DE102016208008A1

DE102016208008A1 - Lageranordnung für eine Lithographieanlage sowie Lithographieanlage

Info

Publication number: DE102016208008A1
Application number: DE102016208008.3A
Authority: DE
Inventors: Pascal Marsollek
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-11-16
Also published as: US20190079417A1; US10386732B2; WO2017194348A1; KR102388340B1; KR20190005925A

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Lageranordnung (200) für eine Lithographieanlage (100A, 100B), aufweisend ein optisches Element (202), eine Basis (204) und eine Lagereinrichtung (206), welche das optische Element (202) relativ zu der Basis (204) beweglich lagert, wobei die Lagereinrichtung (206) zumindest ein Torsionsentkopplungselement (500) aufweist, welches eine Übertragung von Torsionsmomenten (TM) zwischen dem optischem Element (202) und der Basis (204) reduziert, wobei das Torsionsentkopplungselement (500) zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) aufweist, welche jeweils sich gegenüberliegende Schmalseiten (1012, 1016) aufweisen und die Torsionsmomente (TM) um eine Achse (S) wirken, die senkrecht auf den Schmalseiten (1012, 1016) steht, wobei ferner die zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) winkelig zueinander stehen und derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Kraftfluss (K, K1, K2) durch das Torsionsentkopplungselement (500) gleichzeitig durch die zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) fließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung für eine Lithographieanlage sowie eine Lithographieanlage mit einer solchen Lageranordnung.
Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystem angeordnetes Substrat (z. B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV-Lithographieanlagen entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm verwenden. Bei solchen EUV-Lithographieanlagen müssen wegen der hohen Absorption der meisten Materialien von Licht dieser Wellenlänge reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von – wie bisher – brechenden Optiken, das heißt Linsen, eingesetzt werden.
Die Spiegel können z. B. an einem Tragrahmen (Engl.: force frame) befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung eines jeweiligen Spiegels in bis zu sechs Freiheitsgraden und damit eine hochgenaue Positionierung der Spiegel zueinander, insbesondere im pm-Bereich, zu ermöglichen. Somit können etwa im Betrieb der Lithographieanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften, z. B. infolge von thermischen Einflüssen, kompensiert werden.
Zur Halterung der Spiegel an dem Tragrahmen werden üblicherweise Gewichtskraftkompensationseinrichtungen auf Basis von Permanentmagneten (Engl.: magnetic gravity compensators) eingesetzt, wie beispielsweise in der DE 10 2011 088 735 A1 beschrieben. Die von einer solchen Gewichtskraftkompensationseinrichtung erzeugte Kompensationskraft wirkt der Gewichtskraft des Spiegels entgegen und entspricht dieser im Wesentlichen betragsmäßig.
Aktiv dagegen wird die Bewegung eines jeweiligen Spiegels – insbesondere auch in vertikaler Richtung – dagegen über sog. Lorentz-Aktuatoren gesteuert. Ein solcher Lorentz-Aktuator umfasst jeweils eine bestrombare Spule sowie davon beabstandet einen Permanentmagneten. Gemeinsam erzeugen diese eine einstellbare magnetische Kraft zur Steuerung der Bewegung des jeweiligen Spiegels. Derartige Lorentz-Aktuatoren sind beispielsweise in der DE 10 2011 004 607 beschrieben.
Sowohl die Gewichtskraftkompensationseinrichtungen wie auch die Lorentz-Aktuatoren greifen über Lagereinrichtungen an dem entsprechenden Spiegel an. Hierbei hat es sich als problematisch herausgestellt, dass sich die numerische Apertur von insbesondere EUV-Projektionssystemen zunehmend erhöht, was zu größeren Spiegelflächen und damit höheren Spiegelmassen führt. Dies wiederum bedeutet eine höhere mechanische Belastung der genannten Lagereinrichtungen. Dem ließe sich dadurch Rechnung tragen, dass Elemente der Lagereinrichtung stabiler, insbesondere mit größeren Materialquerschnitten, ausgebildet werden. Dies kann jedoch wiederum im Hinblick auf parasitäre Kräfte sowie dem nur begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraum nachteilig sein.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Lageranordnung für eine Lithographieanlage sowie eine verbesserte Lithographieanlage bereitzustellen.
Demgemäß wird eine Lageranordnung für eine Lithographieanlage mit einem optischen Element, einer Basis und einer Lagereinrichtung bereitgestellt. Das optische Element ist relativ zu der Basis beweglich gelagert. Die Lagereinrichtung weist zumindest ein Torsionsentkopplungselement auf, welches eine Übertragung von Torsionsmomenten zwischen dem optischen Element und der Basis reduziert. Das Torsionsentkopplungselement weist zumindest zwei Blattfedern auf, welche jeweils sich gegenüberliegende Schmalseiten aufweisen. Die Torsionsmomente wirken um eine Achse, die senkrecht auf den Schmalseiten steht. Ferner stehen die zumindest zwei Blattfedern winkelig zueinander und sind derart miteinander gekoppelt, dass ein Kraftfluss durch das Torsionsentkopplungselement gleichzeitig durch beide Blattfedern fließt.
Wie einleitend beschrieben, bedingt eine Betätigung optischer Elemente mit höheren Massen eine Verstärkung von Elementen der Lagereinrichtung. Typischerweise steigen dabei die Durchmesser solcher Lagerelemente. Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass bei größer werdenden Durchmessern von Lagerelementen der Lagereinrichtung die Torsionsspannung durch Wölbkrafttorsion zunimmt. Durch die Verwendung eines Torsionsentkopplungselements kann nun eine Übertragung von Torsionsmomenten zwischen dem optischen Element und der Basis reduziert, idealerweise vermieden werden. Entsprechend werden parasitäre Kräfte vermieden bzw. Lagerelemente der Lagereinrichtung können weniger stabil ausgelegt werden, da sie keine Torsionsmomente aufnehmen müssen. Zu diesen weiteren Elementen gehören insbesondere ein oder mehrere Biegeentkopplungselemente sowie ein oder mehrere Stäbe (Engl.: pins). Die Biegeentkopplungselemente sind insbesondere als Festkörpergelenke ausgebildet. Zwar ließe sich die Torsionsspannung in den Lagerelementen der Lagereinrichtung auch durch eine Verlängerung der Lagereinrichtung insgesamt reduzieren. Dies würde jedoch zu einer Vergrößerung des benötigen Bauraums führen, was jedoch vorteilhaft mit dem vorstehend beschriebenen Torsionsentkopplungselement vermieden wird. Außerdem würde eine Verlängerung der Lagereinrichtung eine größere Masse derselben, insbesondere eines entsprechenden Stabs, bedingen, was wiederum parasitäre Dynamiken erhöht.
Vorzugsweise umfasst eine jeweilige der zumindest zwei Blattfedern vier Schmalseiten, welche sich jeweils paarweise gegenüberliegen. Die vier Schmalseiten umrahmen ein Paar sich gegenüberliegende Stirnseiten. Mit anderen Worten weist eine jeweilige der zumindest zwei Blattfedern die Form einer rechteckigen Platte auf. Gleichwohl sind auch andere Formen der zumindest zwei Blattfedern denkbar. Beispielsweise können ein oder mehrere Schmalseiten einer jeweiligen Blattfeder einen bogenförmigen Verlauf aufweisen.
Dadurch, dass die Torsionsmomente um eine Achse wirken, die senkrecht auf den Schmalseiten steht, ist das Torsionsentkopplungselement torsionsweich. Denn die Schmalseiten besitzen ein nur geringes Flächenträgheitsmoment um die Achse.
Dadurch, dass die zumindest zwei Blattfedern winkelig zueinander stehen und derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Kraftfluss durch das Torsionsentkopplungselement gleichzeitig durch beide Federn fließt, wird gewährleistet, dass das Torsionsentkopplungselement biegesteif um zwei Achsen ist, welche sowohl senkrecht zueinander als auch senkrecht zu der Achse, um welche die Torsionsmomente wirken, stehen. Dadurch wird erreicht, dass das Torsionsentkopplungselement ausschließlich einen Freiheitsgrad aufweist, nämlich die Rotationsentkopplung, während die beiden anderen rotatorischen Freiheitsgrade sowie die anderen drei translatorischen Freiheitsgrade gesperrt sind, das heißt eine Relativbewegung innerhalb des Torsionsentkopplungselements um eine der anderen beiden rotatorischen Achsen sowie entlang aller drei translatorischen Achsen nicht stattfindet. Die Achse, um welche die Torsionsmomente wirken, wird vorliegend auch als erste Achse bezeichnet, die beiden anderen Achsen als zweite und dritte Achse.
Die oben genannte Rotationsentkopplung kann grundsätzlich dadurch erreicht werden, dass die zumindest zwei Blattfedern gebogen (Variante 1) oder tordiert (Variante 2) werden, wenn die Bewegung in dem einen Freiheitsgrad des Torsionsentkopplungselements stattfindet. Mit „winkelig“ ist vorliegend nicht-parallel gemeint. Beispielsweise stehen die zwei Blattfedern senkrecht zueinander. „Senkrecht“ umfasst vorliegend (generell) bevorzugt auch Abweichungen um bis zu 20°, bevorzugt bis zu 5° und weiter bevorzugt bis zu 2°.
„Gleichzeitig“ schließt solche Ausführungsformen aus, bei denen zwei Blattfedern hintereinander angeordnet sind, so dass der Kraftfluss zunächst durch die entsprechend erste und hiernach durch die entsprechend zweite Blattfeder fließt. Denn dies führt gerade dazu, dass sich jeweils eine Biegeweichheit um die jeweiligen Blattfedern ergibt.
Dadurch, dass das Torsionsentkopplungselement somit als Festkörpergelenk ausgebildet ist, ergeben sich Vorteile wie etwa minimalste Reibungsverluste, eine sehr hohe Stellgenauigkeit sowie eine gute Wärmedurchleitung.
Es können auch mehr als zwei Blattfedern, beispielsweise 3 bis 20 oder 3 bis 10 Blattfedern in dem Torsionsentkopplungselement verbaut sein. Besonders bevorzugt sind > 4 Blattfedern, besonders 6 bis 8 Blattfedern, vorgesehen, welche beispielsweise gemeinsam im Querschnitt gesehen eine Sternform ausbilden können.
Die Basis ist bevorzugt als Tragrahmen (Engl.: force frame) ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform verbinden die zumindest zwei Blattfedern dieselben Bauteile der Lagereinrichtung miteinander. Bei den Bauteilen kann es sich – auch ausschließlich – um ein erstes und ein zweites Bauteil handeln. Die zumindest zwei Blattfedern, nachfolgend als erste und zweite Blattfeder bezeichnet, verbinden das erste und zweite Bauteil miteinander, wobei die Verbindung jeweils über Schmalseiten der Blattfedern erfolgt. Die erste Blattfeder ist somit an einer ersten Schmalseite mit dem ersten Bauteil fest verbunden, und an einer zweiten, der ersten Schmalseite gegenüberliegenden Schmalseite mit dem zweiten Bauteil fest verbunden. Die zweite Blattfeder ist an einer ersten Schmalseite mit dem ersten Bauteil fest verbunden, und an einer zweiten, der ersten Schmalseite gegenüberliegenden Schmalseite mit dem zweiten Bauteil fest verbunden. Durch diese Ausführungsform lässt sich besonders einfach sicherstellen, dass der Kraftfluss durch das Torsionsentkopplungselement gleichzeitig durch beide Blattfedern fließt. „Gleichzeitig“ bezieht sich auf den Zeitpunkt der Übertragung ein und desselben Torsionsmoments. Anders ausgedrückt sind die erste und zweite Blattfeder miteinander mechanisch parallel geschaltet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die zumindest zwei Blattfedern gemeinsam im Querschnitt gesehen eine Kreuzform aus. Diese Ausführungsform wird auch als Kreuzfedergelenk bezeichnet. Die zumindest zwei Blattfedern können dabei entlang der einen Achse hintereinander angeordnet sein. Alternativ können die zumindest zwei Blattfedern entlang der einen Achse vollständig oder teilweise überlappend angeordnet sein. Insbesondere können die zumindest zwei Blattfedern entlang der einen Achse aneinander befestigt, auch einstückig miteinander gebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind mehr als zwei Blattfedern vorgesehen, welche gemeinsam im Querschnitt gesehen eine Sternform ausbilden. Hier gilt das bereits zur Kreuzform Ausgeführte entsprechend. Die Blattfedern können beispielsweise in einem Winkel von 360° / N zueinander angeordnet sein, wobei N der Anzahl der Blattfedern multipliziert mit 2 entspricht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zumindest zwei Blattfedern aus Metall gefertigt. Bevorzugt sind die zumindest zwei Blattfedern einstückig miteinander und/oder mit dem ersten und/oder zweiten Bauteil gefertigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Torsionsentkopplungselement zwei hohlzylindrische Abschnitte auf. An einem jeweiligen hohlzylindrischen Abschnitt kann eine Zunge angeformt sein, die in den jeweiligen anderen hohlzylindrischen Abschnitt hineinragt. Eine jeweilige Zunge kann mit einem jeweiligen anderen hohlzylindrischen Abschnitt über beide der zumindest zwei Blattfedern verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform bilden ein hohlzylindrischer Abschnitt mit einer zugeordneten Zunge ein erstes Bauteil im oben genannten Sinne und der andere hohlzylindrische Abschnitt mit der diesem zugeordneten Zunge das zweite Bauteil im oben genannten Sinne. Zusätzlich könnte beispielsweise eine dritte Blattfeder vorgesehen sein, welche in Längsrichtung mittig zwischen der ersten und zweiten Blattfeder angeordnet und sowohl einen hohlzylindrischen Abschnitt als auch die diesem zugeordnete Zunge mit dem anderen hohlzylindrischen Abschnitt sowie der diesem zugeordneten Zunge verbindet. Die dritte Blattfeder steht dabei senkrecht zu der ersten und zweiten Zunge. Der Vorteil der dritten Blattfeder besteht darin, dass sich der Momentanpol bei Belastung weniger stark bewegt und somit die Steifigkeit des Torsionsentkopplungselements bei Belastung weniger stark variiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lageranordnung zumindest einen Aktuator auf, welcher dazu eingerichtet ist, das optische Element mittels der Lagereinrichtung entlang der Achse zu betätigen. Entlang dieser Achse weist das Torsionsentkopplungselement eine hohe Steifigkeit auf. Entsprechend können große Kräfte in einer Richtung entlang der Achse von dem Aktuator auf das optische Element ausgeübt werden, was insbesondere aus Dynamikerwägungen gewünscht ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lagereinrichtung zumindest einen Stab auf, dessen Längsmittelachse die Achse definiert. Kräfte werden vorzugsweise – insbesondere ausschließlich – entlang der Längsmittelachse des Stabes durch diesen übertragen. Der Stab kann mittels ein oder mehrerer Festkörpergelenke mit dem optischen Element derart verbunden sein, dass die Kraftübertragung ausschließlich entlang der Längsmittelachse gewährleistet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Stab über ein erstes Biegeentkopplungselement mit dem optischen Element verbunden, wobei das erste Biegeentkopplungselement zumindest zwei Blattfedern aufweist, deren Biegeachsen senkrecht zueinander stehen und wobei ein Kraftfluss durch das erste Biegeentkopplungselement die zumindest zwei Blattfedern nacheinander durchfließt. Dadurch wird sichergestellt, dass vorteilhaft keine relevanten Biegemomente mittels der Lagereinrichtung übertragen werden. „Nacheinander“ meint, dass der Kraftfluss zunächst durch die eine der zumindest zwei Blattfedern und dann durch die jeweils andere Blattfeder der zumindest zwei Blattfedern fließt, und zwar für ein und dasselbe Biegemoment. Durch das „Hintereinanderschalten“ im Unterschied zu dem „Parallelschalten“ der Blattfedern wie bei dem Torsionsgelenk, wird die Biegeweichheit um die zwei senkrecht zueinander stehenden Biegeachsen erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Stab mittels des zumindest einen Aktuators entlang der Achse beweglich. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der zumindest eine Stab an seinem einen Ende zumindest ein erstes Biegeentkopplungselement auf. An seinem anderen Ende ist der Stab mit dem zumindest einen Aktuator gekoppelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine Stab an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Biegeentkopplungselements mit dem zumindest einen Aktuator gekoppelt, wobei das zweite Biegeentkopplungselement zumindest zwei Blattfedern aufweist, deren Biegeachsen senkrecht zueinander stehen und wobei ein Kraftfluss durch das zweite Biegeentkopplungselement die zumindest zwei Blattfedern nacheinander durchfließt. Vorteilhaft kann der Stab so als Verlängerung fungieren mit dem Effekt, dass eine kleine Winkeländerung innerhalb der jeweiligen Biegeentkopplungselemente zu einer großen Bewegung des optischen Elements führt. Dadurch kann wiederum die mechanische Verlustleistung in den Biegeentkopplungselementen minimiert werden. Entsprechend reduziert sich die thermische Verlustleistung, so dass auf zusätzliche Vorkehrungen zum Kühlen entsprechender Bauelemente zwecks Verhinderung einer ungewollten thermischen Expansion verzichtet werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Aktuator ein Gewichtskraftkompensator, ein Lorentz-Aktuator und/oder ein Reluktanz-Aktuator.
Grundsätzlich kann der Aktuator als passiver und/oder aktiver Aktuator ausgebildet sein. „Passiv“ heißt, dass der Aktuator zur Erzeugung einer quasi-statischen Kraft eingerichtet ist. „Dynamisch“ heißt, dass der Aktuator zur Erzeugung einer dynamischen Kraft eingerichtet ist.
Unter einem Gewichtskraftkompensator ist eine Einrichtung zu verstehen, welche eine Kompensationskraft erzeugt, die der Gewichtskraft des optischen Elements entgegenwirkt und dieser im Wesentlichen betragsmäßig entspricht. Beispielsweise kann der Gewichtskraftkompensator mehrere Permanentmagnete, insbesondere drei oder fünf Permanentmagnete aufweisen. Die Permanentmagnete können beispielsweise als Ringmagnete ausgebildet sein. Der Gewichtskraftkompensator kann beispielsweise ein oder mehrere Permanentmagnete aufweisen, die an der Basis befestigt sind. Ferner kann der Gewichtskraftkompensator ein oder mehrere Permanentmagnete aufweisen, die an der Lagereinrichtung, insbesondere an dem zumindest einen Stab befestigt sind. Die Wechselwirkung zwischen diesen Permanentmagneten erzeugt die Kompensationskraft.
Unter einem „Lorentz-Aktuator“ (Engl.: voice coil actuator) ist eine Spule zu verstehen, welche mit einem Magneten wechselwirkt. Beispielsweise können die Spule an der Basis und der Magnet, insbesondere ein Permanentmagnet, an der Lagereinrichtung, insbesondere an dem zumindest einen Stab, angebracht sein. Auch eine umgekehrte Anordnung ist möglich.
Unter einem „Reluktanz-Aktuator“ ist ein solcher Aktuator zu verstehen, bei dem die Betätigungskraft durch Reluktanzkraft erzeugt wird. Dieser nutzt den Effekt, dass ein System nach minimalem magnetischen Widerstand (Reluktanz) strebt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Lagereinrichtung mehrere Lagereinheiten auf, welche jeweils zumindest einen Stab, zumindest einen Aktuator zur Betätigung des Stabs entlang dessen Längsachse und zumindest ein Torsionsentkopplungselement um die Längsachse umfasst. Jede der mehreren Lagereinheiten kann dazu konfiguriert sein, das optische Element in genau einem Freiheitsgrad zu betätigen. Die Betätigung erfolgt jeweils in Längsrichtung des Stabs. Vorteilhaft greifen die mehreren Lagereinheiten derart an dem optischen Element an, dass in Summe eine Bewegung des optischen Elements in zwei, drei, vier, fünf oder sechs Freiheitsgraden erreicht wird. Die sechs Freiheitsgrade umfassen die drei rotatorischen sowie die drei translatorischen Freiheitsgrade.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind bevorzugt zwischen zwei und neun, bevorzugt zwischen sechs und neun der Lagereinheiten vorgesehen. Dadurch lassen sich die benötigten Kräfte zur Aktuierung des optischen Elements günstig aufteilen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegel, eine Linse, eine Lambaplatte oder ein optisches Gitter.
Ferner wird eine Lithographieanlage, insbesondere eine EUV- oder DUV-Lithographieanlage, mit zumindest einer Lageranordnung, wie vorstehend beschrieben, bereitgestellt. EUV steht für „extreme ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 und 30 nm. DUV steht für „deep ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm.
Die für die vorgeschlagene Lageranordnung beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Lithographieanlage entsprechend.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage;
1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage;
2 zeigt eine der Anmelderin intern bekannte Lageranordnung;
2A zeigt schematisch in der Draufsicht ein optisches Element aus 2;
3 zeigt für einen Stab aus 2 ein Diagramm der Torsionsspannung in Biegeentkopplungselementen versus Durchmesser des Stabs;
4 zeigt für den Stab aus 2 die Torsionsspannung in den Biegeentkopplungselementen versus die Länge des Stabs;
5 zeigt eine Lageranordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5A zeigt eine Lageranordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 zeigt in einem Ausschnitt VI aus 5 eine Lagereinheit;
7 zeigt einen Teil der Lagereinheit aus 6 in perspektivischer Darstellung;
8 zeigt eine vergrößerte Ansicht VIII aus 7;
8A zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Blattfeder aus 8;
9 zeigt eine vergrößerte Ansicht IX aus 7;
10A zeigt einen Schnitt X-X durch ein Torsionsentkopplungselement aus 6;
10B zeigt einen Schnitt B-B aus 10A;
10C zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Blattfeder aus 10A;
11 zeigt die Ansicht aus 10A, jedoch gemäß einer weiteren Ausführungsform;
12A zeigt eine Seitenansicht eines Torsionsentkopplungselements gemäß einer noch weiteren Ausführungsform;
12B zeigt eine axiale Ansicht von links aus 12A;
12C zeigt eine axiale Ansicht von rechts aus 12A;
12D zeigt eine Explosionsansicht des Torsionsentkopplungselements aus 12A; und
13 zeigt die Ansicht aus 12D, jedoch gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Soweit ein Bezugszeichen vorliegend mehrere Bezugslinien aufweist, heißt dies, dass das entsprechende Element mehrfach vorhanden ist. Bezugszeichenlinien, die auf verdeckte Details weisen, sind gestrichelt dargestellt. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 100A, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht EUV für „extremes Ultraviolett“ (Engl.: extreme ultraviolet, EUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 und 30 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem nicht gezeigten Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem die Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren bzw. Einstellen der optischen Elemente vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
Die EUV-Lithographieanlage 100A weist eine EUV-Lichtquelle 106A auf. Als EUV-Lichtquelle 106A kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Synchrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108A im EUV-Bereich (extrem ultravioletter Bereich), also z.B. im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108A herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106A erzeugte EUV-Strahlung 108A weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
Das in 1A dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A auf die Photomaske (Engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108A mittels eines Spiegels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
Das Projektionssystem 104 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist sechs Spiegel M1–M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Spiegel M1–M6 des Projektionssystems 104 symmetrisch zur optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel der EUV-Lithographieanlage 100A nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel i.d.R. an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage 100B, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 und 250 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 können – wie bereits mit Bezug zu 1A beschrieben – in einem Vakuumgehäuse angeordnet und/oder von einem Maschinenraum mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen umgeben sein.
Die DUV-Lithographieanlage 100B weist eine DUV-Lichtquelle 106B auf. Als DUV-Lichtquelle 106B kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 108B im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert. Das in 1B dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 leitet die DUV-Strahlung 108B auf eine Photomaske 120. Die Photomaske 120 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
Das Projektionssystem 104 weist mehrere Linsen 128 und/oder Spiegel 130 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Linsen 128 und/oder Spiegel 130 des Projektionssystems 104 symmetrisch zur optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen und Spiegel der DUV-Anlage 100B nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen und/oder Spiegel vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 128 und dem Wafer 124 kann durch ein flüssiges Medium 132 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf.
2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine der Anmelderin intern bekannte Lageranordnung 200.
Die Lageranordnung 200 umfasst ein optisches Element 202. Bei dem optischen Element 202 kann es sich um einen der Spiegel oder eine der Linsen handeln, welche im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschrieben wurden. Insbesondere handelt es sich um einen der Spiegel M1–M6. Alternativ kann es sich bei dem optischen Element 202 auch um ein optisches Gitter oder eine Lambda-Platte handeln.
Ferner umfasst die Lageranordnung 200 eine Basis 204. Insbesondere kann es sich bei der Basis 204 um einen Tragrahmen (Engl.: force frame) der Lithographieanlage 100A, 100B handeln. Die Basis 204 kann sich auch aus mehreren insbesondere kinematisch voneinander entkoppelten Tragrahmen zusammensetzen.
Weiterhin umfasst die Lageranordnung 200 eine Lagereinrichtung 206, die sich gemäß dem Ausführungsbeispiel aus sechs Lagereinheiten 208-1 bis 208-6 zusammensetzt. Die Lagereinheiten 208-1 bis 208-6 unterteilen sich dabei in drei Lagereinheiten 208-1, 208-3, 208-5, über welche eine Gewichtskraftkompensation und eine aktive Ansteuerung des Spiegels 202 erfolgt, sowie drei Lagereinheiten 208-2, 208-4, 208-6, über welche ausschließlich eine aktive Ansteuerung des Spiegels 202 erfolgt.
Die Lagereinheiten 208-1 bis 208-6 greifen paarweise über einen einem jeweiligen Paar zugeordneten und in 2A dargestellten Adapter 210 an dem Spiegel 202 an. Die Adapter 210 liegen dabei beispielsweise auf den Eckpunkten eines gedachten Dreiecks in der Draufsicht (s. 2A) auf den Spiegel 202 aus 2.
Mittels Aktuatoren u1–u6 kann eine Kraft auf eine jeweilige Lagereinheit 208-1 bis 208-6 ausgeübt werden, welche diese jeweils wiederum über einen jeweiligen Adapter 210 in den Spiegel 202 einleiten und diesen dadurch bewegen. Die Bewegung des Spiegels 202 erfolgt insbesondere zur optischen Korrektur. Insbesondere kann diese optische Korrektur die Korrektur von Abbildungsfehlern auf den Wafer 124 umfassen.
Die Aktuatoren u1, u3, u5 sind bevorzugt jeweils als kombinierter Gewichtskraftkompensator/Lorentz-Aktuator ausgebildet und erzeugen jeweils eine quasi-statische Kraft in z-Richtung, also in vertikaler Richtung, welche der auf den Spiegel 202 wirkenden Schwerkraft G entgegengerichtet ist. Die Summe der von den Gewichtskraftkompensatoren u1, u3, u5 erzeugten quasi-statischen Kräfte entspricht dabei betragsmäßig der Gewichtskraft G, so dass der Spiegel 202 in der Schwebe gehalten wird.
Ein jeweiliger Aktuator u1, u3, u5 kann mehrere Permanentmagneten umfassen. Die Permanentmagneten sind dabei dazu eingerichtet, eine geeignete quasi-statische Haltekraft ohne Zufuhr von externer Energie zu erzeugen. Ferner umfasst jeder Aktuator u1, u3, u5 ein oder mehrere elektrische Spulen zur Erzeugung einer dynamischen Kraft (Lorentzkraft oder Reluktanzkraft) für eine aktive Ansteuerung des Spiegels 202 in der z-Richtung.
Die Aktuatoren u2, u4, u6 können dagegen beispielsweise als (reine) Lorentz-Aktuatoren ausgebildet sein. Sie erzeugen dabei eine Kraft, welche winkelig zur z-Richtung orientiert ist. Ein entsprechender Winkel α kann beispielsweise zwischen 20 und 70°, bevorzugt zwischen 40 und 60° betragen. Mittels der Lorentz-Aktuatoren u2, u4, u6 erfolgt eine aktive Ansteuerung des Spiegels 202.
Eine jeweilige Lagereinheit 208-1 bis 208-6 kann nun insbesondere nachfolgend beschriebenen Aufbau aufweisen. Dieser wird nachfolgend beispielhaft für die Lagereinheit 208-1 erläutert, gilt für die anderen Lagereinheiten 208-2 bis 208-6 aber entsprechend.
Die Lagereinheit 208-1 umfasst ein erstes Biegeentkopplungselement 212, welches einerseits mit dem zugeordneten Adapter 210 und andererseits mit einem ersten Stab 214 verbunden ist. Der erste Stab 214 ist wiederum mittels eines zweiten Biegeentkopplungselements 216 mit einem zweiten Stab 218 gekoppelt. Der Aktuator u1 ist mit dem zweiten Stab 218 verbunden und betätigt diesen. Dabei ist der Aktuator u1 dazu eingerichtet, eine Kraft entlang der Richtung, in welcher sich der Stab erstreckt, hier identisch mit der z-Richtung, auf diesen aufzubringen. Der Aktuator u1 kann sich aus Teilen zusammensetzen, welche einerseits an dem zweiten Stab 218 und andererseits an der Basis 204 angebracht sind, zum Beispiel aus Magneten und Spulen.
Die Biegeentkopplungselemente 212, 216 stellen jeweils eine Gelenkigkeit in zwei Freiheitsgraden, nämlich eine Rotation um zwei Achsen, welche jeweils senkrecht zur Stabachse S der jeweiligen Stäbe 214, 218 sowie senkrecht zueinander stehen.
Die sogenannte Grüblerische Gleichung dient dazu, die Beweglichkeit von Getrieben zu beschreiben. Diese Gleichung lautet in ihrer allgemeinen Form:
wobei:
F die Anzahl der Freiheitsgrade, T den Typ des Getriebes (T = 6 für ein räumliches Getriebe, T = 3 für ein sphärisches oder ebenes Getriebe), n die Anzahl der Getriebeglieder, g die Anzahl der Gelenke, und b_i die Beweglichkeit eines einzelnen Gelenks i (b_i = 1, 2, ...) bezeichnet.
Wird die Grüblerische Gleichung nun auf das Getriebe der 2 angewendet, so ergibt sich: F_Spiegel = 6·(2·6 + 2 – 1) – (6 – 2)·2·6 – (6 – 1)·1·6 = 78 – 48 – 30 = 0
Damit ergibt sich, dass der Spiegel 202 tatsächlich keinen Freiheitsgrad besitzt und damit statisch bestimmt gelagert ist. Die Realität zeigt jedoch, dass der Spiegel 202 in allen sechs Freiheitsgraden bewegbar ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die für die Biegeentkopplungselemente 212, 216 üblicherweise verwendeten Festkörpergelenke eine Nachgiebigkeit in Torsionsrichtung, also um die Stabachse S aufweisen.
Mikrolithographische Prozesse zur Erzeugung immer kleiner werdenden Strukturen bedingen eine Erhöhung der numerischen Apertur von Projektionssystemen 104, wie in 1A und 1B gezeigt. Die Erhöhung der numerischen Apertur verlangt größere Spiegelflächen und damit auch höhere Spiegelmassen. Die quasi-statische Halterung solcher Massen sowie deren dynamische Bewegung führt wiederum zu höheren Kräften, welche mittels der Lagereinrichtung 206 bzw. der jeweiligen Lagereinheiten 208-1 bis 208-6 von den Aktuatoren u1 bis u6 auf den Spiegel 202 aufgebracht werden müssen. Entsprechend müssen die Aktuatoren u1 bis u6 stärker ausgelegt werden, wodurch sich deren Masse erhöht. Dies hat wiederum zur Folge, dass, um die gleiche Eigenfrequenz zu erreichen, die axiale Steifigkeit der Stäbe 214, 218 sowie der Biegeentkopplungselemente 212, 216 erhöht werden muss, wozu deren Querschnitt vergrößert wird. Im Besonderen erhöht sich dabei die Torsionsspannung σ_rs in den Biegeentkopplungselementen 212, 216, welche bereits bei der Lageranordnung 200 nach 2 einen relativ hohen Wert besitzt. Dies ist in 3 gezeigt. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass der Stab 218 in der Realität sehr kurz bzw. auch in Form eines anderen Bauteils ausgeführt sein kann.
4 zeigt die Torsionsspannung σ_rs in den Biegeentkopplungselementen 212, 216 aus 2 als Funktion der Stablänge des Stabs 214. Es zeigt sich, dass sich die Torsionsspannung in den Biegeentkopplungselementen 212, 216 durch eine Verlängerung dieser reduzieren ließe. Dies führt jedoch nachteilig zu einer Vergrößerung des benötigten Bauraums.
5 zeigt nun eine Ausführungsform der Lageranordnung 200, bei welcher die Torsionsspannung σ’_rs in der Lagereinrichtung 206 bzw. den jeweiligen Lagereinheiten 208-1 bis 208-6 und damit in den Biegeentkopplungselementen 212, 216 signifikant gegenüber der Lösung nach 2, insbesondere auf nahezu Null reduziert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Torsionsentkopplungselement 500 in eine jeweilige Lagereinheit 208-1 bis 208-6 eingefügt ist.
Beispielsweise kann das Torsionsentkopplungselement 500 zwischen das erste Biegeentkopplungselement 212 und den Spiegel 202 eingefügt sein. Zu diesem Zweck kann das Torsionsentkopplungselement 500 einerseits mit einem zugeordneten Adapter 210 und andererseits mit einem dritten Stab 502 verbunden sein. Der Stab 502 ist wiederum mit dem ersten Biegeentkopplungselement 212 verbunden. Gleichwohl ist prinzipiell auch jede andere Position des Torsionsentkopplungselements 500 in der Lagereinheit 208-1 denkbar. Eine solche Variante wird später noch im Zusammenhang mit 6 erläutert.
Das Torsionsentkopplungselement 500 lässt eine Rotation um die Stabachse S zu, so dass keine oder keine relevanten Torsionslasten um die Stabachse S an die Basis 204 durchgeleitet werden. Entsprechendes gilt auch für die Lagereinheiten 208-2 bis 208-6.
Die Grüblerische Gleichung für die Lageranordnung 200 aus 5 lautet wie folgt: F_Spiegel = 6·(3·6 + 2 – 1) – (6 – 2)·2·6 – (6 – 1)·2·6 = 114 – 48 – 60 = 6
Somit besitzt der Spiegel 202 bei der Lageranordnung 200 gemäß 5 tatsächlich die sechs benötigten Freiheitsgrade. Das heißt, eine Bewegung desselben in den sechs Freiheitsgraden erfolgt, ohne dass eine relevante Torsionsspannung in der Lagereinrichtung 206 erzeugt wird.
5A zeigt eine Variante der Lageranordnung 200, welche sich von der gemäß 5 dadurch unterscheidet, dass pro Adapter 210 (siehe 2A) eine zusätzliche Lagereinheit 208-7, 208-8, 208-9 samt jeweils zugeordnetem Aktuator u7, u8 und u9 vorgesehen ist. Die Lagereinheit 208-7 hält den Spiegel 202 ebenfalls beweglich gegenüber der Basis 204. Der Aktuator u7 ist dazu eingerichtet, eine Kraft unter einem Winkel β auf dem Spiegel 202 aufzubringen. Der Winkel β kann dabei gleich dem Winkel α gewählt sein. Insbesondere können die Lagereinheiten 208-2 und 208-7 spiegelsymmetrisch bezüglich der Stabachse S der Lagereinheit 208-1 angeordnet sein.
Die Aktuatoren u7 bis u9 können jeweils als Lorentz-Aktuatoren ausgeführt sein. Ferner können diese zur aktiven Ansteuerung, also zur Aufbringung dynamischer Kräfte auf dem Spiegel 202 eingerichtet sein. In diesem Fall kann es sich bei den Aktuatoren u1, u3 und u5 um reine Gewichtskraftkompensatoren handeln, also um solche Aktuatoren, die lediglich dazu ausgelegt sind, eine quasi-statische Haltekraft, welche der aufzunehmenden Gewichtskraft des Spiegels 202 entspricht, nicht jedoch zur Erzeugung dynamischer Kräfte eingerichtet sein.
Wie in 5A gezeigt, weist jede der Lagereinheiten 208-1 bis 208-9 ein Torsionsentkopplungselement 500 auf. Somit werden auch bei dieser Ausführungsform keine oder keine relevanten Torsionslasten auf den Spiegel 202 (oder ein sonstiges optisches Element in anderen Ausführungsformen) übertragen.
Auch bei der Variante nach 5A können die Torsionsentkopplungselemente 500 an beliebigen Positionen innerhalb der Lagereinheiten 208-1 bis 208-9 angeordnet sein.
Nachfolgend wird anhand einer in 6 gezeigten Detaildarstellung VI aus 5 eine mögliche Ausführungsform eines Teils der Lageranordnung 200 näher erläutert. Weiter wird dazu auf die perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus 6, der in 7 gezeigt ist, sowie auf die vergrößerten Details VIII und IX aus 7 in den 8 bzw. 9 Bezug genommen.
Die Lagereinheit 208-1 umfasst das erste Biegeentkopplungselement 212, welches mittels des Adapters 210 mit dem Spiegel 202 einerseits verbunden ist. Andererseits ist das erste Biegeentkopplungselement 212 mit dem Torsionsentkopplungselement 500 verbunden. Gegenüberliegend dem ersten Biegeentkopplungselement 212 ist das Torsionsentkopplungselement 500 mit dem Stab 214 verbunden. Der Stab 214 ist wiederum mittels des zweiten Biegeentkopplungselements 216 über einen Adapter 600 mit dem Aktuator u1 verbunden. Der Aktuator u1 umfasst einen beweglichen Teil 602 (dieser kann mit dem Stab 218 in 5 zumindest teilweise identisch sein) und einen stationären Teil 604. Der bewegliche Teil 602 ist mit dem Adapter 600 verbunden. Der stationäre Teil 604 ist mit der Basis 204 verbunden. Beispielsweise können in den beweglichen und in den stationären Teil 602, 604 mehrere Permanentmagnete und/oder Spulen integriert sein, so dass der Aktuator als passiver und/oder aktiver Aktuator ausgebildet sein kann. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass grundsätzlich alle vorstehend beschriebenen Aktuatoren u1–u9 zusätzlich oder alternativ einen oder mehrere Reluktanz-Aktuatoren aufweisen können.
Das erste Biegeentkopplungselement 212 ist in den 7 und 8 perspektivisch zu sehen. Es umfasst zwei Blattfedern 606, 608, welche über einen Verbindungsabschnitt 610 miteinander verbunden sind. Die Blattfedern 606, 608 und der Verbindungsabschnitt 610 können als einstückiges Bauteil, insbesondere aus Metall gefertigt sein.
Jede der Blattfedern 606, 608 weist eine Haupterstreckungsebene E auf. Die Haupterstreckungsebenen E stehen senkrecht aufeinander. So kann beispielsweise im unausgelenkten Zustand der Lagereinheit 208-1 eine Senkrechte auf die Haupterstreckungsebene E der Blattfeder 606 in y-Richtung und eine Senkrechte auf die Haupterstreckungsebene E der Blattfeder 608 in x-Richtung weisen, siehe auch 6. Das erste Biegeentkopplungselement 212 besitzt somit eine Gelenkigkeit, die es dem Stab 214 erlaubt, sowohl um die x- als auch um die y-Achse zu verschwenken. Die x- und y-Achse stehen senkrecht zueinander und jeweils senkrecht zur z-Achse. Die entsprechenden Biegeachsen der Blattfedern 606, 608 sind mit R und T bezeichnet und können, wie erwähnt, mit den Achsen x und y zusammenfallen. Eine jeweilige Blattfeder 606, 608 weist, wie beispielhaft für die Blattfeder 606 anhand von 8A hier erläutert, zwei gegenüberliegende Breitseiten 800, 802 sowie vier Schmalseiten 804, 806, 808 und 810 auf. Die gegenüberliegenden langen Schmalseiten 804, 808 weisen in die Richtung der Stabachse S (unausgelenkter Zustand des Spiegels 202). Die kurzen Schmalseiten 806, 810 weisen in die Richtung der Biegeachse R. Die sich gegenüberliegenden Breitseiten 800, 802 weisen in die Richtung der Biegeachse T. Diese Erläuterungen in Bezug auf die erste Blattfeder 606 gelten entsprechend für die zweite Blattfeder 608.
Ein Kraftfluss K durch das erste Biegeelement 212 fließt nacheinander durch die beiden Blattfedern 606, 608, wie in 8 gezeigt. Das heißt, die Blattfedern 606, 608 sind mechanisch in Reihe geschaltet. Dies bewirkt, dass die erwähnte Gelenkigkeit um zwei zueinander orthogonale Achsen, nämliche hier die Achsen R und T, bereitgestellt wird.
Das erste Biegeentkopplungselement 212 ist an dem spiegelseitigen Ende des Stabs 214 bzw. an dem spiegelseitigen Ende des Torsionsentkopplungselements 500 angeordnet. Dem gegenüberliegend ist an dem anderen Ende des Stabs 214 das zweite Biegeentkopplungselement 216 angeordnet. Dieses weist einen zu dem ersten Biegegelenk 212 identischen Aufbau auf, welcher in 9 gezeigt ist.
Aufgrund dieser Anordnung des ersten und zweiten Biegeentkopplungselements 212, 216 sowie dem dazwischen liegenden (langen) Stab 214, der vorzugsweise das Torsionsentkopplungselement 500 enthält (auch jede andere Position des Torsionsentkopplungselements 500 innerhalb der Lagereinrichtung 206 ist möglich), kann eine Bewegung des Spiegels 202 bewerkstelligt werden, die selbst für große Bewegungsstrecken nur zu kleinen Biegungen in den Blattfedern 606, 608 in dem ersten und zweiten Biegeentkopplungselement 212, 216 führt. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die damit nur geringe dort freigesetzte Wärme, welche sich wiederum schädlich in Form thermischer Expansionen auswirken könnte, vorteilhaft.
Anhand der 10A, welche einen Schnitt X-X aus 6 zeigt, und 10B, welche eine Schnittansicht B-B aus 10A zeigt, wird der Aufbau des Torsionsentkopplungselements 500 näher erläutert. Dabei stellen die 10A und 10B eine mögliche Ausführungsform dar.
Das Torsionsentkopplungselement 500 umfasst einen ersten Verbindungsabschnitt 1000 und einen zweiten Verbindungsabschnitt 1002. Ferner umfasst das Torsionsentkopplungselement 500 eine erste Blattfeder 1004 und eine zweite Blattfeder 1006.
Beispielhaft ist die Blattfeder 1004 in 10C in perspektivischer Ansicht dargestellt. Diese umfasst sich gegenüberliegende Breitseiten 1008 und 1010 sowie vier Schmalseiten 1012, 1014, 1016, 1018. Ein Paar sich gegenüberliegender Schmalseiten 1012, 1016 weist dabei in der Richtung der Stabachse S (im unausgelenkten Zustand des Spiegels 202). Mittels dieser Schmalseiten ist die erste Blattfeder 1004 mit dem ersten Verbindungsabschnitt 1000 bzw. dem zweiten Verbindungsabschnitt 1002 insbesondere einstückig verbunden. Die zweite Blattfeder 1006 ist entsprechend aufgebaut. Allerdings stehen die Haupterstreckungsebenen E der ersten und zweiten Blattfeder 1004, 1006 winkelig, insbesondere, wie gezeigt, senkrecht aufeinander.
Ein Kraftfluss K (s. 9) durch das Torsionsentkopplungselement 500 muss sich beim Übergang von den Verbindungsabschnitten 1000, 1002 zu den Blattfedern 1004, 1006 in zwei Teilflüsse K₁ und K₂ aufspalten. Diese fließen dann parallel zueinander und gleichzeitig durch die Blattfedern 1004, 1006 und vereinigen sich danach wieder, siehe 10B. Die Blattfedern 1004, 1006 sind demnach mechanisch parallel geschaltet. Dadurch ergibt sich, dass nicht die eine Blattfeder 1004, 1006 verbogen werden kann, ohne auch gleichzeitig die jeweils andere Blattfeder 1004, 1006 zu verbiegen. Da diese winkelig zueinander angeordnet sind, sieht ein entsprechendes Biegemoment ein großen Flächenträgheitsmoment. Wie in 10A gezeigt, ergibt sich dieses große Flächenträgheitsmoment daraus, dass die Blattfedern 1004, 1006 im Querschnitt kreuzförmig angeordnet sind. Weiterhin sind die Blattfedern gemäß der vorliegenden Ausführungsform entlang der Stabachse S miteinander verbunden, insbesondere einstückig verbunden.
Somit ergibt sich, dass das Torsionsentkopplungselement 500 biegesteif ist, insbesondere in Bezug auf ein Biegemoment um die Achsen R und T, vergleiche 8. Weiter ist das Torsionsentkopplungselement 500 entlang der Stabachse S – wie im Übrigen auch das erste und zweite Biegeentkopplungselement 212, 216 – steif.
Ein Torsionsmoment TM (s. 10B) um die Stabachse S (also wenn die Verbindungsabschnitte 1000, 1002 gegeneinander um die Achse S verdreht werden) führt zu einer Verwindung der Blattfedern 1004, 1006 (d.h. die Blattfedern 1004, 1006 werden tordiert), da diese aufgrund ihres nur geringen Querschnitts eine nur sehr geringe Torsionssteifigkeit besitzen. Entsprechend wird kein relevantes Torsionsmoment TM durch die Blattfedern 1004, 1006 hindurchgeleitet.
Die Blattfedern 606, 608, 1004 und 1006 können beispielsweise, wie gezeigt, eine Plattenform, insbesondere eine Rechtecksplattenform aufweisen. Es sind jedoch auch andere Geometrien denkbar. Insbesondere ist ein kurvenförmiger Verlauf entlang der Schmalseiten 1014, 1018, insbesondere ein teilkreisförmiger Verlauf, denkbar.
11 illustriert ein Torsionsentkopplungselement 500 im Querschnitt, wobei dieses eine Variation gegenüber 10A darstellt. Der Unterschied besteht darin, dass eine dritte und vierte Blattfeder 1100, 1102 vorgesehen sind, welche an ihren jeweiligen gegenüberliegenden Schmalseiten 1012, 1016 (vgl. 10C) mit dem ersten bzw. zweiten Verbindungsabschnitt 1000, 1002 verbunden sind. Weiterhin beträgt ein Winkel γ zwischen den Blattfedern 1004, 1006, 1100, 1102 nicht, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 10A 90°, sondern 45°. Die Blattfedern 1004, 1006, 1100 und 1102 bilden somit im Querschnitt gesehen eine Sternform aus.
Anhand der 12A bis 12D wird nachfolgend eine weitere Ausführungsform des Torsionsentkopplungselements 500 erläutert. 12A zeigt die Verbindungsabschnitte 1000, 1002 des Torsionsentkopplungselements 500. Wie anhand der in den 12B und 12C gezeigten linksseitigen bzw. rechtsseitigen Ansicht aus 12A deutlich wird, sind die Verbindungsabschnitte 1000, 1002 jeweils als hohlzylindrische Abschnitte ausgeführt.
12D illustriert das Torsionsentkopplungselement 500 aus 12A in einer Explosionsansicht. An die hohlzylindrischen Verbindungsabschnitte 1000, 1002 ist jeweils eine im Querschnitt teilkreisförmige Zunge 1200, 1202 angeformt. Die Blattfedern 1004 und 1006 bilden einstückig eine Kreuzform aus. Die Blattfedern 1004, 1006 verbinden jeweils sowohl die beiden Zungen 1200, 1202 sowie die hohlzylindrischen Verbindungsabschnitte 1000, 1002 miteinander. Dazu sind die Blattfedern 1004, 1006 an ihren langen Schmalseiten 1014, 1018 jeweils mit einer Zunge 1200, 1202 sowie einem hohlzylindrischen Verbindungsabschnitt 1000, 1002 verbunden. Im Unterschied dazu erfolgt die Verbindung zu den Verbindungsabschnitten 1000, 1002 bei dem Ausführungsbeispiel aus den 10A und 10B über die kurzen Schmalseiten 1012, 1016.
Entsprechend werden die Blattfedern 1004, 1006 verbogen (und nicht tordiert, wie bei den 10A bis 11), wenn die hohlzylindrischen Verbindungsabschnitte 1000, 1002 um die Achse S gegeneinander verdreht werden.
Die hohlzylindrischen Verbindungsabschnitte 1000, 1002 weisen jeweils eine Aussparung 1204, 1206 (s. auch 12B und 12C) auf, welche es erlaubt, die Zungen 1200, 1202 jeweils in den anderen hohlzylindrischen Verbindungsabschnitt 1000, 1002 hinein zu schieben.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 13 stellt eine Variante des Torsionsentkopplungselements 500 gegenüber den 12A bis 12D dar.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 erstrecken sich die Blattfedern 1004, 1006 nicht parallel zueinander und sind auch nicht miteinander entlang der Stabachse S miteinander verbunden (siehe 12D), sondern sind hintereinander entlang der Achse S angeordnet. Dabei verbindet die Blattfeder 1004 den hohlzylindrischen Verbindungsabschnitt 1000 mit der Zunge 1202, wobei die Verbindung auf der Zunge 1202 entlang einer – dem besseren Verständnis halber – angedeuteten gestrichelten Linie 1300 stattfindet. Die Blattfeder 1006 verbindet den hohlzylindrischen Verbindungsabschnitt 1002 mit der Zunge 1200, wobei die Verbindung entlang der gestrichelten Linie 1302 auf der Zunge 1200 stattfindet.
Obwohl die Erfindung vorliegend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

100A: EUV-Lithographieanlage
100B: DUV-Lithographieanlage
102: Strahlformungs- und Beleuchtungssystem
104: Projektionssystem
106A: EUV-Lichtquelle
106B: DUV-Lichtquelle
108A: EUV-Strahlung
108B: DUV-Strahlung
110–118: Spiegel
120: Photomaske
122: Spiegel
124: Wafer
126: optische Achse
128: Linse
130: Spiegel
132: Immersionsflüssigkeit
200: Lageranordnung
202: optisches Element
204: Basis
206: Lagereinrichtung
208-1–208-9: Lagereinheiten
210: Adapter
212: Biegeentkopplungselement
214: Stab
216: Biegeentkopplungselement
218: Stab
500: Torsionsentkopplungselement
502: Stab
600: Adapter
602: beweglicher Teil
604: stationärer Teil
606: Blattfeder
608: Blattfeder
610: Verbindungsabschnitt
800–810: Seiten
1000: Verbindungsabschnitt
1002: Verbindungsabschnitt
1004: Blattfeder
1006: Blattfeder
1008–1018: Seite
1100: Blattfeder
1102: Blattfeder
1200: Zunge
1202: Zunge
1204: Aussparung
1206: Aussparung
1300: Verbindungsbereich
1302: Verbindungsbereich
α, β, γ: Winkel
σ_rs, σ’_rs: Torsionsspannung
E: Haupterstreckungsebene
G: Schwerkraft
K: Kraftfluss
K₁, K₂: Kraftfluss
R: Biegeachse
S: Stabachse
T: Biegeachse
TM: Torsionsmoment
u1–u9: Aktuatoren
X, Y, Z: Achsen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011088735 A1 [0005]
DE 102011004607 [0006]

Claims

Lageranordnung (200) für eine Lithographieanlage (100A, 100B), aufweisend ein optisches Element (202), eine Basis (204) und eine Lagereinrichtung (206), welche das optische Element (202) relativ zu der Basis (204) beweglich lagert, wobei die Lagereinrichtung (206) zumindest ein Torsionsentkopplungselement (500) aufweist, welches eine Übertragung von Torsionsmomenten (TM) zwischen dem optischem Element (202) und der Basis (204) reduziert, wobei das Torsionsentkopplungselement (500) zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) aufweist, welche jeweils sich gegenüberliegende Schmalseiten (1012, 1016) aufweisen und die Torsionsmomente (TM) um eine Achse (S) wirken, die senkrecht auf den Schmalseiten (1012, 1016) steht, wobei ferner die zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) winkelig zueinander stehen und derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Kraftfluss (K, K₁, K₂) durch das Torsionsentkopplungselement (500) gleichzeitig durch die zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) fließt.
Lageranordnung nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) dieselben Bauteile (1000, 1002) der Lagereinrichtung (206) miteinander verbinden.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) gemeinsam im Querschnitt gesehen eine Kreuzform ausbilden oder wobei mehr als zwei Blattfedern (1004, 1006, 1100) vorgesehen sind, welche gemeinsam im Querschnitt gesehen eine Sternform ausbilden.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Torsionsentkopplungselement (500) zwei hohlzylindrische Abschnitte (1000, 1002) aufweist, wobei an einem jeweiligen hohlzylindrischen Abschnitt (1000, 1002) eine Zunge (1200, 1202) angeformt ist, die in den jeweils anderen hohlzylindrischen Abschnitt (1000, 1002) hineinragt, wobei eine jeweilige Zunge (1200, 1202) mit einem jeweiligen anderen hohlzylindrischen Abschnitt (1000, 1002) über beide der zumindest zwei Blattfedern (1004, 1006) verbunden ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend zumindest einen Aktuator (u1–u9), welcher dazu eingerichtet ist, das optische Element (202) mittels der Lagereinrichtung (206) entlang der Achse (S) zu betätigen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Lagereinrichtung (206) zumindest einen Stab (214, 218, 502) aufweist, dessen Längsmittelachse die Achse (S) definiert.
Lageranordnung nach Anspruch 6, wobei der zumindest eine Stab (214) über ein erstes Biegeentkopplungselement (212) mit dem optischen Element (202) verbunden ist, wobei das erste Biegeentkopplungselement (212) zumindest zwei Blattfedern (606, 608) aufweist, deren Biegeachsen (R, T) senkrecht zueinander stehen und wobei ein Kraftfluss (K) durch das erste Biegeentkopplungselement (212) die zumindest zwei Blattfedern (606, 608) nacheinander durchfließt.
Lageranordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der zumindest eine Stab (212, 214, 502) mittels des zumindest einen Aktuators (u1–u9) entlang der Achse (S) beweglich ist.
Lageranordnung nach Anspruch 8, wobei der zumindest eine Stab (214) an seinem einen Ende das zumindest eine erste Biegeentkopplungselement (212) aufweist und an seinem anderen Ende mit dem zumindest einen Aktuator (u1–u9) gekoppelt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 9, wobei der zumindest eine Stab (214) an seinem anderen Ende mittels eines zweiten Biegeentkopplungselements (216) mit dem zumindest einen Aktuator (u1–u9) gekoppelt ist, wobei das zweite Biegeentkopplungselement (216) zumindest zwei Blattfedern (606, 608) aufweist, deren Biegeachsen (R, T) senkrecht zueinander stehen und wobei ein Kraftfluss (K) durch das zweite Biegeentkopplungselement (500) die zumindest zwei Blattfedern (606, 608) nacheinander durchfließt.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der zumindest eine Aktuator (u1–u9) ein Gewichtskraftkompensator, ein Lorentz-Aktuator und/oder ein Reluktanz-Aktuator ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Lagereinrichtung (206) mehrere Lagereinheiten (208-1 bis 208-9) aufweist, welche jeweils zumindest einen Stab (214, 218, 502), zumindest einen Aktuator (u1–u9) zur Betätigung des zumindest einen Stabs (214, 218, 502) entlang dessen Längsachse (S) und zumindest ein Torsionsentkopplungselement (500) zur Torsionsentkopplung um die Längsachse (S) umfasst.
Lageranordnung nach Anspruch 12, wobei zwischen zwei und neun, bevorzugt zwischen sechs und neun der Lagereinheiten (208-1 bis 208-9) vorgesehen sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das optische Element (202) ein Spiegel, eine Linse, eine Lambda-Platte oder ein optisches Gitter ist.
Lithographieanlage (100A, 100B) mit zumindest einer Lageranordnung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.