DE102015217119A1

DE102015217119A1 - Elektromagnetischer Antrieb mit einem Stator und einem Statorhalter

Info

Publication number: DE102015217119A1
Application number: DE102015217119.1A
Authority: DE
Inventors: Jasper Wesselingh; Axel Lorenz
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-03-09
Also published as: KR20180049025A; US20180191233A1; KR102635990B1; US10274846B2; WO2017042024A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb mit einem Stator (5), einem Statorhalter (6) und einem durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator (5) beweglichen Betätigungselement (7). Der Statorhalter (6) weist wenigstens zwei getrennt nebeneinander verlaufende, elektrisch leitfähige Pfade (9, 10) auf. Jeweils zwei getrennt nebeneinander verlaufende Pfade (9, 10) bilden ein Pfadpaar (11) aus, wobei die Pfade (9, 10) des Pfadpaares (11) an ihren jeweiligen Enden (9a, 10a) bzw. (9b, 10b) elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Die Pfade (9, 10) des Pfadpaars (11) sind derart angeordnet, dass der Stator und/oder das Betätigungselement (5) entgegengerichtet wirkende Wirbelströme in die Pfade (9, 10) induziert.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb mit einem Stator und einem Statorhalter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik welche wenigstens ein optisches Element aufweist.
Elektromagnetische Antriebe, basierend auf den bekannten physikalischen Phänomenen der Lorentz- oder Reluktanzkraft, werden im Stand der Technik für eine Vielzahl von aktuatorischen Aufgaben eingesetzt. Unter Zuhilfenahme von elektrischen Spulen und magnetischen Materialien wird die Wechselwirkung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern und eine entstehende Kraftwirkung dahingehend ausgenutzt, dass die elektrische Energie letztendlich in mechanische Energie umgewandelt wird. Nach diesem Prinzip können entweder rotierende oder lineare (translatorische) Bewegungen ausgeführt werden.
Elektromagnetische Antriebe werden unter anderem in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie eingesetzt, um optische Elemente in deren Beleuchtungssystemen mechanisch zu beeinflussen bzw. zu manipulieren bzw. zu deformieren um beispielsweise den Strahlengang einer Strahlungsquelle zu steuern.
Aus der WO 2005/026801 A2 ist es hierzu bekannt, für EUV-Projektionsbelichtungsanlagen optische Elemente wie Spiegel unter Einsatz von ansteuerbaren Bewegungsachsen durch Lorentz-Aktuatoren in mehreren Freiheitsgraden zu verstellen. Hierzu können Tauchspulenaktuatoren verwendet werden, wobei ein linear bewegliches Betätigungselement (Translator) in Form eines Magneten durch elektromagnetische Wechselwirkung mit einer statisch montierten, den Translator umgebenden Spule, mechanisch beeinflusst wird. Der Translator ist dabei mit dem optischen Element verbunden, auf das sich eine ausgeführte Bewegung direkt übertragen kann. Die Spule selbst, die in dieser Realisierung als Stator ausgebildet ist, ist bei einer solchen Anordnung über einen Stator, bzw. Spulenhalter mit umgebenden Strukturen, beispielsweise einem Gehäuseteil, verbunden.
Nachteilig bei einem solchen elektromagnetischen Antrieb mit einer Spule und einem Spulenhalter ist, dass auch der Spulenhalter in induktiver Wechselwirkung mit der Spule steht. Durch den Stromfluss in der Spule wird ein magnetisches Feld erzeugt, welches neben der gewünschten Wirkung auf den Translator bzw. Rotor zusätzlich parasitäre Wirbelströme in naheliegenden leitfähigen Materialien wie dem Spulenhalter induziert. Die vorgenannten Wirbelströme erzeugen nun ebenfalls ein magnetisches Feld, welches dem Ursprungsfeld der Spule entgegenwirkt. Hierdurch wird die Effizienz der Energieumwandlung des Antriebs bzw. eine Kraftwirkung auf den Translator bzw. den Rotor vermindert. Insbesondere bei hohen Frequenzen können somit in einem Regelkreis bedingt durch Verzögerungen der Stellgröße Regelfehler bis hin zur Instabilität des Systems auftreten. Ein vergleichbarer Nachteil tritt auch dann auf, wenn bei einer alternativen Ausgestaltung das Betätigungselement als Spule und der Stator als Magnet, oder aber beide Einrichtungen als Spulen, ausgebildet sind.
Um eine ungewünschte Induktion von Wirbelströmen in dem Spulenhalter auszuschließen bzw. zu reduzieren, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, ein nicht leitendes Material für die Ausbildung des Spulenhalters zu verwenden. Allerdings ist es in einer Mehrzahl der Anwendungen erforderlich, eine auftretende Verlustwärme der Spule durch eine hinreichende thermische Leitfähigkeit des Spulenhalters abzuleiten um die Lebensdauer der Spule zu erhöhen. Es ist bekannt, dass Materialien mit einer guten thermischen Leitfähigkeit meist ebenfalls eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Eine Ausnahme bilden Keramiken, die schlechte elektrische Leiter aber gute thermische Leiter sind. Die Verarbeitung von Keramiken ist allerdings technisch aufwändig und führt zu deutlich höheren Bauteiltoleranzen als beispielsweise die für Metalle gängigen Metallverarbeitungsverfahren.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung zur Verminderung von ungewünschten induzierten Wirbelströmen besteht darin, den langen elektrisch leitfähigen Pfad im Spulenhalter durch elektrisch isolierende Schlitze zu verkleinern. Der Spulenhalter wird somit in kleinere Segmente aufgeteilt, so dass ein durchgängiger Stromfluss durch das gesamte Bauteil nicht mehr entstehen kann. Allerdings werden bei dieser Lösung in den Einzelsegmenten Wirbelströme lokal induziert und der negative Einfluss kann so nur bedingt abgeschwächt werden.
Alternativ zu den vorgenannten Lösungskonzepten ist auch ein sogenannter Schwingspulenüberhang aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird die Spule über das notwendige Maß derart ausgedehnt, dass der Spulenhalter in ausreichend großer Entfernung vom Translator bzw. Rotor angebracht werden kann. Eine störende Kraftwirkung des vom Spulenhalter ausgehenden, parasitären Magnetfelds auf den Translator bzw. Rotor soll damit ausgeschlossen bzw. reduziert werden. Nachteilig bei dieser Lösung sind allerdings eine vergrößerte Bauform, eventuelle durch Hebelwirkung erhöhte Vibrationsübertragung sowie höhere elektrische Verluste durch die vergrößerte Spule, die aufgrund von verstärkter Hitzeentwicklung auch die Lebensdauer negativ beeinflussen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Antrieb so auszubilden, dass ein Statorhalter eine Bewegung eines Betätigungselements möglichst wenig beeinflusst, wobei der Statorhalter eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und aus einfach zu bearbeitenden Materialien herstellbar sein soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem effizienten, einfach herstellbaren und zuverlässig zu steuernden elektromagnetischen Antrieb zur Verstellung bzw. Manipulation eines optischen Elements bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird für einen elektromagnetischen Antrieb durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Antrieb weist einen Stator, einen Statorhalter und ein durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator bewegliches Betätigungselement auf. Bei dem Betätigungselement kann es sich insbesondere um ein linear bzw. translatorisch bewegbares Betätigungselement, insbesondere einen beweglichen Magnet (Translator), oder um ein rotierbares Betätigungselement handeln. Bei dem Betätigungselement kann es sich auch um eine Spule handeln.
Erfindungsgemäß weist der Statorhalter wenigstens zwei getrennt nebeneinander verlaufende, elektrisch leitfähige Pfade auf, wobei jeweils zwei getrennt nebeneinander verlaufende Pfade ein Pfadpaar bilden und die Pfade des Pfadpaares an ihren jeweiligen Enden elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, und wobei die Pfade des Pfadpaares derart angeordnet sind, dass der Stator und/oder das Betätigungselement entgegengerichtet bzw. gegeneinander wirkende Wirbelströme in die Pfade induziert.
Bei dem Stator handelt es sich vorzugsweise um eine Spule. Vorzugsweise ist dabei dann das Betätigungselement als Magnet ausgebildet. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass der Stator und das Betätigungselement gleichermaßen als Spulen ausgebildet sind.
Bei dem Stator kann es sich jedoch auch um einen Magneten handeln. In diesem Fall ist dann das Betätigungselement als Spule ausgebildet. Eine derartige Konfiguration hat den Vorteil, dass weniger Masse bewegt werden muss. Im Hinblick auf eine verbesserte Wärmeabführung der Spule und eine vereinfachte Kabelführung ist es allerdings zumeist von Vorteil, den Stator als Spule und das Betätigungselement als Magnet auszubilden.
Dadurch, dass der Statorhalter wenigstens zwei Pfade aufweist, die ein Pfadpaar bilden, in das der Stator und/oder das Betätigungselement entgegengerichtet wirkende Wirbelströme induziert, heben sich die induzierten Ströme in den Pfaden wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig auf, so dass der Statorhalter selbst nur noch ein geringes bzw. vorzugsweise kein durch die Wirbelströme bedingtes magnetisches Feld erzeugt. Somit weist der Statorhalter kein bzw. kein signifikantes magnetisches Feld mehr auf, welches dem Ursprungsfeld des Stators und/oder Betätigungselements, das zur Betätigung des beweglichen Betätigungselements vorgesehen ist, entgegenwirken kann.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann ein Statorhalter realisiert werden, der mindestens ein Pfadpaar mit zwei Pfaden aufweist, wobei ein Pfad des Pfadpaars als Rückführung ausgebildet ist, so dass die resultierende Induktivität des Statorhalters nahe bei Null liegt, vorzugsweise Null ist.
Von Vorteil ist es, wenn der Statorhalter genau zwei Pfade aufweist, deren jeweilige Enden elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, d. h. dass die Pfade im Bereich ihrer Enden jeweils eine Kurve bzw. eine Windung aufweisen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann jeder von dem Stator und/oder dem Betätigungselement in einen ersten Pfad eines Pfadpaares induzierte Strom durch einen in den zweiten Pfad des Pfadpaares induzierten und entgegengerichtet wirkenden Strom aufgehoben werden.
Vorzugsweise sind die elektrisch leitfähigen Pfade derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass eine Induktionswirkung des Stators und/oder des Betätigungselements auf den Statorhalter wenigstens annähernd aufgehoben ist.
Der sogenannte induktive Koppelfaktor ist ein Maß für die gegenseitige Induktionswirkung zwischen dem Stator / dem Betätigungselement und dem Statorhalter. Üblicherweise liegt dieser Faktor im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5, typischerweise etwa bei 0,3. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Statorhalters kann hier eine Verbesserung erzielen und den Stator / das Betätigungselement und den Statorhalter induktiv voneinander entkoppeln. Die erfindungsgemäße Lösung kann insbesondere zur Folge haben, dass ein induktiver Koppelfaktor zwischen dem Stator / dem Betätigungselement und dem Statorhalter geringer ist als 0,1, oder besonders bevorzugt geringer ist als 0,01. Idealerweise kann der induktive Koppelfaktor bei erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Statorhalters gleich Null sein.
Selbst wenn aufgrund von Toleranzen oder Frequenzabhängigkeiten die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Stator und/oder dem Betätigungselement und dem Statorhalter in die einzelnen Pfade nicht genau identisch ist und dadurch einer der Pfade eine quantitativ größere Stromstärke aufweist, werden sich die entgegengerichtet wirkenden Wirbelströme der Pfade eines Pfadpaares aufgrund ihrer entgegengesetzten Richtung im Wesentlichen gegeneinander aufheben, so dass das Magnetfeld, welches sich aus der Differenz der beiden Stromstärken ergibt, sehr schwach bzw. nicht mehr störend ist.
Von Vorteil ist es weiter, wenn die Pfade eines Pfadpaares derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass sich die in die Pfade eines Pfadpaares induzierten Wirbelströme quantitativ wenigstens annähernd entsprechen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass sich die Flussrichtung des Stroms in dem jeweiligen Pfad eines Pfadpaars vollständig bzw. zumindest im Wesentlichen durch die magnetische Wechselwirkung mit dem Stator und/oder dem Betätigungselement ergibt, und sich die entgegengerichtet wirkenden Ströme in den Pfaden eines Pfadpaars vollständig bzw. annähernd vollständig aufheben.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Statorhalter zumindest einen in Axialrichtung verlaufenden Spalt derart aufweist, dass der Statorhalter zumindest zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende und voneinander beabstandete Enden aufweist.
Durch die Ausbildung eines in Axialrichtung verlaufenden Spalts, der sich durch den Statorhalter erstreckt, wird ein durchgängiger Stromfluss durch das gesamte Bauteil vermieden. In den Spalt kann gegebenenfalls ein Kleber und/oder ein Isolator eingebracht werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Enden der Pfade eines Pfadpaares jeweils im Bereich der sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden des Statorhalters elektrisch miteinander verbunden sind.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass sich der gesamte in den Statorhalter induzierte Strom durch die entgegengerichtete Flussrichtung des Stroms in den Pfaden weitgehend bzw. vollständig aufhebt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Statorhalter mehrere in Umfangsrichtung elektrisch voneinander getrennte Statorhaltersegmente aufweist, wobei die Statorhaltersegmente jeweils wenigstens zwei getrennt nebeneinander verlaufende, elektrisch leitfähige Pfade aufweisen, wobei jeweils zwei getrennt nebeneinander verlaufende Pfade ein Pfadpaar bilden und die Pfade des Pfadpaares eines Statorhaltersegments an ihren jeweiligen Enden elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.
Durch die optional mögliche Ausgestaltung des Statorhalters mit mehreren getrennten Statorhaltersegmenten wird ein durchgängiger Stromfluss durch das gesamte Bauteil vermieden und die jeweils in die Statorhaltersegmente induzierten Ströme quantitativ gering gehalten.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stator axial an dem Statorhalter angeordnet ist, wobei wenigstens die Pfade eines Pfadpaars auf dem Statorhalter radial versetzt zueinander angeordnet sind.
Eine axiale Anordnung des Stators auf dem Statorhalter hat sich für viele Anwendungen als geeignet herausgestellt. Um zu erreichen, dass sich die in die Pfade eines Pfadpaares induzierten Wirbelströme gegenseitig aufheben, hat es sich als besonders geeignet herausgestellt, wenn bei einer axialen Befestigung des Stators auf dem Statorhalter die Pfade eines Pfadpaars auf dem Statorhalter radial versetzt zueinander angeordnet sind.
Für eine axiale Befestigung des Stators auf dem Statorhalter hat es sich ferner als besonders geeignet herausgestellt, wenn der Statorhalter genau ein aus zwei Pfaden gebildetes Pfadpaar aufweist, wobei die Pfade radial versetzt zueinander angeordnet sind.
Von Vorteil ist es, wenn die Pfade eines Pfadpaars auf dem Statorhalter als Befestigungsfläche zur Befestigung des Stators, gegebenenfalls unter Verwendung eines Klebers, dienen. Das heißt, der Stator liegt unmittelbar an den Pfaden eines Pfadpaares gegebenenfalls auch den Pfaden mehrerer Pfadpaare an.
Von Vorteil ist es, wenn bei einer axialen Befestigung des Stators auf dem Statorhalter die Pfade eines Pfadpaares durch einen zwischen ihren Enden in Axialrichtung verlaufenden und elektrisch isolierenden Spalt gebildet sind.
Durch die Spalte lassen sich in einfacher Weise Pfade eines Pfadpaares auf dem Statorhalter ausbilden. Der Verlauf des Spaltes hat ferner den Vorteil, dass der Spalt nicht in relevanter Weise die Abführung der Verlustwärme des Stators, bzw. einer Spule reduziert, so dass die Wärmeabführung nicht negativ beeinflusst wird.
Von Vorteil ist es, wenn die Spalte sehr dünn ausgebildet sind, um die Abführung der Verlustwärme des Stators, bzw. einer Spule praktisch nicht zu beeinflussen. Die Stärke der Spalte kann dabei vorzugsweise derart gewählt werden, dass sichergestellt ist, dass die beiden Pfade elektrisch voneinander isoliert sind. In den Spalt zwischen zwei nebeneinander verlaufenden elektrisch leitfähigen Pfaden eines Pfadpaares kann gegebenenfalls ein Kleber und/oder ein Isolator eingebracht werden.
Die Pfade eines Pfadpaares sind – wie bereits ausgeführt – vorzugsweise derart gestaltet und/oder angeordnet, dass sich die in die Pfade eines Pfadpaares induzierten Wirbelströme quantitativ wenigstens annähernd entsprechen. Eine konstruktive Symmetrie der Pfade kann daher von Vorteil sein. Nachdem bei einer radial zueinander versetzten Anordnung der Pfade eines Pfadpaares der äußere Pfad länger ist als der innere Pfad, kann es in Abhängigkeit der Konstruktion des Statorhalters und/oder des Stators und/oder des Betätigungselements von Vorteil sein, anderweitig eine Symmetrie in der gegenseitigen Induktivität zwischen Stator und/oder Betätigungselement und Pfadpaaren des Statorhalters herzustellen. Es ist von Vorteil, die Pfade derart zu gestalten oder verlaufen zu lassen, dass sich die in die Pfade induzierten Wirbelströme quantitativ wenigstens annähernd entsprechen bzw. die Induktionswirkung des Stators und/oder des Betätigungselements auf den Statorhalter wenigstens annähernd aufgehoben ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein radial innerer Pfad eines Pfadpaares in Axialrichtung kürzer ausgebildet ist und/oder eine geringere radiale Stärke aufweist als ein daneben verlaufender, radial weiter außen liegender Pfad des Pfadpaares.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stator radial an dem Statorhalter angeordnet ist, wobei wenigstens die Pfade eines Pfadpaares auf dem Statorhalter axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Bei einer radialen Befestigung des Stators an dem Statorhalter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Pfade eines Pfadpaares auf dem Statorhalter axial versetzt zueinander angeordnet sind. Von Vorteil ist es dabei, wenn der Statorhalter genau ein Pfadpaar aufweist, dessen beide Pfade axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Eine konstruktive Symmetrie der Gestaltung der Pfade lässt sich bei einer radialen Anordnung des Stators auf einem Statorhalter besonders einfach erreichen, so dass sich die in die Pfade eines Pfadpaares induzierten Wirbelströme quantitativ wenigstens annähernd entsprechen und der Statorhalter aufgrund der entgegengerichteten Wirkung der Wirbelströme in den Pfaden kein bzw. kein relevantes magnetisches Feld ausbildet.
Von Vorteil ist es, wenn die Pfade der Pfadpaare als Befestigungsfläche zur Befestigung des Stators an dem Statorhalter ausgebildet sind, vorzugsweise der Stator unmittelbar gegebenenfalls unter Verwendung eines Klebers an dem Statorhalter bzw. Pfaden der Pfadpaare befestigt ist.
Von Vorteil ist es, wenn die Pfade eines Pfadpaares bei einer radialen Befestigung des Stators an dem Statorhalter durch einen zwischen ihren Enden in Radialrichtung verlaufenden und elektrisch isolierenden Spalt gebildet sind.
Bei einer radialen Befestigung des Stators an dem Statorhalter lassen sich die Pfade in besonders einfacher Weise durch einen in Radialrichtung verlaufenden und elektrisch isolierenden Spalt bilden. Der Spalt beeinträchtigt dabei die Abführung der Verlustwärme des Stators, bzw. der Spule praktisch nicht. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn der Spalt möglichst dünn ausgebildet ist, vorzugsweise derart, dass eine elektrische Isolierung der beiden Pfade zwischen ihren Enden gegeben ist und andererseits die Wärmeleitfähigkeit weiterhin maximiert ist. In den Spalt zwischen zwei nebeneinander verlaufenden elektrisch leitfähigen Pfaden eines Pfadpaares kann gegebenenfalls ein Kleber und/oder ein Isolator eingebracht werden.
Von Vorteil ist es, wenn der Statorhalter den Stator einkapselt. Ein Einkapseln des Stators durch den Statorhalter ist von Vorteil, um bei einem Ausgasen insbesondere von Spulenwicklungen eine Kontaminierung eines den elektromagnetischen Antrieb umgebenden Vakuums – was insbesondere bei der Verwendung des elektromagnetischen Antriebs in einer EUV Projektionsbelichtungsanlage relevant ist – zu vermeiden.
Der Stator kann vorzugsweise den nachfolgenden Aufbau aufweisen. Zur Befestigung an dem Statorhalter kann der Stator eine Befestigungsfläche aufweisen. An einem der Befestigungsfläche gegenüberliegenden Ende weist der Stator dabei im Allgemeinen eine freiliegende Fläche auf. Ferner weist der Stator in der Regel zwei vorzugsweise rechtwinklig zu der Befestigungsfläche bzw. der freiliegenden Fläche angeordnete und zueinander parallel verlaufende Seitenflächen auf. Zum Einkapseln des Stators kann somit vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Statorhalter an die Befestigungsfläche angrenzt und jeweils ein elektrisch leitender Pfad eine Seitenfläche umfasst, und sich die beiden elektrisch leitenden Pfade entlang der freiliegenden Fläche des Stators aufeinander zu erstrecken, um den Stator einzukapseln. Dabei ist in dieser Ausgestaltung vorzugsweise vorgesehen, dass sich die beiden Enden der elektrisch leitenden Pfade im Bereich der freiliegenden Fläche des Stators nicht kontaktieren, sondern zwischen den Pfaden eine elektrisch isolierende Schicht, vorzugsweise ein Kleber, eingebracht ist. Eine derartige Ausbildung eignet sich insbesondere bei einem Statorhalter, an dem der Stator radial befestigt ist.
Bei einem Statorhalter, an dem der Stator axial befestigt ist, ist vorzugsweise wiederum vorgesehen, dass der Statorhalter an die Befestigungsfläche des Stators angrenzt. Dabei soll jeweils ein elektrisch leitender Pfad wenigstens teilweise eine Seitenfläche des Stators umfassen, wobei eine Abdeckung vorgesehen ist, welche wenigstens die freiliegende Fläche des Stators abdeckt, und wobei die Abdeckung mit den beiden Pfaden verbunden ist, um den Stator einzukapseln. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Abdeckung elektrisch isolierend mit wenigstens einem der beiden Pfade verbunden ist, wozu vorzugsweise eine Isolierschicht, insbesondere ein Kleber, eingesetzt werden kann. Die Abdeckung kann auch mit beiden Pfaden entsprechend isolierend verbunden sein. Die Abdeckung kann vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Titan, ausgebildet sein. Ferner ist es vorstellbar, dass die Abdeckung selbst elektrisch isolierend ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann dann gegebenenfalls auf eine elektrisch isolierende Verbindung zwischen der Abdeckung und einem oder beider Pfade verzichtet werden. Vorzugsweise ist die Abdeckung als flaches Element ausgebildet, und die elektrisch leitenden Pfade umfassen die jeweiligen Seitenwände vollständig.
Durch den Stromfluss in dem Stator und/oder dem Betätigungselement kann ein magnetisches Feld erzeugt werden, welches auch in der Abdeckung einen parasitären Wirbelstrom erzeugt, allerdings ist dieser Effekt im Allgemeinen zu vernachlässigen. Um diesen Effekt jedoch gegebenenfalls vollständig auszuschließen, kann vorgesehen sein, dass die Abdeckung mit einem der beiden Pfade eines Pfadpaares derart verbunden ist, dass die Abdeckung in die sich gegenseitig aufhebenden Wirbelströme der beiden Pfade derart eingeschlossen bzw. eingerechnet ist, dass sich die induzierten Wirbelströme in den beiden Pfaden zuzüglich der Abdeckung, die mit einem der beiden Pfade verbunden ist, vollständig bzw. wenigstens annähernd vollständig aufheben.
Grundsätzlich ist es auch möglich, die Abdeckung zweigeteilt auszubilden, so dass ein Teil mit einem ersten Pfad eines Pfadpaares und ein Teil mit einem zweiten Pfad desselben Pfadpaares elektrisch verbunden ist und die beiden Abdeckungsteile selbst jeweils elektrisch voneinander isoliert sind.
Die entsprechende konstruktive Ausgestaltung der Pfade sowie der Abdeckung kann anhand der gewählten Konstruktion derart erfolgen, dass eine Induktionswirkung des Stators und/oder des Betätigungselements auf den Statorhalter inklusive der Abdeckung wenigstens annähernd aufgehoben ist.
Eine Ausgestaltung des Statorhalters mit einer Abdeckung eignet sich insbesondere, wenn der Stator axial an dem Statorhalter angebracht wird, lässt sich jedoch auch bei einer radialen Anordnung des Stators realisieren.
Von Vorteil ist es, wenn in den Spalt zwischen zwei nebeneinander verlaufenden leitfähigen Pfaden eines Pfadpaares und/oder in den Spalt zwischen zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden des Statorhalters und/oder zwischen dem Stator und dem Statorhalter und/oder dem Stator und der Abdeckung und/oder dem Statorhalter und der Abdeckung ein Kleber eingebracht ist.
Als Material zur Ausbildung des Statorhalters eignet sich, insbesondere im Hinblick auf die einfache Verarbeitung und die gute Wärmeleitfähigkeit vor allem Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium. Grundsätzlich kann jedoch auch jedes andere Material, beispielsweise auch Keramik, verwendet werden, wobei dann die Verarbeitungskosten entsprechend höher sind. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, den Statorhalter aus Metall herzustellen, ohne die negative Wirkung von parasitären Wirbelströmen in Kauf nehmen zu müssen.
Der Statorhalter ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet.
Von Vorteil ist es, wenn bei Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, insbesondere einer Beleuchtungsoptik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist, das optische Element mit einem, vorzugsweise mehreren elektromagnetischen Antrieben, wie vorstehend beschrieben, verstellbar und/oder manipulierbar und/oder deformierbar ist.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung exemplarisch anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Projektionsbelichtungsanlage;
3 eine schematische Darstellung eines optischen Elements mit einem erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb in einer ersten Ausführungsform;
4 eine schematische Darstellung eines Stators, in Ausgestaltung einer Spule eines elektromagnetischen Antriebs mit einer axialen Befestigung an einem Statorhalter;
5a eine schematische Darstellung eines Stators, in Ausgestaltung einer Spule eines elektromagnetischen Antriebs in einer zweiten Ausführungsform mit einer radialen Befestigung an einem Statorhalter;
5b eine schematische Darstellung eines Stators, in Ausgestaltung einer Spule nach 5a mit einer Unterteilung des Statorhalters in mehrere Statorhaltersegmente;
6 eine schematische Darstellung eines Statorhalters zur axialen Befestigung eines – nicht dargestellten – Stators mit einer Pfeildarstellung der Flussrichtung der in die elektrisch leitfähigen Pfade induzierten Wirbelströme, die einander entgegenwirken;
7 eine schematische Darstellung eines Statorhalters zur radialen Befestigung eines – nicht dargestellten – Stators mit einer Pfeildarstellung der Flussrichtung der in die elektrisch leitfähigen Pfade induzierten Wirbelströme, die einander entgegenwirken;
8 eine schematische Darstellung eines Statorhalters mit einem axial befestigten Stator, in Ausgestaltung einer Spule, wobei ein innerer und ein äußerer elektrisch leitfähiger Pfad unterschiedliche axiale Längen aufweisen;
9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Statorhalters zur Kapselung des Stators, in Ausgestaltung einer Spule bei einer axialer Befestigung; und
10 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Statorhalters zur Kapselung des Stators, in Ausgestaltung einer Spule bei einer radialer Befestigung.
1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 für die Halbleiterlithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem 401 der Projektionsbelichtungsanlage 400 weist neben einer Strahlungsquelle 402 eine Optik 403 zur Beleuchtung eines Objektfeldes 404 in einer Objektebene 405 auf. Beleuchtet wird ein im Objektfeld 404 angeordnetes Retikel 406, das von einem schematisch dargestellten Retikelhalter 407 gehalten ist. Eine lediglich schematisch dargestellte Projektionsoptik 408 dient zur Abbildung des Objektfeldes 404 in ein Bildfeld 409 in einer Bildebene 410. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 406 auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 409 in der Bildebene 410 angeordneten Wafers 411, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten Waferhalter 412 gehalten ist. Die Strahlungsquelle 402 kann Nutzstrahlung insbesondere im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der Nutzstrahlen werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optischen Elemente 415, 416, 418, 419 und 420 eingesetzt. Die optischen Elemente sind bei der in 1 dargestellten EUV-Projektionsbelichtungsanlage 400 als verstellbare Spiegel in geeigneten und nachfolgend exemplarisch erwähnten Ausführungsformen ausgebildet.
Eine mittels der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 415 trifft. Nach dem Feldfacettenspiegel 415 wird die EUV-Strahlung 413 von einem Pupillenfacettenspiegel 416 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 416 und einer optischen Baugruppe 417 mit Spiegeln 418, 419 und 420 werden Feldfacetten des Feldfacettenspiegels 415 in das Objektfeld 404 abgebildet.
In 2 ist eine alternative Projektionsbelichtungsanlage 100 dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 besteht dabei im Wesentlichen aus einer Beleuchtungssystem 103, einer Retikelstage genannten Einrichtung 104 zur Aufnahme und exakten Positionierung des Retikels 105, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 102 bestimmt werden, einer Einrichtung 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 102 und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektives 107 gehalten sind.
Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen ausgebildet sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
Die Beleuchtungseinrichtung 103 stellt einen für die Abbildung des Retikel 105 auf dem Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Retikel 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
Über die Strahlen 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Dabei können das Retikel 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Retikels 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden.
2 zeigt weiterhin die Anordnung eines Manipulators 200 im Bereich zwischen Retikelstage 104 und dem ersten optischen Element des Projektionsobjektivs 107. Der Manipulator 200 dient dabei der Korrektur von Bildfehlern, wobei ein enthaltenes optisches Element durch Aktuatorik mechanisch deformiert wird, wozu auch die erfindungsgemäße Lösung verwendet werden kann.
Zur Verstellung bzw. zur Manipulation der optischen Elemente 415, 416, 418, 419, 420, 108 der in den 1 und 2 dargestellten Projektionsbelichtungsanlagen 400, 100 und Wafer ist die Verwendung von Aktuatoren unterschiedlicher Bauweise bekannt. Die nachfolgend im Ausführungsbeispiel anhand der 3 bis 10 näher und im Detail dargestellten elektromagnetischen Antriebe 1 eignen sich in besonderer Weise zur Verwendung als Aktuator zur Verstellung der optischen Elemente 415, 416, 418, 419, 420, 108, aber auch der Wafer 411, 102 oder andere Bauteile, die exakt verstellt, manipuliert oder deformiert werden sollen. Die Verwendung der elektromagnetischen Antriebe gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 400 beschränkt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführung des Stators als Spule beschrieben, wobei die Beschreibung so zu verstehen ist, dass der Stator statt als Spule alternativ auch als Magnet ausgebildet sein kann.
3 zeigt einen erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb 1 in einer beispielhaft dargestellten Ausgestaltung als Tauchspulenaktuator. Die Erfindung sowie das nachfolgende Ausführungsbeispiel ist nicht auf eine spezifische Bauform eines elektromagnetischen Antriebs 1 beschränkt zu verstehen. Die nachfolgend dargestellten Merkmale der 3 bis 10 können, insofern dies technisch nicht ausgeschlossen ist, beliebig miteinander kombiniert werden.
Nachfolgend werden im Hinblick auf den erfindungsgemäßen elektromagnetischen Antrieb 1 nur die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung relevanten Merkmale näher dargelegt, da elektromagnetische Antriebe grundsätzlich aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt sind, insbesondere auch deren Verwendung zur Verstellung von optischen Elementen von Projektionsbelichtungsanlagen. Dasselbe gilt auch im Hinblick auf die Wechselwirkung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern und die sich daraus ergebenden Kraftwirkungen.
Die in 3 dargestellte Verwendung des elektromagnetischen Antriebs 1 zur Manipulation, Verstellung oder Deformation eines optischen Elementes 2 ist nur als beispielhaft anzusehen und dient nur zur schematischen Verdeutlichung einer möglichen Einbausituation.
Wie in 3 dargestellt, ist der elektromagnetische Antrieb 1 mit dem optischen Element 2, bei dem es sich vorzugsweise um eine Linse oder einen Spiegel handelt, über eine grundsätzlich bekannte Gelenkeinrichtung 3 verbunden. Hierzu kann an dem optischen Element 2 eine Kontaktfläche 4 in ebenfalls bekannter Weise angebracht sein. Die Gelenkeinrichtung 3 kann an der Kontaktfläche 4 befestigt sein.
Der erfindungsgemäße elektromagnetische Antrieb 1 weist einen Stator 5 auf, der in dieser Ausführungsform als Spule 5 ausgebildet ist, sowie einen vorzugsweise ringförmigen Statorhalter 6 und ein durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit der Spule 5 bewegliches Betätigungselement 7 auf. In den Ausführungsbeispielen wird das Betätigungselement 7 linear bzw. translatorisch bewegt bzw. ist als Translator bzw. als beweglicher Magnet ausgebildet. Grundsätzlich ist hier jedoch auch eine andere Art der Bewegung, insbesondere eine rotatorische Bewegung, möglich. Im Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 7 jedoch für eine lineare Bewegung ausgebildet.
Durch eine lineare Bewegung des Betätigungselements 7, die durch die elektromagnetische Wechselwirkung mit der Spule 5 bedingt ist, wird über die Gelenkeinrichtung 3 und das Interface 4 eine Verstellung bzw. Manipulation bzw. Deformation des optischen Elements 2 erreicht. Die Bewegung des Betätigungselements 7 ist durch die dargestellten Doppelpfeile in 3 symbolisiert.
Der Statorhalter 6 ist, wie in 3 schematisch dargestellt, unbeweglich festgelegt, beispielsweise an einer umgebenden Struktur, einem feststehenden Maschinengestell 8, einem Gehäuseteil oder dergleichen.
Der Statorhalter 6 des in 3 dargestellten elektromagnetischen Antriebs 1 weist zwei getrennt nebeneinander verlaufende elektrisch leitfähige Pfade 9, 10 auf, die gemeinsam ein Pfadpaar 11 bilden.
Grundsätzlich können, im Ausführungsbeispiel jedoch nicht dargestellt, auch mehr als zwei elektrisch leitfähige Pfade 9, 10 an dem Statorhalter 6 ausgebildet sein, wobei jeweils zwei getrennt nebeneinander verlaufende Pfade ein Pfadpaar bilden.
Wie in den 6 und 7 schematisch näher dargestellt ist, sind die Pfade 9, 10 der jeweiligen Pfadpaare 11 an ihren jeweiligen Enden 9a, 10a bzw. 9b, 10b elektrisch leitfähig miteinander verbunden.
Bei einer axialen Befestigung der Spule 5 auf dem Statorhalter 6 eignet sich besonders eine Ausgestaltung des Statorhalters 6 derart, wie dies in 6 schematisch dargestellt ist. Vorgesehen ist dabei, dass die Pfade 9, 10 des Pfadpaares 11 auf dem Statorhalter 6 radial versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch lässt sich in besonders vorteilhafter Weise erreichen, dass die Spule 5 entgegengerichtet wirkende Wirbelströme in die Pfade 9, 10 induziert.
Vorzugsweise grenzt der Statorhalter 6 mit seinen beiden Pfaden 9, 10 unmittelbar bzw. über eine Klebeschicht bzw. einen Kleber 13 oder dergleichen an die Spule 5 an, so wie dies im Hinblick auf die axiale Befestigung in den 3 und 4 exemplarisch dargestellt ist.
Dadurch induziert die Spule 5 in die Pfade 9, 10 jeweils einen Wirbelstrom, so wie dies anhand der Pfeilrichtungen in der 6 dargestellt ist. Die Pfeile zeigen jeweils die Richtung bzw. die Flussrichtung des induzierten Wirbelstroms, nicht das Ergebnis deren Entgegenwirkung. Wenn die induzierten Wirbelströme gleich groß sind, heben sich diese auf und es fließt kein Strom mehr durch die Pfade, d. h. es gibt auch keine resultierende Stromflussrichtung mehr. Dominiert einer der induzierten Wirbelströme, dann fließt der Strom durch beide Pfade in der Richtung, die der stärkere induzierte Wirbelstrom vorgibt. Aufgrund der Verbindung der Pfade 9, 10 an deren Enden 9a, 10a bzw. 9b, 10b wirken die in die Pfade induzierten Wirbelströme einander entgegen und reduzieren sich gegenseitig bzw. heben sich vorzugsweise vollständig auf, so dass eine Induktionswirkung der Spule 5 auf den Statorhalter 6 wenigstens annähernd, vorzugsweise vollständig, aufgehoben ist. Dadurch erzeugt der Statorhalter 6 selbst kein relevantes, vorzugsweise kein magnetisches Feld, welches die gewünschte Bewegung des Betätigungselements 7 verzögern bzw. negativ beeinflussen könnte.
Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Pfade 9, 10 des Pfadpaares 11 derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass sich die in die Pfade 9, 10 des Pfadpaares 11 induzierten Wirbelströme quantitativ wenigstens annähernd entsprechen. Hierfür eignet sich bei einer axialen Befestigung der Spule 5 auf dem Statorhalter 6 die in 6 gezeigte radial versetzte Anordnung der Pfade 9, 10.
Um eine quantitativ sich wenigstens annähernd entsprechende Stärke der Wirbelströme in den Pfaden 9, 10 zu erreichen, ist ein möglichst hoher Grad an Symmetrie der Pfade 9, 10 von Vorteil. Dies ist bei einer radial versetzten Anordnung nur bedingt gegeben. Zur Beeinflussung der in die Pfade 9, 10 induzierten Wirbelströme kann daher bei einer Ausführungsform des Statorhalters 6, die für eine axiale Befestigung der Spule 5 ausgebildet ist, vorgesehen sein, dass ein radial innerer Pfad 9 des Pfadpaares 11 in Axialrichtung kürzer ausgebildet ist und/oder eine geringere radiale Stärke aufweist als ein daneben verlaufender, radial weiter außen liegender Pfad 10 des Pfadpaares 11. In den 8 und 9 ist beispielhaft eine axial kürzere Ausbildung des radial inneren Pfades 9 eines Pfadpaares 11 dargestellt.
Es sei darauf hingewiesen, dass es grundsätzlich auch möglich sein kann, eine andere konstruktive Konfiguration für die Pfade 9, 10 zu wählen. Der Fachmann ist bei Kenntnis der Erfindung und durch das hier vermittelte Wissen, dass die axiale Länge oder die radiale Stärke der Pfadpaare 11 variiert werden kann, in der Lage, die Pfade 9, 10 eines Pfadpaares 11 derart zu gestalten, dass sich die in die Pfade 9, 10 des Pfadpaares 11 induzierten Wirbelströme quantitativ wenigstens annähernd entsprechen. Hierzu können beispielsweise Simulationsmodelle und/oder weitere analytische und/oder heuristische Verfahren angewandt werden.
Bei einem Statorhalter 6, der zur axialen Befestigung der Spule 5 vorgesehen ist, werden die Pfade 9, 10 eines Pfadpaares 11 vorzugsweise durch einen zwischen ihren Enden 9a, 9b, 10a, 10b in axialer Richtung verlaufenden und elektrisch isolierenden Spalt 12 gebildet. Dies ist in den 3, 4 und 6 exemplarisch dargestellt. Der Spalt 12 verläuft dabei derart zwischen den Enden 9a, 9b, 10a, 10b der Pfade 9, 10, dass die Pfade 9, 10 erfindungsgemäß an ihren Enden 9a, 10a bzw. 9b, 10b verbunden sind, zwischen den Enden 9a, 9b, 10a, 10b jedoch getrennt und elektrisch voneinander isoliert verlaufen, so dass sich die entgegengerichtet wirkenden Wirbelströme in den Pfaden 9, 10 ausbilden können.
In den Spalt 12 kann ein Kleber 13 mit isolierenden Eigenschaften bzw. ein Kleber, der elektrisch nicht leitfähig ist, eingebracht werden. Dies ist schematisch in den 8 und 9 dargestellt.
Die 4 zeigt einen Statorhalter 6, auf dem eine Spule 5 axial befestigt ist. In 4 wurde aus Übersichtlichkeitsgründen auf die Darstellung eines Betätigungselements 7, welches beispielsweise auch nur stabförmig ausgebildet und sich innerhalb der Spule 5 befinden könnte (diese also außenseitig nicht umfasst), verzichtet. Dargestellt ist in 4 exemplarisch eine Befestigung des Statorhalters 6 über eine radiale Verlängerung 14 an einem nur exemplarisch dargestellten Maschinengestell 8. Die radiale Verlängerung 14 kann einstückig mit dem Statorhalter 6 ausgebildet oder als separates Bauteil, beispielsweise mittels einer Klebeverbindung, mit diesem verbunden sein. Die radiale Verlängerung 14 kann bei einer einstückigen Ausbildung mit dem Statorhalter 6 zur Vermeidung lokaler Kurzschlüsse analog über elektrisch isolierende Spalte verfügen.
Zur Befestigung der radialen Verlängerung 14 an einem Maschinengestell 8 ist exemplarisch ein Befestigungselement 15, welches als Schraube ausgebildet sein kann, dargestellt.
Die 5a zeigt einen elektromagnetischen Antrieb 1, bei dem die Spule 5 radial an dem Statorhalter 6 befestigt ist. Aus Übersichtsgründen ist das Betätigungselement hier nicht dargestellt. Der Statorhalter 6 kann dabei wiederum über eine radiale Verlängerung 14 mit einem hier nicht näher dargestellten Maschinengestell verbunden sein. Auf die Gestaltung oder das Vorhandensein einer radialen Verlängerung 14 kommt es im Rahmen der Erfindung jedoch nicht an.
Wie sich aus der 5a ergibt, ist der für eine radiale Befestigung der Spule 5 ausgebildete Statorhalter 6 im Ausführungsbeispiel mit zwei Pfaden 9, 10 ausgebildet, die axial versetzt zueinander angeordnet sind und ein Pfadpaar 11 ausbilden. Die Pfade 9, 10 grenzen dabei wieder unmittelbar oder vorzugsweise über eine Klebeschicht, z. B. einen Kleber 13 (10), oder dergleichen an die Spule 5 an, so dass die Spule 5 entgegengerichtet wirkende Wirbelströme in die Pfade 9, 10 induzieren kann. Der Verlauf der induzierten Wirbelströme ist in der 7 für eine radiale Befestigung der dort nicht dargestellten Spule 5 dargestellt. Durch die Verbindung der Pfade 9, 10 im Bereich deren Enden 9a, 9b, 10a, 10b wirken die durch die Spule 5 in die Pfade 9, 10 induzierten Wirbelströme einander entgegen und reduzieren sich gegenseitig bzw. heben sich vorzugsweise vollständig auf.
Um eine vollständige Aufhebung der in die Pfade 9, 10 induzierten Wirbelströme zu erreichen, damit die Induktionswirkung der Spule auf den Statorhalter 6 insgesamt aufgehoben ist, kann wiederum eine symmetrische Gestaltung der Pfade 9, 10 von Vorteil sein. Dies lässt sich bei einer radialen Befestigung der Spule 5 in dem Statorhalter 6 einfacher erreichen als bei einer axialen Anordnung der Spule 5 auf dem Statorhalter 6.
Die Pfade 9, 10 des in den 5a und 7 dargestellten Pfadpaares 11 werden vorzugsweise durch einen zwischen ihren Enden 9a, 9b, 10a, 10b verlaufenden und elektrisch isolierenden Spalt 12 gebildet. In den Spalt 12 kann, so wie dies bereits bezüglich des Spalts 12 bei dem zur axialen Befestigung vorgesehenen Statorhalter 6 beschrieben wurde, ein Kleber 13 eingebracht werden. Dies ist schematisch in der 10 dargestellt. Zu weiteren Details, Varianten und Ausgestaltungen des Statorhalters 6 gemäß den 5a und 7 wird auf die Ausführungen zu dem Statorhalter 6 gemäß den 3, 4 und 6 verwiesen.
Grundsätzlich können auch die Pfade 9, 10 des Statorhalters 6 gemäß den 5a und 7 unterschiedliche axiale Längen und/oder unterschiedliche radiale Stärken aufweisen, sollte dies von Vorteil sein, damit sich die induzierten Wirbelströme im besten Fall vollständig aufheben.
Wie sich aus den 5a, 6 und 7 ergibt, weist der im Ausführungsbeispiel dargestellte Statorhalter 6 zumindest einen in Axialrichtung verlaufenden Spalt 16 derart auf, dass der Statorhalter 6 zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende und voneinander beabstandete Enden 6a, 6b aufweist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Enden 9a, 10a bzw. 9b, 10b der Pfade 9, 10 eines Pfadpaares 11 jeweils im Bereich der sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden 6a, 6b des Statorhalters 6 elektrisch miteinander verbunden sind. Dies ist in den 5a, 6 und 7 entsprechend dargestellt.
5b zeigt eine optionale Ausgestaltung. Soweit nicht nachfolgend anderweitig dargestellt, kann die Ausführungsform nach 5b der Ausführungsform nach 5a entsprechen. In der in 5b dargestellten optionalen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Statorhalter 6 mehrere in Umfangsrichtung elektrisch voneinander getrennte Statorhaltersegmente 6' aufweist, wobei die Statorhaltersegmente jeweils wenigstens zwei getrennt nebeneinander verlaufende, elektrisch leitfähige Pfade 9, 10 aufweisen können und jeweils zwei getrennt nebeneinander verlaufende Pfade 9, 10 ein Pfadpaar 11 bilden und die Pfade des Pfadpaares eines Statorhaltersegments 6' an ihren jeweiligen Enden 9a, 10a bzw. 9b, 10b elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, dass der Statorhalter 6 mehrere in Axialrichtung verlaufende Spalte 16' aufweist.
In 9 ist exemplarisch für eine axiale Befestigung der Spule 5 auf dem Statorhalter 6 eine Einkapselung der Spule 5 dargestellt.
Die in 9 dargestellte Spule 5 weist eine Befestigungsfläche 17 zur Befestigung an dem Statorhalter 6 bzw. den Pfaden 9, 10, eine an einem gegenüberliegenden Ende der Spule 5 ausgebildete freiliegende Fläche 18 sowie zwei vorzugsweise rechtwinklig hierzu und zueinander parallel verlaufende Seitenflächen 19 auf. Der Statorhalter 6 grenzt dabei an die Befestigungsfläche 17 an. Zur Einkapselung der Spule 5 umfasst jeweils ein elektrisch leitender Pfad 9, 10 wenigstens teilweise, im Ausführungsbeispiel vollständig, eine Seitenfläche 19. Vorgesehen ist ferner eine Abdeckung 20, welche die freiliegende Fläche 18 abdeckt und mit den beiden Pfaden 9, 10 verbunden ist. Die Abdeckung 20 kann dabei selbst elektrisch isolierend sein. Im Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 20 jedoch aus Metall, vorzugsweise Titan, ausgebildet und zumindest mit einem der beiden Pfade 9, 10 über einen elektrisch isolierenden Kleber 13 verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 20 mit beiden Pfaden 9, 10 über den elektrisch isolierenden Kleber 13 verbunden.
Eine derartige Ausgestaltung kann grundsätzlich auch bei einem Statorhalter 6 realisiert werden, der für eine radiale Befestigung der Spule 5 vorgesehen ist. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, zur radialen Befestigung einer Spule 5 an einem Statorhalter 6 die in 10 prinzipmäßig dargestellte Konfiguration zu wählen, sofern eine Einkapselung gewünscht ist. Hierbei ist vorgesehen, dass die Spule 5 annähernd vollständig von den Pfaden 9, 10 – auch an der freiliegenden Fläche 18 – eingekapselt ist. Vorgesehen ist dabei, dass sich die Pfade 9, 10 im Bereich der freiliegenden Fläche 18 nicht berühren, sondern dass an dieser Stelle vorzugsweise der elektrisch isolierender Kleber 13 zwischen den Pfaden 9, 10 Verwendung findet.
In den Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass in den Spalten 12 zwischen zwei nebeneinander verlaufenden elektrisch leitfähigen Pfaden 9, 10 eines Pfadpaares 11 und/oder in dem Spalt 16 zwischen zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden 6a, 6b des Statorhalters 6 bzw. der Statorhaltersegmente 6' und/oder zwischen der Spule 5 und dem Statorhalter 6 und/oder der Spule 5 und der Abdeckung 20 und/oder den Pfaden 9, 10 und der Abdeckung 20 der elektrisch isolierende Kleber 13 eingebracht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2005/026801 A2 [0005]

Claims

Elektromagnetischer Antrieb mit einem Stator, einem Statorhalter und einem durch eine elektromagnetische Wechselwirkung mit dem Stator beweglichen Betätigungselement, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorhalter (6) wenigstens zwei getrennt nebeneinander verlaufende, elektrisch leitfähige Pfade (9, 10) aufweist, wobei jeweils zwei getrennt nebeneinander verlaufende Pfade (9, 10) ein Pfadpaar (11) bilden und die Pfade (9, 10) des Pfadpaares (11) an ihren jeweiligen Enden (9a, 10a) bzw. (9b, 10b) elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind und wobei die Pfade (9, 10) des Pfadpaares (11) derart angeordnet sind, dass der Stator und/oder das Betätigungselement (5) entgegengerichtet wirkende Wirbelströme in die Pfade (9, 10) induziert.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorhalter (6) zumindest einen in Axialrichtung verlaufenden Spalt (16) derart aufweist, dass der Statorhalter (6) zumindest zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegende und voneinander beabstandete Enden (6a, 6b) aufweist.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (9a, 10a) bzw. (9b, 10b) der Pfade (9, 10) eines Pfadpaares (11) jeweils im Bereich der sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden (6a, 6b) des Statorhalters (6) elektrisch miteinander verbunden sind.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorhalter (6) mehrere in Umfangsrichtung elektrisch voneinander getrennte Statorhaltersegmente (6') aufweist, wobei die Statorhaltersegmente (6') jeweils wenigstens zwei getrennt nebeneinander verlaufende, elektrisch leitfähige Pfade (9, 10) aufweisen, wobei jeweils zwei getrennt nebeneinander verlaufende Pfade (9, 10) ein Pfadpaar (11) bilden und die Pfade (9, 10) des Pfadpaares (11) eines Statorhaltersegments (6') an ihren jeweiligen Enden (9a, 10a) bzw. (9b, 10b) elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) axial an dem Statorhalter (6) angeordnet ist, wobei wenigstens die Pfade (9, 10) eines Pfadpaares (11) auf dem Statorhalter (6) radial versetzt zueinander angeordnet sind.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfade (9, 10) eines Pfadpaares (11) durch einen zwischen ihren Enden (9a, 9b, 10a, 10b) in Axialrichtung verlaufenden und elektrisch isolierenden Spalt (12) gebildet sind.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein radial innerer Pfad (9) eines Pfadpaares (11) in Axialrichtung kürzer ausgebildet ist und/oder eine geringere radiale Stärke aufweist als ein daneben verlaufender, radial weiter außen liegender Pfad (10) des Pfadpaares (11).
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) radial an dem Statorhalter (6) angeordnet ist, wobei wenigstens die Pfade (9, 10) eines Pfadpaares (11) auf dem Statorhalter (6) axial versetzt zueinander angeordnet sind.
Elektromagnetischer Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfade (9, 10) eines Pfadpaares (11) durch einen zwischen ihren Enden (9a, 9b, 10a, 10b) in Radialrichtung verlaufenden und elektrisch isolierenden Spalt (12) gebildet sind.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Pfade (9, 10) derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass eine Induktionswirkung des Stators und/oder des Betätigungselements (5) auf den Statorhalter (6) wenigstens annähernd aufgehoben ist.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorhalter (6) derart ausgebildet ist, dass ein induktiver Koppelfaktor zwischen dem Stator und/oder dem Betätigungselement (5) einerseits und dem Statorhalter (6) andererseits geringer ist als 0,1.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfade (9, 10) eines Pfadpaares (11) derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass sich die in die Pfade (9, 10) eines Pfadpaares (11) induzierten Wirbelströme quantitativ wenigstens annähernd entsprechen.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorhalter (6) den Stator (5) einkapselt.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) eine Befestigungsfläche (17) zur Befestigung an dem Statorhalter (6), eine an einem gegenüberliegenden Ende des Stators (5) ausgebildete freiliegende Fläche (18) sowie zwei rechtwinklig hierzu und zueinander parallel verlaufende Seitenflächen (19) aufweist, wobei der Statorhalter (6) an die Befestigungsfläche (17) angrenzt und jeweils ein elektrisch leitender Pfad (9, 10) wenigstens teilweise eine Seitenfläche (19) umfasst und wobei eine Abdeckung (20) vorgesehen ist, welche wenigstens die freiliegende Fläche (18) abdeckt und mit den beiden Pfaden (9, 10) verbunden ist, um den Stator (5) einzukapseln.
Elektromagnetischer Antrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spalt (12) zwischen zwei nebeneinander verlaufenden leitfähigen Pfaden (9, 10) eines Pfadpaares (11) und/oder in den Spalt (16) zwischen zwei sich in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden (6a, 6b) des Statorhalters (6) und/oder zwischen dem Stator (5) und dem Statorhalter (6) und/oder dem Stator (5) und der Abdeckung (20) und/oder den Pfaden (9, 10) und der Abdeckung (20) ein Kleber (13) eingebracht ist.
Projektionsbelichtungsanlage (400, 100) für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem (401, 103) mit einer Strahlungsquelle (402) sowie einer Optik (403, 107), welche wenigstens ein optisches Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) aufweist, welches mit einem elektromagnetischen Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15 verstellbar und/oder manipulierbar und/oder deformierbar ist.