DE102011004299A1

DE102011004299A1 - Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102011004299A1
Application number: DE102011004299A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Geuppert; Rodolfo Rabe
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-02-17
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, mit wenigstens einem Aktor, welcher eine steuerbare Kraft auf das optische Element ausübt, wobei zwischen dem Aktor und dem optischen Element eine mechanische Kopplung in Form eines Pins (110, 210, 310) in solcher Weise ausgebildet ist, dass bezogen auf die Antriebsachse des Aktors das Verhältnis der Steifigkeit dieser mechanischen Kopplung in axialer Richtung zur Steifigkeit in lateraler Richtung wenigstens 100 beträgt, und wenigstens einem Dämpfungselement (130, 230, 330), welches eine Dämpfung einer Eigenschwingungsform des Pins (110, 210, 310) in lateraler Richtung bewirkt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In einer für EUV (d. h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Diese Spiegel können z. B. auf einem Trägerrahmen befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung des jeweiligen Spiegels in sechs Freiheitsgraden (d. h. hinsichtlich Verschiebungen in den drei Raumrichtungen x, y und z sowie hinsichtlich Rotationen R_x, R_y und R_z um die entsprechenden Achsen) zu ermöglichen. Hierdurch können etwa im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften z. B. infolge von thermischen Einflüssen kompensiert werden.
Aus WO 2005/026801 A2 ist es u. a. bekannt, in einem Projektionsobjektiv einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage zur Manipulation von optischen Elementen wie Spiegeln in bis zu sechs Freiheitsgraden drei Aktoreinrichtungen einzusetzen, welche jeweils wenigstens zwei Lorentz-Aktoren bzw. zwei aktiv ansteuerbare Bewegungsachsen aufweisen, über die das jeweilige optische Element bzw. der betreffende Spiegel relativ zum Gehäuse des Projektionsobjektives bewegt werden kann.
Aus US 2008/0278828 A1 ist es u. a. bekannt, an einem optischen Element in einer Projektionsbelichtungsanlage wenigstens ein zusätzliches Element anzubringen, welches durch Reibung eine Energiedissipation der Schwingungsenergie des optischen Elementes bewirkt.
Zur Übertragung der Antriebskraft eines Aktors auf ein optisches Element werden insbesondere stabförmige Bauteile bzw. Pins verwendet, was beispielsweise in einer bekannten Hexapod-Anordnung (siehe 4) erfolgen kann, in welcher jeder von insgesamt sechs Pins 10–60 in seinen Endabschnitten Kugelgelenke aufweist, um eine Entkopplung von unerwünschten parasitären Kräften und Momenten bei der Aktuierung des optischen Elementes (z. B. eines Spiegels M) zu ermöglichen.
Zwischen der Basisplatte 1 und den jeweiligen Pins kann ein Aktor zur Ausübung einer steuerbaren Kraft auf das optische Element bzw. den Spiegel M vorgesehen sein. Bei den in Lithographie-Anwendungen typischerweise benötigten geringen Stellwegen (z. B. im einstelligen Millimeterbereich) hat sich zur Realisierung der Funktion solcher Kugelgelenke die Verwendung von Festkörpergelenken in Form von Kreuzgelenken bewährt, da solche Festkörpergelenke im Wesentlichen ein Verhalten zeigen, das reibungsfrei, ohne Spiel sowie ohne Hysterese ist. Unter einem Kreuzgelenk ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung ein Gelenk zu verstehen, welches zwei Kippgelenke mit orthogonaler Ausrichtung der Kippachsen zueinander (bzw. bezogen auf den Kraftfluss in Serie geschaltete Kippgelenke) aufweist, wobei diese Kreuzgelenke insbesondere einen gemeinsamen Drehpunkt aufweisen können.
Insbesondere kann ein stabförmiges Bauteil bzw. Pin, beispielsweise in der Anordnung aus 4 (jedoch nicht hierauf beschränkt), zur Entkopplung in lateraler Richtung (d. h. senkrecht zur Antriebsachse) in seinen jeweiligen Endabschnitten zwei Kreuzgelenke aufweisen, so dass der Pin eine hohe Steifigkeit nur in axialer Richtung zur Übertragung einer Kraft bzw. Bewegung aufweist, wohingegen in allen anderen Richtungen nur eine geringe Steifigkeit bzw. eine Entkopplung vorliegt.
5a zeigt in lediglich schematischer Darstellung einen solchen Pin 510, wobei von den Kreuzgelenken 520, 521 jeweils zur Vereinfachung nur ein einzelnes Gelenk in Form einer Blattfeder eingezeichnet ist und wobei mit „501” eine Plattform bezeichnet ist, welche ein optisches Element wie z. B. einen Spiegel trägt und welche über einen (nicht dargestellten) Aktor betätigt wird. In 5a–c ist die Steifigkeit der Anbindung des Pins 510 an die „feste Welt” jeweils über eine Feder dargestellt und mit „515” bezeichnet.
Bei geeigneter Auslegung des Pins 510 kann erreicht werden, dass oberhalb der ersten axialen Eigenfrequenz des Systems aus Pin und Aktormasse störende Eigenfrequenzen des Spiegels gefiltert bzw. unterdrückt werden. Beträgt beispielsweise die Eigenfrequenz in axialer Richtung 1.200 Hz, so werden Anregungen, deren Frequenz 1.200 Hz überschreitet, in Abhängigkeit vom Quadrat des Quotienten aus dieser Frequenz von 1.200 Hz und der Anregungsfrequenz abgeschwächt in den Spiegel eingekoppelt, da das System aus Aktormasse und Pin eine entsprechende Tiefpassfilterung 2. Ordnung bewirkt. Wenngleich diese Resonanz mit einer Amplitudenüberhöhung einhergeht, kann bei geeigneter Auslegung der Tuningparameter bzw. Wahl der geeigneten Phase eine Stabilisierung im Regelkreis erzielt werden.
Hierbei kann jedoch im Betrieb das weitere Problem auftreten, dass unerwünschte Querresonanzen, wie sie in 5b sowie 5c lediglich schematisch angedeutet sind, typischerweise wesentlich geringere Eigenfrequenzen aufweisen, welche im vorstehenden Zahlenbeispiel typischerweise in der Größenordnung von 400 Hz liegen können. Diese Querresonanzen gehen ebenfalls mit einer Amplitudenüberhöhung einher, wobei es nun aufgrund des Umstandes, dass die zur Verfügung stehenden bzw. ursprünglich freien Tuningparameter zur Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen, erwünschten Axialresonanz bereits festgelegt sind, unter Umständen nicht mehr verhindert werden kann, dass der Regelkreis instabil wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halterung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche eine stabile bzw. von Störeinflüssen möglichst freie Regelung der Positionierung des optischen Elementes ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:

– wenigstens einen Aktor, welcher eine steuerbare Kraft auf das optische Element ausübt;
– wobei zwischen dem Aktor und dem optischen Element eine mechanische Kopplung in Form eines Pins in solcher Weise ausgebildet ist, dass bezogen auf die Antriebsachse des Aktors das Verhältnis der Steifigkeit dieser mechanischen Kopplung in axialer Richtung zur Steifigkeit in lateraler Richtung wenigstens 100 beträgt; und
– wenigstens ein Dämpfungselement, welches eine Dämpfung einer Eigenschwingungsform des Pins in lateraler Richtung bewirkt.

Unter „Steifigkeit in lateraler Richtung” ist das Verhältnis von Querkraft zu Querauslenkung am Ort des Aktors zu verstehen, wobei die „Querkraft” die Kraftkomponente senkrecht zur Antriebsachse des Pins bezeichnet.
Die Erfindung geht dabei von der Anbindung eines optischen Elementes an einen Aktor über einen Pin aus, welcher eine hohe Steifigkeit nur in axialer Richtung zur Übertragung einer Kraft bzw. Bewegung entlang der Antriebsrichtung eines Aktors aufweist, wohingegen in allen anderen Richtungen nur eine geringe Steifigkeit (d. h. eine Entkopplung) vorliegt.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, hinsichtlich der eingangs beschriebenen, unerwünschten Querresonanzen zwar weiterhin – relativ zum axialen Schwingungsverhalten – vergleichsweise niedrige Eigenfrequenzen für das laterale Schwingungsverhalten zuzulassen, jedoch im Wege einer Dämpfung zu verhindern, dass die mit der Querresonanz einhergehende Resonanzüberhöhung in der Übertragungsfunktion zum Ausdruck kommt. Mit anderen Worten treten zwar im Betrieb der erfindungsgemäßen Anordnung weiterhin die – an sich unerwünschten – niedrigen Eigenfrequenzen in lateraler Richtung auf, wobei jedoch infolge der Dämpfung für diese Querresonanzen keine Amplitudenüberhöhung mehr erfolgt.
Dabei wird die erfindungsgemäße Dämpfung so realisiert, dass die mittels des Aktors zu realisierende Bewegung des optischen Elementes (z. B. das Verstellen bzw. Verfahren eines Spiegels) nicht behindert wird. Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Dämpfung vorzugsweise so realisiert, dass zwar die vorstehenden beschriebenen Querresonanzen gedämpft werden, nicht jedoch die erwünschte, eingangs beschriebene Axialresonanz. Erfindungsgemäß soll also das axiale Eigenschwingungsverhalten beibehalten werden. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die durch die Axialresonanz erzielte, ebenfalls eingangs beschriebene erwünschte Wirkung des Pins als Tiefpassfilter bzw. Schwingungsisolator umso effektiver ist, je weniger das axiale Schwingungsverhalten des betreffenden Pins gedämpft wird, wohingegen diese Filterwirkung mit stärkerer axialer Dämpfung umso schlechter wird.
Gemäß einer Ausführungsform besitzt das Dämpfungselement ein Lehrsches Dämpfungsmaß, welches wenigstens 1% der kritischen Dämpfung (d. h. der Dämpfung bei aperiodischem Grenzfall, siehe Formel (2) unten) für diese Quer-Eigenschwingungsform beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement aus einem Material hergestellt, das der Gruppe angehört, welche Kautschuke, z. B. Fluorkautschuke (FKM), fluorierte Elastomere oder Perfluorkautschuke (FFKM) enthält.
Die vorstehenden Materialien sind beispielsweise zum Einsatz in der vorliegend insbesondere avisierten Anwendung der Mikrolithographie geeignet. In weiteren Ausführungsformen können auch andere dämpfende Kautschukmaterialien (in anderen Anwendungen u. U. beispielsweise auch fluorierter Silikonkautschuk oder Tetrafluorethylen/Propylen-Kautschuk (FEPM)) zur Anwendung kommen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement derart angeordnet, dass es eine Eigenschwingungsform des Pins in axialer Richtung zumindest weitgehend ungedämpft lässt. Vorzugsweise beträgt hierbei das Lehrsche Dämpfungsmaß in axialer Richtung nicht mehr als 1%.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement an einer Außenfläche des Pins angeordnet, wobei es vorzugsweise den Pin manschetten- oder ringförmig umgibt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement zwischen der Außenfläche des Pins und einem weiteren Bauteil, insbesondere einer den Pin umgebenden Hülse, angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement in Form einer Membran ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Pin wenigstens zwei Kreuzgelenke auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Dämpfungselement in einem Abstand zu einem dieser Kreuzgelenke angeordnet, welcher weniger als 5%, insbesondere weniger als 1% der Gesamtlänge des Pins beträgt.
Des Weiteren ist vorzugsweise das Dämpfungselement so angeordnet, dass der Beitrag des Dämpfungselementes zur Drehsteifigkeit nicht mehr als 50%, weiter insbesondere nicht mehr als 30%, weiter insbesondere nicht mehr als 10% der Drehsteifigkeit der Kreuzgelenkes im Pin beträgt.
Gemäß einer Ausfuhrungsform weist wenigstens eines der Kreuzgelenke eine Aussparung auf, in welcher das Dämpfungselement angeordnet ist. Diese Aussparung kann insbesondere eine sich durch das Kreuzgelenk hindurch erstreckende Durchbohrung sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung;
2–3 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer möglicher Ausführungsformen der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines bekannten Hexapod-Aufbaus zur Erläuterung einer möglichen Anwendung der Erfindung; und
5a–c schematische Darstellungen zur Erläuterung eines der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Problems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt zunächst eine Prinzipskizze zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
In 1 dargestellt ist ein Pin 110, welcher sich in einem optischen System wie z. B. einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage in beliebiger Richtung erstreckt und zur Ausübung bzw. Übertragung einer (durch einen in 1 nicht dargestellten Aktor ausgeübten) aktiv steuerbaren Kraft auf eine Plattform 101 dient. Die Plattform 101 trägt ein (nicht dargestelltes) optisches Element, beispielsweise einen Spiegel, eine Linse oder ein beliebiges anderes optisches Element. In anderen Ausführungsformen kann auch auf eine Plattform als Zwischenteil verzichtet werden und das jeweilige optische Element direkt an deren Stelle angeordnet sein. Bei dem nicht dargestellten Aktor kann es sich z. B. um einen Lorentz-Aktor, einen Piezo-Aktor oder eine beliebige andere Einrichtung zur Übertragung einer aktiv steuerbaren Kraft handeln.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird dabei die Antriebsrichtung eines Aktors jeweils als z-Richtung definiert, wohingegen die x-y-Ebene senkrecht zu dieser Antriebsrichtung verläuft. Somit ist jedem Aktor jeweils ein eigenes, in 1 ff. jeweils eingezeichnetes Koordinatensystem zugeordnet, wobei der Pin 110 bezogen auf die Antriebsrichtung des zugehörigen Aktors bzw. die z-Richtung axial verläuft.
Der Pin 110 weist zur Entkopplung in lateraler Richtung, also senkrecht zur Antriebsachse bzw. z-Richtung (d. h. in der x-y-Ebene) in seinen jeweiligen Endabschnitten zwei Kreuzgelenke 120, 121 auf. Im Ausführungsbeispiel ist (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) jedes der Kreuzgelenke 120, 121 jeweils durch um 90° versetzte Blattfederelemente gebildet, von denen in 1 aus Gründen der übersichtlicheren und einfacheren Darstellung nur jeweils ein Blattfederelement angedeutet ist.
Durch den mit den Kreuzgelenken 120, 121 versehenen Pin 110 wird bei der Anbindung des jeweiligen Aktors an das betreffende optische Element erreicht, dass die Summe der mechanischen Elemente einerseits in Antriebsrichtung eine vergleichsweise hohe Eigenfrequenz besitzt, in den übrigen Freiheitsgraden hingegen geeignete Nachgiebigkeiten aufweist. Mit anderen Worten ist die für den Pin 110 in axialer (Antriebs-)Richtung bzw. z-Richtung eingestellte Steifigkeit vergleichsweise hoch, wohingegen sich der Pin 110 in den übrigen Richtungen extrem weich verhält, da die Kreuzgelenke 120, 121 quer zur Antriebsrichtung bzw. z-Richtung nur eine sehr geringe Steifigkeit besitzen.
Im Allgemeinen ist die Eigenfrequenz f mit der Steifigkeit k (in Einheiten von N/m) über die Beziehung
verknüpft, wobei m die über den Pin, der in erster Näherung als Feder bezeichnet werden kann, angekoppelte Masse bezeichnet. Bei ublichen Aktormassen von etwa (0.1–1) kg und üblichen Steifigkeiten (Elastizitätsmodulen) des Pins (Federkonstante k) kann die Eigenfrequenz etwa 1.200 Hz in z-Richtung betragen. In diesem Falle werden Anregungen, deren Frequenz 1.200 Hz überschreitet, in Abhängigkeit vom Quadrat des Kehrwertes der Anregungsfrequenz abgeschwächt (Tiefpass 2. Ordnung) in den Spiegel 101 eingekoppelt, da das System aus dem Aktor und dem Pin 110 eine entsprechende Tiefpassfilterung bewirkt. Die Eigenfrequenzen sind jeweils abhängig vom konkreten Reglerkonzept geeignet zu wählen.
Um nun das eingangs beschriebene, mit unerwünschten Querresonanzen im Betrieb einhergehende Problem zu lösen bzw. zu verhindern, dass die mit derartigen Querresonanzen verbundene Resonanzüberhöhung in der Übertragungsfunktion zum Ausdruck kommt, weist die erfindungsgemäße Anordnung gemäß 1 ferner ein Dämpfungselement 130 auf. Dieses Dämpfungselement 130 beseitigt zwar nicht die niedrigen Eigenfrequenzen in lateraler Richtung, bei denen es sich jeweils um Systemparameter handelt, bewirkt jedoch, dass für diese Querresonanzen keine Amplitudenüberhöhung mehr erfolgt.
Das Dämpfungselement 130 ist aus einem Material hergestellt, welches zum einen hinreichende Dämpfungseigenschaften aufweist und zum anderen – etwa im Falle des Einsatzes in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage- unter den typischerweise gegebenen Vakuumbedingungen und im Hinblick auf die zu vermeidende Kontamination des Systems verwendbar ist.
Was die Dämpfungseigenschaften betrifft, so besitzt das Dämpfungselement in die Richtung der Querresonanzen vorzugsweise einen Dämpfungsgrad D, welches wenigstens 1% der kritischen Dämpfung beträgt. Der Dämpfungsgrad kann auch deutlich höher liegen. Unter dem Dämpfungsgrad D wird hierbei das sogenannte Lehrsche Dämpfungsmaß verstanden, welches für einen gedämpften harmonische Schwinger mit einem Freiheitsgrad definiert ist als
wobei d die Dämpfungskonstante, k die Federsteifigkeit und m die Masse bezeichnen.
Die kritische Dämpfung entspricht derjenigen Dämpfung, bei welcher der Oszillator im sogenannten aperiodischen Grenzfall nicht periodisch schwingt, sondern in minimaler Zeit zur Ruhelage zurückkehrt.
Des Weiteren kann für das Material des Dämpfungselementes der Parameter „tan δ” definiert werden, welcher dem Verhältnis zwischen Steifigkeit und Dämpfung entspricht und als Verhältnis zwischen Realteil und Imaginärteil des komplexen Schubmoduls G = G₁ + i·G₂ definiert ist, d. h. tan δ = G₁/G₂. Bevorzugte Werte für tan δ sind wenigstens 0.4, vorzugsweise wenigstens 0.5, und weiter vorzugsweise wenigstens 0.6.
Geeignete Materialien, aus denen das Dämpfungselement 130 hergestellt sein kann, sind für die vorliegend insbesondere avisierten Anwendungen in der Mikrolithographie beispielsweise Kautschuke, z. B. Fluorkautschuke (FKM), fluorierte Elastomere oder Perfluorkautschuke (FFKM).
Das Dämpfungselement 130 ist sowohl im Ausführungsbeispiel von 1 als auch in den weiteren Ausführungsformen von 2 ff. jeweils so ausgebildet bzw. in die Anordnung aus Pin 110 und Kreuzgelenken 120, 121 integriert, dass die zur Aktuierung erforderlichen Bewegungen nicht behindert werden.
Gemäß 1 ist das Dämpfungselement 130 als Membran bzw. Scheibe ausgebildet, welche um den Pin 110 herum manschettenartig angeordnet und am Pin 110 fixiert (z. B. angeklebt) ist. In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform kann die das Dämpfungselement 130 bildende Membran sich auch durch den Pin 110 hindurch erstrecken.
Durch die in 1 gewählte Anordnung des Dämpfungselements 130 wird erreicht, dass die das Dämpfungselement 130 bildende Membran sich in axialer Richtung vergleichsweise nachgiebig verhält und praktisch keine Dämpfung bewirkt, und eine signifikante Dämpfung nur in Querrichtung (d. h. in der x-y-Ebene) erfolgt. Die Abmessungen der das Dämpfungselement 130 bildenden Membran sind jeweils je nach den zu erzielenden Steifigkeiten und in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien geeignet zu wählen, wobei die Abmessungen lediglich beispielhaft eine Breite im Bereich 10–20 mm, eine Länge im Bereich von 30–50 mm eine Dicke von 1–5 mm umfassen können.
Vorzugsweise ist die Membran so ausgelegt, dass die Membransteifigkeit in axialer Richtung weniger als 20% der Aktorsteifigkeit beträgt. Des Weiteren ist das Dämpfungselement vorzugsweise so angeordnet, dass der Beitrag des Dämpfungselementes zur Drehsteifigkeit nicht mehr als 50%, weiter insbesondere nicht mehr als 30%, weiter insbesondere nicht mehr als 10% der Drehsteifigkeit des Kreuzgelenkes im Pin beträgt.
In 1 ist die Steifigkeit der Anbindung des Pins 110 an die „feste Welt” über eine Feder dargestellt und mit „115” bezeichnet. Um ein gewünschtes Lehrsches Dämpfungsmaß D des Gesamtsystems (aus Pin und Masse des Pins) zu erzielen, wird die Steifigkeit der Membran wie folgt gewählt: Für die Steifigkeit k_g der Membran gegen Querbewegungen des Pins gilt – wie im Folgenden erläutert näherungsweise – die Beziehung k_g > 2·D· k / tanδ (3) wobei D das Lehrsche Dämpfungsmaß (welches wie vorstehend ausgeführt einen bevorzugten Wert von wenigstens 1% der kritischen Dämpfung besitzt) bzw. die gewünschte Dämpfung gegen Querschwingungen, k die Steifigkeit des Pins gegen Querbewegung und tan δ den bereits zuvor erwähnten Parameter (als Materialkonstante des gewählten Materials des Dämpfungselements), welcher den Verlustfaktor des verwendeten Materials des Dämpfungselements (d. h. des jeweiligen Kautschuks) angibt, bezeichnen.
Die Beziehung (3) stellt hierbei eine gute Näherung für den Fall dar, dass der Wert der Steifigkeit k_g der Membran gegen Querbewegungen deutlich kleiner ist als der Wert der Steifigkeit k des Pins gegen Querbewegungen.
Wie aus 1 ersichtlich ist des Weiteren die das Dämpfungselement 130 bildende Membran unmittelbar in der Nähe desjenigen Kreuzgelenkes angeordnet, welches sich in dem der Plattform 101 abgewandten Endabschnitt des Pins 110 befindet (d. h. gemäß 1 am rechten Kreuzgelenk 121, welches bei einer typischerweise vertikal erfolgenden Anordnung dem unteren Kreuzgelenk entspricht). Dabei ist unter einer Anordnung in der Nähe des betreffenden Kreuzgelenkes 121 vorzugsweise eine Anordnung zu verstehen, bei welcher der Abstand zu dem betreffenden Kreuzgelenk weniger als 5%, insbesondere weniger als 1% der Gesamtlänge des Pins 110 beträgt. In einem konkreten Beispiel kann (ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) bei einer Länge des Pins im Bereich von 5 bis 8 cm, z. B. der Abstand zwischen Dämpfungselement 130 und Kreuzgelenk 121 z. B. im Bereich von 1–3 mm liegen. Generell kann die das Dämpfungselement 130 bildende Membran so nah an dem Kreuzgelenk 121 angeordnet werden, dass die Membran ohne Beeinträchtigung der Gelenkwirkung des Kreuzgelenks 121 gerade noch befestigbar ist.
Diese Anordnung der das Dämpfungselement 130 bildenden Membran in dem der Plattform 101 abgewandten Endabschnitt des Pins 110 bzw. in unmittelbarer Nähe des dort befindlichen Kreuzgelenkes 121 hat den Vorteil, dass dann, wenn die Plattform 101 bzw. das von dieser Plattform 101 getragene optische Element (z. B. Spiegel) bezogen auf das in 1 eingezeichnete Koordinatensystem in y-Richtung bewegt werden soll, nur sehr geringe zusätzliche Momente bzw. Rückstellkräfte vom linken (bzw. bei vertikaler Anordnung oberen) Kreuzgelenk 120 auftreten, da die das Dämpfungselement 130 bildende Membran (verglichen zu einer Anordnung der Membran in Nähe des Kreuzgelenkes 120) bei einer Verschiebung der Plattform 101 nur geringfügig deformiert wird. Stattdessen wird sie im Ausführungsbeispiel infolge der Anordnung rechts nur wenig verformt. Hingegen kommt die Dämpfungswirkung der das Dämpfungselement 130 bildenden Membran im Falle einer Querresonanz (wie sie in 5b angedeutet ist) voll zur Geltung, da dann im Gegensatz zu einer alleinigen Bewegung der Plattform 101 im Wesentlichen zueinander parallele Auslenkungen an beiden Endabschnitten des Pins 110 stattfinden, so dass die erwünschte Dämpfungswirkung durch die das Dämpfungselement 130 bildende Membran erzielt wird. Im Ergebnis wird somit in der Anordnung von 1 erreicht, dass das Dämpfungselement 130 die „erwünschten” Auslenkungen der Plattform 101 bzw. des Pins 110 zulässt und eine Dämpfung nur für die „unerwünschten” Auslenkungen bewirkt.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 2a–c eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert, wobei im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit gegenüber 1 um „100” größeren Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die Anordnung gemäß 2a unterscheidet sich von derjenigen aus 1 dadurch, dass eines der beiden Kreuzgelenke, nämlich das in dem der Plattform 101 abgewandten Endabschnitt des Pins 110 angeordnete Kreuzgelenk 221, eine Aussparung 221a aufweist, in welcher das Dämpfungselement 230 in Form eines Stopfens von vorzugsweise zylindrischer Geometrie untergebracht ist. 2b zeigt eine Darstellung ohne das eingesetzte Dämpfungselement 230, und 2c zeigt eine Darstellung mit eingesetztem Dämpfungselement 230. Die Aussparung 221a ist in dem konkreten Ausführungsbeispiel von 2 als eine sich durch das Kreuzgelenk 221 hindurch erstreckende Durchbohrung realisiert, so dass dieses Kreuzgelenk 221, wie am besten in 2b ersichtlich, gewissermaßen vier Blattfederabschnitte (anstelle von zwei Blattfedern wie in 1) aufweist, da jede der Blattfedern aus 1 zweigeteilt ist. Analog zu 1 sowie 2a ist auch in 2b–c nur jeweils eines der beiden Blattfedergelenke des Kreuzgelenks 221 dargestellt, wobei das andere um 90° versetzt bzw. geschachtelt hierzu angeordnet ist.
Gemäß 2c ist das in der Aussparung 221a untergebrachte Dämpfungselement 230 über passende Ansatzstücke 235 eingeklemmt, wobei Dämpfungselement 230 vorzugsweise zentral auf der Achse des Pins 210 im Drehpunkt des Kreuzgelenks 221 angeordnet ist. Infolge dieser zentrischen Anordnung wird wiederum eine Drehbewegung nur minimal behindert. Des Weiteren wird auch eine Axialbewegung nicht behindert, da bei einer solchen Axialbewegung das Dämpfungselement 230 mitsamt dem Pin 210 verschoben wird. Des Weiteren wird auch die erste axiale Eigenschwingungsform nicht behindert, da insoweit der Hauptbeitrag durch den längeren verbleibenden Pinabschnitt bereitgestellt wird. Hingegen kommt die Dämpfungswirkung des durch den Stopfen gebildeten Dämpfungselementes 230 im Falle der (in 5b gezeigten) Querresonanz wieder voll zur Geltung, da dann der Stopfen auf Scherung beansprucht wird und demzufolge eine starke Dämpfungswirkung eintritt.
Im Ergebnis wird somit auch in der Anordnung von 2a–c erreicht, dass das Dämpfungselement 230 die „erwünschten” Bewegungen oder Auslenkungen der Plattform 201 bzw. des Pins 210 zulässt und eine Dämpfung nur für die „unerwunschten” Auslenkungen oder Bewegungen bewirkt.
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung erläutert, wobei im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit gegenüber 1 um „200” größeren Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die Anordnung gemäß 3 unterscheidet sich von denjenigen aus 1 und 2 dadurch, dass das Dampfungselement hier als (O-)Ring auf dem Pin 310, und zwar im Klemmsitz zwischen der Mantelfläche des Pins 310 und einer den Pin 310 umgebenden Hülse 340, angeordnet ist. Bei dieser Hülse kann es sich z. B. um ein einen Motor 350 zum axialen Antrieb des Pins 310 tragendes Bauelement handeln. Da die Hülse 340 mitsamt dem Pin 310 bewegt wird, tritt keine Relativbewegung zwischen Hülse 340 und Pin 310 auf (so dass auch keine axiale Nachgiebigkeit des Dämpfungselements 330 mehr erforderlich ist. Im Übrigen wird wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsformen bei Anordnung des Dämpfungselements 330 in der Nähe desjenigen Kreuzgelenkes 321, welches sich in dem der Plattform 301 abgewandten Endabschnitt des Pins 310 befindet, eine Verdrehung des Kreuzgelenkes 320 nicht behindert. Des Weiteren wird auch die erste axiale Eigenschwingungsform nicht behindert, da insoweit der Hauptbeitrag durch den längeren verbleibenden Pinabschnitt bereitgestellt wird.
Im Ergebnis wird somit auch in der Anordnung von 3 erreicht, dass das Dämpfungselement 330 die „erwünschten” Bewegungen oder Auslenkungen der Plattform 301 bzw. des Pins 310 zulässt und eine Dämpfung nur für die „unerwünschten” Auslenkungen oder Bewegungen bewirkt.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z. B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/026801 A2 [0004]
US 2008/0278828 A1 [0005]

Claims

Anordnung zur Halterung eines optischen Elementes, insbesondere in einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage, mit: • wenigstens einem Aktor, welcher eine steuerbare Kraft auf das optische Element ausübt; • wobei zwischen dem Aktor und dem optischen Element eine mechanische Kopplung in Form eines Pins (110, 210, 310) in solcher Weise ausgebildet ist, dass bezogen auf die Antriebsachse des Aktors das Verhältnis der Steifigkeit dieser mechanischen Kopplung in axialer Richtung zur Steifigkeit in lateraler Richtung wenigstens 100 beträgt; und • wenigstens einem Dämpfungselement (130, 230, 330), welches eine Dämpfung einer Eigenschwingungsform des Pins (110, 210, 310) in lateraler Richtung bewirkt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (130, 230, 330) einen Dämpfungsgrad besitzt, welcher wenigstens 1% der kritischen Dämpfung für diese Eigenschwingungsform beträgt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (130, 230, 330) aus einem Material hergestellt ist, das der Gruppe angehört, welche Kautschuke, insbesondere Fluorkautschuke (FKM), fluorierte Elastomere oder Perfluorkautschuke (FFKM), enthält.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (130, 230, 330) derart angeordnet ist, dass es eine Eigenschwingungsform des Pins in axialer Richtung zumindest weitgehend ungedämpft lässt, wobei vorzugsweise das Lehrsche Dämpfungsmaß in axialer Richtung nicht mehr als 1% beträgt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (130, 330) an einer Außenfläche des Pins (110, 310) angeordnet ist und vorzugsweise den Pin (110, 310) manschetten- oder ringförmig umgibt.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (330) zwischen der Außenfläche des Pins (310) und einem weiteren Bauteil, insbesondere einer den Pin (310) umgebenden Hülse (340), angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (130) in Form einer Membran ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pin (110, 210, 310) wenigstens zwei Kreuzgelenke (120, 121, 220, 221, 320, 321) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (130, 230, 330) in einem Abstand zu einem dieser Kreuzgelenke (120, 121, 220, 221, 320, 321) angeordnet ist, welcher weniger als 5%, insbesondere weniger als 1% der Gesamtlänge des Pins (110, 210, 310) beträgt.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines dieser Kreuzgelenke (221) eine Aussparung (221a) aufweist, in welcher das Dämpfungselement (230) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese Aussparung (221a) eine sich durch das Kreuzgelenk (221) hindurch erstreckende Durchbohrung ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element ein Spiegel ist.
EUV-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.