WO2008022797A1

WO2008022797A1 - Projektionsbelichtungsanlage und optisches system

Info

Publication number: WO2008022797A1
Application number: PCT/EP2007/007448
Authority: WO
Inventors: Sascha Bleidistel; Bernhard Geuppert
Original assignee: Carl Zeiss Smt Ag
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US8269948B2; US20120320353A1; US20090225297A1; DE102006039821A1; US9110388B2

Abstract

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

Description

PROJΞKTIONSBELICHTUNGSANLAGE UND OPTISCHES SYSTEM

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage und ein optisches System, insbesondere ein Projektionsobjektiv oder ein Beleuchtungssystem in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, mit wenigstens einem optischen Element und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator für das optische Element, wobei die Antriebseinrichtung we- nigstens ein bewegliches Teilelement und wenigstens ein feststehendes Teilelement aufweist, welche relativ zueinander in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind.

Ein optisches System nämlich ein Projektionsobjektiv dieser Art ist in der DE 102 25 266 Al und in der DE 103 01 818 A beschrieben. Mit der Antriebseinrichtung, die mit piezoelektrischen Elementen betrieben wird, ist es möglich insbesondere die in der Mikrolithographie erforderlichen hohen Abbildungsgenauigkeit durch aktive Positionierung von entsprechend mit einer An- triebseinrichtung der eingangs erwähnten Art versehenen optischen Elementen zu erreichen. Darüber hinaus können auf diese Weise Bildfehler korrigiert werden. Erreicht wird dies dabei durch eine Anordnung von zu Stapeln zusammengefassten piezoelektrischen Elementen, wobei ein Teil der piezoelektrischen Elemente seine Wirkungsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil seine Wirkungsrichtung parallel zur Bewegungsrichtung besitzt. Sind dabei zum Be:*.spiel drei Stapel über den Umfang verteilt angeordnete Linearantriebe mit piezoelektrischen Elementen vorgesehen, die sich zum Beispiel an einem fest- stehenden Teil des Objektivgehäuses abstützen und mit ihren beweglichen Teilelementen an einer Fassung eines optischen Elementes oder direkt an dem optischen Element angreifen, so lässt sich das optische Element auf diese Weise parallel zur Z-Achse, das heißt parallel zur optischen Achse, verschieben. Bei einer ungleichmäßigen Aktivierung der drei über den Umfang verteilten angeordneten Linearantriebe sind auch Verkippungen relativ zur Z-Achse möglich. In http : //content . semi . org/cms/groups/public/documents/events/ pO35937.pdf ist unter der Bezeichnung NEXLINE Working Principle bereits vorgeschlagen worden, lineare Piezo Aktuatoren so einzu- setzen, dass ein Gegenstand, z. B. eine Linse, bewegt werden kann.

Zum weiteren Stand der Technik wird auch auf die US 2,822,133, die US 6,150,750, die DE 199 10 947 Al und die DE 129 01 295 Al und verwiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein optisches System der eingangs erwähnten Art mit einem Manipulator, der einen Linearantrieb mit piezoelektrischen Elementen aufweist weiter zu verbessern, insbesondere durch den das zu manipulierende optische Element in mehr Freiheitsgraden und bei Bedarf über größere Verfahrwege bewegt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Projektionsbelich- tungsanlage, insbesondere für die Mikrolithographie, mit optischen Elementen und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung aufweisenden Manipulator für wenigstens ein optisches Element, nach Anspruch 1 gelöst.

In Anspruch 26 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe beschrieben.

Eine vorteilhafte Lösung besteht darin, dass genau drei Auftriebseinrichtungen derart am Umfang des optischen Elementes an- greifen, dass Verschiebungen in sechs Freiheitsgrade möglich werden.

Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der piezoelektrischen Elemente in drei Wirkungsrichtungen werden die Verschiebe- bzw. Be- wegungsmöglichkeiten für ein zu manipulierendes optisches Element erhöht. So sind neben Verschiebungen in Richtung der Z- Achse und Verkippungen relativ zur Z-Achse auch Bewegungen in einer Ebene senkrecht zur Z-Achse möglich. Auf diese Weise sind neben Z-Verschiebungen erfindungsgemäß nunmehr auch hierzu orthogonale Verschiebungen des optischen Elementes möglich.

Von Vorteil ist weiterhin, dass mit erfindungsgemäß vorteilhaften piezoelektrischen Elementen auch größere Verfahrwege möglich werden.

Wenn dabei in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass der Winkel wenigstens annähernd rechtwinklig zur Bewegungs- bzw. Wirkungsrichtung des zweiten Teiles von piezoelektrischen Elementen liegt, lässt sich ein zu manipulierendes optisches Element sehr präzise z.B. in der X-/Y-Ebene bewegen.

Um eine ausreichend stabile und präzise Bewegung erreichen zu können, sollten wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sein.

Wenn wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sind, lässt sich eine analoge Bewegung bei Führung des beweglichen Teiles erreichen.

Eine sichere schrittweise Bewegung des beweglichen Teilelementes wird dann erreicht, wenn wenigstens sechs auf Abstand voneinander angeordnete Stapel von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sind.

Dabei kann jeder Stapel mit einer entsprechenden Anzahl von pie- zoelektrischen Elementen versehen sein, wobei jeder Stapel aus drei verschieden orientiert angeordneten Elementen besteht und somit alle drei Wirkungsrichtungen erlaubt.

Ebenso ist es hierdurch auch möglich für jeden Stapel piezo- elektrische Elemente vorzusehen, die nur in eine oder nur in zwei Wirkungsrichtung aktivierbar sind. In diesem Falle können durch eine entsprechende Ansteuerung die piezoelektrischen EIe- mente der verschiedenen Stapel koordiniert aktiviert werden.

Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das bewegliche Teilelement zwischen zwei sich gegenüberlie- gend angeordneten feststehenden Teilelementen angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine präzise Führung und exakte Bewegung erreicht.

Wenn in einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung über den Umfang des optischen Elementes gleichmäßig verteilt genau drei Antriebseinrichtungen mit Stapeln von piezoelektrischen Elementen als Direktantriebe vorgesehen sind, die unabhängig voneinander aktivierbar sind, dann können neben den drei translatorischen Freiheitsgraden zusätzlich auch noch drei rotatori- sehe Freiheitsgrade, das heißt insgesamt somit sechs Freiheitsgrade, erreicht werden. Dies bedeutet, dass zusätzlich auch noch Verkippungen oder Verdrehungen jeweils um die X-/Y- oder Z-Achse möglich werden. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass jede der drei über den Umfang verteilt angeordneten Antriebseinrich- tungen mit wenigstens jeweils drei Stapeln von piezoelektrischen Elementen versehen ist, die dann für Verkippungen oder Verdrehungen entsprechend unterschiedlich aktiviert werden.

Eines der Haupteinsatzgebiete des erfindungsgemäßen optischen Systems sind Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolitho- graphie und dabei Projektionsobjektive oder Beleuchtungsvorrichtungen, da in diesem Falle Genauigkeiten im Nanometerbereich erforderlich sind.

Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich auch als Verstellvorrichtung allgemeiner Art für die verschiedensten zu verstellenden Elemente geeignet. Dies gilt insbesondere für die Fälle, wo eine Verstellung mit höchster Präzision und mit größeren Wegen erfolgen soll, wie zum Beispiel Mess- und Prüfeinrichtungen auf den verschiedensten technischen Gebieten.

Eines der wesentlichen Vorteile liegt darin, dass die piezo- elektrischen Elemente bei entsprechender Ansteuerung schrittweise Verfahrwege und damit praktisch ein „Krabbeln" des zu bewegenden Teiles, z. B. eines optischen Elementes, über einen längeren Weg ausführen können.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und das dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Projektionsbelich- tungsanlage für die Mikrolithographie;

Figur 2 eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsgemäßen Linearantriebes mit piezoelektrischen Elementen;

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Stapels mit piezoelektrischen Elementen aus der Figur 2 gemäß Ausschnittsvergrößerung X;

Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung eines beweglichen Teilelementes mit 6 Piezostapel;

Figur 5a verschiedene Darstellungen von Bewegungsstufen bis Figur 5f eines beweglichen Teilelementes;

Figur 6 Draufsicht auf eine Linse mit drei Linearantrieben;

Figur 7 Draufsicht auf eine in einer Außenfassung gelagerten Linse mit Entkoppelungsbeispiel und einer Verstellmöglichkeit in sechs Freiheitsgraden;

Figur 8 Befestigungsbeispiel für eine Antriebseinrichtung; Figur 9 Draufsicht auf eine Linse mit einer Fassung mit monolytischer Entkoppelung;

Figur 10 eine prinzipmäßige Darstellung eines erfindungsge- mäßen Linearantriebes mit piezoelektrischen Elementen, ähnlich der Darstellung nach der Figur 2 für große Drehbewegungen;

Figur 11 Seitenansicht einer Lagerung für eine Linse in ei- ner Fassung mit Gewichtskraftkompensation.

Die in der Figur 1 prinzipmäßig dargestellte Projektionsbelich- tungsanlage ist für die Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen vorgesehen. Grundsätzlich ist ihr Aufbau allgemein bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Teile eingegangen wird. Zur weiteren Offenbarung wird auch auf die DE 102,25,266 Al verwiesen.

Die Projektionsbelichtungsanlage 1 weist eine Beleuchtungsein- richtung 3, eine Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer gitterartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welche die späteren Strukturen auf einem Wafer 2 bestimmt werden, eine Einrichtung 6 zur Halterung, Fortbewegung und exakten Positionierung des Wafers 2 und eine Abbildungsvorrichtung in Form eines Projektionsobjektives 7 auf.

Da die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen verkleinert auf dem Wafer 2 belichtet werden, werden an die Abbildungsvorrich- tung 7, nämlich das Projektionsobjektiv, sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Auflösung und Präzision gestellt, wobei man sich im Bereich von wenigen Nanometern befindet.

Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt eine für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 8 bereit. Als Quelle für die Strahlung kann ein Laser Verwendung finden. Durch den Projektionsstrahl 8 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und durch das Projektionsobjektiv 7 verkleinert und anschließend auf den Wafer 2 übertragen.

In dem Projektionsobjektiv 7 sind eine Vielzahl von transmitti- ven und/oder refraktiven und/oder diffraktiven optischen Elementen, wie zum Beispiel Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen angeordnet.

Ein oder mehrere in dem Projektionsobjektiv 7 angeordnete opti- sehen Elemente sind mit einem oder mehreren Manipulatoren 9 versehen. Ein Manipulator 9 ist schematisch in der Figur 1 zusammen mit einer zu manipulierenden Linse 10 schematisch dargestellt.

Der Manipulator 9 beinhaltet einen Linearantrieb als An- triebseinrichtung 11 durch welchen ein fest mit dem optischen Element 10 verbundenes bewegliches Teilelement 12, zum Beispiel die Fassung der Linse 10, gegenüber einem fest mit dem Projektionsobjektiv 7 verbundenen Teilelement 13 bewegt werden kann. Das Teilelement 13 kann zum Beispiel eine Außenfassung oder ein Teil des Objektivgehäuses sein.

In den Figuren 2 bis 4 ist die in der Figur 1 nur schematisch dargestellte Antriebseinrichtung 11 im Detail dargestellt. Wie ersichtlich ist das bewegliche Teilelement 12 zwischen zwei sich gegenüber liegenden feststehenden Teilelementen 13 angeordnet. Zwischen dem beweglichen Teilelement 12 und den beiden feststehenden Teilelementen 13, die auch einstückig ausgebildet sein können, befinden sich gegenüberliegend vier auf jeder Seite angeordnete Stapel 15 mit piezoelektrischen Elementen 14. Die Sta- pel 15 sind auf Abstand voneinander angeordnet und sollten für eine präzise Führung bzw. Verschiebung des beweglichen Teilelementes 12 möglichst auch genau gegenüberliegend auf den verschiedenen Seiten angeordnet sein. Wie ersichtlich sind damit „Krabbelbewegungen" des Teilelementes 12 in einer Ebene möglich, z. B. in X- oder Z-Richtung und senkrecht dazu in Y- oder Tan- gentialrichtung. Der Aufbau eines Stapels 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 ist aus der Figur 3 in vergrößertem Maßstab ersichtlich. Wie ersichtlich besteht der Stapel 15 aus drei Teilen 14a, 14b, 14c von piezoelektrischen Elementen 14, wobei z. B. Stapel 14a als Hubelemente, 14b als Scherelemente und 14c als Scherelemente in eine orthogonal zu dem Stapel 14b gerichtete Richtung wirken. Durch die piezoelektrischen Elemente 14a in dem Stapel können dann bei entsprechender Aktivierung die nebeneinander liegenden Stapel 15 so bewegt werden, dass bei einem Hub eine Klemmung des Teilelementes 12 und bei Lösung der Klemmung ein erster Krabbelschritt durch Aktivierung der Stapel 1^b und/oder 14c erfolgen kann.

Die Antriebseinrichtung 11 kann beispielsweise so in dem Projek- tionsobjektiv 7 positioniert sein, dass die Z-Achse als optische Achse parallel zur Längsachse des Teilelementes 12, z. B. einer Linse, verläuft. Die optische Achse ist damit auch die Achse des Systemes. Damit sind Verschiebungen der Linse 10 in Richtung der optischen Achse und in eine Richtung senkrecht dazu, z. B. in tangentialer Richtung, bei entsprechender Anordnung der Antriebseinrichtungen 11 mit den piezoelektrischen Stapeln 15 möglich.

So kann zum Beispiel der zweite Teil 14b der piezoelektrischen Elemente 14 in die Z-Richtung, und der dritte Teil 14c der piezoelektrischen Elemente 14 in die Tangentialrichtung jeweils seine Wirkungsebene mit einer entsprechenden Scherung besitzen. Der für einen Hub verantwortliche Teil 14a der piezoelektrischen Elemente bewegt sich in diesem Falle in radialer Richtung bzw. klemmt das Teilelement 12 oder gibt es für eine Bewegung des Teilelementes 12 taktweise frei.

Nähere Ausführungen zur Wirkungsweise und zur Bewegung des beweglichen Teilelementes 12 werden nachfolgend anhand der Figuren 4 bis 11 gemacht.

Aus der vergrößerten Darstellung der Figur 3 ist ersichtlich, dass der erste Teil 14a von piezoelektrischen Elementen 14 mit einer Wirkungsrichtung bei deren Aktivierung versehen ist, die in Richtung der Längsachse 15a des Stapels 15 verläuft und damit das bewegliche Teilelement 12 klemmt oder freigibt. Der zweite Teil 14b der piezoelektrischen Elemente 14 weist mit einer Scherbewegung eine Wirkungsrichtung parallel zu einer vorgegebenen Bewegungsrichtung des beweglichen Teilelementes 12 auf. Ein dritter Teil 14c der piezoelektrischen Elemente 14 ist ebenfalls in einer Scherbewegung mit einer Wirkungsrichtung versehen, die rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des zweiten Teiles 14b der piezoelektrischen Elemente 14 liegt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der stapelweise angeordneten piezoelektrischen Elemente 14 in jeweils drei Teile mit un- terschiedlichen Wirkungsrichtungen wird eine Bewegungsmöglichkeit für das bewegliche Teilelement 12 in zwei Freiheitsgraden erreicht.

Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einem plattenförmigen Läufer als bewegliches Teilelement 12a.

Sind dabei je sechs Stapel 15 oberhalb und unterhalb des plattenförmigen Läufers angeordnet (die Stapel unterhalb und das feststehende Teilelement 13 sind nicht dargestellt) , so ist eine Bewegung des beweglichen Teilelementes sowohl anlog, als auch im Schrittmodus möglich. Mindestens sechs Stapel pro Seite sollten deshalb vorhanden sein, damit jeweils drei Stapel für einen Schritt abheben können, während die anderen Stapel das bewegliche Teilelement sicher in der Verschiebeebene bewegen und führen können. Falls keine so genaue Führung erforderlich ist oder falls eine Führung auf andere Weise erfolgt, können gegebenenfalls auch weniger Stapel von piezoelektrischen Elementen auf jeder Seite vorgesehen sein.

Bei der Ausgestaltung mit je vier Stapel von piezoelektrischen Elementen 14 oberhalb und unterhalb müsste die Bewegung der Ebene bei einem Schritt durch je zwei Stapel gehalten werden. Eine vereinfachte erfindungsgemäße Ausgestaltung kann darin bestehen, dass jeweils drei Stapel oberhalb und drei Stapel unterhalb des beweglichen Teilelementes angeordnet sind. In diesem Falle ist jedoch eine Vorspannung des beweglichen Teilelementes 12 erforderlich und das bewegliche Teil 12 kann auch nur analog bewegt werden. Eine Vorspannung kann zum Beispiel durch ein oder mehrere Federeinrichtungen 16, wie in der Figur 2 dargestellt, erreicht werden. Wie ersichtlich wird dabei das bewegliche Teil- element 12 zwischen den beiden sich gegenüberliegenden feststehenden Teilelementen 13 geklemmt, um eine sichere Positionierung zu erhalten.

In den Figuren 5a bis 5f sind die Bewegungsmöglichkeiten des be- weglichen Teilelementes 12 in verschiedenen Stufen mit 4 Stapeln 15 dargestellt.

Figur 5a zeigt den Ausgangspunkt, wobei das Teilelement 12 jeweils durch den Teil 14a der piezoelektrischen Elemente die ei- nen Hub als Wirkungsrichtung bei Aktivierung ausüben, festgeklemmt ist.

In Figur 5b ist der nachfolgende Schritt im Bewegungsablauf dargestellt, bei dem zwei Teile 14a mit den „Hubpiezos" geöffnet und damit nicht mehr in Eingriff mit den beweglichen Teil 12 sind. Die beiden noch klemmenden Hubpiezos 14a halten das bewegliche Teilelement 12 fest und bei einer Aktivierung des Teiles 14b der piezoelektrischen Elemente, die als „Scherpiezos" wirken, können eine Bewegung einleiten.

Aus der Figur 5c ist dieser Schritt ersichtlich.

Figur 5d zeigt den nächsten Schritt im Bewegungsablauf, wobei die „Hubpiezos" der Teile 14a das Teilelement 12 wieder klemmen.

Figur 5e zeigt, ähnlich wie Figur 5b, wie nunmehr die Klemmung der beiden anderen Hubpiezos der Teile 14a gelöst wird, wonach entsprechend Figur 5f der nächste Schritt durch eine Aktivie- rung, ähnlich wie in der Figur 5c erläutert, der anderen Scher- piezos der Teile 14b erfolgt.

Wie ersichtlich erfolgt damit eine Verschiebung des beweglichen Elementes 12 in Pfeilrichtung A gemäß Figuren 5c und 5f.

Bei einer Aktivierung der Teile 14c von piezoelektrischen Elementen, die jeweils einen Scherhub rechtwinklig zu der Wirkungsrichtung der piezoelektrischen Elemente der Teile 14b durchfüh- ren, erfolgt in gleicher Weise eine E'.ewegung des beweglichen Teilelementes 12 rechtwinklig zu dem vorstehend erläuterten Bewegungsablauf .

Wie aus den Figuren 5a - 5f und der vorstehenden Erläuterung er- sichtlich ist, kann auf diese Weise das Teilelement 12 „Krabbeln" und damit im Bedarfsfalle einen Weg von z. B. 1.000 μm mit einer Auflösung von 0,1 nm oder mehr mit einer Präzision im Na- nometerbereich, z. B. 10 nm, durchführen,, womit sich das zu verstellende optische Element 10 über einen relativ großen Weg be- wegen lässt. Für Linsen in einem Projektionsobjektiv sind diese Werte im Allgemeinen ausreichend. Für optische Elemente z. B. in einer Beleuchtungseinrichtung eines Projektionsobjektives sind auch Wege bis 10 mm oder mehr mit einer Genauigkeit von 1 μm möglich.

Die Figur 4 zeigt ein Zwischenglied 17, das die Verbindung zwischen dem beweglichen Teil 12a und dem optischen Element, z.B. der Linse 10 herstellt. Das Zwischenglied 17 kann auch anstelle einer direkten Verbindung mit dem optischen Element auch mit ei- ner Innenfassung verbunden sein, in der das optische Element gelagert ist (siehe gestrichelte Darstellung mit dem Bezugszeichen 20) .

Wie aus der Figur 4 ersichtlich ist, ist das Zwischenglied 17 als elastischer Stab ausgebildet, um eine Entkoppelung von Deformationen für das optische Element zu erreichen.

Anstelle eines elastischen Stabes oder auch als zusätzliche De- formationsentkopplung kann das Zwischenglied 17 über ein Gelenkteil 18 entweder mit dem Teilelement 12a oder mit dem optischen Element 10 verbunden sein. Das Gelenkteil 18 kann als Festkör- pergelenk ausgebildet sein.

Die Figur 6 zeigt in einer Draufsicht auf eine Linse 10 als optischem Element drei gleichmäßig über den Umfang der Linse angeordnete Antriebseinrichtungen 11 mit jeweils mehreren Stapeln 15 mit piezoelektrischen Elementen 14. Wie ersichtlich greifen da- bei die drei Zwischenglieder 17 gemäß Figur 4 radial an der Linse 10 an. Bei einer jeweiligen Aktivierung der dritten Teile 14c von piezoelektrischen Elementen in den Stapeln 15 ergibt sich eine tangentiale Wirkungsrichtung und damit eine Verdrehung der Linse 10 (siehe auch Figur 4) . Bei einer Aktivierung der zweiten Teile 14b ergibt sich eine Verschiebung gemäß B, C oder D parallel zur optischen Achse und zwar in Abhängigkeit von den jeweils in den drei Antriebseinrichtungen 11 aktivierten Teile 14b. Auf diese Weise kann die Linse 10 in einem E'olarkoordinatensystem in einer Ebene rechtwinklig zur Z-Achse und damit zur optischen Achse verschoben werden. Selbstverständlich ist durch mathematische Umsetzung des Polarkoordinatensystems mit einer entsprechenden Steuerung und Regelung auch eine Verschiebung in einem othogonalen Koordinatensystem, nämlich einem X-/Y- Koordinatensystem, möglich.

Eine Verschiebung parallel zur Z-Achse wird bei dieser Ausgestaltung somit durch die Teile 14b der piezoelektrischen Elemente 14 erreicht (siehe auch Figur 4).

Wenn die drei Antriebseinrichtungen 11 in unterschiedlicher Stärke bzw. teilweise gegensätzlich aktiviert werden, so sind neben den drei translatorischen Freiheitsgraden für eine Bewegung der Linse 10 auch noch drei rotatorische Freiheitsgrade und damit insgesamt sechs Freiheitsgrade möglich. So sind auf diese Weise zum Beispiel Verdrehungen bzw. Vei kippungen sowohl um die Z-Achse, als auch um die X-/Y-Achsen möglich.

Wie weiterhin aus der Figur 6 ersichtlich ist, können an dem op- tischen Element auch ein oder mehrere Sensoren 19 vorgesehen sein, die die Position der Linse 10 und die den Bewegungsablauf bei einer Aktivierung von ein oder mehreren der Linearantriebe 11 detektieren. Auf diese Weise ist eine exakte Steuerung oder auch eine Regelung der Bewegung der Linse möglich.

Die Sensoren 19 müssen nicht an der Linse 10 vorgesehen sein, sondern können auch an beliebigen anderen Stellen, wie z.B. den beweglichen Teilelementen 12 oder den Zwischengliedern 17, vor- gesehen sein, um die Position und die Bewegung der Linse zu detektieren. Eine weitere Möglichkeit besteht darin die Position und die Bewegung des optischen Elementes zu detektieren, dass man im Bild selbst misst. Dies bedeutet das man nach dem Projektionsobjektiv die Abbildung oder Wellenfront auf Bildfehler kon- trolliert.

Die in der Figur 6 dargestellte Lagerung der Linse mit deren Verstellmöglichkeit entspricht praktisch einer bipoden- oder he- xapoden Lagerung.

Wie vorstehend erwähnt, lässt sich das optische Element sowohl analog als auch schrittweise bewegen. Bei einem Analogbetrieb sind weniger Stapel 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 erforderlich. Nachteilig dabei ist jedoch, dass nur eine Bewegung in- nerhalb eines vorgegebenen Bereiches mögLich ist, wobei zur Einhaltung einer vorgewählten oder zu wählenden Position die piezoelektrischen Elemente stets aktiviert sein müssen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht jedoch darin, dass auf diese Weise sehr exakte Verschiebungen und Positionierungen möglich werden.

Der Vorteil einer schrittweisen Verschiebung mit einer entsprechenden höheren Anzahl von Stapeln 15 mit piezoelektrischen Elementen 14 liegt darin, dass die Bewegupgsmöglichkeiten für das zu manipulierende optische Element wesentlich größer sind und dass nach Ende der Bewegung die piezoelektrischen Elemente zumindest teilweise deaktiviert werden können.

Figur 7 zeigt eine Ausführungsform, ähnlich der Ausführungsform nach der Figur 6 mit einem Entkoppelungsbeispiel der Linse 10 mit einem Innenring 12 als Fassung als beweglichem Teilelement und einer Außenfassung 13 als feststehendes Teilelement.

Wie ersichtlich sind drei Antriebseinrichtungen 11 gleichmäßig am Umfang verteilt zwischen dem Innenring 12 und der Außenfassung 13 angeordnet, welche jeweils mit einem Stapel mit piezoelektrischen Elementen 14 versehen sind. Jeder Stapel kann dabei eine Ausgestaltung wie in der Figur 3 dargestellt aufweisen. Mit jedem Stapel von Piezoelementen 14 können dann Verschiebungen des Innenringes 12 mit der Linse 10 in axialer und in tangentialer Richtung, ebenso wie Verkippungen und Verdrehungen durchgeführt werden. Dies bedeutet, es sind Manipulationen in insgesamt 6 Freiheitsgraden möglich. Dabei stellt die axiale Richtung die optische Achse dar.

Am äußeren Umfang sind die Piezostapel 14 jeweils fest mit dem Innenumfang der Außenfassung 13 verbunden. Die Anbindung der Piezostapel 14 am Innenumfang erfolgt mit dem Innenring 12 je- weils über Blattfedern 21 zur Entkoppelung. Die Blattfedern 21 sind so ausgestaltet, dass sie in radialer Richtung weich und in axialer und tangentialer Richtung steif sind. In die Momentenrichtungen axial und tangential sind sie ebenfalls weich. Die Piezostapel 14 sind jeweils im mittleren Bereich der Blattfeder 21 (in nicht näher dargestellter Weise) befestigt. Die Verbindung der Blattfeder 21 mit dem Innenring 12 erfolgt jeweils an den Enden der Blattfeder z. B. über Bohrungen 23 mit einer Schraubverbindung .

Werden alle drei Antriebseinrichtungen 11 gleichsinnig senkrecht zur optischen Achse und tangential bewegt, ergibt sich eine Tan- gentialbewegung der Linse 10. Werden nυr zwei Antriebseinrichtungen 11 in tangentialer Richtung bewegt, so wirkt sich dies in einer Verschiebung in X- oder Y-Richtung aus, denn aufgrund der elastischen bzw. weichen Lagerung der dritten Antriebseinrichtung 11 durch die Blattfedern 21 kann sich diese durchbiegen, womit die Linse entsprechend in einer Ebene senkrecht zur opti- sehen Achse verschoben werden kann. Bei einer Aktivierung der drei Antriebseinrichtungen in die zweite Bewegungsrichtung der Stapel 15 mit den piezoelektrischen Elementen 14 wird das optische Element 10 in Richtung der optischen Achse verschoben.

Werden die drei Antriebseinrichtungen 11 in unterschiedlichen Stärken und/oder Bewegungsrichtungen aktiviert, sind auch Verkippungen möglich.

Durch die Anordnung der drei Antriebseinrichtungen 11 gleichmäßig am Umfang der Linse mit je 120 "-Abstand sind damit Bewegungen des optischen Elementes in insgesamt sechs Freiheitsgraden (3 lineare und 3 rotatorische) möglich, obwohl jede Antriebseinrichtung 11 mit den Stapeln 15 alleine jeweils nur in zwei Frei- heitsgraden bewegbar ist.

Figur 9 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung wie das Ausführungsbeispiel nach der Figur 7, wobei zur Vereinfachung die Außenfassung 13 weggelassen worden ist.

Anstelle einer Entkoppelung des Innenringes 12 mit der Linse 10 über Blattfedern 21 ist hierbei eine monolytische Entkoppelung dergestalt vorgesehen, dass in dem Innenring 12 jeweils im Bereich der Anbindung der Antriebseinrichtungen mit dem Piezoele- menten 14 in axialer Richtung durchgehend verlaufende Längsschlitze 27 angebracht sind. Die Länge der Längsschlitze 27 ist dabei so gewählt, dass die Anbindung der Piezoelemente 14 an den Innenring 12 jeweils nur über sehr dünnwandige Wandteile 28 erfolgt, die sich jeweils an den Enden der Längsschlitze 27 zwi- sehen diesen und der Außenumfangswand des Innenringes 12 befinden. Auf diese Weise wird bei Aktivierung der drei Antriebseinrichtungen 11 die gleiche Wirkung wie mit den Blattfedern 21 erreicht .

Die Figur 10 zeigt eine Einsatzmöglichkeit ähnlicher Art wie in der Figur 2 beschrieben. Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach der Figur 2 ist in diesem Falle jedoch das bewegliche Teil- element 12 in Form eines Läufers nicht linear, sondern gekrümmt ausgebildet und damit entsprechend seiner Krümmung für sehr große Drehbewegungen, z. B. > 1,5° geeignet. Der Läufer 12 als bewegliches Element befindet sich in diesem Falle wieder zwischen zwei feststehenden Teilelementen 13, die z. B. im Falle eines Projektionsobjektives 7 dessen Gehäuse sein können. Gleiches gilt für eine Verwendung in einer Beleuchtungseinrichtung 3.

Durch die Stapel 15 mit den piezoelektrischen Elementen 14 kön- nen bei dessen Aktivierung entsprechend Drehbewegungen in Pfeilrichtung 29 in Form einer tangentialen Umfangsbewegung und axiale Bewegungen gem. Pfeil 30 (aus der Zeichnungsebene heraus oder hinein) stattfinden. Axiale Bewegungen bedeuten bei einem entsprechenden Einbau in einem Projektionsobjektiv 7 Bewegungen in Richtung der optischen Achse.

In Figur 11 ist eine Lagerung einer Linse 10 in einer Fassung 24 in Seitenansicht (teilweise im Schnitt) dargestellt. Die Fassung 24 als Innenring ist mit einer Außenfassung oder einem Teil des Objektivgehäuses als feststehendes Teilelement 13' über eine Antriebseinrichtung 11 verbunden. Die Antriebseinrichtung 11 kann in gleicher Weise aufgebaut sein wie die in der Figur 2 dargestellte Antriebseinrichtung mit einem beweglichen Teilelement 12 als Läufer. Das Teilelement 12 liegt zwischen mehreren auf Ab- stand voneinander angeordneten Stapeln 15 mit jeweils mehreren Piezoelementen 14 bzw. 14a, 14b und 14c, die entsprechende Kräfte auf das bewegliche Teilelement 12 zu dessen Verschiebung in mehreren Freiheitsgraden wirken. Die Stapel 15 mit den piezoelektrischen Elementen 14 stützen sich wiederum jeweils an fest- stehenden Teilelementen 13 ab, die wiederum fest mit dem Gehäuseteil 13', z. B. einer Gehäusewand des Projektionsobjektives 7 verbunden sind.

Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 9 sind gleichmä- ßig über den Umfang der Fassung 24 verteilt die drei Antriebseinrichtungen 11 angeordnet. Auch hier kann eine Verbindung mit der Fassung 24 über eine Entkoppelung in Form von Blattfedern, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 7 oder von Längsschlitzen 28 wie bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 9 erfolgen.

Die Verbindung der Läufer 12 jeweils als bewegliche Teile der drei Antriebseinrichtungen 11 mit dem Innenring 24 erfolgt jeweils über ein radial sich erstreckendes Verbindungsglied 31, welches durch eine Aussparung in der Wand des feststehenden Gehäuseteiles 13 mit Spiel derart geführt ist, dass Bewegungen des Innenringes 24 und damit der Linse 10 möglich werden. Die Verbindungsglieder 31 entsprechen dabei in ihrer Wirkung den Zwischengliedern 17 in der Figur 4.

Oberhalb und unterhalb des Läufers als bewegliches Teil 12 kann jeweils ein Endanschlag 25 vorgesehen sein, der an dem feststehenden Gehäuseteil 13 befestigt ist. Der obere und der untere Anschlag 25 stellen gleichzeitig auch eine Sicherung gegen ein „Herausfallen", z. B. bei einem Transport dar.

Durch die drei über den Umfang verteilt angeordnete Antriebseinrichtungen 11 als Direktantriebe sind bei einem Aufbau der Pie- zostapel entsprechend Figur 3 Bewegungen des Innenringes 24 und damit der Linse 10 in 6 Freiheitsgraden möglich.

Zur Schwerkraftkompensation können zwischen dem feststehenden Gehäuseteil 13' und dem Innenring 24 ein oder mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Federeinrichtungen 26 angeordnet sein, welche gegebenenfalls mit einstellbarer Kraft der Schwerkraft aus dem Gewicht von Innenring 24 und Linse 10 entgegenwir- ken. Durch diese Ausgestaltung müssen die Antriebseinrichtungen 11 mit den Piezoelementen 14 keine Gewichtskraft bei Verstellung der Linse 10 aufbringen.

Anstelle einer Federeinrichtung 26 kann selbstverständlich auch ein Lorenzaktuator, eine Pneumatik oder ähnliche Einrichtungen zur Kompensation der Gewichtskraft vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche :

1. Projektionsbelichtungsanlage mit einer Beleuchtungseinrichtung (3) und einem Projektionsobjektiv (7) für die Mikroli- thographie, mit optischen Elementen (10) und wenigstens einem eine Antriebseinrichtung (11) aufweisenden Manipulator

(9) für wenigstens ein optisches Element (10), wobei die Antriebseinrichtung (11) wenigstens ein bewegliches Teilelement (12) und wenigstens ein feststehendes Teilelement (13) aufweist, welche relativ zueinemder in wenigstens eine Bewegungsrichtung beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass das optische Element (10) bis zu 1.000 μm bei einer Genauigkeit von 10 nm bei einer Anordnung in dem Projekti- onsobjektiv (7) und mit bis 10 mm bei einer Genauigkeit von 1 μm bei einer Anordnung in der Beleuchtungseinrichtung (3) in wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar ist.

2. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass genau drei Antrieoseinrichtungen (11) derart gleichmäßig am Umfang des optischen Elementes (10) oder dessen Fassung (24) angreifen, dass Bewegungen in sechs Freiheitsgraden möglich werden.

3. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtungen durch piezoelektrische Elemente (14) gebildet sind.

4. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, da- durch gekennzeichnet, dass die drei Antriebseinrichtungen

(11) als Direktantriebe am Umfang des optischen Elementes

(10) angreifen.

5. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, da- durch gekennzeichnet, dass die drei Antriebseinrichtungen

(11) mit den Piezoelementen (14) über Entkoppelungselemente (21, 27, 28) mit einer Fassung als bewegliches Teilelement (12) eines optischen Elementes (10) verbunden sind.

6. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungselemente (21) als Blatt- federn ausgebildet sind.

7. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungselemente (21) mit Längsschlitzen (27) versehen sind, die im Bereich der An- triebseinrichtungen (11) in die Fassung des optischen

Elementes (10) als bewegliches Teilelement (12) eingebracht sind, wobei die Verbindung der Antriebseinrichtungen (11) mit der Fassung über dünnwandige Wandelemente (28) zwischen den Schlitzen (27) und dem Außenumfang der Fassung erfolgt.

8. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) als gekrümmter Läufer ausgebildet ist, zu dessen beiden Seiten Piezoelemente 14 angeordnet sind.

9. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem optischen Element (10) oder dessen Fassung (24) uid dem feststehenden Teilelement (13, 13') eine Gewichtskraftkompensationsein- richtung (26) vorgesehen ist.

10. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtskraftkompensationseinrich- tung (26) mit einer Federeinrichtung, einem Lorenzaktuator oder einer Pneumatikeinrichtung versehen ist.

11. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den feststehenden und den beweglichen Teilelementen (12, 13) mehrere Stapel (15) mit piezoelektrischen Elementen (14) angeordnet sind, wobei in jedem Stapel (15) ein erster Teil (14a) von piezoelektrischen Elementen eine Wirkungsrichtung wenigstens an- nähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und ein zweiter Teil (14b) von piezoelektrischen Elementen eine Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung aufweist, und dass zusätzlich ein dritter Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung vorgesehen ist, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegt.

12. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des dritten Teiles (14c) wenigstens annähernd rechtwinklig zur Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) von piezoelektrischen Elementen (14) liegt.

13. Projektionsbelichtungsanlage nach Arspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei auf Abstand von einander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen EIe- menten (14) vorgesehen sind.

14. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens sechs auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelekt- rischen Elementen (14) für eine schrittweise Bewegung des beweglichen Teilelementes (12) vorgesehen sind.

15. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stapel (15) von piezo- elektrischen Elementen (14) mit allen drei Teilen (14a,

14b, 14c) von piezoelektrischen Elementen (14), die in unterschiedliche Bewegungsrichtungen aktivierbar sind, versehen ist.

16. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Stapel (15) piezoelektrischer Elemente (14) für nur eine oder für nur zwei Bewegungsrichtungen vorgesehen sind.

17. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teilelement (12) an dem optischen Element (10), an einer Fassung (20), mit der das optische Element verbunden ist, oder an einem mit dem optischen Element oder mit der Fassung verbundenen Teil angeordnet ist.

18. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem optischen Element (10) angreifenden Antriebseinrichtungen (11) mit wenigstens einem hebelartigen Zwischenglied (17) versehen sind.

19. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zwischenglied (17) elastisch ausgebildet ist.

20. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zwischenglied (17) mit wenigstens einem Gelenkteil (18) versehen ist.

21. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 20, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Gelenkteil (18) als Festkörpergelenk ausgebildet ist.

22. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine beweg- liehe Teilelement (12) gegenüber dem wenigstens einen feststehenden Teilelement (13) vorgespannt ist.

23. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Vorspannung mindestens eine Fe- dereinrichtung (16) vorgesehen ist.

24. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagebestimmung des wenigstens einen beweglichen Teilelementes (12) ein oder mehrere Sensoren (19) vorgesehen sind.

25. Projektionsbelichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zum optischen Element (10), zur Fassung (20) oder zum mit der Fassung verbundenen Teil vorgesehen sind.

26. Verfahren zur Positionierung und Verstellung eines optischen Elementes in einer Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie mit einem Projektionsobjektiv (7) und einer Beleuchtungseinrichtung (3), wobei das optische Element (10) durch wenigstens einen eine Antriebseinrich- tung (11) aufweisenden Manipulator (9) durch piezoelektrische Elemente (14), die an wenigstens einem beweglichen Teilelement (12) der wenigstens einen Antriebseinrichtung (11) angreifen und die das wenigstens eine bewegliche Teilelement (12) gegenüber wenigstens einem feststehenden Teil- element (13) der Antriebseinrichtung (11) durch einen ersten Teil (14a) von piezoelektrischen Elementen mit einer Wirkungsrichtung wenigstens annähernd senkrecht zu einer Bewegungsrichtung und durch einen zweiten Teil (14b) von piezoelektrischen Elementen mit einer Wirkungsrichtung in eine Bewegungsrichtung verstellt und positioniert wird, und wobei durch einen dritten Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) mit einer Wirkungsrichtung, die wenigstens annähernd senkrecht zur Wirkungsrichtung des ersten Teiles (14a) und die in einem Winkel zu der Wirkungsrichtung des zweiten Teiles (14b) der piezoelektrischen Elemente (14) liegen, das bewegliche Teilelement (12) in zwei verschiedene Bewegungsrichtungen bewegt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Teil (14c) von piezoelektrischen Elementen (14) eine Bewegung in einem Winkel wenigstens annähernd rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des zweiten Teiles (14b) von piezoelektrischen Elementen (14) erzeugt.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung des zu verstellenden optischen Elementes (10) durch wenigstens drei auf Abstand voneinander angeordnete Stapel (15) von piezoelektrischen Elementen (14) vorgenommen wird.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch ge- kennzeichnet, dass die drei Antriebseinrichtungen (11) so über den Umfang des optischen Elementes (10) verteilt angeordnet sind, dass sich in Abhängigkeit von der Aktivierung der piezoelektrischen Elemente (14) sechs Freiheitsgrade zur Verstellung, Positionierung und Verkippung des opti- sehen Elementes (10) ergeben.