DE102016226085A1

DE102016226085A1 - Gewichtskraftkompensationseinrichtung

Info

Publication number: DE102016226085A1
Application number: DE102016226085.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Erath; Jasper Wesselingh
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2017-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Kompensationskraft einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1), insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage (100, 400), wobei die Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) zumindest eine erste Permanentmagnetanordnung (5) und eine zweite Permanentmagnetanordnung (6) umfasst, die in Wechselwirkung miteinander die Kompensationskraft erzeugen. Dabei ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Permanentmagnetanordnungen (5, 6) derart ausgewählt wird, dass deren Sättigungsmagnetisierung größer ist als zur Erzeugung der Kompensationskraft notwendig, wonach die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) zur Einstellung der Kompensationskraft auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Kompensationskraft einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Gewichtskraftkompensationseinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist, nach dem Oberbegriff von Anspruch 15.
Zur Halterung von Bauteilen werden insbesondere innerhalb von Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie üblicherweise so genannte Gewichtskraftkompensationseinrichtungen auf Basis von Permanentmagneten ("Magnetic Gravity Compensators") eingesetzt.
Eine derartige Gewichtskraftkompensationseinrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2011 088 735 A1 beschrieben und umfasst ein mit Tragarmen gekoppeltes Gehäuse und ein gegenüber dem Gehäuse bewegliches, mit einem Spiegel gekoppeltes Halteelement. An dem beweglichen Halteelement sind beispielsweise zwei Ringmagnete befestigt, welche mit einem an dem Gehäuse fest angeordneten Ringmagnet zusammen eine Kompensationskraft entgegen der Gewichtskraft des Spiegels erzeugen. Die Kompensationskraft wirkt somit der Gewichtskraft eines optischen Bauteils, insbesondere einer optischen Einrichtung einer Projektionsbelichtungsanlage, entgegen bzw. entspricht dieser im Wesentlichen betragsmäßig.
Aktiv gesteuert wird die Bewegung eines Bauteils meist über Tauchspulenaktuatoren (Lorentz-Aktuatoren). Tauchspulenaktuatoren, auch unter den Begriffen "Voice-Coil-Aktuatoren" und "Voice-Coil-Motoren" bekannt, basieren auf dem bekannten physikalischen Phänomen der Lorentzkraft und werden im Stand der Technik für eine Vielzahl von aktuatorischen Aufgaben eingesetzt. Bekanntermaßen erfährt ein stromdurchflossener Leiter im Einfluss eines Permanentmagnetfelds in Abhängigkeit von der Stromflussrichtung und der Stromstärke in dem elektrischen Leiter eine entsprechende Kraft, die zu einer Auslenkung des Leiters oder eines Magneten führen kann. Nach diesem Prinzip können entweder rotierende oder lineare (translatorische) Bewegungen ausgeführt werden.
Tauchspulenaktuatoren werden unter anderem in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie eingesetzt, um optische Elemente in deren Beleuchtungssystem 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 beispielsweise bekannt, optische Elemente für EUV("Extreme Ultra Violet")-Projektionsbelichtungsanlagen, wie Spiegel, unter Einsatz von ansteuerbaren Bewegungsachsen 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 übertragen kann.
Ein oder mehrere Tauchspulenaktuatoren können in die Gewichtskraftkompensationseinrichtung integriert sein, wie beispielsweise in der DE 10 2011 004 607 A1 beschrieben. Dabei ist die Spule des Tauchspulenaktuators in dem Gehäuse fest angeordnet und wirkt auf die zwei am beweglichen Halteelement angeordneten Ringmagnete.
Problematisch bei einem Einsatz von Gewichtskraftkompensationseinrichtungen innerhalb eines optischen Moduls einer Projektionsbelichtungsanlage ist, dass in dem optischen Modul viele unterschiedliche optische Bauteile, zumeist Spiegel mit unterschiedlichen Geometrien, benötigt werden. Beispielsweise sind Spiegel einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage teilweise asymmetrisch gestaltet, was zu stark unterschiedlichen Kompensationsanforderungen führt. Es sind somit eine Vielzahl von Gewichtskraftkompensationseinrichtungen erforderlich, wobei üblicherweise alle Gewichtskraftkompensationseinrichtungen voneinander (leicht) abweichende Gewichtskräfte kompensieren müssen. Problematisch ist auch, dass sich die von der Gewichtskraftkompensationseinrichtung erzeugte Kompensationskraft über die Zeit ändern kann, beispielsweise aufgrund eines alterungsbedingten Nachlassens der Magnetkräfte oder aufgrund thermischer Effekte. Die benötigte Kompensationskraft kann sich außerdem je nach Standort der Projektionsbelichtungsanlage verändern.
Die aufgrund von veränderten Anforderung oder aufgrund von standardisierten Gewichtskraftkompensationseinrichtungen nicht ideal kompensierte Gewichtskraft muss daher mittels der Tauchspulenaktuatoren ausgeglichen werden, was zu einem ständigen zusätzlichen Stromfluss in der oder den Spulen führt. Der somit erhöhte Stromfluss führt zu einer unerwünschten Wärmeentwicklung mit potenziell negativen Konsequenzen für die Positionierung des entsprechenden Bauteils bzw. Spiegels.
Um dieses Problem zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Mittel zur Feinjustage der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen vorzusehen, um die Kompensationskraft anwendungsspezifisch möglichst optimal, beispielsweise für jeden Spiegel individuell, einzustellen.
Ein solcher Ansatz ist bereits in der DE 10 2011 088 735 A1 beschrieben. Dabei ist ein vertikal verschieblicher, um die Gewichtskraftkompensationseinrichtung herum angeordneter Ring aus weichmagnetischem Material vorgesehen. Je nach Position des Rings beeinflusst dieser das magnetische Feld der Gewichtskraftkompensationseinrichtung entsprechend, um dadurch die Kompensationskraft einzustellen.
Außerdem ist es aus der Praxis bekannt, die Position von Permanentmagneten innerhalb der Gewichtskraftkompensationseinrichtung beispielsweise über Gewinde oder Abstandsringe einzustellen. Durch die Verwendung von Gewinden kann es allerdings zu einer unvorteilhaften Partikelgenerierung durch Abnutzung des Gewindes innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage und somit zu einer Verunreinigung und einer daraus resultierenden Ungenauigkeit der Anlage kommen. Bei Verwendung von Abstandsringen kann dieses Problem zwar umgangen werden, allerdings ist die Einstellung der Kompensationskraft somit weniger flexibel und folglich nicht optimal.
Eine weitere Möglichkeit zur Feinjustage ist in der DE 10 2015 201 096 A1 beschrieben. Dabei wird eine Anordnung zur Halterung eines Bauteils in einer Projektionsbelichtungsanlage offenbart, die eine Gewichtskraftkompensationseinrichtung zur Ausübung einer Kompensationskraft auf das Bauteil und zusätzlich eine Justageeinrichtung aufweist. Die Gewichtskraftkompensationseinrichtung kompensiert eine auf das Bauteil wirkende Gewichtskraft zumindest teilweise. Die zusätzliche Justageeinrichtung umfasst einen ersten Magneten mit einer einstellbaren Dauermagnetisierung und eine Einrichtung zum Einstellen der Dauermagnetisierung des ersten Magneten.
Die Justageeinrichtung stellt somit eine weitere Magneteinrichtung zusätzlich zur Magneteinrichtung der Gewichtskraftkompensationseinrichtung bereit. Die Justageeinrichtung sieht dabei insbesondere einen Elektropermanentmagneten vor, wodurch der Magnetkreis innerhalb der Gewichtskraftkompensationseinrichtung beeinflussbar wird. Die zusätzliche Justageeinrichtung benötigt allerdings Bauraum, elektrische Zuleitungen und Steuereinrichtungen und führt zwangsläufig zu einem komplexen Design der Anlage.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglichst, die Kompensationskraft einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung mit einfachen Mitteln möglichst genau einzustellen.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Gewichtskompensationseinrichtung zu schaffen, deren Kompensationskraft möglichst genau eingestellt ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit Gewichtskraftkompensationseinrichtungen zu schaffen, deren Kompensationskraft anwendungsspezifisch möglichst genau eingestellt ist.
Die Aufgabe wird für ein Verfahren zur Einstellung der Kompensationskraft durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Aufgabe wird für eine Gewichtskraftkompensationseinrichtung mit den in Anspruch 11 aufgeführten Merkmalen gelöst. Ferner wird die Aufgabe für eine Projektionsbelichtungsanlage mit den in Anspruch 15 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Einstellung der Kompensationskraft einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung ist vorgesehen, dass die Gewichtskraftkompensationseinrichtung zumindest eine erste Permanentmagnetanordnung und eine zweite Permanentmagnetanordnung umfasst, die in Wechselwirkung miteinander die Kompensationskraft erzeugen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Einstellung der Kompensationskraft einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung für nahezu beliebige Anwendungen. Besonders bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren allerdings für eine Gewichtskraftkompensationseinrichtung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie und ganz besonders bevorzugt für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens eine der Permanentmagnetanordnungen derart ausgewählt wird, dass deren Sättigungsmagnetisierung größer ist als zur Erzeugung der Kompensationskraft notwendig, wonach die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung zur Einstellung der Kompensationskraft auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt wird.
Unter einer Kompensationskraft ist vorliegend eine Kraft zu verstehen, die der Gewichtskraft eines Bauteils im Wesentlichen entgegen gerichtet ist und der Gewichtskraft im Wesentlichen betragsmäßig entspricht derart, dass die Kompensationskraft die Gewichtskraft möglichst vollständig ausgleicht, wodurch das Bauteil im Wesentlichen gewichtsfrei gelagert werden kann.
Unter einer Permanentmagnetanordnung ist eine Anordnung bestehend aus einem oder mehreren Permanentmagneten zu verstehen.
Es können zusätzlich zu der ersten Permanentmagnetanordnung und der zweiten Permanentmagnetanordnung noch weitere Permanentmagnetanordnungen vorgesehen sein, auf die das erfindungsgemäße Verfahren gegebenenfalls auch angewendet werden kann.
Der Begriff “Sättigungsmagnetisierung“ ist als materialspezifischer Höchstwert der Magnetisierung zu verstehen, der auch nach Entfernen eines äußeren magnetischen Felds erhalten bleibt. Im Idealfall sind bei Erreichen der Sättigungsmagnetisierung alle magnetischen Momente des zu magnetisierenden Körpers ausgerichtet. Mit einer Sättigungsmagnetisierung ist vorliegend nicht der theoretische Höchstwert der Magnetisierung des Materials, sondern der in der Praxis mit üblichen Mitteln erreichbare Wert der Höchstmagnetisierung eines Permanentmagneten, der auch nach Entfernen der Magnetisierungsmittel erhalten bleibt, gemeint.
Erfindungsgemäß wird die Magnetisierung der Permanentmagnetanordnung gezielt auf einen Wert unterhalb der erreichbaren Höchstmagnetisierung eingestellt. Es kann folglich ein Material zur Ausbildung eines Permanentmagneten verwendet werden, das grundsätzlich eine höhere Magnetisierung erlaubt als schließlich für den Einsatz in der Gewichtskraftkompensationseinrichtung notwendig bzw. vorgesehen ist. Speziell bei Gewichtskompensationseinrichtungen für Projektionsbelichtungsanlagen hat es sich gezeigt, dass um eine ständige Bestromung des Tauchspulenaktuators zu vermeiden bzw. dessen Strombedarf möglichst gering zu halten, eine möglichst exakte Einstellung der Kompensationskraft, die das Gewicht eines Bauteils, beispielsweise eines Spiegels aufnehmen soll, von Vorteil ist. Grundsätzlich wäre es nun denkbar, jeden einzelnen Permanentmagneten in seiner Sättigungsmagnetisierung exakt auf die gewünschte Kompensationskraft, das heißt auf die Kraft, die der Permanentmagnet in der Gewichtskraftkompensationseinrichtung aufweisen soll, einzustellen. Dies führt jedoch dazu, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Permanentmagneten hergestellt und verbaut werden muss. Dies ist weder technisch noch im Hinblick auf die Kosten sinnvoll, daher wurden die bereits zum Stand der Technik beschriebenen Maßnahmen, insbesondere auch Gewinde oder Abstandsringe verwendet.
Es hat sich ferner gezeigt, dass Permanentmagnete, die bis zu ihrer Sättigungsmagnetisierung magnetisiert sind, sich im Laufe der Zeit wieder etwas entmagnetisieren. Dies liegt unter anderem daran, dass ein Permanentmagnet Elementarmagnete (magnetische Dipole mit bestimmter Größe und einstellbarer Ausrichtung) aufweist die sich leicht ausrichten lassen und weitere Elementarmagnete aufweist, die sich weniger leicht ausrichten lassen, die Magnetisierung dann jedoch dauerhafter behalten. Die Elementarmagnete eines Permanentmagneten, die sich leichter magnetisieren lassen tendieren somit dazu, sich im Laufe der Zeit auch wieder bis zu einem gewissen Maß zu entmagnetisieren.
Die Erfinder haben erkannt, dass sich die Magnetisierung konstanter über die Zeit halten lässt, wenn der eingesetzte Permanentmagnet auf eine Sollmagnetisierung magnetisiert ist, deren Wert unterhalb der Sättigungsmagnetisierung liegt.
Da die Kompensationskraft durch magnetische Wechselwirkung zwischen der ersten Permanentmagnetanordnung und der zweiten Permanentmagnetanordnung erzeugt wird, kann durch Vorgabe einer Sollmagnetisierung zumindest eine der Permanentmagnetanordnungen bzw. eines Permanentmagneten einer der Permanentmagnetanordnungen gezielt die Kompensationskraft durch Manipulation der magnetischen Wechselwirkung eingestellt werden. Das Einstellen der Kompensationskraft kann hochgenau und individuell bzw. anwendungsspezifisch für das jeweilige Bauteil, dessen Gewicht es zu kompensieren gilt, erfolgen, ohne dass aufwendige zusätzliche Maßnahmen notwendig sind.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, Gewichtskräfte bis zu 500 Newton und mehr zu kompensieren. Eine Feinjustage der Kompensationskraft von einem Newton oder weniger kann dabei anwendungsspezifisch erforderlich sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Sollmagnetisierung eingestellt wird, indem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung zunächst bis zum Erreichen der Sättigungsmagnetisierung magnetisiert wird und anschließend bis zum Erreichen der Sollmagnetisierung entmagnetisiert wird.
Es kann ggf. auch vorgesehen sein, eine gezielte Entmagnetisierung durch Erhitzen wenigstens einer der Permanentmagnetanordnung vorzunehmen.
Es kann von Vorteil sein, die Sollmagnetisierung zur Feineinstellung der Kompensationskraft möglichst genau einzustellen. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Sollmagnetisierung exakter und langzeitstabiler einstellbar ist, wenn die Permanentmagnetanordnung bzw. der Permanentmagnet zunächst soweit möglich maximal, das heißt bis zu seiner Sättigungsmagnetisierung magnetisiert wird und anschließend wieder entmagnetisiert wird, bis die Sollmagnetisierung erreicht wird.
Dies liegt unter anderem an den unterschiedlichen Elementarmagneten innerhalb des Permanentmagneten. Es hat sich gezeigt, dass eine über die Zeit nachlassende Magnetkraft primär dadurch bedingt ist, dass sich die leichter magnetisierbaren Elementarmagnete eines Permanentmagneten wieder entmagnetisieren, während die schwerer magnetisierbaren Elementarmagnete ihre Magnetisierung besser halten. Wenn der Permanentmagnet nun zunächst auf die Sättigungsmagnetisierung magnetisiert wird, werden alle Elementarmagnete, soweit möglich, magnetisiert. Bei einem anschließenden Entmagnetisieren auf die Sollmagnetisierung werden jedoch zunächst die leichter magnetisierbaren Elementarmagnete wieder entmagnetisiert. Das heißt, der Permanentmagnet mit der Sollmagnetisierung weist eine Magnetisierung auf, die sich primär dadurch ergibt, dass die schwerer magnetisierbaren Elementarmagnete magnetisiert sind. Diese halten ihre Magnetisierung dann über die Zeit besser als ein Gefüge, dessen Magnetisierung sich aus leicht und schwer magnetisierbaren Elementarmagneten zusammensetzt.
Alternativ kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass die Sollmagnetisierung eingestellt wird, indem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung lediglich bis zum Erreichen der Sollmagnetisierung magnetisiert wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung in einem montierten Zustand in der Gewichtskraftkompensationseinrichtung oder in einem auf einem Modul der Gewichtskraftkompensationseinrichtung montierten Zustand und/oder in einem gekapselten Zustand auf die Sollmagnetisierung eingestellt wird.
Das Magnetisieren und Entmagnetisieren erfolgt üblicherweise berührungslos und ist somit auch für gekapselte bzw. verpackte Bauteile möglich. Wenn somit eine entsprechend ausgebildete Magnetisierungs- und/oder Entmagnetisierungsvorrichtung vorgesehen ist, kann eine Einstellung der Sollmagnetisierung in einem beliebigen Fertigungszustand der Permanentmagnetanordnung innerhalb der Gewichtskraftkompensationseinrichtung vorgesehen sein.
Es kann auch vorgesehen sein, die Kompensationskraft der Gewichtkraftkompensationseinrichtung in einem eingebauten Zustand innerhalb der Projektionsbelichtungsanlage einzustellen. Dieses Verfahren kann insbesondere auch vorgesehen sein, um eine Änderung der Kompensationskraft über die Zeit auszugleichen.
Es kann von Vorteil sein, die Permanentmagnetanordnung im montierten Zustand an einem Modul auf die Sollmagnetisierung einzustellen.
In einer Weiterbildung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Modul ein Rotor und/oder ein Translator ist, an dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung angeordnet wird.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere eine Permanentmagnetanordnung, die an dem beweglichen Element der Gewichtskraftkompensationseinrichtung, also zum Beispiel dem Rotor oder Translator, angeordnet ist, zusammen mit dem beweglichen Element mit vertretbarem Aufwand aus der gesamten Gewichtskraftkompensationseinrichtung entnehmbar und im Anschluss in unkomplizierter Weise magnetisierbar ist, um die Sollmagnetisierung einzustellen bzw. eine Feinjustage der Kompensationskraft vorzunehmen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Permanentmagnetanordnung der Gewichtskraftkompensationseinrichtung zur Einstellung der Kompensationskraft jeweils auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt werden.
Es ist auch möglich, mehrpolige Magnetkreise definiert zu magnetisieren.
Es kann von Vorteil sein, wenn vor oder nach der Einstellung der Sollmagnetisierung kein nennenswerter Aufwand zur Montage oder Demontage von Teilen der Gewichtskraftkompensationseinrichtung mehr betrieben werden muss. Somit kann es von Vorteil sein, eine möglichst vollständig zusammengesetzte Gewichtskraftkompensationseinrichtung zu justieren und somit beispielsweise alle Permanentmagnetanordnungen gleichzeitig auf eine Sollmagnetisierung einzustellen. Auch durch eine gleichzeitige Einstellung der Magnetisierungen der Permanentmagnetanordnungen kann die Wechselwirkung zwischen den Permanentmagnetanordnungen und somit die Kompensationskraft vorteilhaft modifiziert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass eine Spulenanordnung zur Erzeugung eines magnetischen Felds verwendet wird, mit dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung zur Einstellung der Sollmagnetisierung beaufschlagt wird.
Eine Spulenanordnung, insbesondere eine Spulenanordnung mit der ein magnetisches Feld gezielt eingestellt werden kann, vorzugsweise durch Einstellen der Stromstärke durch die Spule, kann in vorteilhafter Weise die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung bzw. einen oder mehrere Permanentmagnete der Permanentmagnetanordnung magnetisieren und/oder entmagnetisieren.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass mit der Spulenanordnung ein umpolbares magnetisches Feld erzeugt wird, um die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung zunächst bis zum Erreichen der Sättigungsmagnetisierung zu magnetisieren und anschließend durch Umpolen des magnetischen Felds bis zum Erreichen der Sollmagnetisierung zu entmagnetisieren.
Mit einer Spulenanordnung, bei der der Stromfluss durch die Spule umkehrbar ist, kann ein derartig umpolbares magnetisches Feld leicht erzeugt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spulenanordnung eine Geometrie aufweist, die mit der wenigstens einen Permanentmagnetanordnung und/oder mit einem Modul der Gewichtskraftkompensationseinrichtung, an dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung angeordnet ist, und/oder mit der Gewichtskraftkompensationseinrichtung, innerhalb derer die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung angeordnet ist, und/oder mit einem Gehäuse, in dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung gekapselt angeordnet ist, korrespondiert, wodurch die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung in die Spulenanordnung einführbar ist.
Die Spulenanordnung kann insbesondere in ihren äußeren Abmessungen ausgebildet sein, die zu magnetisierende bzw. zu magnetisierenden Permanentmagnetanordnung(en) und gegebenenfalls die die Permanentmagnetanordnung(en) umgebenden Komponenten aufzunehmen.
Die Spulenanordnung kann eine oder mehrere Spulen, beispielsweise zwei Spulen, umfassen.
Die Permanentmagnetanordnung(en) – und eventuelle umgebende Komponenten – können vorzugsweise in den inneren Bereich einer einzigen Spule oder zwischen mehrere Spulen der Spulenanordnung einführbar sein.
Die Spulenanordnung muss die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung nicht zwangsläufig vollständig umgeben; die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung kann auch nur teilweise in die Spulenanordnung einführbar sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Spulenanordnung ausgebildet ist, die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung axial oder radial zu magnetisieren.
Es kann vorgesehen sein, die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung zur Erreichung der Sollmagnetisierung mit einem äußeren magnetischen Feld zu erhitzen und/oder einer Wärmebehandlung zu unterwerfen.
Es kann auch vorgesehen sein, die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung inhomogen zu magnetisieren, insbesondere bis zum Erreichen der Sättigungsmagnetisierung vollständig und homogen zu magnetisieren und anschließend nur Teilbereiche des Materials wieder zu entmagnetisieren. Dabei kann über das Material verteilt eine inhomogene Entmagnetisierung vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein die Ränder oder einen Rand bzw. Randbereiche der wenigstens einen Permanentmagnetanordnung stärker oder schwächer zu entmagnetisierenden als die restlichen Bereiche der Permanentmagnetanordnung.
Bei einer inhomogenen Magnetisierung kann es von Vorteil sein, eine Symmetrie beizubehalten.
Es kann vorgesehen sein, die magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagnetanordnungen im Vorfeld zu berechnen und/oder zu simulieren. Hierdurch kann anwendungsspezifisch insbesondere eine inhomogene Magnetisierung bestimmt werden, die eine möglichst ideale Gewichtskraftkompensation (z. B. auch eine besonders geeignete Weg-Kraft-Kurve) zur Folge hat. Es kann auch ein besonders homogenes externes Feld in definierten Bereichen angestrebt werden um parasitäre Effekte zu reduzieren. Ebenso ist es möglich, herstellungsbedingte Magnetfeldtolerazen auszugleichen.
In der Praxis werden häufig axial oder radial magnetisierte Permanentmagnetanordnungen innerhalb einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung oder innerhalb eines Tauchspulenaktuators verwendet.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass zur anwendungsspezifischen Einstellung der Kompensationskräfte mehrerer Gewichtskraftkompensationseinrichtungen einer Projektionsbelichtungsanlage strukturell identische Permanentmagnetanordnungen für die Gewichtskraftkompensationseinrichtungen verwendet werden, wonach die Kompensationskräfte der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen dadurch eingestellt werden, dass bei jeder der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen jeweils wenigstens eine der Permanentmagnetanordnung auf eine anwendungsspezifische Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt wird.
Es kann somit ein Verfahren zur Einstellung der Kompensationskraft mehrerer Gewichtskraftkompensationseinrichtungen, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage, vorgesehen sein.
Unter einer strukturell identischen Permanentmagnetanordnung sind Permanentmagnetanordnungen zu verstehen (bzw. deren Permanentmagnete), die sich in ihren Geometrien und/oder ihren Materialeigenschaften und/oder ihrer Ausrichtung entsprechen bzw. baugleich sind.
Es hat sich gezeigt, dass es, insbesondere für Projektionsbelichtungsanlagen, nicht wirtschaftlich ist, für jede der mehreren Gewichtskraftkompensationseinrichtungen eine eigene Permanentmagnetanordnung vorzusehen, deren Permanentmagnet bzw. deren Permanentmagnete, so wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist, bis zur Sättigungsmagnetisierung magnetisiert sind. Demnach ist es ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass mehrere Gewichtskraftkompensationseinrichtungen bzw. deren Permanentmagnetanordnung bzw. deren Permanentmagnete grundsätzlich identisch ausgebildet bzw. ausgelegt sein können und die Einstellung der Kompensationskraft dadurch erfolgt, dass die Permanentmagnete oder der Permanentmagnet der Permanentmagnetanordnung nicht auf die Sättigungsmagnetisierung sondern auf eine anwendungsspezifische Sollmagnetisierung unterhalb der Sättigungsmagnetisierung eingestellt ist bzw. sind. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass in kostengünstiger Weise für mehrere, eine Gruppe oder gegebenenfalls alle Gewichtskraftkompensationseinrichtungen baugleiche Permanentmagnete für die erste Permanentmagnetanordnung bzw. die zweite Permanentmagnetanordnung verwendet werden können. Die Auswahl der Permanentmagnete kann dabei beispielsweise derart erfolgen, dass diese geeignet sind bei in der vorgesehenen Positionierung innerhalb der Gewichtskraftkompensationseinrichtung eine spezifische Gewichtskraft, beispielsweise von 500 Newton zu kompensieren, wenn die Permanentmagnete auf ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt sind. Nachdem sich, insbesondere bei Projektionsbelichtungsanlagen, gezeigt hat, dass anwendungsspezifisch insbesondere leicht abweichende Gewichtskräfte kompensiert werden müssen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Permanentmagnete zur Einstellung der Kompensationskraft auf eine Sollmagnetisierung unterhalb der Sättigungsmagnetisierung eingestellt werden. Das heißt, die Permanentmagnete könnten an sich eine höhere Kompensationskraft erzeugen – sind also bewusst überdimensioniert und werden auf die gewünschte Kompensationskraft herabgesetzt. Somit wird vermieden, dass für die jeweiligen Gewichtskraftkompensationseinrichtungen jeweils ein eigener Typ von Permanentmagneten angeschafft werden muss, dessen Sättigungsmagnetisierung auf die gewünschte Kompensationskraft ausgerichtet ist.
Ein derartiges Vorgehen ist aus dem Stand der Technik völlig unüblich. Aus der Praxis ist es lediglich bekannt Permanentmagnete einzusetzen, die bis zur Sättigungsmagnetisierung magnetisiert sind.
Die Erfindung betrifft auch eine Gewichtskraftkompensationseinrichtung, insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage, umfassend wenigstens eine erste Permanentmagnetanordnung, die eine radiale Magnetisierung aufweist, und wenigstens eine zweite Permanentmagnetanordnung, die eine axiale Magnetisierung aufweist, wobei die Permanentmagnetanordnungen derart angeordnet sind, dass eine Kompensationskraft durch magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagnetanordnungen erzeugt wird. Erfindungsgemäß ist bei wenigstens einer der Permanentmagnetanordnungen die Sättigungsmagnetisierung größer als zur Erzeugung der Kompensationskraft notwendig, wobei die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung zur Einstellung der Kompensationskraft auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt ist.
Merkmale und Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen Verfahren genannt sind, können selbstverständlich auch auf die erfindungsgemäße Gewichtskraftkompensationseinrichtung übertragen werden – und umgekehrt.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste, radial magnetisierte Permanentmagnetanordnung als äußere Permanentmagnetanordnung und die zweite, axiale magnetisierte Permanentmagnetanordnung als innere Permanentmagnetanordnung ausgebildet ist, welche von der äußeren Permanentmagnetanordnung umgeben ist.
Es hat sich gezeigt, dass mit einer symmetrischen Anordnung um eine Bewegungsachse herum, insbesondere bei Verwendung von ringförmig ausgebildeten Permanentmagnetanordnungen bzw. Ringmagneten innerhalb der Permanentmagnetanordnungen, eine besonders vorteilhafte und kompakte Bauform der Gewichtskraftkompensationseinrichtung erreichbar ist. Die innere Permanentmagnetanordnung kann dabei an einem Translator, beispielsweise einem stabförmigen Modul, angeordnet sein und von einer äußeren Permanentmagnetanordnung ringförmig umgeben sein. Die äußere Permanentmagnetanordnung kann in vorteilhafter Weise an einem umgebenden Bauteil fest angeordnet sein, beispielsweise an einer Gehäusewand.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass eine äußere Permanentmagnetanordnung und wenigstens eine innere Permanentmagnetanordnung oder eine innere Permanentmagnetanordnung und wenigstens eine äußere Permanentmagnetanordnung vorgesehen sind.
Gemäß einer bewährten, aus der Praxis bekannten Bauform ist insbesondere eine innere Permanentmagnetanordnung vorgesehen, die zwei axial magnetisierte Ringmagnete aufweist, die voneinander einen festen oder einstellbaren Abstand aufweisen. Die beiden Ringmagnete der inneren Permanentmagnetanordnung können dann vorzugsweise von der äußeren Permanentmagnetanordnung umgeben sein, wobei die äußere Permanentmagnetanordnung einen radial magnetisierten Ringmagnet aufweist. Die Permanentmagnetanordnungen erzeugen durch die magnetische Wechselwirkung eine Kompensationskraft derart, dass die innere Permanentmagnetanordnung, die an einem Translator befestigt sein kann, aus der äußeren Permanentmagnetanordnung herausgedrückt wird, vorzugsweise in der Art, dass die daraus resultierende Kraft eine Gewichtskraft, die ebenfalls auf den Translator wirkt, kompensiert.
Es ist bekannt, durch Variation des Abstands zwischen den inneren Permanentmagneten der inneren Permanentmagnetanordnung die Kompensationskraft einzustellen. Hierfür kann ein Gewinde oder können Abstandsringe vorgesehen sein. Erfindungsgemäß kann nunmehr allerdings die Kompensationskraft durch Einstellung der Sollmagnetisierung vorgenommen werden. Demnach ist eine Einstellung des Abstands zwischen den inneren Permanentmagneten nicht mehr zwingend erforderlich.
Es kann auch vorgesehen sein, anstelle von zwei inneren Permanentmagneten nur noch einen einzigen inneren Permanentmagneten innerhalb der inneren Permanentmagnetanordnung vorzusehen. Der Aufbau der Gewichtskraftkompensationseinrichtung und somit der gesamten Projektionsbelichtungsanlage kann dadurch stark vereinfacht sein.
Selbstverständlich können zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Einstellung der Kompensationskraft durch Einstellung der Sollmagnetisierung auch alle weiteren bekannten und gängigen Maßnahmen zur Feinjustage der Kompensationskraft vorgesehen sein. Besonders Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Einstellung der Kompensationskraft durch eine Justageeinrichtung der DE 10 2015 201 096 A1 erweitert werden, wobei ein Elektropermanentmagnet zur Beeinflussung des Magnetkreises vorgesehen sein kann. Die üblichen Justagemittel können gegebenenfalls vereinfacht werden, da sie teilweise oder vollständig durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Gewichtskraftkompensationseinrichtung ersetzbar sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann wenigstens eine Aktuatorspule vorgesehen sein, die in Wechselwirkung mit zumindest einer der Permanentmagnetanordnungen einen Aktuator zum Auslenken eines Rotors und/oder Translators ausbildet.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die beschriebene Gewichtskraftkompensationseinrichtung in einfacher Weise mit einem Aktuator, insbesondere einem Tauchspulenaktuator, kombinierbar ist. Vorzugsweise können dabei eine oder mehrere Ringspulen an einem Statorteil, d. h. an einem festen Gehäuseteil der Gewichtskraftkompensationseinrichtung, zusätzlich zu der ersten Permanentmagnetanordnung, angeordnet sein. Infolge findet nicht nur eine magnetische Wechselwirkung zwischen der ersten Permanentmagnetanordnung und der zweiten Permanentmagnetanordnung, sondern auch zwischen der wenigstens einen Spule und den Permanentmagnetanordnungen statt. Die Wechselwirkung zwischen der wenigstens einen Spule mit der inneren bzw. zweiten Permanentmagnetanordnung, die vorzugsweise an dem Translator angeordnet ist, kann zur gezielten Auslenkung des Translators genutzt werden.
Es kann vorgesehen sein, drei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen an einem optischen Element einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einem Spiegel, anzuordnen. Das optische Element kann dadurch nahezu kräftefrei gehalten werden, wobei eine Manipulation des optischen Elements durch bis zu sechs Aktuatoren – vorzugsweise ein Aktuator für jeden Freiheitsgrad – erfolgen kann. Die Gewichtskräfte müssen infolge nicht von den Aktuatoren aufgenommen werden, sondern können durch die Gewichtskraftkompensationseinrichtung vorteilhaft und stromlos kompensiert werden.
Es kann vorgesehen sein, Permanentmagnete wenigstens einer Permanentmagnetanordnung aus einer Samarium-Kobalt-Legierung oder Neodym-Legierung auszubilden. Aufgrund des besseren Temperatur- und Langzeitverhaltens ist eine Samarium-Kobalt-Legierung besonders zu bevorzugen.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, wobei die Projektionsbelichtungsanlage ein Beleuchtungssystem, eine Strahlungsquelle sowie eine Optik aufweist, wobei die Optik wenigstens ein optisches Element umfasst und wobei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen zur Kompensation einer Gewichtskraft wenigstens eines der optischen Elemente vorgesehen sind. Dabei ist ferner vorgesehen, dass mehrere der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine jeweils anwendungsspezifische Kompensationskraft eingestellt sind.
Merkmale und Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Gewichtskraftkompensationseinrichtung beschrieben wurden, können in beliebiger Kombination auch bei der Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz kommen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:
1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage;
2 eine weitere Projektionsbelichtungsanlage;
3 eine isometrische Darstellung eines optischen Elements mit drei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen;
4 eine erste Ausführungsform einer Anordnung zur Halterung eines optischen Elements mit einer erfindungsgemäßen Gewichtskraftkompensationseinrichtung in einer nicht ausgelenkten Position;
5 eine zweite Ausführungsform einer Anordnung zur Halterung eines optischen Elements mit einer erfindungsgemäßen Gewichtskraftkompensationseinrichtung in einer ausgelenkten Position;
6 eine Spulenanordnung zur axialen Magnetisierung einer Permanentmagnetanordnung, die an einem Translator angeordnet ist; und
7 eine Spulenanordnung zur radialen Magnetisierung einer Permanentmagnetanordnung.
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 EUV-Strahlung 413, insbesondere im Bereich zwischen 5 Nanometer und 30 Nanometer, emittieren. Zur Steuerung des Strahlungswegs der EUV-Strahlung 413 werden optisch verschieden ausgebildete und mechanisch verstellbare optische 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 nur beispielhaft erwähnten Ausführungsformen ausgebildet.
Die mit der Strahlungsquelle 402 erzeugte EUV-Strahlung 413 wird mittels eines in der Strahlungsquelle 402 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass die EUV-Strahlung 413 im Bereich einer Zwischenfokusebene 414 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor die EUV-Strahlung 413 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 weitere Projektionsbelichtungsanlage 100, beispielsweise eine DUV("Deep Ultra Violet")-Projektionsbelichtungsanlage, dargestellt. Die Projektionsbelichtungsanlage 100 weist ein Beleuchtungssystem 103, eine Retikelstage 104 genannten Einrichtung zur Aufnahme und exakten Positionierung eines Retikels 105, durch welches die späteren Strukturen auf einem Wafer 102 bestimmt werden, eine Einrichtung 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung des Wafers 102 und eine Abbildungseinrichtung, nämlich ein Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektivs 107 gehalten sind, auf.
Die optischen Elemente 108 können als einzelne refraktive, diffraktive und/oder reflexive optische Elemente 108, wie z. B. Linsen, Spiegel, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen ausgebildet sein.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage 100 sieht vor, dass die in das Retikel 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden.
Das Beleuchtungssystem 103 stellt einen für die Abbildung des Retikels 105 auf den 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 dem Beleuchtungssystem 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.
Mittels des Projektionsstrahls 111 wird ein Bild des Retikels 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen. 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 die Anordnung eines Manipulators 200 im Bereich zwischen Retikelstage 104 und dem ersten optischen Element 108 des Projektionsobjektivs 107. Der Manipulator 200 dient zur Korrektur von Bildfehlern, wobei ein enthaltenes optisches Element durch Aktuatorik mechanisch deformiert wird.
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 der Wafer 411, 102 ist die Verwendung von Aktuatoren unterschiedlicher Bauweise bekannt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere, um die Gewichtskraft der einzelnen optischen Elemente 108, 418, 419, 420, Teile dieser optischen Elemente 108, 418, 419, 420 oder beliebige andere optische Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage 400, 100 zu kompensieren.
Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen 100, 400, insbesondere auch nicht mit dem beschriebenen Aufbau, beschränkt.
Die Erfindung sowie das nachfolgende Ausführungsbeispiel sind ferner nicht auf eine spezifische Bauform beschränkt zu verstehen.
Die 3 zeigt eine stark schematisierte, isometrische Ansicht eines optischen Elements, beispielsweise eines Spiegels 418, einer Projektionsbelichtungsanlage 400. Die Anordnung kann allerdings bei allen optischen Elementen beliebiger Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt werden. Die Anordnung weist drei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 1 an der Rückseite des Spiegels 418 auf. Eine jeweilige Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 umfasst ein Modul 2, welches im Ausführungsbeispiel als Translator 2 ausgebildet ist. Der Translator 2 ist Ausführungsbeispiel als rohrförmiges Element, welches innerhalb eines Stators 3 angeordnet ist, ausgeführt. Der Translator 2 überträgt die Kompensationskraft auf den Spiegel 418. Der Stator 3 kann an einem nicht gezeigten Tragrahmen der Projektionsbelichtungsanlage 400 befestigt sein.
Ferner kann eine Auslenkung des Spiegels 418 durch Aktuatoren, insbesondere Tauchspulenaktuatoren, vorgesehen sein. Die (nicht näher bezeichneten) Tauchspulenaktuatoren können dabei mit den Gewichtskraftkompensationseinrichtungen 1 kombiniert ausgebildet sein.
4 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 aus 3 in einer ersten Ausführung. Die Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 ist rotationssymmetrisch bezüglich einer Bewegungsachse A aufgebaut. Der Translator 2 der Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 erstreckt sich entlang der Bewegungsachse A. Der Translator 2 ist dabei über Verbindungselemente 4 mit dem umgehenden Stator 3 verbunden, so dass er entlang der Bewegungsachse A zwangsgeführt ist. Die Richtung der Bewegungsachse A ist ebenfalls die Richtung, in der die Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 die Kompensationskraft auf den Spiegel 418 ausübt, um den Spiegel 418 zu halten.
Die Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 umfasst eine erste Permanentmagnetanordnung 5, die eine radiale Magnetisierung aufweist und eine zweite Permanentmagnetanordnung 6, die eine axiale Magnetisierung aufweist. Die Magnetisierungsrichtungen sind dabei jeweils durch Pfeile in den Figuren angedeutet.
Die erste Permanentanordnung 5 umfasst einen Ringmagneten 5.1, der an dem Stator 3 befestigt ist und die zweite Permanentmagnetanordnung 6 umgibt. Die zweite Permanentmagnetanordnung 6 umfasst in der in 4 gezeigten Ausführungsform zwei Ringmagnete 6.1, die um einen Stator 2 in der Ausbildung eines Rohrs, voneinander axial, d. h. entlang der Bewegungsachse A, beabstandet angeordnet sind. Die Permanentmagnetanordnungen 5, 6 sind dabei derart magnetisiert, dass die magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagnetanordnungen 5, 6 dafür sorgt, dass die zweite Permanentmagnetanordnung 6 entlang der Bewegungsachse A (in der Darstellung nach oben) aus der ersten Permanentmagnetanordnung 5 herausgedrückt wird.
Im Ausführungsbeispiel ist zur Einstellung der Kompensationskraft der Gewichtskompensationseinrichtung 1 vorgesehen, dass die beiden Ringmagnete 6.1 der Permanentmagnetanordnung 6 derart ausgewählt sind, dass deren Sättigungsmagnetisierung größer ist als zur Erzeugung der Kompensationskraft notwendig. Die beiden Ringmagnete 6.1 der Permanentmagnetanordnung 6 sind hierzu auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt.
Die Kompensationskraft ergibt sich unter anderem auch aus der Positionierung der Ringmagnete 6.1 innerhalb der Gewichtskompensationseinrichtung 1 bzw. der Magnetkraft des Ringmagneten 5.1 der Permanentanordnung 5 und deren jeweiligen Positionierung zu einander. Ferner ergibt sich die Kompensationskraft auch aus der Gewichtskraft, die sich durch den Spiegel 418 und gegebenenfalls weitere Bauteile ergibt.
Grundsätzlich ist es möglich ergänzend oder alternativ auch den Ringmagneten 5.1 durch das erfindungsgemäße Verfahren auf eine Sollmagnetisierung unterhalb der Sättigungsmagnetisierung einzustellen.
Selbstverständlich sind auch andersartige Magnetisierungen und Magnetisierungsrichtungen sowie Anordnungen der Permanentmagnete und Verteilungen auf die Permanentmagnetanordnungen 5, 6 möglich.
Der Translator 2 ist mit dem Spiegel 418 verbunden, um die Kompensationskraft auf den Spiegel 418 auszuüben. Die Verbindung wird über eine der Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 zugeordnete Kopplungseinrichtung 7 (in 4 lediglich schematisch angedeutet) hergestellt. Die Kopplungseinrichtung 7 lagert den Spiegel 418 in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsachse A frei bewegbar. In Richtung der Gewichtskraft, d. h. in Richtung der Bewegungsachse A, wird der Spiegel 418 dagegen durch die Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 gehalten.
Ferner zeigt 4 eine Kombination der Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 mit einem Aktuator in Ausführung eines Tauchspulenaktuators.
Hierfür sind zwei Aktuatorspulen 8 (nur schematisch als Blöcke dargestellt) vorgesehen, die bei entsprechender Bestromung eine magnetische Wechselwirkung mit der zweiten Permanentmagnetanordnung 6 verursachen, wodurch der Translator 2 gezielt ausgelenkt werden kann. Dadurch, dass gleichzeitig die Gewichtskraft des Spiegels 418 kompensiert wird, muss der Aktuator die Gewichtskraft nicht durch zusätzliche Bestromung der Aktuatorspulen 8 ausgleichen. Die Anordnung weist damit eine hohe Effizienz und insbesondere eine geringe Wärmeabgabe auf.
Es kann gegebenenfalls eine zusätzliche Feinjustageeinrichtung zum Einstellen der Kompensationskraft der Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 vorgesehen sein (nicht dargestellt). Beispielsweise kann ein Gewinde vorgesehen sein, wodurch der Abstand der Ringmagnete 6.1 der zweiten Permanentmagnetanordnung 6 modifizierbar ist, insbesondere um gegebenenfalls über die Zeit auftretende Veränderungen der Magnetkraft auszugleichen.
In 5 ist eine zweite Ausführungsform einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 dargestellt. Die Ausführungsform ähnelt dabei stark der Ausführung der 4, weshalb auf bereits beschriebene Merkmale nicht abermals im Detail eingegangen wird. In 5 ist zur Vereinfachung der Spiegel 418 nicht dargestellt.
Im Gegensatz zur Ausführungsform der 4 ist in 5 eine zweite Permanentmagnetanordnung 6 vorgesehen, die lediglich einen einzigen Ringmagneten 6.1 aufweist. Dadurch, dass erfindungsgemäß eine Feineinstellung bzw. Einstellung der Kompensationskraft gemäß dem beschriebenen Verfahren möglich ist, kann eine zusätzliche Feinjustage durch Einstellen des Abstands zwischen den Ringmagneten 6.1 der zweiten Permanentmagnetanordnung 6 der Ausführungsform der 4 entfallen. Demnach kann die zweite Permanentmagnetanordnung 6 in vereinfachter Weise als einzelner Ringmagnet 6.1 ausgebildet sein.
Zur Verdeutlichung zeigt 5 einen ausgelenkten Zustand des Translators 2.
In 6 ist eine Spulenanordnung 9 dargestellt, die eine Geometrie aufweist, die mit der zweiten Permanentmagnetanordnung 6 der 5 korrespondiert, die an einem Modul, vorliegend dem Translator 2, angeordnet ist. Die Spulenanordnung 9 ist dazu ausgebildet, eine in sie eingeführte Permanentmagnetanordnung 6 axial zu magnetisieren.
Die Spulenanordnung 9 kann eine Geometrie aufweisen, in die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung 5 oder 6 und/oder die gesamte Gewichtskraftkompensationseinrichtung 1 und/oder eine Permanentmagnetanordnung 5 oder 6, die innerhalb eines Gehäuses gekapselt angeordnet ist, einführbar ist.
Vorliegend kann vorzugsweise die zweite Permanentmagnetanordnung 6 der 5 in Längsrichtung in die Spulenanordnung 9, die vorzugsweise aus einer einzigen Spule 9.1 besteht, eingeführt werden. Im Anschluss kann die Spulenanordnung 9 bestromt werden, wodurch ein hierdurch erzeugtes Magnetfeld zur Magnetisierung und/oder Entmagnetisierung der zweiten Permanentmagnetanordnung 6, so dass diese die Sollmagnetisierung aufweist, verwendet werden kann.
In 7 ist eine weitere Spulenanordnung 10 dargestellt, mit der eine radiale Magnetisierung eingestellt werden kann. Die Spulenanordnung 10 der Ausführungsform der 7 sieht dabei zwei Flachspulen 10.1 vor, zwischen die beispielsweise die erste Permanentmagnetanordnung 5 der Ausführungsformen der 4 und 5 einführbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011088735 A1 [0005, 0012]
WO 2005/026801 A2 [0007]
DE 102011004607 A1 [0008]
DE 102015201096 A1 [0014, 0075]

Claims

Verfahren zur Einstellung der Kompensationskraft einer Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1), insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage (100, 400), wobei die Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) zumindest eine erste Permanentmagnetanordnung (5) und eine zweite Permanentmagnetanordnung (6) umfasst, die in Wechselwirkung miteinander die Kompensationskraft erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Permanentmagnetanordnungen (5, 6) derart ausgewählt wird, dass deren Sättigungsmagnetisierung größer ist als zur Erzeugung der Kompensationskraft notwendig, wonach die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) zur Einstellung der Kompensationskraft auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollmagnetisierung eingestellt wird, indem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) zunächst bis zum Erreichen der Sättigungsmagnetisierung magnetisiert wird und anschließend bis zum Erreichen der Sollmagnetisierung entmagnetisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) in einem montierten Zustand in der Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) oder in einem auf einem Modul (2) der Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) montierten Zustand und/oder in einem gekapselten Zustand auf die Sollmagnetisierung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul ein Rotor und/oder Translator (2) ist, an dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Permanentmagnetanordnung (5, 6) der Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) zur Einstellung der Kompensationskraft jeweils auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spulenanordnung (9, 10) zur Erzeugung eines magnetischen Felds verwendet wird, mit dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) zur Einstellung der Sollmagnetisierung beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Spulenanordnung (9, 10) ein umpolbares magnetisches Feld erzeugt wird, um die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) zunächst bis zum Erreichen der Sättigungsmagnetisierung zu magnetisieren und anschließend durch Umpolen des magnetischen Felds bis zum Erreichen der Sollmagnetisierung zu entmagnetisieren.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (9, 10) eine Geometrie aufweist, die mit der wenigstens einen Permanentmagnetanordnung (5, 6) und/oder mit einem Modul (2) der Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1), an dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) angeordnet ist, und/oder mit der Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1), innerhalb derer die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) angeordnet ist, und/oder mit einem Gehäuse, in dem die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) gekapselt angeordnet ist, korrespondiert, wodurch die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) in die Spulenanordnung (9, 10) einführbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (9, 10) ausgebildet ist, die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) axial oder radial zu magnetisieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur anwendungsspezifischen Einstellung der Kompensationskräfte mehrerer Gewichtskraftkompensationseinrichtungen (1) einer Projektionsbelichtungsanlage (100, 400) strukturell identische Permanentmagnetanordnungen (5, 6) für die Gewichtskraftkompensationseinrichtungen (1) verwendet werden, wonach die Kompensationskräfte der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen (1) dadurch eingestellt werden, dass bei jeder der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen (1) jeweils wenigstens eine der Permanentmagnetanordnungen (5, 6) auf eine anwendungsspezifische Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt wird.
Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1), insbesondere für eine Projektionsbelichtungsanlage (100, 400), umfassend wenigstens eine erste Permanentmagnetanordnung (5), die eine radiale Magnetisierung aufweist und wenigstens eine zweite Permanentmagnetanordnung (6), die eine axiale Magnetisierung aufweist, wobei die Permanentmagnetanordnungen (5, 6) derart angeordnet sind, dass eine Kompensationskraft durch magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagnetanordnungen (5, 6) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einer der Permanentmagnetanordnungen (5, 6) die Sättigungsmagnetisierung größer ist als zur Erzeugung der Kompensationskraft notwendig, wobei die wenigstens eine Permanentmagnetanordnung (5, 6) zur Einstellung der Kompensationskraft auf eine Sollmagnetisierung unterhalb ihrer Sättigungsmagnetisierung eingestellt ist.
Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, radial magnetisierte Permanentmagnetanordnung (5) als äußere Permanentmagnetanordnung (5) und die zweite, axial magnetisierte Permanentmagnetanordnung (6) als innere Permanentmagnetanordnung (6) ausgebildet ist, welche von der äußeren Permanentmagnetanordnung (5) umgeben ist.
Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Permanentmagnetanordnung (5) und wenigstens eine innere Permanentmagnetanordnung (6) oder eine innere Permanentmagnetanordnung (6) und wenigstens eine äußere Permanentmagnetanordnung (5) vorgesehen sind.
Gewichtskraftkompensationseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Aktuatorspule (8) vorgesehen ist, die in Wechselwirkung mit zumindest einer der Permanentmagnetanordnungen (5, 6) einen Aktuator zum Auslenken eines Rotors und/oder Translators (2) ausbildet.
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) umfasst, wobei Gewichtskraftkompensationseinrichtungen (1) zur Kompensation einer Gewichtskraft wenigstens eines der optischen Elemente (415, 416, 418, 419, 420, 108) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Gewichtskraftkompensationseinrichtungen (1) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf eine jeweils anwendungsspezifische Kompensationskraft eingestellt sind.