DE102015210484A1

DE102015210484A1 - Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen eines Elementes in einem System

Info

Publication number: DE102015210484A1
Application number: DE102015210484.2A
Authority: DE
Inventors: Jasper Wesselingh
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2015-06-09
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einem Aspekt weist eine Dämpfungsanordnung eine erste Komponente (110, 210, 310) aus elektrisch leitfähigem Material und eine zweiten Komponente (120, 220, 320) auf, wobei bei Befestigung der ersten Komponente oder der zweiten Komponente an dem Element durch eine mit einer Schwingungsbewegung des Elements einhergehende Relativbewegung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente ein elektrischer Strom in der ersten Komponente induziert wird, welcher eine Dämpfung der Schwingungsbewegung bewirkt, und wobei die erste Komponente eine Kapazität von wenigstens 0.1 Mikrofarad (µF) aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen 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, wirken sich mechanische Störungen verursacht durch Vibrationen 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 zählen insbesondere elektromagnetische Dämpfer, denen das Wirkungsprinzip gemeinsam ist, dass durch Relativbewegung zwischen einer elektrisch leitenden Komponente z.B. in Form einer kurzgeschlossenen Spule und einer weiteren Komponente (wobei eine dieser Komponenten an dem zu dämpfenden Bauteil befestigt wird) ein den Dämpfungseffekt bewirkender elektrischer Strom erzeugt wird. Solche elektromagnetischen Dämpfer besitzen Vorteile u.a. aufgrund des fehlenden mechanischen Kontakts zwischen den beweglichen Komponenten, die Vermeidung der Einführung unerwünschter Steifigkeiten oder Reibungskräfte in das System sowie die Vermeidung von Kontaminationen (im Vergleich etwa zu Dämpfern, welche Bauteile z.B. aus Gummi verwenden).
Ein bei der Vibrationsdämpfung unter Verwendung solcher elektromagnetischer Dämpfer auftretender Nachteil ist jedoch, dass die erzielte Dämpfungswirkung mit steigender Frequenz der zu dämpfenden Schwingungen abnimmt, was auf einen Anstieg der Impedanz aufgrund der vorhandenen Induktivität bei höheren Frequenzen zurückzuführen ist. Dies führt in der Praxis zu einer Begrenzung des Frequenzbereichs, in welchem noch eine effektive Dämpfungswirkung mit elektromagnetischen Dämpfern erzielt werden kann, auf typischerweise etwa 10 Hz bis 100 Hz.
Ansätze zur Überwindung dieses Problems etwa zur Optimierung der Kennliniensteigung bzw. Motorkonstante (= „Steepness“) des elektromagnetischen Dämpfer gehen wiederum ggf. mit einer unerwünschten Vergrößerung des erforderlichen Bauraums einher.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf WO 2006/084657 A1 , WO 2007/006577 A1 , DE 10 2008 041 310 A1 , DE 10 2009 005 954 A1 , US 4,123,675 , DE 10 2013 201 305 A1 und DE 10 2012 220 925 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, bereitzustellen, welche auch bei begrenztem Bauraum eine effektive und stabile Dämpfung auch von Schwingungen mit vergleichsweise hoher Frequenz ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Dämpfungsanordnung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Eine erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, weist auf:

– eine erste Komponente aus elektrisch leitfähigem Material; und
– eine zweite Komponente;
– wobei bei Befestigung der ersten Komponente oder der zweiten Komponente an dem Element durch eine mit einer Schwingungsbewegung des Elements einhergehende Relativbewegung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente ein elektrischer Strom in der ersten Komponente induziert wird, welcher eine Dämpfung der Schwingungsbewegung bewirkt; und
– wobei die erste Komponente eine Kapazität von wenigstens 0.1 Mikrofarad (µF) aufweist.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, durch gezielte Hinzufügung einer zusätzlichen Kapazität zu einem elektromagnetischen Dämpfer eine gezielte Abstimmung bzw. Anpassung („Tuning“) des aufgebauten elektrischen Schaltkreises – welcher aufgrund der enthaltenen Induktivität und der hinzugefügten Kapazität einem LC-Schwingkreis entspricht – an einen gewünschten Frequenzbereich hinsichtlich der zu dämpfenden Schwingungen, zu ermöglichen. Insbesondere wird mit einem elektromagnetischen Dämpfer eine Dämpfung auch von Schwingungen mit höherer Frequenz ermöglicht. Der zusätzliche Kondensator führt hierbei zu einer Änderung der Impedanz, wobei diese Impedanz bei der Resonanz des LC-Schwingkreises ihren Minimalwert besitzt bzw. dem DC-Widerstand entspricht, so dass bei der Resonanzfrequenz die erzielte Dämpfung maximal ist.
Durch das Kriterium, wonach die erste Komponente eine Kapazität von wenigstens 0.1 Mikrofarad (µF) aufweist, kommt insbesondere zum Ausdruck, dass die erfindungsgemäß hinzugefügte Kapazität wesentlich größer ist als die bei einer Induktivität ohnehin vorhandene, parasitäre Kapazität (wobei diese parasitäre Kapazität typischerweise z.B. in der Größenordnung von Pikofarad (pF) liegen kann).
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Komponente eine Spule auf, an welche ein Kondensator angeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Kondensator variabel einstellbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste Komponente eine bifilare (zweiadrige) Spule auf. Eine solche bifilare Spule weist (als „selbstschwingende Spule“) eine Kapazität auf, welche ebenfalls wesentlich größer ist als die typische parasitäre Kapazität einer Spule.
Die Bereitstellung der Kapazität durch Ausgestaltung der Spule als bifilare Spule hat u.a. den Vorteil, dass auf ein zusätzliches Bauteil in Form des Kondensators verzichtet werden kann. Dadurch, dass keinerlei externe Spulenanschlüsse mehr erforderlich sind und (abgesehen von einer Spulenisolierung) ausschließlich metallische Materialien benötigt werden, kann eine etwaige Kontaminationsproblematik vermieden bzw. auf ein Minimum reduziert werden. Ferner kann i.d.R. auch eine höhere Stabilität über die Lebensdauer im Vergleich zu Kondensator-Bauteilen erzielt werden. Ein weiterer Vorteil der Ausgestaltung als bifilare Spule ist, dass infolge der geringeren Größe der elektrisch leitenden Komponente eine Abnahme der Dämpfung bei höheren Frequenzen infolge des Skin-Effekts reduziert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch eine Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit

– einer ersten Komponente aus elektrisch leitfähigem Material; und
– einer zweiten Komponente;
– wobei bei Befestigung der ersten Komponente oder der zweiten Komponente an dem Element durch eine mit einer Schwingungsbewegung des Elements einhergehende Relativbewegung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente ein elektrischer Strom in der ersten Komponente induziert wird, welcher eine Dämpfung der Schwingungsbewegung bewirkt; und
– wobei die erste Komponente eine bifilare Spule aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite Komponente einen Magneten oder ein ferromagnetisches Material auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Komponente oder die zweite Komponente als Tilgermasse über eine mechanische Feder an das Element gekoppelt.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Element ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Element ein Tragoder ein Messrahmen.
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:
1–3 schematische Darstellungen diverser Ausführungsformen elektromagnetischer Dämpfer, in welchen das erfindungsgemäße Konzept realisierbar ist;
4a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung des der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Prinzips;
5 ein Diagramm, in welchem die Dämpfungswirkung in Abhängigkeit von der Frequenz der zu dämpfenden Schwingung für eine erfindungsgemäßen Dämpfer im Vergleich zu einem herkömmlichen elektromagnetischen Dämpfer aufgetragen ist;
6 ein Schaltdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels auf Basis der Dämpferkonzepte von 1–3;
7a–c schematische Darstellungen des Aufbaus einer bifilaren Spule zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung in Draufsicht (7a) bzw. in Seitenansichten (7b und 7c);
8 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung einer auf der Verwendung einer bifilaren Spule gemäß 7a–c basierenden Ausführungsform der Erfindung;
9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines elektromagnetischen Dämpfers, in welchem das erfindungsgemäße Konzept realisierbar ist;
10 ein Bode-Diagramm für einen erfindungsgemäßen Dämpfer gemäß der Ausführungsform von 9 im Vergleich zu einem herkömmlichen elektromagnetischen Dämpfer; und
11 ein Schaltdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels auf Basis des Dämpferkonzepts von 9.
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 Dämpfung von Schwingungsbewegungen 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) oder ein beliebiges Strukturelement, beispielsweise einen Trag- oder einen Messrahmen, handeln.
Eine Dämpfungsanordnung 100 gemäß dem in 1 gezeigten Aufbau geht vom Prinzip eines Lorentzaktuator-Antriebs aus und weist eine erste Komponente 110 in Form einer elektrisch leitfähigen Spule mit einer oder mehreren Wicklung(en) und eine zweite Komponente 120 in Form eines an einer ferromagnetischen Rückschlussplatte 130 befestigten und (z.B. als Permanentmagnet ausgeführten) Magneten auf, wobei eine der Komponenten 110, 120 an dem zu dämpfenden Element (in 1 nicht dargestellt) befestigt wird.
Eine mit einer Schwingungsbewegung des Elements einhergehende Relativbewegung zwischen der ersten Komponente 110 bzw. Spule und der zweiten Komponente 120 bzw. dem Magneten hat zur Folge, dass ein elektrischer Strom in der ersten Komponente 110 bzw. Spule induziert wird, der wiederum einen Dämpfungseffekt der Schwingungsbewegung des Elements bewirkt.
Gemäß der Erfindung wird nun eine Dämpfungsanordnung z.B. gemäß mit dem Aufbau von 1 mit einer zusätzlichen Kapazität ausgestattet, so dass sich als Ersatzschaltbild nicht das in 4a gezeigte (und für eine herkömmliche Dämpfungsanordnung gültige) Ersatzschaltbild mit einer Induktivität (L) 411 und einem Widerstand (R) 412, sondern das in 4b gezeigte Ersatzschaltbild mit einer Induktivität (L) 421, einem Widerstand (R) 422 und einer Kapazität (C) 423 ergibt.
Die zusätzliche Kapazität kann insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass ein Kondensator an die elektrischen Anschlüsse der die erste Komponente 110 bildenden Spule angeschlossen wird. Die gesamte Einheit kann dann zur Kontaminationsvermeidung in einem vakuumdicht verkapselt werden.
5 zeigt in einem Diagramm einen beispielhaften Verlauf der Dämpfungswirkung einer solchen erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung in Abhängigkeit von der Frequenz der zu dämpfenden Schwingung für einen erfindungsgemäßen Dämpfer im Vergleich zu einem herkömmlichen elektromagnetischen Dämpfer, wobei ein qualitativ stark unterschiedlicher Verlauf deutlich wird.
Für den herkömmlichen elektromagnetischen Dämpfer (entsprechend dem Ersatzschaltbild von 4a und ohne die erfindungsgemäße zusätzliche Kapazität) ergibt sich oberhalb der Übergangsfrequenz der Spule eine Dämpfung, welche quadratisch mit der Frequenz der zu dämpfenden Schwingung abnimmt, wobei diese Übergangsfrequenz typischerweise im Bereich von etwa 10 Hz bis 100 Hz liegt:
mit

d: = Dämpfung [Ns/m]
Re: = Realteil der Funktion
K_M: = Motorkonstante [N/A]
Z: = komplexe Impedanz [V/A]
ω: = Frequenz [rad/s]
j: = √–1
R: = elektrischer Widerstand [Ohm]
L: = Induktivität [H]

In der erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung bewirkt der Kondensator eine Änderung der Impedanz, wobei diese Impedanz bei Resonanz des LC-Schwingkreises ihren Minimalwert besitzt (bzw. dem DC-Widerstand entspricht), so dass bei der Resonanzfrequenz die erzielte Dämpfung maximal ist. Für von der Resonanzfrequenz abweichende Frequenzen wird die Impedanz hingegen entweder durch die Kapazität oder die Induktivität dominiert, was zu einer Abnahme der Dämpfungswirkung führt. Im Ergebnis kann jedoch die Dämpfungswirkung für einen gezielt vorgebbaren höheren Frequenzbereich auf Kosten einer Abnahme der Dämpfungswirkung in einem niedrigeren Frequenzbereich gesteigert werden.
6 zeigt zur Erläuterung eines konkreten Ausführungsbeispiels ein Schaltdiagramm auf Basis des Dämpferkonzepts von 1 (oder auch der weiter unten beschriebenen Dämpferkonzepte von 2 oder 3), wobei eine Komponente der Dämpfungsanordnung an dem zu dämpfenden Element und die andere Komponente an einem (in 6 links angedeuteten) Rahmen befestigt ist. Hierbei bezeichnet m die Masse des zu dämpfenden Elementes (z.B. Spiegels), K_m bezeichnet die Motorkonstante und F die von der Dämpfungsanordnung ausgeübte Kraft.
Ein mathematisches Modell zur Beschreibung des Schaltdiagramms von 6 lautet
mit:

ẋ: = Geschwindigkeit [m/s]
F: = Kraft [N]
K_M: = Motorkonstante [N/A] = [V/(m/s)]
u: = Spannung [V]
q .: = elektrischer Strom [A] = [C/s]

q .

m: = Masse [kg]
k: = Steifigkeit [N/m]
q: = Ladung [C]
x: = Position [m]

Die maximal erzielbare Dämpfung ist:
mit:

ζ: = relative Dämpfung
m: = bewegte Masse [kg]
k: = Steifigkeit [N/m]
ω₀: = Resonanzfrequenz [rad/s]
τ: = Zeitkonstante [s]

Diese Dämpfung wird erreicht für: S = m / 4τ (5) mit

S: = Motorkonstante (= „Steepness“) [N²/W] = [Ns/m]

Die erforderliche, in Reihe geschaltete Kapazität ergibt sich zu C = ω 2 / 0L = k / mL (6) mit:

C: = Kapazität [F]

Hierbei ist τ = L/R die Zeitkonstante der Dämpfungsanordnung. Die zu dämpfende Masse ergibt sich aus der Kennliniensteigung bzw. Motorkonstante (= „Steepness“) der Dämpfungsanordnung zu m = 4Sτ.

In Tabelle 1 sind anhand von zwei konkreten Ausführungsbeispielen jeweils Werte für die Kennliniensteigung bzw. Motorkonstante (= „Steepness“) S, die Zeitkonstante τ, die Kapazität C, die bewegte Masse, die statische Masse sowie für die letztendlich erreichbare relative Dämpfung ζ angegeben. Die Werte zu “Beispiel A“ wurden dabei so ermittelt, dass im Ergebnis eine relative Dämpfung von ζ = 2 % erzielt wird. Dabei wurde im Beispiel von einer modalen Masse von 60 kg bei einer Frequenz von 1000 Hz ausgegangen. Die Werte zu “Beispiel B“ entsprechen beispielhaften standardmäßig erhältlichen Komponenten, wobei hier immerhin noch eine relative Dämpfung von ζ = 0.47 % erzielt werden kann. Tabelle 1:

Parameter	Beispiel A	Beispiel B
Rel. Dämpfung ζ [%]	2	0.47
Motorkonstante S [N²/W] = [Ns/m]	7540	3352
Zeitkonstante τ [ms]	1.99	1.15
Kapazität C [µF]	2.6	4.7
bewegliche Masse Dämpfer [kg]	3	1.45
statische Masse Dämpfer [kg]	20	11

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Bereitstellung der zusätzlichen Kapazität durch Anschluss eines Kondensators an die elektrischen Anschlüsse der Spule beschränkt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die zusätzliche Kapazität auch dadurch bereitgestellt werden, dass die Spule selbst mit einer Kapazität ausgestattet wird, welche wesentlich größer als die typische parasitäre Kapazität (von z.B. wenigen pF) ist, indem die Spule als bifilare Spule ausgestaltet wird.
Eine solche bifilare Spule 700 mit zwei Windungen 710, 720 ist schematisch in 7a–c angedeutet, wobei 7a eine Draufsicht zeigt und 7b bzw. 7c entsprechende Seitenansichten zeigen.
8 zeigt ein entsprechendes Ersatzschaltbild. Die jeweils erzielte Resonanzfrequenz ist i.W. durch die Windungsanzahl und das Volumen der bifilaren Spule bestimmt.
Die Bereitstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Kapazität durch Ausgestaltung der Spule als bifilare Spule kann sowohl in Verbindung mit dem anhand von 1 beschriebenen Dämpferkonzept als auch in Verbindung mit anderen, im Weiteren unter Bezug auf 2, 3 bzw. 9 beschriebenen Dämpferkonzepten realisiert werden.
Eine Dämpfungsanordnung 200 gemäß dem in 2 gezeigten Aufbau geht vom Prinzip eines Reluktanzaktuator-Antriebs aus und weist einen (z.B. als Permanentmagnet ausgeführten) Magneten 220 sowie einen relativ zu diesem beweglichen Eisenkern bzw. ein ferromagnetisches Material 240 auf, wobei auf dem Magneten 220 eine Spule 210 angeordnet ist. Magnet 220 und Spule 210 bilden ein erstes Bauteil, und der Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 240 bildet ein zweites Bauteil, wobei eines dieser beiden Bauteile mit der zu dämpfenden Struktur fest verbunden ist. Zwischen dem den Magneten 220 und die Spule 210 aufweisenden ersten Bauteil und dem durch den Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 240 gebildeten zweiten Bauteil befindet sich ein (Luft-)Spalt 215, wobei jede Änderung der Größe dieses Spalts 215 infolge der mit der zu dämpfenden Vibration einhergehenden Relativbewegung zwischen Eisenkern 230 und Magnet 210 zu einer Änderung des magnetischen Flusses und zu einem elektrischen Strom in der Spule 220 und damit wiederum zu einer Energiedissipation infolge des elektrischen Widerstandes der Spule 220 und somit zu einer Dämpfung des zu dämpfenden Elementes bzw. der zu dämpfenden Struktur führt. Gemäß 2 wird zusätzlich über ein Flussführungselement 230, welches ebenfalls aus Eisen hergestellt sein kann, der magnetische Fluss, dessen Verlauf in 3 strichpunktiert dargestellt ist und der durch den Magneten 220 erzeugt wird, bis hin zum Spalt 215 geführt, so dass vom magnetischen Fluss nur im Spalt 215 selbst ein Bereich mit vergleichsweise hoher Reluktanz überwunden werden muss.
Eine Dämpfungsanordnung 300 gemäß dem in 3 gezeigten Aufbau geht vom Prinzip eines Linearmotors aus und weist eine erste Komponente 310 in Form einer elektrisch leitfähigen Platte und eine zweite Komponente in Form eines an einer ferromagnetischen Rückschlussplatte 330 befestigten und (z.B. als Permanentmagnet ausgeführten) Magneten 320 auf.
9 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines elektromagnetischen Dämpfers, in welchem das erfindungsgemäße Konzept realisierbar ist. Der Aufbau von 9 geht zunächst wiederum vom Aufbau von 2 (d.h. einem Reluktanzaktuator-Antrieb mit kurzgeschlossem Aktuator) aus, wobei im Vergleich zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit um „700“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Gemäß 9 wird ferner der mit dem Flussführungselement 930 geschlossen ausgebildete Magnetkreis auf Seiten des Magneten 920 als Tilgermasse ausgelegt bzw. über eine mechanische Feder 960 an die zu dämpfende Struktur 905 angekoppelt. Gemäß 9 wird diese Tilgermasse insbesondere gebildet durch Magnet 920, Spule 910 und Flussführungselement 930, sowie ferner ein Gehäuseteil 950, welches eine im Weiteren noch erläuterte Justiereinrichtung aufweist. Mit „940“ ist in 9 ein Eisenkern bzw. ferromagnetisches Material bezeichnet.
In der Dämpfungsanordnung 900 von 9 liegt gewissermaßen eine Parallelschaltung der mechanischen Feder 960 (welche eine konstante positive Steifigkeit aufweist) und der über den Spalt 915 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 960 und der (negativen) Steifigkeit der magnetischen Kopplung über den Spalt 915 zusammensetzt. Dabei ist die (negative) Steifigkeit der magnetischen Kopplung über den Spalt 915 hinweg durch Einstellung der Größe d des Spaltes 915 justierbar. Durch die Einstellung der Größe d des Spaltes 915 mittels der (in 9 lediglich schematisch über ein Gewinde angedeuteten) Justiereinrichtung kann somit im Aufbau von 9 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 werden kann.
In die Dämpfungsanordnung gemäß 9 wird nun analog zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen eine zusätzliche Kapazität dadurch eingeführt, dass entweder ein Kondensator an die elektrischen Anschlüsse der Spule 910 angeschlossen oder diese Spule 910 als bifilare Spule ausgestaltet wird. Durch diese zusätzliche Kapazität kann die Resonanzfrequenz des so gebildeten Schwingkreises entsprechend vorgegeben bzw. – bei variabler Einstellbarkeit der Kapazität – angepasst werden. Im Falle der Ausgestaltung der Spule 910 als bifilare bzw. „selbstschwingende“ Spule sollte diese derart ausgelegt werden, dass die über das Gewinde eingestellte Änderung der Größe d des Spaltes 915 zu einer entsprechenden Änderung in der Gesamt-Steifigkeit und -Induktivität führt, so dass die mechanischen und elektrischen Resonanzen entsprechend angepasst sind.
11 zeigt wiederum zur Erläuterung eines konkreten Ausführungsbeispiels ein Schaltdiagramm auf Basis des Dämpferkonzeptes von 9, wobei das zu dämpfende Element (mit der Masse m₁) hier an einem (in 11 links angedeuteten) Rahmen angebunden ist (in weiteren Ausführungsformen jedoch auch frei schwingen kann). K_m bezeichnet die Motorkonstante und F die von der Dämpfungsanordnung ausgeübte Kraft. An dem zu dämpfenden Element wird eine zweite Masse angebunden, die einen Teil der Aktuatormasse bzw. die Dämpfermasse bildet und bei der es sich ausgehend von 9 entweder um den Eisenkern bzw. das ferromagnetische Material 940 oder um die Spule 910 handeln kann. Die Steifigkeit k₁₂ ergibt sich aus der mechanischen Konstruktion, und die Kraft F wird wieder über den dargestellten Schaltkreis als Dämpferkraft erzeugt. Ein mathematisches Modell zur Beschreibung des Schaltdiagramms von 11 lautet
Für die maximal erreichbare Dämpfung ergibt sich hier
Diese Dämpfung wird etwa erreicht für
Die dementsprechend erforderliche Kapazität ergibt sich zu

In Tabelle 2 sind (analog zu Tabelle 1) wiederum auf Basis des Dämpferkonzeptes von 9 anhand von zwei weiteren konkreten Ausführungsbeispielen jeweils Werte für die Kennliniensteigung bzw. Motorkonstante (= „Steepness“) S, die Zeitkonstante τ, die Kapazität C, die bewegte Masse und die statische Masse sowie für die letztendlich erreichbare relative Dämpfung ζ angegeben. Die Werte zu “Beispiel C“ wurden dabei so ermittelt, dass im Ergebnis eine relative Dämpfung von ζ = 5% erzielt wird. Die Werte zu “Beispiel D“ entsprechen beispielhaften standardmäßig erhältlichen Komponenten, wobei hier immerhin noch eine relative Dämpfung von ζ = 3.6% erzielt werden kann. Tabelle 2:

Parameter	Beispiel C	Beispiel D
Rel. Dämpfung ζ [%]	5	3.6
Motorkonstante S [N²/W] = [Ns/m]	112	104.5
Zeitkonstante τ [ms]	0.53	0.56
Kapazität C [µF]	10.9	10.4
bewegliche Masse Dämpfer [kg]	0.2	0.2
statische Masse Dämpfer [kg]	0.5	0.95

10 zeigt ein Bode-Diagramm für einen erfindungsgemäßen Dämpfer gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem herkömmlichen elektromagnetischen Dämpfer.
Ohne Dämpfung ergeben sich drei ungedämpfte Resonanzen, wobei zwei dieser Resonanzen auf die beweglichen Massen und eine der Resonanzen auf den elektrischen Schaltkreis zurückzuführen sind. Durch die erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung (d.h. unter Einsatz der zusätzlichen Kapazität) kann erreicht werden, dass lediglich eine gedämpfte Resonanz verbleibt. Ohne Einsatz der zusätzlichen Kapazität wird nur eine um einen Faktor von ca. 20 reduzierte, geringe Dämpfung erzielt.
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 [0008]
WO 2007/006577 A1 [0008]
DE 102008041310 A1 [0008]
DE 102009005954 A1 [0008]
US 4123675 [0008]
DE 102013201305 A1 [0008]
DE 102012220925 A1 [0008]

Claims

Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einer ersten Komponente (110, 210, 310, 910) aus elektrisch leitfähigem Material; und • einer zweiten Komponente (120, 220, 320, 940); • wobei bei Befestigung der ersten Komponente oder der zweiten Komponente an dem Element durch eine mit einer Schwingungsbewegung des Elements einhergehende Relativbewegung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente ein elektrischer Strom in der ersten Komponente induziert wird, welcher eine Dämpfung der Schwingungsbewegung bewirkt; und • wobei die erste Komponente eine Kapazität von wenigstens 0.1 Mikrofarad (µF) aufweist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (110, 210, 310, 910) eine Spule aufweist, an welche ein Kondensator angeschlossen ist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator variabel einstellbar ist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (110, 210, 310, 910) eine bifilare Spule aufweist.
Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von Schwingungsbewegungen eines Elementes in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, mit • einer ersten Komponente (110, 210, 310, 910) aus elektrisch leitfähigem Material; und • einer zweiten Komponente (120, 220, 320, 940); • wobei bei Befestigung der ersten Komponente oder der zweiten Komponente an dem Element durch eine mit einer Schwingungsbewegung des Elements einhergehende Relativbewegung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente ein elektrischer Strom in der ersten Komponente induziert wird, welcher eine Dämpfung der Schwingungsbewegung bewirkt; und • wobei die erste Komponente eine bifilare Spule aufweist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente einen Magneten oder ein ferromagnetisches Material aufweist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (910) oder die zweite Komponente (940) als Tilgermasse über eine mechanische Feder (960) an das Element gekoppelt ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel, ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Trag- oder ein Messrahmen ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 200 nm, insbesondere weniger als 160 nm, ausgelegt ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 15 nm ausgelegt ist.