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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung für Bauteile von Projektionsbelichtungsanlagen, insbesondere für Aktuatoren von Projektionsbelichtungsanlagen.
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STAND DER TECHNIK
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In Projektionsbelichtungsanlagen der Mikrolithographie, die zur Herstellung von mikrostrukturierten oder nanostrukturierten Bauteilen der Elektrotechnik oder Mikrosystemtechnik eingesetzt werden, werden Strukturen mit Strukturgrößen im Nanometerbereich erzeugt, sodass die Abbildung von entsprechenden Strukturen in der Projektionsbelichtungsanlage mit äußerster Präzision erfolgen muss. Entsprechend ist dafür zu sorgen, dass einerseits Einflüsse von außen, beispielsweise in Form von mechanischen Schwingungen und dergleichen, als auch derartige negative Einflüsse durch Komponenten der Projektionsbelichtungsanlage selbst vermieden werden. Entsprechend ist es beispielsweise erforderlich bestimmte Komponenten, wie optische Elemente oder Teile von Aktuatoren, die zur Betätigung von optischen Elementen oder dergleichen erforderlich sind, möglichst schwingungsfrei zu lagern. Hierzu ist es bekannt, Entkopplungseinrichtungen oder Schwingungsdämpfer vorzusehen, die üblicherweise elastisch verformbare Elemente umfassen, sodass aufgebrachte mechanische Schwingungen durch die Verformung der elastischen Elemente nicht auf benachbarte Bauteile übertragen und die Schwingungsenergie durch elastische Verformung abgebaut wird.
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Allerdings weisen gerade Materialien, die geeignete elastische Eigenschaften besitzen, wie beispielsweise Elastomere, den Nachteil auf, dass sie nicht die Anforderungen für den Einsatz unter Vakuumbedingungen in Projektionsbelichtungsanlagen erfüllen, da derartige Elastomere häufig ein starkes Ausgasungsverhalten unter Vackuumbedingungen zeigen, sodass die Aufrechterhaltung des Vakuums beeinträchtigt wird.
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Bei Projektionsbelichtungsanlage werden deshalb häufig zur Lagerung von Komponenten und zur Krafteinleitung von Aktuatoren für die Betätigung von optischen Elementen Stift- oder Stabanordnungen eingesetzt, die mindestens einen Stift oder Stab umfassen an dessen Enden Gelenke vorgesehen sind, die ein Verkippen des Stifts oder Stabs um möglichst zwei senkrecht zueinander orientierte Gelenkachsen ermöglichen, sodass sich über die Gelenkentkopplungen eine momentfreie Lagerung ergibt, während die Kraftübertragung entlang der Stift- oder Stablängsachse erfolgen kann.. Auf Grund der Struktur entsprechender Stift- oder Stabanordnungen können jedoch unerwünschte mechanische Schwingungen entstehen, die negative Auswirkungen auf den Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage haben können. Zudem besteht für die bei den Gelenken eingesetzten Elastomerelemente weiterhin das oben beschriebene Problem des Ausgasens.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung bereitzustellen, die unter Vakuumbedingungen eingesetzt werden kann und eine möglichst schwingungsfreie oder zumindest schwingungsarme Lagerung von Komponenten, vorzugsweise von Komponenten von Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, sowie vorzugsweise eine einachsige Kraftübertragung ermöglicht, wie dies bei Stab- oder Stiftanordnungen entlang der Stab- oder Stiftlängsachse möglich ist. Die Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung soll eine zuverlässige Vermeidung einer Schwingungsübertragung bzw. Dämpfung von auftretenden Schwingungen ermöglichen und gleichzeitig soll eine nachteilige Beeinflussung der Umgebungsatmosphäre, beispielsweise durch Ausgasen oder dergleichen, vermieden werden. Darüber hinaus soll eine entsprechende Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung einfach aufgebaut und anwendbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung schlägt zur Lösung der oben genannten Aufgabenstellung eine Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung in Form einer Stab- oder Stiftanordnung vor, die mindestens ein Stabteil und mindestens ein an einem Ende des Stabteils vorgesehenes Gelenk aufweist, mit dem ein angelenktes Element mit dem Stabteil verbunden ist, sodass durch die gegenseitige Beweglichkeit von angelenktem Element und Stabteil eine Übertragung von Schwingungen vermieden werden kann, wobei an dem oder den angelenkten Elementen der Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung die zu entkoppelnde Bauteilen angeordnet werden können. Entsprechend können vorzugsweise an jedem Ende des oder der Stabteile Gelenke angeordnet sein.
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Darüber hinaus ist das mindestens eine Stabteile hohl ausgebildet, sodass bei weiterhin hoher Biegesteifigkeit des Stabteils eine deutliche Gewichtsreduzierung erzielt werden kann, wodurch das Schwingungsverhalten der stab- bzw. stiftförmigen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung günstig beeinflusst werden kann. Darüber hinaus bietet der Hohlraum in dem mindestens einen Stabteile die Möglichkeit in dem Hohlraum entsprechende Komponenten zur Schwingungsabsorption oder -dämpfung abgeschlossen von der Umgebungsatmosphäre vorzusehen, sodass das Problem der Ausgasung von entsprechend elastisch ausgebildeten Schwingungsdämpfern gelöst werden kann und eine auf die Schwingungsentkopplung und -dämpfung optimierte Auswahl von geeigneten Materialien getroffen werden kann.
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Die Beweglichkeit von dem mindestens einen Stabteil und dem mindestens einen angelenkten Element zueinander kann durch das Vorsehen mindestens eines elastisch oder pseudo-elastisch verformbaren Elements zwischen dem jeweiligen Stabteil und dem zugehörigen angelenkten Element erzielt werden. Um das Problem einer möglichen Beeinträchtigung der umgebenden Atmosphäre auszuschließen, kann ein pseudo-elastisch verformbares Element aus einer Formgedächtnislegierung vorzugsweise einer NiTi-Legierung vorgesehen sein, wie beispielsweise ein verformbares Element aus Nitinol. Derartige Formgedächtnislegierungen, die ihre pseudo-elastische Funktion durch eine reversible Umwandlung der Kristallstruktur ermöglichen, zeigen unter Vakuum ein deutlich niedriges Ausgasen als beispielsweise Elastomere. Ebenso könnten diese Elemente auch aus hochdämpfenden Metalllegierungen wie zum Beispiel MnCuNiFe Legierungen (z.B. D2052 von Daido Steel) gefertigt werden, die auch ein sehr hohes Dämpfungsverhalten aufweisen
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Darüber hinaus kann die Beweglichkeit von dem mindestens einen Stabteil und dem mindestens einen angelenkten Element zueinander durch ein elastisches Element mit einem Verbindungselement bewirkt werden, welches an seinem Ende an dem angelenkten Element angeordnet ist und mit dem anderen Ende durch eine Durchführungsöffnung in den Hohlraum des Stabteils hineinragt. An dem im Hohlraum angeordneten Ende des Verbindungselement kann ein Dämpferelement vorgesehen sein, welches an der Hohlraumbegrenzung anliegt und bei Bewegung des Verbindungselements relativ zum Stabteil, insbesondere quer zur Stablängsachse oder um eine quer zur Stablängsachse verlaufende Drehachse, elastisch verformbar ist. Dadurch kann Schwingungsenergie, die zu einer Relativbewegung des Verbindungselements zum Stabteil führt durch elastische Verformung des Dämpferelements abgebaut werden.
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Ein entsprechendes Dämpferelement kann beispielsweise aus einem Elastomer gebildet sein, da es in dem Hohlraum des Stabteils angeordnet ist, sodass bei einer Ausgasung ein Austritt der Gase in die umgebende Vakuumatmosphäre durch eine entsprechende Abdeckung der Durchführungsöffnung vermieden werden kann.
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Ein Dichtelement zum Abdichten der Durchführungsöffnung kann beispielsweise an dem Verbindungselement angeordnet sein und so ausgeführt sein, dass es an der Hohlraumbegrenzung anliegt, sodass der Bereich, in dem das Dämpferelement im Hohlraum vorgesehen ist, von der Durchführungsöffnung abgedichtet ist.
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Das Dämpferelement kann in verschiedenen Formen beispielsweise als Scheibe, deformierbare Membran oder als trichterförmiger Kragen ausgebildet sein.
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Daneben ist es auch möglich in dem Hohlraum mindestens einen Schwingungstilger anzuordnen. Entsprechend kann in diesem Fall, ohne darauf beschränkt zu sein, der Hohlraum auch abgeschlossen sein und keine Durchführungsöffnung umfassen, wobei dann die Gelenkfunktion durch ein pseudo-elastisch verformbares Element oder ein sonstiges Gelenkelement realisiert sein kann, welches nicht in den Hohlraum hineinragt, sondern anderweitig die Gelenkfunktion ermöglicht. Der mindestens eine Schwingungstilger in dem Hohlraum kann ein Federelement, beispielsweise aus einem Elastomer, und eine Tilgermasse aufweisen, die beispielsweise durch das Federelement schwingend in dem Hohlraum gelagert sein kann, sodass durch eine Schwingungsanregung der Tilgermasse, die dann entsprechend über das Federelement schwingt, der Schwingungsanregung entgegengewirkt werden kann. Der Schwingungstilger kann mit der Tilgermasse und dem Federelement auf die Eigenfrequenz der stab- oder stiftförmigen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung abgestimmt sein, um entsprechend auftretende Schwingungen zu dämpfen.
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Zur Anordnung eines elastischen oder pseudo-elastischen verformbaren Elements und/oder eines Verbindungselements zwischen den Stabteilen kann an einem der Stabteile eine längliche Ausnehmung ausgebildet sein, deren Längsachse parallel zur Längsachse der Stabteile ausgerichtet ist.
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Die Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung kann mehrere Stabteile aufweisen, die über Gelenke verbunden sind. Insbesondere können mehrere Stabteile in Richtung der Stablängsachse hintereinander angeordnet sein.
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Die Stabteile können als hohle Zylinderstäbe ausgebildet sein. (Wobei die Form nicht auf die Zylinderform beschränkt ist.) Die Verbindungselemente der elastisch verformbaren Elemente und/oder die pseudo-elastisch verformbaren Elemente können in Form von Platten oder Stäben ausgebildet sein.
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Die Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung kann auch mehrere Gelenke mit unterschiedlich ausgerichteten Drehachsen umfassen, wobei entlang einer Stablängsachse insbesondere mindestens zwei senkrecht zur Stablängsachse und senkrecht zueinander angeordnete Drehachsen vorgesehen sein können.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine rein schematische Darstellung einer Anordnung einer Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung,
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2 eine rein schematische Darstellung eines Teils der Ausführungsform aus 1,
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3 eine teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung,
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4 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung,
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5 noch eine teilweise Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung,
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6 eine weitere teilweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung und in
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7 eine teilweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung die Anordnung einer Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung 3 zwischen zwei zu entkoppelnden Bauteilen 1, 2, bei denen eine gegenseitige Übertragung von Schwingungen vermieden werden soll. Wie der 1 zu entnehmen ist, ist die Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung 3 stabförmig aufgebaut, wobei die Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung 3 ein Stabteil 5 umfasst, das an jeweils einem seiner Enden ein Gelenk 7 aufweist, mit dem jeweils ein angelenktes Element 4, welches an den Bauteilen 1, 2 angeordnet ist, mit dem Stabteil 5 verbunden ist., sodass sich Stabteil 5 und angelenktes Element gegenseitig zueinander bewegen können. Dabei können unerwünschte Querbewegungen von Stabteil 5 auftreten was zu unerwünschten Störungen und Regelungsproblemen führt. Zur Vermeidung dieser Parasitärschwinungen ist zwischen den Verbindungen der Stabteile 4 und 5 ein Dämpfelement (pseudo-elastisches Element 6 oder ein elastisches Element 16) (siehe 4 bis 6) vorgesehen, welche die Gelenkfunktion von Stabteil 5 und angelenktem Teil 4 zueinander ermöglichen aber Querbewegungen und Pendelschwinungen von Stabteil 5 dämpft. Die Gelenke können dabei selber aus einem elastischen und dämpfenden Werkstoff wie z.B. Nitinol bestehen oder auch aus einem zusätzlich angebrachten Dämpfelement.
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Die 2 zeigt im Detail einen Teil der Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung 3 aus 1, wobei ersichtlich ist, dass die Gelenke 7 unterschiedlich orientiert sind, sodass sie im Wesentlichen eine Verkippung um unterschiedliche Drehachsen 34 ermöglichen, insbesondere um Drehachsen, die senkrecht zueinander und zur Stablängsachse orientiert sind.
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Vorschlag zur Erweiterung
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Typischer Weise besteht ein Gelenk 7 aus jeweils 2 90° verdrehte Blattfeder Gelenke wie gezeigt in 2, um in der gesamten Anordnung 1 nur einen Freiheitsgrad (Längsrichtung) festzustellen. Die 90° verdrehten Gelenke können hintereinander mit geringem Abstand angeordnet sein oder auch in einander verschachtelt so dass sie idealerweise wie ein Kardangelenk mit einem Drehpunkt für beide Drehachsen wirken. Die 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung 13 mit einem angelenkten Element 4 und einem Stabteil 5, wobei das Stabteil 5 über ein pseudo-elastisch verformbares Element 6 mit dem angelenkten Element 4 verbunden ist wobei das pseudoelastische Element parallel zum Gelenk zwischen Stabteil 4 und 5 angeordnet ist. Das pseudo-elastisch verformbare Element 6 kann beispielsweise eine Verbindungsplatte oder ein Verbindungszapfen aus Nitinol, einer NiTi-Formgedächtnislegierung sein. Das pseudo-elastisch verformbare Element 6 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 in einer länglichen Ausnehmung 9 aufgenommen, die sich mit ihrer Längserstreckung parallel zur Längsachse 11 bzw. Stabachse der Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung 13 erstreckt. Das pseudo-elastisch verformbare Element 6 ist lediglich an seinem Ende in der Ausnehmung 9 befestigt, sodass der weitaus größte Teil des pseudo-elastisch verformbaren Elements 6 für eine Verformung zur Verfügung steht. Das andere Ende des pseudo-elastisch verformbaren Elements 6 ist in einer Vertiefung 10 des Stabteils 5 befestigt. Wird das angelenkte Element 4 oder das Stabteil 5 durch die Anordnung an einem der Bauteile 1, 2 zu einer Schwingung angeregt, so wird die Schwingung durch die Verformung des pseudo-elastisch verformbaren Elements 6 absorbiert und gedämpft.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 ist das Stabteil 5 mit einem Hohlraum 8 versehen, wobei der Hohlraum 8 als abgeschlossener Hohlraum ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Hohlraums 8 kann die Masse des Stabteils 5 deutlich reduziert werden, wobei jedoch gleichzeitig die Biegesteifigkeit ausreichend hoch ist, da die Hauptverformung bei einer Biegebeanspruchung in den Randbereichen auftritt.
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Allerdings bietet der Hohlraum 8 neben der Gewichtsreduzierung bei weiterhin guter Biegesteifigkeit den Vorteil, dass Komponenten in dem Hohlraum angeordnet werden können, was zum einen den Vorteil hat, dass Bauraum eingespart werden kann und zum anderen Komponenten, wie elastisch verformbare Komponenten, aufgenommen werden können, die bei den Umgebungsbedingungen in einer Projektionsbelichtungsanlage, die beispielsweise mit einem Vakuum betrieben wird, zum Ausgasen neigen. Dadurch dass die elastisch verformbaren Komponenten in den Hohlraum eingeschlossen werden können, besteht keine Gefahr durch Ausgasen die umgebende Atmosphäre, wie z.B. eine bestimmte Gasatmosphäre oder ein Vakuum zu beeinträchtigen.
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Die 4 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel einer Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung 23, bei der zwischen dem angelenkten Element 4 und dem Stabteil 5 anstelle eines pseudo-elastisch verformbaren Elements ein elastisches Element 16 mit einem Verbindungselement 35 vorgesehen ist, welches in den Hohlraum 8 des Stabteils 5 durch die Durchführungsöffnung 20. Das eine Ende des Verbindungselements 35 ist in einer Ausnehmung 9 des angelenkten Elements 4 angeordnet, wobei die Ausnehmung 9 der Ausnehmung des Ausführungsbeispiels der 3 entspricht. Am anderen Ende des Verbindungselements 35 ist ein Dämpferelement 17 angeordnet, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 4 als trichterförmiger Kragen ausgebildet ist. Das Dämpferelement 17 liegt an der Hohlraumbegrenzung des Hohlraums 8 an und ist elastisch gegen die Hohlraumbegrenzung verspannt. Kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem angelenkten Element 4 und dem Stabteil 5 wird das Dämpferelement 17 elastisch verformt. Durch die elastische Verformung kann Schwingungsenergie abgebaut werden, sodass eine Entkopplung durch die Relativbewegung von dem angelenkten Element 4 und dem Stabteil 5 sowie eine Dämpfung durch den Energieabbau bewerkstelligt wird.
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Die Ausführungsform der 5 unterscheidet sich von der der 4 lediglich darin, dass eine andere Form eines Dämpferelements 27 Verwendung findet, wobei das Dämpferelement 27 als Scheibe ausgebildet ist. Darüber hinaus sind weitere andere Formen von Dämpferelementen vorstellbar.
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Die 6 zeigt in einer Detaildarstellung eine mögliche Ergänzung der Ausführungsformen der 4 und 5, wobei an dem Verbindungselement 35 ein Dichtelement 21, beispielsweise in Form einer dünnen Membran angeordnet ist, die den Bereich des Hohlraums 8, der sich an die von der Durchführungsöffnung 20 abgewandte Seite des Dichtelements 21 anschließt von der äußeren Umgebung abdichtet. Da sich im gezeigten Ausführungsbeispiel der 6 das Dämpferelement 27, welches beispielsweise aus einem elastisch verformbaren Material, insbesondere einem gummiartigen Kunststoff oder einem entsprechenden Gummi gebildet ist, im abgedichteten Bereich des Hohlraums 8 befindet, besteht keine Gefahr, dass durch eine Ausgasung des Dämpferelements 27 eine in der Umgebung der Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungseinrichtung 23 vorliegende Atmosphäre, wie beispielsweise eine Vakuumatmosphäre beeinträchtigt wird.
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Die 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungseinrichtung 33, welche in weiten Bereichen mit dem Ausführungsbeispiel der 3 übereinstimmt, sodass entsprechend, wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, für die gleichen oder gleichartigen Komponenten die gleichen Bezugszeichen Verwendung finden. Die Ausführungsform der 7 unterscheidet sich von derjenigen der 3 jedoch darin, dass in dem Hohlraum 8 des zweiten Stabteils 5 zwei Schwingungstilger mit jeweils einem Federelement 22 und einer Tilgemasse 24 angeordnet sind, die zur Dämpfung auftretender Schwingungen eingesetzt werden, wobei die Eigenfrequenzen der Schwingungstilger auf die zu eliminierenden Schwingungsfrequenzen der Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung abgestimmt sind. Durch die ringförmigen Federelemente 22, mit denen die Tilgermasse 24 schwingend in dem Hohlraum 8 angeordnet ist, kann die Tilgermasse 24 bei einer Schwingungsanregung entsprechend der elastischen Verformung des Federelements 22 schwingen, um die Ausgangsschwingung zu dämpfen. Auch in diesem Beispiel ist durch die Aufnahme der Schwingungstilger in dem Hohlraum 8 dafür gesorgt, dass die Schwingungstilger von der umgebenden Atmosphäre abgeschlossen sind, sodass Materialien eingesetzt werden können, die ansonsten bei den entsprechenden Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise einem Vakuum, problematisch sein könnten, wie beispielsweise durch Ausgasung oder dergleichen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale der Erfindung weggelassen oder andersartige Kombinationen der Merkmale verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 2
- Bauteil
- 3
- Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung
- 4
- angelenktes Element
- 5
- Stabteil
- 6
- pseudo-elastisch verformbares Element
- 7
- Gelenk
- 8
- Hohlraum
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Vertiefung
- 11
- Längsachse
- 13
- Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung
- 16
- elastisches Element
- 17
- Dämpferelement
- 20
- Durchführungsöffnung
- 21
- Dichtelement
- 22
- Federelement
- 23
- Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung
- 24
- Tilgermasse
- 27
- Dämpferelement
- 33
- Schwingungsentkopplungs- und Dämpfungsvorrichtung
- 34
- Drehachse
- 35
- Verbindungselement
- 36
- Gelenkelement
