Optisches System für die Halbleiterlithographie

Die Erfindung betrifft ein optisches System für die Halbleiterlithographie mit mehreren optischen Komponenten.

Moderne optische Systeme für die Halbleiterlithographie zeichnen sich dadurch aus, dass sie in flexibler Weise auf verschiedenste Betriebskonfigurationen einstellbar sind. Dabei besteht eine Aufgabe darin, die sogenannten Beleuchtungssettings, d. h. die räumliche Intensitätsverteilung des zur Belichtung eines Wafers verwendeten Lichtes, optimal auf die aktuellen Anforderungen abzustimmen. Allgemein soll dabei die Lichtverteilung hinsichtlich Intensität, Winkel und Polarisation, mit welcher eine Maske zur Abbildung auf einen Wafer beleuchtet wird, sowohl räumlich als auch zeitlich kontrolliert gesteuert oder geregelt werden. Diese Anforderungen können sich beispielsweise aus der Art der zu fertigenden Leiterstrukturen ergeben. Die Anforderungen an die Beleuchtungssettings können sich dabei in schneller Folge, insbesondere auch von einem Wafer zum anderen oder im Fall von Dop- pelbelichtungen auch während der Belichtung desselben Wafers, bzw. derselben Struktur auf dem Wafer, ändern.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze zur Einstellung der Betriebskonfiguration eines optischen Systems für die Halbleiterlithographie bekannt.

So wird beispielsweise in der US-Patentanmeldung US 2003/0038937 Al vorgeschlagen, zur änderung der optischen Eigenschaften und damit der Betriebskonfiguration eines Objektives für die HaIb- leiterlithographie verschiedene optische Elemente wie beispielsweise Blenden bedarfsweise in den Strahlengang zu schwenken oder auch bereits im Strahlengang befindliche optische Elemente zu bewegen, insbesondere gegen die optische Achse zu verkippen. Dabei macht die genannte Schrift jedoch keinerlei Angaben darüber, wie eine derartige änderung der Betriebskonfiguration des Objektives schnell realisiert werden kann.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die bzw. das den schnellen Wechsel der Betriebskonfiguration eines optischen Systems für die Halbleiterlithographie gestattet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen mit den in Patentanspruch 1, 21, 55 und 86 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren mit den in Patentanspruch 53 angegebenen Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.

Das erfindungsgemäße optische System für die Halbleiterlithographie zeigt mehrere optische Komponenten, wobei zur Einstellung verschiedener Betriebskonfigurationen des optischen Systems min- destens eine Stelleinheit zur Positionierung mindestens einer optischen Komponente an definierten Positionen entlang einer optischen Achse des optischen Systems vorhanden ist. Dabei greift die Stelleinheit an mindestens einem Angriffspunkt an der optischen Komponente an und ist in der Weise ausgebildet, dass zwi- sehen zwei verschiedenen Betriebskonfigurationen innerhalb eines Zeitraums von kleiner als 500 ms, vorzugsweise 50ms gewechselt werden kann. Als optische Komponenten kommen sämtliche üblicherweise in optischen Systemen verwendeten optischen Elemente wie beispielsweise Linsen, Spiegel, Blenden, planparallele Platten oder auch diffraktive optische Elemente wie beispielsweise Beugungsgitter, jeweils gegebenenfalls mit Fassungen, in Frage.

Dabei kann es sich bei dem optischen System insbesondere um ein Beleuchtungssystem oder auch um ein Projektionsobjektiv einer lithographischen Projektionsbelichtungsanlage handeln.

In einer ersten vorteilhaften Variante der Erfindung sind die Angriffspunkte der Stelleinheit an der optischen Komponente in der Weise gewählt, dass an der optischen Komponente keine Momen- te entstehen. Mit anderen Worten werden durch die Beschleunigung der optischen Komponenten während ihrer Bewegung zur Positionierung keine Dreh- oder Kippmomente an der optischen Komponente

wirksam. Damit liegt im Ergebnis an der optischen Komponente lediglich eine lineare Beschleunigung an. Sobald die optische Komponente die gewünschte Position erreicht hat, müssen lediglich die aus der linearen Beschleunigung resultierenden Trägheits- kräfte kompensiert werden, um ein Nachschwingen der optischen Komponente zu unterbinden bzw. wirksam zu dämpfen. Eine lineare Beschleunigung umfasst dabei positive Beschleunigungen, bei welchen die kinetische Energie der optischen Komponente zeitlich zunimmt, sowie negative Beschleunigungen oder Verzögerungen, bei denen die kinetische Energie der optischen Komponente zeitlich abnimmt. Beispielweise ist die lineare Bescheunigung der optischen Komponente kurz vor Erreichen einer gewünschten Endposition durch ein Abbremsen der optischen Komponente gegeben. Dabei greifen die Kräfte der Stelleinheit erfindungsgemäß derart an der optischen Komponente an, dass nach Vektoraddition aller Kräfte (auch der Trägheitskräfte) kein resultierendes Drehmoment an der optischen Komponente wirksam wird, welches eine Komponente senkrecht zur Beschleunigung hat. Vorzugsweise ist das resultierende Drehmoment Null, bzw. hinsichtlich seines Betrags klei- ner als 10%, vorzugsweise kleiner als 1% des Betrags des maximal auftretenden durch die Kräfte (inklusive Trägheitskräfte) generierten Einzeldrehmoments. Dabei hängt die untere Schranke für das resultierende Drehmoment unter anderem auch von der in der Stelleinheit auftretenden Reibung ab. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Zeit, die zur Positionierung der optischen Komponente insgesamt benötigt wird, gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Zeiten wesentlich verringert ist. Denn durch das Vermeiden des genannten resultierenden Drehmoments wird die Schwingungsanregung der Stelleinheit und/oder einer Führungsein- heit für die optische Komponente (zu deren präzisen Linearführung) durch die Bewegung der optischen Komponente erheblich reduziert oder ganz vermieden, so dass mögliche Schwingungsamplituden des optischen Elements sich auf die gewünschte Endposition des Elements nicht auswirken. Hierdurch ergibt sich die Möglich- keit, ein optisches System für die Halbleiterlithographie innerhalb kürzester Zeiträume von einer Betriebskonfiguration in eine andere zu schalten.

Die oben geschilderte Momentenfreiheit der optischen Komponente während des Verstellvorganges kann dabei insbesondere dadurch erreicht werden, dass genau ein Angriffspunkt der Stelleinheit an der optischen Komponente vorhanden ist, der in der Weise gewählt ist, dass der Vektor der von der Stelleinheit an dem Angriffspunkt auf die optische Komponente ausgeübte Kraft durch den Schwerpunkt der optischen Komponente verläuft. Dadurch, dass die Stelleinheit an der optischen Komponente lediglich an einer Stelle angreift und der Vektor der von der Stelleinheit auf die optische Komponente ausgeübten Kraft durch den Schwerpunkt der optischen Komponente verläuft, kann die geforderte Momentenfreiheit bzw. das Momentengleichgewicht auf besonders einfache Weise gewährleistet werden. Insbesondere ist es bei dieser Variante nicht erforderlich, die von einer oder mehreren Stelleinheiten an verschiedenen Punkten auf die optische Komponente ausgeübte Kraft so zu dosieren, dass im Ergebnis ein Momentgleichgewicht bzw. eine Momentenfreiheit der optischen Komponente entsteht - durch die Wahl des Angriffspunktes und der Richtung der Kraft ist diese Forderung automatisch erfüllt.

Durch geometrische Gegebenheiten der Vorrichtung kann es sich anbieten, genau zwei Angriffspunkte der Stelleinheit an der optischen Komponente vorzusehen. Das gewünschte mechanische Ver- halten der optischen Komponente kann dabei dadurch erreicht werden, dass die Angriffspunkte in der Weise gewählt sind, dass der Schwerpunkt der optischen Komponente auf der Fläche liegt, die durch eine Gerade durch die beiden Angriffspunkte und den Vektor der resultierenden auf die optische Komponente wirkenden Kraft definiert wird. Dabei kann die optische Komponente an den Angriffpunkten sowohl von einer als auch von zwei Stelleinheiten zur Positionierung bewegt werden. Die Verwendung von nur einer Stelleinheit zur Positionierung hat dabei den Vorteil, dass eine Abstimmung der an den Angriffspunkten auf die optische Komponen- te wirkenden Kräfte bereits durch diese konstruktive Maßnahme inhärent sichergestellt ist. Da nur eine Stelleinheit auf die optische Komponente wirkt, ist gewährleistet, dass die an den

beiden Angriffspunkten wirkenden Kräfte stets im gleichen Verhältnis zueinander stehen, das lediglich durch die Geometrie der Anordnung und nicht durch die von verschiedenen Stelleinheiten ausgeübten Kräfte bestimmt ist. Selbstverständlich kann die Stelleinheit auch über mehr als zwei Angriffspunkte auf die optische Komponente wirken; es ist dabei lediglich sicherzustellen, dass im Ergebnis an der optischen Komponente keine resultierenden Dreh- oder Kippmomente entstehen.

Es hat sich dabei bewährt, die Stelleinheit in der Weise auszubilden, dass sie mindestens einen Lorentzlinearaktuator aufweist. Dabei wird unter einem Lorentzlinearaktuator ein Linearmotor verstanden, bei dem aufgrund der auf der Lorentzkraft beruhenden Kraftwechselwirkung zwischen Magneten eine translatori- sehe, lineare Bewegung unmittelbar erreicht wird. Dabei können die Magnete als stromdurchflossene Spulen, also als Elektromagnete oder - teilweise - als Permanentmagnete realisiert sein. Ein Vorteil der Verwendung von Lorentzlinearaktuato- ren besteht darin, dass sich mit diesen Aktuatoren ausgesprochen schnelle Bewegungen präzise realisieren lassen. Dabei arbeitet der Lorentzlinearaktuator praktisch berührungslos und damit verschleiß- und wartungsfrei; ferner ist die von dem Lorentzlinearaktuator ausgeübte Kraft lediglich von dem durch die Spulen fließenden Strom und nicht von der aktuellen Aktuatorposition abhängig. Im Ergebnis erlaubt die Verwendung des linearaktuators die Positionierung einer optischen Komponente über Verfahrwege von einigen cm, insbesondere im Bereich von 20 cm, mit einer Genauigkeit im μm-Bereich innerhalb eines Zeitraums von unter 500 ms, vorzugsweise unter 50ms.

Für den Fall, dass der Lorentzlinearaktuator Permanentmagnete aufweist, ist es vorteilhaft, wenn diese mechanisch mit der optischen Komponente verbunden sind. Die Anordnung der Permanentmagnete an der optischen Komponente hat den Vorteil, dass auf diese Weise die Notwendigkeit einer Verkabelung der zu bewegenden optischen Komponente, wie es im Falle der Verwendung von stromdurchflossenen Spulen erforderlich wäre, wirksam vermieden

wird und damit im Ergebnis die Beweglichkeit der optischen Komponente nicht durch die Verkabelung eingeschränkt ist. Diese Variante ist besonders für diejenigen Fälle vorteilhaft, in denen die Positionierung der optischen Komponente über einen längeren Weg, insbesondere im Bereich größer als 50mm erfolgen soll.

Für Fälle, in denen die Positionierung der optischen Komponente über einen kürzeren Weg erfolgt, kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Lorentzlinearaktuator Spulen aufweist, die mechanisch mit der optischen Komponente verbunden sind. Diese Vorgehensweise hat zwar die Implikation, dass die zur Kontaktierung der Spulen erforderlichen elektrischen Kabel mitbewegt werden müssen; allerdings hat diese Vorgehensweise den Vorteil, dass die verwendeten Spulen üblicherweise ein geringeres Gewicht aufweisen als die Permanentmagneten, sodass die aus den Beschleunigungen der optischen Komponente resultierenden Trägheitskräfte geringer sind als im Fall der Verwendung von Permanentmagneten.

Die oben geschilderten technischen Charakteristika des Lorentz- linearaktuators ermöglichen es, dass mindestens ein Lorentzlinearaktuator zur Positionierung mehrerer optischer Komponenten geeignet ausgebildet ist. Durch eine geeignete Ansteuerung der stromdurchflossenen Spulen kann dabei eine voneinander unabhängige Bewegung verschiedener optischer Komponenten mit demselben Lorentzlinearaktuator erreicht werden. Auf diese Weise kann der apparative Aufwand und damit die Komplexität des Gesamtsystems wirksam begrenzt werden.

Zur Führung der Bewegung der optischen Komponente während der Positionierung hat sich eine Linearführung bewährt, die als Wälzlagerführung oder als aerostatisches Lager, insbesondere als Gaslager, Luft- oder Luftkissenlager ausgebildet sein kann. Dabei gewährleistet die Linearführung, dass das optische Element während seiner Positionierung keinen Versatz bzw. keine Verkip- pung gegenüber der optischen Achse des optischen Systems erfährt. Die Verwendung einer Linearführung mit Wälzlagern - als Kugelumlauf oder Kreuzrollenführung - hat den Vorteil, dass sich

eine derartige Führung sehr steif realisieren lässt.

Die Funktionsweise eines aerostatischen Lagers beruht darauf, dass zwei gegeneinander bewegte Elemente durch einen dünnen Gas- film getrennt werden und damit nicht in mechanischen Kontakt zu einander kommen. Auf diese Weise lässt sich eine ausgesprochen verschleiß- und reibungsarme Bewegung der Elemente gegeneinander realisieren, wodurch auch ein zu Kontaminationen führender Partikelabrieb vermieden werden kann. Dabei kann der Gasfilm durch Zuführen von Gas dynamisch aufgebaut werden. Als Gas kann das ohnehin in optischen Systemen für die Halbleiterlithographie verwendete Spülgas - in der Regel Stickstoff - vorteilhaft zur Anwendung kommen.

Zur Bestimmung der Position der optischen Komponente kann ein Encoder mit einem Messkopf und einem Referenzgitter eingesetzt werden. Das Referenzgitter kann dabei als Strichgitterstruktur auf einer auf die optische Komponente aufgeklebten Kunststofffo- lie realisiert sein. Der Messkopf registriert die Anzahl der ihn bei einer Bewegung der optischen Komponente passierenden Striche und leitet daraus die Position der optischen Komponente ab. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass der Messkopf an der optischen Komponente angeordnet ist, dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn in axialer Richtung der Bauraum stark einge- schränkt ist.

Zur Kompensation der auf die optische Komponente wirkenden Gewichtskraft kann eine Kompensationsvorrichtung zur Anwendung kommen, die beispielsweise als Gegengewicht oder als ein rei- bungsloser Pneumatikzylinder mit Spaltdichtungen realisiert ist. Diese Variante hat den Vorteil, dass eine Kontamination des Innenraumes des optischen Systems durch austretendes Gas vermieden werden kann. Die Kompensation der Gewichtskraft hat die Wirkung, dass im Ruhezustand die optische Komponente nicht von der Stell- einheit gegen die Gewichtskraft gehalten werden muss und damit eine Erwärmung der Stelleinheit im Ruhezustand unterbunden wird.

Die Stelleinheit kann insbesondere in der Weise ausgebildet sein, dass sie Axialstellmittel zur Positionierung der optischen Komponente in Richtung einer optischen Achse des optischen Systems und Schwenkmittel zum Schwenken der optischen Komponente aus dem bzw. in den Strahlengang des optischen Systems umfasst. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass lediglich Schwenkmittel verbunden sind und eine Bewegung der optischen Komponente in axiale Richtung nicht vorgesehen ist. Diese Maßnahme hat die Wirkung, dass optische Komponenten, so lange sie sich außerhalb des Strahlenganges des optischen Systems befinden, bereit an die axiale Position gebracht werden können, an der sie sich in einer neuen Betriebskonfiguration des optischen Systems befinden sollen. Dabei kann die axiale Positionierung der optischen Komponenten insbesondere bereits während des Betriebes des optischen Systems in der alten Betriebskonfiguration erfolgen; zur Einstellung der neuen Betriebskonfiguration genügt es dann, die betreffenden optischen Komponenten lediglich in den Strahlengang des optischen Systems zu schwenken, sodass die Zeit, die für den Wechsel von einer Betriebskonfiguration zur nächsten erforder- lieh ist, verringert wird. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Schwenkmittel und die Axialstellmittel so ausgebildet sind, dass ein freier Verfahrweg der optischen Komponente in axialer Richtung vorhanden ist, wenn die optische Komponente aus dem Strahlengang des optischen Systems ausgeschwenkt ist.

Da aufgrund der vorstehend geschilderten Variante zur axialen Positionierung der optischen Komponenten vergleichsweise viel Zeit, üblicherweise zwischen einer und sechs Sekunden, zur Verfügung steht, sind die Anforderungen an die Axialstellmittel vergleichsweise moderat. Sie können insbesondere als Spindelantriebe, Lorentzlinearaktuatoren, Zahnstangen oder auch Seilzüge ausgebildet sein.

Das Schwenkmittel kann dabei als drehbares Element ausgebildet sein; der Schwerpunkt der Anordnung aus Schwenkmittel und optischer Komponente kann in vorteilhafter Weise im Bereich der Drehachse des Schwenkmittels angeordnet sein; auf diese Weise

lassen sich Drehschwingungen der optischen Komponente besonders wirksam vermeiden. Ist der Schwerpunkt auf der Drehachse, so ist vorteilhaft die Summe der Zentrifugal- bzw. der Zentripetalkräfte Null. Wodurch die Drehachse nicht durch eine etwaige Unwucht belastet wird. Damit werden wirkungsvoll eine Schwingungsanregung der Drehachse und damit auch eine Schwingungsanregung des optischen Elements bzw. der optischen Komponente vermieden, wodurch eine genaue Positionierung der optischen Komponente innerhalb kürzester Zeit möglich wird. Ferner ist es von Vorteil, das Schwenkmittel zur Vermeidung von Schwingungen steif und leicht auszulegen. Damit bieten sich insbesondere Materialien mit großem E-Modul bei kleiner Dichte, also beispielsweise Titanlegierungen oder auch Kohlefaser-Verbundwerkstoffe für die Realisation des Schwenkmittels an. Da nach der Lehre der vorliegenden Er- findung nur einzelne optische Komponenten in den Strahlengang des optischen Systems geschwenkt werden, sind - auch aufgrund der oben genannten Wahl der Materialien für das Schwenkmittel - die beschleunigten Massen und damit die resultierenden Trägheitskräfte klein, sodass sich schnelle Bewegungen realisieren lassen, ohne dass es zu starken Schwingungen der Vorrichtung kommt. Dabei erfolgt der genannte Schwenkvorgang innerhalb von 500ms, vorzugsweise innerhalb von 50ms, in modernen Lithographieanlagen innerhalb von 10 ms. Zu erwähnen ist, dass nach der vorliegenden Erfindung auch mehr als eine optische Komponente in den Strahlengang geschwenkt werden kann, bzw. mit dem Einschwenken einer optischen Komponente oder eine Gruppe von optischen Komponenten in den Strahlengang einer lithographischen Projekti- onsbelichtungsanlage kann zugleich ein Ausschwenken von wenigstens einer anderen optischen Komponente aus diesem Strahlengang erfolgen. So lässt sich z.B. alleine durch Ein- und Ausschwenken von optischen Komponenten in und aus dem Strahlengang einer Pro- jektionsbelichtungsanlage beispielsweise in einem Zoom-Axikon- System zwei unterschiedlichen Konfigurationen bezüglich des jeweils entstehenden Beleuchtungssetting erzielen.

Zum schnellen Einschwenken der optischen Komponenten in den Strahlengang hat es sich bewährt, die Schwenkmittel in der Weise

auszuführen, dass sie ein Vorspannelement und ein auslösbares Rückhalteelement aufweisen. Damit kann bereits vor dem Einschwenken der optischen Komponente in den Strahlengang eine Vorspannung gegen das Rückhalteelement aufgebaut werden; nach dem Auslösen des Rückhaltelementes liegt dann sofort die volle Kraft an der optischen Komponente an, die nun schnell in den Strahlengang eingebracht werden kann. Dabei kann das Vorspannelement beispielsweise als Elektromagnet realisiert sein.

Als weitere Variante der erfindungsgemäßen Anordnung können mindestens zwei Stelleinheiten mit jeweils mindestens einem Axialstellmittel und jeweils mindestens einem dem Axialstellmittel zugeordneten Schwenkmittel vorhanden sein. Dabei können die von den Stelleinheiten positionierbaren optischen Komponenten im We- sentlichen hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften identisch oder auch unterschiedlich sein. Die Ankopplung der optischen Komponente (n) an die Stelleinheiten erfolgt bevorzugt so, dass wie oben dargestellt, die Schwingungsanregung von Stelleinheiten und/oder Führungseinheiten zur Führung der optischen Komponente, wie z.B. der Drehachse, minimal sind.

In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung weist mindestens eine der optischen Komponenten eine Zentriertoleranz im Bereich zwischen 30 μm und 60 μm auf. Damit liegt die Zent- riertoleranz der betreffenden zu positionierenden optischen Komponente höher als die Zentriertoleranz der im optischen System fest eingebauten optischen Komponenten. Die höhere Zentriertoleranz der zu positionierenden optischen Komponenten lässt sich beispielsweise durch eine entsprechende Umbudgetierung beim De- sign des optischen Systems erreichen. Durch die höhere Zentriertoleranz der zu positionierenden optischen Komponenten sinken die Anforderungen an die Stelleinheit und die ihr zugeordnete Mechanik, sodass der Aufwand bei der Konstruktion und Realisation der erfindungsgemäßen Vorrichtung verringert wird.

Als weitere Möglichkeit kann z. B. für den Fall, dass die optische Komponente bezüglich eines Lagerpunktes schwenk- oder dreh-

bar gelagert ist, die optische Komponente zur Reduktion parasitärer Kräfte/Momente mit einer Ausgleichsmasse mechanisch verbunden sein. Dabei kann die Ausgleichsmasse eine größere Masse aufweisen als die Masse der optischen Komponente, was dadurch kompensiert werden kann, dass der Abstand des Schwerpunktes der Ausgleichsmasse von dem Lagerpunkt geringer ist als der Abstand r des Schwerpunktes der optischen Komponente von dem Lagerpunkt. Die Ausgleichsmasse kann selbst wieder durch eine optische Komponente gebildet werden.

Die vorstehend beschriebene Erfindung kann vorteilhaft in einem Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage in der Halbleiterlithographie verwendet werden. Das Beleuchtungssystem kann dabei ein optisches Element, z. B. einen Micro-Mirror- Array umfassen, welches zur Einstellung einer Lichtverteilung in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems dienen kann. Zur Einstellung oder zur Unterstützung der Einstellung der Lichtverteilung ist eine manipulierbare optische Komponente im Lichtweg vor dem optischen Element in der Weise angeordnet, dass durch eine Manipulation der optischen Komponente unterschiedliche Bereiche des optischen Elementes, wie z.B. des Micro-Mirror- Arrays, beleuchtet werden können.

Bei der manipulierbaren optischen Komponente kann es sich um ei- nen Spiegel, der im Lichtweg beweglich, insbesondere verschieb- oder verkippbar ist, handeln. Ebenso ist die Verwendung eines diffraktiven optischen Elementes, das in den Lichtweg einbringbar, insbesondere einschiebbar ist, eine Kegellinse eines Axi- kons oder einer refraktiven optischen Komponente möglich.

Daneben ist es von Vorteil, wenn optisch aktive Elemente zur Polarisationsdrehung im Lichtweg vor dem optischen Element angeordnet sind, durch welche für die unterschiedlichen Bereiche des optischen Elements unterschiedliche Polarisationen einstellbar sind; auch die Anordnung von mindestens einem Graufilter im Lichtweg vor dem optischen Element ist denkbar.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 eine erste Variante der vorliegenden Erfindung,

Figur 2a eine schematische Lagervorrichtung zur Bewegung eines optischen Elements nach dem Stand der Technik,

Figur 2b eine Lagervorrichtung nach Fig. 2a mit einer Endpositi- on der optischen Komponente und etwaigen Schwingungen derselben,

Figur 2c eine schematischen Darstellung einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung, mit einer Führungseinrichtung zur Führung der optischen Komponente und einer Stelleinheit oder An- triebsvorrichtung, zum linearen Verschieben der optischen Komponente,

Fig. 2d eine Ausführungsform nach Fig. 2c unter Beachtung von Reibung in der Führungsvorrichtung,

Figur 2e eine schematische Darstellung der auftretenden Kräfte bei einer Ausführungsform nach Fig. 2c unter Beachtung der Reibung nach Fig. 2d,

Figur 2f eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit am Rand der optischen Komponente angreifenden Antriebskräften,

Figur 2g eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

Figur 3 verschiedene Möglichkeiten, die Anordnung aus optischer Komponente, Stelleinheiten und Linearführung zu variieren,

Figur 4 eine Variante der Erfindung, bei der die Linearführungen als Luftlager realisiert sind,

Figur 5 zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Gewichtskraft der optischen Komponente kompensiert wird,

Figur 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor- richtung, bei der die optischen Komponenten zusätzlich zu einer Verschiebung in Richtung der optischen Achse des optischen Systems auch aus dem Bereich der optischen Achse bzw. in den Bereich der optischen Achse eingeschwenkt werden können,

Figur 7 eine Ausführung eines Schwenkmittels zum Schwenken der optischen Komponente in bzw. aus dem Strahlengang des optischen Systems,

Figur 8 ein Beispiel für die Verwendung einer Ausgleichsmasse,

Figur 9 einen Teil eines Beleuchtungssystems einer Projektions- belichtungsanlage für die Halbleiterlithographie,

Figur 10 Teilbereiche eines Micro-Mirror-Arrays und entsprechende Lichtverteilungen in einer Pupillenebene,

Figur 11 eine erste Möglichkeit zum Einstellen einer Lichtverteilung auf einem Micro-Mirror-Array,

Figur 12 eine weitere Möglichkeit zum Einstellen einer Lichtverteilung auf einem Micro-Mirror-Array,

Figur 13 eine Möglichkeit zur selektiven Wahl der Polarisation in verschiedenen Bereichen der Pupillenebene

Figur 14 eine zusätzliche Möglichkeit zum Einstellen einer

Lichtverteilung auf einem Micro-Mirror-Array unter Verwendung eines sogenannten Axikons,

Figur 15 einen Graufilter zur Verwendung in einem erfindungsge- mäßen optischen System und

Figur 16 eine weitere Möglichkeit zum Einstellen einer Lichtverteilung ohne linear beschleunigte Elemente.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die optische Komponente 1 wird dabei mittels der Stelleinheiten 2 entlang der optischen Achse, die im vorliegenden Fall senkrecht zur Blattebene verläuft, bewegt. Die beiden Stelleinheiten 2 sind im vorliegenden Fall als Lorentzlinea- raktuatoren mit Permanentmagneten 4 und Spulen 5 realisiert; die Permanentmagnete 4 sind dabei mit der optischen Komponente 1 ü- ber jeweils einen Angriffspunkt 3 mechanisch verbunden. Wie in Figur 1 angedeutet, verläuft dabei die Gerade durch die beiden Angriffspunkte 3 durch den mit "S" bezeichneten Schwerpunkt der optischen Komponente 1. Diese Anordnung der Angriffspunkte hat den Vorteil, dass unter der Voraussetzung eines wenigstens annähernd gleichen Verhaltens der Stelleinheiten 2 eine Bewegung der optischen Komponente 1 erfolgen kann, ohne dass Drehmomente auf sie wirken. Auf diese Weise wird erreicht, dass Schwingungen der optischen Komponente 1 bei oder nach der Positionierung, die von derartigen Drehmomenten herrühren könnten, nicht entstehen können. Damit wird im Ergebnis eine Möglichkeit geschaffen, die optische Komponente 1 sehr schnell entlang der optischen Achse an die gewünschte Position im optischen System zu bewegen, da zum einen der Zeitraum, der benötigt wird, damit die optische Komponente 1 nach dem Erreichen ihrer Position im optischen System zur Ruhe kommt, wesentlich abgekürzt wird und zum anderen insgesamt höhere Geschwindigkeiten zur Positionierung der optischen Komponente 1 möglich werden. Die Bewegung der optischen Kompo- nente 1 entlang der optischen Achse wird dabei durch die Linearführung 6 stabilisiert und durch das Wegmesssystem 12 ausgemessen. Bei dem Wegmesssystem 12 kann es sich insbesondere um einen

sogenannten Encoder handeln, dessen Messkopf 15 mit dem in Figur 1 nicht dargestellten Gehäuse des optischen Systems fest verbunden ist und dessen Referenzgitter 16 mit der optischen Komponente 1 mitbewegt wird; es ist ebenso denkbar, den Messkopf 15 auf der optischen Komponente 1 anzuordnen und das Referenzgitter 16 fest mit dem Gehäuse des optischen Systems zu verbinden. Die zweite Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in axialer Richtung wenig Bauraum zur Verfügung steht. Anstelle eines Encoder-Messsystems kann alternativ ein anderes Positionserfas- sungssystem eingesetzt werden, wenn dieses über die erforderliche Genauigkeit verfügt. Idealerweise wir für jeden Lorentzli- nearaktuator ein Positionserfassungssystem eingesetzt.

Figur 2 zeigt eine Variante der vorliegenden Erfindung, die sich von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform in der konkreten Ausgestaltung der Stelleinheit 2 unterscheidet. In der in Figur 2 gezeigten Variante sind im Unterschied zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform nicht die Permanentmagnete 4, sondern die Spulen 5 mechanisch mit der optischen Komponente 1 verbun- den, d. h. die Spulen 5 bewegen sich mit der optischen Komponente 1 mit. Vorteilhaft an dieser Variante ist insbesondere, dass die Spulen 5 in der Regel eine geringere Masse besitzen als die Permanentmagnete 4, wodurch sich die insgesamt bewegte Masse verringert. Diese Variante ist insbesondere für die Realisation von kurzen Verstellwegen sinnvoll, wo die elektrische Kontaktie- rung der Spulen 5 beispielsweise durch Kabelverbindungen unproblematisch ist.

Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen wird unter Bezugnahme auf die Figur 2a eine technische Ausführungsform einer verstellbaren optischen Komponente 1 mit einer im Stand der Technik bekannten Verstelleinheit schematisch beschrieben. Dabei wird die optische Komponente 1 entlang einer optischen Achse 200 verschoben. Um diese Linearverschiebung der optischen Komponente 1 zu erzeugen, wird eine Stelleinheit eingesetzt, die einen Schlitten 62 um einen Betrag X entlang der Koordinatenachse X bewegt, und dabei die optische Komponente 1

um im Wesentlichen den gleichen Betrag X entlang der optischen Achse 200 verfährt. Der Schlitten 62 kann, wie in Figur 2a gezeigt, mittels einer Führung 63 geführt werden, wobei die Führungsachse 60 im Wesentlichen innerhalb mechanischer Fertigungs- und Justagetoleranzen parallel zu optischen Achse 200 ist.

Die in Figur 2a dargestellte optische Komponente 1 ist mit einer nicht näher dargestellten Verbindung 64 mit dem Schlitten 62 verbunden. Die optische Komponente 1 ist beispielsweise ein refraktives Element, welches Polyeder- und / oder konvexe bzw. konkave Flächen 101, 102 umfassen kann. Die Führung 63 und der Schlitten 62 bilden üblicherweise eine angetriebene Stelleinheit, wie sie z. B. mittels der oben beschriebenen Linearaktua- toren realisierbar ist. Dabei wird z. B. der Schlitten 62 ent- lang der Führung 63 mittels elektromagnetischer Kräfte verfahren. Zur Beschleunigung des Schlittens 62 und der optischen Komponente 1, sowie zur überwindung der Reibungskraft der Stelleinheit, ist eine Kraft F erforderlich. Wird zunächst die Reibungskraft vernachlässigt, so ergibt sich aus der Kraft F unter Be- rücksichtung der Masse m der optischen Komponente 1 eine Beschleunigung a = F / (m+ms) . Dabei ist die Masse des Schlittens 62 mit ms bezeichnet. Diese Beschleunigung bewirkt eine Trägheitskraft F _τ , die am Schwerpunkt 103 der optischen Komponente 1 angreift und die sich als F _τ = m * a ergibt. Ist die optische Komponente 1 derart aufgebaut, dass ihr Schwerpunkt entlang der optischen Achse 200 verschoben wird, so wirkt F _τ entlang der optischen Achse 200. Es ist allerdings zu erwähnen, dass für das vorliegende Ausführungsbeispiel und für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele es ist nicht notwendigerweise erforderlich ist, dass der Schwerpunkt der optischen Komponente bzw. der

Schwerpunkt des Systems aus optischen Komponenten 1 und Schlitten 62 sich entlang der optischen Achse 200 bewegt. Die genannten Schwerpunkte können sich alternativ auch entlang einer Achse bewegen, die zur optischen Achse 200 parallel verschoben ist.

Vernachlässigt man etwaiges Lagerspiel des Schlittens 62 senkrecht zur Führungsachse 60 der die Führung 63 und den Schlitten

62 umfassenden Stelleinheit, und vernachlässigt man ebenso die geometrische Ausdehnung der Führung 63 in dieser Richtung, z. B., weil der Abstand b der optischen Achse 200 von der Führungsachse 60 sehr viel größer ist als die Ausdehnung der Führung 63 so erzeugt die Trägheitskraft F _τ ein Drehmoment M _τ = b * F _τ , welches in Richtung senkrecht zur Führungsachse 60 orientiert ist. Ein weiteres Drehmoment in diese Richtung kann z. B. durch die Trägheitskraft des Schlittens 62 erzeugt werden, wenn sein Schwerpunkt nicht auf der Führungsachse 60 der Führung 63 liegt.

Die durch die genannten Trägheitskräfte generierten Drehmomente belasten die Führung 63 und den Schlitten 62 (und die optische Komponente 1) dynamisch, so dass diese Elemente zu erzwungenen Schwingungen durch den genannten Drehmomenteintrag, bzw. durch die von diesen Drehmomenten verursachten Kräfte, angeregt werden. Insbesondere, wenn die optische Komponente 1 aus einer Position A (siehe Figur 2a) in eine Endposition B (siehe Figur 2b) übergeführt wird, bewirkt die Verzögerung der optischen Komponente 1 aufgrund ihrer Trägheitskraft F _τ ein Drehmoment M _τ , wel- ches zu oben erwähnten Schwingungen anregt. Die Anregung derartiger Schwingungen kann in einer Schwingung 202 der optischen Komponente 1 resultieren, wobei eine durch die optische Komponente 1 gedachte Ebene 201, welche senkrecht zur optischen Achse 200 verläuft, um eine Achse C schwingt. Die Lage dieser Schwin- gungsachse C muss nicht mit der Lage und Richtung des Drehmoment M _τ zusammenfallen, wie dies in Figur 2b gezeigt ist. Vielmehr hängt die Lage und die Richtung dieser Drehachse C von den erzwungenen Schwingungen ab, wobei die Position der Drehachse C durch die Geometrie der Führung 63 und des Schlittens 62 im We- sentlichen bestimmt, da die Wirkung des Drehmoments M _τ im Wesentlichen durch diese Führungseinrichtung 62, 63 aufgenommen wird. In dem in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiel werden auch Kippschwingungen durch das Drehmoment M _τ erzeugt. Diese werden durch die Antriebsvorrichtung, die z.B. als Lorentzlinearan- trieb ausgeführt ist, nicht gedämpft, sondern sie werden überwiegend durch die Dämpfungswirkung der Führungseinrichtung 62,

63 gedämpft. Diese Dämpfungswirkung ist jedoch besonders bei

„reibungsloser" Lagerung sehr gering, weshalb nach Erkenntnis der Erfinder eine Kippschwingungsanregung durch besagtes Drehmoment eine schnelle Präzisionspositionierung sehr erschwert oder gar unmöglich macht, wie dies auch nachfolgend näher ausgeführt wird.

Um die optische Komponente 1 innerhalb von weniger als 500 ms bis hin zu weniger als 50 ms, in moderner Lithographieanlagen sogar innerhalb von 5 ms, auf etwa lOμm bis hin auf lμm Genauig- keit bezüglich des Endpunktes B ihrer Verschiebung zu positionieren, ist es erforderlich, dass die optische Komponente 1 möglichst schwingungsarm bezüglich etwaiger Schwingungen in Richtung der optischen Achse 200 ihre Endposition erreicht. Dies ist erforderlich, da jede Schwingungsanregung, die eine Schwingungs- komponente 202 in Richtung der optischen Achse 200 und eine Amplitude im Bereich von 1 bis 10 μm aufweist, eine Positionierung der optischen Komponente 1 innerhalb der genannten Zeit, nach Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, unmöglich macht. Dies ist dadurch bedingt, weil die Schwingungen 202 üblicherweise sehr viel langsamer abklingen, als die zur Positionierung der optischen Komponente 1 in ihrer Endposition B zur Verfügung stehenden Zeit, die kleiner als 500ms, vorzugsweise kleiner als 50ms oder kleiner als 5 ms ist. Dieses relativ langsame Abklingverhalten der erzwungenen Schwingungen ist dadurch bedingt, da die Schwingungsfrequenzen im Bereich einiger Hz bis hin zu einigen kHz sind.

Die Präzision bezüglich der Stellgenauigkeit der optischen Komponente 1 bezogen auf seine Endposition B von zwischen 1 und 10 μm innerhalb minimaler Zeit im Bereich von einigen ms bis hin zu 500ms lässt sich innerhalb einer lithographischen Projektionsbe- lichtungsanlage vorteilhaft mit der vorliegenden Erfindung erzielen, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 oben bereits ausgeführt wurde.

Die Erfindung umfasst daher eine Lithographische Projektionsbe- lichtungsanlage mit einer entlang einer Geraden innerhalb einer

Positionierzeit um eine Strecke verfahrbaren optischen Komponente. Dabei umfasst die optische Komponente 1 ein oder mehrere optische Elemente 34 die gegebenenfalls auch Fassungselemente aufweisen. Die Gerade weist im Allgemeinen ferner einen Polar- und Azimutwinkel zwischen 0° und 90° auf. Mit diesen Winkeln wird die Richtung der Geraden oder des Bewegungsfreiheitsgrads festgelegt, entlang sich die optische Komponente 1 bewegen kann. Ferner ist der Abstand der Geraden zu einer optischen Achse kleiner ist als eine Querschnittsdimension eines Projektionsbe- lichtungsstrahlenbündels der Projektionsbelichtungsanlage. Da die Gerade nicht notwendigerweise eine optische Achse innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage schneiden muss, da dies Abhängig von den verwendeten optischen Komponenten ist, kann die Gerade auch zu der optischen Achse beabstandet sein. Entsprechend der Erfindung wird die optische Komponente 1 durch eine, eine Führungsrichtung aufweisende Führungseinheit oder Führungseinrichtung (z.B. eine Linearführung) geführt und mittels einer, eine Antriebsrichtung aufweisende Antriebs- oder Verstelleinheit (Stelleinheit) mittels Antriebskräfte derart angetrieben, dass die durch Trägheitskräfte der optischen Komponente 1 und etwaiger mit der optischen Komponente mitbewegter Komponenten erzeugten Drehmomente, und die durch die Antriebskräfte erzeugten Drehmomente, welche auf die Führungseinheit einwirken, sich bis auf einen Betrag kleiner als 10% kompensieren. Eine Vollständige Kompensation wird dabei angestrengt. Dies hängt jedoch von den Erfordernissen bezüglich Positionierzeit und zu verfahrende Strecke ab, sowie von der technischen Ausgestaltung der Führungseinheit .

Um möglichst auch bei konstanter Geschwindigkeit der optischen Komponente 1 keine Schwingungsanregung der Führungseinheit zu gewährleisten, wird vorzugsweise die Antriebseinheit so ausgestaltet, dass die auf die Führungseinheit übertragenen Kräfte in Richtung senkrecht zur Führungsrichtung keiner als 10% der An- triebskraft in Richtung der Geraden bzw. in Verfahrrichtung sind. Auch hier wird ein bestmögliches Vermeiden solcher Kräfte angestrebt, wobei ideal keine Kräfte senkrecht zur Führungsrich-

tung wirken.

Bei lithographischen Projektionsbelichtungsanlagen beträgt die verfahrbare Strecke der optischen Komponente 1 zwischen 20 mm und 1000 mm, wobei wie bereits erwähnt, die Positionierzeit zwischen 5 ms und 500 ms ist.

Wie in den bisherigen Beispielen bereits deutlich wird, wird vorzugsweise die Führungsrichtung bis auf Fertigungs- und Justa- getoleranzen parallel zur Geraden angeordnet, entlang derer die optische Komponente 1 verfahren wird. Dies erfordert eine steife und starre Anbindung der optischen Komponente 1 an die Führungseinheit. Technisch interessant sind besonders solche Bewegungen der optischen Komponente 1, die eine Horizontal oder Vertikal- Verschiebung ermöglichen. Ebenfalls vorteilhaft sind Verschiebungen entlang einer optischen Achse der Projektionsbelichtungs- anlage oder senkrecht dazu. Auch kann es vorteilhaft sein, die Gerade mit der optischen Achse schneiden zu lassen oder mit ihr zur Deckung zu bringen.

Umfasst die optische Komponente 1 beispielsweise ein rotationssymmetrisches optisches Element, oder ein optisches Element 34, welches wenigstens Abschnittsweise eine rotationssymmetrische Wirkung auf das Projektionsbelichtungsstrahlenbündel hat, so wird vorzugsweise die optische Komponente 1 optisch zentriert bezüglich der Geraden, entlang derer sie sich bewegt. Unter optischer Zentrierung wird dabei verstanden, dass z.B. ein optisches Element 34 mit den erwähnten Symmetrieeigenschaften mit seinem Symmetriepunkt auf der Geraden liegt.

Figur 2c verdeutlich dies anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei lediglich schematisch die wesentlichen Komponenten dargestellt sind. Dabei wird eine optische Komponente 1, welche z. B. eine reflektierende Fläche auf einem Substrat aufweist, wie z. B. der in Figur 2c dargestellte Konkavspiegel, entlang der optischen Achse 200 in X- Richtung verschoben. Die optische Komponente 1 mit der reflek-

tierenden Fläche kann dabei auch z. B. ein diffraktives optisches Element sein, wie z. B. ein Reflexionsgitter, es kann aber auch z.B. ein Spiegel-Array sein. Dabei wird das optische Element 1 mittels des Schlittens 462 und der Führung 463 geführt, wobei die Führungsachse 460 der Linearführung 463 im Rahmen der Fertigungs- und Justagetoleranzen parallel zur optischen Achse 200 ausgerichtet ist. Ferner weist die Führung 463 mit ihren Schlitten 462 keine Antriebseinheit auf, die zum Linearantrieb der optischen Komponente 1 dient. Dabei kann die Führung 463 und der Schlitten 462 z. B. in Form einer Luftkissenführung, einer magnetischen Führung, oder in Form einer Gleit- oder Wälzlagerführung ausgebildet sein. Mittels einer ebenfalls einen Schlitten 362 und eine Führung 363 umfassenden Antriebseinheit 300 wird die optische Komponente 1 angetrieben. Diese Antriebsein- heit 300 kann analog zur oben dargestellten Verstelleinheit ausgebildet sein. üblicherweise weist die Antriebseinheit 300 eine Antriebsachse 360 auf, die parallel zur Führungsachse 460 der Führung 463 für das optische Element ausgerichtet ist. Dabei kann die Antriebseinheit 300 z. B. als elektromagnetischer Line- arantrieb ausgestaltet sein, wie dies bereits oben im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 2b beschrieben wurde. Der Antriebschlitten 362 greift dabei am optischen Element derart an, dass über eine Wirkverbindung 364 die Antriebskräfte (beschleunigende oder verzögernde Kräfte) mit ih- rer Kraftwirkungslinie durch, oder im Wesentlichen durch den

Schwerpunkt 103 der optischen Komponente 1 gehen. Dabei ist analog den Ausführungen zu in Figuren 2a und 2b der Schwerpunkt 103 nicht notwendigerweise auf der optischen Achse 200 angeordnet, wie dies lediglich beispielhaft in Figur 2c dargestellt ist. Für den Fall, dass die Antriebseinheit 300 ebenfalls eine Führung für die optische Komponente 1 darstellt, wäre diese statisch ü- berbestimmt gelagert, wodurch Kräfte und Momente auf das optische Element eingetragen würden. Um dies zu vermeiden, wird vorteilhaft ein Momentenentkopplungselement (in Fig. 2c nicht dar- gestellt) an der Wirkverbindung 364 angebracht, die z.B. ein Kugelgelenk umfassen kann, auf welches die Antriebskraft wirkt und von dem aus diese auf die optische Komponente 1 übertragen wird.

Ist das Massenverhältnis zwischen optischer Komponente 1 und der Masse des Führungsschlitten 462 derart, dass die Masse des Schlittens 462 nicht mehr vernachlässigbar ist im Vergleich zur Masse der optischen Komponente 1, so wird die Wirkverbindung 364 so gewählt, dass die Kraftwirkungslinie der durch die Antriebseinheit 300 aufgebrachten Kraft durch den Gesamtschwerpunkt aus optischer Komponente 1 und Führungsschlitten 462 geht. Dabei werden ebenfalls etwaige Fassungselement für die optische Kompo- nente 1 berücksichtigt, die die optische Komponente 1 mit dem Führungsschlitten 462 verbinden und in Position halten. Eine derartige Einlenkung der Antriebskraft auf das System aus optischer Komponente 1 und Führungsschlitten 462 hat den Vorteil, dass sich die Antriebskraft und die Trägheitskraft, welche durch die Massen des Führungsschlitten 462 und der optischem Komponente 1 bei Beschleunigung (bzw. Verzögerung) bedingt ist, zu Null addieren, weshalb kein Drehmoment über den Führungsschlitten 462 auf die Führung 463 übertragen wird, welches eine Komponente senkrecht zur optischen Achse 200 bzw. senkrecht zur Führungs- achse 460 aufweist. Damit unterbleibt eine Schwingungsanregung der Führung 463 beim Bewegen der optischen Komponente 1 entlang der optischen Achse 200, wodurch eine schnelle Positionierung der optischen Komponente 1 in eine Endposition mit höchster Präzision ermöglicht wird.

Bei sehr hohen Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen der optischen Komponente 1 tritt an der Führung 463 und an dem Schlitten 462, abhängig von der technischen Ausgestaltung der Führung, eine nicht mehr zu vernachlässigende Reibungskraft auf, die in der Ausführungsform nach Figur 2c die Führung 463 ebenfalls zum

Schwingen anregen kann. Denn durch die Reibungskraft, die z. B. auch bei konstanter Geschwindigkeit der optischen Komponente 1 auftritt, muss die Antriebseinheit 300 diese Reibungskraft über die Wirkverbindung 364 mittels einer entsprechend gleichgroßen aber entgegengesetzt gerichteten Kraft entgegenwirken, um die genannte Reibungskraft F _R zu überwinden. Diese von der Antriebseinheit 300 aufgebrachte und über die Wirkverbindung 364 einge-

brachte Kraft F bewirkt ein Drehmoment M _R in Richtung senkrecht zur Führungsachse 460, wie dies in Figur 2d schematisch dargestellt ist. Dabei zeigt die Figur 2d einen Ausschnitt aus Figur 2c beim Vorhandensein von Reibungskräften zwischen Führung 463 und Schlitten 462 bei konstanter Bewegung der optischen Komponente 1 entlang der Achse 200, d. h. in Pfeilrichtung x. Da die Reibung auch beim Beschleunigen auftritt, muss auch dort die Reibungskraft zusätzlich überwunden werden. Dies macht es erforderlich, dass die von der Antriebseinheit 300 über die Wirkver- bindung 364 auf das optische Element einwirkende Antriebskraft nicht nur durch die erforderliche Beschleunigung vorgegeben ist, sondern um den Betrag der Reibungskraft F _R hinsichtlich ihres Betrags erhöht ist. Dieser erhöhte Betrag der Antriebskraft wird durch die Trägheitskraft F _τ hinsichtlich der Erzeugung von Dreh- momenten nicht kompensiert. Diese nicht kompensierte Kraft erzeugt, wie oben dargestellt, ebenfalls ein Drehmoment senkrecht zur Führungsachse 460 bzw. senkrecht zur Bewegungsrichtung, die im gezeigten Ausführungsbeispiel entlang der optischen Achse 200 erfolgt. Dieses Drehmoment kann die Führung 463 der optischen Komponente 1 und damit den Schlitten 462 und die optische Komponente 1 zu Schwingungen anregen, wodurch eine schnelle präzise Positionierung entsprechend der vorliegenden Erfindung verhindert wird.

Im Falle des Vorliegens der nahezu geschwindigkeitsunabhängigen Gleitreibung kann der Einfluss der Reibungskräfte F _R und der Ein- fluss der damit verbundenen Drehmomente M _R dadurch reduziert werden, dass zum Einen die gleichförmige Bewegung der optischen Komponente 1 beim Verstellen der optischen Komponente 1 zeitlich minimiert wird, bzw. ganz auf eine gleichförmige Bewegung verzichtet wird. Zum anderen kann die Beschleunigung so gewählt werden, dass eine Trägheitskraft F _τ wirkt, die gleich der Antriebskraft F vermindert um den Betrag der Reibungskraft F _R ist. Zusätzlich wird die Wirkverbindung 364, an welches die Antriebs- kraft auf die optische Komponente 1 eingeleitet wird, zwischen der optischen Komponente 1 und dem Schlitten 462 nicht mehr derart eingeleitet, dass die Kraftwirkungslinie durch deren gemein-

samen Schwerpunkt geht, wie dies im Zusammenhang mit Figur 2c aufgeführt wurde. Die Wirkverbindung 364 wird so gewählt, dass die am gemeinsamen Schwerpunkt 103 (der sich aus optischer Komponente 1 und dem Schlitten 462 ergibt) wirkende Trägheitskraft und das damit verbundene Drehmoment M _τ gerade das durch die Antriebskraft erzeugte Drehmoment M _F kompensiert. Da die Trägheitskraft F _τ gegeben ist und die Antriebskraft F um die Reibungskraft F _R erhöht ist, gilt F _τ = F - F _R , wobei F _τ < als F ist, ist für die Wirkverbindung 364 ein Versatz V des Schwerpunktes 103 in Rich- tung der Führungsachse 460 erforderlich, um die obige Kompensation der genannten Drehmomente M _τ = M _F zu erhalten. Die Antriebskraft F wird dann in die um den Versatz V verschobene Wirkverbindung 364 derart eingeleitet, dass die Kraftwirkungslinie statt durch den Schwerpunkt zu gehen, um den Versatz V parallel zu diesem in Richtung der Führungsachse 460 verschoben ist. Diese Kräftesituation ist schematisch in Figur 2e dargestellt, welche die in Figur 2d auftretenden Kräfte bezogen auf den gemeinsamen Schwerpunkt 103 zusammen mit dem Versatz V zeigt. Bei den Führungen 462, 463, die in Projektionsbelichtungsanlagen bei der präzisen Positionierung zum Einsatz kommen ist die Reibungskraft üblicherweise sehr viel kleiner als das 0,001-fache der Antriebskraft. Bei aerostatischen oder magnetischen Führungen geht die Reibungskraft gegen Null, so dass der Versatz sehr klein und häufig vernachlässigbar ist.

Aufgrund der obigen Ausführung umfasst die vorliegende Erfindung Ausführungsformen, bei denen eine optische Komponente 1 mittels einer Führungsvorrichtung möglichst präzise linear geführt wird, und die optische Komponente 1 entlang dieser linear zu bewegen. Dabei wird mittels einer Antriebseinheit 300 oder einer Stelleinheit 2 eine Antriebskraft F derart in die optische Komponente 1 eingelenkt, dass durch die Antriebskraft F weder Kräfte noch Drehmomente mit Richtungskomponenten senkrecht zur Bewegungsrichtung der optischen Komponente 1 auf die Führung 463 einge- tragen. Dabei entspricht die Bewegungsrichtung der optischen Komponente 1 bis auf Herstellungs- und Justagetoleranzen der Führungsachse 460 der Führung 463. Mittels dieses wird erfin-

dungsgemäß eine Schwingungsanregung der Führung 463 der optischen Komponente 1 (und damit auch des optischen Elements 1) durch die Antriebskraft F der Antriebseinheit 300 verhindert, oder zumindest so weit reduziert, dass hochpräzise lineare Posi- tionswechsel der optischen Komponente 1 innerhalb kürzester Zeit im Bereich von ms wie beispielsweise zwischen 5ms bis hin zu 500ms ermöglicht werden.

Um auch transparente optische Komponente 1 nach den in Figuren 2c bis 2e beschriebenen Ausführungsformen zu verschieben bzw. zu positionieren, wird die Antriebskraft übertragende Wirkverbindung 364 a der optischen Komponente 1 so gestaltet, dass z. B. die optische Komponente 1 jeweils an einem Randbereich derart mit der Antriebseinheit verbunden wird, dass eine Gerade durch die genannten Randbereiche den Schwerpunkt 103 schneidet, wobei vorzugsweise die genannte Gerade senkrecht zur durch die optische Achse 200 und die Führungsachse 460 aufgespannte Ebene gewählt wird. Dies ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 2f dargestellt. Dabei wird schematisch ein Schnitt senkrecht zur Bewe- gungsrichtung, die gleich der optischen Achse 200 sein soll, gezeigt, wobei die optische Komponente 1 (bzw. die optische Komponente) mit Randbereichen 110, 111 versehen ist, an welchen die vom Antriebsschlitten 362 der Antriebseinheit 300 mit der Antriebsachse 360 erzeugten Antriebskräfte über eine geeignete Wirkverbindung 364 in Bewegungsrichtung eingetragen wird. Dabei kann, wie oben erwähnt, die Wirkverbindung Elemente umfassen, die eine Momentenentkopplung erlauben, wie dies z.B. bei Kugelgelenken der Fall ist. Die erwähnte Gerade ist mit 112 bezeichnet und verläuft durch den gemeinsamen Schwerpunkt 103 der opti- sehen Komponente 1 und des Schlitten 462 senkrecht zur genannten aufgespannten Ebene. Im Falle von Reibung entsprechend den Ausführungen nach Figur 2d weist die Gerade einen entsprechenden Versatz V nach Figur 2e auf und verläuft um diesen Versatz parallel zur in Figur 2f gezeigten Gerade 112 in Richtung der Füh- rungsachse 460 parallel verschoben. Um eine statisch überbestimmte Führung der optischen Komponente 1 zu vermeiden, kann anstelle der Antriebsvorrichtung 300 mit der Antriebsachse 360

(siehe auch Fig. 2c) jeweils eine eigene mit ihrer jeweiligen Antriebskraft an den Randbereichen 110 und 111 angreifende Antriebsvorrichtung vorgesehen sein. Die derart an der optischen Komponente 1 angreifenden Antriebsvorrichtungen werden voneinan- der unabhängig gesteuert oder geregelt. Diese Ausführungsform entspricht der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, wobei bis auf Fertigungs- und Justagetoleranzen die Antriebseinheiten parallele Antriebsrichtungen aufweisen.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Erkenntnis, dass in Lithographieanlagen eine präzise und schnelle Positionierung optischer Komponente 1 entsprechend der obigen Ausführungen erforderlich macht, dass Schwingungsanregungen der Führungen der optischen Komponente 1 durch die Kräfte des Antriebssystems möglichst zu vermeiden sind (bzw. zu minimieren sind) , zeigt Figur 2g eine weitere Ausführungsform, die auf der Ausführungsform der Figuren 2a und 2b beruht. Führungsachse und Antriebsachse fallen hier wie beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 2a und 2b zusammen. Dabei ist die mit dem Schlitten 62 verbundene optische Kom- ponente 1 derart mittels des Schlittens geführt, dass aufgrund der Länge SL des Schlittens in Richtung der Führungsachse 60 die Schwingungsamplitude 202 der optischen Komponente 1 in diese Richtung reduziert ist, wobei sich die Schwingungen im Wesentlichen aufgrund des mechanischen Spiels zwischen dem Führungs- schütten 62 und der Führung 63 ergeben. Dabei wird vorzugsweise der Führungsschlitten so dimensioniert, dass die durch das Lagerspiel mögliche Schwingungsamplituden im Bereich und in Richtung der optischen Achse 200 kleiner ist als L = lOμm. Bei einem typischen Lagerspiel von y = lμm bedeutet dies, dass etwa y / SL = L/b ist. Dabei ist SL die Länge Schlittens 62 und b der Abstand der Führungsachse 60 zur optischen Achse 200. Beispielsweise weist b 50mm auf, so ergibt sich eine Länge des Schlittens 62 von SL = 5mm. Dies bedeutet, dass bei dem genannten Lagerspiel von lμm und dem Abstand b von etwa 50mm der Schlitten 62 wenigstens eine Länge von 5mm aufweisen sollte, um aufgrund des mechanischen Spiels die optische Komponente 1 innerhalb der gewünschten Positioniergenauigkeit besser als lOμm im Bereich der

optischen Achse positionieren zu können. Allgemeiner kann die obige Bedingung so formuliert werden, dass die Führungseinheit einen von einer Führung geführten Schlitten mit in Führungsrichtung um einen Betrag SL beabstandete Führungsflächen umfasst. Dabei weist die Führung und der Führungsschlitten ein Lagerspiel y auf. Ferner soll zwischen einer in Richtung der Geraden (entlang der sich die optische Komponente 1 bewegt) auftretenden Schwingungsamplitude L der optischen Komponente 1, die von der Führung um den Betrag b beabstandet ist, die Beziehung SL > y*b/L eingehalten werden. In der Praxis ergeben sich hierbei oft SL-Werte im Bereich des 3-fachen bis 10-fachen Abstands des Schwerpunktes der optischen Komponente 1 zur Führung, wobei, falls der Bauraum zur Verfügung steht vorzugsweise auch der 10- fache Wert überschritten wird, wie dies im Folgenden näher aus- geführt wird.

Die genannte Bedingung hinsichtlich des Lagerspiels kann weiter ergänzt werden, in dem auch eine Reduktion der Wirkung der durch die Trägheitskraft F _τ entstehenden Drehmomentwirkungen und ihre Auswirkungen hinsichtlich erzwungener Schwingungen reduziert werden. Die Trägheitskraft F _τ erzeugt beim Verzögern der optischen Komponente 1 ein Drehmoment M _τ , welches durch ein von der Kraft F ₃ erzeugtes Drehmoment kompensiert wird, wobei die Kraft F ₃ wenigstens in der Nähe eines Schlittenendes angreift. Dabei ist etwa F ₃ * SL = M _τ . Dies sind lediglich Näherungen, da abhängig von der Ausgestaltung des Schlitten 62 und der Führung 63 beim Vorhandensein von Lagerspiel die etwaigen Drehachsen, um welche der Schlitten 62 aufgrund der Trägheitskräfte verursachten Drehmomente versucht ist zu drehen, nicht genau festliegen. Ferner hängt die exakte Drehmomentenbedingung auch von der Position des optischen Elements 1 relativ zum Schlitten 62 ab. Insgesamt lässt sich jedoch sagen, dass die Schwingungsanregung der Führung 63 umso geringer ausfallen wird, je kleiner die auf die Führung wirkende Kraft F ₅ ist. Diese Kraft kann durch geeignete Ausgestaltung der Länge SL des Führungsschlittens 62 auf etwa 10 % der Trägheitskraft F _τ reduziert werden, die sich beim Beschleunigen oder Verzögern der optischen Komponente 1 (der optischen

Komponente 1) zusammen mit dem Schlitten 62 ergibt. Damit lässt sich eine grobe Dimensionierungsregel angeben, die basierend auf einem Drehmomentengleichgewicht in der Form F _τ * b = F ₃ * SL = 0,1 x F _τ * SL darstellbar ist. Dies erlaubt die Bestimmung von SL, wobei dann SL etwa 10 * b ist. Dabei ist b, wie in der Figur 2g dargestellt, der Abstand der Führungsachse 60 zur optischen Achse 200. Mit dieser Dimensionierungsregel ist im Allgemeinen die erste Bedingung hinsichtlich des Lagerspiels erfüllt. Nachteilig bei dieser Dimensionierung ist, dass im Allgemeinen der Schlitten 62 die Länge von 10cm bis hin zu 50cm übersteigt, wodurch nachteilig eine erhöhte Masse zu bewegen ist, was in einer erhöhten Antriebsleistung resultiert. Ferner steht häufig der erforderliche Bauraum für diese aufgezeigte erfinderische Lösung nach Figur 2g nicht zur Verfügung.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Ausführung nach Figur 2a, 2b derart modifiziert, dass bezüglich der Führungsachse 60 auf einer der optischen Komponente 1 gegenüber- liegenden Seite eine Ausgleichsmasse M _A angebracht ist, wie dies in Figur 2g schematisch angedeutet ist. Die Ausgleichsmasse M _A ist mit dem Schlitten 62 starr verbunden und bezüglich Größe und Abstand zur Führungsachse 60 so gewählt, dass die von ihr bei Beschleunigung der optischen Komponente 1 ausgehende Trägheits- kraft ein Drehmoment derart erzeugt, dass das Drehmoment M _τ der optischen Komponente 1 (und eventuell des Schlittens) gerade kompensiert wird. Damit entsteht kein resultierendes Drehmoment in Richtung senkrecht zur Führungsachse 60 beim Beschleunigen oder Verzögern der optischen Komponente 1. Durch diese Maßnahme wird die Führungsachse 60 beim Beschleunigen der optischen Komponente 1 ebenfalls nicht oder zumindest nur in verringertem Maße zu Schwingungen angeregt. Nachteilig ist auch hier, dass eine zusätzliche Masse bewegt werden muss, welche die Antriebsleistung erhöht und welche einen zusätzlichen Bauraum erfordert.

Figur 3 zeigt in den Teilfiguren 3a, 3b und 3c verschiedene Möglichkeiten, die Anordnung aus optischer Komponente 1, Stellein-

heiten 2 und Linearführung 6 zu variieren. In der in Figur 3A dargestellten Variante werden die beiden optischen Komponenten 1 jeweils an eigenen Linearführungen 6 in Richtung der optischen Achse geführt, wobei zum Antrieb die Stelleinheiten 2 dienen, die im gezeigten Beispiel als Lorentzlinear-aktuatoren ausgebildet sind. Im gezeigten Beispiel ist der Permanentmagnet 4 mit der optischen Komponente 1 mechanisch verbunden und bewegt sich mit dieser mit; selbstverständlich ist auch eine Variante denkbar, bei der die Spule 5 mechanisch mit der optischen Komponente 1 verbunden ist. Die Linearführung 6 kann dabei beispielsweise als Wälzlagerführung, Gleitlagerführung, Luft- oder Magnetlagerführung ausgeführt sein.

Figur 3B zeigt eine gegenüber der Anordnung in Figur 3A modifi- zierte Variante, bei der die Anordnung der optischen Komponenten 1 an den Linearführungen 6 entgegengesetzt zu der in Figur 3A gezeigten Ausführungsform realisiert ist, wodurch sich der benötigte Bauraum in der zur optischen Achse orthogonalen Richtung reduzieren lässt.

In Figur 3C ist eine Variante dargestellt, bei der die beiden optischen Komponenten 1 auf einer gemeinsamen Linearführung 6 geführt werden, was ebenfalls eine Reduzierung des benötigten Bauraums zur Folge hat. Dabei wird eine Magnetanordnung von meh- reren optischen Komponenten gemeinsam benutzt, aber jeder Kraftangriffspunkt an jeder optischen Komponente 1 kann vollständig unabhängig von den anderen Kraftangriffspunkten geregelt oder gesteuert werden.

In den in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispielen werden zwei optische Komponenten 1 von demselben Lorentzlinearaktuator als Stelleinheit 2 bewegt. Hierdurch wird ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Lorentzlinearaktuators als Stelleinheit 2 deutlich: aufgrund der rein elektronischen Ansteuerung ist es möglich, mit demselben Aktuator lediglich durch eine geeignete Ansteuerung zwei optische Komponenten 1 unabhängig voneinander zu bewegen.

Figur 4 zeigt in einem Schnitt orthogonal zur optischen Achse eine Variante der Erfindung, bei der die Linearführungen 6 als Luftlager realisiert sind. Dabei sind die vier Luftlager 6 zwi- sehen den beiden als Lorentzlinearaktuator realisierten Stelleinheiten 2 entlang des inneren Umfangs des Gehäuses 7 jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet. Die Verwendung von Luftlagern als Linearführungen 6 hat den Vorteil, dass ein mechanischer Gleitkontakt wegfällt und damit eine Reibung mechanischer Komponenten aneinander ausgeschlossen wird. Auf diese Weise wird einerseits die Notwendigkeit einer Schmierung wie auch die Gefahr eines Partikelabriebs der aneinanderreibenden mechanischen Komponenten wirksam vermieden. Die Verwendung von Luftlagern ist damit insbesondere bei hohen Zyklenzahlen vorteilhaft. Alterna- tiv zu den Luftlagern können auch Wälzlager für die Linearführung verwendet werden; derartige Kugelumlauf- oder auch Kreuzrollenführungen haben den Vorteil, dass sie als Bauteile mit einer hohen Steifigkeit ausgelegt werden können.

Figur 5 zeigt in den Teilfiguren 5a und 5b zwei alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die Gewichtskraft der optischen Komponente 1 kompensiert wird. In Figur 5a wird dies durch das Gegengewicht 9, das mittels eines Seilzugs 11 über die Umlenkrollen 10 an der optischen Komponente 1 im Bereich der Linearführung 6 angreift, erreicht. Figur 5b zeigt die Variante, dass die Gewichtskraft durch die beiden mit Spaltdichtungen versehenen Pneumatikzylinder 17a und 17b kompensiert wird. Dabei sind die beiden Pneumatikzylinder 17a und 17b in der Weise an der optischen Komponente 1 angeordnet, dass die Gerade durch die Angriffspunkte der beiden Pneumatikzylinder 17a und 17b durch den Schwerpunkt der optischen Komponente 1 verläuft und damit keine zusätzlichen Momente an der optischen Komponente 1 entstehen. Diese Variante führt dazu, dass die gesamte bei der Positionierung der optischen Komponente 1 zu bewegende Masse klein gehalten wird. Die Kompensation der Gewichtskraft der optischen Komponente 1 hat den Vorteil, dass die Stelleinheiten lediglich dazu verwendet werden können, die optische Korn-

ponente 1 im Bedarfsfall an die gewünschte Position zu bringen und nicht im Betrieb die Position der optischen Komponente 1 gegen ihre volle Gewichtskraft halten zu müssen. Die Verwendung der dargestellten Gewichtkraftkompensation bietet sich besonders für Fälle an, in denen die optische Achse des optischen Systems und damit die Bewegungsachse der Vorrichtungen in vertikaler Richtung liegt. Mit anderen Worten kann die Stelleinheit ausschließlich dazu verwendet werden, die optische Komponente 1 zu bewegen und nicht gegen die Gravitationskraft anzuarbeiten, was zu einer erheblichen Erwärmung der Stelleinheit 2 führen würde. Weist die optische Achse und/oder die Bewegungsrichtung der optischen Komponente 1 eine von der Horizontalen abweichende Richtung auf, so wird vorteilhaft die durch Kräftezerlegung in Richtung der Bewegungsrichtung und in eine senkrechte Richtung dazu zerlegte Gewichtskraft in Richtung der Bewegungsrichtung kompensiert. Diese Kompensation kann entsprechend den Mitteln nach Fig. 5a und 5b erfolgen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zur Bewegung des optischen Elements lediglich die Trägheitskräfte und Reibungskräfte aufgebracht werden müssen.

Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die optischen Komponenten 1 zusätzlich zu einer Verschiebung in Richtung der optischen Achse des optischen Systems auch aus dem Bereich der optischen Achse aus bzw. in den Bereich der optischen Achse eingeschwenkt werden können. Hierzu ist die Stelleinheit 2a mit den beiden Axialstellmitteln 13a sowie mit den Schwenkmitteln 14a versehen, durch die die genannten Bewegungen der optischen Komponenten Ia durchgeführt werden können. Zusätzlich sind in dem optischen System die Stellmittel 2b vorgesehen, die ihrerseits über die Axialstellmittel 13b sowie die Schwenkmittel 14b verfügen; in Figur 6 sind die mit der zweiten Stelleinheit 2b verbundenen optischen Komponenten Ib aus dem Strahlengang des optischen Systems und damit aus der durch eine strichpunktierte Linie angedeuteten optischen Achse heraus- geschwenkt. Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform erlaubt es, die optischen Eigenschaften des optischen Systems und damit die Betriebskonfiguration des optischen Systems auf ausgespro-

chen schnelle Weise umzuschalten. Hierzu ist es lediglich erforderlich, dass die sich im Strahlengang befindlichen optischen Komponenten Ia durch die Schwenkmittel 14a aus dem Strahlengang herausgeschwenkt werden und gleichzeitig oder kurz darauf die optischen Komponenten Ib in den Strahlengang des optischen Systems unter Verwendung der Schwenkmittel 14b eingeschwenkt werden. Dabei können die optischen Komponenten Ib bereits vor dem Einschwenken, also noch während des Betriebs des optischen Systems in der ersten Betriebskonfiguration mit den Axialstellmit- teln 13b in ihre axiale Position entlang der optischen Achse gebracht werden, so dass dieser Schritt nicht zu einem Zeitverlust beim Umschalten des optischen Systems von einer Betriebskonfiguration auf die nächste führt. Im gezeigten Beispiel werden die optischen Komponenten Ia lediglich durch die mit ihnen hinsicht- lieh ihrer optischen Eigenschaften im wesentlichen identischen optischen Komponenten Ib an anderen Orten entlang der optischen Achse im optischen System ersetzt. Es ist jedoch auch der Fall denkbar, dass die von den Stelleinheiten 2a und 2b positionierbaren optischen Komponenten 1 unterschiedliche optische Eigen- Schäften aufweisen. In diesem Fall ergeben sich für die möglichen Betriebskonfigurationen des optischen Systems weitere optische Freiheitsgrade.

Figur 7 zeigt eine Ausführung eines Schwenkmittels 14, entspre- chend der Schwenkmittel 14a, 14b aus Fig. 6, zum Schwenken der optischen Komponente 1 in bzw. aus dem Strahlengang des optischen Systems, bei dem ein Vorspannelement 18 und ein auslösbares Rückhalteelement 19 vorgesehen sind. Dabei ist das Vorspannelement 18 als Elektromagnet ausgebildet, der bei seiner Akti- vierung auf den magnetisierbaren, ihm zugewandten Teil der optischen Komponente 1 anziehend wirkt. Die Drehung der optischen Komponente 1 um die in der Figur 7 durch den kreisbogenförmigen Pfeil angedeutete Achse wird hierbei zunächst durch das auslösbare Rückhalteelement 19 unterbunden. In dem Moment, in dem das auslösbare Rückhalteelement 19 in Richtung des Pfeils bewegt wird, wird das optische Element 1 aufgrund der magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Elektromagneten und dem magnetisier-

baren Teil des optischen Elements 1 gedreht. Auf diese Weise lässt sich ein schnelles Schwenken der optischen Komponente 1 gewährleisten. Gegebenenfalls kann auf der dem Vorspannelement 18 gegenüberliegenden Seite ebenfalls ein Elektromagnet (nicht dargestellt) vorhanden sein, durch den die Bewegung der optischen Komponente 1 in ihre ursprüngliche Position erreicht werden kann; ebenso ist eine Rückstellung des der optischen Komponente 1 durch ein ebenfalls nicht dargestelltes federndes Element denkbar.

Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem dem Erfordernis Rechnung getragen wird, dass insbesondere bei einem schnellen Verschwenken der optischen Komponente 1, wie beispielsweise in Figur 7 dargestellt, ohne entspre- chende Gegenmaßnahmen parasitäre Kräfte/Momente wie bspw. Querkräfte oder Kippmomente auf das Lager, um welches die optische Komponente 1 verschwenkt wird, wirken.

Derartige parasitäre Kräfte beziehungsweise Momente können, wie in Figur 8 dargestellt, wirkungsvoll dadurch minimiert werden, dass auf der bezüglich des Lagerpunktes 21 gegenüberliegenden Seite der optischen Komponente 1 die Ausgleichsmasse 20 angeordnet ist. Die Lage der Schwerpunkte S' der optischen Komponente 1 und des Schwerpunktes S' ' der Ausgleichsmasse 20 bezüglich des Lagerpunktes 21 sind dabei so gewählt, dass gilt:

L-K

R m mit r: Abstand des Schwerpunktes S ¹ der optischen Komponente 1 zum Lagerpunkt 21 R: Abstand des Schwerpunktes S' ¹ der Ausgleichsmasse 20 zum Lagerpunkt 21

M: Masse der Ausgleichsmasse 20 m: Masse der optischen Komponente 1.

Der Lagerpunkt (21) ist dabei als der Punkt zu verstehen, an dem die Ebene, in der das Verschwenken/Verdrehen des Schwerpunktes

S' der optischen Komponente (1) erfolgt, die Dreh-/Schwenkachse schneidet. Wird die obige Bedingung eingehalten, so wird die Lagerkraft in Radialrichtung der Rotationsachse bei Rotation in dem Sinne minimiert, dass keine Zentrifugal- bzw. Zentripetal- kräfte auftreten, deren Vektorsumme ungleich Null ist, da die Drehachse der Anordnung durch den gemeinsamen Schwerpunkt geht. Damit werden keine Schwingungen der Drehachse durch eine etwaige Unwucht angeregt, die nach erreichen einer Endposition der optischen Komponente 1 bewirken, dass dieses Schwingungen um die Endposition ausführt, so dass die Position der optischen Komponente 1 relativ zur optischen Achse oder in Richtung der optischen Achse variiert.

Das Trägheitsmoment I der Gesamtanordnung berechnet sich als Summe der beiden Trägheitsmomente hinsichtlich des Lagerpunktes 21 zu

/ = mr ² +MR ² +I _m +I _M .

Einsetzen führt zu

Dabei sind I _m + I _M die die Trägheitsmomente der optischen Komponente 1 mit der Masse m bzw. der Ausgleichsmasse M bezogen auf die jeweilige Drehachse die durch die jeweiligen Schwerpunkt der optischen Komponente und der Ausgleichsmasse geht und die paral- IeI zur genannten Dreh-/Schwenkachse durch den Lagerpunkt 21 verlaufen.

Aus den dargestellten Zusammenhängen wird klar, dass die in Figur 8 dargestellte Variante die Möglichkeit eröffnet, bei einer geeigneten Wahl von R, also des Abstandes der Ausgleichsmasse 20, zum Ort des Lagers 21 die Möglichkeit zu schaffen, dass mittels der Verwendung des Ausgleichsgewichtes 20 die parasitären Kräfte auf das Lager 21 weitgehend minimiert werden, ohne dass das gesamte Trägheitsmoment I der gesamten Anordnung aus opti- scher Komponente 1 und Ausgleichsmasse 20 einen so großen Wert

annimmt, dass ein schnelles Verschwenken der Anordnung um den Lagerpunkt 21 über Gebühr erschwert wird. Dies wird dadurch erzielt, dass der Radius der die Ausgleichsmasse M von der Drehachse möglichst klein gemacht wir, was im Gegenzug eine Erhöhung der Ausgleichmasse M bedeutet. Die in Figur 8 dargestellte Maßnahme hat damit die Wirkung, dass ein Nachschwingen der Gesamtanordnung nach dem schnellen Einschwenken der optischen Komponente 1 in den Strahlengang des optischen Systems erheblich verkürzt wird und das optische System seine Betriebsbereitschaft nach dem Verschwenken schneller erreicht. Die Verwendung der Ausgleichsmasse 20 zur Reduktion parasitärer Kräfte in Lagerpunkten ist selbstverständlich nicht auf die in Figur 8 dargestellte Variante beschränkt; es ist ebenso denkbar, die Lehre der Figur 8 auch auf die in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Anordnungen beispielsweise als unterstützende Maßnahme anzuwenden.

Figur 9 zeigt ein optisches System, bei dem die vorstehend beschriebenen Prinzipien vorteilhaft zur Anwendung kommen können.

Bei dem anhand der Figur 9 beschriebenen System handelt es sich um ein Teilsystem 30 eines Beleuchtungssystems einer Projekti- onsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie bis zur ersten Pupillenebene 31, die in Figur 9 mittels der gestrichelten Linie angedeutet ist. Die üblicherweise als Setting bezeichnete Lichtverteilung in der Pupillenebene 31 wird über die Strahlablenkung eines vorher homogenisierten und kollimierten Laserstrahls 33 mittels eines Micro-Mirror-Arrays (MMA) 32 in einer Feldebene eingestellt. Die sonstigen in der Figur 9 dargestell- ten, zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 34 bezeichneten optischen Elemente dienen der Strahlformung auf dem Weg des Laserstrahls 33 von dem Micro-Mirror-Array 32 bis zur Pupillenebene 31; sie werden nachfolgend nicht explizit diskutiert.

Die in der Halbleiterlithographie verbreitete Methode der sogenannten Doppelbelichtung stellt an das Beleuchtungssystem die Anforderung, zwischen zwei Settings innerhalb von wenigen Milli-

Sekunden, insbesondere im Bereich von 10 bis 30 Millisekunden, zu wechseln. Dabei liegt die Frequenz der Wechsel selbst in einer ähnlichen Größenordnung. Dieser Settingwechsel bedingt, dass pro Wechsel des Settings tausende der auf dem Micro-Mirror-Array 32 angeordneten Mikrospiegel (in Figur 9 nicht explizit dargestellt) verstellt werden müssen. Die damit verbundene mechanische Beanspruchung der Mikrospiegel führt insbesondere bei einer hohen Zyklenanzahl dazu, dass es vermehrt zu mechanischen Ausfällen einzelner Spiegel beziehungsweise zu einer Verkürzung der Rekalibrationsintervalle für die absolute Spiegelstellung aufgrund einer Drift kommt. Die Aufgabenstellung besteht darin, die mechanische Beanspruchung der einzelnen Mikrospiegel des Micro- Mirror-Arrays 32 bei den beschriebenen schnellen Settingwechseln zu minimieren.

Dies lässt sich gemäß dem in der Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch erreichen, dass der Micro-Mirror-Array 32 in mindestens zwei Teilbereiche aufgeteilt wird. Dabei enthält jeder Teilbereich der beiden genannten Bereiche in etwa die Hälfte aller Mikrospiegel beziehungsweise bei einer Unterteilung beispielsweise in drei Teilbereiche ein Drittel aller Mikrospiegel usw. Der erste Teilbereich wird hinsichtlich der Stellung der einzelnen Mikrospiegel auf das erste zu wählende Setting konfiguriert wohingegen der zweite Teilbereich hinsichtlich der Anordnung seiner Mikrospiegel für das zweite Setting angepasst wird. Für einen Wechsel des Settings werden gemäß den in Figur 9 gezeigten Ausführungsbeispiel nun nicht mehr die einzelnen Mikrospiegel des gesamten Micro-Mirror-Arrays 32 verstellt, sondern es wird lediglich Sorge dafür getragen, dass ausschließlich der jeweils an das gewählte Setting angepasste Teilbereich des Micro-Mirror-Arrays 32 beleuchtet wird. Dies führt dazu, dass bei einem Wechsel des Settings nicht die Mikrospiegel selbst bewegt werden müssen, da lediglich eine andere Ausleuchtung des Micro- Mirror-Arrays 32 gewählt wird.

In Figur 10 sind im oberen Bereich der Figur die beiden Lichtverteilungen dargestellt, die abwechselnd in der Pupillenebene

31 eingestellt werden. Das Setting 1 (linker Teil von Figur 9a) zeigt dabei die Pole genannten Orte mit hoher Lichtintensität 210, 212, 213 und 214, wohingegen das Setting 2 (rechter Teil von Figur 9a) die Pole 215, 216, 217 und 218 zeigt.

Das Setting 1 wird in dem in Figur 10 dargestellten Beispiel durch die Strahlablenkung der im Bereich 101 und 102 des Micro- Mirror-Arrays 32 liegenden Mikrospiegel erzeugt, während Setting 2 durch die Beleuchtung der Mikrospiegel der Bereiche 103 und 104 erzeugt wird (vgl. unterer Teil von Figur 9a).

Figur 11 zeigt in den Teilfiguren IIa und IIb die erfindungsgemäße Anordnung zur Einstellung der Lichtverteilungen auf dem Micro-Mirror-Array 32. Die optischen Komponenten 1' und 1' ' sind in der in Figur 11 in den Teilfiguren a und b dargestellten Variante als diffraktive optische Komponenten ausgebildet. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, anstatt der diffraktiven optischen Komponenten 1' bzw. 1' ' refraktive optische Komponenten einzusetzen; ein Vorteil dieser Variante besteht beispielsweise darin, weil refraktive optische Komponenten in der Regel effizienter sind und weniger Streulicht verursachen.

Durch Verschieben der optischen Komponenten 1' bzw. 1' ' im Strahlengang des Laserstrahls 33 in Richtung des Doppelpfeiles 36 derart, dass abwechselnd die optische Komponente 1' oder 1' ' im Strahlengang des Laserstrahls 33 befindlich ist, lässt sich nun erreichen, dass abwechselnd die Bereiche 101, 102 (optische Komponente 1' ) oder 103 und 104 (optische Komponente 1' ' ) auf dem Micro-Mirror-Array 32 ausgeleuchtet werden. Die Linse 35 im Lichtweg zwischen den optischen Komponenten 1' bzw. 1' ' und dem Micro-Mirror-Array 32 dient dabei der Strahlformung.

Ein wesentlicher Aspekt der in Figur 11 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass der Micro-Mirror-Array 32 in der (in Figur 11 nicht bezeichneten) Pupillenebene der Linse 35 angeordnet ist und die Lichtverteilung auf dem Micro-Mirror-Array 32 durch die Position beziehungsweise Einstellung der optischen

Komponenten 1' bzw. 1' ' in der Feldebene vor der Linse 35 bestimmt wird. In dem in Figur 11 dargestellten Beispiel sind die optischen Komponenten 1' und 1' ' sowie der Micro-Mirror-Array 32 in jeweils einer Brennebene der Linse 35 angeordnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Brennweite der Linse 35 einen möglichst großen Wert aufweist; vorteilhaft sind hier insbesondere Bereiche von 500 Millimeter bis 100 Millimeter. Die beschriebene Anordnung von Linse 35, optischen Komponenten 1' und 1' ' und Micro-Mirror-Array 32 hat die Wirkung, dass eine annähernd kolli- mierte Ausleuchtung auf dem Micro-Mirror-Array 32 möglich wird, die somit eine geringe Divergenz zeigt. Die Anwendung der in den Figuren 1 bis 8 gezeigten Möglichkeiten zum schnellen Wechsel der optischen Komponente 1 im Strahlengang des optischen Systems ermöglichen dabei insbesondere die angestrebten schnellen Set- tingwechsel; selbstverständlich ist es ebenso denkbar, die Lehre der Figuren 9 und 10 anzuwenden, ohne auf die in den Figuren 1 bis 8 dargestellten technischen Lösungen zurückzugreifen. Unter der Annahme, dass der Laserstrahl 33 einen Durchmesser von ca. 20 Millimetern zeigt und eine Schaltzeit von 20 Millisekunden erforderlich ist, beträgt die Geschwindigkeit, mit der die optische Komponente 1' bzw. 1' ' im Strahlengang des Laserstrahls 33 bewegt werden muss, ca. 1 Meter pro Sekunde, was einen unter mechanischen Aspekten durchaus beherrschbaren Wert darstellt.

Ein Vorteil der in den Figuren 10 und 11 dargestellten Ausführungsform besteht darin, dass die Form der Pupille im Beleuchtungssystem nicht wie nach dem Stand der Technik ohne Micro- Mirror-Array 32 durch eine beispielsweise diffraktive optische Komponente, sondern durch den Micro-Mirror-Array 32 selbst ein- gestellt wird. Dies führt dazu, dass im Extremfall die Anzahl der vorzuhaltenden optischen Komponenten auf zwei begrenzt sein kann, da der Micro-Mirror-Array 32 die notwendige Flexibilität hinsichtlich der einzustellenden Settings zeigt. Selbstverständlich ist die Anordnung und die Geometrie der Bereiche 101 bis 104 nicht auf die in den Figuren 9 und 10 dargestellte Form beschränkt. In einer vereinfachten Ausführungsform kann als optische Komponente 1 ein Spiegel verwendet werden, der im Strahlen-

gang des Laserstrahls 33 hin- und hergeschoben oder auch verkippt wird, um die verschiedenen Bereiche, wie beispielsweise 101 und 102, auf dem Micro-Mirror-Array 32 auszuleuchten. In Figur 12 ist diese Ausführungsform skizziert. Selbstverständlich ist auch die Verwendung von Prismen, Strahlumlenkern oder sonstigen optischen Komponenten denkbar.

Eine Unterteilung der Bereiche 101, 102 und/oder 103, 104 in Subbereiche mit unterschiedlicher Polarisation ermöglicht einen Polarisationswechsel mit der oben angesprochenen Geschwindigkeit. Hierzu wird die Polarisation in jedem der genannten Bereiche durch 90°-Rotatoren, also optisch aktive Planplatten, in der Anordnung einer sogenannten "Schuster-Platte" eingestellt. Die „Schuster-Platte" besteht aus mindestens zwei doppelbrechenden Elementen mit unterschiedlicher Orientierung der Kristallachsen oder Dicken zueinander. Sie nutzt die lineare Doppelbrechung aus, um eine erste Polarisationsverteilung in eine zweite lokal im Verlauf variierende Polarisationsverteilung umzuwandeln. Eine genaue Beschreibung der Funktionsweise ist in der DE 195 35 392 Al enthalten. Figur 13 zeigt eine mögliche Zuordnung zwischen der Polarisation, den Teilbereichen 101, 102, 103, 104 des Mic- ro-Mirror-Arrays 32 und den Polen der Settings 210, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 in der Pupillenebene 31 (vgl. Figur 13). Das in y-Richtung linear polarisierte Licht wird im Bereich 101 durch die Verwendung eines 90°-Rotators (nicht dargestellt), der den Bereich 101 abdeckt, zu linear polarisiertem Licht in x- Richtung.

Entsprechend rotieren weitere Rotatoren in den Bereichen 103 und 104 um 45° bzw. -45° gegenüber der Orientierung der Laserpolarisation. Dabei ist die Polarisationsdrehung in bekannter Weise der Dicke des optisch aktiven Substrates des Rotators proportional, wodurch sich verschiedene Drehwinkel realisieren lassen.

Figur 14 zeigt eine weitere Variante, die insbesondere zur Erzeugung von rotationssymmetrischen Lichtverteilungen auf dem Micro-Mirror-Array 32 geeignet ist. Dabei ist der Micro-Mirror-

Array 32 in die beiden Bereiche 101 und 102 eingeteilt, die eine unterschiedliche Funktionalität aufweisen. Im in Figur 13 gezeigten Beispiel ist die optische Komponente 1 als eine der beiden Kegellinsen eines Axikons 40 realisiert. Die beiden Kegel- linsen sind einmal als Hohlkegel und einmal als Kegel ausgebildet und weisen einen identischen Spitzwinkel auf. Ferner ist der Abstand B der beiden Kegellinsen zueinander einstellbar. Für den Fall, dass sich die beiden Kegellinsen in Berührung miteinander befinden, der Abstand B als gleich null ist, ergibt sich eine Lichtverteilung in Form eines Kreises. Für B größer null wird der Strahl 33 dahingehend aufgeweitet, dass sich eine ringförmige Lichtverteilung mit einem Dunkelfeld im Zentrum ergibt. Nach dem Passieren des Axikons 40 trifft der Laserstrahl 33 auf die aus den Linsen 37 und 38 bestehende Linsenanordnung mit variab- lern Abstand D, die in der Art eines Zoomobjektives wirkt und den Laserstrahl 33 aufweitet. Im weiteren Verlauf des Lichtwegs in Richtung des Micro-Mirror-Arrays 32 ist der Graufilter 39 angeordnet. Eine Einstellung des Abstandes B der beiden Kegellinsen des Axikons 40 in Verbindung mit der Einstellung des Abstandes D der beiden Linsen 37 und 38 ermöglicht es, alternativ oder auch gemeinsam die Teilbereiche 102 und/oder 101 auf dem Micro- Mirror-Array 32 auszuleuchten. Zusätzlich kann (in Figur 13 nicht dargestellt) im Lichtweg vor dem Axikon 40 eine Anordnung zur Strahlhomogenisierung vorgeschaltet sein.

Die Strahlaufbereitung kann so ausgeführt werden, dass beliebige Lichtverteilungen auf dem Micro-Mirror-Array 32, wie beispielsweise Multipole, Segmente oder ähnliches, möglich sind. Hierzu kann gegebenenfalls die Geometrie der Kegellinsen des Axikons 40 angepasst werden; beispielsweise ist eine prismatische Ausführung der Kegellinsen denkbar.

Auch eine außeraxiale Ausleuchtung des Micro-Mirror-Array 32 ist möglich. Hierzu wird die relative Orientierung zwischen dem La- serstrahl 33 und dem Axikon 40 geändert, beispielsweise wird die Position des Laserstrahls 33 auf dem Axikon 40 in der z-y-Ebene verschoben. Dies kann beispielsweise durch zwei (nicht darge-

stellte) verkippbare und der Anordnung vorgeschaltete Spiegel erfolgen. Dies ermöglicht es, durch ein Versetzen des Laserstrahls 33 nach oben (z-Richtung) nur den oberen Teilbereich des Micro-Mirror-Arrays 32 auszuleuchten.

Zur Intensitätskorrektur in der Pupillenebene 31 bereits auf der Ebene des Micro-Mirror-Array 32 kann beispielsweise der in Figur 15 dargestellte Graufilter 39 verwendet werden. In dem in Figur 15 gezeigten Graufilter 39 wird das Licht im zentralen Bereich 231 stärker abgeschwächt als im peripheren Bereich 232. Dabei entspricht der Bereich 231 dem Bereich 101 auf dem Micro-Mirror- Array 32, wobei der Bereich 232 dem Teilbereich 102 auf dem Micro-Mirror-Array 32 entspricht. Die Ausführung des Graufilters 39 hängt von der Größe der Parameter D und B ab. Somit wird es er- forderlich sein, je nach gewähltem Setting unterschiedliche Graufilter 39 in den Strahlengang einzubringen. Dabei kann zum schnellen Wechsel der Graufilter auf die anhand der Figuren 1 bis 8 dargestellten Konzepte zurückgegriffen werden.

Entsprechend kann zur Manipulation der in den Figuren 11, 12 und 14 dargestellten optischen Komponenten 1, 1' , 1' ' die in den Figuren 1-8 dargestellte Lehre zur Anwendung kommen; eine Realisation unabhängig davon ist selbstverständlich ebenso möglich.

Eine weitere Möglichkeit, die gewünschten Settings einzustellen, die vollständig ohne linear beschleunigte Massen im System und den damit verbundenen Trägheitseffekten auskommt, ist nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 16 beschrieben: Die optische Komponente 1 ist danach als rotierende, beispielsweise kreisförmi- ge, Scheibe mit als Kreissektoren ausgebildeten Teilelementen 1', 1' ' realisiert . Grundsätzlich genügt es, die optische Komponente 1 in der Weise auszubilden, dass sie mindestens zwei optische Teilelemente aufweist, die jeweils periodisch mit einer bestimmten Frequenz f in ein zur Beleuchtung verwendetes Strahlen- bündel wie beispielsweise in den Laserstrahl 33 einbringbar sind. Im Fall der rotierenden Kreisscheibe entspricht die Rotationskreisfrequenz 2πf der optischen Komponente 1 dabei bei-

spielsweise der Pulsfrequenz eines zur Beleuchtung verwendeten Lasers. Dies führt dazu, dass das zur Beleuchtung verwendete Licht immer auf dasselbe optische Teilelement 1' bzw. 1' ' der rotierenden optischen Komponente 1 einfällt. Bei der Verwendung eines CW (continuous wave) -Lasers können die notwendigen Pulse beispielsweise durch die Verwendung eines periodisch betriebenen Shutters oder eines Chopperrades erzeugt werden. Die Wahl des zu verwendenden Teilelements 1' oder 1' ' und damit des gewünschten Settings erfolgt dabei durch den StartZeitpunkt der für die je- weilige Belichtung verwendeten Sequenz von Laserpulsen, des sogenannten Bursts. Der wesentliche Vorteil dieser Variante liegt darin, dass zum Wechsel des Settings keine beschleunigten Linear- oder Rotationsbewegungen optischer Elemente im Lichtweg und damit im System erforderlich sind. Damit werden keine Schwingun- gen aufgrund der Trägheitskräfte in das System eingetragen. Die Wahl des Settings erfolgt rein auf elektronischem Wege durch die synchronisierte, zeitlich gesteuerte Wahl des Startzeitpunktes des jeweiligen Bursts. Um eine zeitlich stabile Strahlungsverteilung zu erhalten, ist es vorteilhaft, wenn sich die durch die Teilelemente 1' bzw. 1' ' erzeugte Strahlungsverteilung während des Aufenthalts des jeweiligen Teilelementes 1' bzw. 1' ' in dem Strahlenbündel 33 nicht ändert, was insbesondere durch eine entsprechende geometrische Gestaltung des Teilelementes 1' bzw. 1' ' erreichen lässt. Um unerwünschte Effekte beim Eintritt bzw. beim Austritt des jeweiligen Teilelementes 1' bzw. 1' ' in das bzw. aus dem Strahlenbündel 33 zu minimieren, kann die Länge und der Start- bzw. Endzeitpunkt der Pulse so gewählt werden, dass der Ein- bzw. der Austritt des jeweiligen Teilelementes 1' bzw. 1' ' während der Dunkelphasen zwischen den Pulsen erfolgt, mit ande- ren Worten liegt in diesem Fall das gepulste Strahlenbündel 33 immer nur vollständig auf einem der Teilelemente 1' bzw. 1'