DE102015225537A1

DE102015225537A1 - Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils

Info

Publication number: DE102015225537A1
Application number: DE102015225537.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Erath
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: JP2019505835A; US10254664B2; TWI713647B; CN108369386A; CN108369386B; JP6843864B2; DE102015225537B4; US20180284626A1; TW201727383A; KR20180094892A; WO2017102193A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils (1) mittels eines Führungsglieds (5), wobei ein Kopfbereich (6) des Führungsglieds (5) an einem Befestigungspunkt (7) des Bauteils (1) und ein Fußbereich (8) des Führungsglieds (5) an einem Befestigungspunkt (9) eines Betätigungselements (10) einer Betätigungseinrichtung (4, 14) festgelegt ist, wobei die Betätigungseinrichtung (4, 14) ausgebildet ist, um das Führungsglied (5) zur Übertragung einer Kraft auf das Bauteil (1) in einer Bewegungsachse (11) beweglich zu halten. Vorgesehen ist eine Verstelleinrichtung (12), um den Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) derart zu verstellen, dass ein Winkel (α) zwischen der Bewegungsachse (11) und dem Verlauf des Führungsglieds (5) zwischen den Befestigungspunkten (7,9) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft ferner eine Betätigungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Ausrichtung, Beeinflussung und/oder Betätigung eines Bauteils nach dem Oberbegriff von Anspruch 18.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik nach Anspruch 19.
Vorrichtungen zur Ausrichtung eines Bauteils werden im Stand der Technik für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt. Beispielsweise werden Antriebselemente, auch Aktuatoren oder Aktoren genannt, in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik dazu verwendet, elektrische Signale in mechanische Arbeit umzusetzen. So können beispielsweise Ventile angesteuert, Antriebselemente betrieben oder Gegenstände angehoben werden. Vorrichtungen zur Ausrichtung eines Bauteils können auch dazu verwendet werden, ein Bauteil zu stabilisieren bzw. dessen Ausrichtung zu justieren. Beispielsweise kann eine solche Vorrichtung dazu verwendet werden, die Gewichtskraft eines Bauteils aufzunehmen und das Bauteil zu lagern.
In Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie werden üblicherweise eine Vielzahl von Aktuatoren, beispielsweise Tauchspulenaktuatoren, eingesetzt, um Bauteile, insbesondere optische Elemente im Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlagen, mechanisch zu beeinflussen und/oder zu manipulieren und/oder zu deformieren, um beispielsweise den Strahlengang einer Strahlungsquelle zu steuern.
Aus der WO 2005/026801 A2 ist es bekannt, optische Elemente für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, wie Spiegel, unter Einsatz von ansteuerbaren Bewegungsachsen durch Betätigungseinrichtungen in Form von Lorentz-Aktuatoren in mehreren Freiheitsgraden zu verstellen. Hierzu können Tauchspulenaktuatoren verwendet werden, wobei ein linear bewegliches Betätigungselement, ein Translator, in Form eines Magneten durch elektromagnetische Wechselwirkung mit einer statisch montierten und den Translator umgebenden Spule bewegt werden kann. Der Translator ist dabei über ein Führungsglied mit dem optischen Element verbunden, auf das sich eine ausgeführte Bewegung überträgt.
Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung von Halbleiterschaltungen erhöhen sich die Anforderungen an Auflösung und Genauigkeit von Projektionsbelichtungsanlagen gleichermaßen. Entsprechend hohe Anforderungen werden auch an die Aktuatorik, die die optischen Elemente im Beleuchtungssystem mechanisch steuert, gestellt.
Es ist von Vorteil, wenn die Aktuatoren zur Verstellung der optischen Elemente und die optischen Elemente selbst so weit wie möglich von Gewichtskräften entkoppelt sind. Vorzugsweise verstellen die Aktuatoren die optischen Elemente im gewichtsfreien bzw. scheinbar kräftefreien Zustand. Hierzu werden Betätigungseinrichtungen in Form von sogenannten Gewichts- bzw. Gravitationskompensationseinrichtungen eingesetzt, die die Gewichtskräfte – zumindest einen großen Teil der Gewichtskräfte – der optischen Elemente aufnehmen. Dadurch wird die Betätigung der optischen Elemente durch die Aktuatoren vereinfacht und es ist ein geringerer Energieeintrag in die Aktuatoren erforderlich. Dies hat wiederum positive Auswirkungen auf das Gesamtverhalten der Projektionsbelichtungsanlage, da beispielsweise keine zusätzlichen Wärmelasten aufgrund des hohen Energieverbrauchs der Aktuatoren in die Anlage eingeführt werden.
Eine Gravitationskompensationseinrichtung für optische Elemente in Projektionsbelichtungsanlagen ist aus der DE 10 2009 054 549 A1 bekannt.
Zur Gravitationskompensation können Tauchspulenaktuatoren bzw. Lorentz-Aktuatoren verwendet werden. Ein Nachteil ist dabei, dass die Aktuatoren aufgrund ihrer Bauweise kontinuierlich bestromt werden müssen, um die statische Gewichtskraft, die auf das optische Element wirkt, auszugleichen. Eine nicht zu vernachlässigende Wärmeentwicklung, ausgehend von den Tauchspulenaktuatoren auf die Bauteile und somit eine Beeinträchtigung der Bildauflösung, ist die Folge. Eine Abwandlung des Konzepts eines Tauchspulenaktuators für eine Gewichtskompensation ist aus der DE 10 2011 004 607 A1 bekannt.
Aus der US 2004/0179192 A1 ist eine passive Gewichtskompensationseinrichtung bekannt. Es wird vorgeschlagen, ein oder mehrere passive Federelemente, beispielsweise Sprungfedern oder Permanentmagnetfelder, zu verwenden. Derartige Federelemente haben allerdings den Nachteil einer entsprechenden mechanischen bzw. magnetischen Steifigkeit. Wenn das Bauteil von seiner neutralen Position vom Aktuator ausgelenkt werden soll, muss der Aktuator die auf die Feder wirkende Rückstellkraft zumindest teilweise ausgleichen, was wiederum einen unvorteilhaften erhöhten Energieverbrauch mit resultierender Wärmeentstehung zur Folge hat.
Aus der US 2004/0001188 A1 ist ferner eine pneumatische Gewichtskompensationseinrichtung bekannt. Dabei wird ein gasartiges Medium, beispielsweise Luft, in eine Druckkammer eingebracht, wobei durch einen Zylinder und einen Kolben eine entsprechende Kraft auf einen mit dem Kolben verbundenen Wafertisch zu dessen Gewichtskraftkompensation ausgeübt werden kann.
Eine Gemeinsamkeit der Gewichtskompensationseinrichtungen und Aktuatoren (insbesondere Linearmotoren) des Stands der Technik ist, dass jeweils ein verstellbares Führungsglied die Gewichts- bzw. Gravitationskompensationseinrichtungen bzw. die Aktuatoren mit dem auszurichtenden Bauteil koppelt. Das zur Ausrichtung des Bauteils vorgesehene Führungsglied kann dabei mit einem Kopfbereich an einem Befestigungspunkt des auszurichtenden Bauteils, z. B. einem optischen Element, festgelegt sein. Ein Fußbereich des Bauteils kann an einem Betätigungselement der Betätigungseinrichtung, z. B. einer Gewichts- bzw. Gravitationskompensationseinrichtung, festgelegt sein. Bedingt durch Teiletoleranzen und Toleranzen bei der Montage von Einzelteilen und Baugruppen kann es vorkommen, dass einer oder beide Montage- bzw. Befestigungspunkte des Führungsglieds von der Sollposition abweichen. Ferner kann es vorkommen, dass sich die Betätigungseinrichtung insgesamt oder das auszurichtende Bauteil und somit auch der jeweils zugeordnete Befestigungspunkt nicht in der Sollposition befinden. Beispielsweise können bei Projektionsbelichtungsanlagen Ausrichtungsfehler in einem Bereich von einigen 100 Mikrometern vorkommen. Durch derartige Ausrichtungsfehler können sich erhebliche Unterschiede in der Kraftvektorrichtung auf das Bauteil, beispielsweise einen Spiegel, ergeben, was wiederum zu unerwünschten parasitären Effekten auf dem Spiegel und zu unerwünschten Aktuatorlasten führen kann. Dies kann schließlich auch eine größere Wärmeentwicklung zur Folge haben.
Um die Montagefehler, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, möglichst gering zu halten, wird während der Montage des Systems ein entsprechend hoher Aufwand betrieben, um die Bauteile, die über das verstellbare Führungsglied gekoppelt sind, möglichst optimal zueinander zu positionieren. Die Bewegungsachse des Führungsglieds sollte dabei möglichst mit dem Verlauf des Führungsglieds zwischen seinen beiden Befestigungspunkten übereinstimmen. Erschwerend kommt hinzu, dass nach einer Grundmontage die Zugänglichkeit zum Aktuator bzw. zu der Gewichtskompensationseinrichtung nur begrenzt möglich ist. Außerdem können eventuell später in die Anlage eingebrachte Komponenten weitere Ausrichtungsfehler verursachen, die zum Zeitpunkt der Grundmontage nicht berücksichtigt werden konnten. Eine vollständige Kompensation der Ausrichtungsfehler bei der Montage ist daher nicht möglich oder sehr aufwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils zu schaffen, bei der ein Führungsglied möglichst optimal positioniert ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Ausrichtung, Beeinflussung und/oder Betätigung eines Bauteils zu schaffen, bei der ein Führungsglied möglichst optimal positioniert ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie zu schaffen, bei der die Ausrichtung des auszurichtenden optischen Elements optimiert ist.
Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Die Aufgabe wird für eine Betätigungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Ausrichtung, Beeinflussung und/oder Betätigung eines Bauteils durch die in Anspruch 18 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen, Varianten und Gestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher dargestellt, wobei sich die nachfolgend dargestellten Merkmale analog auch bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung realisieren lassen. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich daher, ohne dass dies jeweils separat hervorgehoben ist, auch auf Ausgestaltungsvarianten für die Betätigungseinrichtung, die vorzugsweise bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung eignet sich jedoch insbesondere auch, ein beliebiges Bauteil zu beeinflussen und/oder zu betätigen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Führungsglied auf, wobei ein Kopfbereich des Führungsglieds an einem Befestigungspunkt des Bauteils und ein Fußbereich des Führungsglieds an einem Befestigungspunkt eines Betätigungselements einer Betätigungseinrichtung festgelegt ist, wobei die Betätigungseinrichtung ausgebildet ist, um das Führungsglied zur Übertragung einer Kraft auf das Bauteil in einer Bewegungsachse beweglich zu halten.
Bei der Betätigungseinrichtung kann es sich zum Beispiel um einen Aktuator insbesondere eines Linearmotors zur Manipulation und/oder Verstellung und/oder Deformation eines Bauteils handeln. Die Betätigungseinrichtung kann insbesondere auch eine Einrichtung zur Gewichtskompensation bzw. Lagerung eines Bauteils, insbesondere eines optischen Elements, sein.
Die Gewichts- bzw. Gravitationskompensationseinrichtung wird nachfolgend zusammengefasst als Gewichtskompensationseinrichtung bezeichnet.
Bei dem Führungsglied kann es sich vorzugsweise um einen Teil eines Translator handeln. Ein Translator ist das Betätigungselement eines Linearmotors, beispielsweise eines Lorentz-Aktuators in Form eines Tauchspulenaktuators. Es kann sich bei dem Führungsglied aber auch um einen Teil eines Rotors oder um einen Teil eines Kolbens, insbesondere um einen Teil eines Kolbens eines Kraftübertragungselements einer Betätigungseinrichtung, beispielsweise einer Gewichtskompensationseinrichtung, handeln. Das Führungsglied kann grundsätzlich einen beliebigen Aufbau aufweisen. Typischerweise wird das Führungsglied zwischen den beiden Befestigungspunkten einen gerade bzw. linear verlaufenden Abschnitt aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich besonders, um Kräfte zu übertragen bzw. aufzunehmen. In diesem Fall lässt sich ein Winkel α zwischen der Bewegungsachse und dem Verlauf des Führungsglieds zwischen den Befestigungspunkten einfach bestimmen. Sollte in einer besonderen Konstellation, die von der Erfindung ebenfalls umfasst ist, vorgesehen sein, dass der Abschnitt des Führungsglieds zwischen den Befestigungspunkten nicht gerade bzw. linear verläuft, lässt sich der Verlauf des Führungsgliedes zwischen den Befestigungspunkten dadurch bestimmen, dass eine Gerade durch die beiden Befestigungspunkte gelegt wird und diese als Bezugsgröße für den Verlauf des Führungsglieds zur Bestimmung des Winkels α herangezogen wird.
Die Betätigungseinrichtung ist vorzugsweise als Gewichtskompensationseinrichtung und/oder als Aktuator zur Lagerung und/oder Manipulation und/oder Verstellung und/oder Deformation eines Bauteils ausgebildet. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um ein optisches Element, insbesondere eine Linse oder einen Spiegel einer Projektionsbelichtungsanlage handeln. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann ein beliebiges Bauteil ausgerichtet werden.
Eine Gewichtskompensationseinrichtung ist mittels des Führungsglieds in der Lage, die Gewichtskräfte des auszurichtenden Bauteils und/oder eine auf das auszurichtende Bauteil wirkende Gewichtskraft durch eine entsprechende Gegenkraft aufzunehmen bzw. teilweise aufzunehmen und gegebenenfalls auch das Bauteil auszurichten.
Eine Gewichtskompensationseinrichtung kann zusätzlich zum Gewicht des Bauteils auch das Gewicht von mit dem Bauteil verbundenen Komponenten, beispielsweise von Teilen einer Aktuatorik oder der Gewichtskompensationseinrichtung selbst, kompensieren bzw. aufnehmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise im Zusammenhang mit Gewichtskompensationseinrichtungen verwendet werden.
Eine Vorrichtung zur Gewichtskompensation kann auch als Aktuator verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist eine Verstelleinrichtung vorgesehen, um den Befestigungspunkt des Betätigungselements derart zu verstellen, dass ein Winkel zwischen der Bewegungsachse und dem Verlauf des Führungsglieds zwischen den Befestigungspunkten veränderbar ist.
Dadurch, dass der Winkel zwischen der Bewegungsachse und dem Verlauf des Führungsglieds durch die Verstelleinrichtung veränderbar ist, ist es möglich, den Kraftvektor, der auf das Bauteil wirkt, optimal einzustellen. Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen der Bewegungsachse, das heißt der Achse entlang der das Führungsglied durch die Betätigungseinrichtung vorzugsweise in beide Richtungen verschiebbar bzw. zumindest beweglich gehalten ist, und dem Verlauf des Führungsglieds 0°. Das heißt, vorzugsweise soll das Führungsglied so montiert werden, dass das Führungsglied parallel zu der Bewegungsachse ausgerichtet ist. Aufgrund von Montage- und Teiletoleranzen ist dies jedoch nicht exakt erreichbar. Jede Winkelabweichung zwischen der Bewegungsachse und dem Verlauf des Führungsglieds führt dazu, dass auf das auszurichtende Bauteil zusätzlich zu der Kraft in Richtung der Bewegungsachse ein weiterer Kraftvektor, aufgrund der Winkelabweichung, aufgebracht wird. Dies kann zu einem Fehler in der Ausrichtung des Bauteils führen, der durch die erfindungsgemäße Lösung ganz oder teilweise korrigiert werden kann.
Beispielsweise bei Projektionsbelichtungsanlagen, bei denen die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden kann, sind Fehler bzw. Abweichungen in der Ausrichtung eines Bauteils, in diesem Fall eines optischen Elements, zumeist nicht tolerabel, weshalb die Abweichung in der Ausrichtung kompensiert werden muss. Hierzu ist es üblich, dass weitere Aktuatoren, die an dem Bauteil angreifen, die Ausrichtung des Bauteils korrigieren. Der Betrieb der Aktuatoren hat allerdings unter anderem den Nachteil einer entsprechenden Wärmeentwicklung, die insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen möglichst vermieden werden sollte.
Speziell bei Projektionsbelichtungsanlagen werden Gewichtskompensationseinrichtungen verwendet, deren Aufgabe es ist, die Gewichtskraft des Bauteils, insbesondere eines optischen Elements, und gegebenenfalls weitere Komponenten aufzunehmen, so dass die Aktuatoren, die zur Ausrichtung und/oder Manipulation und/oder Verstellung und/oder Deformation des optischen Elements verwendet werden, keine oder keine wesentlichen Gewichtskräfte aufnehmen müssen. Daher können diese Aktuatoren entsprechend optimiert ausgelegt werden. Bei einer nicht optimalen Ausrichtung des Führungsglieds einer Gewichtskompensationseinrichtung, das heißt einer Winkelabweichung zwischen der Bewegungsachse und dem Verlauf des Führungsglieds, müssen allerdings die Aktuatoren, die an sich nur zur Ausrichtung (und dergleichen) des optischen Elements vorgesehen sind, zusätzlich und dauerhaft einem Kraftvektor entgegenwirken, der aus der Winkelabweichung resultiert.
In vorteilhafter Weise kann das Führungsglied entlang der Gravitationsrichtung ausgerichtet werden. Es kann somit sichergestellt werden, dass keine Querkräfte oder sonstigen parasitären Kräfte auftreten. Durch das Vermeiden von unerwünschten parasitären Kräften kann die Gewichtskraft eines Bauteils bestmöglichst aufgenommen werden und/oder eine Bewegung einer beteiligten Aktuatorik nahezu optimal auf das Bauteil übertragen werden. Dadurch ist zu erwarten, dass der Stromverbrauch einer aktiven Vorrichtung zur Ausrichtung des Bauteils reduziert ist und somit eine störende Wärmeentwicklung vermieden wird. Des Weiteren können Deformationen in den Bauteilen durch einen von den Querkräften erzeugten "Pendeleffekt" vermieden oder zumindest unterdrückt werden. Insbesondere kann die Dynamik der Vorrichtung durch die erfindungsgemäße Lösung verbessert sein.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, um den Befestigungspunkt des Betätigungselements orthogonal zur Bewegungsachse zu verstellen.
Durch die Möglichkeit, das Betätigungselement orthogonal zur Bewegungsachse zu verstellen, lässt sich in besonders einfacher Weise erreichen, dass der Fußbereich des Führungsglieds so positioniert ist, dass das Führungsglied in der gewünschten Weise, vorzugsweise derart, dass der Winkel zwischen der Bewegungsachse und dem Verlauf des Führungsglieds 0° beträgt, ausgerichtet ist.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgehen sein, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, um den Befestigungspunkt des Betätigungselements derart zu verstellen, dass das Führungsglied parallel, vorzugsweise koaxial zu der Bewegungsachse ausgerichtet ist.
Für die meisten Anwendungsfälle, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, ist es von Vorteil, wenn der Befestigungspunkt des Betätigungselements derart verstellt wird, dass das Führungsglied parallel, vorzugsweise koaxial zu der Bewegungsachse, ausgerichtet ist. Vorzugsweise verläuft die Bewegungsachse dabei derart, dass der Kopfbereich des Führungsglieds orthogonal zu einer Fläche des Bauteils verläuft, wenn der Kopfbereich des Führungsglieds an einem Befestigungspunkt des Bauteils befestigt ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung ausgebildet ist, um den Befestigungspunkt des Betätigungselements nach der Festlegung des Fußbereichs des Führungsglieds an dem Befestigungspunkt des Betätigungselements zu verstellen.
Eine Verstellung des Fußbereichs nach der Festlegung des Führungsglieds hat den Vorteil, dass dies zu einem Zeitpunkt erfolgen kann, wenn alle wesentlichen Montageschritte bereits durchgeführt wurden, die eine Auswirkung auf die Ausrichtung des Führungsglieds haben können. Eine exakte Ausrichtung des Führungsglieds erfolgt somit zu einem Zeitpunkt, in dem alle diesbezüglich relevanten Teile und Montageschritte bereits durchgeführt wurden. Das heißt, eine erfindungsgemäße Veränderung des Befestigungspunkts kann für das nahezu endgültig oder das endgültig fertiggestellte System vorgenommen werden. Ein derartiger Eingriff in ein System wäre mit gängigen Verfahren des Stands der Technik, insbesondere für Projektionsbelichtungsanlagen, zu diesem Zeitpunkt der Montage oft nur noch aufwendig möglich.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung ein Verstellmodul umfasst, um die Betätigungseinrichtung zu verschieben.
Ein derartiges Verstellmodul kann insbesondere zwischen der Betätigungseinrichtung und einem unbeweglichen Rahmen bzw. einem feststehenden Gehäuseteil angeordnet sein. Da das Betätigungselement und somit der Befestigungspunkt des Betätigungselements Bestandteil der Betätigungseinrichtung ist oder mit dieser verbunden sein kann, ist es auf diese Weise möglich, durch Verschieben bzw. Verstellen der Betätigungseinrichtung selbst auch den Befestigungspunkt des Betätigungselements relativ zu dem auszurichtenden Bauteil zu verändern. Dadurch kann die Betätigungseinrichtung beispielsweise orthogonal zur Bewegungsachse verstellt werden. Das Verstellmodul kann auch angeordnet und/oder ausgebildet sein, um die Betätigungseinrichtung in Richtung der Bewegungsachse zu verstellen. Auch ein Verkippen der Betätigungseinrichtung kann vorgesehen sein. Insbesondere kann das Verstellmodul dazu ausgebildet sein, die Betätigungseinrichtung in eine, zwei oder drei Raumrichtungen zu verschieben und/oder um eine, zwei oder drei Achsen zu drehen/zu kippen. Das Verstellmodul kann somit ausgelegt sein, die Betätigungseinrichtung in allen sechs Freiheitsgraden zu verstellen.
Die Verstellung der Betätigungseinrichtung kann manuell oder motorisch, z.B. durch einen Aktuator bzw. Manipulator erfolgen. Die Verstellung kann gesteuert oder geregelt, insbesondere auch von außerhalb der Betätigungseinrichtung erfolgen. Die Verstellung kann dabei zu jedem Zeitpunkt, z.B. initial oder sogar während des Betriebs der Vorrichtung, durchgeführt werden.
In vorteilhafter Weise kann der Aktuator bzw. die Gewichtskompensationseinrichtung derart ausgebildet sein, dass zusätzliche Momente, die bei einer außermittigen Position des Befestigungspunkts entstehen, ausgeglichen werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung eine Verstelleinheit umfasst, um den Befestigungspunkt des Betätigungselements relativ zu dem Betätigungselement zu verschieben.
Es hat sich gezeigt, dass es eine technisch und wirtschaftlich günstige Vorgehensweise ist, den Befestigungspunkt des Betätigungselements relativ zu dem Betätigungselement zu verschieben. Insbesondere für linear geführte Gewichtskompensationseinrichtungen bzw. Aktuatoren kann eine solche Fußpunktkorrektur eine vorteilhafte Lösung sein. Eine Verstellung des Fußpunkts des Betätigungselements lässt sich konstruktiv einfacher und kostengünstiger erreichen als eine Verstellung der gesamten Betätigungseinrichtung. Die Verstellung des Befestigungspunkts erfolgt vorzugsweise orthogonal zur Bewegungsachse.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Ausrichtung des Bauteils ein Verstellmodul zur Verschiebung der Betätigungseinrichtung einerseits und eine Verstelleinheit zur Verschiebung des Befestigungspunkts des Betätigungselements andererseits umfasst.
Durch diese Kombination ist eine Verstellung, aufgeteilt auf die Verstelleinheit und das Verstellmodul, möglich.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass das Verstellmodul und/oder die Verstelleinheit auch nach der Festlegung des Fußbereichs des Führungsglieds und vorzugsweise auch nach einer Endmontage eines Gesamtsystems, beinhaltend diese Komponenten, zugänglich ist.
Die Verstellung kann manuell, d.h. mechanisch erfolgen. Die Verstellung kann allerdings auch durch einen Aktuator durchgeführt werden. Selbstverständlich kann eine Verstellung zu jedem Zeitpunkt, z.B. initial oder sogar während des Betriebs der Vorrichtung, vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß kann außerdem vorgesehen sein, dass der Befestigungspunkt des Betätigungselements ein Teil der Verstelleinheit ist. Durch diese Ausführung ist es möglich, dass die Verstelleinheit den Befestigungspunkt direkt bzw. unmittelbar verstellt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Befestigungspunkt des Betätigungselements und/oder die Verstelleinheit zur Fixierung in einer Endposition verklebbar und/oder verklemmbar und/oder verschraubbar ist.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass die Verstelleinheit eine Bohrung und ein Befestigungsmittel zur Festlegung des Befestigungspunkts des Betätigungselements aufweist, wobei die Bohrung ein Spiel aufweist, um den Befestigungspunkt des Betätigungselements durch ein Verschieben des Befestigungsmittels zu verstellen. Der Begriff Bohrung umfasst diesbezüglich jede Form eines Durchbruchs, insbesondere auch eine Ausfräsung oder ein Langloch.
Durch eine solche Verstelleinheit in der Art einer Interface-Platte, in der eine oder mehrere Bohrungen bzw. Durchbrüche vorgesehen sind, lässt sich der Befestigungspunkt leicht verstellen und festlegen. Eine Bohrung mit Spiel stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, den Befestigungspunkt für den Fußbereich des Führungsglieds auszurichten. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, als Befestigungsmittel eine Schraube oder dergleichen zu verwenden, die sich innerhalb des auszugleichenden Toleranzbereichs in der Bohrung verschieben lässt. An der Schraube ist dabei der Befestigungspunkt, an dem das Führungsglied festgelegt ist, angebracht. Eine Verschiebung der Schraube innerhalb der Bohrung führt somit gleichermaßen zu einer Verschiebung des Befestigungspunkts. Sobald der Befestigungspunkt entsprechend ausgerichtet ist, kann die Schraube in der Bohrung fixiert werden, wozu gegebenenfalls weitere Schraubelemente eingesetzt werden. Das Festlegen einer Schraube, beispielsweise in einem Langloch, ist eine bekannte Maßnahme. Alternativ kann auch vorsehen sein, dass der Befestigungspunkt stiftförmig ausgeführt ist und in die Bohrung ragt, wobei sich der Befestigungspunkt abermals innerhalb des geforderten Toleranzbereichs verschieben lässt, und wobei nach einer entsprechenden Ausrichtung ein aushärtender Kleber oder Schaum in die Bohrung oder in andere Kontaktbereiche eingebracht wird, der nach dem Aushärten den Befestigungspunkt fixiert. Auch in diesem Fall kann der Befestigungspunkt an dem Stift festgelegt sein.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bei Verwendung einer Verstelleinheit mit einer Bohrung und einem Befestigungsmittel der Befestigungspunkt orthogonal zur Bewegungsachse in zwei Richtungen verstellbar ist. Selbstverständlich kann eine Verstellung auch nur in eine Raumrichtung vorgesehen sein, wozu ein Langloch als Bohrung verwendet werden kann.
Erfindungsgemäß kann auch ein Verkippen des Befestigungspunkts vorgesehen sein. Hierzu können die Befestigungsmittel entsprechend ausgelegt oder zusätzliche Elemente wie Keilscheiben oder abgeschrägte Schraubmuttern in Kombination mit den Befestigungsmittel vorgesehen sein. Ein Verkippen des Befestigungspunkts des Betätigungselements kann auch durch die Verwendung eines Stifts in Kombination mit einem anschließenden Verkleben erreicht werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinheit wenigstens einen Exzenter umfasst.
Exzenter sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Durch eine Festlegung des Befestigungspunkts direkt oder indirekt an dem Exzenter derart, dass der Befestigungspunkt eine exzentrische Bewegung durchführt, wenn der Exzenter verstellt wird, lässt sich die Position des Befestigungspunkts für den Fußbereich des Führungsglieds in einfacher Weise verstellen, nachdem der Fußbereich in dem Befestigungspunkt festgelegt wurde. In einfacher Weise kann dies durch ein Verdrehen des Exzenters erreicht werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, vorgefertigte Exzenterscheiben einzusetzen, um die gewünschte Exzentrizität einzustellen. Somit kann beispielsweise bei Verwendung eines einzelnen Exzenters der Befestigungspunkt innerhalb des Toleranzbereichs eingestellt werden, indem der Exzenter austauschbar in der Verstelleinheit angeordnet ist, wobei durch eine entsprechende Auswahl des Exzenters der Radius bestimmt werden kann, auf dem sich der Befestigungspunkt bewegen lässt. Durch die Auswahl eines Exzenters in Kombination mit einer Verdrehung des Exzenters lässt sich der Befestigungspunkt in zwei Raumrichtungen einstellen. Es kann somit eine Art Exzenterbaukasten mit einer Auswahl verwendbarer Exzenter für einen Monteur bereitgestellt werden. Alternativ kann der Exzenter und/oder das Führungsglied und/oder die Interface-Platte spezifisch gefertigt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verstelleinheit zwei Exzenter umfasst.
Die Verwendung von zwei Exzentern, die miteinander gekoppelt sind, ermöglicht es, einen mit einem der Exzenter verbundenen Befestigungspunkt innerhalb eines vordefinierten Kreises in zwei Raumrichtungen frei zu bewegen.
Erfindungsgemäß können die Exzenter als Exzenterhülsen und/oder Exzenterscheiben ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein Exzenter als innerer Exzenter ausgebildet und drehbar in einer Bohrung eines zweiten Exzenters, der als äußerer Exzenter ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei der äußere Exzenter drehbar in einer Bohrung der Verstelleinheit angeordnet ist.
Der innere Exzenter ist vorzugsweise in einer außermittigen Bohrung des äußeren Exzenters drehbar angeordnet. Durch Drehen des äußeren Exzenters bewegt sich somit der innere Exzenter auf einer exzentrischen Bahn. Durch Verdrehen des inneren Exzenters innerhalb der Bohrung des äußeren Exzenters bewegt sich ein außermittig definierter Punkt des inneren Exzenters auf einer weiteren exzentrischen Kreisbahn. Die beiden Drehbewegungen ermöglichen es, einen außermittigen Punkt des inneren Exzenters innerhalb einer definierten Kreisfläche beliebig anzuordnen. Hierzu eignet es sich in besonderer Weise, den äußeren und den inneren Exzenter jeweils als Hülse oder als Scheibe auszubilden. Wird der Befestigungspunkt mit dem außermittigen Punkt des inneren Exzenters verbunden, lässt sich der Befestigungspunkt dadurch technisch einfach verstellen.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass ein oberer Exzenter drehbar mit einem unteren Exzenter verbunden ist und der untere oder der obere Exzenter drehbar an der Verstelleinheit angeordnet ist. Es ist somit auch eine Lösung denkbar, bei der sich nicht ein Exzenter in einem weiteren Exzenter befindet, sondern diese aufeinander liegend miteinander gekoppelt sind.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zur Festlegung des Fußbereichs des Führungsglieds an dem Befestigungspunkt des Betätigungselements ein Gelenk vorgesehen ist.
Durch die Verwendung eines Gelenks kann, insbesondere in Kombination mit der Verstelleinrichtung, die Ausrichtung des Führungsglieds weiter verbessert werden. Insbesondere kann der Befestigungspunkt um mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad (auch Kippfreiheitsgrad genannt) erweitert sein, wodurch mögliche Spannungen an dem Fußpunkt des Führungsglieds vermieden bzw. zumindest weiter reduziert werden. Vorzugsweise ermöglicht das Gelenk eine Drehung um eine Achse oder um zwei oder drei zueinander rechtwinklig verlaufende Achsen.
Das Gelenk kann derart gestaltet sein, dass das Führungsglied vorzugsweise in alle drei Rotationsfreiheitsgrade gedreht werden kann.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass das Gelenk eine geschlitzte Kugel und einen Führungsring aufweist, wobei die Kugel den Fußbereich des Führungsglieds aufnimmt und die Kugel in dem Führungsring gelagert ist.
Ein solches Gelenk, das auch als Kugelgelenk bezeichnet wird, stellt eine technisch einfach zu realisierende Maßnahme dar.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Gelenk nach der Ausrichtung des Befestigungspunkts in der verstellten Endposition fixiert, insbesondere verklebt und/oder verklemmt und/oder verschraubt wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung in der Ausbildung als Gewichtskompensationseinrichtung vorzugsweise als Magnetschwerkraftkompensationseinrichtung ausgelegt ist. Insbesondere kann eine passive Magnetschwerkraftkompensationseinrichtung unter Verwendung von Permanentmagneten vorgesehen sein. Alternativ kann auch eine Magnetschwerkraftkompensationseinrichtung unter Verwendung von aktiven Komponenten wie Spulen oder unter Verwendung eines Elektropermanentmagneten oder Elektromagneten vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß kann weiter vorgesehen sein, dass das auszurichtende Bauteil ein optisches Element, vorzugsweise ein Spiegel oder eine Linse ist. Das Bauteil kann auch ein Wafer, ein Wafertisch oder eine sonstige Komponente, insbesondere innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage, sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gewichtskompensationseinrichtung zusätzlich zur Kompensation einer Gewichtskraft auch zur Auslenkung des Bauteils und/oder zur Ausübung einer weiteren Kraft auf das Bauteil verwendet wird.
In Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere EUV-Projektionsbelichtungsanlagen, ist es von Vorteil, eine Gewichtskompensation von optischen Elementen unabhängig vom eigentlichen Aktuator vorzusehen. Ein in der Praxis oftmals eingesetztes Konzept sieht mehrere, beispielsweise drei, Magnetschwerkraftkompensationseinrichtungen, nachfolgend Magnetschwerkraftkompensatoren, vor, die das optische Element, z. B. einen Spiegel, halten. Die Manipulation des optischen Elements kann dann durch mehrere, vorzugsweise durch sechs, Aktuatoren – ein Aktuator für jeden Freiheitsgrad – erfolgen. Die erfindungsgemäße Lösung kann in diese Aktuatoren und/oder in die Magnetschwerkraftkompensatoren integriert werden, um eine möglichst ideale Kräfteverteilung, unter Vermeidung parasitärer Kräfte, zu erhalten. Häufig wird ein Aktuatorpaar in Kombination mit einer Gewichtskompensationseinrichtung verwendet. Die Erfindung kann dabei in dem Aktuatorpaar und/oder der Gewichtskompensationseinrichtung verwirklicht werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Betätigungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Ausrichtung, Beeinflussung und/oder Betätigung eines Bauteils, umfassend ein Führungsglied und ein entlang einer Bewegungsachse beweglich gehaltenes Betätigungselement. Das Betätigungselement weist dabei einen Betätigungspunkt auf, an dem ein Fußbereich des Führungsglieds festgelegt ist. Erfindungsgemäß kann dabei eine Verstelleinrichtung vorgesehen sein, um den Betätigungspunkt orthogonal zur Bewegungsachse zu verschieben. Die Betätigungseinrichtung eignet sich insbesondere für eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils, ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Zu weiteren möglichen Details, Ausgestaltungen und Varianten der Betätigungseinrichtung wird auf die vorstehende sowie die nachfolgende Beschreibung verwiesen, wobei insbesondere die Ausgestaltungen, die im Zusammenhang mit der Betätigungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erwähnt werden, auch bei der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Ausrichtung, Beeinflussung und/oder Betätigung eines Bauteils analog realisiert sein können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, insbesondere einer Beleuchtungsoptik, welche wenigstens ein auszurichtendes optisches Element aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dafür eingesetzt werden, das auszurichtende optische Element zu lagern und/oder zu verstellen und/oder zu manipulieren und/oder zu deformieren.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung exemplarisch anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Projektionsbelichtungsanlage;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausrichtung eines optischen Elements in einer ersten Ausführungsform, wobei der Verlauf eines erfindungsgemäßen Führungsglieds um einen Winkel α von einer Bewegungsachse abweicht;
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausrichtung eines optischen Elements in einer zweiten Ausführungsform, wobei ein erfindungsgemäßes Führungsglied und eine Bewegungsachse parallel zueinander verlaufen;
5 eine vergrößerte schematische Darstellung des Ausschnitts V der 4;
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausrichtung eines optischen Elements gemäß 3, wobei ein erfindungsgemäßes Führungsglied und eine Bewegungsachse parallel zueinander verlaufen;
7 eine vergrößerte schematische Darstellung des Ausschnitts VII der 6 mit einer Verstelleinheit in einer ersten Ausführungsform;
8 eine vergrößerte schematische Darstellung des Ausschnitts VIII der 6 mit einer Verstelleinheit in einer zweiten Ausführungsform;
9a eine Explosionsdarstellung von zwei prinzipmäßig dargestellten Exzenterhülsen;
9b eine Darstellung der Exzenterhülsen nach 9a im zusammengesetzten Zustand;
9c eine Schnittdarstellung von zwei prinzipmäßig dargestellten Exzenterhülsen mit einem mittig ausgerichteten Befestigungspunkt;
9d eine Schnittdarstellung der Exzenterhülsen nach 9c, wobei die Exzenterhülsen gegeneinander verdreht sind; und
10 eine prinzipmäßige Darstellung eines Befestigungspunkts mit einem Gelenk.
1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Halbleiterlithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Strahlungsquelle 402 eine Optik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in einer Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist. Die Strahlungsquelle 402 kann EUV-Strahlung 413, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 413 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische Elemente 415, 416, 418, 419 und 420 eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 1 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet.
Die mittels der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 413 auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419 und 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.
In 2 ist eine weitere Projektionsbelichtungsanlage 100 dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 weist ein Beleuchtungssystem 103, eine Retikelstage 104 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 105, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 102 bestimmt werden, eine Einrichtung 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 102 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich ein Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektivs 107 gehalten sind, auf.
Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z.B. Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen ausgebildet sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage 100 sieht vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden.
Das Beleuchtungssystem 103 stellt einen für die Abbildung des Retikels 105 auf den Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in dem Beleuchtungssystem 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Retikel 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Mittels des Projektionsstrahls 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen. Dabei können das Retikel 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden.
2 zeigt die Anordnung eines Manipulators 200 im Bereich zwischen Retikelstage 104 und dem ersten optischen Element 108 des Projektionsobjektivs 107. Der Manipulator 200 dient zur Korrektur von Bildfehlern, wobei ein enthaltenes optisches Element durch Aktuatorik mechanisch deformiert wird, wozu auch die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden kann.
Zur Verstellung bzw. zur Manipulation der optischen Elemente 415, 416, 418, 419, 420 und 108 der in den 1 und 2 dargestellten Projektionsbelichtungsanlagen 400, 100 und der Wafer 411, 102 ist die Verwendung von Aktuatoren unterschiedlicher Bauweise bekannt.
Die nachfolgend in den Ausführungsbeispielen anhand der 3 bis 10 näher dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in besonderer Weise zur Ausrichtung der optischen Elemente 415, 416, 418, 419, 420, 108, aber auch der Wafer 411, 102 oder andere Bauteile, die exakt gelagert, verstellt, manipuliert oder deformiert werden sollen.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 400, insbesondere auch nicht mit dem beschriebenen Aufbau, beschränkt.
Die Erfindung sowie das nachfolgende Ausführungsbeispiel ist nicht auf eine spezifische Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschränkt zu verstehen. Die nachfolgend dargestellten Merkmale der 3 bis 10 können, insofern dies technisch nicht ausgeschlossen ist, beliebig miteinander kombiniert werden.
Die 3 zeigt ein auszurichtendes Bauteil 1 in Form eines optischen Elements 1 mit einer Kontaktfläche 2, wobei sich das optische Element 1 durch eine mit der Kontaktfläche 2 verbundene Betätigungseinrichtung 4 ausrichten lässt. Die Komponenten sind in den Figuren nur schematisch dargestellt.
Gezeigt ist eine Betätigungseinrichtung zur Ausrichtung des optischen Elements 1 in Form einer Gewichtskompensationseinrichtung 4 mit einem Führungsglied 5, wobei ein Kopfbereich 6 des Führungsglieds 5 an einem Befestigungspunkt 7 des optischen Elements 1 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Befestigungspunkt 7 an der Kontaktfläche 2 des optischen Elements 1 angeordnet. Weiter dargestellt ist, dass ein Fußbereich 8 des Führungsglieds 5 an einem Befestigungspunkt 9 eines Betätigungselements 10 der Gewichtskompensationseinrichtung 4 festgelegt ist. Die Gewichtskompensationseinrichtung 4 ist ausgebildet, um das Führungsglied 5 zur Übertragung einer Kompensationskraft auf das optische Element 1 in einer Bewegungsachse 11 beweglich zu halten. Das Führungsglied ist im Ausführungsbeispiel stangenförmig bzw. als linear verlaufender Pin ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausrichtung umfasst, wie in 3 gezeigt, ferner eine Verstelleinrichtung 12. Die Verstelleinrichtung 12 sieht in dieser Ausführungsform eine Verstelleinheit 13 vor, um den Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 relativ zu dem Betätigungselement 10 zu verschieben. Dies ist in den 7 und 8 beispielhaft näher dargestellt.
Der Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 kann erfindungsgemäß derart verstellt werden, dass ein Winkel α zwischen der Bewegungsachse 11 und dem Verlauf des Führungsglieds 5 zwischen den Befestigungspunkten 7, 9 veränderbar ist.
Die 3 zeigt eine Ansicht, bei der die Position des Befestigungspunkts 9 des Betätigungselements 10 unkompensiert bzw. noch nicht optimiert ist. Es ist erkennbar, dass sich die Position des Befestigungspunkts 9 des Betätigungselements 10 nicht direkt unterhalb des Befestigungspunkts 7 der Kontaktfläche 2 des auszurichtenden optischen Elements 1 befindet. Die Befestigungspunkte 7, 9 sind um eine Wegstrecke dx, dy in zumindest zwei Raumrichtungen gegenüber der Sollposition zueinander verschoben. Die Bewegungsachse 11 entlang der die Gewichtskompensationseinrichtung 4 das Führungsglied 5 verschiebt, verläuft nicht parallel zu dem Führungsglied 5. Die Gewichtskraft des optischen Elements 1, der Kontaktfläche 2 und Teilen weiter, nicht näher ausgeführter beteiligter Komponenten kann somit nicht optimal kompensiert werden; es treten unerwünschte Querkräfte und Parasitärmomente auf. Derartige parasitäre Effekte können insbesondere auch durch Steifigkeiten in den Befestigungspunkten 7, 9 bedingt sein.
Um derartige parasitäre Kräfte bzw. parasitäre Momente zu vermeiden oder zu reduzieren, wird erfindungsgemäß angestrebt, den Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 orthogonal zur Bewegungsachse 11 zu verstellen und zwar in der gezeigten Ausführung derart, dass das Führungsglied 5 nach der Verstellung parallel zu der Bewegungsachse 11 ausgerichtet ist.
Mit den Methoden des Stands der Technik ist eine solche Ausrichtung nur in einem frühen Stadium der Endmontage einer Projektionsbelichtungsanlage 400, 100 und nur mit hohem technischem und wirtschaftlichem Aufwand möglich. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 auch nach der Festlegung des Fußbereichs 8 des Führungsglieds 5 an dem Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 noch verstellt werden.
In den Ausführungsbeispielen werden nur die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung relevanten Merkmale näher erläutert, da Vorrichtungen zur Ausrichtung eines Bauteils, insbesondere des dargestellten optischen Elements 1, aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt sind. Dasselbe gilt auch im Hinblick auf die Wechselwirkung zwischen magnetischen Feldern und den sich daraus ergebenden Kraftwirkungen.
In 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Komponenten, die bereits im vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, werden nicht abermals beschrieben. Dies gilt auch für die nachfolgenden Figuren.
Die 4 zeigt ebenfalls eine Betätigungseinrichtung in einer Ausführung als Gewichtskompensationseinrichtung 4 als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausrichtung eines optischen Elements 1. Weiter dargestellt sind zwei zusätzliche Betätigungseinrichtungen in Form von Aktuatoren 14, die im Ausführungsbeispiel beispielhaft als Linearmotoren ausgebildet sind (nur schematisch angedeutet). Die Aktuatoren 14 greifen ebenfalls an dem Befestigungspunkt 7 der Kontaktfläche 2 des optischen Elements 1 an, an dem auch das Führungsglied 5 der Gewichtskompensationseinrichtung 4 befestigt ist. Die Befestigungspunkte der Aktuatoren 14 können allerdings auch hiervor verschieden sein. Die Aktuatoren 14 können vorzugsweise dazu dienen, das optische Element 1 in einem Freiheitsgrad oder mehreren Freiheitsgraden zu verstellen und/oder zu manipulieren und/oder zu deformieren.
Es können auch mehr als zwei, insbesondere sechs, Aktuatoren 14 oder drei Aktuatorpaare oder andere Aktuatoren vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, an Stelle der Gewichtskompensationseinrichtung 4 eine kombinierte Einrichtung zur Gewichtskompensation und Aktuatorik vorzugsweise in Kombination mit einem einzigen weiteren Aktuator 14 vorzusehen.
In der Ausführung der 4 kann insbesondere vorgesehen sein, drei erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Ausrichtung vorzusehen, d. h. dass die beiden Aktuatoren 14 und die Gewichtskompensationseinrichtung 4 jeweils Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind und insbesondere jeweils eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung 12 vorgesehen ist. Die Aktuatoren 14 können derart Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sein bzw. die entsprechende Ausgestaltungen aufweisen, wie dies in den Ausführungsbeispielen zu den 3 bis 10 dargestellt ist.
In dem Ausführungsbeispiel der 4 umfasst die Verstelleinrichtung 12 ein Verstellmodul 15, um die Gewichtskompensationseinrichtung 4 zu verschieben. Das Verstellmodul 15 kann z. B. als Interface-Platte ausgebildet sein, wobei die Gewichtskompensationseinrichtung 4 orthogonal zur Bewegungsachse 11 in zwei Raumrichtungen verschoben werden kann um die Verschiebung dx, dy, wie in 3 gezeigt, zu kompensieren. Gezeigt ist in 4 eine Darstellung, bei der der Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 bereits verschoben wurde, um die ungewünschte Winkelabweichung zu kompensieren. Es ist erkennbar, dass durch diese Art der Kompensation das Führungsglied 5 nicht nur parallel zu der Bewegungsachse 11 ausgerichtet ist, sondern deren Verläufe zusammen fallen. Selbstverständlich kann auch eine Verschiebung in eine dritte Raumrichtung entlang der Bewegungsachse 11 in manchen Anwendungsfällen von Vorteil sein. Aufgrund der vorliegenden Beschreibung der Erfindung kann der Fachmann eine solche Verstellung leicht vorsehen.
Das Verstellmodul 15 kann eine manuelle Verstellung bzw. Verschiebung der Gewichtskompensationseinrichtung 4 ermöglichen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine Verstellung bzw. Verschiebung motorisch, z.B. durch zusätzliche Aktuatoren bzw. Manipulatoren erfolgt. Durch die Verwendung eines derartigen Verstellmoduls 15 kann der Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 insbesondere von außerhalb der Vorrichtung bzw. der Gewichtskompensationseinrichtung 4 verstellt werden. Diese Verstellung kann sowohl initial also auch während des Betriebs durchgeführt werden.
In 5 ist eine vergrößerte Darstellung eines Schnitts durch die beispielhafte Gewichtskompensationseinrichtung 4 gezeigt. In diesem Beispiel handelt es sich um eine passive Magnetschwerkraftkompensationseinrichtung mit Permanentmagneten 16.1, 16.2. Durch eine entsprechende Anordnung eines Magneten 16.1 an einem Stator 17 und entsprechende Gegenmagnete 16.2 an dem Betätigungselement 10, das ähnlich einem Translator eines Aktuators zusammen mit dem Führungsglied 5 beweglich gehalten wird, kann die Kompensationskraft über einen großen Bereich mit nur geringer Variation erzeugt werden. Lediglich zur mechanischen Führung ist das Führungsglied 5 im Ausführungsbeispiel optional über Blattfedern 18 gelagert.
In der gezeigten Ausführung der 5 ist das Führungsglied 5 durch den Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 fest mit der dem Betätigungselement 10 verbunden und durch ein Befestigungsmittel 19 in Form einer Schraube 19 fixiert. Dies ist optional.
Der Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 kann starr oder z. B. über ein Gelenk mit dem Führungsglied 5 verbunden ist. Zur Befestigung des Fußpunkts 8 des Führungsglieds 5 an dem Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 kann auch eine anderweitige Fixierung, beispielsweise durch Kleben, vorgesehen sein.
Die Funktionsweise einer Gewichtskompensationseinrichtung 4 unter Einsatz passiver Permanentmagnete 16.1, 16.2 ist nur schematisch angedeutet. Es kann auch eine beliebig andere Gewichtskompensationseinrichtung 4, zum Beispiel eine mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektromagnetische, insbesondere eine der im Stand der Technik genannten, verwendet werden.
In 6 ist eine Ausführung gemäß 3 gezeigt. Es ist dargestellt, wie eine Verstelleinheit 13, die nicht im Detail abgebildet ist, den Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 derart verschieben kann, dass die Verschiebung dx, dy der Befestigungspunkte 7, 9 zueinander, wie in 3 dargestellt, ausgeglichen wird. Dazu können die Bewegungsachse 11 und das Führungsglied 5 parallel ausgerichtet werden. In vorteilhafter Weise kann die Gewichtskompensationseinrichtung 4 ausgebildet sein, um die durch die außermittige Anordnung des Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 auftretenden zusätzlichen Momente auszugleichen.
In 7 ist eine mögliche Ausführungsform einer Verstelleinheit 13 in einer vergrößerten Darstellung gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform weist die Verstelleinheit 13 zur Fixierung des Befestigungspunkts 9 eine Bohrung 20 und das prinzipmäßig bereits in 5 gezeigte Befestigungsmittel 19 vorzugsweise in Form einer Schraube auf. Dabei weist die Bohrung 20 ein Spiel auf, um den Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 durch Verschieben des Befestigungsmittels 19 zu verstellen. Der Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10 kann dabei in eine oder zwei Raumrichtungen durch Verschieben des Befestigungsmittels 19 eingestellt werden. Zur Verschiebung in nur eine Raumrichtung kann auch eine Aussparung in Form eines Langlochs vorgesehen sein. Nach der gewünschten Verschiebung des Befestigungspunkts 9 des Betätigungselements 10 kann der Befestigungspunkt 9 fixiert werden. Hierzu kann das dargestellte Befestigungsmittel 19 entsprechend stark angezogen werden. Alternativ wäre es auch denkbar, eine Verklebung oder sonstige Verklemmung vorzunehmen.
Der Befestigungspunkt 9 kann mit dem Führungsglied 5 starr oder zum Beispiel über ein Gelenk verbunden sein.
In 8 ist eine alternative Ausführung einer Verstelleinheit 13 dargestellt. Es sind zwei Exzenter 21.1, 21.2 vorgesehen, wobei ein innerer Exzenter 21.1 drehbar in einer Bohrung 22.2 eines äußeren Exzenters 21.2 angeordnet ist und der äußere Exzenter 21.2 drehbar in einer Bohrung 22.3 der Verstelleinheit 13 bzw. des Betätigungselements 10 angeordnet ist. Schließlich ist der innere Exzenter 21.1 an dem Befestigungspunkt 9 des Betätigungselements 10, in dieser Ausführung durch das Befestigungsmittel 19, fixiert, wozu eine Bohrung 22.1 dienen kann. Dies ist optional. Der Befestigungspunkt 9 kann auch einstückig mit dem inneren Exzenter 21.1 ausgebildet oder fest bzw. unlösbar mit diesem verbunden sein. Durch ein entsprechendes Verdrehen beider Exzenter 21.1, 21.2 lässt sich der Befestigungspunkt 9 in einem vorbestimmten Bereich in zwei Raumrichtungen orthogonal zur Bewegungsachse 11 frei einstellen. Die Exzenter 21.1, 21.2 können als Exzenterhülsen oder Exzenterscheiben ausgebildet sein. Analog zu der Ausführung der 7 ist es ebenfalls denkbar, dass die Verbindung zwischen dem Befestigungspunkt 9 und dem Führungsglied 5 über ein Gelenk erfolgt. Des Weiteren kann auch vorgesehen sein, den Befestigungspunkt 9 entlang der Bewegungsachse 11 zu verstellen. Die Lagerung der Exzenter 21.1, 21.2 ist hier nur schematisch angedeutet. Insbesondere ist keine axiale Sicherung entlang der Bewegungsachse 11 dargestellt. Eine geeignete Lagerung eines Exzenters 21.1, 21.2, beispielsweise durch eine entsprechend große Sicherungsscheibe, ist eine dem Fachmann geläufige Maßnahme und demzufolge hier nicht weiter beschrieben.
Die 9a zeigt eine Explosionsdarstellung der Exzenter 21.1, 21.2, die für die Erfindung verwendet werden können. Der innere Exzenter 21.1 wird dabei in die in dem äußeren Exzenter 21.2 außermittig vorgesehenen Bohrung 22.2 eingebracht. Der innere Exzenter 21.1 weist dabei optional ebenfalls eine außermittige Bohrung 22.1 zur Befestigung des Befestigungspunkts 9 des Betätigungselements 10 auf.
Die 9b zeigt eine Darstellung, bei der beide Exzenter 21.1, 21.2 zusammengesetzt sind.
In den 9c und 9d ist dargestellt, wie sich innerhalb eines vordefinierten Kreises der Befestigungspunkt 9 auf eine beliebige Position verschieben lässt. Hierzu kann der äußere Exzenter 21.2 innerhalb der Bohrung 22.3 der Verstelleinheit 13 bzw. des Betätigungselements 10 und der innere Exzenter 21.1 innerhalb der Bohrung 22.2 des äußeren Exzenters 21.2 verdreht werden.
9c zeigt eine Mittelstellung des Befestigungspunkts 9 und 9d eine maximale Auslenkung in eine Raumrichtung.
Die Ausgestaltung der Verstelleinheit 13 mit einem, insbesondere zwei, Exzentern 21.1, 21.2 kann unabhängig von der Gestaltung der weiteren Merkmale der Ausführungsbeispiele realisiert werden.
In 10 ist beispielhaft dargestellt, wie ein Gelenk 23 genutzt werden kann, um den Fußbereich 8 des Führungsglieds 5 aufzunehmen und diesen gelenkig mit dem Befestigungspunkt 9 zu verbinden. Das Betätigungselement 10 ist beispielhaft um einen Winkel β falsch ausgerichtet dargestellt. Das Gelenk 23 weist eine geschlitzte Kugel 24 und einen Führungsring 25 auf. Durch die Verwendung eines derartigen Gelenks 23 ist es möglich, auch die Rotationsfreiheitsgrade bzw. Kippfreiheitsgrade in eine Veränderung des Befestigungspunkts 9 des Betätigungselements 10 mit einzubeziehen. Nach der gewünschten Ausrichtung des Befestigungspunkts 9 des Betätigungselements 10 kann das gezeigte Gelenk 23 durch Verkleben und/oder Verklemmen und/oder Verschrauben vorzugsweise dauerhaft fixiert werden. Selbstverständlich kann das in der 10 beispielhaft dargestelltes Gelenk 23 mit einer beliebigen Ausführungsform der Erfindung, insbesondere einer Ausführungsform wie in den vorherigen Figuren beschrieben, kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/026801 A2 [0006]
DE 102009054549 A1 [0009]
DE 102011004607 A1 [0010]
US 2004/0179192 A1 [0011]
US 2004/0001188 A1 [0012]

Claims

Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils umfassend ein Führungsglied, wobei ein Kopfbereich des Führungsglieds an einem Befestigungspunkt des Bauteils und ein Fußbereich des Führungsglieds an einem Befestigungspunkt eines Betätigungselements einer Betätigungseinrichtung festgelegt ist, wobei die Betätigungseinrichtung ausgebildet ist, um das Führungsglied zur Übertragung einer Kraft auf das Bauteil in einer Bewegungsachse beweglich zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung (12) vorgesehen ist, um den Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) derart zu verstellen, dass ein Winkel (α) zwischen der Bewegungsachse (11) und dem Verlauf des Führungsglieds (5) zwischen den Befestigungspunkten (7, 9) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (12) ausgebildet ist, um den Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) orthogonal zur Bewegungsachse (11) zu verstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (12) ausgebildet ist, um den Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) derart zu verstellen, dass das Führungsglied (5) parallel zu der Bewegungsachse (11) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (12) ausgebildet ist, um den Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) nach der Festlegung des Fußbereichs (8) des Führungsglieds (5) an dem Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) zu verstellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (12) ein Verstellmodul (15) umfasst, um die Betätigungseinrichtung (4, 14) zu verschieben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (12) eine Verstelleinheit (13) umfasst, um den Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) relativ zu dem Betätigungselement (10) zu verschieben.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) ein Teil der Verstelleinheit (13) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) und/oder die Verstelleinheit (13) zur Fixierung in einer Endposition verklebbar und/oder verklemmbar und/oder verschraubbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (13) eine Bohrung (20) und ein Befestigungsmittel (19) zur Festlegung des Befestigungspunkts (9) des Betätigungselements (10) aufweist, wobei die Bohrung (20) ein Spiel aufweist, um den Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) durch Verschieben des Befestigungsmittels (19) zu verstellen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (13) wenigstens einen Exzenter (21.1, 21.2) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinheit (13) zwei Exzenter (21.1, 21.2) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Exzenter als innerer Exzenter (21.1) ausgebildet und drehbar in einer Bohrung (22.2) eines zweiten Exzenters, der als äußerer Exzenter (21.2) ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei der äußere Exzenter (21.2) drehbar in einer Bohrung (22.3) der Verstelleinheit (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenter (21.1, 21.2) als Exzenterhülsen und/oder Exzenterscheiben ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Festlegung des Fußbereichs (8) des Führungsglieds (5) an dem Befestigungspunkt (9) des Betätigungselements (10) ein Gelenk (23) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (23) eine geschlitzte Kugel (24) und einen Führungsring (25) aufweist, wobei die Kugel (24) den Fußbereich (8) des Führungsglieds (5) aufnimmt, und die Kugel (24) in dem Führungsring (25) gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung als Gewichtskompensationseinrichtung (4) und/oder als Aktuator (14) zur Lagerung und/oder Manipulation und/oder Verstellung und/oder Deformation eines Bauteils (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein optisches Element (1) ist.
Betätigungseinrichtung für eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Bauteils, umfassend ein Führungsglied und ein entlang einer Bewegungsachse beweglich gehaltenes Bewegungselement, wobei das Betätigungselement einen Befestigungspunkt aufweist, an dem ein Fußbereich des Führungsglieds festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung (12) vorgesehen ist, um den Befestigungspunkt (9) orthogonal zu der Bewegungsachse (11) zu verschieben.
Projektionsbelichtungsanlage (400, 100) für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem (401, 103) mit einer Strahlungsquelle (402) sowie einer Optik (403, 107), welche wenigstens ein auszurichtendes optisches Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) aufweist, wobei das auszurichtende optische Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 lagerbar und/oder verstellbar und/oder manipulierbar und/oder deformierbar ist.