DE102013204317B4

DE102013204317B4 - Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage

Info

Publication number: DE102013204317B4
Application number: DE102013204317.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Erath; Dirk Eicher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2033-03-14
Also published as: DE102013204317A1

Abstract

Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: • einem ersten Magnetkreis, welcher durch eine erste Magnetanordnung gebildet wird, wobei die erste Magnetanordnung wenigstens einen ersten Permanentmagneten (121, 122, 131, 221, 222, 231, 321, 322, 331a, 331b, 431) umfasst; und • einem zweiten Magnetkreis, welcher durch eine zweite Magnetanordnung gebildet wird, wobei die zweite Magnetanordnung wenigstens einen zweiten Permanentmagneten (151, 152, 251, 252, 351, 451) umfasst; • wobei der wenigstens eine erste Permanentmagnet (121, 122, 131, 221, 222, 231, 321, 322, 331a, 331b, 431) aus einem ersten Material hergestellt ist und der wenigstens eine zweite Permanentmagnet (151, 152, 251, 252, 351, 451) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material hergestellt ist; und • wobei das erste Material einen ersten Temperaturkoeffizienten aufweist und das zweite Material einen zweiten Temperaturkoeffizienten aufweist, wobei der zweite Temperaturkoeffizient betragsmäßig größer als der erste Temperaturkoeffizient ist; und • wobei ein durch den ersten Magnetkreis erzeugtes Magnetfeld eine Kraft auf ein Element der Projektionsbelichtungsanlage bewirkt; und • wobei das durch den ersten Magnetkreis erzeugte Magnetfeld durch die zweite Magnetanordnung geschwächt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe 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. Diese Spiegel können z. B. auf einem Trägerrahmen befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung des jeweiligen Spiegels in bis zu 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. Hierbei können etwa im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften z. B. infolge von thermischen Einflüssen kompensiert werden.
Zur Halterung und gegebenenfalls zur Aktuierung optischer Elemente, wie z. B. Spiegel, werden häufig Baugruppen eingesetzt, welche wenigstens eine mit einem elektrischen Strom beaufschlagbare Spule zur Erzeugung einer über wenigstens einen Magneten (z. B. in einem Aktorelement) auf das optische Element übertragenen, insbesondere steuerbaren magnetischen Kraft aufweisen, wobei entweder die Spule(n) beweglich und der bzw. die Magnet(en) ortsfest ausgeführt sind oder umgekehrt.
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. Diese Lorentz-Aktoren weisen jeweils zwei über einen (Luft-)Spalt getrennte Elemente auf, von denen eines ein Solenoid aufweist, welches zur Veränderung des Spalts mit einem elektrischen Strom beaufschlagbar ist, so dass die beiden Elemente des Lorentz-Aktors, von denen das eine mit dem jeweiligen optischen Element bzw. Spiegel und das andere mit dem Gehäuse des Projektionsobjektives verbunden ist, relativ zueinander bewegt werden können, wobei die beiden Elemente des Lorentz-Aktors infolge des dazwischen befindlichen Spalts mechanisch entkoppelt sind. Des Weiteren ist eine z. B. als Federelement ausgeführte Gewichtskraftkompensationseinrichtung vorgesehen, um den Energieverbrauch der aktiven bzw. steuerbaren Stellelemente zu minimieren, da die Gewichtskraftkompensationseinrichtung im Wesentlichen die Masse des optischen Elements bzw. Spiegels trägt, so dass insoweit kein permanenter Energiefluss mit damit einhergehender Wärmeerzeugung erforderlich ist. Diese Gewichtskraftkompensationseinrichtung ist auf eine gewisse Haltekraft einstellbar, die über ein an den Spiegel mechanisch ankoppelndes mechanisches Element (Stab) auf den Spiegel übertragen wird.
In einem weiteren Ansatz kann eine solche Gewichtskraftkompensationseinrichtung ebenfalls unter Ausnutzung der zwischen einem Magneten und einer stromdurchflossenen Spule jeweils wirkenden Kraft ausgestaltet sein.
In der DE102011088735A1 ist eine Baugruppe für mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen zur Gewichtskraftkompensation mit zwei Magnetkreisen, die jeweils mindestens einen Permanentmagneten beinhalten gezeigt.
In der DE102011004607A1 ist eine Baugruppe für die mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlagen zur Gewichtskompensation mit zwei Magnetkreisen gezeigt, wobei zumindest der erste Magnetkreis mindestens einen Permanentmagneten beinhaltet gezeigt.
Im Betrieb solcher Baugruppen tritt das Problem auf, dass unvermeidliche Temperatur- sowie Alterungseffekte zu einer Schwächung des jeweils erzeugten Magnetfeldes führen. Solche Temperatureffekte können insbesondere aus von den vorstehend beschriebenen Spulen ausgehender Abwärme resultieren, jedoch unabhängig hiervon auch aus der im Lithographieprozess auftretenden Absorption der elektromagnetischen Strahlung in den optischen Elementen, wie z. B. Spiegeln. Typische Größenordnungen der Schwächung des Magnetfeldes aufgrund solcher thermischer Belastungen können je nach Magnetmaterial z. B. etwa –0.035%/K (= Prozent pro Grad Kelvin) für Samarium-Kobalt-Verbindungen oder etwa –0.1%/K für Neodym-Eisen-Bor (Nd₂Fe₁₄B) als verwendetes Magnetmaterial betragen, wobei diese Magnetmaterialien jeweils einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweisen.
Insoweit der vorstehend beschriebenen Schwächung des Magnetfeldes und damit der Abnahme der auf das jeweilige Element durch die Baugruppe ausgeübten Kraft durch Erhöhung des in der jeweiligen Spule fließenden elektrischen Stromes oder durch anderweitige Aktoren entgegengewirkt wird, hat dies weitere, unerwünschte thermische Belastungen sowie erhöhte parasitäre Lasten zur Folge. Eine grundsätzlich ebenfalls mögliche Kühlung führt hingegen zu einer Erhöhung des konstruktiven Aufwandes, zusätzlichen Vibrationen im System infolge des fließenden Kühlmediums (die sich negativ auf die optische Performance des Lithographiesystems auswirken) sowie einer Steigerung des Energieverbrauchs. Des Weiteren besteht auch die alternative Möglichkeit der Kompensation von Temperatureffekten durch gezieltes Vorheizen des Magnetkreises und Regelung der Temperatur, was jedoch den Nachteil einer erforderlichen zusätzlichen Wärmezufuhr hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche eine geringere Beeinflussung der in der Baugruppe erzeugten magnetischen Kraft durch Temperatur- und/oder Alterungseffekte ermöglicht.
Eine erfindungsgemäße Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage weist auf:

– einen ersten Magnetkreis, welcher durch eine erste Magnetanordnung gebildet wird, wobei die erste Magnetanordnung wenigstens einen ersten Permanentmagneten umfasst; und
– einen zweiten Magnetkreis, welcher durch eine zweite Magnetanordnung gebildet wird, wobei die zweite Magnetanordnung wenigstens einen zweiten Permanentmagneten umfasst; und
– wobei der wenigstens eine erste Permanentmagnet aus einem ersten Material hergestellt ist und der wenigstens eine zweite Permanentmagnet aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material hergestellt ist; und
– wobei das erste Material einen ersten Temperaturkoeffizienten aufweist und das zweite Material einen zweiten Temperaturkoeffizienten aufweist, wobei der zweite Temperaturkoeffizient betragsmäßig größer als der erste Temperaturkoeffizient ist; und
– wobei ein durch den ersten Magnetkreis erzeugtes Magnetfeld eine Kraft auf ein Element der Projektionsbelichtungsanlage bewirkt; und
– wobei das durch den ersten Magnetkreis erzeugte Magnetfeld durch die zweite Magnetanordnung geschwächt wird.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zusätzlich zu einem oder mehreren, zur Erzeugung eines in der erfindungsgemäßen Baugruppe gewünschten (Haupt-)Magnetfeldes vorhandenen und einen ersten Magnetkreis bildenden Magneten einen zweiten Magnetkreis vorzusehen, um durch diesen zweiten Magnetkreis das vom ersten Magnetkreis erzeugte (Haupt-)Magnetfeld gezielt zu schwächen bzw. diesem entgegenzuwirken. Infolge des Vorhandenseins dieses schwächenden zweiten Magnetkreises hat nun z. B. eine Temperaturerhöhung am Ort des zur Erzeugung des (Haupt-)Magnetfeldes vorhandenen ersten Magnetkreises bzw. eine damit einhergehende thermische Belastung der Baugruppe nicht mehr länger nur eine Abnahme des von diesem ersten Magnetkreis unmittelbar erzeugten Magnetfeldes, sondern auch eine Reduzierung der Schwächung dieses Magnetfeldes durch den Einfluss des (in seiner Schwächungswirkung ebenfalls nachlassenden) zweiten Magnetkreises zur Folge. Im Ergebnis kann auf diese Weise ein unerwünschter Einfluss thermischer Belastungen oder Alterungseffekte auf das in der Baugruppe insgesamt erzeugte Magnetfeld vermindert oder im Idealfall vollständig eliminiert werden.
Erfindungsgemäß wird somit bewusst zunächst eine Schwächung des in der Baugruppe vom ersten Magnetkreis erzeugten (Haupt-)Magnetfeldes in Kauf genommen, um im Gegenzug eine höhere Beständigkeit dieses Magnetfeldes bzw. der hiermit einhergehenden, auf das betreffende Element in der Projektionsbelichtungsanlage ausgeübten Kraft gegenüber Temperatur- oder Alterungseffekten zu erzielen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise durch den Begriff „Magnetanordnung” sowohl eine Anordnung mit einem oder mehreren Permanentmagneten als auch eine Anordnung mit einem oder mehreren weichmagnetischen Elementen umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform wird infolge der Schwächung des durch den ersten Magnetkreis erzeugten Magnetfeldes durch die zweite Magnetanordnung die maximale auf das Element durch den ersten und den zweiten Magnetkreis bewirkte resultierende Kraft um wenigstens 5%, insbesondere wenigstens 10%, weiter insbesondere wenigstens 15%, und weiter insbesondere wenigstens 20% im Vergleich zu einer analogen Baugruppe ohne die zweite Magnetanordnung reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine temperatur- und/oder alterungsbedingte Änderung der maximalen, auf das Element durch den ersten und den zweiten Magnetkreis bewirkten resultierenden Kraft im Vergleich zu einer analogen Baugruppe ohne die zweite Magnetanordnung reduziert.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die zweite Magnetanordnung wenigstens einen zweiten Permanentmagneten.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine erste Permanentmagnet aus einem ersten Material hergestellt, und der wenigstens eine zweite Permanentmagnet ist aus einem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen Material hergestellt.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Material einen ersten Temperaturkoeffizienten auf, und das zweite Material weist einen zweiten Temperaturkoeffizienten auf, wobei der zweite Temperaturkoeffizient betragsmäßig größer als der erste Temperaturkoeffizient ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Material bei einer vorgegebenen Temperatur eine erste Remanenz auf, und das zweite Material weist bei dieser Temperatur eine zweite Remanenz auf, wobei die zweite Remanenz größer als die erste Remanenz ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste Material bei einer vorgegebenen Temperatur ein erstes Energieprodukt auf, und das zweite Material weist bei dieser Temperatur ein zweites Energieprodukt auf, wobei das zweite Energieprodukt größer als das erste Energieprodukt ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Magnetkreis wenigstens zwei durch einen Spalt voneinander getrennte Permanentmagneten auf, wobei wenigstens ein Permanentmagnet der zweiten Magnetanordnung in diesem Spalt angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform bewirkt die zweite Magnetanordnung einen magnetischen Nebenschluss in dem ersten Magnetkreis. Die zweite Magnetanordnung kann insbesondere ein weichmagnetisches Element aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Magnetanordnung wenigstens zwei relativ zueinander bewegliche Permanentmagneten auf. Diese Permanentmagneten können insbesondere einen bezogen auf eine Achse der Baugruppe radial inneren Magnetring und einen radial äußeren Magnetring aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform bildet die Baugruppe eine Gewichtskraftkompensationseinrichtung zur Kompensation der auf das Element wirkenden Gewichtskraft aus.
Dabei kann in Ausführungsformen der Erfindung die Gewichtskraftkompensationseinrichtung auch selbst als Aktor ausgebildet sein. In diesem Falle ist die Gewichtskraftkompensationseinrichtung also nicht mehr nur passiv zur Erzeugung einer einmal eingestellten und dann im Wesentlichen konstant aufrechterhaltenen Kompensationskraft ausgelegt, sondern nimmt insofern eine Doppelfunktion wahr, als sie zum einen weiterhin die Gewichtskraftkompensation gewährleistet und zum anderen in der Lage ist, eine steuerbare (Aktiv-)Kraft zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Baugruppe wenigstens eine mit einem elektrischen Strom beaufschlagbare Spule zur Erzeugung einer über wenigstens ein bewegliches Aktorelement auf das Element übertragenen, aktiv steuerbaren Kraft auf. Dieses Aktorelement kann insbesondere wenigstens einen zu der ersten Magnetanordnung gehörenden Permanentmagneten aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Element ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel.
Die Erfindung betrifft ferner eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen. Dabei kann es sich (ohne dass die Erfindung darauf beschränkt wäre) insbesondere um eine für EUV auslegte Projektionsbelichtungsanlage handeln.
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 einer Baugruppe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2–4 schematische Darstellungen einer Baugruppe gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung; und
5 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäß erzielten Kompensationseffektes.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die in 1 im Schnitt dargestellte (und bezogen auf die in z-Richtung verlaufende, strichpunktierte Achse rotationssymmetrische) Baugruppe umfasst zunächst einen Passivmagnetkreis aus einem äußeren Magnetring 131, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel radial bezogen auf die z-Achse polarisiert ist, sowie zwei radial weiter innen angeordneten Magnetringe 121, 122, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils axial bezogen auf die z-Achse polarisiert sind, wobei sowohl der äußere Magnetring 131 als auch die innen angeordneten Magnetringe 121, 122 jeweils als Permanentmagnete ausgebildet sind.
Mit „105” ist in 1 die „feste Welt” etwa in Form eines Tragrahmens oder dergleichen bezeichnet, an welchem insbesondere der radial äußere Magnetring 131 mechanisch fest angebunden ist.
Durch den durch die Magnetringe 121, 122 und 131 gebildeten Passivmagnetkreis wird in für sich bekannter Weise eine in vertikaler Richtung wirkende Kraft erzeugt, die dazu bestimmt ist, die auf ein (insbesondere optisches) Element wie z. B. einen Spiegel wirkende Gewichtskraft zu kompensieren. Dieses Element (in 1 nicht dargestellt) kann von einer in der Baugruppe mitsamt den radial inneren Magnetringen 121, 122 beweglich angeordneten Welle 110 getragen werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine Baugruppe in Form einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung beschränkt, so dass die in der Baugruppe vorhandenen Magnete auch zu einem anderen Zweck, z. B. zur nicht gewichtskraftbezogenen Aktuierung des Elements etwa in einem Lorentz-Aktor dienen können, wie im Weiteren unter Bezugnahme auf 4 noch näher erläutert wird. Des Weiteren ist auch die Realisierung als Gewichtskraftkompensationseinrichtung nicht auf die dargestellten Magnetisierungsrichtungen und Ausführungen der Magnetringe beschränkt, welche auch in vielen anderen Varianten (z. B. wie in WO 2009/093907 A1 oder EP 1 475 669 A1 beschrieben) ausgestaltet werden können. Allgemein ist die Erfindung in Anwendungen vorteilhaft realisierbar, die ein zeitlich konstantes und temperaturunabhängiges Magnetfeld erfordern.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 können die beiden radial innen angeordneten Magnetringe 121, 122 in vertikaler Richtung (d. h. höhen-)verschiebbar ausgelegt sein, wobei sie sowohl relativ zueinander als auch relativ zu dem radial äußeren Magneten 131 variabel positioniert werden können. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine Verstellbarkeit der radial inneren Magnetringe 121, 122 beschränkt, wobei insbesondere auch nur ein einziger radial innerer Magnet vorgesehen sein kann.
Wie ferner aus 1 ersichtlich ist, kann der radial innere Teil der Baugruppe über eine durch ein Parallelfedersystem aus Blattfedern 161, 162 gebildete Linearführung geführt werden.
Gemäß 1 weist die erfindungsgemäße Baugruppe zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Komponenten zwei Kompensationsmagnete 151, 152 auf, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils axial bezogen auf die z-Achse polarisiert sind, wobei ferner die Kompensationsmagnete 151, 152 relativ zueinander in entgegengesetzter Richtung polarisiert sind. Die durch die Kompensationsmagnete 151, 152 erzielte Wirkung besteht darin, dass das vom radial äußeren Magnetring 131 erzeugte und auf die radial inneren Magnetringe 121, 122 wirkende („Haupt-)Magnetfeld geschwächt wird, da die Kompensationsmagnete 151, 152 aufgrund der Richtung ihrer Polarisierung gegen dieses Hauptmagnetfeld arbeiten.
An dem mit „105” bezeichneten, die „feste Welt” repräsentierenden Tragrahmen sind außer dem radial äußeren Magnetring 131 auch die Kompensationsmagnete 151, 152 mechanisch fest angebunden.
Das Material der Kompensationsmagnete 151, 152 weist ebenso wie das Material der Magnetringe 121, 122 und 131 einen negativen Temperaturkoeffizienten auf. In konkreten Ausführungsbeispiel (und ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt wäre) sind die Magnetringe 121, 122 und 131 jeweils aus Samarium-Kobalt (Sm₂Co₁₇) hergestellt, und die Kompensationsmagnete 151, 152 sind aus Neodym-Eisen-Bor (Nd₂Fe₁₄B) hergestellt. Da letzteres Material einen höheren Temperaturkoeffizienten aufweist, kann der erfindungsgemäße Kompensationseffekt mit geringerem Material- bzw. Volumenaufwand, was die Kompensationsmagnete 151, 152 betrifft, erzielt werden.
Eine durch thermische Belastung und/oder Alterungseffekte im Material insbesondere des radial äußeren Magnetringes 131 bedingte Abnahme des Hauptmagnetfeldes kann nun infolge des Vorhandenseins der Kompensationsmagnete 151, 152 wenigstens teilweise kompensiert werden, da das von den Kompensationsmagneten 151, 152 erzeugte Magnetfeld und damit die von diesen Kompensationsmagneten 151, 152 bewirkte Schwächung des Hauptmagnetfeldes aufgrund der besagten thermischen Belastung bzw. der Alterungseffekte ebenfalls abnimmt.
Die Erfindung ist nicht auf die konkrete, in 1 gezeigte Anzahl, Anordnung und/oder Polarisierung der Kompensationsmagnete 151, 152 beschränkt. Vielmehr sind auch anderer Konfigurationen der Kompensationsmagnete denkbar, solange diese die für den erfindungsgemäßen Kompensationseffekt relevante, bei thermischer Belastung und/oder infolge von Alterung abnehmende Schwächung des Hauptmagnetfeldes bewirken.
Insgesamt stellen in der Baugruppe von 1 die Magnetringe 121, 122 und 131 eine erste Magnetanordnung dar, welche einen ersten Magnetkreis bildet, und die Kompensationsmagnete 151, 152 stellen eine zweite Magnetanordnung dar, welche einen zweiten Magnetkreis bildet, wobei das durch den ersten Magnetkreis erzeugte Magnetfeld durch die zweite Magnetanordnung geschwächt wird.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baugruppe, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit entsprechenden, um „100” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet.
Im Ausführungsbeispiel von 2 weist die Baugruppe zusätzlich Spulen 241, 242 auf, wobei mittels Beaufschlagung dieser Spulen 241, 242 mit einem elektrischen Strom nach dem Prinzip des Lorentz-Aktors eine in vertikaler Richtung wirkende, steuerbare Kraft auf das bewegte Innenteil 210 ausgeübt werden kann.
Wenngleich das Ausführungsbeispiel von 2 zwei Spulen 241, 242 zeigt, können in weiteren Ausführungsformen hierzu auch mehr oder weniger Spulen, d. h. insbesondere auch nur eine einzige Spule, vorgesehen sein. Des Weiteren kann auf solche Spulen auch ganz verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Prinzip kann somit – wie zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschrieben – ohne die in 2 vorhandenen Spulen 251, 252 realisiert werden, in welchem Falle die aktive Steuerungsmöglichkeit der durch den ersten Magnetkreis erzeugten Kraft über solche Spulen entfällt.
Die Spulen 241, 242 wirken auf die beiden axial polarisierten, radial innen angeordneten (und z. B. wiederum über eine in 2 nicht dargestellte Linearführung in vertikaler Richtung beweglichen) Magnetringe 221, 222. Mit anderen Worten wird durch die Beaufschlagung der Spulen 241, 242 mit einem elektrischen Strom eine Lorenzkraft erzeugt und damit eine Erhöhung bzw. Verringerung der erzeugten Kraft erreicht. Während allein die Anordnung aus radial inneren Magneten 221, 222 mit dem radial äußeren Magnetring 231 einen passiven Magnetkreis bildet, wird durch die zusätzliche Anordnung der Spulen 241, 242 die Anordnung aus den Spulen 241, 242 und den radial inneren Magnetringen 221, 222 zu einem aktiv steuerbaren Magnetkreis, über welchen eine aktiv steuerbare Kraft auf das Element bzw. den Spiegel übertragbar ist (wobei ferner ggf. eine Gewichtskraftkompensation über den radial äußeren Magneten 231 erfolgt).
Im Weiteren wird zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Effektes anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels auf Tabelle 1a–b und 5 Bezug genommen.
In Tabelle 1a–b ist zunächst jeweils für das im Ausführungsbeispiel verwendete Material der Magnetringe 221, 222 und 231 (Samarium-Kobalt, Sm₂Co₁₇, Tabelle 1a) sowie für das im Ausführungsbeispiel verwendete Material der Kompensationsmagnete 251, 252 (Neodym-Eisen-Bor, Nd₂Fe₁₄B, Tabelle 1b) der Einfluss der Temperatur auf die Remanenz sowie auf die Koerzitivfeldstärke dargestellt. Dabei wurden der Einfachheit halber für die Remanenz und die Koerzitivfeldstärke jeweils identische Temperaturkoeffizienten zugrundegelegt. Neben der Änderung von Remanenz und Koerzitivfeldstärke pro Grad Kelvin sind absolute Werte für beispielhafte, in der Simulation geltende Temperaturänderungen angegeben. Tabelle 1a:

Magnetmaterial 1/K –27.74 K

Sm₂Co₁₇ 0.035% –0.97

Remanenz 1.03 T 1.02 T

Koerzitivfeldstärke 755000 A/m 749715 A/m

Tabelle 1b:

Magnetmaterial 1/K –42.11 K

Nd₂Fe₁₄B 0.095% –4.00%

Remanenz 1.25 T 1.2 T

Koerzitivfeldstärke 957416 A/m 919120 A/m
5 zeigt ein Diagramm, in welchem zur Erläuterung des erfindungsgemäß erzielten Kompensationseffektes z. B. ausgehend von dem Aufbau gemäß 2 ein lediglich beispielhafter Verlauf der durch einen Magnetkreis (in z-Richtung in Koordinatensystem von 2) ausgeübten Kraft in Abhängigkeit von der Temperatur mit bzw. ohne Vorhandensein der erfindungsgemäßen Kompensationsmagnete aufgetragen ist. Dabei entspricht die gestrichelte Linie dem Verlauf ohne Vorhandensein der erfindungsgemäßen Kompensationsmagnete 251, 252, wobei die temperaturbedingte Schwächung der durch den Magnetkreis ausgeübten resultierenden Kraft erkennbar ist. Demgegenüber verdeutlicht der Verlauf der durchgezogenen Kurve in 5 den Einfluss des Vorhandenseins der erfindungsgemäßen Kompensationsmagnete 251, 252, d. h. den bei Berücksichtigung des Temperaturkoeffizienten der Kompensationsmagnete 251, 252 erhaltenen Effekt, welcher sich in einer signifikanten Abnahme der Temperatursensitivität der Baugruppe bzw. der ausgeübten Kraft äußert.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Baugruppe, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit entsprechenden, um „200” erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Im Unterschied zu 1 ist bei der Baugruppe gemäß 3 der radial äußere Magnetring 131 durch zwei äußere Magnetringe 331a, 331b ersetzt, zwischen denen ein magnetisches Nebenschlusselement 351 derart angeordnet ist, dass es den zwischen den äußeren Magnetringen 331a, 331b vorhandenen Spalt teilweise überbrückt. Infolgedessen wird aufgrund des Nebenschlusselementes 351 das resultierende, auf die radial inneren Magnetringe 321, 322 wirkende Magnetfeld bzw. die hierdurch bewirkte Kraft geschwächt. Das Nebenschlusselement 351 bewirkt – insoweit analog zu den in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorhandenen Kompensationsmagneten 151 – eine Schwächung des durch den ersten Magnetkreis (gebildet durch die radial äußeren Magnetringe 331a, 331b und die radial inneren Magnetringe 321, 322) erzeugten Magnetfeldes. Das Nebenschlusselement 351 kann aus einem geeigneten weichmagnetischen Material, beispielsweise NiFe oder CoFe, hergestellt sein. Beispielsweise kann eine Legierung mit 30% Nickel verwendet werden, um eine starke Temperaturabhängigkeit der Induktion für Einsatztemperaturen im Bereich von 20°C bis 100°C zu erzielen. Durch geringe Variation der Zusammensetzung kann ein präzises Temperaturverhalten eingestellt werden.
Eine thermische Belastung der Baugruppe infolge Temperaturerhöhung bewirkt nun neben einer Schwächung des durch den ersten Magnetkreis erzeugten Magnetfeldes auch eine Abnahme der magnetischen Leitfähigkeit im Nebenschlusselement 351, so dass analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen insgesamt der Effekt der thermischen Belastung teilweise oder im Idealfall vollständig kompensiert und somit eine höhere Insensitivität der Baugruppe gegenüber thermischen Belastungen erzielt wird.
Die Erfindung ist nicht auf eine Baugruppe in Form einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung beschränkt, so dass die in der Baugruppe vorhandenen Magnete auch zu einem anderen Zweck, z. B. zur nicht gewichtskraftbezogenen Aktuierung des Elements etwa in einem Lorentz-Aktor dienen können, wie in 4 schematisch dargestellt ist. Der in 4 dargestellte Lorentz-Aktor weist einen (im Ausführungsbeispiel als Ringmagnet ausgestalteten und axial bezogen auf die z-Achse polarisierten) Permanentmagneten 431 sowie eine Spule 441 auf, wobei mittels Beaufschlagung dieser Spule 441 mit einem elektrischen Strom eine in vertikaler Richtung wirkende, steuerbare Kraft auf den Permanentmagneten 431 ausgeübt werden kann. Mit „461” ist ein Flussführungselement bezeichnet.
Gemäß 4 weist der erfindungsgemäße Lorentz-Aktor zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Komponenten einen Kompensationsmagneten 451 auf, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel axial bezogen auf die z-Achse polarisiert sind, wobei ferner Kompensationsmagnet 451 und Permanentmagnet 431 zueinander in entgegengesetzter Richtung polarisiert sind. Die durch den Kompensationsmagneten 451 erzielte Wirkung besteht auch hier analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen darin, dass das vom Permanentmagneten 431 erzeugte und zwischen Permanentmagnet 431 und Spule 441 wirkende („Haupt-)Magnetfeld geschwächt wird, da der Kompensationsmagnet 451 aufgrund der Richtung seiner Polarisierung gegen dieses Hauptmagnetfeld arbeitet. Somit wird analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen insgesamt der Effekt der thermischen Belastung teilweise oder im Idealfall vollständig kompensiert.
In weiteren Ausführungsformen kann anstelle des Kompensationsmagneten 451 analog zu 3 auch ein magnetisches Nebenschlusselement eingesetzt werden, welches z. B. aus einem geeigneten weichmagnetischen Material, beispielsweise NiFe oder CoFe, hergestellt sein 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.

Claims

Baugruppe einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit: • einem ersten Magnetkreis, welcher durch eine erste Magnetanordnung gebildet wird, wobei die erste Magnetanordnung wenigstens einen ersten Permanentmagneten (121, 122, 131, 221, 222, 231, 321, 322, 331a, 331b, 431) umfasst; und • einem zweiten Magnetkreis, welcher durch eine zweite Magnetanordnung gebildet wird, wobei die zweite Magnetanordnung wenigstens einen zweiten Permanentmagneten (151, 152, 251, 252, 351, 451) umfasst; • wobei der wenigstens eine erste Permanentmagnet (121, 122, 131, 221, 222, 231, 321, 322, 331a, 331b, 431) aus einem ersten Material hergestellt ist und der wenigstens eine zweite Permanentmagnet (151, 152, 251, 252, 351, 451) aus einem von dem ersten Material verschiedenen zweiten Material hergestellt ist; und • wobei das erste Material einen ersten Temperaturkoeffizienten aufweist und das zweite Material einen zweiten Temperaturkoeffizienten aufweist, wobei der zweite Temperaturkoeffizient betragsmäßig größer als der erste Temperaturkoeffizient ist; und • wobei ein durch den ersten Magnetkreis erzeugtes Magnetfeld eine Kraft auf ein Element der Projektionsbelichtungsanlage bewirkt; und • wobei das durch den ersten Magnetkreis erzeugte Magnetfeld durch die zweite Magnetanordnung geschwächt wird.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass infolge dieser Schwächung die maximale auf das Element durch den ersten und den zweiten Magnetkreis bewirkte resultierende Kraft um wenigstens 5%, insbesondere wenigstens 10%, weiter insbesondere wenigstens 15%, und weiter insbesondere wenigstens 20%, im Vergleich zu einer analogen Baugruppe ohne die zweite Magnetanordnung reduziert wird.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine temperatur- und/oder alterungsbedingte Änderung der maximalen, auf das Element durch den ersten und den zweiten Magnetkreis bewirkten resultierenden Kraft im Vergleich zu einer analogen Baugruppe ohne die zweite Magnetanordnung reduziert wird.
Baugruppe nach Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material bei einer vorgegebenen Temperatur eine erste Remanenz aufweist und das zweite Material bei dieser Temperatur eine zweite Remanenz aufweist, wobei die zweite Remanenz größer als die erste Remanenz ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material bei einer vorgegebenen Temperatur ein erstes Energieprodukt aufweist und das zweite Material bei dieser Temperatur ein zweites Energieprodukt aufweist, wobei das zweite Energieprodukt größer als das erste Energieprodukt ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetkreis wenigstens zwei durch einen Spalt voneinander getrennte Permanentmagneten (331a, 331b) aufweist, wobei wenigstens ein Permanentmagnet (351) der zweiten Magnetanordnung in diesem Spalt angeordnet ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Magnetanordnung einen magnetischen Nebenschluss in dem ersten Magnetkreis bewirkt.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Magnetanordnung wenigstens ein weichmagnetisches Element aufweist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnetanordnung wenigstens zwei relativ zueinander bewegliche Permanentmagnete (121, 122, 131, 221, 222, 231, 321, 322, 331a, 331b) aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete der ersten Magnetanordnung einen bezogen auf eine Achse der Baugruppe radial inneren Magnetring und einen bezogen auf die Achse der Baugruppe radial äußeren Magnetring aufweisen.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Gewichtskraftkompensationseinrichtung zur Kompensation der auf das Element wirkenden Gewichtskraft ausbildet.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine mit einem elektrischen Strom beaufschlagbare Spule (241, 242) zur Erzeugung einer über wenigstens ein bewegliches Aktorelement auf das Element übertragenen, aktiv steuerbaren Kraft aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Aktorelement wenigstens einen zu der ersten Magnetanordnung gehörenden Permanentmagneten (121, 122) aufweist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel, ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.