Die Erfindung betrifft ein Objektiv mit axialem Verstellglied zur aktiven Verstellung von Objektivelementen im Millimeterbereich mit Positionierungsstabilität im Submikrometerbereich, insbesondere für lithographische Geräte zur Erzeugung oder Kontrolle von Strukturen im Mikro- bis Nanometerbereich unter Verwendung von Wellenlängen im UV- und DUV-Bereich. The invention relates to a lens with axial adjustment for the active adjustment of lens elements in the millimeter range with positioning stability in the submicron range, in particular for lithographic devices for generating or controlling structures in the micro to nanometer range using wavelengths in the UV and DUV range.
Im Stand der Technik von Geräten der Halbleiterlithographie (z. B. im DUV-Bereich) ist bei der Strukturerzeugung und Strukturprüfung eine exakte Fokussierung des Belichtungs- bzw. Prüfstrahls erforderlich. Dies wird normalerweise durch eine permanente Überwachung und eine Nachführung des Fokussierzustandes durch eine Bewegung der Waferebene realisiert. Die Bewegung der Waferebene ist allerdings nur im Bereich von wenigen Mikrometern möglich. Änderungen der Umweltbedingungen, wie z. B. Luftdruck und Temperatur, sowie strukturierungsbedingte Änderungen des Höhenprofils des Wafers erfordern eine Optik mit fokussierendem Verstellglied (Fokussieroptik), das einen deutlich größeren Verstellweg im Bereich von wenigen Millimetern aufweist. Solche Verstellglieder weisen aber eine relativ geringe axiale Steifigkeit auf, sodass eine Betätigung der Fokussieroptik zu unerwünschten Schwingungsbewegungen des Verstellgliedes der Fokussieroptik in Richtung der optischen Achse führt. Außerdem bewirken auch Vibrationen externen Ursprungs aufgrund der intrinsisch begründeten geringen axialen Steifigkeit eines axial betätigten Verstellgliedes unerwünschte Schwingungsbewegungen, sodass der ideale Fokuszustand nicht gehalten wird, sondern von einer Bewegungsunschärfe der Fokussieroptik überlagert ist. In the prior art of devices of semiconductor lithography (eg in the DUV range) an exact focusing of the exposure or test beam is required in the structure generation and structure testing. This is normally realized by permanent monitoring and tracking of the focusing state by a movement of the wafer plane. However, the movement of the wafer plane is only possible in the range of a few micrometers. Changes in environmental conditions, such. As air pressure and temperature, and structurally related changes in the height profile of the wafer require optics with focusing adjustment (focusing optics), which has a much larger adjustment in the range of a few millimeters. However, such adjusting members have a relatively low axial rigidity, so that an actuation of the focusing optics leads to undesirable oscillatory movements of the adjusting of the focusing optics in the direction of the optical axis. In addition, vibrations of external origin due to the intrinsically substantiated low axial stiffness of an axially actuated adjusting cause undesirable vibration movements, so that the ideal focus state is not maintained, but is superimposed by a motion blur of the focusing optics.
Es wird deshalb über Kompensationsmaßnahmen der durch Vibrationen induzierten Bewegungsunschärfe der Fokussieroptik nachgedacht, um ein auftretendes Überschwingen des Fokuszustandes zu dämpfen. It is therefore thought about compensation measures of the vibration-induced motion blur of the focusing optics to attenuate an occurring overshoot of the focus state.
Obwohl das Problem einer permanenten automatischen Fokussierung bereits aus scannenden Mikroskopen bekannt ist und auch dort eine schnelle Fokusnachführung, insbesondere für Laserscanning-, Phasenkontrast- und Fluoreszenzmikroskopie, eine wesentliche Rolle spielt, sind Schwingungen in Richtung der optischen Achse (in der Regel als z-Richtung bezeichnet) aufgrund der Fokussierungsfunktion des Objekttisches und dessen Grundsteifigkeit nicht relevant. Eine Autofokussierung dieser Art, wie sie z. B. in der EP 0 769 159 B1 als bildauswertende Fokusnachführung beschrieben ist, wird zwar auf die schnellere Bildaufnahme ausgelegt, die Nachfokussierung erfolgt aber erst mit einer Zeitverzögerung nach Auswertung einer Serie von Bildaufnahmen. Die Zeitverzögerungen der Fokuseinstellung liegen hierbei etwa bei einer Viertelsekunde. Die Fokussiergenauigkeit wird mit ca. 0,1–0,3 µm angegeben. Although the problem of a permanent automatic focusing is already known from scanning microscopes and also there a fast focus tracking, in particular for laser scanning, phase contrast and fluorescence microscopy, plays an essential role, are vibrations in the direction of the optical axis (usually as z-direction referred to) not relevant due to the focusing function of the object table and its basic stiffness. An autofocusing of this kind, as z. B. in the EP 0 769 159 B1 is described as an image-evaluating focus tracking, although designed for faster image acquisition, the refocusing takes place but only with a time delay after evaluation of a series of images. The time delays of focus adjustment are about a quarter of a second. The focusing accuracy is given as approx. 0.1-0.3 μm.
Das ist mit Fokussiergenauigkeiten und -verzögerungen der Halbleiterlithographie (insbesondere bei Wellenlängen im DUV-Bereich, die im Bereich von 1–10 nm bzw. im Intervall von 1–100 ms liegen) nicht vergleichbar. Außerdem sind substrat- und umweltbedingte Nachfokussierungen nicht mit dem Tischsystem beherrschbar, wenn mehrere optische Kanäle (z. B. Arbeits-, Beleuchtungs-, Inspektions- und/oder Detektionskanäle) separate Justieranforderungen haben. This is not comparable to focusing accuracies and delays of semiconductor lithography (in particular at wavelengths in the DUV range which lie in the range of 1-10 nm or in the interval of 1-100 ms). Additionally, substrate and environmental refocusing can not be controlled by the stage system if multiple optical channels (eg, work, lighting, inspection, and / or detection channels) have separate adjustment requirements.
Aus einem benachbarten Fachgebiet sind für fernoptische Vorrichtungen (z. B. Fernrohre, Ferngläser etc.) Stabilisierungssysteme bekannt, die das durch Störbewegungen am Gehäuse der fernoptischen Vorrichtung verursachte typische laterale Verwackeln der Abbildung unterdrücken. Dabei werden die optischen Elemente des abbildenden Kanals relativ zum Gehäuse beweglich gelagert und beispielsweise kardanisch aufgehängt (siehe DE 38 43 776 A1 ). Die dennoch vom Gehäuse übertragenen Bewegungen werden durch einen so genannten Wirbelstromdämpfer gedämpft, der z. B. am Umkehrprisma des Fernglases angebracht ist. Der Wirbelstromdämpfer erzeugt bei einer lateralen Auslenkung des Prismas eine Rückstellkraft, die proportional zur Auslenkungsgeschwindigkeit ist, und vermeidet die Anregung gekoppelter Schwingungen vom Gehäuse auf das Prisma. Stabilizing systems are known from a neighboring field for remote optical devices (eg, telescopes, binoculars, etc.) that suppress the typical lateral blur of the image caused by jamming motions on the housing of the far-optical device. In this case, the optical elements of the imaging channel are mounted movably relative to the housing and, for example, gimbaled (see DE 38 43 776 A1 ). The still transmitted from the housing movements are damped by a so-called eddy current damper, the z. B. is attached to the reversing prism of the binoculars. The eddy current damper generates a restoring force proportional to the displacement velocity at a lateral deflection of the prism and avoids the excitation of coupled vibrations from the housing to the prism.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Art der Wirbelstromdämpfung von fernoptischen Systemen ist in der DE 10 2012 000 858 A1 beschrieben, bei der die Rückstellkraft in Abhängigkeit von der Amplitude der Auslenkung beeinflusst wird, sodass größere Auslenkungen stärker als kleinere gedämpft werden. A development of the aforementioned type of eddy current damping of far-optical systems is in the DE 10 2012 000 858 A1 described in which the restoring force is influenced as a function of the amplitude of the deflection, so that larger deflections are attenuated more than smaller ones.
Allen vorgenannten Wirbelstromdämpfern ist gemeinsam, dass sie ausschließlich makroskopische Störauslenkungen lateral zur optischen Achse dämpfen, um die dadurch erzeugte Verwackelung visueller Bildbetrachtung zu vermindern. Das vorliegende Problem der Schwingungsdämpfung von präzisionsoptischen Fokussierungseinrichtungen ist damit nicht zu beherrschen. All of the abovementioned eddy current dampers have in common that they attenuate only macroscopic disturbance deflections laterally to the optical axis in order to reduce the resulting blurring of visual image viewing. The present problem of vibration damping of precision optical focusing devices is therefore uncontrollable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Realisierung eines Objektivs mit axialem Verstellglied zur aktiven Verstellung von Objektivelementen im Millimeterbereich mit Positionierungsstabilität im Submikrometerbereich zu finden, bei der sowohl intrinsisch durch den axialen Verstellantrieb der Fokussierung als auch extrinsisch erzeugte Schwingungen, die von 100 Hz bis über 10 kHz reichen können, effektiv gedämpft werden, sodass die Zeitverzögerung zwischen Bewegung und Einstellung des Fokuszustandes für die Belichtung/Messung möglichst klein ist, vorzugsweise im Bereich von 10–100 ms. The invention has for its object to find a new way to realize a lens with axial adjustment for active adjustment of lens elements in the millimeter range with positioning stability in the submicrometer range, in which both intrinsically by the axial adjustment of the focusing and extrinsically generated vibrations of 100 Hz to over 10 kHz can be effectively damped, so that the time delay between movement and setting of the focus state for the exposure / measurement is as small as possible, preferably in the range of 10-100 ms.
Eine erweiterte Aufgabe besteht darin, das Objektiv, inklusive Verstellglied sowie dessen Lagerungs-, Antriebs- und Dämpfungskomponenten, klein, preiswert und vakuumtauglich zu realisieren. Vorzugsweise soll die Dämpfung variabel einstellbar bzw. justierbar sein. An extended task is to realize the objective, including the adjusting member and its storage, drive and damping components, small, inexpensive and vacuum-compatible. Preferably, the damping should be variably adjustable or adjustable.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Objektiv mit axialem Verstellglied zur aktiven Verstellung von Objektivelementen im Millimeterbereich mit Positionierungsstabilität im Submikrometerbereich dadurch gelöst, dass das axiale Verstellglied in einem Gehäuse des Objektivs in mindestens zwei Radialebenen konzentrische elastische Aufhängungen aufweist, die eine axiale Beweglichkeit des Verstellgliedes bei homogener Kräfteverteilung der jeweiligen Aufhängung in einer Radialebene ermöglichen, dass das axiale Verstellglied mit einem axialen linearen Antrieb zur Fokuseinstellung des Objektivs in Verbindung steht und dass das axiale Verstellglied Schwingungsdämpfer in Form von gehäusefesten Magneten und verstellgliedfesten, parallel zur Objektivachse orientierten Wirbelstromplatten aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, wobei mindestens drei Magnete in einer Radialebene gleichverteilt um die Objektivachse angeordnet sind und diesen benachbart in gleicher Verteilung innerhalb der Radialebene die Wirbelstromplatten zugeordnet sind, so dass die Magnete und Wirbelstromplatten Wirbelstromdämpfer-Paarungen bilden, die beschleunigungsabhängige Rückstellkräfte zur axialen Schwingungsstabilisierung des Verstellgliedes erzeugen. According to the invention the object is achieved in an objective with axial adjustment for active adjustment of lens elements in the millimeter range with positioning stability in Submikrometerbereich that the axial adjustment in a housing of the lens in at least two radial planes concentric elastic suspensions having an axial mobility of the adjusting member in homogeneous Force distribution of the respective suspension in a radial plane allow the axial adjustment is in communication with an axial linear drive for focus adjustment of the lens and in that the axial adjustment vibration damper in the form of housing-fixed magnets and verstellgliedfesten, oriented parallel to the lens axis eddy current plates made of an electrically conductive material , wherein at least three magnets are arranged in a radial plane uniformly distributed around the lens axis and this adjacent in the same distribution within the radial plane, the eddy current plates are assigned, so that the magnets and eddy current plates form eddy current damper pairings which generate acceleration-dependent restoring forces for the axial vibration stabilization of the adjusting element.
Vorteilhaft ist das Verstellglied in zwei Radialebenen mittels elastischer Membranen aufgehängt. In einer alternativen Variante kann das Verstellglied in zwei Radialebenen mittels Federgelenkfassungen mit je einer Parallelkinematik aus Festkörpergelenken aufgehängt sein. Advantageously, the adjusting member is suspended in two radial planes by means of elastic membranes. In an alternative variant, the adjusting member can be suspended in two radial planes by means of spring-joint sockets, each with a parallel kinematics of solid-body joints.
Es erweist sich als zweckmäßig, dass die Wirbelstromdämpfer-Paarungen in einer Radialebene, in der das Verstellglied einen Schwerpunkt hat, angeordnet sind, um Kippschwingungen möglichst klein zu halten. It proves to be expedient that the eddy current damper pairings are arranged in a radial plane in which the adjusting member has a center of gravity, in order to keep tilting oscillations as small as possible.
Bevorzugt sind die Wirbelstromdämpfer-Paarungen in zwei Radialebenen angeordnet, die äquidistant zu einem Schwerpunkt des Verstellgliedes liegen. Preferably, the Wirbelstromdämpfer pairings are arranged in two radial planes which are equidistant to a center of gravity of the adjusting member.
Dabei können in einer Radialebene zweckmäßig bis zu sechzehn Wirbelstromdämpfer-Paarungen vorhanden sein. It can be present in a radial plane suitably up to sixteen eddy current damper pairings.
Die Wirbelstromplatten sind mindestens im Bereich der Radialebene der Wirbelstromdämpfer-Paarungen als am Umfang des Tubus des Verstellgliedes radial nach außen gerichtete Axialflächen ausgebildet, zu denen jeweils wenigstens ein tangential orientierter Magnet eine orthogonale Magnetachse aufweist. The eddy current plates are formed at least in the region of the radial plane of the Wirbelstromdämpfer pairings as at the periphery of the tube of the adjusting radially outwardly directed axial surfaces, to each of which at least one tangentially oriented magnet having an orthogonal magnetic axis.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung können die Wirbelstromplatten mindestens im Bereich der Radialebene der Wirbelstromdämpfer-Paarungen als am Umfang des Tubus des Verstellgliedes tangential orientierte Axialflächen ausgebildet sein, zu denen jeweils ein radial orientierter Magnet eine orthogonale Magnetachse aufweist. In a further preferred embodiment, the eddy current plates, at least in the region of the radial plane of the eddy current damper pairings, can be designed as axial surfaces tangentially oriented on the circumference of the tube of the adjusting element, to each of which a radially oriented magnet has an orthogonal magnetic axis.
Vorteilhaft sind die Wirbelstromplatten am Tubus des Verstellgliedes angeformt. Advantageously, the eddy current plates are integrally formed on the tube of the adjusting member.
Sie können aber auch am Tubus des Verstellgliedes aufgesetzt oder eingesetzt sind. But they can also be placed or inserted on the tube of the adjusting.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Wirbelstromplatten durch den Tubus des Verstellgliedes selbst gebildet sind. In einer weiteren Gestaltung können die Wirbelstromplatten aber auch am Tubus des Verstellgliedes als metallische Beschichtungen aufgebracht sein. It proves to be particularly advantageous if the eddy current plates are formed by the tube of the adjusting member itself. In a further embodiment, the eddy current plates can also be applied to the tube of the adjusting as metallic coatings.
Der Abstand eines Magneten zur jeweiligen Wirbelstromplatte ist vorteilhaft von außen am Gehäuse des Objektivs justierbar. Zweckmäßig kann der Abstand des Magneten mittels einer Stellschraube justierbar sein. Er wird bevorzugt auf 30–50 nm eingestellt. The distance of a magnet to the respective eddy current plate is advantageously adjustable from the outside of the housing of the lens. Suitably, the distance of the magnet can be adjusted by means of a screw. It is preferably set to 30-50 nm.
Mit der Erfindung ist es möglich, ein Präzisionsobjektiv mit schwingungsgedämpftem axialem Verstellglied zu realisieren, bei dem durch den axialen Verstellantrieb der Fokussierung erzeugte Schwingungen, die von 100 Hz bis über 10 kHz reichen können, effektiv gedämpft werden. With the invention it is possible to realize a precision objective with a vibration-damped axial adjusting member, in which vibrations generated by the axial adjusting drive of the focusing, which can range from 100 Hz to more than 10 kHz, are effectively damped.
Durch die passive Auslegung der Dämpfung mit Wirbelstrom ist es möglich, das Dämpfungssystem klein und preiswert zu realisieren und die Dämpfung variabel einstellbar bzw. justierbar zu machen. Due to the passive design of the damping with eddy current, it is possible to realize the damping system small and inexpensive and to make the damping variably adjustable or adjustable.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen: The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments. The drawings show:
1: eine Prinzipskizze des Objektivs mit linear z-gesteuertem Verstellglied zur permanenten Anpassung der Fokussierung, 1 : a schematic diagram of the lens with a linear z-controlled adjusting member for permanent adjustment of the focus,
2: einen Abschnitt des Objektivs im Bereich des z-Verstellgliedes mit zwei äußeren Membranaufhängungen zur elastischen axialen Führung des Verstellgliedes im Objektivgehäuse und mit permanentmagnetischen Wirbelstromdämpfer-Paarungen in zwei radialen Ebenen symmetrisch vom Massenschwerpunkt des Verstellgliedes angeordnet, 2 a portion of the lens in the region of the z-actuator with two outer diaphragm suspensions for elastic axial guidance of the adjusting member in the lens housing and with permanent magnetic eddy current damper pairs arranged in two radial planes symmetrically from the center of mass of the adjusting element,
3: eine Schnittdarstellung der Radialebene A-A aus 2 mit Wirbelstromdämpfern in axialsymmetrischer Anordnung von vier Wirbelstromdämpfer-Paarungen aus je einer axial verlaufenden, am Tubus des Verstellgliedes radial nach außen gerichteten Wirbelstromplatte sowie beidseitig tangential in der Radialebene angeordneten Magnetpaaren, 3 : A sectional view of the radial plane AA 2 with eddy current dampers in an axially symmetrical arrangement of four eddy current damper pairs each consisting of an axially extending eddy current plate directed radially outwards on the tube of the adjusting element and magnet pairs arranged tangentially in the radial plane on both sides,
4: den in 3 markierten Ausschnitt, in dem eine reduzierte Wirbelstromdämpfer-Paarung mit radial nach außen gerichteter Wirbelstromplatte und einem tangential zum Tubus gerichteten Magneten, dessen Abstand zur Wirbelstromplatte justierbar ist, ausgeführt ist, 4 : the in 3 marked section in which a reduced eddy current damper pairing with a radially outwardly directed eddy current plate and a tangentially directed to the tube magnet, whose distance from the eddy current plate is adjustable, is executed,
5: den in 3 markierten Ausschnitt, in dem die Wirbelstromdämpfer-Paarung mit einer einstellbaren doppelten Magnetanordnung in einem Bügelrahmen ausgestaltet ist, 5 : the in 3 marked section, in which the eddy current damper pairing is configured with an adjustable double magnet arrangement in a frame,
6: einen Abschnitt des Objektivs im Bereich des z-Verstellgliedes in gegenüber 2 modifizierter Ausführung, in der die permanentmagnetischen Wirbelstromdämpfer-Paarungen in lediglich einer radialen Ebene, welche die Ebene des Massenschwerpunktes des Verstellgliedes ist, angeordnet sind und als Wirbelstromplatte die Tubuswandung des Verstellgliedes dient, zu der axialsymmetrisch vier radial ausgerichtete Permanentmagneten angeordnet sind, 6 a portion of the lens in the region of the z-actuator in opposite 2 modified embodiment in which the permanent magnetic eddy current damper pairings are arranged in only one radial plane, which is the plane of the center of mass of the adjusting member and serves as eddy current plate the Tubuswandung of the adjusting member, are arranged axially symmetrical to the four radially aligned permanent magnets,
7: eine Schnittdarstellung der Radialebene B-B aus 6 mit Wirbelstromdämpfern in zentralsymmetrischer Anordnung von 16 Wirbelstromdämpfer-Paarungen, bei denen an der Peripherie des Tubus des Verstellgliedes achsparallel verlaufende Wirbelstromplatten eingelassen sowie radial in der Radialebene B-B angeordnete Magnetpaare angeordnet sind, 7 : A sectional view of the radial plane BB 6 with eddy current dampers in a centrally symmetrical arrangement of 16 eddy current damper pairs, in which eddy current plates running parallel to the axis are inserted at the periphery of the tube of the adjusting element and magnet pairs arranged radially in the radial plane BB are arranged,
8: eine gegenüber 7 modifizierte Anordnung der Magneten, in der anstelle der vier zentralsymmetrisch in der Radialebene liegenden Magneten lediglich drei gleichverteilt um die Objektivachse angeordnete, justierbare Magneten angebracht und als Wirbelstromplatten elektrisch leitende metallische Beschichtungen auf einem ggf. nichtleitenden Tubus vorhanden sind, 8th : one opposite 7 modified arrangement of the magnets, in which instead of the four centrally located symmetrically in the radial plane magnets only three equally distributed around the lens axis arranged, adjustable magnets attached and as eddy current plates electrically conductive metallic coatings on a possibly non-conductive tube are present
9: eine gleichverteilte Anordnung mit drei Wirbelstromdämpfer-Paarungen wie in 8, jedoch mit tangential orientierten Magneten an je einer Seite von axial ausgerichteten Wirbelstromplatten, die radial in den Tubus des Verstellgliedes eingesetzt sind, 9 : an equally distributed arrangement with three eddy current pairings as in 8th , but with tangentially oriented magnets on each side of axially oriented eddy current plates, which are inserted radially into the tube of the adjusting member,
10: eine konkrete Ausführungsform des Objektives mit einem einlinsigen Verstellglied und dessen z-Verstellungsmechanismus und 10 a concrete embodiment of the lens with a einlinsigen adjustment and its z-adjustment mechanism and
11 eine perspektivische Darstellung des Verstellgliedes mit konkreter Ausführung des Stellhebels zur axialen Bewegung des Verstellgliedes, das zwischen zwei Federgelenkfassungen axialbeweglich gehaltert ist. 11 a perspective view of the adjusting member with concrete execution of the adjusting lever for the axial movement of the adjusting member, which is axially movably supported between two spring joint sockets.
Das erfindungsgemäße Objektiv 1 mit axialem Verstellglied in z-Richtung enthält in seinem Grundaufbau, wie in 1 schematisch dargestellt, ein Gehäuse 11, mehrere Linsen 12, ein Verstellglied 13 zur permanenten Fokussierung des Objektivs 1, einen Linearantrieb 2 zur Bewegung des Verstellgliedes 13 in z-Richtung, eine elastische Aufhängung 3 zur Erreichung der axialen Beweglichkeit des Verstellgliedes 13 sowie eine Anordnung von Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 zur Schwingungsdämpfung in axialer Richtung, die in mindestens einer Radialebene des Verstellgliedes 13 angeordnet sind. The objective according to the invention 1 with axial adjusting member in z-direction contains in its basic structure, as in 1 shown schematically, a housing 11 , several lenses 12 , an adjuster 13 for permanent focusing of the lens 1 , a linear actuator 2 for movement of the adjusting member 13 in the z-direction, an elastic suspension 3 to achieve the axial mobility of the adjusting member 13 and an arrangement of eddy current damper pairings 4 for vibration damping in the axial direction, in at least one radial plane of the adjusting member 13 are arranged.
Das Verstellglied 13 weist zwecks Ausführung der Fokussierbewegung (z-Verstellung gegenüber den übrigen Linsen 12 des Objektivs 1) einen Tubus 131 zur Halterung und axialen Führung mindestens einer Fokussieroptik 132 entlang einer Objektivachse 14 auf, wobei der Tubus 131 in zwei Radialebenen möglichst nahe an dessen Endbereichen axialsymmetrisch im Gehäuse 11 des Objektivs 1 aufgehängt ist. Die Aufhängung 3 des Verstellgliedes 13 kann zwei gleichdimensionierte Federsysteme in zwei unterschiedlichen Radialebenen beinhalten, wobei Einzelfedern gleichverteilt oder axialsymmetrisch in jeder vorgegebenen Radialebenen (nur schematisch in 1 gezeigt) zwischen dem Gehäuse 11 und den Endbereichen des Tubus 131 angeordnet sind. Bevorzugte alternative Ausführungen der Aufhängung 3 sind in den 6 und 11 gezeigt. The adjusting member 13 has for the purpose of performing the focusing movement (z-adjustment with respect to the other lenses 12 of the lens 1 ) a tube 131 for holding and axial guidance of at least one focusing optics 132 along a lens axis 14 on, with the tube 131 in two radial planes as close as possible to its end axially symmetrical in the housing 11 of the lens 1 is suspended. The suspension 3 of the adjusting member 13 can include two equally sized spring systems in two different radial planes, with individual springs being equally distributed or axisymmetric in each predetermined radial plane (only schematically in FIG 1 shown) between the housing 11 and the end portions of the tube 131 are arranged. Preferred alternative embodiments of the suspension 3 are in the 6 and 11 shown.
Das Verstellglied 13 wird durch den Linearantrieb 2 in axialer Richtung (z-Richtung entlang der Objektivachse 14) bewegt. Dabei kann der Linearantrieb 2 zur hochgenauen z-Bewegung des Verstellgliedes 13 über einen Präzisionsmotor mit untersetzendem Getriebe (z. B. Planetengetriebe, Rollenspindelgetriebe etc.) sowie zusätzlich über einen mehrfach untersetzenden Stellhebel 24 verfügen, der an den Tubus 131 des Verstellgliedes 13 angreift. The adjusting member 13 is through the linear drive 2 in the axial direction (z-direction along the lens axis 14 ) emotional. In this case, the linear drive 2 for high-precision z-movement of the adjusting element 13 via a precision motor with gear reduction (eg planetary gear, roller spindle gear, etc.) as well as an additional multi-step lever 24 which are attached to the tube 131 of the adjusting member 13 attacks.
Mit der Aufhängung 3 und dem Linearantrieb 2 sollen Bewegungen des Verstellgliedes 13 und der darin befindlichen Fokussieroptik 132 von mindestens einem Millimeter realisierbar sein. Sinnvoll sind bei der vorliegenden Antriebskonfiguration Verstellwege des Verstellgliedes 13 zwischen 0,2–3 mm realisierbar. Für die DUV-Lithographie werden Verstellwege von 0,5–2 mm benötigt, wobei bevorzugt ein Verstellweg von 0,7–1,5 mm zum Einsatz kommt. With the suspension 3 and the linear drive 2 should movements of the adjusting 13 and the focusing optics located therein 132 be realized by at least one millimeter. It makes sense in the present drive configuration adjustment of the adjustment 13 between 0.2-3 mm feasible. Adjustment distances of 0.5-2 mm are required for DUV lithography, whereby an adjustment range of 0.7-1.5 mm is preferably used.
Das Verstellglied 13 ist im Fokussierbetrieb eines solchen Objektivs 1 bei einem relativ großen Verstellweg von ca. 1 mm vor allem durch eine hohe Positioniergenauigkeit (Reproduzierbarkeit) in z-Richtung von < 1 µm und eine Positionsstabilität von ca. 10 nm geprägt. Bei größeren Verstellwegen nehmen die Positioniergenauigkeit und Positionsstabilität in etwa linear zu und bei kleineren Wegen entsprechend ab, d. h. bei Verstellwegen von 0,2–3 mm sind Reproduzierbarkeiten zwischen 0,2–3 µm und bei Vibration Positionsstabilitäten zwischen 1–100 nm realisierbar. The adjusting member 13 is in the focusing mode of such a lens 1 At a relatively large displacement of about 1 mm, especially characterized by a high positioning accuracy (reproducibility) in the z-direction of <1 micron and a positional stability of about 10 nm. With larger adjustment paths, the positioning accuracy and position stability increase approximately linearly and correspondingly with smaller paths, ie with adjustment ranges of 0.2-3 mm reproducibility between 0.2-3 μm and with vibration position stabilities between 1-100 nm can be realized.
Gleichzeitig zeichnet sich das Objektiv 1 durch hohe Fokussiergeschwindigkeiten im Bereich von 100–1000 µm/s oder sogar noch darüber aus. Im bevorzugten Verstellwegbereich zwischen 1–2 mm liegt die erreichbare Fokussiergeschwindigkeit über 250 µm/s. Für solche Fokussiergeschwindigkeiten müssen die Aufhängungen 3 leichtgängig und reibungsfrei funktionieren. Fluidführungen sind dafür unpraktikabel. Bevorzugt werden deshalb Membranaufhängungen 32 (nur in 6 gezeigt) verwendet. Diese haben zugleich den Vorteil, dass sie vollständig abriebfrei und zuverlässig im Vakuum arbeiten, wodurch insbesondere die Anforderungen der DUV-Lithographie unter Vakuumbedingungen erfüllt werden, indem das Objektiv 1 kontaminationsfrei fokussierbar ist. At the same time, the lens stands out 1 due to high focusing speeds in the range of 100-1000 μm / s or even more. In the preferred adjustment range between 1-2 mm, the achievable focusing speed is above 250 μm / s. For such focusing speeds, the suspensions need 3 work smoothly and without friction. Fluid guides are impractical. Therefore, membrane suspensions are preferred 32 (only in 6 shown). These also have the advantage that they work completely abrasion-free and reliable in a vacuum, which in particular the requirements of DUV lithography under vacuum conditions are met by the lens 1 can be focused without contamination.
Die Leichtgängigkeit der Aufhängung 3 des Verstellgliedes 13 führt zwangsläufig zu einem unerwünschten Anschwingen des Verstellgliedes 13 im Fokussierprozess. The smooth running of the suspension 3 of the adjusting member 13 inevitably leads to an undesirable oscillation of the adjusting member 13 in the focusing process.
Deshalb ist eine effektive Dämpfung dieser unerwünschten Schwingbewegungen erforderlich, die nach dem Prinzip einer Wirbelstrombremse erfolgt. Dazu sind in mindestens einer gemeinsamen Radialebene 15 des Objektivs 1 und des Verstellgliedes 13 Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 vorgesehen, die Magneten 41 (z. B. Permanentmagneten oder auch Elektromagneten) mit innerhalb der Radialebene 15 liegenden Polachsen aufweisen. Des Weiteren sind die Polachsen der Magneten 41 orthogonal zu in einer Axialrichtung des Verstellgliedes 13 ausgerichteten Wirbelstromplatten 42 orientiert und jeweils eine Polfläche des Magneten 41 ist in einem Abstand von 100–500 nm parallel zu einer Plattenoberfläche der Wirbelstromplatten 42 angeordnet. Therefore, an effective damping of these unwanted swinging movements is required, which takes place on the principle of an eddy current brake. These are in at least one common radial plane 15 of the lens 1 and the adjusting member 13 Eddy current damper pairings 4 provided the magnets 41 (eg permanent magnets or electromagnets) with within the radial plane 15 have lying pole axes. Furthermore, the pole axes of the magnets 41 orthogonal to in an axial direction of the adjusting member 13 aligned eddy current plates 42 oriented and each pole surface of the magnet 41 is at a distance of 100-500 nm parallel to a disk surface of the eddy current plates 42 arranged.
Die Wirbelstromplatten 42 bestehen aus einem nicht-ferromagnetischen Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit. Sie bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder dessen Legierungen, Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere Messing oder anderen Bronzen, austenitischem Stahl oder dessen Legierungen mit Chrom, Nickel und/oder Mangan etc. (Edelstahl) sowie Eisen-Nickel-Legierungen mit besonderen thermischen Eigenschaften. The eddy current plates 42 consist of a non-ferromagnetic material with good electrical conductivity. They are preferably made of aluminum or its alloys, copper or its alloys, in particular brass or other bronzes, austenitic steel or its alloys with chromium, nickel and / or manganese, etc. (stainless steel) and iron-nickel alloys with particular thermal properties.
Wie in 1 gezeigt, wird das Verstellglied 13 mittels des Linearantriebs 2 in Richtung der Objektivachse 14 aktiv bewegt, um einen Fokussierzustand des Objektivs 1 herzustellen bzw. aufrechtzuerhalten. Um Positioniergenauigkeiten im Submikrometerbereich (< 100 nm) und damit verbunden eine Fokussierung im einstelligen Nanometerbereich (< 5 nm, bevorzugt < 2 nm) zu realisieren, wie sie in der UV- und DUV-Lithographie benötigt werden, wird die Bewegung der angetriebenen Komponente des Linearantriebs 2 über eine Hebelmechanik in Form eines Stellhebels 24 untersetzt. 1 zeigt dazu eine schematisch vereinfachte Darstellung. As in 1 shown, the adjusting member 13 by means of the linear drive 2 in the direction of the lens axis 14 actively moves to a focus state of the lens 1 manufacture or maintain. In order to realize positioning accuracies in the submicrometer range (<100 nm) and thus a focus in the single-digit nanometer range (<5 nm, preferably <2 nm), as required in UV and DUV lithography, the movement of the driven component of the linear drive 2 via a lever mechanism in the form of a control lever 24 stocky. 1 shows a schematic simplified representation.
Als Linearantrieb 2 kommt eine Kombination aus einem Motor 21, vorzugsweise einem Schrittmotor mit Inkrementalgeber oder einem Servomotor mit Wechselrichter, gegebenenfalls auch mit Getriebeübersetzung, und einem Gewindetrieb aus Spindel 22 und Spindelmutter 23, vorzugsweise in Form eines Rollengewindetriebs, zum Einsatz (nur in 10 gezeigt). Es ist aber auch ein Linearmotor einsetzbar, wenn kein Gewindetrieb verwendet wird. As a linear drive 2 comes a combination of an engine 21 , preferably a stepper motor with incremental encoder or a servo motor with inverter, possibly also with gear ratio, and a screw drive from spindle 22 and spindle nut 23 , preferably in the form of a roller screw, used (only in 10 shown). But it is also a linear motor used when no screw is used.
Die durch den Antrieb entstehende wechselnde Bewegungsrichtung des Verstellgliedes 13 bei der Fokussierung des Objektivs 1 durch Verstellung der Fokussieroptik 132 gegenüber den übrigen Linsen 12 des Objektivs 1 führt zu einer Schwingungsbewegung, die wegen der zu erreichenden Fokussiergenauigkeit (im Nanometerbereich) und der erforderlichen Fokussiergeschwindigkeit (≥ 250 µm/s) zwingend effektiv gedämpft werden muss. Dazu sind die Magneten 41 im Beispiel gemäß 1 tangential bezüglich des Tubus 131 des Verstellgliedes 13 angeordnet und das Verstellglied 13 weist in zwei Axialebenen an dem Tubus 131 des Verstellgliedes 13 radial nach außen gerichtete Wirbelstromplatten 42 auf. In diesem Beispiel ist angegeben, dass axialsymmetrisch in x- und y-Richtung des Objektives 1 jeweils zwei Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 mit tangential orientierten Magneten 411 (nur in 2 bis 5 bezeichnet) in einer einzigen Radialebene 15 vorhanden sind. Es ist aber auch möglich, dass je Wirbelstromplatte 42 zwei tangential orientierte Magneten 411 innerhalb der Radialebene 15 gegenüberliegend angebracht sind, wie es z. B. in 3 gezeigt ist. Die Anzahl der in einer Radialebene 15 angeordneten Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 ist generell nicht nach oben beschränkt, es sollten aber mindestens drei um die Objektivachse 14 konzentrisch gleichverteilte Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 angeordnet sein. Eine Steigerung der Wirbelstromdämpfung wird außerdem erreicht, wenn Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 in mehreren Radialebenen 15 angebracht werden. The resulting by the drive changing direction of movement of the adjusting member 13 when focusing the lens 1 by adjusting the focusing optics 132 opposite to the other lenses 12 of the lens 1 leads to a vibrational motion, which must be effectively damped due to the achieved focusing accuracy (in the nanometer range) and the required focusing speed (≥ 250 microns / s) imperatively effective. These are the magnets 41 in the example according to 1 tangential to the tube 131 of the adjusting member 13 arranged and the adjusting member 13 points in two axial planes on the tube 131 of the adjusting member 13 radially outwardly directed eddy current plates 42 on. In this example it is stated that axisymmetric in the x and y direction of the objective 1 two eddy current matings each 4 with tangentially oriented magnets 411 (only in 2 to 5 referred to) in a single radial plane 15 available. But it is also possible that ever eddy current plate 42 two tangentially oriented magnets 411 within the radial plane 15 are attached opposite, as it is z. In 3 is shown. The number of in a radial plane 15 arranged eddy current damper pairings 4 is generally not limited to the top, but there should be at least three around the lens axis 14 concentric equally distributed eddy current damper pairings 4 be arranged. An increase in eddy current damping is also achieved when eddy current mating pairs 4 in several radial planes 15 be attached.
2 zeigt den Abschnitt des Objektivs 1 mit dem Verstellglied 13 in einer gegenüber 1 modifizierten Ausführung mit einem zweilinsigen Verstellglied 13 und besonders effektiver Schwingungsdämpfung. In diesem Fall ist das Verstellglied 13 an den Stirnseiten des Tubus 131 mit geschlitzten Federgelenkfassungen 31, die im Sinne einer Parallelkinematik mit Festkörpergelenken wirken und die elastische axiale Beweglichkeit des Verstellgliedes 13 gewährleisten, am Gehäuse 11 befestigt. Auf die Darstellung des Linearantriebs 2 für die Fokussierungseinstellung in Richtung der Objektivachse 14 ist in 2 aus Vereinfachungsgründen verzichtet worden. 2 shows the section of the lens 1 with the adjusting member 13 in one opposite 1 modified version with a two-lobed adjusting 13 and particularly effective vibration damping. In this case, the adjustment is 13 at the ends of the tube 131 with slotted spring-joint sockets 31 , which act in the sense of a parallel kinematic with solid joints and the elastic axial mobility of the adjusting member 13 ensure, on the housing 11 attached. On the representation of the linear drive 2 for the focusing adjustment in the direction of the lens axis 14 is in 2 has been omitted for reasons of simplification.
In diesem Beispiel ist die Schwingungsdämpfung in z-Richtung in zwei Radialebenen 15 des Objektivs 1 vorgesehen. Dabei erfolgt die Auswahl der Radialebenen 15 unter dem Gesichtspunkt der Vermeidung von Kippbewegungen des Verstellgliedes 13, indem ein Schwerpunkt S (d. h. der Massenmittelpunkt) bestimmt wird und die Radialebenen 15 für die Positionierung der Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 äquidistant zum Schwerpunkt S des Verstellgliedes 13 festgelegt werden. In this example, the z-directional vibration damping is in two radial planes 15 of the lens 1 intended. The selection of the radial planes takes place here 15 from the viewpoint of avoiding tilting movements of the adjusting member 13 by determining a center of gravity S (ie the center of mass) and the radial planes 15 for the positioning of the eddy current damper pairings 4 equidistant to the center of gravity S of the adjusting member 13 be determined.
In 3 ist eine Schnittzeichnung durch eine der Radialebenen 15 entlang der Ebene A-A von 2 dargestellt. Das Verstellglied 13 ist in diesem Fall mit vier symmetrisch am Umfang des Tubus 131 angebrachten Wirbelstromplatten 42 ausgestattet, zu denen tangential orientierte Magneten 411 gegenüberliegend innerhalb der Radialebene 15 angeordnet sind. Mit dieser Anordnung von acht Magneten 41 an vier Wirbelstromplatten 42 werden die vom Linearantrieb 2 verursachten Schwingungen in z-Richtung besonders effektiv gedämpft. In 3 is a sectional drawing through one of the radial planes 15 along the AA plane of 2 shown. The adjusting member 13 is in this case with four symmetrical on the circumference of the tube 131 attached eddy current plates 42 equipped with tangentially oriented magnets 411 opposite within the radial plane 15 are arranged. With this arrangement of eight magnets 41 on four eddy current plates 42 are those of the linear drive 2 caused oscillations in the z direction particularly effectively damped.
Die Dämpfung kann aufgrund von Zusatzmaßnahmen weiter optimiert werden. Dazu zeigt 4 den in 3 markierten Ausschnitt nochmals in vergrößerter Form. Der tangential angeordnete Magnet 411 ist in diesem Fall mit einer Justierschraube 43 gekoppelt, die eine einfache Einstellbarkeit des gewünschten Abstandes zwischen der Wirbelstromplatte 42 und dem freien Pol des tangential orientierten Magneten 411 von außen am Gehäuse 11 des Objektivs 1 zulässt. Im Beispiel von 4 ist als Wirbelstromdämpfer-Paarung 4 lediglich ein Magnet 41 und eine Wirbelstromplatte 42 vorgesehen. Dieselbe Einstellmöglichkeit besteht natürlich auch für zwei gegenüberliegend tangential orientierte Magneten 411, wie sie in 3 dargestellt sind. The damping can be further optimized due to additional measures. In addition shows 4 the in 3 marked section again in enlarged form. The tangentially arranged magnet 411 is in this case with an adjusting screw 43 coupled, which allows easy adjustability of the desired distance between the eddy current plate 42 and the free pole of the tangentially oriented magnet 411 from the outside on the housing 11 of the lens 1 allows. In the example of 4 is as eddy current mating pairing 4 only a magnet 41 and an eddy current plate 42 intended. Of course, the same setting possibility exists for two opposite tangentially oriented magnets 411 as they are in 3 are shown.
Eine weitere Variante der Abstandseinstellung zwischen Wirbelstromplatte 42 und zwei gegenüberliegend tangential orientierten Magneten 411 ist in 5 schematisch dargestellt. Hier werden die tangential orientierten Magnete 411 in einem u-förmigen Bügelrahmen 44 gehaltert und sind durch seitliche Justierschrauben 43, die am Bügelrahmen 44 angreifen, exakt und losefrei einstellbar. In einer modifizierten Variante dieser Konstruktion kann der Bügelrahmen 44 auch als ein u-förmiger Polschuh mit einem außen am Gehäuse 11 angebrachten Magneten 41 (nicht gezeichnet) ausgeführt sein. Another variant of the distance adjustment between eddy current plate 42 and two opposing tangentially oriented magnets 411 is in 5 shown schematically. Here are the tangentially oriented magnets 411 in a U-shaped frame 44 held and are by lateral adjustment screws 43 on the frame 44 attack, exact and loose adjustable. In a modified variant of this construction, the hoop frame 44 Also as a U-shaped pole piece with an outside of the housing 11 attached magnets 41 (not drawn) to be executed.
Eine weitere Gestaltungsform der Erfindung ist in 6 dargestellt. In dieser Variante ist der Tubus 131 mit nur einer Fokussieroptik 132 ausgestattet, wodurch sich ein asymmetrischer Schwerpunkt S bezüglich der geometrischen Form ergibt. Folgerichtig wird hier die Radialebene 15 für die Anordnung der Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 so gelegt, dass der Schwerpunkt S in der Radialebene 15 zu liegen kommt. Another embodiment of the invention is in 6 shown. In this variant, the tube is 131 with only one focusing optics 132 equipped, resulting in an asymmetrical center of gravity S with respect to the geometric shape. Consequently, here is the radial plane 15 for the arrangement of the eddy current damper pairings 4 placed so that the center of gravity S in the radial plane 15 to come to rest.
In diesem Beispiel ist der Tubus 131 des Verstellgliedes 13 aus einem nicht-ferromagnetischen Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gefertigt, z. B. Aluminium oder dessen Legierungen, Kupfer oder dessen Legierungen, insbesondere Messing oder einer anderen Bronze, austenitischen Eisenverbindungen, insbesondere Stahl oder Edelstahl unter Beteiligung von Chrom, Nickel etc. sowie Eisen-Nickel-Legierungen mit besonderen thermischen Eigenschaften. Es können auch Wirbelstromplatten 42 separat aufgeklebt (wie in 7 oder 9 dargestellt), eingesetzt oder anderweitig am Tubus 131 befestigt werden, beispielsweise durch elektrisch leitende metallische Beschichtung (nur in 8 dargestellt). Möglich ist aber auch, den Tubus 131 aus nichtleitenden Kunststoff- oder Keramikbauteilen mit geeigneter elektrisch leitfähiger Beschichtung (z. B. verkupfert, vernickelt, verchromt etc.) herzustellen. In this example, the tube is 131 of the adjusting member 13 made of a non-ferromagnetic material having high electrical conductivity, e.g. As aluminum or its alloys, copper or its alloys, especially brass or other bronze, austenitic iron compounds, especially steel or stainless steel with the participation of chromium, nickel, etc., and iron-nickel alloys with special thermal properties. It can also eddy current plates 42 glued separately (as in 7 or 9 shown), used or otherwise on the tube 131 be attached, for example by electrically conductive metallic coating (only in 8th shown). But it is also possible, the tube 131 made of non-conductive plastic or ceramic components with a suitable electrically conductive coating (eg copper-plated, nickel-plated, chrome-plated etc.).
Dadurch können Teile bzw. Beschichtungen des Tubus 131 als tangential in axialer Richtung orientierte Wirbelstromplatten 42 genutzt werden. Die Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 werden in diesem Fall durch radial orientierte Magneten 412 und diesen gegenüberliegende Teile des Tubus 131 des Verstellgliedes 13 gebildet. This allows parts or coatings of the tube 131 as eddy current plates oriented tangentially in the axial direction 42 be used. The eddy current mating pairs 4 are in this case by radially oriented magnets 412 and these opposite parts of the tube 131 of the adjusting member 13 educated.
7 zeigt entlang der Ebene B-B von 6 eine Schnittdarstellung der Radialebene 15. In dieser Variante ist eine axialsymmetrische Anordnung der Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 gewählt worden, wobei eine gleichfalls axialsymmetrische Verteilung von sechzehn radial orientierten Magneten 412 vorliegt. Die Wirbelstromplatten 42 sind in diesem Beispiel als achsparallele Platten tangential in die Peripherie des Tubus 131 des Verstellgliedes 13 eingelassen. Dadurch kann der Tubus 131 aus elektrisch schlecht oder nicht leitenden Materialien (Kunststoff, Glas, Keramik etc.) hergestellt werden, die beispielsweise unter Gesichtspunkten von thermischen Ausdehnungskoeffizienten, mechanischen Festigkeiten, einfacher Bearbeitbarkeit oder Masse ausgewählt werden. 7 shows along the plane BB of 6 a sectional view of the radial plane 15 , In this variant, an axially symmetrical arrangement of the eddy current damper pairings 4 chosen, with a likewise axially symmetric distribution of sixteen radially oriented magnet 412 is present. The eddy current plates 42 In this example, as axially parallel plates are tangential to the periphery of the tube 131 of the adjusting member 13 admitted. This allows the tube 131 be made of electrically poor or non-conductive materials (plastic, glass, ceramic, etc.), which are selected for example from the viewpoints of thermal expansion coefficients, mechanical strengths, ease of workability or mass.
Eine unter diesen Gesichtspunkten ebenfalls vorteilhafte Variante zeigt 8, bei der die Wirbelstromplatten 42 als Beschichtungen (z. B. durch Metallisierung oder Bedampfung) auf die periphere Oberfläche des Tubus 131 lokal so aufgebracht sind, dass drei Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 gleichverteilt um die Objektivachse 14 angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um eine Minimalvariante der innerhalb einer Radialebene 15 anzuordnenden Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4, um Verkippungen des Verstellgliedes 13 infolge der Dämpfungswirkung oder anderer Störeinflüsse zu vermeiden. Als Maximalvariante kann der Tubus 131 aber auch vollflächig metallisiert sein (nicht gezeigt). Des Weiteren zeigt 8 die hier ebenfalls vorteilhaft und einfach realisierbare Einstellung (Justierung) der radial orientierten Magneten 412, die jeweils radial direkt durch das Gehäuse 11 des Objektivs 1 mittels Justierschrauben 43 zur Oberfläche des Tubus 131 des Verstellgliedes 13 auf einen gewünschten Abstand einstellbar sind. A likewise advantageous variant from these points of view 8th in which the Eddy current drives 42 as coatings (eg by metallization or vapor deposition) on the peripheral surface of the tube 131 locally so applied are that three eddy current matings 4 evenly distributed around the lens axis 14 are arranged. It is a minimal variant within a radial plane 15 to be arranged eddy current damper pairings 4 to tilt the adjuster 13 due to the damping effect or other interference to avoid. The maximum variant of the tube 131 but also be fully metallized (not shown). Further shows 8th the here also advantageous and easy to implement adjustment (adjustment) of the radially oriented magnet 412 , each radially directly through the housing 11 of the lens 1 by means of adjusting screws 43 to the surface of the tube 131 of the adjusting member 13 are adjustable to a desired distance.
9 zeigt in Gegenüberstellung zu 8 eine entsprechende Minimalausführung für die Variante der tangential orientierten Magneten 411 mit gleichverteilter Dreieranordnung der Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 aus radial ausgestellter Wirbelstromplatte 42, tangential orientiertem Magneten 411 und Justierschraube 43 pro Paarung. Die Wirbelstromplatten 42 sind in diesem Fall als radial nach außen gerichtete Platten in den Tubus 131, der hier als elektrisch nichtleitend angenommen ist, eingesetzt und vorzugsweise verklebt. 9 shows in comparison to 8th a corresponding minimum version for the variant of the tangentially oriented magnets 411 with equally distributed three-way arrangement of eddy current damper pairings 4 from radially issued eddy current plate 42 , tangentially oriented magnet 411 and adjusting screw 43 per mating. The eddy current plates 42 are in this case as radially outwardly directed plates in the tube 131 , which is assumed here as electrically non-conductive, used and preferably glued.
In der in 9 gezeigten Ausrichtungsvariante der tangential orientierten Magneten 411 muss die Gleichverteilung der Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 so ausgelegt werden, dass die Stirnflächen 45 der tangential orientierten Magneten 411 jeweils zueinander 120° Winkelabstand aufweisen und sich die Ebenen der Stirnflächen 45 in der Objektivachse 14 schneiden. In the in 9 shown alignment variant of the tangentially oriented magnets 411 needs the equal distribution of the eddy current damper pairings 4 be designed so that the end faces 45 the tangentially oriented magnet 411 each have 120 ° angular distance and the planes of the end faces 45 in the lens axis 14 to cut.
10 zeigt eine detaillierte Ansicht eines Präzisionsobjektivs für die DUV-Lithographie. Das Objektiv 1 weist zwei oder mehr feststehende Linsen 12 und eine in dem Verstellglied 13 gefasste Fokussieroptik 132 auf. Das Verstellglied 13 ist innerhalb des Gehäuses 11 des Objektivs 1 mittels zweier geschlitzter Federgelenkfassungen 31, die genauer in 11 dargestellt sind, axial beweglich aufgehängt. 10 shows a detailed view of a precision objective for DUV lithography. The objective 1 has two or more fixed lenses 12 and one in the adjusting member 13 Focused optics 132 on. The adjusting member 13 is inside the case 11 of the lens 1 by means of two slotted spring joint sockets 31 that are closer in 11 are shown suspended axially movable.
Die axiale Bewegung des Verstellgliedes 13 wird zum Zweck einer Fokussierungsfunktion des Objektivs 1 durch den Linearantrieb 2 mittels eines kardanisch an den Motor 21 gekoppelten Rollengewindetriebs mit einer Spindel 22 und einer Spindelmutter 23 über einen Stellhebel 24 auf das Verstellglied 13 übertragen. Die Ankopplung des Stellhebels 24 an das Verstellglied 13 erfolgt symmetrisch in Form einer Gabelklaue 241, die am Gehäuse 11 außerhalb der mittleren Axialebene durch die Objektivachse 14 angelenkt ist, sodass die Gabelklaue 241 in der axialen Symmetrieebene des Verstellgliedes 13 über ein Schubgelenk 242 eine gegenüber dem Weg der Spindelmutter 23 untersetzte Linearbewegung ausführt. Diese Antriebsform ist in 11 deutlicher gezeigt. Durch die Rotationsbewegung des Motors 21, der in diesem Beispiel ein Schrittmotor ist, wird die Drehbewegung der Spindel 22 in eine lineare Bewegung der Spindelmutter 23 umgesetzt und der damit in Verbindung stehende Stellhebel 24 parallel zur Objektivachse 14 bewegt. Der Stellhebel 24 greift in Form der Gabelklaue 241, wie sie in 11 sichtbar ist, an zwei symmetrisch angebrachten Schubgelenken 242 am Tubus 131 an. Mit ihren Enden ist die Gabelklaue 241 am Gehäuse 11 des Objektivs 1 in Drehgelenken 243 aufgenommen, zu denen die Schubgelenke 242 am Tubus 131 in kurzem Abstand folgend angeordnet sind, um eine mehrfache Untersetzung des Weges der Spindelmutter 23 zu einer minimalen z-Bewegung des Verstellgliedes 13 zu erreichen. The axial movement of the adjusting member 13 becomes the purpose of a focusing function of the lens 1 through the linear drive 2 by means of a gimbal to the engine 21 coupled roller screw with a spindle 22 and a spindle nut 23 via a lever 24 on the adjusting member 13 transfer. The coupling of the control lever 24 to the adjusting member 13 takes place symmetrically in the form of a fork claw 241 on the case 11 outside the middle axial plane through the lens axis 14 is articulated, so that the fork claw 241 in the axial plane of symmetry of the adjusting member 13 via a sliding joint 242 one opposite the path of the spindle nut 23 undergoes squared linear motion. This drive is in 11 shown more clearly. By the rotational movement of the engine 21 , which in this example is a stepper motor, will rotate the spindle 22 in a linear movement of the spindle nut 23 implemented and the associated lever 24 parallel to the lens axis 14 emotional. The lever 24 engages in the form of the fork claw 241 as they are in 11 is visible on two symmetrically mounted push joints 242 at the tube 131 at. With its ends is the fork claw 241 on the housing 11 of the lens 1 in swivel joints 243 included, to which the push joints 242 at the tube 131 at a short distance following, to a multiple reduction of the path of the spindle nut 23 to a minimal z-movement of the adjusting member 13 to reach.
Die aus der z-Bewegung des Verstellgliedes 13 und des Linearantriebs 2 resultierenden Schwingungen werden in dieser Ausführungsform in einer Radialebene 15 des Objektivs 1 durch mindestens drei gleichverteilte, vorzugsweise aber vier oder mehr Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 gedämpft. Dazu sind in einer bevorzugten Ausführung in einer Radialebene 15 sechzehn konzentrisch und axialsymmetrisch um die Objektivachse 14 verteilte, radial orientierte Magneten 412 angeordnet. Die Wirbelstromplatten 42 werden in diesem Beispiel durch Teilbereiche des Tubus 131 des Verstellgliedes 13 gebildet. Der Tubus 131 ist in diesem Fall aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen der oben genannten Materialien, gefertigt. The from the z-movement of the adjusting member 13 and the linear drive 2 resulting vibrations are in this embodiment in a radial plane 15 of the lens 1 by at least three equally distributed, but preferably four or more eddy current damper pairings 4 attenuated. These are in a preferred embodiment in a radial plane 15 sixteen concentric and axially symmetric about the lens axis 14 distributed, radially oriented magnets 412 arranged. The eddy current plates 42 are in this example through parts of the tube 131 of the adjusting member 13 educated. The tube 131 is in this case made of an electrically conductive material, preferably made of aluminum or another of the above-mentioned materials.
Da die Dämpfung umso intensiver erfolgt, je kleiner der Abstand zwischen den radial orientierten Magneten 412 und der Peripherie des Tubus 131 des Verstellgliedes 13 ist, sind die radial orientierten Magneten 412 jeweils mittels einer Justierschraube 43 auf einen Abstand zwischen 30–500 nm, vorzugsweise < 100 nm, besonders bevorzugt auf Werte von 30–50 nm, eingestellt. Dafür liefert die nahezu ausschließlich in z-Richtung (entlang der Objektivachse 14) erfolgende Bewegung des Verstellgliedes 13 infolge seiner zweifachen Aufhängung mit Federgelenkfassungen 31 die besten Voraussetzungen. Etwaige laterale Schwingungen werden durch diese Konfiguration im Zusammenwirken mit den Wirbelstromdämpfer-Paarungen 4 aus radial orientierten Magneten 412 und tangential orientierten, im Tubus 131 integrierten Wirbelstromplatten 42 (6 und 7) ebenfalls unterdrückt. Since the attenuation is the more intense, the smaller the distance between the radially oriented magnets 412 and the periphery of the tube 131 of the adjusting member 13 is, are the radially oriented magnets 412 each by means of an adjusting screw 43 to a distance between 30-500 nm, preferably <100 nm, more preferably adjusted to values of 30-50 nm. For this provides almost exclusively in the z direction (along the lens axis 14 ) taking place movement of the adjusting member 13 due to its double suspension with spring-joint sockets 31 the best conditions. Any lateral vibrations will be due to this configuration in conjunction with the eddy current mating pairs 4 made of radially oriented magnets 412 and tangentially oriented, in the tube 131 integrated eddy current plates 42 ( 6 and 7 ) also suppressed.
Mit der gewählten Dämpfung von axialen Schwingungen, die dem Verstellglied 13 durch den rein linearen Fokussierungsantrieb aufgeprägt werden und sich durch eine permanente Nachregelung der Fokussierung überlagern und verstärken, ist eine einfache Dämpfung mit hoher Effektivität erreicht worden, die in der Lage ist, auch hochfrequente Schwingungen hervorragend zu unterdrücken. Damit ist eine hochgenaue Fokussierung des Objektivs 1 (< 10 nm) bei hoher Fokussiergeschwindigkeit (≥ 250 µm/s) und relativ großen Stellwegen (im einstelligen Millimeterbereich und leicht darunter) und kleinsten Positioniergenauigkeiten (Reproduzierbarkeit im Submikrometerbereich bis an den einstelligen Nanometerbereich heran) möglich. With the chosen damping of axial vibrations, the adjusting member 13 imprinted by the purely linear focusing drive be superimposed and strengthened by a permanent readjustment of the focus, a simple damping has been achieved with high efficiency, which is able to supress even high-frequency vibrations outstanding. This is a highly accurate focusing of the lens 1 (<10 nm) at high focusing speed (≥ 250 μm / s) and relatively large travel ranges (in the single-digit millimeter range and slightly below it) and smallest positioning accuracies (reproducibility in the submicron range down to the single-digit nanometer range).
Zusätzlich wird durch die Kombination mit der Art des Antriebs und der reibungsfreien z-elastischen Lagerung des Verstellgliedes 13 eine optimale Eignung für Vakuumanwendungen insbesondere in der DUV-Lithographie und -inspektion erreicht. In addition, the combination with the type of drive and the friction-free z-elastic mounting of the actuator 13 achieved optimum suitability for vacuum applications, especially in DUV lithography and inspection.
Die erfindungsgemäße Art und Weise der z-Verstellung eines Objektivgliedes ist neben der schnellen schwingungsunterdrückten Nachfokussierung eines Arbeitskanals (lithographischer Belichtungs-, Strukturdetektions- oder Inspektionskanal) auch zur separaten Nachführung eines zusätzlichen Beleuchtungs- oder Detektionskanals sowie des Weiteren für das Nachstellen von Abbildungsmaßstäben und für die Kompensation von sphärischen Aberrationen in der Halbleiter-Lithographie bestens geeignet. The inventive method of z-adjustment of a lens member is in addition to the fast vibration suppressed refocusing of a working channel (lithographic exposure, structure detection or inspection channel) for separate tracking of an additional illumination or detection channel and further for the adjustment of magnifications and for the Compensation of spherical aberrations in semiconductor lithography ideally suited.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1 1
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Objektiv lens
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11 11
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Gehäuse casing
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12 12
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Linse lens
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13 13
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Verstellglied adjusting
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131 131
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Tubus tube
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132 132
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Fokussieroptik focusing optics
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14 14
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Objektivachse lens axis
-
15 15
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Radialebene radial plane
-
2 2
-
Linearantrieb linear actuator
-
21 21
-
Motor engine
-
22 22
-
Spindel spindle
-
23 23
-
Spindelmutter spindle nut
-
24 24
-
Stellhebel lever
-
241 241
-
Gabelklaue fork claw
-
242 242
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Schubgelenk (am Tubus) Sliding joint (at the tube)
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243 243
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Drehgelenk (am Gehäuse) Swivel joint (on the housing)
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3 3
-
Aufhängung (des Verstellgliedes) Suspension (of the adjusting element)
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31 31
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(geschlitzte) Federgelenkfassung (slotted) spring-joint socket
-
32 32
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Membranaufhängung membrane suspension
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4 4
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Wirbelstromdämpfer-Paarung Eddy current damper pairing
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41 41
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Magnet magnet
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411 411
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tangential orientierter Magnet tangentially oriented magnet
-
412 412
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radial orientierter Magnet radially oriented magnet
-
42 42
-
Wirbelstromplatte Eddy current plate
-
43 43
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Justierschraube adjusting screw
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44 44
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(u-förmiger) Bügelrahmen (U-shaped) frame
-
45 45
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Stirnfläche (des Magneten) Face (of the magnet)
-
S S
-
Schwerpunkt (des Verstellgliedes) Center of gravity (of the adjusting element)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 0769159 B1 [0004] EP 0769159 B1 [0004]
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DE 3843776 A1 [0006] DE 3843776 A1 [0006]
-
DE 102012000858 A1 [0007] DE 102012000858 A1 [0007]