DE102012202553A1

DE102012202553A1 - Lithographievorrichtung mit dämpfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012202553A1
Application number: DE102012202553A
Authority: DE
Inventors: Alexander Vogler; Markus Hauf
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-08-22
Also published as: CN104160338B; KR20140129023A; US9887613B2; WO2013124052A2; KR102124791B1; JP6239531B2; JP2015512154A; WO2013124052A3; CN104160338A; US20140346909A1

Abstract

Eine Lithographievorrichtung (10) umfasst eine Dämpfungsvorrichtung (30, 70) zur Dämpfung der Bewegung eines Strukturelements (13) der Lithographievorrichtung (10), wobei die Dämpfungsvorrichtung (30, 70) als Wirbelstrombremse ausgebildet ist und mehrere Magnete aufweist, die entlang eines Kreisbogens angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lithographievorrichtung mit einer Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung eines Strukturelements der Lithographievorrichtung in Bezug auf mehrere Freiheitsgrade.
Solche Lithographievorrichtungen werden beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen bzw. ICs verwendet, um ein Maskenmuster in einer Maske auf einem Substrat, wie z. B. einem Siliziumwafer, abzubilden. Dabei wird beispielsweise ein von einer Beleuchtungsvorrichtung erzeugtes Lichtbündel durch die Maske auf das Substrat gerichtet. Zur Fokussierung des Lichtbündels auf dem Substrat ist dabei ein Belichtungsobjektiv vorgesehen, welches aus mehreren optischen Elementen, wie z. B. Spiegeln und/oder Linsen, bestehen kann. Die einzelnen optischen Elemente sind hinsichtlich ihrer Ausrichtung möglichst exakt zu positionieren, da schon geringe Abweichungen der Position der optischen Elemente zu einer Beeinträchtigung des abgebildeten Musters führen können, was zu Defekten in den hergestellten integrierten Schaltungen führen kann. Aus diesem Grunde ist es wichtig, Vibrationen und dergl. der optischen Elemente zu dämpfen.
Die WO2010/094684A1 offenbart eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem optischen Element, welches über ein Aktuatorsystem an einem äußeren Rahmen befestigt ist (vgl. z. B. 3 und dazugehörige Beschreibung). Das Aktuatorsystem kann einen Piezocrawler, Piezoaktoren, Zylinderspulen oder Wirbelstrombremsen aufweisen.
Die US2002/0109437A1 beschäftigt sich mit der Dämpfung von Oszillationen in Kanälen für eine Kühlflüssigkeit für ein optisches Element. Hierzu wird vorgeschlagen, dass die Oszillationen durch Sensoren erfasst werden, das Ergebnis dieser Erfassung wird an Aktuatoren rückgekoppelt, welche als piezoelektrische Elemente ausgebildet sind. Die Aktuatoren erzeugen Oszillationen, die in Antiphase mit Turbulenzen in der Flüssigkeit sind und deren Amplitude mindestens gleich groß ist.
Das US-Patent No. US 6,788,386 B2 offenbart eine Lithographievorrichtung, bei der eine Reaktionsmasse und ein Aktuator verwendet werden, um unerwünschte Vibrationen eines optischen Elementes im Projektionssystem der Lithographievorrichtung zu verringern.
Mit zunehmenden Anforderungen an die Auflösung von Lithographievorrichtungen besteht ein anhaltendes Bedürfnis für verbesserte Dämpfungsvorrichtungen zur Dämpfung der Bewegung und ungewünschter Resonanzen von optischen Elementen in Lithographievorrichtungen. Insbesondere sind herkömmliche Dämpfungsvorrichtungen auf Basis von Wirbelstrombremsen häufig nur zur Dämpfung in Bezug auf einen oder zwei Freiheitsgrade ausgelegt. Um das optische Element in Bezug auf alle sechs Freiheitsgrade zu dämpfen, müssen somit mehrere Dämpfungsvorrichtungen vorgesehen werden, was aufwändig ist und den Platzbedarf erhöht. Dämpfungsvorrichtungen auf Basis von Gummidämpfern können eine Dämpfung in mehr Freiheitsgraden bewirken, ihre Verwendung im Bereich von Lithographievorrichtungen ist jedoch aufgrund ihres Gummiabriebs und von Kontamination problematisch.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lithographievorrichtung mit einer Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, welche mit einer kompakten Anordnung die Bewegung eines flexibel gelagerten (insbesondere optischen) Elements in Bezug auf mehrere Freiheitsgrade berührungslos dämpfen kann. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Lithographievorrichtung zu schaffen, bei der die Lage eines optischen Elements in Bezug auf einen Rahmen stabilisiert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lithographievorrichtung mit einer Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung der Bewegung eines Strukturelements der Lithographievorrichtung, wobei die Dämpfungsvorrichtung als Wirbelstrombremse ausgebildet ist und mehrere Magnete aufweist, die entlang eines Kreisbogens angeordnet sind. Hierbei bedeutet eine Anordnung entlang eines Kreisbogens, dass Bezugspunkte der Magnete (z. B. Punkte an ihren Endflächen, Mittelpunkte oder Schwerpunkte) einen Kreisbogen definieren bzw. auf einem Kreisbogen angeordnet sind.
Aufgrund der Anordnung der Magnete entlang eines Kreisbogens kann eine Wirbelstrombremse bereitgestellt werden, welche mit einer einfachen Anordnung eine Dämpfung der Bewegung in mehrere Freiheitsgrade, z. B. in alle sechs Freiheitsgrade, erreicht.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird eine Lithographievorrichtung bereitgestellt, mit einem Rahmen, einem optischen Element, einem Aktuator zur Justierung der Lage des optischen Elements relativ zum Rahmen, einer Reaktionsmasse, welche am Aktuator befestigt ist, einem Federelement, welche die Reaktionsmasse an den Rahmen koppelt, und einer zusätzlich zum Federelement vorgesehenen Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung der Bewegung der Reaktionsmasse relativ zum Rahmen.
Die Reaktionsmasse kann ein Masseelement sein, welches eine bestimmte Eigenfrequenz aufweist, und die Übertragung von Schwingungen oberhalb der Eigenfrequenz dämpft, insbesondere mit einer Tiefpasscharakteristik. Durch die Dämpfung der Bewegung der Reaktionsmasse relativ zum Rahmen wird eine zusätzliche Stabilisierung der Lage des optischen Elements in Bezug auf den Rahmen erreicht. Dabei kann die Dämpfungsvorrichtung als Wirbelstrombremse ausgebildet sein, und insbesondere als Wirbelstrombremse, die mehrere Magnete aufweist, die entlang eines Kreisbogens angeordnet sind. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass die Dämpfungsvorrichtung als Gummidämpfer, Vitondämpfer, Federelement oder dergleichen ausgebildet ist.
Die Magnete können in Magnetstapeln angeordnet sein, die jeweils mehrere Magnete aufweisen. Dabei können in Richtung der Kreisbogenachse benachbarte Magnete in den Magnetstapeln derart angeordnet sein, dass ihre entgegengesetzten Pole nebeneinander angeordnet sind. Somit ergibt sich eine Anordnung der Magnete in mehreren Ebenen, wobei die Richtung der durch die Magnete in den einzelnen Ebenen erzeugten Felder entlang der Kreisbogenachse alterniert. Durch eine solche alternierende Anordnung der Magnete wechselt das magnetische Feld entlang der Kreisbogenachse also häufig die Richtung und erhöht somit die Dämpfungswirkung. Es werden dabei große Wirbelströme induziert, so dass ein hoher Dämpfungsgrad erzielt werden kann.
Die Dämpfungsvorrichtung kann ferner mehrere Finnen aufweisen, die jeweils zwischen benachbarten Magnetstapeln angeordnet sind. Dabei können mindestens zwei, vorzugsweise drei, besonders vorzugsweise vier oder mehr Magnetstapel vorgesehen sein. Eine solche parallele Anordnung von Magnetstapeln mit dazwischen angeordneten Finnen entspricht einer parallelen Anordnung mehrerer Wirbelstrombremsen, so dass ein noch größerer Dämpfungsgrad mit einer kompakten Anordnung erreicht werden kann.
Die Magnetstapel können jeweils eine gerade Anzahl von Magneten aufweisen. Auf diese Weise kann das parasitäre Magnetfeld verringert bzw. eliminiert werden.
Ein nennenswerter Wirbelstromeffekt tritt bereits auf, wenn der Winkel des Kreisbogens mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 40°, besonders vorzugsweise mindestens 60° beträgt. Besonders effektiv und kompakt ist die Vorrichtung, wenn der Winkel des Kreisbogens 360° beträgt, die Magnete also entlang eines kompletten Kreises angeordnet sind.
Wenn die Magnete trapezförmig sind, ist eine besonders kompakte und effiziente Anordnung entlang des Kreisbogens möglich.
Die Magnete können am Strukturelement befestigt und starr mit diesem verbunden sein. Es ist jedoch ebenso möglich, das Strukturelement in Bezug auf die Magnete beweglich anzuordnen. Im ersteren Fall ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise eine Aufhängung des Strukturelements mit steiferen Federelementen möglich ist, da das Gewicht der Magnete zum Gewicht des Strukturelements beiträgt. Im letzteren Fall können die Magnete auf der Seite eines Strukturrahmens der Lithographievorrichtung vorgesehen sein.
In einer Ausgestaltung weist die Lithographievorrichtung ferner eine Haltevorrichtung zur Halterung der Magnete auf, die einen Sockelabschnitt und einen Aufnahmeabschnitt umfasst, wobei der Aufnahmeabschnitt starr mit dem Strukturelement verbunden ist, und der Sockelabschnitt und der Aufnahmeabschnitt durch Stege miteinander verbunden sind. In einer anderen Ausgestaltung sind die Magnete in einer zylindrischen Magnetanordnung vorgesehen, die an einer Zylinderspule eines Aktuators zur Positionierung des Strukturelements befestigt ist.
Die Dämpfungsvorrichtung kann in einen Aktuator zur Positionierung des Strukturelements integriert sein. Somit kann eine besonders kompakte Anordnung bereitgestellt werden. Dabei kann der Aktuator beispielsweise als Voice-Coil-Aktuator oder als Gravitationskompensator ausgebildet sein. Das Strukturelement kann insbesondere ein optisches Element der Lithographievorrichtung sein.
Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Lithographievorrichtung;
2 zeigt schematisch das Wirkprinzip einer Wirbelstrombremse.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der Lithographievorrichtung in 1.
4 zeigt die Anordnung der Magnete der Dämpfungsvorrichtung.
5 zeigt eine Abwicklung der Magnetanordnung.
6 zeigt schematisch den Aufbau eines Aktuators mit einer integrierten Dämpfungsvorrichtung in einer Lithographievorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7 zeigt die Anordnung der Magnete dieser Dämpfungsvorrichtung.
8 zeigt eine Abwicklung der Magnetanordnung.
Falls nichts anderes angegeben ist, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Lithographievorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Diese Lithographievorrichtung 10 umfasst eine Grundplatte 11, auf welcher ein Halterahmen 12 zur Halterung mindestens eines optischen Elements 13 sowie ein Messrahmen 14 zur Halterung einer Sensoranordnung 15 vorgesehen sind. Typischerweise weist die Lithographievorrichtung 10 mehrere optische Elemente auf. In 1 ist jedoch exemplarisch lediglich ein optisches Element 13 dargestellt, um die Funktionsweise der Lithographievorrichtung 10 schematisch zu erläutern.
Im dargestellten Beispiel ist unterhalb des optischen Elements 13 eine Waferaufnahme 16 vorgesehen, in welcher ein Wafer 17, z. B. ein Siliziumwafer, aufgenommen werden kann. Die Waferaufnahme 16 kann beispielsweise als Step-and-Scan-System ausgebildet sein, welches den Wafer 17 während der Belichtung sowie auch in den Belichtungspausen schrittweise relativ zur Grundplatte 11 bewegt.
Oberhalb des optischen Elements 13 ist eine Beleuchtungsvorrichtung 18 vorgesehen, welche ein Strahlenbündel zur Belichtung des Wafers 17 erzeugt. Das von der Beleuchtungsvorrichtung 18 ausgehende Lichtbündel passiert eine hier lediglich schematisch dargestellte Maske 19, und wird im dargestellten Beispiel vom als Spiegelsystem ausgebildeten optischen Element 13 gebündelt, so dass ein in der Maske 19 vorgesehenes Muster verkleinert auf dem Wafer 17 abgebildet wird. Alternativ zu dieser Ausführungsform kann auch eine Linsenanordnung, also eine Kombination mehrerer Linsen als optische Elemente 13 vorgesehen sein.
Um eine hohe optische Auflösung zu gewährleisten, muss das optische Element 13 bei jedem Belichtungsvorgang präzise an der optimalen Position und in einer optimalen Orientierung angeordnet sein. Hierzu sind mehrere Sensoren und Aktuatoren vorgesehen, welche die Ausrichtung des optischen Elements 13 in Bezug auf alle sechs Freiheitsgrade erfassen und justieren. Die sechs Freiheitsgrade umfassen translatorische Bewegungen entlang der drei Raumachsen sowie rotatorische Bewegungen um die drei Raumachsen. Vorliegend ist der Einfachheit halber lediglich eine Sensoranordnung 15 dargestellt, welche die Lage des optischen Elements 13 in Bezug auf einen Freiheitsgrad erfasst. Die von der Sensoranordnung 15 erfasste Position wird einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung zugeführt, welche ein Steuersignal an einen Aktuator 50 sendet, welcher die Position des optischen Elements 13 auf die gewünschte Position relativ zum Rahmen 12 justiert. Mit dem Aktuator 50 kann die Position des optischen Elements 13 in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad justiert werden.
Der Aktuator 50 ist über eine Reaktionsmasse 37 und ein Federelement 34 mit dem Rahmen 12 verbunden. Es ist auch möglich, das optische Element 13 und den Aktuator 50 über eine Reaktionsmasse 37 und ein Federelement 34 mit einem untergeordneten Rahmen (sog. „Sub-Frame”) zu lagern, welcher, ggf. über weitere Kopplungs- oder Federelemente am Systemrahmen 12 gelagert ist. Der Einfachheit halber wird im dargestellten Beispiel eine Lagerung über lediglich einen Rahmen 12 an der Grundplatte 11 dargestellt.
Die Reaktionsmasse 37 weist eine Eigenfrequenz von typischerweise 5–20 Hz auf. Zusammen mit dem Federelement 34 bildet die Reaktionsmasse 37 einen Tiefpassfilter, der lediglich Schwingungen in diesem niedrigen Frequenzbereich passieren lässt. Bei der Justierung des optischen Elements 13 mit dem Aktuator 50 entstehen Reaktionskräfte, die den das optische Element 13 bewegenden Kräften entgegengesetzt sind. Reaktionskräfte mit Frequenzen unterhalb der Eigenfrequenz der Reaktionsmasse 37 werden direkt an den Rahmen 12 geleitet. Reaktionskräfte mit Frequenzen oberhalb der Eigenfrequenz der Reaktionsmasse 37 werden dagegen tiefpassgefiltert. Durch die Kopplung des Aktuators 50 und des optischen Elements 13 über eine Reaktionsmasse 37 am Rahmen 12 wird somit eine Stabilisierung des Systems erreicht.
Mit zunehmender Verringerung der Wellenlänge des zur Beleuchtung verwendeten Lichts steigen die Anforderungen an die Positionsgenauigkeit des optischen Elements 13. So können bei EUV-Systemen, die mit Beleuchtungslicht im extrem ultravioletten Bereich operieren, bereits Positionsungenauigkeiten im Nanometerbereich zu Beleuchtungsfehlern führen, die das produzierte Halbleiterelement unbrauchbar machen. Ferner weist das optische Element 13 eine Eigenfrequenz auf, die eine Dämpfung in diesem Frequenzbereich erfordert, da ansonsten bereits geringe Erschütterungen und Vibrationen zu Positionsabweichungen führen, die die Abbildungsgenauigkeit beeinträchtigen. Um eine noch bessere Dämpfung bzw. Stabilisierung zu erzielen, ist ferner eine Dämpfungsvorrichtung 30 vorgesehen, welche Bewegungen der Reaktionsmasse 37 (und somit auch Bewegungen des Aktuators 50 und des optischen Elements 13, die an der Reaktionsmasse 37 gelagert sind) relativ zum Rahmen 12 dämpft. Die Dämpfungsvorrichtung 30 ist in 1 lediglich schematisch angedeutet.
Erfindungsgemäß ist die Dämpfungsvorrichtung 30 als Wirbelstrombremse ausgeführt. Es wird daher im Folgenden zunächst kurz das Wirkprinzip einer Wirbelstrombremse erläutert, bevor auf den Aufbau und die Eigenschaften der als Wirbelstrombremse ausgeführten Dämpfungsvorrichtung 30 im Einzelnen eingegangen wird.
2 zeigt schematisch das Wirkprinzip einer Wirbelstrombremse 20. Diese Wirbelstrombremse 20 umfasst ein Paar von Magneten 21 und 22, deren entgegengesetzten Pole einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dem Nordpol des Magnets 21 ist also gegenüber vom Südpol des Magnets 22 angeordnet und umgekehrt. Zur Führung des magnetischen Flusses ist auf den Außenseiten der Magnete 21 und 22 jeweils eine Weicheisenplatte 23 bzw. 24 vorgesehen. Zwischen den Magneten 21 und 22 ist ein Spalt vorgesehen, in welchem eine Metalplatte 25 geführt ist. Wird die Metallplatte 25 nun mit der Geschwindigkeit v durch das inhomogene magnetische Feld B geführt, dann werden in der Metallplatte 25 Spannungen und in der Folge Wirbelströme I induziert. Diese Wirbelströme I erzeugen ihrerseits eigene, dem äußeren Magnetfeld gemäß der Lenzschen Regel entgegengesetzte Magnetfelder. Hierdurch wird die Metallplatte 25 abgebremst, und die kinetische Energie der Metallplatte 25 wird in Wärme umgesetzt.
Aus diesem einfachen Modell wird ersichtlich, dass eine Relativbewegung zwischen der Metalplatte 25 und den Magneten 21 und 22 für den Bremseffekt ausreichend ist; es ist also auch möglich, die Metalplatte 25 stationär zu halten und die Magnete zu bewegen. Ferner ist ersichtlich, dass der Bremseffekt nur auftritt, wenn die Metallplatte 25 durch einen Magnetfeldgradienten bewegt wird, also mit anderen Worten, wenn die Bewegungsrichtung der Metallplatte 25 quer zur Richtung der Magnetfeldlinien des inhomogenen Magnetfelds bewegt wird. Somit kann eine Dämpfungswirkung für zwei Freiheitsgrade erzielt werden, nämlich für die eingezeichnete Bewegung in senkrechter Richtung in der Papierebene sowie für eine Rotationsbewegung um die senkrechte Richtung in der Papierebene in 2.
Die Dämpfung dieses einfachen Modells kann wie folgt bestimmt werden. Die Kraft, die auf die Metallplatte 25 wirkt ist proportional zum Magnetfeld und zur Länge l der Magnete und beträgt F = 2BlI (1) wobei B die Stärke des Magnetfelds ist. Der Strom I ergibt sich aus der in der Metallplatte 25 induzierten Spannung U und ist abhängig vom Widerstand R der Metallplatte 25:
Hierbei ist h die Breite der Anordnung (vgl. 2), b ist die Tiefe der Magnete und p ist der spezifische Widerstand der Metalplatte 25. Mit U = 2Blv (3) ergibt sich somit die Dämpfung d zu
Im Folgenden wird eine Dämpfungsvorrichtung 30 der Lithographievorrichtung 10 beschrieben, welche sich das oben beschriebene Prinzip zunutze macht, und eine bessere Dämpfung über mehr Freiheitsgrade erzielt.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der oben beschriebenen Lithographievorrichtung 10, der im Wesentlichen die Dämpfungsvorrichtung 30, die Reaktionsmasse 37 und das Federelement 34 umfasst. 4 zeigt die Anordnung der Magnete dieser Dämpfungsvorrichtung 30. 5 zeigt eine Abwicklung der Magnetanordnung. Die z-Achse in 5 ist identisch mit der z-Achse in den 3 und 4, wohingegen die anderen zwei kartesischen Achsen, nämlich die x'-Achse und die y'-Achse aufgrund der Abwicklung nicht identisch mit der x- und der y-Achse in den 3 und 4 sind.
Die Dämpfungsvorrichtung 30 ist als Wirbelstrombremse ausgebildet, welche Bewegungen der Reaktionsmasse 37 in Bezug auf den Rahmen 12 dämpft. Die Dämpfungsvorrichtung 30 weist eine Haltevorrichtung 31, vier Magnetstapel 40–43 und zwei Weicheisenplatten 33 auf. Die Haltevorrichtung 31 kann am Rahmen 12 befestigt sein, oder auch an oder in einem Gehäuse des Aktuators 50 vorgesehen sein, und kann aus einem metallischen Material gefertigt sein. Geeignet sind hierfür metallische Materialien mit hohem Leitwert, wie z. B. Kupfer oder Kupferlegierungen. Aluminiumlegierungen, wie z. B. AW2014, bieten einen guten Kompromiss hinsichtlich Dauerfestigkeit und Leitfähigkeit und sind daher besonders geeignet. Die Haltevorrichtung 31 weist einen im Wesentlichen quaderförmigen Sockelabschnitt 31a sowie einen Aufnahmeabschnitt 31b auf, der die Form eines der Länge nach angeschnittenen Zylinderrohrs hat. Der Sockelabschnitt 31a und der Aufnahmeabschnitt 31b sind durch als Stege ausgebildete Federelemente 34 miteinander verbunden. Der Sockelabschnitt 31a, der Aufnahmeabschnitt 31b und die Stege 34 sind somit einstückig ausgebildet. Die Oberseite des Sockelabschnitts 31a weist eine im Querschnitt kreisbogenförmige Ausnehmung auf. Zwischen der Oberseite des Sockelabschnitts 31a und der Unterseite des Aufnahmeabschnitts 31b sind die vier Magnetstapel 40–43 sowie die zwei Weicheisenplatten 33 vorgesehen. Von der Unterseite des Aufnahmeabschnitts 31b erstrecken sich ferner in radialer Richtung zum Sockelabschnitt 31a hin fünf Finnen 35. Diese Finnen 35 sind plattenförmig ausgebildet und sind zwischen den Magnetstapeln 40–43 bzw. zwischen den Magnetstapeln 40, 43 und den Weicheisenplatten 33 angeordnet. Zwischen der Unterkante der Finnen 35 und der Oberseite des Sockelabschnitts 31a sind Spalte 36 vorgesehen. Es ergibt sich somit eine Haltevorrichtung 31, in der der Sockelabschnitt 31a über die Stege 34 flexibel mit dem Aufnahmeabschnitts 31b verbunden ist. Hierbei ist die Steifheit der Anordnung in z-Richtung relativ gering. Mit anderen Worten wirken die Stege 34 als Federn und der Aufnahmeabschnitt 31b kann durch eine relativ geringe Kraft gegen die Federkraft der Stege 34 in z-Richtung verschoben werden. Hingegen ist die Steifheit der Anordnung in x- und y-Richtung sowie die Rotationssteifheit vergleichsweise höher.
An der Oberseite des Aufnahmeabschnitts 31b ist ein Ende der Reaktionsmasse 37 aufgenommen und fest damit verbunden. Das andere Ende der Reaktionsmasse 37 ist mit dem Aktuator 50 verbunden. Der Aktuator 50 ist im vorliegenden Beispiel als Voice-Coil-Aktuator ausgebildet. Hierbei weist der Aktuator 50 eine Zylinderspule 51 auf, deren Lage in 3 lediglich schematisch angedeutet ist, und welche mit einem am Ende der Reaktionsmasse 37 vorgesehenen magnetischen Anker zusammenwirkt. Durch geeignete Bestromung dieser Zylinderspule 51 kann somit das optische Element 13, welches am anderen Ende des Aktuators 50 befestigt ist, in Bezug auf einen Freiheitsgrad, nämlich der z-Richtung, positioniert werden.
Die Reaktionsmasse 37 ist im dargstellten Beispiel im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und kann beispielsweise aus Stahl oder aus einer Wolframlegierung oder dergleichen gefertigt sein. Die Reaktionsmasse 37 wirkt in der oben beschriebenen Weise als Tiefpassfilter, der bei der Justierung des optischen Elements auftretende Vibrationen in einem Frequenzbereich oberhalb der Eigenfrequenz der Reaktionsmasse 37 unterdrückt. Die Unterdrückung von Vibrationen erfolgt dabei hauptsächlich in Bezug auf einen Freiheitsgrad, und zwar in z-Richtung im dargestellten Beispiel.
Wie insbesondere aus 5 ersichtlich ist, umfassen die Magnetstapel 40–43 jeweils vier Magnete 40a...40d–43a...43d, die hintereinander in z-Richtung angeordnet in der Haltevorrichtung 31 angeordnet sind. Die Magnete 40a...40d–43a...43d sind im Schnitt durch die xy-Ebene betrachtet im Wesentlichen trapezförmig oder haben die Form eines Kreissektors mit abgeschnittener Spitze. Die Weicheisenplatten 33 dienen zum Abschluss bzw. zur Rückführung des magnetischen Flusses, und sind außerhalb und parallel zu den äußeren Magnetstapeln 40 und 43 angeordnet.
Hintereinander angeordnete Magnete weisen dabei eine entgegengesetzte Orientierung auf. So ist der Nordpol des Magnets 40a gegenüber vom Südpol des dahinter angeordneten Magnets 40b angeordnet und der Südpol des Magnets 40a ist gegenüber vom Nordpol des dahinter angeordneten Magnets 40b angeordnet, vgl. 5. Die Magnetstapel 40–43 weisen dagegen dieselbe Orientierung auf, so dass sich stets entgegengesetzte Pole der Magnete der Magnetstapel 40–43 gegenüberliegen. Es ergibt sich somit ein Verlauf der Magnetfeldlinien wie in 5 dargestellt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist zwischen den Magnetstapeln 40–43 ein stark inhomogenes Magnetfeld vorgesehen, in welchem sich die Richtung des Magnetfeldes entlang der z-Achse mehrmals umkehrt. Es ist also ein Magnetfeld mit großen Gradienten entlang der z-Achse vorgesehen.
Zusammen mit den Finnen 35 wirkt die Anordnung der Magnetstapel 40–43 und Weicheisenplatten 33 als Wirbelstrombremse. Hierbei entsprechen die Finnen 35 in ihrer Funktion der Metallplatte 25 in 2. Bei einer Verschiebung in z-Achse bewegen sich die Finnen 35 quer zum inhomogenen Magnetfeld zwischen den Magnetstapeln 40–43, so dass in den Finnen 35 Wirbelströme induziert werden und die kinetische Energie dieser Bewegung in Wärme umgesetzt wird. Aufgrund der alternierenden Anordnung der Magnete 40a...40d–43a...43d in den Magnetstapeln 40–43 ist der Gradient des Magnetfeldes in z-Richtung besonders ausgeprägt, so dass ein hoher Dämpfungsgrad erzielt werden kann. Experimentell wurde eine modale Dämpfung für den primären Freiheitsgrad (also in z-Richtung) von etwa 4,5% nachgewiesen, und es wird erwartet, dass bei weiterer Optimierung eine modale Dämpfung von etwa 5 bis 6% möglich ist.
Ferner ermöglicht die zirkuläre Anordnung der Magnetstapel 40–43 eine Dämpfung in mehreren Freiheitsgraden. So sind bei einer flachen bzw. nicht zirkulären Anordnung (dies entspricht der Anordnung in 2, oder einer Anordnung entsprechend der abgewickelten Darstellung in 5), die Gradienten des Magnetfeldes in x- und in y-Richtung gering. Folglich ist bei einer solchen flachen Anordnung auch der Wirbelstrombremseffekt in x- bzw. y-Richtung nicht sehr ausgeprägt. Dagegen wird durch die zirkuläre Anordnung der Magnete entlang eines Kreisbogens erreicht, dass der Gradient des Magnetfeldkomponente in x- und in y-Richtung wesentlich vergrößert wird. Somit wird auch eine Dämpfung von Bewegungen in x- und in y-Richtung erreicht. Da sämtliche Translationsbewegungen gedämpft sind, wird auch eine Dämpfung sämtlicher Rotationsbewegungen erreicht, so dass im Ergebnis Bewegungen in sämtlichen sechs Freiheitsgraden gedämpft werden. Des Weiteren ist eine breitbandige Dämpfung erzielbar, die auch bis in niedrige Frequenzbereiche hin effektiv ist.
Das Ausmaß, in welchem Translationsbewegungen in x- und y-Richtung gedämpft werden hängt maßgeblich von dem Kreisbogenwinkel des Kreisbogens ab, entlang dem die Magnetstapel 40–43 angeordnet sind, und ist selbstverständlich größer, je größer dieser Kreisbogen ist. Ein nennenswerter Effekt kann schon bei relativ geringen Kreisbogenwinkeln von beispielsweise 30° erzielt werden, vorteilhaft ist ein Kreisbogenwinkel von mindestens 45°, noch vorteilhafter ein Kreisbogenwinkel von mindestens 90° und besonders vorteilhaft ein Kreisbogenwinkel von mindestens 180°. Im Extremfall sind die Magnetstapel 40–43 entlang eines vollständigen Kreises angeordnet; dies entspricht einem Kreisbogenwinkel von 360°. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird weiter unten erläutert.
Im Vergleich zu Dämpfungen mit Gummielementen (z. B. aus Viton) oder dergleichen besteht ferner der Vorteil, dass sich die Dämpfungsvorrichtung 30 kaum abnutzt, da keine aufeinander reibenden Teile vorgesehen sind und die Magnetkraft der Magnete auch über Jahrzehnte stabil ist. Es besteht ferner auch nicht die Gefahr des Abriebs von Gummipartikeln, welche sich z. B. auf dem optischen Element festsetzen und die Abbildungseigenschaften verschlechtern können. Ferner können die Magnete durch ihre Zusammensetzung genau eingestellt werden, so dass auch die Chargenabhängigkeit äußerst gering ist. Als besonders geeignet haben sich hierbei insbesondere Magnete aus seltenen Erden, wie z. B. Neodym-Magnete oder Magnete aus SmCo(Samarium-Kobalt)-Legierungen erwiesen. Ferner wird durch die vorgeschlagene Anordnung die Steifheit nicht beeinflusst, und es entstehen auch keine zusätzlichen Eigenmoden, wie dies bei Dämpfungen mit Gummielementen der Fall ist.
Die Magnetstapel 40–43 dieses ersten Ausführungsbeispiels umfassen jeweils vier Magnete, sie können jedoch auch eine andere Anzahl von Magneten umfassen. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Magnetstapel 40–43 jeweils gerade Anzahl von Magneten umfassen, da dies das Ausbilden eines parasitären Magnetfeldes verhindert. Bei einer geraden Anzahl von Magneten können die Magnetflüsse von den äußeren Magneten 40a, 40c, 43a und 43c über die Weicheisenplatte komplett zu den Magneten 40b, 40d, 43b und 43d zurückgeführt werden, während dies bei einer ungeraden Anzahl von Magneten nicht möglich wäre und somit ein parasitäres Magnetfeld entstehen würde.
Zweites Ausführungsbeispiel
In der Lithographievorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Magnete 40–43 über die Haltevorrichtung 31 starr mit dem Halterahmen 12 verbunden, während die Finnen 35 zwischen den Magneten in Bezug auf den Halterahmen 12 beweglich sind und starr mit der Reaktionsmasse 37 verbunden sind. Es ist jedoch auch eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der die Magnete starr mit der Reaktionsmasse verbunden sind. Eine solche Anordnung wird im folgenden zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Eine Lithographievorrichtung 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat denselben schematischen Aufbau wie in 1 dargestellt, so dass im Folgenden auf eine nähere Erläuterung desselben verzichtet wird. 6 zeigt schematisch den Aufbau eines Aktuators 60 mit einer integrierten Dämpfungsvorrichtung 70, die als Wirbelstrombremse ausgebildet ist. 7 zeigt die Anordnung der Magnete dieser Dämpfungsvorrichtung 70. 8 zeigt eine Abwicklung der Magnetanordnung. Die z-Achse in 8 ist identisch mit der z-Achse in den 6 und 7, wohingegen die anderen zwei kartesischen Achsen, nämlich die x'-Achse und die y'-Achse aufgrund der Abwicklung nicht identisch mit der x- und der y-Achse in den 6 und 7 sind.
Der Aktuator 60 ist als magnetischer Gravitationskompensator ausgebildet, also als passiver Aktuator zur Kompensation der Gravitation, wohingegen der Aktuator der ersten Ausführungsform zur aktiven, d. h. beliebigen Festlegung der Position des optischen Elements 13 in einem räumlichen Freiheitsgrad ausgebildet ist.
Der Aktuator 60 umfasst ein Aktuatorgehäuse 61, eine Zylinderspule 62, einen Magnetkolben 63, einen Pin 64 und eine Feder 65. Die Dämpfungsvorrichtung 70 umfasst eine Magnetanordnung 66 und Finnen 67. Der Aktuator 60 koppelt ein optisches Element 13 (Strukturelement) an den Halterahmen 12.
Genauer gesagt ist das Aktuatorgehäuse 61 starr mit dem optischen Element 13 (vgl. 1) verbunden, und die Zylinderspule 62 ist starr mit einer Reaktionsmasse 68 verbunden, welche auf ihrer dem Aktuator 60 abgewandten Seite über ein Federelement 34 mit dem Rahmen 12 gekoppelt ist, vgl. 1. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Zylinderspule 62 direkt mit dem optischen Element 13 verbunden ist, oder dass weitere Kopplungselemente zwischen dem Aktuator 60, dem Halterahmen 12 und dem optischen Element 13 vorgesehen sind. Der Magnetkolben 63 ist über den Pin 64 starr mit dem Aktuatorgehäuse 61 verbunden. Wird die Zylinderspule 62 durch einen Steuerstrom angeregt, dann wird hierdurch ein Magnetfeld induziert, welches mit dem Magnetkolben 63 zusammenwirkt, und somit auf das optische Element 13 eine Kraft in z-Richtung ausübt, durch welche die Position des optischen Elements 13 in z-Richtung eingestellt werden kann.
Die Feder 65 kann als zylindrische Feder ausgebildet sein, die die Zylinderspule 62 und den darin angeordneten Magnetkolben 63 umgibt. Die Feder 65 ist auf der einen Seite fest mit dem Aktuatorgehäuse 61 und auf der anderen Seite fest mit der Reaktionsmasse 68 verbunden. Somit wirkt die Federkraft der Feder 65 der auf die Zylinderspule 62 wirkenden Kraft in z-Richtung entgegen, wodurch die z-Position stabilisiert und genauer eingestellt werden kann.
Am von der Reaktionsmasse 68 abgewandten Ende der Zylinderspule 62 ist, ggf. über nicht näher dargestellte Kopplungselemente, die Magnetanordnung 66 vorgesehen. Die Magnetanordnung 66 umfasst zwölf Magnetstapel 66-1...66-12, die entlang eines Kreises, also eines Kreisbogens von 360°, angeordnet sind, vgl. 7. Die Magnetstapel 66-1...66-12 weisen jeweils drei Magnete (in 7 mit a, b und c gekennzeichnet), welche hintereinander bzw. übereinander in z-Richtung angeordnet sind. Die Magnete sind also in drei Ebenen bzw. Stufen angeordnet Die Magnete der Magnetstapel 66-1...66-12 sind im Schnitt durch die xy-Ebene betrachtet im Wesentlichen trapezförmig oder haben die Form eines Kreissektors mit abgeschnittener Spitze. Insgesamt ergibt sich somit für die Magnetanordnung 66 eine zylindrische Form, wobei in der Mitte der Magnetanordnung 66 eine ebenfalls zylindrische Aussparung vorgesehen ist, durch welche der Pin 64 durchgeführt ist, vgl. 6. Da die Magnetstapel 66-1...66-12 komplett umlaufend angeordnet sind, müssen in dieser Ausführungsform keine Weicheisenplatten zum Abschluss des magnetischen Flusses vorgesehen sein. Somit ist es auch möglich, wie im dargestellten Beispiel, eine ungerade Anzahl von Magneten in den einzelnen Magnetstapeln 66-1...66-12 vorzusehen. Dies ist möglich, da der magnetische Fluss kreisförmig durch sämtliche Magnetstapel 66-1...66-12 verläuft und auch bei ungerader Anzahl der Magnete kein oder nahezu kein parasitäres Magnetfeld entsteht.
Hintereinander angeordnete Magnete weisen dabei eine entgegengesetzte Orientierung auf. Mit anderen Worten ist der Nordpol des Magnets 66-1a gegenüber vom Südpol des dahinter angeordneten Magnets 66-1b angeordnet und der Südpol des Magnets 66-1a ist gegenüber vom Nordpol des dahinter angeordneten Magnets 66-1b angeordnet. Die Magnetstapel 66-1 bis 66-12 weisen dagegen dieselbe Orientierung auf, so dass sich stets entgegengesetzte Pole der Magnete der Magnetstapel 66-1...66-12 gegenüberliegen. Es ergibt sich somit ein Verlauf der Magnetfeldlinien wie in 8 dargestellt. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist zwischen den Magnetstapeln 66-1...66-12 ein stark inhomogenes Magnetfeld vorgesehen, in welchem sich die Richtung des Magnetfeldes entlang der z-Achse mehrmals umkehrt. Es ist also ein Magnetfeld mit großen Gradienten entlang der z-Achse vorgesehen.
Die Finnen 67 sind jeweils zwischen zwei benachbarten Magnetstapeln 66-1...66-12 angeordnet. Auch für die Finnen 67 sind metallische Materialien mit hohem Leitwert, wie z. B. Kupfer oder Kupferlegierungen, geeignet. Aluminiumlegierungen, wie z. B. AW2014, bieten einen guten Kompromiss hinsichtlich Dauerfestigkeit und Leitfähigkeit und sind daher besonders geeignet. Wie im ersten Ausführungsform, bilden die Magnetstapel 66-1...66-12 zusammen mit den Finnen 67 eine Wirbelstrombremse 70 als Dämpfungsvorrichtung. Bei einer Verschiebung der Magnetanordnung 66 in z-Achse werden in den Finnen 67 Wirbelströme induziert und die kinetische Energie dieser Bewegung wird in Wärme umgesetzt. Aufgrund der alternierenden Anordnung der Magnete in den Magnetstapeln 66-1...66-12 ist der Gradient des Magnetfeldes in z-Richtung besonders ausgeprägt, so dass ein hoher Dämpfungsgrad erzielt werden kann. Experimentell wurde eine modale Dämpfung für den primären Freiheitsgrad (also in z-Richtung) von etwa 2,5% nachgewiesen, und es wird erwartet, dass bei weiterer Optimierung eine modale Dämpfung von bis zu 5% möglich ist.
Es ergeben sich auch mit dieser Anordnung ähnliche vorteilhafte Effekte wie mit der Anordnung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. So ermöglicht die zirkuläre Anordnung der Magnetstapel 66-1...66-12 eine Dämpfung in mehreren Freiheitsgraden. Genauer gesagt wird auch bei dieser Anordnung eine breitbandige Dämpfung in sämtlichen sechs Freiheitsgraden erreicht. Weiterhin erfolgt die Dämpfung reibungslos, so dass sie wartungsfrei ist und eine hohe Lebensdauer der Dämpfungsanordnung gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass sie sehr kompakt ist. Ferner wird durch die vorgeschlagene Anordnung die Steifheit nicht beeinflusst, und es entstehen auch keine zusätzlichen Eigenmoden, wie dies bei Dämpfungen mit Gummielementen der Fall ist.
Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die Magnetanordnung 66 über die Spule 62 fest mit der Reaktionsmasse 68 verbunden. Die Magnetanordnung 66 trägt somit zur Reaktionsmasse bei bzw. kann als Teil der Reaktionsmasse betrachtet werden. Folglich ist es möglich, steifere Federelemente 65 zu verwenden, was das Design der Aktuatoren vereinfacht.
Es sollte beachtet werden, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und im Rahmen des Schutzumfanges der Patentansprüche in vielfältiger Weise variiert werden können.
So wurden in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen Lithographievorrichtungen mit einer Wirbelstrombremse zur Dämpfung der Bewegung Reaktionsmasse bzw. eines optischen Elements beschrieben. Es ist jedoch ebenso möglich, die Wirbelstrombremse zur Dämpfung der Bewegung anderer beweglicher Strukturelemente der Lithographievorrichtung einzusetzen.
Bezugszeichenliste

10: Lithographievorrichtung
11: Grundplatte
12: Halterahmen
13: optisches Element
14: Messrahmen
15: Sensoranordnung
16: Waferaufnahme
17: Wafer
18: Beleuchtungsvorrichtung
19: Maske
20: Wirbelstrombremse
21, 22: Magnete
23, 24: Weicheisenbleche
25: Metallplatte
30: Wirbelstrombremsenanordnung
31: Haltevorrichtung
31a: Sockelabschnitt
31b: Aufnahmeabschnitt
32: Magnetstapel
33: Weicheisenplatten
34: Stege
35: Finnen
36: Spalte
37: Reaktionsmasse
40–43: Magnete
50: Aktuator
51: Zylinderspule
60: Aktuator
61: Aktuatorgehäuse
62: Zylinderspule
63: Magnetkolben
64: Pin
65: Feder
66: Magnetanordnung
67: Finnen
68: Reaktionsmasse
70: Wirbelstrombremsenanordnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/094684 A1 [0003]
US 2002/0109437 A1 [0004]
US 6788386 B2 [0005]

Claims

Lithographievorrichtung (10) mit einer Dämpfungsvorrichtung (30, 70) zur Dämpfung der Bewegung eines Strukturelements (13) der Lithographievorrichtung (10), wobei die Dämpfungsvorrichtung (30, 70) als Wirbelstrombremse ausgebildet ist und mehrere Magnete aufweist, die entlang eines Kreisbogens angeordnet sind.
Lithographievorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Magnete in Magnetstapeln (40...43; 66-1...66-12) angeordnet sind, die jeweils mehrere Magnete aufweisen.
Lithographievorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei benachbarte Magnete in den Magnetstapeln (40...43; 66-1...66-12) derart angeordnet sind, dass ihre entgegengesetzten Pole nebeneinander angeordnet sind.
Lithographievorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Dämpfungsvorrichtung (30, 70) ferner mehrere Finnen (35, 67) aufweist, die jeweils zwischen benachbarten Magnetstapeln (40...43; 66-1...66-12) angeordnet sind.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei mindestens zwei Magnetstapel (40...43; 66-1...66-12) vorgesehen sind.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Magnetstapel (40...43; 66-1...66-12) jeweils eine gerade Anzahl von Magneten aufweisen.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkel des Kreisbogens mindestens 30° beträgt.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkel des Kreisbogens 360° beträgt.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnete trapezförmig sind.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnete am Strukturelement (13) befestigt sind.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Strukturelement (13) in Bezug auf die Magnete beweglich angeordnet ist.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Haltevorrichtung (31) zur Halterung der Magnete, die einen Sockelabschnitt (31a) und einen Aufnahmeabschnitt (31b) umfasst, wobei der Aufnahmeabschnitt (31b) starr mit dem Strukturelement (13) verbunden ist, und der Sockelabschnitt (31a) und der Aufnahmeabschnitt (31b) durch Stege (34) miteinander verbunden sind.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnete in einer zylindrischen Magnetanordnung (66) angeordnet sind, die an einer Zylinderspule (62) eines Aktuators (50, 60) zur Positionierung des Strukturelements (13) befestigt ist.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturelement (13) ein optisches Element ist.
Lithographievorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strukturelement (13) eine Reaktionsmasse ist.
Lithographievorrichtung (10) mit: einem Rahmen (12); einem optischen Element (13); einem Aktuator (50, 60) zur Justierung der Lage des optischen Elements (13) relativ zum Rahmen (12); einer Reaktionsmasse (37), welche am Aktuator (50) befestigt ist; einem Federelement (34), welches die Reaktionsmasse (37) an den Rahmen (12) koppelt; und einer zusätzlich zum Federelement (34) vorgesehenen Dämpfungsvorrichtung (30, 70) zur Dämpfung der Bewegung der Reaktionsmasse (37) relativ zum Rahmen (12).
Lithographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 16, wobei die Dämpfungsvorrichtung (30, 70) als Wirbelstrombremse ausgebildet ist.
Lithographievorrichtung (10) gemäß Anspruch 17, wobei die Wirbelstrombremse mehrere Magnete aufweist, die entlang eines Kreisbogens angeordnet sind.
Lithographievorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Magnete in Magnetstapeln (40...43; 66-1...66-12) angeordnet sind, die jeweils mehrere Magnete aufweisen.
Lithographievorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei benachbarte Magnete in den Magnetstapeln (40...43; 66-1...66-12) derart angeordnet sind, dass ihre entgegen gesetzten Pole nebeneinander angeordnet sind.