der Abstandshalter 41 mit dem Aktuatorstift 43 verbunden werden.The substrate sandwich thus prepared will now be in a further bonding step 87 with the central electrode, ie with the actuator pin 43 , connected. This is done at the attachment step 75 of the manufacturing process 11 , The connection step 87 may be configured as fusion bonding or as eutectic bonding. Here, the spacer 41 with the actuator pin 43 get connected.
In einem Freilegungsschritt 88 wird das Trägersubstrat, das bislang die Reflexionsfläche 34 geschützt hat, mit einem Tiefenätzverfahren weggeätzt. Der Ätzprozess stoppt dabei auf der Siliziumdioxidschicht, die auf die Reflexionsfläche 34 aufgebracht ist.In an exposure step 88 becomes the carrier substrate, so far the reflection surface 34 has etched away with a deep etching process. The etching process stops on the silicon dioxide layer on the reflection surface 34 is applied.
In einem weiteren Freilegungsschritt 89 wird die Siliziumdioxidschicht beispielsweise mittels Flusssäure in Dampfphase weggeätzt. Dieser weitere Freilegungsschritt 89 kann in einer nicht oxidierenden Atmosphäre erfolgen, um eine Reoxidation des Siliziums der Reflexionsfläche 34 zu verhindern.In a further exposure step 89 For example, the silicon dioxide layer is etched away by means of hydrofluoric acid in vapor phase. This further exposure step 89 can be done in a non-oxidizing atmosphere to reoxidize the silicon of the reflective surface 34 to prevent.
Der Beschichtungsschritt 83 kann auch weggelassen werden. Anstelle einer Beschichtung mit einer dünnen Siliziumdioxidschicht kann in das Trägersubstrat mit einem Tiefenätzverfahren eine Mehrzahl von Vertiefungen geätzt werden. Diese Vertiefungen werden so bemessen und angeordnet, dass beim Zusammenfügen des Trägersubstrats mit dem vorpolierten Spiegelkörper 35 die zukünftigen Reflexionsflächen 34 mit dem Trägersubstrat nicht in Kontakt kommen. Eine Kontaktfläche zwischen dem Spiegelsubstrat und dem Trägersubstrat ist dann ausschließlich durch den Verlauf der die Vertiefungen umgebenden Rahmenflächen des Trägersubstrats vorgegeben. Diese Rahmenflächen entsprechen späteren Spiegelgrenzen der Einzelspiegel 27. Vor dem Zusammenfügen des Trägersubstrats mit dem Spiegelsubstrat wird das vorstrukturierte, also die Vertiefungen aufweisende, Trägersubstrat thermisch oxidiert. Die hierbei aufgebrachte Siliziumdioxidschicht wird beim späteren Wegätzen des Trägersubstrats als Ätzstopp verwendet. Diese Variante ohne den Beschichtungsschritt 83 kann auch bei Einzelspiegeln 27 mit nicht ebenen Reflexionsflächen 34 zum Einsatz kommen, beispielsweise bei Einzelspiegeln 27 mit konkaven oder konvexen Reflexionsflächen 34.The coating step 83 can also be omitted. Instead of a coating with a thin silicon dioxide layer, a plurality of depressions can be etched into the carrier substrate using a deep etching process. These recesses are sized and arranged so that when joining the carrier substrate with the prepolished mirror body 35 the future reflection surfaces 34 do not come into contact with the carrier substrate. A contact surface between the mirror substrate and the carrier substrate is then predefined exclusively by the course of the frame surfaces of the carrier substrate surrounding the depressions. These frame surfaces correspond to later mirror boundaries of the individual mirrors 27 , Before the carrier substrate is joined to the mirror substrate, the prestructured carrier substrate, that is to say the depressions, is thermally oxidized. The silicon dioxide layer applied here is used as an etching stop during later etching away of the carrier substrate. This variant without the coating step 83 can also be used with individual mirrors 27 with non-flat reflective surfaces 34 used, for example in individual mirrors 27 with concave or convex reflection surfaces 34 ,
Für weitere Ausführungen des Wärmeleitungsabschnitts 37 sei auf die WO 2010/049 076 A2 , insbesondere deren 18 bis 21 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.For further versions of the heat pipe section 37 be on the WO 2010/049 076 A2 , especially their 18 to 21 and the related description.
Durch die Ausgestaltung der Wärmeleitungsstreifen entsprechend den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen des Einzelspiegels nach den 9 und 10 und durch die Ausgestaltung der zwischen benachbarten Wärmeleitungsstreifen angeordneten Schlitze hinsichtlich der Form, der Breite, der Anzahl der Wärmeleitungsstreifen sowie der Form, Breite und Anzahl der Schlitze kann eine Steifigkeit und eine Wärmeleitungseigenschaft der hierdurch jeweils ausgebildeten Membranfeder zwischen dem inneren Verbindungsabschnitt 60 und dem äußeren Verbindungsabschnitt 61 an Vorgabewerte angepasst werden. Due to the configuration of the heat conduction strip according to the above-described embodiments of the individual mirror according to the 9 and 10 and by the configuration of the slits disposed between adjacent heat conduction strips with respect to the shape, the width, the number of the heat conduction strips and the shape, width and number of slits, a rigidity and a heat conduction property of the respective diaphragm spring formed between the inner connection portion 60 and the outer connecting portion 61 adapted to default values.
Anhand der 13a und 13b werden zwei verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten bei der thermischen Ankopplung des Abstandshalters 41 an den zentralen Haltekörper 40 beziehungsweise den inneren Verbindungsabschnitt 60 des Wärmeleitungsabschnitts 37 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme insbesondere auf die 9 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.Based on 13a and 13b become two different design options in the thermal coupling of the spacer 41 to the central holding body 40 or the inner connecting portion 60 of the heat pipe section 37 described. Components corresponding to those described above with reference in particular to 9 already described, bear the same reference numbers and will not be discussed again in detail.
Bei der Ausgestaltung nach 13a ist der zentrale Haltekörper 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 zwischen dem Abstandshalter 41 und dem Hebelarm 110 angeordnet, so dass auf einer Seite des zentralen Haltekörpers 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 der Abstandshalter 41 und auf der anderen Seite des zentralen Haltekörpers 40 der Hebelarm 110 angebunden ist. Der Abstandshalter 41 ist mit dem Hebelarm 110 also über den Haltkörper 40 verbunden.In the embodiment according to 13a is the central holding body 40 of the heat pipe section 37 between the spacer 41 and the lever arm 110 arranged so that on one side of the central holding body 40 of the heat pipe section 37 the spacer 41 and on the other side of the central holding body 40 the lever arm 110 is connected. The spacer 41 is with the lever arm 110 So over the holding body 40 connected.
Bei der Ausgestaltung nach 13b ist der Abstandshalter 41 direkt mit dem Hebelarm 110 verbunden. Der zentrale Haltekörper 40 des Wärmeleitungsabschnitts 37 hat eine zentrale Öffnung 96, durch die ein dem Hebelarm 110 zugewandtes Ende des Abstandshalters 41 sich hindurch erstreckt. Der zentrale Haltekörper 40, der diesen Endbereich des Abstandshalters 41 umgibt, liegt auf einer dem Abstandshalter 41 zugewandten Stirnwand des Aktuatorstifts 43 auf und ist hierüber mit dem Hebelarm 110 verbunden. Eine thermische Ankopplung des Abstandshalters 41 und damit des Spiegelkörpers 35 an den Wärmeleitungsabschnitt 37 erfolgt im Falle der Ausführung nach 13 nicht direkt, sondern über den Hebelarm 110.In the embodiment according to 13b is the spacer 41 directly with the lever arm 110 connected. The central holding body 40 of the heat pipe section 37 has a central opening 96 through which a lever arm 110 facing the end of the spacer 41 extends through it. The central holding body 40 Having this end area of the spacer 41 surrounds, lies on a spacer 41 facing end wall of the Aktuatorstifts 43 up and over here with the lever arm 110 connected. A thermal coupling of the spacer 41 and thus the mirror body 35 to the heat pipe section 37 takes place in case of execution 13 not directly, but over the lever arm 110 ,
14 zeigt am Beispiel des Feldfacettenspiegels 13 die optische Baugruppe mit zeilen- und spaltenweise, also nach Art eines Arrays angeordneten Einzelspiegeln schematisch im Querschnitt senkrecht zu einer gesamten Spiegel-Reflexionsfläche, zu der sich die Reflexionsflächen 34 der Einzelspiegel ergänzen. Komponenten und Funktionen, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 18 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. 14 shows the example of the field facet mirror 13 the optical assembly with individual rows and columns, so arranged in the manner of an array of individual mirrors schematically in cross-section perpendicular to an entire mirror-reflecting surface to which the reflection surfaces 34 supplement the individual mirror. Components and functions corresponding to those described above with reference to FIGS 1 to 18 already described, bear the same reference numbers and will not be discussed again in detail.
Die nach Art eines Arrays angeordneten Einzelspiegel 27 sind in der 14 schematisch zu einer Spiegelplatte 97 zusammengefasst. Über wärmeleitfähige Spiegelplatten-Fixierstifte 98, von denen in der 14 lediglich einer dargestellt ist, ist die Spiegelplatte 97 an einen Keramikträger 99 fixiert, der gleichzeitig die Funktion einer Wärmesenke hat, in den also beispielsweise durch Restabsorption oder über elektrische Leistung eingebrachte Wärme von der Spiegelplatte 97 weg abgeführt wird.The arranged in the manner of an array single mirror 27 are in the 14 schematically to a mirror plate 97 summarized. Over thermally conductive mirror plate fixing pins 98 of which in the 14 only one is shown is the mirror plate 97 to a ceramic carrier 99 fixed, which at the same time has the function of a heat sink, in the so for example by residual absorption or electrical power introduced heat from the mirror plate 97 is dissipated away.
Der Keramikträger 99 ist Teil einer Verlagerungs-Ansteuerplatine 100, die auf der den Reflexionsflächen 34 gegenüberliegenden Seite der Spiegelplatte 97, also der Einzelspiegel 27, angeordnet ist. Auf der Wärmesenke 99 der Ansteuerplatine 100 ist auf der der Spiegelplatte 97 zugewandten Seite zunächst eine Schicht eines Keramiksubstrats 101 aufgetragen. Das Keramiksubstrat 101 kann alternativ auch aus einem Siliziummaterial gefertigt sein. Das Keramiksubstrat 101 trägt wiederum Spulenplatten 102 und integrierte elektronische Verlagerungsschaltungen (ASICs) 103. Jedem der verlagerbaren Einzelspiegel 27 des Feldfacettenspiegels 13 ist einer der ASICs 103 räumlich zugeordnet. Jeder ASIC 103 ist dabei einer Gruppe von Einzelspiegeln 27, nämlich jeweils genau vier Einzelspiegel 27, zugeordnet, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Das Keramiksubstrat 101 ist an der Wärmesenke 99 über eine Mehrzahl von federnden Substrat-Fixierstiften 104 befestigt.The ceramic carrier 99 is part of a relocation drive board 100 on the reflective surfaces 34 opposite side of the mirror plate 97 So the single mirror 27 , is arranged. On the heat sink 99 the drive board 100 is on the mirror plate 97 facing side first a layer of a ceramic substrate 101 applied. The ceramic substrate 101 may alternatively be made of a silicon material. The ceramic substrate 101 in turn carries coil plates 102 and integrated electronic relocation circuits (ASICs) 103 , Each of the movable individual mirrors 27 of the field facet mirror 13 is one of the ASICs 103 assigned spatially. Every ASIC 103 is a group of individual mirrors 27 namely exactly four individual mirrors 27 assigned, as will be described below. The ceramic substrate 101 is at the heat sink 99 via a plurality of resilient substrate fixing pins 104 attached.
Über eine Anschlussklemme 105 ist die Ansteuerplatine 100 mit einer zentralen Steuereinrichtung verbunden, die in der 14 nicht dargestellt ist. Mit der Anschlussklemme 105 ist auch eine Masseleitung 106 der Ansteuerplatine 100 verbunden.Via a connection terminal 105 is the drive board 100 connected to a central control device which in the 14 not shown. With the connection terminal 105 is also a ground line 106 the drive board 100 connected.
15 zeigt den Aufbau des Feldfacettenspiegels 13 mit der Spiegelplatte 97 und der Ansteuerplatine 100 nochmals in einer anderen Darstellung, bei der die Spiegelplatte 97 stärker im Detail und die Ansteuerplatine 100 stärker schematisch gezeigt ist. 15 shows the structure of the field facet mirror 13 with the mirror plate 97 and the drive board 100 again in another illustration, in which the mirror plate 97 more in detail and the control board 100 is shown more schematically.
Der Aufbau der Einzelspiegel 27 entspricht abgesehen von Detailunterschieden dem Aufbau der Einzelspiegel, der vorstehend im Zusammenhang mit den 6 und 9 bereits erläutert wurde. Der Permanentmagnet 44 am Ende des Aktuatorstifts 43 ist bei den Einzelspiegeln 27 nach 15 als Samarium-Kobalt-Magnet ausgeführt. Der Ansteuerplatine 100 benachbarte Abschnitte der Tragstruktur 36 sind unschraffiert ausgeführt. Diese unschraffierten Abschnitte haben einerseits eine Wärmeleitungsfunktion und dienen andererseits als Tragrahmen für die Einzelspiegel 27.The structure of the individual mirrors 27 corresponds apart from detail differences, the structure of the individual mirror, the above in connection with the 6 and 9 has already been explained. The permanent magnet 44 at the end of the actuator pin 43 is at the individual mirrors 27 to 15 executed as a samarium-cobalt magnet. The drive board 100 adjacent sections of the support structure 36 are executed unshaded. These unshaded sections on the one hand have a heat conduction function and on the other hand serve as a support frame for the individual mirrors 27 ,
Jeweils einem der Permanentmagnete 44 zugewandt und zugeordnet ist auf der Ansteuerplatine 100 eine Gruppe von Leiterbahnen 48 beziehungsweise Spulen einer Spulenplatte 102 angeordnet. Each one of the permanent magnets 44 facing and assigned to the control board 100 a group of tracks 48 or coils of a coil plate 102 arranged.
Schematisch ist in der 15 dargestellt, dass die Reflexionsflächen 34 der Einzelspiegel 27 eine für die Nutzstrahlung 10 hochreflektierende Beschichtung tragen.Schematically is in the 15 shown that the reflection surfaces 34 the individual mirror 27 one for the useful radiation 10 wear highly reflective coating.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 16 und 17 eine weitere Ausführungsform des Mikroaktuators 50 beschrieben. Identische Teile tragen dieselben Bezugszeichen wie bei den vorgehend beschriebenen Ausführungsformen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird.The following is with reference to the 16 and 17 a further embodiment of the microactuator 50 described. Identical parts bear the same reference numerals as in the previously described embodiments, the description of which is hereby incorporated by reference.
Bei der in den 16 und 17 dargestellten Ausführungsform ist das Aktuationselement 111 als Kammelektrode 116 ausgebildet. Die Kammelektrode 116 umfasst jeweils eine Mehrzahl beabstandet voneinander angeordneter Elektrodenfinger 117. Hierbei greifen die Elektrodenfinger 117 einer äußeren Elektrode 118 und einer inneren Elektrode 119 jeweils ineinander. Die Finger 117 der äußeren Elektrode 118 und inneren Elektrode 119 sind berührungsfrei zueinander angeordnet. Der Abstand zweier benachbarter Elektrodenfinger 117 einer Kammelektrode 116 liegt insbesondere im Bereich von 1 μm bis 10 μm, insbesondere im Bereich von 3 μm bis 7 μm, beispielsweise bei etwa 5 μm.In the in the 16 and 17 The embodiment shown is the actuation element 111 as a comb electrode 116 educated. The comb electrode 116 each includes a plurality of electrode fingers spaced apart from each other 117 , This is where the electrode fingers grip 117 an outer electrode 118 and an inner electrode 119 each in each other. The finger 117 the outer electrode 118 and inner electrode 119 are arranged without contact with each other. The distance between two adjacent electrode fingers 117 a comb electrode 116 is in particular in the range of 1 .mu.m to 10 .mu.m, in particular in the range of 3 .mu.m to 7 .mu.m, for example about 5 .mu.m.
Die äußere Elektrode 118 ist mit der Tragestruktur 36 verbunden. Die äußere Elektrode 118 ist insbesondere an der Tragestruktur 36 angeordnet.The outer electrode 118 is with the carrying structure 36 connected. The outer electrode 118 is in particular on the support structure 36 arranged.
Die innere Elektrode 119 ist Bestandteil des Aktuationselement 111, welches mit dem Hebelarm 110 verbunden ist.The inner electrode 119 is part of the actuation element 111 , which with the lever arm 110 connected is.
Bei dem in den 16 und 17 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Hebelarm 110 einen viereckigen, insbesondere einen quadratischen Querschnitt auf. Andere Querschnittsformen sind ebenso möglich. Der Hebelarm 110 kann insbesondere je nach Bedarf einen runden, insbesondere einen elliptischen, insbesondere einen kreisförmigen oder einen polygonalen, insbesondere einen regelmäßig-polygonalen, insbesondere einen dreieckigen, viereckigen oder sechseckigen Querschnitt aufweisen.In the in the 16 and 17 illustrated embodiment, the lever arm 110 a square, in particular a square cross section. Other cross-sectional shapes are also possible. The lever arm 110 In particular, it can have a round, in particular an elliptical, in particular a circular or a polygonal, in particular a regular-polygonal, in particular a triangular, quadrangular or hexagonal cross-section, as required.
Vorzugsweise unterscheidet sich die Anzahl der Elektrodenfinger 117 der jeweils einander zugeordneten äußeren und inneren Elektroden 118, 119 um eine ungerade Anzahl, insbesondere um eins.Preferably, the number of electrode fingers differs 117 the respectively associated outer and inner electrodes 118 . 119 an odd number, especially one.
Die Elektrodenfinger 117 der äußeren Elektrode 118 sind insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene, welche in der 17 durch die x-z-Ebene gegeben ist, angeordnet.The electrode fingers 117 the outer electrode 118 are in particular mirror symmetry to a mirror plane, which in the 17 is given by the xz plane.
Die Elektrodenfinger 117 der inneren Elektrode 119 sind insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene, welche in der 17 durch die x-z-Ebene gegeben ist, angeordnet.The electrode fingers 117 the inner electrode 119 are in particular mirror symmetry to a mirror plane, which in the 17 is given by the xz plane.
Bei der in den 16 und 17 dargestellten Ausführungsform ist der Gelenkkörper 38 schematisch vereinfacht als Schwenkachse 120 dargestellt. Die Schwenkachse verläuft bei dem in den 16 und 17 dargestellten Koordinatensystem in y-Richtung. Der Einzelspiegel 27 ist um die Schwenkachse 120 verschwenkbar gelagert. Er weist somit einen Kipp-Freiheitsgrad auf. Das Prinzip ist jedoch ebenso auf optische Bauelemente mit mehr als einem Freiheitsgrad, insbesondere mehr als einem Kipp-Freiheitsgrad, übertragbar. Insbesondere kann der Gelenkkörper 38 wie bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein.In the in the 16 and 17 embodiment shown is the joint body 38 simplified schematically as a pivot axis 120 shown. The pivot axis runs at the in the 16 and 17 shown coordinate system in the y direction. The individual mirror 27 is about the pivot axis 120 pivoted. It thus has a tilting degree of freedom. However, the principle is equally applicable to optical components having more than one degree of freedom, in particular more than one degree of tilting freedom. In particular, the joint body 38 be formed as in the previously described embodiments.
Wie in der 16 exemplarisch angedeutet ist, weist das Aktuationselement 111 eine Bauhöhe h auf. Die Bauhöhe h des Aktuationselement 111 kann fest vorgegeben sein. Sie ist insbesondere unabhängig von der Länge L des Hebelarms 110. Eine Anpassung der Länge L des Hebelarms 110 ist somit unabhängig vom Design des Aktuationselements 111. Dies gilt entsprechend auch bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen.Like in the 16 is indicated by way of example, the actuation element has 111 a height h on. The height h of the actuation element 111 can be fixed. It is in particular independent of the length L of the lever arm 110 , An adjustment of the length L of the lever arm 110 is thus independent of the design of the Aktuationselements 111 , This applies accordingly also in the previously described embodiments.
Da die Länge L des Hebelarms 110 einen direkten Einfluss auf das maximal mit dem Mikroaktuator 50 erzeugbaren Torsionsmoments hat, ist letzteres variabel einstellbar, ohne das Aktuationselement 111 in seiner Dimensionierung verändern zu müssen. Der Arbeitsbereich des Mikroaktuators 50 liegt zwischen 0 und dem maximalen Torsionsmoment.Since the length L of the lever arm 110 a direct impact on the maximum with the microactuator 50 can be generated torsional torque, the latter is variably adjustable, without the Aktuationselement 111 to change in its dimensioning. The working range of the microactuator 50 is between 0 and the maximum torsional moment.
Mittels der Kammelektroden 116 ist eine Kraft in x-Richtung auf den Aktuatorstift 43 ausübbar. Dies führt dazu, dass der Spiegel 27 und der Aktuatorstift 43 um die Schwenkachse 120 verschwenkt wird. Solange man einen nominalen Zustand hat, heben sich die von den Kammelektroden 116 ausgeübten Kräfte in Richtung der Schwenkachse 120, das heißt mit dem in den 16 und 17 dargestellten Koordinatensystem in y-Richtung, gegenseitig auf. Für eine Verschwenkung des Spiegels 27 um die entlang der y-Richtung ausgerichtete Schwenkachse 120 wird eine von den Kammelektroden 116 auf den Aktuatorstift 43 ausgeübte Kraft in y-Richtung, das heißt in Richtung der Schwenkachse 120, auch als parasitäre Kraft oder als Kraft in einer parasitären Richtung 121 bezeichnet. Eine Kraft in parasitärer Richtung 121 kann zu einer Verschiebung der beiden einander zugeordneten Kammelektroden 116 zueinander führen. Sie kann außerdem insbesondere zu einer linearen Verschiebung des Spiegels 27 in parasitärer Richtung 121 führen. Um eine derartige parasitäre Kraft zumindest teilweise zu kompensieren, sind zusätzliche Führungselemente vorgesehen. Bei dem in den 16 und 17 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Führungselemente zur zumindest teilweisen Kompensation einer bei einer Verschwenkung des Spiegels 27 auftretenden linearen Verlagerung des Spiegels 27 in Form von Federn 122 ausgebildet.By means of comb electrodes 116 is a force in the x-direction on the actuator pin 43 exercisable. This causes the mirror 27 and the actuator pin 43 around the pivot axis 120 is pivoted. As long as you have a nominal state, those of the comb electrodes will rise 116 applied forces in the direction of the pivot axis 120 , that is with the in the 16 and 17 shown coordinate system in the y-direction, mutually on. For a pivoting of the mirror 27 around the pivot axis aligned along the y-direction 120 becomes one of the comb electrodes 116 on the actuator pin 43 applied force in the y-direction, ie in the direction of the pivot axis 120 , also as a parasitic force or as a force in a parasitic direction 121 designated. A force in the parasitic direction 121 can cause a shift of the two associated comb electrodes 116 lead to each other. She can also in particular a linear shift of the mirror 27 in the parasitic direction 121 to lead. To at least partially compensate for such parasitic force, additional guide elements are provided. In the in the 16 and 17 illustrated embodiment, the guide elements for at least partial compensation of a pivoting of the mirror 27 occurring linear displacement of the mirror 27 in the form of feathers 122 educated.
Die Federn 122 können in unterschiedlicher Art und Weise ausgeführt sein. Sie können beidseitig relativ zur Schwenkachse 120 angeordnet sein. Sie können auch beidseitig zum Aktuatorstift 43 in Richtung der Schwenkachse 120 angeordnet sein. Es können eine, zwei, drei, vier oder mehr Federn 122 vorgesehen sein. Die Federn 122 sind vorzugsweise paarweise am Aktuatorstift 43 angeordnet. Die Federn 122 sind insbesondere zwischen der Tragestruktur 36 und dem Aktuatorstift 43 angeordnet. Sie können derart angeordnet sein, dass nur die parasitären Aktorkräfte in y-Richtung kompensiert werden. Sie können auch derart angeordnet sein, dass zusätzlich hierzu das resultierende Moment um die z-Achse kompensiert wird. Je nach Ausbildung des Gelenkkörpers 38 kann es genügen, eine einzige Feder 122 am Aktuatorstift 43 anzuordnen.The feathers 122 can be executed in different ways. You can on both sides relative to the pivot axis 120 be arranged. You can also use the actuator pin on both sides 43 in the direction of the pivot axis 120 be arranged. It can have one, two, three, four or more springs 122 be provided. The feathers 122 are preferably in pairs on Aktuatorstift 43 arranged. The feathers 122 are in particular between the support structure 36 and the actuator pin 43 arranged. They can be arranged such that only the parasitic actuator forces in the y direction are compensated. They may also be arranged such that, in addition to this, the resulting moment about the z-axis is compensated. Depending on the training of the joint body 38 Suffice it, a single spring 122 on the actuator pin 43 to arrange.
Um eine von den Federn 122 auf den Aktuatorstift 43 ausgeübte, unerwünschte Zugkraft zu eliminieren, können die Federn 122 nur einseitig eingebaut werden. Dadurch entsteht kein Zug in den Federn 122 beziehungsweise nur ein geringer durch die Deformation des Drehgelenks verursachter Zug, was zu einer geringeren Antriebskraft führt. Durch eine einseitige Anordnung der Federn 122 kann insbesondere vermieden werden, dass eine Auslenkung des Aktuatorstifts 43 nur gegen eine Dehnung der Federn 122 entlang ihrer Längsrichtung möglich ist. Bei einer einseitigen Anordnung der Federn 122 bewegt sich der Angriffspunkt der Feder 122 am Aktuatorstift 43 bei einer Auslenkung des Aktuatorstifts 43 annähernd auf einer Kreisbahn. Bei geringen Verkippungen des Spiegels ist jedoch der dadurch verursachte Versatz in Richtung der Längsrichtung der Federn 122 in erster Ordnung vernachlässigbar.To one of the springs 122 on the actuator pin 43 exerted to eliminate unwanted traction, the springs 122 only be installed on one side. This creates no train in the springs 122 or only a small caused by the deformation of the rotary joint train, resulting in a lower driving force. By a one-sided arrangement of the springs 122 can be avoided in particular that a deflection of the actuator pin 43 only against stretching of the springs 122 along its longitudinal direction is possible. In a one-sided arrangement of the springs 122 the point of application of the spring moves 122 on the actuator pin 43 at a deflection of the actuator pin 43 almost on a circular path. At low tilting of the mirror, however, the offset caused thereby in the direction of the longitudinal direction of the springs 122 negligible in the first order.
Um eine Verlagerung des Aktuatorstifts 43 und/oder des Spiegels 27 aufgrund der Anordnung der Federn 122, insbesondere bei großen Verkippungen um die Schwenkachse 120, zu verhindern, kann ein zweiter Mechanismus, insbesondere ein aktiver Mechanismus, zur Verlagerung und/oder Verkippung des Spiegels 27 relativ zur x-Achse vorgesehen sein.To a displacement of the actuator pin 43 and / or the mirror 27 due to the arrangement of the springs 122 , especially at large tilting about the pivot axis 120 To prevent, may be a second mechanism, in particular an active mechanism to shift and / or tilt the mirror 27 be provided relative to the x-axis.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, die Kammelektroden 116 gezielt zu dezentrieren und damit auf die zusätzlichen Federn 122 eine Druckkraft auszuüben. Die Federn 122 sind mit anderen Worten vorgespannt. Es ist insbesondere vorgesehen, die mit dem Aktuatorstift 43 verbundenen Kammelektroden 116 in Richtung der Federn 122 zu verschieben. Bei der Aktuierung genügt dann für eine erste Auslenkung die Kraft in x-Richtung der Kammelektroden 116. Je weiter der Spiegel 27 um die Schwenkachse 120, das heißt die y-Achse, verkippt wird, umso größer wird der Versatz, den die Federn 122 bekommen, und umso größer wird die unterstützende Wirkung der Kraft in y-Richtung.According to a further embodiment, the comb electrodes are provided 116 to decenter specifically and thus to the additional springs 122 to exert a compressive force. The feathers 122 are biased in other words. In particular, it is provided that with the Aktuatorstift 43 connected comb electrodes 116 in the direction of the springs 122 to move. During the actuation, the force in the x-direction of the comb electrodes is then sufficient for a first deflection 116 , The further the mirror 27 around the pivot axis 120 , that is, the y-axis is tilted, the larger the offset, the springs 122 get, and the supportive effect of the force in the y-direction becomes greater.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Kammelektroden 116 differenziell betrieben. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Kammelektroden 116 je nach Verkippung des Spiegels 27 unterschiedlich weit ineinander eintauchen. Die parasitäre Kraft, das heißt die Kraft in parasitärer Richtung 121, ist jedoch abhängig von der überlappenden Fläche, welche wiederum abhängig ist von der Eintauchlänge. Da die Bewegung der Kammelektroden 116 gekoppelt ist, kann durch eine differenzielle Ansteuerung die Kraft in x-Richtung konstant gehalten werden. Ein aufgrund unterschiedlicher Eintauchtiefen der einander bezüglich der Schwenkachse 120 gegenüberliegenden Kammelektrodenpaare auftretendes Moment um die z-Achse kann durch die Federn 122 abgefangen werden.According to a further embodiment, the comb electrodes 116 operated differentially. According to the invention, it has been recognized that the comb electrodes 116 depending on the tilt of the mirror 27 dive into each other in different ways. The parasitic force, that is the force in the parasitic direction 121 , but depends on the overlapping area, which in turn depends on the immersion length. Because the movement of the comb electrodes 116 coupled, the force in the x direction can be kept constant by a differential control. A due to different immersion depths of each other with respect to the pivot axis 120 Moments opposite the pair of comb electrode pairs about the z-axis may be due to the springs 122 be intercepted.
Die Federn 122 bilden Führungsfedern oder allgemein Führungsmittel oder noch allgemeiner Mittel zur zumindest teilweisen Kompensation einer bei einer Verschwenkung des Spiegels 27 auftretenden linearen Verlagerung des Spiegels 27 oder der Schwenkachse 120.The feathers 122 Form guide springs or generally guide means or even more general means for at least partial compensation of a pivoting of the mirror 27 occurring linear displacement of the mirror 27 or the pivot axis 120 ,
Die Federn 120 können beispielsweise eine Länge von 400 μm aufweisen. Sie können eine Dicke von 3 μm aufweisen. Sie können eine Breite von 50 μm aufweisen. Die Führungsfedern 122 können auch andere Abmessungen aufweisen.The feathers 120 may for example have a length of 400 microns. They can have a thickness of 3 microns. They can have a width of 50 μm. The leadership feathers 122 can also have other dimensions.
Die Führungsfedern 122 sind vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit. Mittels der Federn 122 kann der thermische Widerstand zwischen Mikrospiegel 27 und Tragestruktur 36 vorzugsweise um 25% bis 35% reduziert werden.The leadership feathers 122 are preferably made of a material having a high thermal conductivity. By means of the springs 122 can the thermal resistance between micromirrors 27 and carrying structure 36 preferably reduced by 25% to 35%.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 19 und 20 ein weiteres Mittel zur Kompensation einer bei einer Verschwenkung des Spiegels 27 auftretenden linearen Verlagerung des Spiegels 27 oder seiner Schwenkachse 120 beschrieben. Bei diesen Ausführungsformen handelt es sich um passive Kompensationsmittel. Sie benötigen keine aktive Ansteuerung. Bei der Verlagerung des Spiegels 27 spielt der Gelenkkörper 38 eine entscheidende Rolle. Der Gelenkkörper 38 umfasst insbesondere eine Torsionsfeder, welche eine Verschwenkung des Spiegels 27 um die Schwenkachse 120 ermöglicht. Die Torsionsfeder stellt ein kritisches Bauteil dar. Als Torsionsfeder kann eine einfache Planfeder eingesetzt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Torsionsfeder 123 bezüglich einer Rotation um die Schwenkachse 120 weich, bezüglich einer Rotation um die hierzu senkrechten x- und z-Achsen jedoch steif auszubilden. Die Torsionsfeder 123 weist somit eine hohe Biegesteifigkeit bei einer geringen Torsionssteifigkeit auf. Dies kann insbesondere durch eine geeignete Dimensionierung der Torsionsfedern 123, insbesondere durch deren Querschnitt, erreicht werden.The following is with reference to the 19 and 20 another means for compensating for a pivoting of the mirror 27 occurring linear displacement of the mirror 27 or its pivot axis 120 described. These embodiments are passive compensation means. You do not need active control. When relocating the mirror 27 plays the joint body 38 a crucial role. The joint body 38 includes in particular a torsion spring, which pivoting of the mirror 27 around the pivot axis 120 allows. The torsion spring is a critical component. As a torsion spring, a simple planar spring can be used. According to the invention, the torsion spring is provided 123 with respect to a rotation about the pivot axis 120 soft, but rigid with respect to a rotation about the x and z axes perpendicular thereto. The torsion spring 123 thus has a high bending stiffness with a low torsional stiffness. This can in particular by a suitable dimensioning of the torsion springs 123 , in particular by their cross-section, can be achieved.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Torsionsfeder 123 eine dreiarmige Form (19) oder eine vierarmige Form (20) aufweist. Die Torsionsfeder 123 kann insbesondere T-förmig, x-förmig oder kreuzförmig ausgebildet sein. Die Torsionsfedern 123 gemäß den 19 und 20 sind jeweils derart angeordnet, dass sie bei einer Verlagerung, insbesondere einer Verkippung des Spiegels 27 um ihre y-Achse tordiert werden. Hierbei entspricht das in den 19 und 20 eingezeichnete Koordinatensystem dem in 16 gezeigten. Insbesondere bei einer Ausführungsform ohne zusätzliche Führungsfedern stellen diese Ausführungsformen der Torsionsfedern 123 vorteilhafte Alternativen zu einfachen Blattfedern dar.According to the invention it is provided that the torsion spring 123 a three-armed form ( 19 ) or a four-armed form ( 20 ) having. The torsion spring 123 may in particular be T-shaped, X-shaped or cross-shaped. The torsion springs 123 according to the 19 and 20 are each arranged such that they at a displacement, in particular a tilting of the mirror 27 be twisted around its y-axis. This corresponds to the in the 19 and 20 drawn coordinate system in the 16 shown. In particular, in one embodiment without additional guide springs, these embodiments of the torsion springs 123 advantageous alternatives to simple leaf springs.
Aus Fertigungsgründen ist es vorteilhaft, die Torsionsfedern 123 in der dargestellten Anordnung beziehungsweise um 180° gedreht einzubauen. Es ist insbesondere vorteilhaft, die Torsionsfedern 123 derart anzuordnen, dass die Rotationsachse, das heißt die y-Achse, möglichst nah am Spiegelkörper 35 ist.For manufacturing reasons, it is advantageous, the torsion springs 123 in the illustrated arrangement or rotated by 180 ° installed. It is particularly advantageous, the torsion springs 123 to be arranged such that the axis of rotation, that is, the y-axis, as close as possible to the mirror body 35 is.
Die Torsionsfedern 123 können auch aus einzelnen Blattfedern zusammengesetzt sein.The torsion springs 123 can also be composed of individual leaf springs.
Im Folgenden werden weitere Details des Mikroaktuators 50 stichwortartig beschrieben. Die Kraftübertragung erfolgt ausschließlich am Ende des Hebelarms 110. Hierdurch kann eine optimale Nutzung des Hebels erreicht werden.Below are more details of the microactuator 50 described in keywords. The power transmission takes place exclusively at the end of the lever arm 110 , This allows optimal use of the lever can be achieved.
Die Bauhöhe h des Aktuationselements 111 ist von der Länge L des Hebelarms 110 entkoppelt.The height h of Aktuationselements 111 is of the length L of the lever arm 110 decoupled.
Der Hebelarm 110 kann aus Silizium, insbesondere aus monokristallinem Silizium, sein. Das Aktuationselement 111 kann aus dem selben Material sei wie der Hebelarm 110. Das Aktuationselement 111 kann auch aus einem anderen Material sein als der Hebelarm 110.The lever arm 110 may be silicon, in particular monocrystalline silicon. The actuation element 111 can be made of the same material as the lever arm 110 , The actuation element 111 can also be made of a different material than the lever arm 110 ,
Das Aktuationselement 111 wird in einen mikrotechnischen Verfahren mit dem Hebelarm 110 verbunden. Für den Verbindungsschritt 115 zur Verbindung des Aktuationselements 111 mit dem Hebelarm 110 ist insbesondere ein Bond-Verfahren, insbesondere ein Fusionsbond-Verfahren oder ein eutektisches Bonden vorgesehen.The actuation element 111 gets into a microtechnical procedure with the lever arm 110 connected. For the connection step 115 for connecting the actuator element 111 with the lever arm 110 In particular, a bonding process, in particular a fusion bonding process or a eutectic bonding is provided.
Das Material und die Bauhöhe h des Aktuationselements 111 kann unabhängig vom Design und der Ausführung des Hebelarms 110 gewählt werden.The material and the height h of the actuator element 111 can be independent of the design and design of the lever arm 110 to get voted.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 21, 22a und 22b ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird.The following is with reference to the 21 . 22a and 22b another embodiment described. Identical parts are given the same reference numerals as in the embodiment according to FIG 9 , to the description of which reference is hereby made.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass zur Kompensation einer unerwünschten, bei einer Verschwenkung des Spiegels 27 auftretenden linearen Verlagerung des Spiegels 27 oder seiner Schwenkachse 120 die äußeren Aktuatorelektroden in separate Bestandteile unterteilt werden können. Es ist insbesondere möglich, die äußeren Aktuatorelektroden in obere, das heißt spiegelnahe, Elektroden 124 und untere, das heißt spiegelferne, Elektroden 125 zu unterteilen.According to the invention, it has been recognized that to compensate for an undesired, when pivoting the mirror 27 occurring linear displacement of the mirror 27 or its pivot axis 120 the outer actuator electrodes can be divided into separate components. In particular, it is possible for the outer actuator electrodes to be in upper, that is near the mirror, electrodes 124 and lower, that is, mirror-free, electrodes 125 to divide.
Es ist insbesondere möglich, den Gelenkkörper 38 derart anzuordnen, dass die oberen Elektroden 124 und die unteren Elektroden 125 auf einander entgegengesetzten Seiten relativ zur Schwenkachse 120 angeordnet sind. Wie in den 21 und 22a und 22b schematisch dargestellt ist, ist insbesondere vorgesehen, der unterhalb der Federmembranschicht liegenden Gruppe von unteren Elektroden 125 eine oberhalb der Federmembran liegende Gruppe von oberen Elektroden 124 zuzuordnen. Die beiden Gruppen können identisch sein bezüglich Abmessungen und Potenzialbelegung. Sie sind jedoch bezüglich der z-Achse, das heißt der Längsrichtung 112 des Aktuatorstifts 43, um 180° verdreht. Hierdurch ist es möglich, durch die Elektroden 124, 125 auf den Aktuatorstift 43 und den Spiegel 27 ausgeübten, resultierenden translatorischen Kräfte gegenseitig zu kompensieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die einander bezüglich der z-Achse gegenüberliegende unteren und oberen Elektroden 124, 125 jeweils mit demselben Potenzial belegt werden. Zur Verdeutlichung sind in den 22a und 22b einander zugeordnete Elektroden 124, 125 mit entsprechenden Indizes versehen. Es ist jeweils eine der unteren Elektroden 125 i einer der oberen Elektroden 124 i zugeordnet. Die oberen und unteren Elektroden 124, 125 können insbesondere paarweise angesteuert werden.It is particularly possible, the joint body 38 to arrange such that the upper electrodes 124 and the lower electrodes 125 on opposite sides relative to the pivot axis 120 are arranged. As in the 21 and 22a and 22b is shown schematically, is provided in particular, the lying below the spring diaphragm layer group of lower electrodes 125 a group of upper electrodes located above the spring diaphragm 124 assigned. The two groups can be identical in terms of dimensions and potential assignment. However, they are with respect to the z-axis, that is, the longitudinal direction 112 of the actuator pin 43 rotated by 180 °. This makes it possible through the electrodes 124 . 125 on the actuator pin 43 and the mirror 27 exerted to compensate each other, resulting translational forces. This can be accomplished by having the lower and upper electrodes facing each other with respect to the z-axis 124 . 125 each with the same potential. To clarify are in the 22a and 22b associated electrodes 124 . 125 provided with corresponding indices. It is one of the lower electrodes in each case 125 i one of the upper electrodes 124 i assigned. The upper and lower electrodes 124 . 125 can be controlled in pairs in particular.
Zur Herstellung einer derartigen Verlagerungsvorrichtung ist im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 9 ein zusätzlicher Wafertransferprozess vorgesehen. Hierfür kann beispielsweise ein eutektisches Bonden vorgesehen sein.To produce such a displacement device is compared to the embodiment according to 9 an additional wafer transfer process is provided. For this purpose, for example, a eutectic bonding may be provided.
In der 21 sind die von den Elektroden 124, 125 auf den Aktuatorstift 43 ausgeübten, elektrostatischen Aktuationskräfte schematisch durch Pfeile 126 dargestellt. Durch geeignete Ansteuerung der oberen und unteren Elektroden 124, 125 kann erreicht werden, dass auf die Schwenkachse 120 keine resultierende translatorische Kraft wirkt, das heißt dass die resultierende, translatorische Kraft auf die Schwenkachse 120 gleich null ist. In the 21 are those of the electrodes 124 . 125 on the actuator pin 43 applied, electrostatic Aktuationskräfte schematically by arrows 126 shown. By suitable control of the upper and lower electrodes 124 . 125 can be achieved on the pivot axis 120 no resulting translatory force acts, that is, the resulting translational force on the pivot axis 120 is equal to zero.
Da die auf den Aktuatorstift 43 mittels der Elektroden 124, 125 ausübbare Aktuationskraft von der Fläche der Elektroden 124, 125 abhängig ist, kann diese durch die Unterteilung der äußeren Elektroden in eine Gruppe von oberen Elektroden 124 und eine Gruppe von unteren Elektroden 125 vergrößert werden. Die Abmessung der Elektroden 124, 125 in Längsrichtung 112 wird im Wesentlichen von der Dicke der zur Herstellung verwendeten Wafer definiert. Der für die Aktuatoren, insbesondere den Aktuatorstift 43 und die Elektroden 124, 125 verfügbare Bauraum in z-Richtung ist im Wesentlichen nicht beschränkt.As the on the actuator pin 43 by means of the electrodes 124 . 125 practicable Aktuationskraft of the surface of the electrodes 124 . 125 This may be due to the subdivision of the outer electrodes into a group of upper electrodes 124 and a group of lower electrodes 125 be enlarged. The dimension of the electrodes 124 . 125 longitudinal 112 is essentially defined by the thickness of the wafers used to make it. The for the actuators, in particular the Aktuatorstift 43 and the electrodes 124 . 125 available space in the z-direction is essentially not limited.
Bei dem in 21 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die oberen Elektroden 124 eine Erstreckung ho in Richtung der Längsachse 112 auf, welche identisch ist zu einer Erstreckung hu der unteren Elektroden in Richtung der Längsachse 112.At the in 21 illustrated embodiment, the upper electrodes 124 an extension h o in the direction of the longitudinal axis 112 which is identical to an extension h u of the lower electrodes in the direction of the longitudinal axis 112 ,
Durch die beidseitige Anordnung der Elektroden 124, 125 relativ zur Schwenkachse 120 ergibt sich die Möglichkeit einer differenziellen Verschaltung. Die ist insbesondere zur Positions- und/oder Geschwindigkeitserfassung des Aktuatorstifts 43 vorteilhaft. Für Details sei auf die DE 10 2012 218 219.5 verwiesen, die hiermit vollständig als Bestandteil in die vorliegende Anmeldung integriert ist.Due to the two-sided arrangement of the electrodes 124 . 125 relative to the pivot axis 120 there is the possibility of a differential interconnection. This is in particular for detecting the position and / or speed of the actuator pin 43 advantageous. For details be on the DE 10 2012 218 219.5 which is hereby fully incorporated by reference into the present application.
Bei der in 23 dargestellten Alternative, welche im Übrigen zur Ausführungsform gemäß 21 identisch ist, weisen die oberen Elektroden 124 eine Erstreckung ho in Längsrichtung auf, welche kleiner ist als die Erstreckung hu der unteren Elektroden 125 in Längsrichtung 112. Hierdurch kann der Abstand der Schwenkachse 120 zum Spiegelkörper 35 reduziert werden. Es gilt insbesondere ho < hu, insbesondere ho:hu < 3:4, insbesondere ho:hu < 2:3, insbesondere ho:hu < 1:2.At the in 23 shown alternative, which incidentally to the embodiment according to 21 is identical, the upper electrodes have 124 an extension h o in the longitudinal direction, which is smaller than the extension h u of the lower electrodes 125 longitudinal 112 , This allows the distance of the pivot axis 120 to the mirror body 35 be reduced. In particular, h o <h u , in particular h o : h u <3: 4, in particular h o : h u <2: 3, in particular h o : h u <1: 2.
Durch die unterschiedlichen Abmessungen der oberen Elektroden 124 und unteren Elektroden 125 in Richtung der Längsachse 112 wird eine differenzielle Herangehensweise vereinfacht. Die Differenzen der Kapazitäten der einander zugeordneten oberen Elektroden 124; und unteren Elektroden 125; beziehungsweise deren zeitlichen Ableitungen können als differenzielles Maß für den Verkippwinkel beziehungsweise die Verkippwinkelgeschwindigkeit herangezogen werden. Der Vorteil einer differenziellen Messung liegt unter anderem darin, dass Störungseinflüsse, welche die zur Auslesung der einzelnen Messgröße erforderlichen elektrischen Schaltungen in gleichem Maße betreffen durch die nachgeschaltete Subtraktionsoperation eliminiert werden.Due to the different dimensions of the upper electrodes 124 and lower electrodes 125 in the direction of the longitudinal axis 112 a differential approach is simplified. The differences in the capacities of the associated upper electrodes 124 ; and lower electrodes 125 ; or their time derivatives can be used as a differential measure of the Verkippwinkel or the Verkippwinkelgeschwindigkeit. The advantage of a differential measurement is, inter alia, that interference influences which affect the electrical circuits required for reading the individual measured variable to the same extent are eliminated by the downstream subtraction operation.
Die voneinander abweichenden Werte ho und hu machen eine entsprechend umgekehrte Anpassung der Potenzialbelegung derselben zur Kompensation einer Transversalbewegung notwendig: Vo,i:Vu,i = hu,i:ho,i.The deviating values h o and h u necessitate a correspondingly inverse adaptation of the potential assignment of the same to compensate for a transversal movement: V o, i : V u, i = h u, i : h o, i .
Eine differenzielle, auf den oben genannten Kapazitäten beruhende Position- beziehungsweise Geschwindigkeitsbestimmung wird nicht von diesen Bedingungen für die Aktorspannungen Vo,i und Vu,i beeinflusst, wenn die Kapazitätsmessung mittels einer Wechselspannungsanregung Vsens bei geeigneten Frequenzen durchgeführt wird. Die Kapazitätsmessung kann insbesondere mittels einer Wechselspannungsanregung Vsens bei einer Frequenz oberhalb der Eigenfrequenzen des Mikrospiegels 27 durchgeführt werden. Sie wirkt somit bei einer mechanischen Anregung insbesondere nicht als Störgröße.A differential position or velocity determination based on the abovementioned capacitances is not influenced by these conditions for the actuator voltages V o, i and V u, i if the capacitance measurement is carried out by means of an AC excitation V sens at suitable frequencies. The capacitance measurement can in particular by means of an AC voltage excitation V sens at a frequency above the natural frequencies of the micromirror 27 be performed. It thus does not act as a disturbance variable in the case of mechanical excitation.
Prinzipiell kann auch gelten: ho > hu. Für den Fall ho < hu ergibt sich jedoch der vorteilhafte Nebeneffekt, dass der Schwerpunkt der Kombination aus dem Spiegel 27, insbesondere dem Spiegelkörper 35 und dem Aktuatorstift 43 in Richtung Federmembran, das heißt in Richtung der Schwenkachse 120, geschoben wird. Dies kann dadurch unterstützt werden, dass die Abmessungen des Spiegelkörpers 35 ebenfalls angepasst werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform fällt der mechanische Schwerpunkt, das heißt der Masseschwerpunkt des Systems, aus dem Spiegelkörper 35 und dem Aktuatorstift 43 auf die Schwenkachse 120. Allgemein kann durch eine geeignete Auswahl der Abmessungen der Elektroden 124, 125 erreicht werden, dass der mechanische Schwerpunkt der Kombination aus Spiegel 27, insbesondere Spiegelkörper 35, und Aktuatorstift 43 um weniger als einen vorbestimmten Maximalbetrag von höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 100 μm, insbesondere höchstens 10 μm, insbesondere höchstens 1 μm, insbesondere höchstens 0,1 μm von der Schwenkachse 120 beabstandet ist.In principle, the following can also apply: h o > h u . For the case h o <h u , however, there is the advantageous side effect that the center of gravity of the combination of the mirror 27 , in particular the mirror body 35 and the actuator pin 43 in the direction of the spring diaphragm, that is in the direction of the pivot axis 120 , is pushed. This can be supported by the fact that the dimensions of the mirror body 35 also be adjusted. In a particularly advantageous embodiment, the mechanical center of gravity, that is to say the center of gravity of the system, falls out of the mirror body 35 and the actuator pin 43 on the pivot axis 120 , Generally, by a suitable choice of the dimensions of the electrodes 124 . 125 be achieved that the mechanical center of gravity of the combination of mirrors 27 , in particular mirror body 35 , and actuator pin 43 by less than a predetermined maximum amount of at most 1 mm, in particular at most 100 μm, in particular at most 10 μm, in particular at most 1 μm, in particular at most 0.1 μm from the pivot axis 120 is spaced.
In 24 ist schematisch eine weitere Alternative dargestellt, wie die Position des mechanischen Schwerpunkts des Systems aus Spiegel 27, insbesondere Spiegelkörper 35, und Aktuatorstift 43 erreicht werden kann.In 24 schematically another alternative is shown, such as the position of the mechanical center of gravity of the system of mirrors 27 , in particular mirror body 35 , and actuator pin 43 can be achieved.
Gemäß dieser Ausführungsform ist vorgesehen, auch den Aktuatorstift 43 in einen oberen Bestandteil 43 o und einen unteren Bestandteil 43 u zu unterteilen. Hierbei können die beiden Bestandteile 43 o, 43 u in Richtung quer zur Längsrichtung 112 unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Sie können insbesondere unterschiedliche Radien aufweisen. Sie weisen allgemein unterschiedliche Querschnitte auf. Hierdurch kann die Massenverteilung im Aktuatorstift 43 beeinflusst werden. Es kann insbesondere erreicht werden, dass der mechanische Schwerpunkt des Spiegel-Aktuatorstift-Verbundes auf Höhe der Federmembran liegt.According to this embodiment is provided, also the actuator pin 43 into an upper component 43 o and a lower component 43 u to divide. Here are the two components 43 o , 43 u in the direction transverse to the longitudinal direction 112 have different dimensions. In particular, they can have different radii. They generally have different cross sections. This allows the mass distribution in Aktuatorstift 43 to be influenced. It can be achieved, in particular, that the mechanical center of gravity of the mirror actuator pin assembly lies at the level of the spring diaphragm.
Im Falle von kreisförmigen Aktuatorstiftabschnitten 43 o und 43 u mit Radien ro und ru ergibt sich für die Transversalverschiebungskompensation näherungsweise die folgende Bedingung: Vo,i:Vu,i = (ro·hu,i):(ru·ho,i). Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die tatsächliche Schwenkachse des Spiegels 27 nicht notwendigerweise exakt mit der Schwenkachse 120, welche durch den Gelenkkörper 38 definiert ist, zusammenfällt. Bei sich langsam und kontinuierlich ändernden Verkippungen des Spiegels 27 ist dies zumindest näherungsweise der Fall. Für Verkippungen, deren Verkippungsraten im Bereich der Resonanzfrequenzen des Spiegel-Aktuatorstift-Verbundes liegen, verläuft die tatsächliche Schwenkachse jedoch näherungsweise durch den mechanischen Schwerpunkt dieses Verbundes. Die Position der tatsächlichen Schwenkachse kann somit je nach Rate der Verkippungsänderung variieren. Erfindungsgemäß ist daher bevorzugt vorgesehen, den Spiegel-Aktuatorstift-Verbund derart auszubilden, dass dessen mechanischer Schwerpunkt im Bereich der konstruktiven Schwenkachse 120 zu liegen kommt oder zumindest höchstens um weniger als einen vorbestimmten Maximalbetrag von dieser beabstandet ist.In the case of circular Aktuatorstiftabschnitten 43 o and 43 u with radii r and r o u is obtained for the Transversalverschiebungskompensation approximately the following condition: V o, i: V u, i = (r o * h u, i) :( r u o · h, i). According to the invention, it has been recognized that the actual pivot axis of the mirror 27 not necessarily exactly with the pivot axis 120 passing through the joint body 38 is defined, coincides. With slowly and continuously changing tilts of the mirror 27 this is at least approximately the case. However, for tilting whose tilting rates are in the range of the resonance frequencies of the mirror / actuator pin combination, the actual pivot axis runs approximately through the mechanical center of gravity of this composite. The position of the actual pivot axis may thus vary depending on the rate of tilt change. According to the invention, it is therefore preferable to design the mirror-actuator pin composite in such a way that its mechanical center of gravity is in the region of the structural pivot axis 120 is to lie or at least at most by less than a predetermined maximum amount of this is spaced.
Je nach Erfordernis kann entschieden werden, ob die Abmessungen ho, hu, ro und ru eher hinsichtlich der gewünschten Schwerpunktposition oder hinsichtlich einer großen Differenz der zur Positions- beziehungsweise Geschwindigkeitsbestimmung voneinander zu subtrahierenden Kapazitäten getroffen werden soll. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass hierbei zu beachten ist, dass bei einem großen Abstand des Schwerpunkts von der Membranebene die Abhängigkeit der Kapazitäten der Elektroden vom Kippwinkel des Spiegels in ihrer Ausprägung von der Kippwinkeländerungsrate abhängt.Depending on the requirement, it may be decided whether the dimensions h o , h u , r o and r u should be taken more with regard to the desired center of gravity position or with respect to a large difference of the capacities to be subtracted from one another for determining the position or velocity. According to the invention, it was recognized that it should be noted here that, given a large distance of the center of gravity from the diaphragm plane, the dependence of the capacitances of the electrodes on the tilt angle of the mirror depends on the tilt angle change rate.
Um die Lage des Massenschwerpunkts des Spiegel-Aktuator-Verbunds zu beeinflussen, kann auch, wie exemplarisch in der 25 dargestellt ist, vorgesehen sein, am dem Spiegel 27 abgewandten Ende des Aktuatorstifts 43 ein Gegengewicht 127 anzuordnen. Das Gegengewicht 127 kann am oder im Aktuatorstift 43 angeordnet sein. Insbesondere im Falle einer hohlzylindrischen Ausbildung des Aktuatorstifts 43 kann das Gegengewicht 127 in diesen integriert sein.In order to influence the position of the center of mass of the mirror-actuator composite, can also, as exemplified in the 25 is shown, be provided on the mirror 27 opposite end of the actuator pin 43 a counterweight 127 to arrange. The counterweight 127 can be on or in the actuator pin 43 be arranged. Especially in the case of a hollow cylindrical design of the actuator pin 43 can the counterweight 127 be integrated in these.
Das Gegengewicht 127 ist auf der dem Spiegelkörper 35 abgewandten Seite des Aktuatorstifts 43 angeordnet. Es ist fest mit dem Aktuatorstift 43 verbunden. Mit Hilfe des Gegengewichts 127 kann die Lage des Massenschwerpunkts des Spiegel-Aktuator-Verbunds auf einfache Weise beeinflusst werden.The counterweight 127 is on the mirror body 35 opposite side of the actuator pin 43 arranged. It's stuck to the actuator pin 43 connected. With the help of the counterweight 127 For example, the location of the center of mass of the mirror-actuator composite can be easily influenced.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 26 eine weitere Ausführungsform des Aktuators beschrieben. Diese Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der anhand der 16 und 17 beschriebenen, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird.The following is with reference to the 26 a further embodiment of the actuator described. This embodiment corresponds essentially to the basis of 16 and 17 described, to the description of which reference is hereby made.
Bei der Ausbildung der Aktuatorelektroden als Kammelektroden 116 wirken neben der erwünschten elektrostatischen Kraft in Richtung der einzelnen Elektrodenfinger 117 auch parasitäre Querkräfte, das heißt Kräfte in parasitärer Richtung 121, sobald ein Versatz dg zwischen den beiden Kammelektroden 116 auftritt, das heißt sobald die Elektrodenfinger 117 der einen Kammelektrode 116 nicht mehr exakt zwischen den Elektrodenfingern 117 der jeweils zugehörigen Kammelektrode 116 zentriert angeordnet sind. Ein solcher Versatz kann beispielsweise durch Herstellungstoleranzen permanent vorhanden sein und/oder kurzzeitig, beispielsweise durch eine mechanische Anregung hervorgerufen werden. Die resultierende parasitäre Querkraft ist so orientiert, dass durch ihre Wirkung der Versatz dg zusätzlich erhöht wird. Beim Unterschreiten des sogenannten Pull-in-Abstands zwischen benachbarten Elektrodenfingern 117 werden die beiden einander zugehörigen Kammelektroden 116 vollständig aneinander gezogen. Eine weitere Aktuation aus diesem Zustand heraus ist nicht möglich, ohne zunächst die Potenzialdifferenz der beiden beteiligten Kammelektroden 116 aufzuheben, indem die Elektrodenfinger 117 auf dasselbe elektrische Potenzial gebracht werden. Ein Kontakt benachbarter Elektrodenfinger 117 kann außerdem zu einem elektrischen Kurzschluss führen. Dies kann im schlimmsten Fall zur Zerstörung des gesamten optischen Bauelements führen.In the formation of Aktuatorelektroden as comb electrodes 116 act in addition to the desired electrostatic force in the direction of the individual electrode fingers 117 also parasitic transverse forces, that is forces in the parasitic direction 121 as soon as an offset dg between the two comb electrodes 116 occurs, that is as soon as the electrode fingers 117 the one comb electrode 116 no longer exactly between the electrode fingers 117 the respective associated comb electrode 116 are arranged centered. Such an offset can, for example, be permanently present due to manufacturing tolerances and / or be caused for a short time, for example by a mechanical excitation. The resulting parasitic transverse force is oriented so that its effect additionally increases the offset dg. When falling below the so-called pull-in distance between adjacent electrode fingers 117 become the two associated comb electrodes 116 completely pulled together. Further actuation from this state is not possible without first the potential difference of the two comb electrodes involved 116 lift off by the electrode fingers 117 be brought to the same electrical potential. A contact of adjacent electrode fingers 117 can also cause an electrical short circuit. In the worst case, this can lead to the destruction of the entire optical component.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das Auftreten parasitärer Querkräfte innerhalb eines Paares von Kammelektroden 116 dadurch vermieden werden kann, dass die unterschiedlichen Elektrodenfinger 117 mindestens einer der Kammelektroden 116 mit unterschiedlichen Spannungen beaufschlagt werden. Dies kann mittels einer geeigneten Steuereinrichtung und einer entsprechenden Ausbildung der Kammelektroden 116 erreicht werden.According to the invention, it has been recognized that the occurrence of parasitic transverse forces within a pair of comb electrodes 116 can be avoided that the different electrode fingers 117 at least one of the comb electrodes 116 be subjected to different voltages. This can be done by means of a suitable control device and a corresponding design of the comb electrodes 116 be achieved.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die auf einen bestimmten Elektrodenfinger 117 wirkende parasitäre Querkraft zum einen durch den Versatz dg, zum anderen auch von den Potenzialdifferenzen zu den beiden benachbarten Elektrodenfingern 117 der zugehörigen Kammelektrode 116 bestimmt wird. Weiter wurde erkannt, dass durch Belegung der Elektrodenfinger 117 mit sich voneinander unterscheidenden Potenzialen der Einfluss des Versatzes dg kompensiert werden kann. Vorzugsweise werden die Elektrodenfinger 117 beider einander zugeordneten Kammelektroden 116 jeweils mit sich voneinander unterscheidenden Potenzialen belegt. Eine geeignete Spannungskonfiguration ist in der 26 schematisch, exemplarisch dargestellt. Die Elektrodenfinger 117 der an der Tragestruktur 36 angeordneten äußeren Kammelektrode 116 werden mit Potenzialen Va,n belegt, wobei der Index n eine fortlaufende Durchnummerierung der Elektrodenfinger 117 dieser Kammelektrode 116 darstellt. Der Index n bezeichnet mit anderen Worten eine Position der Elektrodenfinger 117 der äußeren Kammelektrode 116 in y-Richtung.According to the invention it has been recognized that the on a particular electrode finger 117 acting parasitic shear force on the one hand by the offset dg, on the other hand also from the potential differences to the two adjacent electrode fingers 117 the associated comb electrode 116 is determined. It was further recognized that by occupying the electrode fingers 117 with himself differing potentials the influence of the offset dg can be compensated. Preferably, the electrode fingers 117 both of the associated comb electrodes 116 each with different potentials. A suitable voltage configuration is in the 26 schematically, exemplified. The electrode fingers 117 the at the carrying structure 36 arranged outer comb electrode 116 are occupied by potentials V a, n , where the index n is a continuous numbering of the electrode fingers 117 this comb electrode 116 represents. In other words, the index n denotes a position of the electrode fingers 117 the outer comb electrode 116 in the y direction.
Entsprechend werden die Elektrodenfinger 117 der am Aktuatorstift 43 angeordneten inneren Kammelektrode 116 mit Potenzialen Vi,n belegt, wobei der Index n wiederum eine fortlaufende Durchnummerierung dieser Elektrodenfinger 117 darstellt.Accordingly, the electrode fingers 117 at the actuator pin 43 arranged inner comb electrode 116 with potentials V i, n , where the index n in turn a continuous numbering of these electrode fingers 117 represents.
Werden nun die Potenziale Va,n und Vi,n geeignet gewählt, kann die parasitäre Querkraft vollständig kompensiert werden. Außerdem kann die Aktuationskraft, welche schematisch durch einen Pfeil 126 dargestellt ist, frei eingestellt werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass diese beiden Ziele, das heißt Kompensation der Querkraft und beliebige Einstellung der Aktuationskraft 126, erreichbar sind, sofern die Potenziale Va,n und Vi,n wie folgt gewählt werden: Vi,n < Va,n < Va,n+1 < Vi,n+1 mit Va,n = Va,n+2 und Vi,n = wobei die Reihenfolge der Elektrodenfinger 117 in y-Richtung wie folgt ist: an → in → an+1 → in+1. Nach Vorgabe der gewünschten Aktuationskraft 126 und einer dieser Spannungen ergeben sich die übrigen Spannungen aus einem Gleichungssystem vierten Grades.If the potentials V a, n and V i, n are chosen appropriately, the parasitic transverse force can be completely compensated. In addition, the Aktuationskraft, which schematically by an arrow 126 is shown, are freely set. According to the invention, it was recognized that these two goals, that is compensation of the lateral force and arbitrary adjustment of the Aktuationskraft 126 are achievable provided that the potentials V a, n and V i, n are chosen as follows: V i, n <V a, n <V a, n + 1 <V i, n + 1 with V a, n = V a, n + 2 and V i, n = where the order of the electrode fingers 117 in the y direction is as follows: a n → i n → A n + 1 → i + n. 1 After specification of the desired actuation force 126 and one of these voltages results in the remaining voltages from a system of equations of the fourth degree.
Beispielhafte Spannungen sind wie folgt: Va,2 = 100 V, Vi,2 = 200 V, Va,1 = 77,78 V und Vi,1 = –22,22 V.Exemplary voltages are as follows: V a, 2 = 100 V, V i, 2 = 200 V, V a, 1 = 77.78 V and V i, 1 = -22.22 V.
Die vorhergehend beschriebene Ansteuerung der Elektrodenfinger 117 mit unterschiedlichen Potenzialen stellt ebenfalls ein Mittel zur zumindest teilweisen Kompensation einer bei einer Verschwenkung des Spiegels 27 auftretenden linearen Verlagerung des Spiegels 27 oder der Schwenkachse 120 dar.The previously described activation of the electrode fingers 117 with different potentials also provides a means for at least partially compensating for a pivoting of the mirror 27 occurring linear displacement of the mirror 27 or the pivot axis 120 represents.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO 2010/049076 A2 [0002, 0066, 0154] WO 2010/049076 A2 [0002, 0066, 0154]
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EP 1225481 A [0069] EP 1225481A [0069]
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US 7145269 B2 [0102] US 7145269 B2 [0102]
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WO 2007/134574 A [0103] WO 2007/134574 A [0103]
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DE 102012218219 [0203] DE 102012218219 [0203]
