DE102012220925A1

DE102012220925A1 - Dämpfungsanordnung zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102012220925A1
Application number: DE201210220925
Authority: DE
Inventors: Jasper Wesselingh; Dirk Eicher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-11-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit einem ersten Bauteil, welches wenigstens einen Magneten (110, 210, 310a, 310b) aufweist, einem zweiten Bauteil, welches ein ferromagnetisches Material (130, 230, 330) aufweist, und wenigstens einer Spule (120, 220, 320a, 320b), welche auf dem ersten Bauteil oder auf dem zweiten Bauteil angeordnet ist, wobei das erste Bauteil und das zweite Bauteil relativ zueinander beweglich sind, wobei wenigstens ein zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil vorhandener Spalt (115, 215, 315a, 315b) bei dieser Relativbewegung in seiner Größe variiert, und einem Flussführungselement (140, 240, 340a, 340b), welches einen lediglich durch den Spalt (115, 215, 315a, 315b) unterbrochenen und im Übrigen geschlossenen Magnetkreis zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil herstellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCDs, 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.
Im Betrieb von Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere bei EUV-Systemen, spielen Dynamikaspekte eine zunehmend wichtige Rolle für die optische Performance des Systems. Mechanische Störungen verursacht durch Vibrationen wirken sich nachteilig auf die Positionsstabilität der optischen Komponenten aus. Auftretende Schwingungen führen zu wachsenden Problemen hinsichtlich der Performance des Systems auch dahingehend, dass eine aktive Positionsregelung nicht mehr stabil betrieben werden kann.
Da die in EUV-Systemen im Hinblick auf die erforderliche Vakuumbeständigkeit erlaubten (z. B. metallischen oder keramischen) Materialien selbst nur eine geringe intrinsische Dämpfung aufweisen, sind zur Überwindung oder Abmilderung der o. g. Probleme weitere Dämpfungsmaßnahmen erforderlich. Im Stand der Technik sind verschiedene Dämpfungskonzepte bekannt. Hierzu wird beispielhaft auf WO 2006/084657 A1 , WO 2007/006577 A1 , DE 10 2008 041 310 A1 , DE 10 2009 005 954 A1 und US 4,123,675 verwiesen.
Bei der Vibrationsdämpfung in hochpräzisen optischen Systemen in der Praxis auftretende Probleme sind insbesondere, dass die eingesetzten Dämpfungsanordnungen eine unerwünschte zusätzliche Steifigkeit in das System einbringen, durch welche das Dynamikverhalten verändert und zusätzliche mechanische Störungen eingeführt werden. Darüberhinaus stellen die in herkömmlichen Dämpfungsanordnungen verwendeten Dämpfungsmaterialien wie Gummi oder Öl insbesondere unter Vakuumbedingungen eine Kontaminationsquelle dar. Ein weiteres Problem resultiert aus der (durch Verschleiß oder Veränderung der Materialeigenschaften bedingten) zeitlichen Änderung der Dämpfungscharakteristik über die Lebensdauer des optischen Systems, was ebenfalls die Performance des Systems beeinträchtigt.
Des Weiteren kommt der Einsatz magnetischer Dämpfungsanordnungen in Betracht, welche sich grundsätzlich durch Verschleißfreiheit (infolge der kontaktlosen Erzeugung magnetischer Kräfte zwischen den relativ zueinander bewegten Bauteilen) sowie geringe (im Wesentlichen auf Entmagnetisierungseffekte beschränkte) Degradation auszeichnen. In einer aus K. E. Graves et al.: "Theoretical Comparison of Motional and Transformer EMF Device Damping Efficiency", Journal of Sound and Vibration (2000), 233 (3), S. 441–453, (siehe dort insbesondere 4) bekannten Dämpfungsanordnung wird zwischen einem durch einen Permanentmagneten gebildeten feststehenden Bauteil und einem durch einen von einer Spule umwickelten Eisenkern gebildeten beweglichen Bauteil ein Magnetkreis gebildet, in welchem der gesamte magnetische Fluss u. a. durch die Reluktanz (d. h. den magnetischen Widerstand) des zwischen feststehendem und beweglichem Bauteil befindlichen Luftspalts bestimmt wird. Hierbei führt jede Änderung des Luftspalts zu einer Änderung des magnetischen Flusses. Der elektrische Strom, welcher bei Bewegung des beweglichen Bauteils in der Spule induziert wird, führt zu einer Energiedissipation infolge des elektrischen Widerstandes der Spule und somit zu einer Dämpfung.
Beim Einsatz solcher magnetischer Dämpfungsanordnungen tritt jedoch in der Praxis das Problem auf, dass der zur Verfügung stehende Bauraum zur Erzielung einer hinreichenden Dämpfungswirkung häufig nicht ausreicht oder dass zur Erzeugung hinreichend großer magnetischer Felder im Bereich der verwendeten Spule geringe Spaltabstände zwischen feststehendem und beweglichem Bauteil realisiert werden müssen, welche im Hinblick auf die daraus resultierende Einschränkung lateraler bzw. parallel zum Spalt erfolgender Bewegungen hohe konstruktive Anforderungen an das Design der Anlage stellen.
Weitere bekannte Ansätze gehen vom Prinzip eines Wirbelstromdämpfers aus, bei dem die induzierten Ströme in einem elektrisch leitfähigen Blech (anstelle einer Spule) fließen, oder basieren auf einer Vibrationsdämpfung über passive Schwingungstilger. Zur Veranschaulichung beispielhafter bekannter Dämpfungskonzepte dienen die schematischen Darstellungen von 7, wobei 7a eine ungedämpfte Anordnung (d. h. die Ankopplung einer Masse M an die „feste Welt” nur mit einer Feder bzw. Steifigkeit 701), 7b die zusätzliche Parallelschaltung eines Dämpfungselements 712 zu einer Feder bzw. Steifigkeit 711 und 3 die Dämpfung mittels einer Tilgermasse m, welche über eine Feder bzw. Steifigkeit 723 und ein Dämpfungselement 722 angebunden ist, zeigt. Dabei kann das Dämpfungselement 712 bzw. 722 z. B. ein Elastomer, einen Wirbelstromdämpfer oder ein anderes aktives Dämpfungselement aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dämpfungsanordnung zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche auch bei begrenztem Bauraum eine effektive und stabile Dämpfung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Dämpfungsanordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:

– ein erstes Bauteil, welches einen Magneten aufweist;
– ein zweites Bauteil, welches ein ferromagnetisches Material aufweist; und
– eine Spule, welche auf dem ersten Bauteil oder auf dem zweiten Bauteil angeordnet ist;
– wobei das erste Bauteil und das zweite Bauteil relativ zueinander beweglich sind, wobei ein zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil vorhandener Spalt bei dieser Relativbewegung in seiner Größe variiert; und
– wobei ein Flussführungselement vorgesehen ist, welches einen lediglich durch den Spalt unterbrochenen und im Übrigen geschlossenen Magnetkreis zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil herstellt.

Bei dem Magneten des ersten Bauteils kann es sich um einen Permanentmagneten oder auch um einen Elektromagneten handeln.
Das ferromagnetische Material des zweiten Bauteils kann insbesondere als Eisenkern ausgestaltet sein. Die Spule kann eine beliebige Anzahl von Wicklungen, gegebenenfalls auch nur eine einzige Wicklung, aufweisen. Im Falle der Ausgestaltung des Magneten als Elektromagnet kann es sich bei dieser Spule auch um die ohnehin vorhandene Spule des Elektromagneten handeln.
In der erfindungsgemäßen Anordnung führt zunächst jede Änderung des (typischerweise Luft-)Spaltes zu einer Änderung des magnetischen Flusses im Bereich der auf dem Permanentmagneten oder dem Eisenkern angeordneten (ggf. über einen elektrischen Widerstand kurzgeschlossenen) Spule, wobei der elektrische Strom, welcher bei Relativbewegung des ersten und des zweiten Bauteils zueinander in der Spule induziert wird, zu einer Energiedissipation infolge des elektrischen Widerstandes der Spule und somit zu einer Dämpfung führt. Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die vorstehend beschriebene, auf einer Variation der Reluktanz (d. h. des magnetischen Widerstandes) über einen bei auftretenden Vibrationen in seiner Größe variierenden (Luft-)Spalt basierende Dämpfung mit einem möglichst geschlossenen Magnetkreis zu kombinieren, um auf diese Weise bei gleichem Bauraum eine größere Energiedissipation (also gewissermaßen eine Erhöhung des Wirkungsgrades hinsichtlich der Energiedissipation) zu erzielen.
Mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen Flussführungselementes wird der magnetische Fluss derart geführt, dass lediglich der zwischen den beiden relativ zueinander beweglichen Bauteilen erforderliche Spalt als magnetischer Widerstand zu berücksichtigen ist und der übrige Bauraum für die Flussführung verwendet wird.
Insbesondere erfolgt die Auslegung derart, dass der am Ort der Spule erzeugte magnetische Fluss und damit auch der in der Spule bei Änderung der Größe des Spaltes induzierte elektrische Strom möglichst groß sind. Während nämlich ohne das erfindungsgemäße Flussführungselement infolge des bis zu dem zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil vorhandenen Spaltes hin offenen Magnetkreises eine signifikante Abnahme des magnetischen Flusses in der Regel nur noch vergleichsweise geringe Werte des magnetischen Flusses im Bereich der Spule vorliegen, lässt sich der magnetische Fluss im Bereich der Spule und damit auch der bei Änderung der Größe des Spaltes infolge Relativbewegung des ersten und des zweiten Bauteils zueinander induzierte elektrische Strom und die damit einhergehende Energiedissipation wesentlich erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Bauteil oder das zweite Bauteil als Tilgermasse über eine mechanische Feder an das Element angekoppelt. Eine solche Ausgestaltung hat, wie im Weiteren noch näher erläutert, den Vorteil, dass eine vorhandene anziehende Kraft zwischen den beiden durch den Spalt getrennten und relativ zueinander beweglichen Bauteilen sowie auch eine ebenfalls vorhandene und noch weiter erläuterte negative Steifigkeit der magnetischen Ankopplung über den Spalt hinweg gewissermaßen in einem abgeschlossenen System bzw. Modul auftreten, so dass die Dämpfungsanordnung als abgeschlossenes Modul nach einmal erfolgter Auslegung in unterschiedlichen Konfigurationen eingesetzt werden kann, ohne dass eine erneute Abstimmung oder Anpassung der Ankopplung an die zu dämpfende Struktur (z. B. den Tragrahmen) erforderlich ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Dämpfungsanordnung eine Justageeinrichtung zur Einstellung der Resonanzfrequenz des die Tilgermasse aufweisenden Feder-Masse-Systems auf. Auf diese Weise kann eine flexible Anpassung an die Resonanzfrequenz der zu dämpfenden Struktur und damit eine effektive Dämpfung erzielt werden. Die Justageeinrichtung kann insbesondere einen Verstellmechanismus aufweisen, mittels dem die Größe des Spaltes zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil verstellbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Justageeinrichtung einen verstellbaren Spalt innerhalb des Flussführungselementes auf.
In weiteren Ausführungsformen kann zur Einstellung der Resonanzfrequenz auch ein Kondensator mit einstellbarer Kapazität verwendet werden, welcher an die Spule angeschlossen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist an die wenigstens eine Spule ein negativer Impedanzkonverter angeschlossen. Auf diese Weise kann der elektrische Widerstand der Spule reduziert und damit eine weitere Erhöhung des Dämpfungskoeffizienten erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Flussführungselement aus einem ferromagnetischen Material hergestellt.
Das Flussführungselement kann (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) rotationssymmetrisch mit einem im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt ausgebildet sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Geometrie des Flussführungselements auch rotationssymmetrisch mit im Wesentlichen „U”-förmigem Querschnitt, in noch weiteren Ausführungsformen auch nicht rotationssymmetrisch sein.
Gemäß einer Ausführungsform sind das erste Bauteil und das zweite Bauteil jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens ein Bauteil von dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil nicht rotationssymmetrisch ausgebildet. Hierdurch kann wie im Weiteren noch näher erläutert auch eine Dämpfung lateraler (bzw. parallel zum Spalt verlaufender) Bewegungen bzw. Schwingungen erzielt werden.
In weiteren Ausführungsformen kann auch sowohl ein Permanentmagnet als auch ein Elektromagnet vorgesehen sein, wobei die Dämpfung über den Elektromagneten variiert (ggf. auch vollständig ein- oder ausgeschaltet) werden kann. In weiteren Ausführungsformen kann an die Spule auch ein variabler Widerstand (z. B. ein Schiebewiderstand) angeschlossen sein, um eine Variation der Dämpfung (ggf. auch ein vollständiges Ein- oder Ausschalten) zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung. Die Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere für einen Betrieb im EUV ausgelegt sein. In weiteren Anwendungen kann die Projektionsbelichtungsanlage auch für einen Betrieb im VUV-Bereich ausgelegt sein, beispielsweise für Wellenlängen kleiner als 200 nm, insbesondere kleiner als 160 nm.
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 schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2–5 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen der Erfindung; und
6–7 schematische Darstellungen zur Erläuterung beispielhafter Dämpfungsanordnungen gemäß dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 1 zunächst eine Dämpfungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die Dämpfungsanordnung gemäß 1 dient zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Bei dem Element kann es sich beispielsweise um ein optisches Element (insbesondere um einen Spiegel), ein beliebiges Strukturelement, beispielsweise einen Trag- oder einen Messrahmen, oder auch um eine Subkomponente eines zur Aktuierung eines solchen optischen Elementes dienenden Aktuators handeln.
Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße (und in 1 nur zur Hälfte dargestellte, da in Bezug auf die Achse „A” rotationssymmetrische) Dämpfungsanordnung 100 einen (z. B. als Permanentmagnet ausgeführten) Magneten 110 als erstes Bauteil sowie einen relativ zu diesem beweglichen Eisenkern bzw. ein ferromagnetisches Material 130 auf, wobei auf dem das erste Bauteil bildenden Magneten 110 eine Spule 120 angeordnet ist. Magnet 110 und Spule 120 bilden zusammen mit einem im Folgenden noch näher erläuterten und in 1 mit „140” bezeichneten Element ein erstes Bauteil, und der Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 130 bildet ein zweites Bauteil, wobei eines dieser beiden Bauteile mit der zu dämpfenden Struktur fest verbunden ist. Zwischen dem den Magneten 110 und die Spule 120 aufweisenden ersten Bauteil und dem durch den Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 130 gebildeten zweiten Bauteil befindet sich ein (Luft-)Spalt 115, wobei jede Änderung der Größe dieses Spalts 115 infolge der mit der zu dämpfenden Vibration einhergehenden Relativbewegung zwischen Eisenkern 130 und Magnet 110 zu einer Änderung des magnetischen Flusses und damit zu einem elektrischen Strom in der Spule 120 und damit wiederum einer Energiedissipation infolge des elektrischen Widerstandes der Spule 120 und somit zu einer Dämpfung des zu dämpfenden Elementes bzw. der zu dämpfenden Struktur führt.
Der Aufbau von 1 geht damit zunächst – in insoweit bekannter Weise – vom Aufbau eines Reluktanzaktuatorantriebs aus, bei dem der Aktuator kurzgeschlossen wird, um durch Energiedissipation die gewünschte Dämpfungswirkung zu erzielen. Eine weitere Erhöhung der Dämpfungswirkung kann sich durch Wirbelstrom- und/oder Hystereseeffekte bzw. Ummagnetisierungsverluste insbesondere im Eisenkern als erwünschte parasitäre Effekte ergeben.
Die Erfindung ist nicht auf die in 1 gezeigte Anordnung der Spule 120 auf dem Magneten 110 beschränkt.
In weiteren Ausführungsformen kann die Spule 120 auch auf dem Eisenkern bzw. dem ferromagnetischen Material 130 angeordnet sein (sofern die mit der Änderung der Spaltgröße einhergehende Änderung des magnetischen Flusses noch zur Induktion eines elektrischen Stromes in der Spule 120 führt).
In weiteren Ausführungsformen kann zur Realisierung des Magneten 110 auch sowohl ein Permanentmagnet als auch ein Elektromagnet vorgesehen sein, wobei die Dämpfung über den Elektromagneten variiert (ggf. auch vollständig ein- oder ausgeschaltet) werden kann. Hierzu kann etwa im Aufbau von 1 an die Spule 120 eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sein, so dass ein durch diese in der Spule 120 zusätzlich erzeugter elektrischer Strom zu einem magnetischen Fluss führt, der zu dem magnetischen Fluss aufgrund des Permanentmagneten addiert oder von diesem subtrahiert wird.
In weiteren Ausführungsformen kann an die Spule 120 auch ein variabler Widerstand (z. B. ein Schiebewiderstand) angeschlossen sein, um eine Variation der Dämpfung (ggf. auch ein vollständiges Ein- oder Ausschalten) zu ermöglichen.
Gemäß 1 ist nun außerdem ein Flussführungselement 140 vorgesehen, welches ebenfalls aus Eisen hergestellt ist und im Ausführungsbeispiel (jedoch ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) rotationssymmetrisch mit im Wesentlichen T-förmigem Querschnitt ausgebildet ist. Über dieses Flussführungselement 140 wird der magnetische Fluss, dessen Verlauf in 1 strichpunktiert dargestellt ist und der durch den Magneten 110 erzeugt wird, bis hin zum Spalt 115 geführt, so dass vom magnetischen Fluss nur im Spalt 115 selbst ein Bereich mit vergleichsweise hoher Reluktanz überwunden werden muss. Mit anderen Worten wird die Reluktanz bzw. der auf die Magnetfeldlinien wirkende magnetische Widerstand der Anordnung reduziert bzw. eine Konzentration des Bereichs hoher Reluktanz auf den Spalt 115 zwischen dem durch Magnet 110 und Spule 120 gebildeten ersten Bauteil und dem durch den Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 130 gebildeten zweiten Bauteil erzielt, so dass zunächst eine geringere Abnahme des magnetischen Flusses am Ort der Spule 120 erzielt wird.
Insbesondere ist infolgedessen nun eine mit der Relativbewegung von Eisenkern bzw. ferromagnetischem Material 130 und Magnet 110 einhergehende Änderung des magnetischen Flusses deutlich stärker ausgeprägt als bei einer analogen Anordnung ohne Flussführungselement 140, in welcher der magnetische Fluss einen wesentlich größeren Bereich in Luft zu überwinden hätte, wie lediglich schematisch in 6 dargestellt ist (wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100” kleineren Bezugsziffern bezeichnet sind).
Im Ergebnis kann mit dem anhand von 1 beschriebenen Aufbau eine signifikante Steigerung der erzielten Dämpfungswirkung erreicht werden, indem eine Konfiguration mit im obigen Sinne geschlossenem Magnetkreis gewählt wird.
Der erfindungsgemäße, unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Aufbau zeichnet sich durch einen vergleichsweise hohen erreichbaren Dämpfungskoeffizienten aus, wobei sich größenordnungsmäßig bei gleichem Bauraum eine Erhöhung der Dämpfung (z. B. von ca. 1 (Ns/m)/(cm³) für eine herkömmliche Dämpfungsanordnung auf ca. 10 (Ns/m)/(cm³) für die erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung) erreichen lässt.
Zudem ist in dem erfindungsgemäßen Aufbau der einzige, für die Dämpfung relevante Parameter die Größe d des Luftspalts 115, wobei insbesondere laterale Bewegungen des ersten und des zweiten Bauteils zueinander keinen Einfluss auf die erzielte Dämpfungswirkung haben.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird das Bestehen einer vergleichsweise großen anziehenden Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil in Kauf genommen, die zum einen (etwa bei Anwendung in Verbindung mit einem Tragrahmen als zu dämpfender Struktur) zu einer Dejustage führen kann und zum anderen auch mit abnehmender Größe d des Spaltes 115 zunimmt, was einer unerwünschten negativen Steifigkeit entspricht, welche wiederum eine Kompensation durch eine zusätzliche positive Steifigkeit erfordert. Hierzu zeigt 5a eine schematische Darstellung, in welcher das Dämpfungselement mit „501” und die negative Steifigkeit mit „502” bezeichnet sind.
Im Weiteren wird nun unter Bezug auf 2 eine Ausführungsform einer Dämpfungsanordnung 200 erläutert, bei der die vorstehend beschriebenen Nachteile überwunden werden können. Diese Ausführungsform beinhaltet insbesondere das weitere erfindungsgemäße Konzept, die Dämpfungsanordnung insofern als abgeschlossenes System auszulegen, als die vorstehend beschriebene negative Steifigkeit bereits innerhalb der Dämpfungsanordnung in geeigneter Weise kontrolliert bzw. kompensiert werden kann, ohne dass hierzu eine Anpassung auf Seiten der zu dämpfenden Struktur (z. B. auf Seiten eines Tragrahmens einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage) zu erfolgen hat.
In 2 sind im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. In der unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Ausführungsform wird nun entweder das erste Bauteil oder das zweite Bauteil als Tilgermasse über eine mechanische Feder an das jeweils andere Bauteil und damit an die zu dämpfende Struktur angekoppelt. Dabei kann wiederum das zu dämpfende Element bzw. die Struktur entweder mit dem ersten oder mit dem zweiten Bauteil fest verbunden sein.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird der (wie vorstehend unter Bezug auf 1 beschrieben mit einem Flussführungselement 240 geschlossen ausgebildete) Magnetkreis auf Seiten des (z. B. wiederum als Permanentmagnet ausgeführten) Magneten 210 als Tilgermasse ausgelegt bzw. an die zu dämpfende Struktur angekoppelt. Gemäß 2 wird diese Tilgermasse insbesondere gebildet durch Magnet 210, Spule 220 und Flussführungselement 240, sowie ferner ein Gehäuseteil 250, welches eine im Weiteren noch näher erläuterte Justiereinrichtung aufweist.
In der Dämpfungsanordnung 200 von 2 liegt somit gewissermaßen eine Parallelschaltung einer mechanischen Feder 260 (welche eine konstante positive Steifigkeit aufweist) und der über den Spalt 215 hinweg bestehenden magnetischen Ankopplung (welche eine negative Steifigkeit sowie die gewünschte Dämpfung aufweist) vor. Die Resonanzfrequenz des aus dieser Parallelschaltung resultierenden Feder-Masse-Dämpfer-Systems wird in diesem Aufbau bestimmt durch die Tilgermasse und die Gesamtsteifigkeit ihrer Ankopplung, wobei sich diese Gesamtsteifigkeit aus der (positiven) Steifigkeit der mechanischen Feder 260 und der (negativen) Steifigkeit der magnetischen Kopplung über den Spalt 215 zusammensetzt. Dabei ist die (negative) Steifigkeit der magnetischen Kopplung über den Spalt 215 hinweg durch Einstellung der Größe d des Spaltes 215 justierbar. Ein vereinfachtes Ersatzschaltbild zur Anordnung von 2 zeigt die schematische Darstellung von 5b, in welcher das Dämpfungselement mit „511”, die negative Steifigkeit mit „512” und die zusätzliche positive Steifigkeit mit „513” bezeichnet sind.
Durch die Einstellung der Größe d des Spaltes 215 mittels einer (in 2 lediglich schematisch über ein Gewinde angedeuteten) Justiereinrichtung kann somit im Aufbau von 2 die resultierende Gesamtsteifigkeit eingestellt werden, wodurch wiederum die Resonanzfrequenz der vorstehend beschriebenen Ankopplung der Tilgermasse an die zu dämpfende Resonanzfrequenz (z. B. die in einem Tragrahmen einer für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage auftretende Resonanzfrequenz) angepasst (engl. „tuned”) werden kann.
Das vorstehend unter Bezug auf 2 beschriebene Konzept ist nicht auf die konkrete Ausgestaltung der Justiereinrichtung (z. B. unter Verwendung des angedeuteten Gewindes) beschränkt. Vielmehr kann auch ein beliebiger anderer geeigneter Mechanismus bzw. Antrieb eingesetzt werden, um eine Veränderung der Relativposition der beiden relativ zueinander beweglichen Bauteile bzw. eine Änderung der Größe d des dazwischen verbleibenden Spaltes d vorzunehmen oder auf andere geeignete Art die Flussdichte im Luftspalt zu beeinflussen. Beispielsweise kann in weiteren Ausführungsformen auch ein justierbarer Spalt innerhalb des (gemäß 2 zur Tilgermasse gehörenden) Flussführungselementes 240 eingebaut werden, wobei durch Manipulation dieses Spaltes die Magnetflussführung und damit ebenfalls letztlich die negative Steifigkeit der magnetischen Ankopplung angepasst werden kann.
In weiteren Ausführungsformen kann auch eine Justage durch Gleichstrom-Beaufschlagung der Spule 220 erfolgen.
In der Dämpfungsanordnung 200 von 2 treten im Unterschied zur Dämpfungsanordnung 100 aus 1 die anziehende Kraft zwischen den beiden durch den Spalt 215 getrennten und relativ zueinander beweglichen Bauteilen sowie auch die negative Steifigkeit der magnetischen Ankopplung über den Spalt 215 hinweg gewissermaßen in einem abgeschlossenen System bzw. Modul auf. Während in der Dämpfungsanordnung 100 von 1 die über den Spalt 115 wirkende anziehende Kraft zwischen erstem und zweitem Bauteil (welche einer parasitären Kraft entspricht) ohne die anhand von 2 beschriebene Ankopplung als Tilgermasse z. B. durch den Tragrahmen aufgefangen bzw. bei der Auslegung von Schwingungsisolationsfedern berücksichtigt werden muss, kann die Dämpfungsanordnung 200 von 2 als abgeschlossenes Modul – nach einmal erfolgter Auslegung – in unterschiedlichen Konfigurationen eingesetzt werden, ohne dass eine erneute Abstimmung oder Anpassung der Ankopplung an die zu dämpfende Struktur (z. B. den Tragrahmen) erforderlich ist.
Die Erfindung ist nicht auf die bei den Dämpfungsanordnungen 100, 200 von 1 und 2 jeweils vorhandene rotationssymmetrische Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr kann in weiteren Ausführungsformen auch von einer solchen rotationssymmetrischen Ausgestaltung, wie sie in den Anordnungen von 1 und 2 gewählt wurde, abgewichen werden. Beispielsweise kann ausgehend von dem Aufbau von 1 das in der Abbildung von 1 untere (d. h. das Flussführungselement 140, die Spule 120 und den Magneten 110 enthaltende) Bauteil weiterhin rotationssymmetrisch, das obere Bauteil 130 (d. h. der Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 130) jedoch nicht rotationssymmetrisch ausgelegt werden mit der Folge, dass eine laterale (z. B. in x-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem erfolgende) Relativbewegung ebenfalls zu einer Änderung des magnetischen Flusses im Bereich der Spule 120 und damit zu einem elektrischen Stromfluss und infolgedessen zu einer Dämpfungswirkung auch in lateraler Richtung führt. Prinzipiell kann eine solche nicht rotationssymmetrische Ausgestaltung zur Erzielung einer Dämpfungswirkung auch in lateraler Richtung auch in dem Aufbau von 2 realisiert werden.
In weiteren Ausführungsformen kann, insbesondere bei besonders eingeschränktem Bauraum, an die Spule ein (als solches bekannter und üblicherweise mit Hilfe eines Operationsverstärkers realisierter) negativer Impedanzkonverter angeschlossen werden. Eine Skizze des bekannten Schaltbildes ist in 4 gezeigt, wobei dieser negativer Impedanzkonverter an die beiden Anschlüsse der Spule angeschlossen werden kann. Hierdurch kann der elektrische Widerstand der Spule reduziert und damit die mit der Dämpfungsanordnung erzielte Dämpfung gesteigert werden, da der Dämpfungskoeffizient eine starke Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand der Spule aufweist. In einer solchen Ausgestaltung ist eine zusätzliche elektrische Versorgungsspannung für den negativen Impedanzkonverter erforderlich, der z. B. über eine Batterie bereitgestellt werden kann.
Gegebenenfalls kann die Energie für den Impedanzkonverter auch aus der Schwingung des Tilgers gewonnen und in einem Kondensator gespeichert werden („energy harvesting”).
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Dämpfungsanordnung 300 der vorliegenden Erfindung, wobei wiederum im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „200” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Dämpfungsanordnung 300 unterscheidet sich von der Dämpfungsanordnung 100 aus 1 dadurch, dass das erste (Spule, Magnet und Flussführungselement enthaltende) Bauteil bezogen auf das (durch den Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 330 gebildete) zweite Bauteil eine symmetrische Anordnung bildet, indem nämlich auf einander (in z-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) gegenüberliegenden Seiten des Eisenkerns 330 jeweils Flussführungselemente 340a, 340b, Spulen 320a, 320b und (z. B. wiederum als Permanentmagnete ausgeführte) Magnete 310a, 310b symmetrisch in Bezug auf den Eisenkern 330 angeordnet sind, wobei nunmehr zwei Spalte 315a, 315b vorgesehen sind. Diese symmetrische Anordnung hat den Vorteil, dass die zuvor beschriebene anziehende Kraft zwischen den relativ zueinander beweglichen Bauteilen infolge der symmetrischen Anordnung in Form von zwei sich gegenseitig aufhebenden Kräften auftritt, so dass als unerwünschte (Neben-)Wirkung nur noch die bereits beschriebene negative Steifigkeit der magnetischen Ankopplung verbleibt, welche in geeigneter Weise kompensiert werden kann.
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 2006/084657 A1 [0005]
WO 2007/006577 A1 [0005]
DE 102008041310 A1 [0005]
DE 102009005954 A1 [0005]
US 4123675 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

K. E. Graves et al.: ”Theoretical Comparison of Motional and Transformer EMF Device Damping Efficiency”, Journal of Sound and Vibration (2000), 233 (3), S. 441–453 [0007]

Claims

Dämpfungsanordnung zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einem ersten Bauteil, welches wenigstens einen Magneten (110, 210, 320a, 320b) aufweist; • einem zweiten Bauteil, welches ein ferromagnetisches Material (130, 230, 330) aufweist; und • wenigstens einer Spule (120, 220, 310a, 310b), welche auf dem ersten Bauteil oder auf dem zweiten Bauteil angeordnet ist; • wobei das erste Bauteil und das zweite Bauteil relativ zueinander beweglich sind, wobei wenigstens ein zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil vorhandener Spalt (115, 215, 315a, 315b) bei dieser Relativbewegung in seiner Größe variiert; und • einem Flussführungselement (140, 240, 340a, 340b), welches einen lediglich durch den Spalt (115, 215, 315a, 315b) unterbrochenen und im Übrigen geschlossenen Magnetkreis zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil herstellt.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil oder das zweite Bauteil als Tilgermasse über eine mechanische Feder (260) an das Element angekoppelt ist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Justageeinrichtung zur Einstellung der Resonanzfrequenz des die Tilgermasse aufweisenden Feder-Masse-Systems aufweist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Justageeinrichtung einen Verstellmechanismus aufweist, über welchen die Größe des Spaltes (215) zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil verstellbar ist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Justageeinrichtung einen verstellbaren Spalt innerhalb des Flussführungselementes aufweist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die wenigstens eine Spule (120, 220, 320a, 320b) ein negativer Impedanzkonverter angeschlossen ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussführungselement (140, 240, 340a, 340b) aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussführungselement (140, 240, 340a, 340b) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet sind.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bauteil von dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel, ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Trag- oder ein Messrahmen ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Aktuatorkomponente ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 200 nm, insbesondere weniger als 160 nm, ausgelegt ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 15 nm ausgelegt ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.