DE60027371T2

DE60027371T2 - Kinematische Linsenhalterung

Info

Publication number: DE60027371T2
Application number: DE60027371T
Authority: DE
Inventors: c/o Nikon Corporation Douglas C. Watson; c/o Nikon Corporation Thomas W. Novak
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-07-29
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2020-07-30
Also published as: EP1081521A3; JP2001074991A; US6239924B1; ATE323893T1; EP1081521A2; EP1081521B1; KR100654117B1; JP4622058B2; KR20010020912A; DE60027371D1; TW490599B

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung einer Linse und insbesondere eine quasikinematisch verteilte Umfangsmontierung für Linsen zur Minimierung des durch Schwerkraft und Temperatureinflüsse bedingten Verzugs der Linse.
Beschreibung des Standes der Technik
Entwickler von optischen Linsensystemen schaffen immer leistungsfähigere, genauere und damit hochentwickeltere Systeme für zahlreiche Anwendungen, etwa Anwendungen in der Halbleiterlithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen. Diese Linsensysteme müssen sehr genau sein und müssen die Verzerrungen jeder einzelnen Linse minimieren, die sich aufgrund von Temperaturänderungen und aufgrund von Wirkungen der Schwerkraft auf die einzelnen Linsen und auch die Linsenanordnungen bei der Montage, Lagerung und dem Versand der Systeme und weiterhin während des Betriebs der Linsensysteme ergeben.
Jede Linse ist typischerweise in einer Linsenzelle montiert, die so gestaltet ist, daß sie eine gleichmäßige Abstützung der einzelnen Linsen ermöglicht und mechanische Probleme, die beim Zusammenbau der Systeme verursacht werden, und solche, die durch Temperaturänderungen verursacht werden können, minimiert. Allgemein ist jede Linse in einer gesonderten Linsenzelle montiert, die eine ringförmige Abstützung für die Linse bildet. Die Linse kann auf unterschiedliche Weisen montiert werden, etwa durch Verwendung von mechanischen Elementen wie z. B. Klammern, Clips, Schrauben, entweder allein oder in Kombination mit Halteringen oder Klebstoffen wie etwa ein Epoxidkleber. Die durch die Befestigungselemente verursachten Spannungen, die Schwerkraft und insbesondere Spannungen und Verzerrungen, die durch Expansion und Kontraktion der Linse und der Zelle infolge von Temperaturänderungen verursacht werden, können die optischen Eigenschaften und damit die Arbeitsweise der Linsensystems ernstlich beeinflussen.
Diese unerwünschten Effekte werden verstärkt durch den Zusammenbau einer Vielzahl der Linsenzellen in einer übereinander gestapelten Anordnung zur Bildung des Linsensystems. Die Linsenzellen, die 10 bis 20 Einzelzellen umfassen können, werden in einheitlicher Weise zusammengebaut, typischerweise in einer Linsenrohr-Anordnung. Die Anordnung muß jede der Linsen präzise ausrichten und positionieren und die richtige optische Ausrichtung sowohl axial als auch radial mit engen Toleranzen aufrechterhalten. Vorzugsweise werden die Linsen einzeln in den Zellen montiert, und dann können die Zellen in den Linsensystemen präzise, mit einem minimalen Einfluß auf die optischen Oberflächen der einzelnen Linsen, zusammengebaut werden.
Wie bereits festgestellt wurde, ist es besonders erwünscht, die Spannungen und Verzerrungen der einzelnen Linsen und der Linsenhalterungen zu minimieren, die in Geräten für die Halbleiterlithographie eingesetzt werden. Ein solches Gerät wird dazu benutzt, Strukturen mit Merkmalen mit extrem kleinen Abmessungen photolithographisch in integrierten Schaltungen herzustellen. Die Größe dieser Strukturen wird fortwährend auf weniger als ein μm und auf einen Bruchteil eines μm reduziert. Folglich können bei solchen Präzisionsanwendungen selbst extrem kleine Verzerrungen in einer Linse dieser Linsensysteme ein signifikantes Präzisions/Ausricht-Problem darstellen.
Ein Beispiel einer Struktur zur Befestigung einer Linse in einer Linsenzelle und dann in einer Linsenrohr-Anordnung wird in dem US-Patent Nr. 4 733 945 von Bacich beschrieben. Bacich klebt eine Linse in einer Zelle an drei Unterstützungspunkten an, die sich auf auslegerartigen Biegearmen befinden, die in der Zelle gebildet sind. Da die Zelle und die Linse aufgrund von Temperaturschwankungen relativ zueinander expandieren und kontrahieren, sollen sich die auslegerartigen Biegearme so biegen, daß die Linse nicht durch mechanische Spannungen verzogen wird. Für gewisse Anwendungen hat die von Bacich vorgeschlagene Struktur etliche Nachteile. Zunächst kann die Schwerkraft dazu führen, daß die Linse zwischen den Befestigungsstellen durchhängt, weil die Linse bei Bacich an drei Stellen des Umfangs an der Zelle befestigt und durch sie abgestützt wird. Zwar kann das Problem des Durchhängens angegangen werden, indem zusätzliche Lagerstellen zu der Struktur nach Bacich hinzugefügt werden, doch kann das Hinzufügen solcher Lagerstellen weitere Probleme verursachen. Zum Beispiel kann das Hinzufügen zusätzlicher Lagerstellen die Linse in der Richtung der optischen Achse überbestimmen. Aufgrund von Bearbeitungsungenauigkeiten kann es auch dazu kommen, daß die Lagerstellen für die Linse nicht koplanar sind, was auch zu mechanischen Spannungen und Verzug der Linse führen kann.
Ein weiterer potentieller Nachteil der Konstruktion nach Bacich besteht darin, daß der auslegerartige Biegearm infolge der Belastung in Richtung der optischen Achse Torsionsspannungen unterliegt. Dies vermindert die Steifigkeit der Linsenabstützung in Richtung der optischen Achse und vermindert dadurch die Eigenfrequenz von Vibrationen des Biegearms. Wenn die Eigenfrequenz der Vibrationen zu niedrig ist, kann dies eine unerwünschte Vibration der Linse und damit eine Verzerrung der optischen Eigenschaften des Linsensystems begünstigen. Die auslegerartigen Biegearme haben auch eine asymmetrische Form, was ein gewisses Drehmoment auf die Linse verursachen kann, wenn die Biegearme ausgelenkt werden.
Einige frühere Zellenkonstruktionen verwenden mehr als drei radiale Biegearme, die ohne mechanische Abstützstellen an die Linse angeklebt sind. Dadurch werden die oben erörterten Fehler, die durch Herstellungstoleranzen induziert sind, weitgehend beseitigt, doch sind diese Konstruktionen immer noch empfindlich gegenüber einer ungleichmäßigen Erhitzung, und sie übertragen Verformungen der Zelle direkt auf die Linse.
Die bei Biegearmstrukturen eingesetzten herkömmlichen mechanischen Klemmkonstruktionen schränken die radialen Ausgleichsmöglichkeiten der Linsen ein. Wenn ein Kleber verwendet wird, kann dies zu Problemen führen im Zusammenhang mit Ausgasung, Langzeitstabilität, Kontraktion und Positionsstabilität beim Aushärten, langen Montagezeiten infolge langer Aushärtungszeiten und Schwierigkeiten bei der Demontage, Justage und Neumontage.
Es wäre deshalb wünschenswert, eine kinematische oder quasikinematische Montierung einer Linse in einer Zelle zu erreichen, mit auf dem Umfang der Linse verteilten Linsenabstützungen und einem minimalen Ausmaß an Verzug und unter Vermeidung von Überbestimmungen durch die Lin sensenhalterung, die Schwerkraftwirkungen auf die montierte Linse und die durch Temperaturänderungen verursachten Spannungen.
US 2 808 762 beschreibt eine Linsenhalterung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei der weiche Halter als axial vorstehende nachgiebige Finger ausgebildet sind, die an der Umfangsfläche der Linse anliegen und gleichzeitig mit ihren oberen Enden an Abstützflächen der Linse anliegen, um das Gewicht der Linse aufzunehmen.
KURZDARSTELLUNG
Durch die vorliegende Erfindung wird eine quasikinematische, auf dem Umfang verteilte Linsenhalterung zur Minimierung des Verzugs einer Linse durch Schwerkraft und Temperatureinflüsse geschaffen, wie sie in den Ansprüchen 1 und 9 definiert ist. Die Linsenhalterung umfaßt eine Zelle, in der eine Linse zu befestigen ist. Mehrere der Zellen können zusammengebaut werden, um ein Linsensystem oder eine Linsenrohr-Anordnung zu bilden. Jede Zelle enthält einen Satz von Abstützstellen, die an in der Zelle gebildeten radialen Biegearmen angebracht sind. Die Biegearme erlauben eine differenzielle Expansion und Kontraktion der Linse und der Zelle infolge von Temperaturänderungen, unter Minimierung von auf das Linsenelement wirkenden Kräften und des daraus resultierenden Verzugs. Bei gleichförmigen Temperaturänderungen verschiebt sich der Mittelpunkt der Linse nicht in bezug auf die Zelle. Die Abstützstellen sind so an jedem radialen Biegehalter angebracht, daß Verwindungs- oder Biegemomente an dem Biegearm durch Schwerkraft, differenzielle Expansion oder Vibration vermieden werden.
Die Linse hat vorzugsweise drei Befestigungssitze, die in gleichmäßigen Abständen um die Linse herum angeordnet sind. Die Sitze sind so bearbeitet, daß sie an die Oberflächenkontur (z. B. flach, konisch, sphärisch, etc.) der Linse angepaßt sind. Die Größe jedes Sitzes ist minimiert, um die Effekte von Überbestimmungen durch nicht angepaßte Oberflächen zu vermindern, ohne daß der zulässige Berührungsdruck des Linsenmaterials überschritten wird. Alternativ könnte auch ein Punktkontakt als Sitz verwendet werden (z. B. ein flacher Sitz auf einer sphärischen Linse oder ein konvexer Sitz auf einer flachen Linsenoberfläche), um die Möglichkeit von Überbestim mungen weiter zu verringern, sofern das Linsenmaterial die Berührungsspannungen tolerieren kann.
Die Zelle enthält zusätzlich zu den Sitzen auch einen Satz von weichen Haltern, zur weiteren Verteilung der Gewichtsbelastung, ohne die Linse überzubestimmen. Die weichen Halter sind vorzugsweise in gleichen Abständen zwischen den radialen Biegehaltern um den Umfang der Linse herum angeordnet. Die weichen Halter sind sehr nachgiebig und liegen an einer Seite der Linse an, um den Wirkungen der Schwerkraft entgegenzuwirken. Jeder weiche Halter ist so vorgespannt, daß die auf die Linse ausgeübte Kraft gleich dem Gesamtgewicht der Linse dividiert durch die Gesamtzahl der Sitze und weichen Halter ist. Dies stellt sicher, daß das Gewicht der Linse gleichmäßig von allen Sitzen und weichen Haltern getragen wird.
Wenn sich die Linse infolge von Temperaturschwankungen relativ zu der Zelle ausdehnt oder zusammenzieht, biegen sich die tangentialen Biegehalter radial durch, so daß die Linse keinen hohen Belastungen ausgesetzt wird, die mechanischen Verzug verursachen können. Jede Linse ist an jedem zugehörigen radialen Biegehalter auf dem Sitz befestigt, der so positioniert ist, daß an den Biegearmen im wesentlichen kein Torsionsmoment infolge von Kräften wie etwa Schwerkraft oder mechanischer Schwingung auftritt. Die Linsensitze sind im wesentlichen in der Mitte der Biegehalter angeordnet, so daß durch radiale Expansion kein Torsionsmoment auf die Biegearme ausgeübt wird. Die Biegearme haben eine tangentiale Armstruktur, die eine Drehung der Linse aufgrund unterschiedlicher Expansion verhindert.
Die Linse ist so auf den Linsensitz geklemmt, daß die radiale Nachgiebigkeit des Biegehalters nicht beeinflußt wird. In einer Ausführungsform drückt eine nachgebende Klammer die Linse gegen jeden Sitz. Da diese Klammer nachgebend ist, ist die Klemmkraft, die die Linse gegen den Sitz der Zelle klemmt, relativ unempfindlich gegenüber Herstellungstoleranzen, Montagetechniken und Temperaturschwankungen. Die nachgebende Klammer minimiert auch die radialen oder tangentialen Kräfte oder Momente, die auf die Linse wirken. Diese mechanische Klammer erlaubt auch ein wiederholtes Zusammenbauen und Zerlegen der Zellen, ohne daß Klebebindungen hergestellt oder aufgebrochen werden müssen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform einer Linse, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung quasikinematisch in einer Zelle zu montieren ist.
2A ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Zelle für die Montierung der Linse in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
2B ist eine vergrößerte Teilansicht der Zelle nach 2A.
2C zeigt einen radialen Biegehalter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Ansicht von oben.
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils der Zelle und der Unterstützungspunkte nach 2A.
3A ist ein vergrößerter Querschnitt des eine Linse abstützenden weichen Halters nach 3.
4 zeigt die mit Hilfe mehrerer weicher Halter zusammen mit drei radialen Biegehaltern in der Zelle montierte Linse in einer schematischen Ansicht von oben.
5 illustriert die Wirkungsweise eines Werkzeugs, das dazu dient, die Linse in den radialen Biegehaltern zu montieren, ohne daß Verzug hervorgerufen wird.
6A–C zeigen eine Ausführungsform einer Klemmfeder, die die Linse gegen die Biegehalter klemmt.
7 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der Klemmfederanordnung.
8 zeigt eine zweite, alternative Ausführungsform einer Linsenzelle.
9A und 9B sind Explosionsdarstellungen von Teilen der Linsenzelle nach 8 und illustrieren den Zusammenbau derselben.
10 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Klemmfederanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine vergrößerte perspektivische Seitenansicht zur Illustration von Einzelheiten des in 10 gezeigten Klemmblockes für die Linse.
12 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Halbleiterbauelementen mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Verwendung von gleichen Bezugszeichen in verschiedenen Figuren gibt strukturell und/oder funktionell ähnliche oder identische Elemente an.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist eine Ausführungsform einer Linse 10 im Querschnitt dargestellt. In einer Ausführungsform kann die Linse 10 in einer (nicht gezeigten) Vorrichtung für Halbleiterlithographie verwendet werden. Die Linse 10 hat typischerweise einen Durchmesser D in der Größenordnung von zweihundert (200) bis dreihundert (300) mm (etwa 12 Zoll) und ein Gewicht in der Größenordnung zwischen 1 und 5 kg. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können jedoch auch andere Größen und Gewichte verwendet werden. Die Linse 10 hat vorzugsweise eine umlaufende Rippe 12, die an einem Umfangsrand 14 der Linse gebildet ist. Die Rippe 12 ist nicht zwingend, ist jedoch vorteilhaft, um die nutzbare optische Oberfläche der Linse 10 zu vergrößern, optische Verformungen des Randes der Linse 10 durch mechanische Klemmkraft wesentlich zu reduzieren und Radialkomponenten von Klemmkräften an der Linse 10 zu eliminieren. Im Stand der Technik wird die Linse häufig in einem peripheren Oberflächenbereich 16 der Linse geklemmt oder gehalten, was die optische Oberfläche der Peripherie der Linse blockiert, die Linsenoberfläche verformen kann und, weil die in dem peripheren Oberflächenbereich 16 geklemmte Linsenoberfläche gekrümmt ist, eine radiale Kraft auf die Linse erzeugt, die auch Verzug verursachen kann. Da die Linse 10 an der Rippe 12 gehalten und geklemmt wird, wird jegliche durch die nachstehend beschriebene mechanische Klemmung verursachte Deformation und Verzerrung des optischen Pfades der Linse 10 minimiert.
In 2A–2C ist eine erste Ausführungsform einer verbesserten Zelle 20 für die Montierung der Linse 10 dargestellt. Die Zelle 20 ist aus einem Präzisionsmaterial hergestellt, etwa aus Messing, das eine sehr stabile Haltestruktur für die Linse bildet, jedoch auch präzisionsbearbeitet werden kann, wo dies erwünscht ist. Die Zelle 20 hat mehrere radiale Biegehalter 22, an denen die Linse 10 montiert ist. Jeder radiale Biegehalter 22 ist von einem Hauptkörper oder Ring 24 der Zelle 22 durch einen in dem Körper 24 gebildeten Schlitz 26 getrennt. Dennoch ist der radiale Biegehalter 22 über Biegearme 28, 30 an entgegengesetzten Enden des radialen Biegehalters 22 in einem Stück mit dem Körper 24 verbunden. Die radialen Biegehalter 22 sind an einer inneren Wand 32 des Körpers 24 der Zelle gebildet. Vorzugsweise sind an der Wand 32 der Zelle 20 drei (3) radiale Biegehalter gebildet. Jeder der radialen Biegehalter 22 hat einen Lisensitz 34, der in einem Stück in der Mitte des radialen Biegehalters 22 ausgebildet oder daran befestigt ist. Diese zentrierte Montageposition beseitigt im wesentlichen jegliches Torsionsmoment, das infolge differenzieller radialer Expansion der Linse 10 und des Körpers 24 der Zelle auf den radialen Biegehalter 22 ausgeübt werden könnte. Die Biegearme 28, 30 sind als koplanare dünne, flache Platten ausgebildet, so daß der radiale Biegehalter 22 eine niedrige radiale Steifigkeit und eine hohe tangentiale und axiale (vertikale) Steifigkeit hat. Außerdem sind die Biegearme 28, 30 so angeordnet, daß eine durch die Biegearme 28, 30 definierte Ebene den Sitz 34 etwa in der Mitte schneidet, wie in 2C gezeigt ist. Diese Anordnung verhindert, daß tangentiale und axiale (vertikale) Kräfte Mo mente auf den radialen Biegehalter 22 ausüben. Der radiale Biegehalter 22 enthält außerdem einen Positionierschlitz 23, in den eine weiter unten beschriebene Federanordnung eingesetzt werden kann. Diese Struktur des radialen Biegehalters 22 ergibt eine wünschenswerte Dreipunkt-Montageplattform für die Linse 10.
Der Körper 24 der Zelle enthält auch mehrere Ausschnitte 36 für weiche Halter, die in Verbindung mit mehreren weichen Haltern oder Trägern 38 verwendet werden, wie in 3 gezeigt ist. Jeder der Ausschnitte 36 steht mit dem Inneren des Körpers 24 der Zelle über jeweilige Durchbrüche 40 in Verbindung. Jeder weiche Halter 38 weist eine nachgiebige Zunge oder Blattfeder 42 auf, die so bemessen ist, daß sie sich durch den Durchbruch 40 erstreckt, wenn sie an dem Ausschnitt 36 montiert ist. Die Blattfeder 42 wird zwischen einem oberen Block 44 und einem unteren Block 46 gehalten, die durch Befestigungseinrichtungen wie etwa Schrauben 48 zusammengespannt werden. Die Blattfedern 42 sind unter einem Winkel θ angeordnet, der durch die Blattfeder 42 und eine zu der inneren Wand 32 des Körpers 24 der Zelle rechtwinklige Ebene definiert ist, so daß, wenn die Blattfedern durch einen gewünschten Anteil des Gewichts der Linse 10 verformt werden, ein Endbereich 50 der Blattfeder 40 parallel zur Oberfläche der Rippe 12 an der Linse 10 anliegt. Dies ist in 3A dargestellt. Eine Position der Blattfeder 42, wenn die Linse 10 nicht in die Zelle 20 eingesetzt ist, ist in 3A gestrichelt eingezeichnet. Der Endbereich 50 der Blattfeder 42 erstreckt sich durch den Durchbruch 40 und bildet mehrere Stützelemente für die Linse 10, zusätzlich zu den Sitzen 34 der radialen Biegehalter.
Ein Satz der weichen Halter 38 wird so ausgewählt, daß die Gewichtslast verteilt wird, ohne daß die Linse überbestimmt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in 4 dargestellt ist, bilden die weichen Halter einen Satz von neun (9) auslegerartigen Blattfedern 42 zur Aufnahme eines Teils des Gewichts der Linse 10 in Richtung der optischen Achse. Die auslegerartigen Blattfedern 42 sind in Richtung der optischen Achse nachgiebig. Deshalb führen sie nicht zu einer Überbestimmung der Positionierung der Linse, die durch die drei Sitze 34 an den radialen Biegearmen 22 bestimmt wird. Stattdessen sorgen die Blattfedern 42 einfach für eine verteiltere Unterstützung der Linse 10, um etwaigem Verzug durch Schwerkraft entgegenzuwirken. Ein zusätzlicher Vorteil der Nachgiebigkeit der weichen Halter ist die geringe Empfindlichkeit der Stützkraft gegenüber mechanischen Bearbeitungstoleranzen. Wenn die Zelle 20 verzogen ist, z. B. weil sie gegen eine nicht ebene Oberfläche angedrückt wird, wird dieser Verzug der Zelle auch keinen entsprechenden signifikanten Verzug der Linse verursachen. Insbesondere wird selbst dann, wenn der Verzug der Zelle die Lage eines der Sitze 34 für die Linse verändert, der resultierende Verzug der Linse minimiert, weil die Linse 10 in der optischen Richtung nicht überbestimmt ist.
Vorzugsweise sollten die weichen Halter 38 auch in der radialen Richtung nachgiebig sein, um differenzielle Expansion zuzulassen. Auslegerartige Federn sind in der radialen Richtung nicht nachgiebig und können deshalb unerwünschte radiale Kräfte erzeugen. Das Maximum der unerwünschten Kraft auf die Linse 10 ist jedoch begrenzt durch die geringe Berührungskraft und den Reibungskoeffizienten zwischen dem Ende 50 der auslegerartigen Feder und der Linse 10. Alternative Federn als weiche Halter sind möglich, einschließlich Schraubendruck- oder -zugfedern, Magneten oder andere geeigneter Federn, die radial nachgiebig sein mögen oder nicht.
Die neun (9) weichen Blattfedern 42 sind in gleichmäßigen Abständen in Dreiergruppen zwischen je zweien der drei radialen Biegehalter 22 angeordnet, wie in 2A und schematisch in 4 gezeigt ist. Dies verteilt die Last und sorgt zusammen mit den Sitzen 34 für eine nahezu symmetrische Linsenabstützung, wobei jede Blattfeder 42 und jeder Sitz 34 so ausgelegt sind, daß sie ein Zwölftel der Gewichtslast der Linse 10 aufnehmen. Es könnten auch andere Sätze von weichen Haltern 38 verwendet werden, etwa drei (3), sechs (6) oder mehr, die ebenfalls in gleichen Abständen mit den Sitzen 34 angeordnet werden können.
Wenn die Linse 10 auf den Endbereichen 50 der Blattfedern 42 aufliegt, wird die Linse vorzugsweise mit einer Federanordnung 52 mechanisch gegen die radialen Biegehalter 22 geklemmt. Die Federanordnung 52 ist in 3, 5, 6A–C und 7 dargestellt. Die Federanordnung 52 umfaßt ein Federelement 54, das am deutlichsten im verformten Zustand in 6A–6C dargestellt ist. Das Federelement 54 hat einen ersten Federteil 56 mit einer Vielzahl von Schlitzen 58, der sich in einer Richtung wölbt. Der Teil 56 ist durch einen längsverlaufenden Schlitz 62 von einem zweiten Federteil 60 getrennt, der sich in entgegengesetzter Richtung wölbt.
Die Federanordnung 52, die am deutlichsten in 7 dargestellt ist, umfaßt das Element 54, eine Positionierplatte 64, einen Klemmblock 66 und einen Abstandsblock 68. Die Platte 64 hat eine Öffnung 70 zur Positionierung des Abstandsblockes 68, eine Montageöffnung 72 und einen Positionierschlitz 74 in einem Ende 76. Das Federelement 54 und der Block 66 haben zueinander passende Montageöffnungen 78, 80. Der Block 66 weist außerdem einen nach unten ragenden Positionierteil 82 auf, der an dem Element 54 anliegt und in den Positionierschlitz 74 eingreift, wenn die Federanordnung 52 an dem radialen Biegehalter 22 montiert ist. Wenn die Federanordnung 52 an dem radialen Biegehalter 22 montiert ist, paßt der Positionierteil 82 des Klemmblockes 66 in den Positionierschlitz 23 des radialen Biegehalters. Die Federanordnung 52 wird mit einer Schraube 84, etwa einer Schraube mit Sechskantkopf wie gezeigt, zusammengehalten und montiert. Die Federanordnung 52 wird mit Hilfe der Schraube 84 und eines geeigneten Schraubenschlüssels 86 montiert, der dazu dient, die Schraube in eine Gewindebohrung 88 (2B) des radialen Biegehalters 22 einzuschrauben. Um ein Einschraubdrehmoment auf den radialen Biegehalter 22 oder die Linse 10 zu vermeiden, wird ein Verdrehsicherungswerkzeug 90 in zwei Öffnungen 92 (2B und 2C) eingesetzt, die in der Oberseite des radialen Biegehalters 22 gebildet sind. Das Werkzeug 90 hat zwei Arme 94, deren jeder einen Stift oder eine Stange 96 aufweist, die in die Öffnung 92 paßt und dort eingreift, um Spannungen zu vermeiden, wenn die Schraube 84 angezogen wird. Das Werkzeug 90 hat einen Griff 98, von dem die Arme 94 ausgehen und der dazu dient, die Federanordnung 52 während der Montage und Demontage in der richtigen Position zu halten.
In 8, 9A und 9B ist eine zweite Ausführungsform einer verbesserten Linsenzelle 100 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Zelle 100 ist in ihrem Gesamtaufbau der Zelle 20 sehr ähnlich, und es werden dieselben Bezugszeichen benutzt, um die gleichen oder funktionell gleichen Elemente zu bezeichnen, wobei nur die wesentlichen Abweichungen bei der Zelle 100 und der Halterungsanordnung derselben im einzelnen beschrieben werden. Die Zelle 100 hat mehrere radiale Biegearme 102, die den radialen Biegearmen 22 sehr ähnlich sind, jedoch dazu ausgebildet sind, eine andere Federanordnung 104 aufzunehmen. Die Federanordnung 104 ähnelt funktionell der Federanordnung 52, unterscheidet sich davon jedoch in ihrem Aufbau, wie nachstehend beschrieben wird.
Wie zuvor weisen die radialen Biegehalter 102 Sitze 34 für die Linse auf. Außerdem werden bei der oben beschriebenen Ausführungsform die radialen Biegehalter 102 und die Biegearme 109, 110 durch einen Schlitz 106 in einem Körper 108 der Zelle gebildet. In dieser Ausführungsform wird jedoch die Klemmkraft auf die Linse 10 durch eine blattfederartige Klemmfeder 116 bereitgestellt. Die Klemmfederanordnung 104 umfaßt einen länglichen Klemmblock 112, der in einer Seite eine Kerbe zur Aufnahme der Halterung und der Durchbiegung des blattfederartigen Federelements 116 aufweist.
Wie in 10 gezeigt ist, ist das Federelement 116 in einer zweiten Kerbe 118 montiert, die im Boden des Blockes 112 gebildet ist und über die Kerbe 114 hinausragt. Durch das Federelement 116 wird nachgiebig ein Linsenklemmblock 120 vorgespannt, der obere und untere Arme 121, 123 hat, um die Linse 10 (nicht gezeigt) in den Sitz 34 zu klemmen. Der Block 120 greift gleitend verschiebbar in einen Ausrichtschlitz 122 ein, der in dem radialen Biegehalter 102 gebildet ist. Die Klemmfederanordnung 104 wird an einem radialen Biegehalter 102 mit zwei Schrauben 84 befestigt, die in passende Gewindebohrungen 88 eingeschraubt werden, die in der Oberseite des radialen Biegehalters 102 gebildet sind. Wie in 11 näher gezeigt ist, hat der Linsenklemmblock 120 zwei Schlitze 125, die an einer oberen und einer unteren Oberfläche des oberen Armes 121 gebildet sind und ein Biegescharnier 127 bilden. Das Biegescharnier 127 erlaubt es einer Linsenkontaktfläche 129 an dem Linsenklemmblock 120, sich an die Linse 10 anzupassen, wenn diese gespannt wird, so daß kleine Abweichungen in den mechanischen Abmessungen der Linse 10 oder dem radialen Biegehalter 102 eine Flächenberührung der Klammer nicht verhindern.
Wieder mit Bezug auf 9A wird die Klemmfederanordnung 104 wiederum mit Hilfe der Schrauben 84 befestigt, während sie mit Hilfe eines Verdrehsicherungwerkzeugs 124 gegen Drehmomentbeanspruchung gesichert wird. Das Werkzeug 124 hat wieder zwei Arme 126, 128, deren jeder die nach unten ragende Stange 96 aufweist, die wieder in die Öffnungen 92 eingreift, die in dem radialen Biegehalter 102 ausgebildet sind. Das Werkzeug 124 beseitigt wieder im wesentlichen die Drehmomentbeanspruchung während der Montage und Demontage der Klemmfederanordnung 104 an dem radialen Biegehalter 102.
Die Linsenzelle 100 weist vorzugsweise auch mehrere weiche Halter 130 auf, die in ihrer Funktion den weichen Haltern 38 entsprechen, die oben mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden. Die Halter 130 weisen die Blattfeder 42 auf, die durch zwei Schrauben 48 festgespannt wird, die durch zwei schwalbenschwanzförmige Blöcke 132 und 134 gesteckt sind. Einer der beiden Blöcke 134 hat an den Enden zwei Kerben 136, 138, die zu einem Paar komplementärer Finger 140, 142 an dem anderen Block 132 passen. Die durch die Blöcke 132, 134 gebildete schwalbenschwanzförmige Struktur stellt sicher, daß die Blöcke 132, 134 und die Blattfeder 42 nicht relativ zueinander verrutschen, wenn die Schrauben 48 angezogen werden.
Wie beschrieben wurde, umfaßt die vorliegende Erfindung eine mechanisch geklemmte Linse 10, die quasikinematisch am Umfang 16 der Linse gehalten ist. Die Zelle 20 oder 100 sorgt für eine Dreipunktabstützung auf kleinflächigen Sitzen 34, um jede nennenswerte Überbestimmung der Linse 10 durch die von den Sitzen 34 gebildete Flächenberührung zu vermeiden. Jeder der Sitze 34 ist Teil der radialen Biegehalter 22 oder 102, die eine differenzielle radiale Expansion der Linse 10 erlauben, jedoch sowohl in vertikaler Richtung als auch in tangentialer Richtung steif sind, um eine hohe Befestigungssteifigkeit der Linse 10 aufrechtzuerhalten, was zu den erwünscht hohen Resonanzfrequenzmoden führt. Durch die Federanordnung 52 oder 104 wird die Linse 10 direkt über den Sitzen 34 mechanisch geklemmt, so daß jegliche potentiellen Momente eliminiert werden, die durch Versätze zwischen den Klemm- und Abstützkräften verursacht würden. Durch mechanische Klemmung der Linse 10 werden die mit Klebstoffen verbundenen Probleme wie Ausgasung und nicht zerstörungsfreie Demontage vermieden. Dadurch, daß die Federanordnung 52 oder 104 mit dem beschriebenen nachgiebigen Klemmechanismus ausgestattet ist, wird die Klemmkraft im wesentlichen gleichförmig und konstant aufgebracht, ungeachtet gewisser potentieller mechanischer Unterschiede und Abmessungsunterschiede infolge mechanischer Toleranzen. Die Klemmechanismen sind an den radialen Biegehaltern 22 oder 102 angebracht, um eine Überbestimmung der Linse 10 infolge differenzieller Expansion der Linse 10 und der Zelle 20 oder 100 zu verhindern.
In einer zu der oben beschriebenen Anordnung alternativen Anordnung können die Orte der Federanordnung 52 oder 104 und des Sitzes 34 für die Linse zu anderen Stellen an der Linsenzelle 20 oder 100 verlegt sein. Zum Beispiel kann jeder Sitz 34 für die Linse an der inneren Wand 34 angeordnet sein, während die Federanordnung 52 oder 104 über dem Sitz 34 für die Linse angeordnet ist. Bei dieser Anordnung sorgen die radialen Biegehalter 22 oder 102 nur für eine radiale Ausrichtung.
Durch das Hinzufügen der weichen Halter 38 oder 130 zu der durch die radialen Biegehalter 22 und 102 gebildeten Stützstruktur wird die Gewichtslast von den drei Sitzen 34 weiter auf eine zusätzliche Anzahl von Punkten verteilt, vorzugsweise auf zwölf Punkte, wie beschrieben. Die Anmelder haben die Linsenlast analysiert und festgestellt, daß die zwölf peripheren Abstützungspunkte an der Linse 10 im wesentlichen optimale Resultate bei der Verhinderung von Verzug unter Schwerkraft ergeben. Der Fachmann wird erkennen, daß größere und/oder dünnere Linsen oder strengere Spezifikationen hinsichtlich der Deformation der Linsen zusätzliche weiche Halter erfordern können. Die Blattfedern 42 der weichen Halter 38 oder 130 sind vorzugsweise hochflexible auslegerartige Federn, die aus einem flachen Material (z. B. Metall, Keramik oder anderen geeigneten flachen Materialien) mit sehr präziser Dicke hergestellt sind. Die präzise Dicke minimiert die Unterschiede in der Steifigkeit zwischen den Blattfedern 42. Eine etwaige Abweichung in der Dicke kann auch kompensiert werden, indem die Breite der Blattfedern 42 so variiert wird, daß die gewünschte Gleichförmigkeit in der Steifigkeit erhalten bleibt. Die Schlitze 26 und 106 sowie die Blattfedern 42 werden vorzugsweise durch Bearbeitung mittels elektrischer Entladung (EDM; Electron Discharge Machining) hergestellt, die sehr präzise ist und keine inneren Spannungen in dem Material erzeugt. Alternativ können die Blattfedern 42 durch Schraubenfedern oder andere Typen von Spannmechanismen ersetzt werden (nicht gezeigt).
Die Halterung nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist in einem photolithographischen System (Belichtungsgerät) anwendbar, etwa einem scannenden photolithographischen System, das ein Maskenmuster auf einem Substrat belichtet, indem eine auf einer Maskenbühne gehaltene Maske und ein auf einer Substratbühne gehaltenes Substrat synchron bewegt werden (siehe US Patent 5 473 410). Außerdem ist die vorliegende Erfindung bei einem photolithographischen System nach dem Prinzip Stop-and-Repeat anwendbar, das ein Maskenmuster belichtet, während eine Maske und ein Substrat stationär gehalten werden, und das Substrat in aufeinanderfolgenden Schritten bewegt. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung bei einem photolithographischen Proximity-System eingesetzt werden, das ein Maskenmuster ohne die Verwendung eines optischen Projektionssystems belichtet, indem eine Maske und ein Substrat dicht beieinander angeordnet werden.
Der Einsatz eines photolithographischen Systems braucht nicht auf ein photolithographisches System bei der Herstellung von Halbleitern beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann es in einem weiten Bereich bei einem photolithographischen System für LCDs eingesetzt werden, bei dem ein Muster einer Flüssigkristalleinrichtung auf einer rechteckigen Glasplatte belichtet wird, und bei einem photolithographischen System für die Herstellung von Magnetköpfen in Dünnschichttechnik.
Hinsichtlich einer Lichtquelle für das photolithographische System gemäß der vorliegenden Erfindung können nicht nur g-Linien (436 nm), i-Linien (365 nm), KrF Excimerlaser (248 nm), ArF Excimerlaser (193 nm) und F₂ Laser (157 nm) verwendet werden, sondern auch Strahlen geladener Partikel wie etwa Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen. Wenn z. B. ein Elektronenstrahl verwendet wird, können Lanthanhexaborid (LaB₆) oder Tantal (Ta) mit thermionischer Emmission als Elektronenkanone verwendet werden. In dem Fall, daß ein Elektronenstrahl benutzt wird, könnte weiterhin die Struktur von der Art sein, daß entweder eine Maske verwendet wird oder ein Muster direkt, ohne Verwendung einer Maske, auf einem Substrat gebildet wird.
Hinsichtlich der Vergrößerung eines optischen Projektionssystems in dem photolithographischen System braucht das System nicht auf ein Verkleinerndes System beschränkt zu sein. Es könnte auch ein 1:1 System oder ein vergrößerndes System sein.
Wenn im Hinblick auf ein optisches Projektionssystem Strahlung im fernen Ultraviolett wie etwa Excimerlaser verwendet werden, so werden vorzugsweise Glasmaterialien wie etwa Quarz und Flußspat eingesetzt, die ultraviolette Strahlung durchlassen. Wenn F₂ Laser oder Röntgenstrahlen verwendet werden, sollte das optische System vorzugsweise entweder ein katadioptrisches oder ein refraktives System sein (eine Maske sollte vorzugsweise ebenfalls reflektiv sein), und wenn ein Elektronenstrahl eingesetzt wird, sollte die Elektronenoptik vorzugsweise aus Elektronenlinsen und Deflektoren bestehen. Selbstverständlich sollte der optische Pfad für die Elektronenstrahlung in einem Vakuum liegen.
Wenn in photolithographischen Systemen in einer Substratbühne oder einer Maskenbühne Linearmotoren eingesetzt werden (siehe US-Patent 5 623 853 oder 5 528 118), so können die Linearmotoren entweder von der Bauart mit Luft-Levitation unter Verwendung von Luftlagern oder von der Bauart mit magnetischer Levitation unter Ausnutzung der Lorentzkraft oder Reaktanzkraft sein. Außerdem könnte sich die Bühne längs einer Führung bewegen oder es könnte sich um eine führungslose Bühne handeln, die keine Führung benutzt.
Alternativ könnte die Bühne durch einen Planarmotor angetrieben sein, der die Bühne durch elektromagnetische Kraft antreibt, die von einer Magneteinheit mit zweidimensional angeordneten Magneten und einer Ankerspuleneinheit mit zweidimensional angeordneten Spulen in gegenüberliegenden Positionen angetrieben wird. Bei diesem Antriebssystem ist entweder die Magneteinheit oder die Ankerspuleneinheit mit der Bühne verbunden, und die andere Einheit ist auf der Seite der Bewegungsebene der Bühne montiert.
Die Bewegung der Bühne in der oben beschriebenen Weise erzeugt Reaktionskräfte, die die Leistung des photolithographischen Systems beeinträchtigen können. Reaktionskräfte, die durch die Bewegung der Waferbühne (Substratbühne) erzeugt werden, können mechanisch in den Boden (Untergrund) abgeleitet werden, durch Verwendung eines Gestellelements, wie es in dem US-Patent 5 528 118 und der japanischen Patentveröffentlichung JP Hei 8-166475 beschrieben wird. Außerdem können Reaktionskräfte, die durch die Bewegung der Maskenbühne erzeugt werden, mechanisch in den Boden (Untergrund) abgeleitet werden, durch Verwendung eines Gestellelements, wie es in dem US-Patent 5 874 820 und der japanischen Patentveröffentlichung JP Hei 8-330224 beschrieben wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann ein photolithographisches System nach den oben beschriebenen Ausführungsformen aufgebaut werden, indem verschiedene Subsysteme zusammengebaut werden, einschließlich jedes der Elemente, die in den nachstehenden Ansprüchen genannt sind, und zwar in einer solchen Weise, daß die verlangte mechanische Genauigkeit, elektrische Genauigkeit und optische Genauigkeit aufrechterhalten werden. Um die verschiedenen Genauigkeiten einzuhalten, wird vor und nach dem Zusammenbau jedes optische System justiert, um seine optische Präzision zu erreichen. Ähnlich wird jedes mechanische System und jedes elektrische System justiert, um seine mechanische bzw. elektrische Genauigkeit zu erreichen. Der Prozeß des Einbaus jedes Subsystems in ein photolithographisches System umfaßt mechanische Verbindungen, elektrische Kabelverbindungen und Druckluftleitungsverbindungen zwischen allen Subsystemen. Natürlich gibt es auch einen Prozeß, bei dem jedes Subsystem vor seinem Einbau in ein photolithographisches System aus verschiedenen Subsystemen aufgebaut wird. Nachdem ein photolithographisches System einmal unter Verwendung der verschiedenen Subsysteme aufgebaut worden ist, wird eine Gesamtjustierung ausgeführt, um sicherzustellen, daß jede Genauigkeit in dem vollständigen photolithographischen System eingehalten wird. Außerdem ist es erwünscht, ein Belichtungssystem in einem Reinraum herzustellen, wo die Temperatur und die Reinheit kontrolliert sind.
Weiterhin können Halbleiterbauelemente unter Verwendung der oben beschriebenen Systeme nach dem Verfahren hergestellt werden, das allgemein in 12 gezeigt ist. In Schritt 1201 werden die Funktions- und Leistungsmerkmale des Bauelements konzipiert. Dann wird in Schritt 1202 eine Maske mit einem Muster in Übereinstimmung mit dem vorherigen Konzeptionsschritt entworfen, und in einem parallelen Schritt 1203 wird ein Wafer aus einem Siliziummaterial hergestellt. Das in Schritt 1202 entworfene Maskenmuster wird dann in Schritt 1204 mit einem oben beschriebenen photolithographischen System in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung auf den Wafer aus Schritt 1203 belichtet. In Schritt 1205 wird das Halbleiterbauelement fertiggestellt (einschließlich Teilung, Verdrahtung und Kapselung), und schließlich wird das Bauelement in Schritt 1206 geprüft.
Nachdem nun die Erfindung relativ detailliert anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, daß andere Ausführungsformen möglich sind. Der Fachmann wird verstehen, daß sich viele Änderungen in der Konstruktion der Erfindung von selbst ergeben, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird, wie er in den nachstehenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Anordnung zur Halterung einer Linse (10), mit: einer Linsenzelle (20; 100), die in der Lage ist, die Linse (10) um ihren Umfangsrand herum zu halten; mehreren radialen Biegehaltern (22; 102), die an der Linsenzelle (20; 100) befestigt und in der Lage sind, sich radial zu biegen, um Ausdehnung oder Schrumpfung der Linsenzelle infolge von Temperaturänderungen auszugleichen und dabei die Spannungsbeanspruchung der Linse zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder radiale Biegehalter ein Paar von Biegearmen (28, 30; 109, 110) aufweist, die sich an entgegengesetzten Enden des radialen Biegehalters erstrecken, und einen Sitz (34) aufweist, der an einer inneren Oberfläche des radialen Biegehalters montiert ist, um den Rand der Linse zu halten; wobei die Enden der beiden Biegearme (28, 30; 109, 110) an der Linsenzelle (20; 100) befestigt sind; und daß mehrere weiche Halter (38; 130) zwischen benachbarten radialen Biegehaltern angeordnet sind, wobei jeder weiche Halter einen nachgiebigen Träger (42) aufweist, der den Rand der Linse berührt, um zumindest einen Teil des Gewichts der Linse aufzunehmen.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die weichen Halter (38; 130) eine Auslegerklinge (42) aufweisen, die einen Teil des Gewichts der Linse (10) an deren Rand nachgiebig aufnimmt.
Anordnung nach Anspruch 1, bei der die weichen Halter ein Federelement aufweisen, das einen Teil des Gewichts der Linse an deren Rand aufnimmt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der jeder Sitz (34) sich so von einem Mittelpunkt des radialen Biegehalters (22; 102) aus erstreckt, daß die Linse (10) am den Sitz an einer Stelle in der Ebene der Biegearme (28, 30; 109, 110) anliegt, so daß die axiale Bewegung der Linse keine nachteiligen Auswirkungen auf die radialen Biegehalter hat.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die radialen Biegehalter (22; 102) eine Federanordnung (52; 104) aufweisen, die darauf montiert ist, um die Linse (10) elastisch auf den Sitz (34) zu klemmen.
Anordnung nach Anspruch 5, bei der die Federanordnung (52, 104) eine nachgebende Klammer (54; 116) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die weichen Halter (38; 130) in der Richtung der optischen Achse nachgiebig sind, so daß die Anordnung im wesentlichen unempfindlich gegenüber Fehlausrichtungen der weichen Halter in Richtung der optischen Achse ist.
Anordnung nach Anspruch 7, bei der die weichen Halter (38; 130) eine nachgiebige Struktur (42) aufweisen, die am Rand der Linse (10) anliegt und die Linse in radialer Richtung derselben nicht wesentlich einschränkt.
Belichtungsgerät, das ein Muster auf ein Substrat überträgt, mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Linsenhalterung.