多反射镜阵列转让专利

申请号 : CN201680018216.8

文献号 : CN107407801B

文献日 :

基本信息:

PDF:

法律信息:

相似专利:

发明人 : J.霍恩S.图尔克O.诺德曼U.比尔

申请人 : 卡尔蔡司SMT有限责任公司

摘要 :

一种多反射镜阵列,包括含多个被动电衰减装置(39)的可调反射镜元件(19),用于衰减反射镜元件(19)的可调位置的不规则。

权利要求 :

1.一种微光刻的投射曝光设备(1)的照明光学单元(4)的多反射镜阵列,包括:

1.1具有反射区域(20)的多个可移位反射镜元件(19),

1.2多个致动器,位移所述反射镜元件(19),以及

1.3多个被动电衰减装置(39),衰减所述反射镜元件(19)的位移位置的扰动,

1.4其中,所述致动器为了位移所述反射镜元件(19)中的一个反射镜元件而各具有至少一个致动器电极(33),致动信号能够通过信号线(36)施加到所述致动器电极,

1.5其中,所述衰减装置(39)为了衰减所述反射镜元件(19)的位移位置的扰动,各以与所述致动器电极(33)之一串联连接的方式布置,

1.6其中,所述衰减装置(39)包括从反向并联连接二极管,开关电容器结构和晶体管电路的组中选择的至少一个装置,

1.7其中,所述衰减装置是可变可调的,以及

以下条件中的至少一个适用:

i)所述衰减装置各实施为具有的面积最多为关联的反射镜元件的反射区域的10%的结构;

ii)所述多反射镜阵列还包含在致动器路程中的低通滤波器,该低通滤波器具有

1000Hz的截止频率且从10kHz的频率起,具有至少25dB的衰减;

iii)所述衰减装置各实施为具有的面积最多为关联的反射镜元件的反射区域的10%的结构;

iv)所述多反射镜阵列还包含在致动器路程中的低通滤波器,该低通滤波器具有

1000Hz的截止频率且从10kHz的频率起,具有至少25dB的衰减;以及v)所述多反射镜阵列还包含在致动器路程中的低通滤波器,该低通滤波器具有1000Hz的截止频率且从10kHz的频率起,具有至少25dB的衰减,其中所述衰减装置各实施为ASIC上结构。

2.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述衰减装置(39)各实施为能量耗散装置。

3.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述衰减装置(39)各实施为ASIC上结构。

4.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述衰减装置(39)各实施为具有的面积最多为关联的反射镜元件(19)的反射区域的10%的结构。

5.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,所述衰减装置各具有的有效串联电阻的范围为1MΩ至100GΩ。

6.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述衰减装置(39)具有至少一个开关电容器结构(42),该至少一个开关电容器结构的开关频率的范围为10kHz至10MHz。

7.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,在所述致动器路程中提供低通滤波器,该低通滤波器具有1000Hz的截止频率且从10kHz的频率起,具有至少25dB的衰减。

8.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述衰减装置各实施为ASIC上结构。

9.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述衰减装置各实施为具有的面积最多为关联的反射镜元件的反射区域的10%的结构。

10.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,每个衰减装置具有的有效串联电阻的范围为1MΩ至100GΩ。

11.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述衰减装置具有至少一个开关电容器结构,该至少一个开关电容器结构的开关频率的范围为10kHz至10MHz。

12.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述多反射镜阵列还包含在致动器路程中的低通滤波器,该低通滤波器具有1000Hz的截止频率且从10kHz的频率起,具有至少25dB的衰减。

13.根据权利要求1所述的多反射镜阵列,其特征在于,所述多反射镜阵列还包含在致动器路程中的低通滤波器,该低通滤波器具有1000Hz的截止频率且从10kHz的频率起,具有至少25dB的衰减,其中所述衰减装置各实施为ASIC上结构。

14.一种投射曝光设备(1)的照明光学单元(4)的分面反射镜(13、14),包括至少一个如权利要求1至13中任一项所述的多反射镜阵列。

15.一种投射曝光设备(1)的照明光学单元(4),包括至少一个如权利要求14所述的分面反射镜(13、14)。

16.一种投射曝光设备(1)的照明系统(2),包括

16.1根据权利要求15所述的照明光学单元(4),以及

16.2产生照明辐射(10)的辐射源(3)。

17.一种微光刻的投射曝光设备(1),包括至少一个如权利要求15所述的照明光学单元(4)。

18.一种制造微结构或纳米结构部件的方法,包括以下步骤:

18.1提供基板,由光敏材料构成的层至少部分地施加至该基板,

18.2提供具有待成像结构的掩模母版,

18.3提供如权利要求17所述的投射曝光设备(1)

18.4借助于所述投射曝光设备(1),将所述掩模母版的至少一部分投射至所述基板的光敏层的区域上。

19.一种微结构或纳米结构部件,其特征在于,所述部件根据权利要求18所述的方法制造。

说明书 :

多反射镜阵列

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本专利申请要求德国专利申请DE 10 2015 205 404.7的优先权,其内容通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及一种多反射镜阵列,尤其是一种投射曝光设备的照明光学单元的多反射镜阵列。本发明还涉及一种投射曝光设备的照明光学单元的分面反射镜,含有这种分面反射镜的投射曝光设备的照明光学单元,含有这种照明光学单元的照明系统,以及含有这种照明光学单元的投射曝光设备。最后,本发明涉及一种制造微结构或纳米结构部件的方法,以及根据该方法制造的部件。

背景技术

[0004] 例如,一种投射曝光设备的照明光学单元的多反射镜阵列(multi-mirror array,MMA)由WO 2013/120926 A1所公开。由于低衰减系数,这种多反射镜阵列的单独反射镜对于扰动激励非常敏感。DE 10 2013 203 035 A1公开了一种用于衰减对应单独反射镜振动的衰减区段的减振构造。

发明内容

[0005] 本发明的目的是改进多反射镜阵列。
[0006] 通过一种多反射镜阵列实现该目的,该阵列包括用于衰减反射镜元件位移位置的扰动的被动电衰减装置。衰减装置在各个情况下以与其中一个致动电极串联连接的方式布置,致动信号可施加于该致动电极,以位移反射镜元件。衰减装置的单独部件也能够至少瞬时地与致动电极并联连接。
[0007] 根据本发明,已认识到的是,借助这种被动衰减装置可以显著地提高反射镜元件的定位稳定性。被动衰减装置也能够非常简单地实现。尤其是,它们远不及主动衰减系统复杂。其次,它们也不易受信号线的噪声影响。最后,它们可以特别容易地集成到系统中。
[0008] 在这种情况下,对比于主动衰减系统,被动衰减装置应理解为表示衰减装置不具备检测反射镜元件的位移位置或其时间导数的测量装置。特别是局部电路中没有这种测量装置。这种测量装置最多可以提供作为外部测量装置,也就是说作为独立的部件。然而,外部测量装置那么特别地用于高级位置调节而不用于衰减。
[0009] 反射镜元件尤其是微反射镜。特别地,反射镜元件的反射区域的范围为100μm×100μm到10mm×10mm。微反射镜的边长尤其至少为200μm,尤其至少为300μm,尤其至少为500μm。边长尤其最多为5mm,尤其最多3mm,尤其最多2mm,尤其最多1mm。
[0010] 反射镜元件尤其是EUV反射镜,即,反射EUV范围内,特别是在5nm至30nm的范围内,特别是在5nm至13.5nm的范围内的照明辐射的反射镜。
[0011] 多反射镜阵列尤其实施为微机电系统(MEMS)。
[0012] 位移反射镜元件的致动器尤其为电致动器,特别是静电致动器。
[0013] 根据本发明的其它方面,针对每个反射镜元件的每个位移自由度,衰减装置分配给至少一个致动器电极。特别地,可以为每个致动器电极分配衰减装置。
[0014] 根据本发明的其它方面,在每种情况下,衰减装置布置在致动器放大器和其中一个致动器电极之间。它们尤其布置在来自用于控制反射镜元件的位移的控制装置的信号线中。它们可以形成这种信号线的一部分。
[0015] 根据本发明的其它方面,在每种情况下衰减装置实施为能量耗散装置。在每种情况下,它们尤其实施为电阻装置。
[0016] 依据本发明,已认识到的是,反射镜元件的衰减可以通过这种能量的耗散来实现。
[0017] 根据本发明的其它方面,衰减装置包括从串联电阻器、反向并联连接的二极管、开关电容器结构和晶体管电路的组中选择的至少一个装置。在这种情况下,所述的最后三个备选例,反向并联连接的二极管、开关电容器结构和晶体管电路具有这样的优点,即它们能够用比串联电阻器显著更小的结构空间来实现。
[0018] 根据本发明,已认识到的是,可通过这些装置中的每一个来实现适当且有效的串联电阻。从对应示例性实施例的描述中,不同替代例的细节将会显而易见。
[0019] 根据本发明的一个方面,所有多反射镜阵列的衰减装置都对应实施。特别地,所有多反射镜阵列的衰减装置可以完全一致地被实施。作为其替代例,从上述衰减装置的组中选择不同衰减装置的组合是可能的。
[0020] 根据本发明的其它方面,衰减装置是可变化调节的。特别地,它们具有可调电阻。因此使得衰减装置的可调节性,尤其是对单独反射镜的要衰减的频率的适配成为可能。
[0021] 根据本发明的其它方面,衰减装置在每种情况下实施为ASIC上结构(on-ASIC structures,在ASIC上的结构,application specific integrated circuit,专用集成电路)。因此使得可能以特别简单地集成到控制反射镜元件的致动的控制电子装置中。
[0022] 根据本发明的其它方面,在每种情况下,衰减装置实施为面积为相关反射镜元件的反射区域的至多10%,尤其至多5%,尤其至多3%,尤其至多2%的,至多1%,尤其至多0.5%,尤其至多0.3%,尤其至多0.2%,尤其至多0.1%的结构。形成在ASIC上的结构所需的面积也称为覆盖区。用作衰减装置的结构的覆盖区尤其至多105μm2,尤其至多5×104μm2,尤其至多3×104μm2,尤其至多2×104μm2,尤其至多1×104μm2,尤其至多为5×103μm2,尤其至多为3×103μm2,尤其至多2×103μm2,尤其至多1.8×103μm2,尤其至多1.5×103μm2。这构成相对于迄今已知的衰减装置、尤其相对于欧姆串联电阻器的所需面积的显著减小。
[0023] 根据本发明的其它方面,在每种情况下,衰减装置的有效串联电阻范围在1MΩ至100GΩ内。衰减装置的有效串联电阻优选为至少5MΩ,尤其至少10MΩ,尤其至少20MΩ。衰减装置的有效串联电阻尤其至多10GΩ,尤其至多1GΩ,尤其至多100MΩ。
[0024] 可以显示的是,通过这种电阻值可以实现对反射镜元件的位移位置的扰动的有效衰减。
[0025] 根据本发明的其它方面,多反射镜阵列以模块化方式实施。多反射镜阵列以模块化的方式实施,尤其使得通过布置多个这样的多反射镜阵列能实质上任意扩展总反射区域。
[0026] 由于多反射镜阵列的模块化实施例,其灵活性尤其增加。
[0027] 本发明的其它目的是改进投射曝光设备的照明光学单元的分面反射镜,这种照明光学单元,包括这种照明光学单元的照明系统,以及投射曝光设备。
[0028] 该目的通过相应的结构来实现,每个结构包含至少一个根据前文所述的多反射镜阵列。优势可见多反射镜阵列的优势。
[0029] 本发明的其它目的是改进制造微结构或纳米结构部件的方法,以及这种部件。
[0030] 通过提供包含至少一个根据前面所述的多反射镜阵列的投射曝光设备来实现这些目的。再一次,优势可见多反射镜阵列的优势。

附图说明

[0031] 参考附图,从多个示例性实施例的描述,本发明的其它优点和细节是显而易见的。附图中:
[0032] 图1以子午截面示意性示出了微光刻的投射曝光设备,其具有照明系统和投射光学单元;
[0033] 图2示出了包含串联电阻器形式的衰减装置的多反射镜阵列的单独反射镜元件的示意图;
[0034] 图3示出了用于描述根据图2中反射镜元件的机电系统的模型的示意图;
[0035] 图4示出了衰减系数对根据图3的模型中的串联电阻器的阻值的相关性的示例性说明;
[0036] 图5示出了根据图2的一实施例的示意图,其中衰减装置由反向并联连接二极管实现;
[0037] 图6示出了对应于图2的另一示例性实施例的示意图,其中衰减装置由开关电容器结构实现;
[0038] 图7示出了对应于图6的替代的开关电容器结构的示意图;
[0039] 图8示出了对应于图2的另一示例性实施例的示意图,其中衰减装置由晶体管电路实现;

具体实施方式

[0040] 首先,下文基于附图描述投射曝光设备1的基本构造。投射曝光设备1的基本构造的描述应当被认为是示例性的。可能有替代的实施例。
[0041] 图1以子午截面示意性地示出了微光刻的投射曝光设备1。除了辐射源3以外,投射曝光设备1的照明系统2还具有用于曝光在物平面6中的物场5的照明光学单元4。例如,物场5可以以x/y纵横比为13/1的矩形方式或弓形方式成形。在这种情况下,曝光布置在物场5中的反射式掩模母版(图1中未示出),所述掩模母版承载通过投射曝光设备1投射以制造微结构或纳米结构半导体部件的结构。投射光学单元7用于将物场5成像至像平面9中的像场8。
掩模母版上的结构成像在晶片的感光层上,该晶片未在附图中示出并且布置在像平面9中的像场8的区域内。
[0042] 在运行投射曝光设备1期间,由掩模母版夹持器(未示出)夹持的掩模母版和由晶片夹持器(未示出)夹持的晶片沿y方向同步被扫描。取决于投射光学单元7的成像比例,也可以相对于晶片沿相反方向扫描掩模母版。
[0043] 借助于投射曝光设备1,至少一部分掩模母版成像至晶片上的感光层的区域上,以光刻制造微结构或纳米结构部件,尤其是半导体部件,例如微芯片。取决于投射曝光设备1实施例是扫描仪或是步进机,在扫描仪操作中连续沿着y方向以时间上同步的方式或在步进机操作中逐步地移动掩模母版或晶片。
[0044] 辐射源3是一种具有发射的使用辐射的范围为5nm到30nm的EUV辐射源。这可以是等离子体源,例如GDPP(气体放电产生等离子体)源或LPP(激光产生等离子体)源。其他EUV辐射源也可以是,如基于同步加速器或自由电子激光器(FEL)的辐射源。
[0045] 辐射源3发射出的EUV辐射10由集光器11聚焦。例如从EP 1225481A已知相应的集光器。在集光器11的下游,EUV辐射10传播通过中间聚焦平面12,然后入射到具有多个场分面13a的场分面反射镜13。场分面反射镜13布置在照明光学单元4与物平面6光学共轭的平面中。
[0046] EUV辐射10在下文中也称为使用辐射,照明光或是成像光。
[0047] 在场分面反射镜13的下游,EUV辐射10被具有多个光瞳分面14a的光瞳分面反射镜14反射。光瞳分面反射镜14位于照明光学单元7的入射光瞳平面中或关于其的光学共轭面中。由多个单独反射镜构成的场分面反射镜13和光瞳分面反射镜14将在下文进行更详细地阐述。在这种情况下,场分面反射镜13细分成单独反射镜可以使得通过其自身照明整个物场5的场分面13a中的每一个由恰好一个单独反射镜表示。或者,可以使用多个这样的单独反射镜来构造至少一些或全部的场分面13a。这同样适用于光瞳分面反射镜14的光瞳分面
14a的构造,它们分别被分配给场分面13a,并且可各由单个单独反射镜或由多个这样的单独反射镜形成。
[0048] EUV辐射10以(相对于反射镜表面的法线测得的)小于或等于25°的入射角入射至两个分面反射镜13、14上。因此,在垂直入射操作的范围内,EUV辐射10照在两个分面反射镜13、14上。掠入射照射也是可能的。光瞳分面反射镜14布置在照明光学单元4的平面中,该平面构成投射光学单元7的光瞳平面,或者关于投射光学单元7的光瞳平面光学共轭。借助于光瞳分面反射镜14,以及具有含有按EUV辐射10的光束路径的顺序命名的反射镜镜16、17和
18的传输光学单元15形式的成像光学组件,场分面反射镜的场分面13以彼此叠加的方式成像至物场5。传输光学单元15中最后反射镜18是用于掠入射的反射镜(“掠入射反射镜”)。传输光学单元15与光瞳分面反射镜14一起也称作将EUV辐射10从场分面反射镜13朝向物场5传输的顺序光学单元。照明光10经由多个照明通道从辐射源3朝向物场5引导。这些照明通道中的每一个被分配至场分面反射镜13的场分面13a和光瞳分面反射镜14的光瞳分面14a,所述光瞳分面设置在场分面的下游。场分面反射镜13和光瞳分面反射镜14的单独反射镜可以通过致动器系统而是可倾斜的,使得可实现光瞳分面14a对场分面13a的分配的变动以及相应改变的照明通道的构造。这导致不同的照明设定,其在照明光10于物场5上的照明角度的分布上是不同的。
[0049] 为了便于解释位置关系,后文将具体使用全局笛卡尔xyz坐标系。x轴朝向图1的观察者垂直于示意图的平面行进。在图1中,y轴向右行进。在图1中,z轴向上行进。
[0050] 在随后示图中所选择的示图中,示出了局部笛卡尔xyz坐标系,其中x轴根据图1平行于x轴行进,并且y轴与所述x轴共同跨越各种光学元件的光学区。场分面反射镜13实施为微反射镜阵列(MMA)。它形成了多反射镜阵列的一个示例。它尤其形成用于引导使用辐射10(即,EUV辐射光束)的光学组件。场分面反射镜13实施为微机电系统(MEMS)。它具有多个单独反射镜,它们以矩阵状方式布置在阵列内的行和列上。在下文中,单独反射镜也称为反射镜元件19。反射镜元件19被设计成通过致动器系统是可倾斜的,如将在后文解释的。总而言之,场分面反射镜13具有大约100000个反射镜元件19。取决于反射镜元件19的尺寸,场分面反射镜13也可以具有如大约1000、10000或数十万个反射镜元件19,例如200000、300000或500000。
[0051] 反射元件19实施为微反射镜。它们各具有尺寸在微米范围或毫米范围内的反射区域20。反射区域20实施为使得其尤其为多边形,尤其是三角形,四边形或六边形。反射区域优选地以这样的方式实施,即它形成了可用于铺砌平面的瓦片元件。反射区域优选地以正方形形式实施。反射区域优选具有的边长的范围为从100μm到10mm。反射区域20的边长尤其至少为200μm、尤其至少为300μm、尤其至少为500μm。边长尤其最多为5mm,尤其最多为3mm,尤其最多为2mm,尤其最多为1mm。
[0052] 反射区域20包含用于优化其在使用辐射10的波长的反射率的多层涂层。
[0053] 如图1示意性所示,照明光学单元4布置在真空腔23中。图1仅示意性地示出真空腔23的边界壁24。真空腔23经由流体线25与真空泵27连通,流体线中容纳有截止阀26。真空腔-7
23中的操作压强为几Pa(H2的分压)。所有的其他分压都显著低于10 mbar。反射元件19布置在基板21中。后者通过导热部件22机械地连接至反射镜元件19。允许反射镜元件19相对于基板21倾斜的联接体28是导热部件22的一部分。联接体28可以实施为挠曲件,其允许反射镜元件19围绕限定的倾斜轴线倾斜,例如围绕一个或两个倾斜轴线,所述轴线尤其布置为彼此垂直。
[0054] 多反射镜阵列19可枢转的倾斜角度范围尤其为至少±50mrad,尤其是至少±80mrad,尤其是至少±100mrad。在此,可以以至少0.2mrad,尤其为至少0.1mrad,尤其为至少0.05mrad的精度来维持相应的倾斜位置。关于反射镜元件19的其他细节,尤其是其几何实施例和机械安装,应当参考WO 2013/120926 A1,其内容全部并入本申请中。仅示意性地,应注意的是通过夹持体30和间隔件31机械地连接到反射镜体32的致动器销29。在这种情况下,夹持体30形成反射镜元件19与联接体28的连接。
[0055] 基板21形成围绕致动器销29的套筒。在每种情况下,总共有四个致动器电极33集成在套筒中。致动器电极33分别成对地彼此相对布置。它们构成关于致动器销29的反向电极,实施为电极引脚。原则上,也可以为每个致动器销29提供不同数量的致动器电极33。在每种情况下,尤其可以为每个位移自由度提供至少两个致动器电极33。通过在一个或多个致动器电极33之间或在致动器电极33和致动器销29之间产生电位差,可在致动器销29处产生可使反射镜元件19偏转的静电力。
[0056] 关于尤其是反射镜元件19在基板21中的布置,以及其通过致动器的可枢转性,以及联接体和导热部件22的实施例的更多细节,应该另外参考WO 2010/049076 A2。
[0057] 反射镜元件19布置在类基板的承载结构34上。承载结构34布置在反射镜元件19的背侧。多个信号线36被集成到承载结构34中。在附图中,为了说明,信号线36以电路图形式示意性标示出,而不是以对应于它们在承载结构34中实际布置的形式示出。这同样应用于用来移动反射镜元件19的位移装置的驱动器级37。驱动器级37可以同样集成到承载结构34中。驱动器级37可以同样实施为ASIC。驱动器级37经由信号线38被供应有致动信号,信号线38同样仅示意性地示出。关于信号线38在承载结构34中的布置的结构细节,应当再次参考WO 2013/120926 A1。致动器电极33尤其也可实施为梳状电极或者可以包含梳状电极。在这种情况下,优选地在致动器销29和/或反射镜体32上设置与其对应的梳状结构。关于作为梳状电极的致动器电极33的实施例的其他细节,应该参考DE 10 2013 206 531 A1,其因此并入本申请中,作为本申请的一部分。
[0058] 特别地,控制反射镜元件19的位移的控制电子装置集成到承载结构34中。控制电子装置也可以布置在承载结构34上。控制电子装置尤其实施为专用集成电路35(ASIC)。如附图所示的ASIC 35的布置仅用于基础说明。它并不一定符合实际布置。ASIC 35尤其可以封装,即布置在承载结构34上或中,以液密方式,尤其是以气密方式密封。这样利于在真空环境中的应用。
[0059] 下文参考图2至图7描述了包含多个反射镜元件19的多反射镜阵列的其他方面。
[0060] 如已经描述的,照明光学单元4布置在真空腔23中。反射镜元件19尤其布置在非常低的压强的环境中。这导致极低的衰减系数,尤其具有反射镜元件19对于机械扰动(特别是在谐振频率)的反应非常敏感的效果。因此,根据本发明,提供了衰减装置39用来衰减反射镜元件19的位移位置的扰动。被动电衰减装置尤其用作衰减装置39。衰减装置39尤其包含专用被动衰减装置。在附图2所示替代例的情况下,衰减装置39在每种情况下都包括串联电阻器40。在每种情况下,串联电阻器40与致动器电极33之一串联连接。这样导致了在对应反射镜元件19的振荡期间的能量耗散。
[0061] 下面描述了分别关于反射镜元件19在位移方向上位移的不同替代例。在一个优选实施例中,每对致动器电极33,尤其是每个致动器电极33,设置有对应衰减装置39。在每种情况下,衰减装置39可以尤其针对单独致动器电极33相等地实施。也可以从包含不同衰减装置39的致动器电极33之中提供不同的致动器电极。作为结果,衰减装置39针对致动器电极33可能不同的细节的有目标的适配是可能的。
[0062] 根据本发明提供的被动电衰减装置39的布置概念,原则上可以应用于或适用于任意致动器实施例,尤其是静电的致动器实施例。
[0063] 图3示意性地示出了根据图2的反射镜元件19的机电模型。为了简化,考虑平移替代倾斜运动。根据图3的模型中采用如下标号:
[0064] m:反射镜元件19的质量;
[0065] k:反射镜元件19的悬挂刚度,尤其是联接体28的刚度;
[0066] F:外部作用于反射镜元件的力;
[0067] C1、C2:致动器电极33和致动器销29之间的电容;
[0068] X:反射镜元件相对于特定操作点的偏转;
[0069] Ub:致动器销29处的偏压;
[0070] U1、U2:施加于致动器电极33的电压;
[0071] Us1、Us2:致动电压(放大器的输出电压);
[0072] Us10、Us20:放大器输出电压的操作点;
[0073] I1、I2:致动信号电流;
[0074] R:衰减装置39的有效欧姆电阻;
[0075] L:致动器销29和致动器电极33之间的在操作点处的距离。
[0076] 为了分析反射元件19的动态行为,在操作点处导出并线性化系统方程式。系统方程式可以如下通式表示:
[0077] y·=Ay+Bu,其中A表示系统矩阵,u表示反射镜元件的外部输入,尤其是外部机械力和致动电压。
[0078] 该系统中的衰减能通过系统矩阵A的特征值推导出。特别地,衰减因数能够从所述特征值的实部和虚部推导出。
[0079] 相反的,给定电容、电容梯度、质量m和刚度k,可推导出为了得到特定衰减需要的电阻R的值。
[0080] 针对反射镜元件19的一个示例性实际设计,检查衰减和电阻R之间的关系。实验结果举例示于图4中。在此,以下数值作为基础:Ub=-100V,L=50μm,致动器电极33的面积A:A=1.6×10-7m2,质量m=1.2×10-7kg,刚度k=0.7N/m。
[0081] 从图4可以看出,对于机电系统中参数的特定数值,需要GΩ数量级的电阻R以实现至少0.01的衰减。
[0082] 然而,如发现与初步调查内容中的初始预期相反的是,衰减大约为0.001已足以满足本文设想的应用。这种衰减值可以在电阻R在兆欧姆范围,尤其在小于100MΩ的范围内的情况下,如电阻在10MΩ至20MΩ范围内的情况下,针对MEMS微反射镜实现。
[0083] 电阻R的范围为10MΩ至100MΩ,尤其小于50MΩ、尤其小于30MΩ、尤其约为20MΩ,具备在MEMS部件中总是存在的漏电流不会引起串联电阻器40上不期望的高电压降的优点。串联电阻器40上的电压降尤其为致动器电压的至多为10%、尤其是至多5%、尤其是至多
3%、尤其是至多2%、尤其是至多1%,在该致动器电压实现反射镜元件19的全位移范围。
[0084] 此外,应注意的是,图4示出了具有根据图2中所示实施例的致动器电极33的特定设置中的关系。对于具有较高电容和较高电容梯度的梳状电极,利用较低的电阻可以实现良好的衰减。
[0085] 下面参考图5描述包含衰减装置39的多反射镜阵列的替代实施例。相同部分获得如上述示例性实施例的情况的相同附图标记,因此参考其描述。
[0086] 串联电阻40被实施为ASIC上结构,即在专用电路上的结构。依据图2的实施例中,它们可以被实施为一种N阱(N+Poly)电阻器。这样的电阻器可以高达5kΩ/sq来制造。因此,20MΩ电阻器需要4000平方。串联电阻器40可以尤其被实施为曲折结构。它可以容纳在
16000μm2的面积上。
[0087] 四个串联电阻器40设置在反射镜元件19的差动及双轴驱动的情况下。
[0088] 在图5所示的示例性实施例中,衰减装置39在各个情况下包含两个反向并联连接的二极管41,而不是串联电阻器40。二极管41具有低饱和反向电流。饱和反向电流可尤其是在1pA到100pA的范围内,尤其是3pA到30pA的范围内,尤其是5pA到20pA的范围内。例如具有与FairchildFJH1100部件类似特征的部件可用作二极管41。
[0089] 二极管41优选地具有非常高的差分电阻,至少在特定的电流/电压操作范围内。例如,在电流零交叉点的区域中,差分电阻(电导的倒数)可以约为4.2GΩ。这是上述Fairchild FJH1100部件的数值。
[0090] 二极管41可以导致非线性衰减效应。然而,在电流零交叉点或电流零交叉点附近发生在反射镜元件19的非期望振动的情况下,二极管41具有充分高的差分电阻。发现了依据本发明的两个反向并联连接的二极管41的布置能够足以用于反射镜元件19的衰减。
[0091] 二极管41被实施为ASIC上结构。在每种情况下,它们尤其被实施为具有尺寸约为30μm×30μm的结构。这种结构的漏电流约为10pA。
[0092] 下面参照图6描述包含被动衰减装置39的多反射镜阵列的另一替代例。相同部分具有如上述示例性实施例的情况的相同附图标记,因此参考上述示例性实施例。
[0093] 依据图6中的示例性实施例中,在每种情况下,衰减装置39包括所谓的开关电容器结构(开关电容电阻)。这样的结构的表现和行为就像在连接位置A和B之间的电阻器。这种结构尤其能够被简单实施为ASIC上结构。它具有非常精确的可调电阻。电阻可以具体通过开关频率来微调。这种结构的热稳定性非常高。而且,这种结构具有的优势为电容能够在ASIC上结构上非常精确地实现。
[0094] 在图6中示出的开关电容器结构42在各个情况中包括一个电容器43和两个开关44。
[0095] 两个开关电容器结构42的开关44的开关示意图在图6中下方举例示出。此处曲线的上位各意味着对应开关44闭合。死时间(t_off)没有按真实比例示出,在该死时间期间,开关电容器结构42的两个开关44均打开。死时间通常显著短于在图6中所示的。在所示的开关示意图的情况下,开关电容器结构42表现为像电阻器。
[0096] 开关电容器结构42的开关频率比反射镜元件19的第一倾斜谐振高至少2个数量级。后者的范围通常为100Hz到1000Hz,尤其为300Hz到600Hz。开关电容器结构42的开关频率尤其能大于100kHz。开关频率尤其范围为10kHz到10MHz。
[0097] 电容器43的电容C尤其在毫微微法拉(femtofarad,fF)或者皮法拉(picofarad,pF)范围内。电容可尤其在100fF到5pF的范围中,尤其在200fF到3pF的范围中,尤其在300fF到2pF的范围中,尤其至少为500fF,尤其至多为1pF。电容器43需要约500μm2的ASIC上面积。开关44所需的面积在相似的范围中。因此,开关电容器结构42所需的总面积约为1500μm2。
[0098] 开关电容器结构42具有特别小的面积要求(小覆盖区)。这另外所具备的优点为它没有或至少没有显著的非线性。
[0099] 衰减装置的单独部件也能够至少瞬时地与致动器电极并联连接。例如,这可以从图6中辨别出。与致动器串联连接的衰减装置39总体上包含作为开关电容器单元的一部分的电容器43。根据图6,电容器43瞬时接地(GND)。例如,如果致动器销29同样接地且开关S2(图6,42)瞬时闭合,这导致了电容器43与致动器或致动器电容瞬时并联连接。关于整个衰减装置39的效率,其还能被认为是与致动器串联连接的。
[0100] 图7示出了在图6中所示实施例的变型。在该变型中,在每种情况下,除了电容器43以外,开关电容器结构42仅包括单个开关44。开关44在两个连接位置A和B之间来回切换。该替代例具有特别简单的设计,尤其是可非常容易实现的设计。
[0101] 衰减装置39也可具有不同的实施例。衰减装置尤其可以用晶体管45形成衰减装置39的电阻器,例如通过将栅极G连接到低于阈值电压的固定电压。在图8中示意性地示出对应的变型。
[0102] 在图8所示的变型中,源极(S)在各情况下布置于面向驱动器级37的一侧。漏极(D)布置在面向致动器电极31的一侧。取决于为晶体管45提供的晶体管类型,漏极和源极也许需要相互交换。这可能是这样的情况:例如,如果使用的晶体管类型是它具有在漏极和源极之间非常不对称的电流-电压特性。
[0103] 取决于晶体管45的类型,为了得到在两个方向上均具有相似电阻值的电阻器,也可以设置衰减装置39在各情况下要由两个晶体管45形成。
[0104] 根据一个替代例,还可以设置将栅极和源极彼此直接连接,也就是说使它们短路。那么,栅极-源极电压等于0。那么,电阻与处于开关断开状态的晶体管45的电阻完全相等。
[0105] 作为其替代,也可以设置相对于地(GND)的固定栅极电位。由于驱动电压的波动(在根据图8的电路图中的点A处),栅极-源极电压那么不再恒定。已发现,晶体管45的所得的漏极-源极电阻还是能对衰减有贡献。
[0106] 根据另一个替代例,设置在各个情况下多个具有固定栅极-源极电压的晶体管45串联连接。衰减装置39可尤其通过串联连接多个具有固定栅极-源极电压的晶体管45来形成。
[0107] 即使由晶体管形成电阻器,也可以轻松实现如20MΩ的期望电阻值。
[0108] 根据另一个的替代例,低通滤波器,特别是模拟低通滤波器在各情况下均设置在致动器路径中,也就是说在信号线36中,在驱动器级37和致动器电极33之间。优选地,低通滤波器的截止频率约为1000Hz。从10kHz的频率开始,它至少衰减25dB。可以在上述所有替代例中设置相应的滤波器。