DE102018219869A1

DE102018219869A1 - Verfahren zur Anordnung von Bauteilen von Projektionsbelichtungsanlagen durch additive Fertigung und entsprechend hergestellte Magnetbaugruppe

Info

Publication number: DE102018219869A1
Application number: DE102018219869.1A
Authority: DE
Inventors: Ansgar Holle; Michael Erath
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-03-21
Also published as: DE102019215386A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Baugruppen, insbesondere für Projektionsbelichtungsanlagen, bei welchem die Baugruppe mindestens zwei unterschiedliche Bauteile (11,12) umfasst, wobei die mindestens zwei Bauteile durch Form - und / oder Kraftschluss miteinander verbunden sind, wobei mindestens eines der Bauteile (11) zumindest teilweise durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Magnetbaugruppe für eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse (11), welches mindestens einen Hohlraum (14) definiert, und mindestens einem Magneten (12), der in dem Hohlraum angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil des Gehäuses (11) durch generative Fertigung hergestellt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Baugruppen, insbesondere von Baugruppen für Projektionsbelichtungsanlagen, wobei eine Baugruppe mindestens zwei unterschiedliche Bauteile umfasst, die durch Form - und / oder Kraftschluss miteinander verbunden sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Magnetbaugruppe für eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Gehäuse, welches mindestens einen Hohlraum definiert, wobei mindestens ein Magnet in dem Hohlraum des Gehäuses angeordnet ist.
STAND DER TECHNIK
In Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, die zur Herstellung von mikrotechnischen, insbesondere mikroelektronischen und / oder mikromechanischen Bauteilen eingesetzt werden, müssen zum Teil verschiedene Komponenten, insbesondere optische Elemente bewegt, eingestellt und positioniert werden. Beispielsweise können Spiegel eingesetzt werden, die verkippt werden müssen.
Zur Betätigung der verschiedenen Komponenten, wie z.B. der optischen Elemente, bieten sich Aktuatoren an, die auf einem elektromagnetischen Funktionsprinzip beruhen. Hierbei wird über einen Elektromagneten, der durch eine elektrische Spule realisiert ist, ein Magnetfeld erzeugt, welches mit dem Magnetfeld eines Permanentmagneten wechselwirkt, so dass entsprechende Kräfte zur Betätigung der Komponenten bereitgestellt werden.
Allerdings ist die Herstellung entsprechender Aktuatoren, die insbesondere oft sehr klein dimensioniert sind, aufwändig, da eine Vielzahl von einzelnen Produktionsschritten durchlaufen werden müssen. Darüber hinaus muss darauf geachtet werden, dass die Funktionsfähigkeit des Aktuators nicht beeinträchtigt wird. Beispielsweise können bei mikrotechnisch hergestellten Aktuatoren, die eine Vielzahl von Verbindungsstellen, sogenannte Bondstellen, aufweisen, nicht nur Probleme dahingehend entstehen, dass der Aufwand für die Herstellung immens wird, sondern auch dass die Bondstellen die entsprechenden mechanischen Kräfte, wie insbesondere Scherkräfte nicht zuverlässig aufnehmen können.
Darüber hinaus können derartige Bondstellen beim Einsatz bestimmter Lichtwellenlängen in den Projektionsbelichtungsanlagen, beispielsweise im Bereich des extrem ultravioletten Wellenlängenspektrums, geschädigt werden.
Außerdem dürfen derartige Aktuatoren und die darin verwendeten Magnete auch ansonsten nicht durch die herrschenden Betriebsbedingungen in den entsprechenden Projektionsbelichtungsanlagen wie durch Streulicht des Arbeitslichts und / oder ein in der Projektionsbelichtungsanlage herrschenden Wasserstoffatmosphäre und / oder Vakuum geschädigt werden.
Permanentmagnete auf Basis der seltenen Erden, wie beispielsweise Magnete auf Basis von Samarium-Kobalt oder Neodym-Eisen-Bor, neigen in einer Wasserstoffatmosphäre, die in einer entsprechenden Projektionsbelichtungsanlage vorliegen kann, zu einer Reaktion mit Wasserstroff, so dass die magnetische Wirkung des Permanentmagneten beeinträchtigt werden bzw. verloren gehen kann.
Entsprechend ist es bereits bekannt, Magnete von Aktuatoren vollständig zu kapseln, so dass die Magnete nicht mehr dem Ultrahochvakuum und nicht der Wasserstoffatmosphäre, die teilweise atomaren Wasserstoff mit umfasst, ausgesetzt sind. Allerdings ist die Herstellung von Magnetbaugruppen mit gekapselten Magneten aufwändig.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Baugruppen, insbesondere von Baugruppen für Projektionsbelichtungsanlagen bereitzustellen, und insbesondere eine Magnetbaugruppe für eine Projektionsbelichtungsanlage herzustellen, bei welcher die Herstellung vereinfacht ist und ein aufwändiger Herstellungsprozess mit hohen Kosten vermieden werden kann. Außerdem soll bei einer entsprechenden Baugruppe vorzugsweise auf geklebte Teile verzichtet werden, da Kleber in den entsprechenden Atmosphären von Projektionsbelichtungsanlagen ein schlechtes Ausgasungsverhalten zeigen. Außerdem führen Klebeverbindungen häufig zu Problemen hinsichtlich der Sauberkeit im Herstellungsprozess mit entsprechendem Aufwand für Reinigungsschritte. Für eine entsprechend hergestellte Magnetbaugruppe soll zudem erreicht werden, dass die Magneten zuverlässig vor den in der Projektionsbelichtungsanlage herrschenden Atmosphären und insbesondere vor Wasserstoffatmosphären geschützt werden, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
TECHNISCHE LÖSUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Baugruppen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Magnetbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung schlägt vor, eine entsprechende Baugruppe mit mindestens zwei Bauteilen so herzustellen, dass zumindest ein Bauteil ganz oder teilweise generativ hergestellt wird.
Generative Herstellverfahren, bei denen ein Bauteil schichtweise aus einem Pulverwerkstoff aufgebaut wird, wie Pulverauftragsschweißen, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Elektronenstrahlsintern und dergleichen, ermöglichen unterschiedlichste Bauteile mit vielfältigen Geometrien herzustellen, wobei zudem endkonturnahe Bauteile hergestellt werden können, sodass aufwändige Nachbearbeitungen z.B. durch spanabhebende Verfahren, wie Fräsen, eingespart werden können. Außerdem können sehr klein dimensionierte Bauteile hergestellt werden und die entsprechenden Baugruppen können mit wenigen Einzelteilen aufgebaut werden. Dadurch sind weniger Montageschritte erforderlich, die zudem in kürzeren Montagezeiten durchgeführt werden können. Die generativ hergestellten Bauteile können in einfacher Weise an die erforderlichen Bedingungen angepasst werden und es lassen sich auch Einzelteile kostengünstig herstellen. Zudem können konstruktiv erforderliche Änderungen leicht umgesetzt werden.
Gemäß der Erfindung wird insbesondere vorgeschlagen durch generative Herstellungsverfahren mindestens zwei, vorzugsweise mehrere zusammenwirkende Bauteile in einer Baugruppe herzustellen, wobei mindestens eines der Bauteile oder zwei oder mehrere der Bauteile der Baugruppe durch generative Herstellungsverfahren hergestellt werden. So ist es möglich mindestens zwei Bauteile, von denen mindestens eines zumindest teilweise durch ein generatives Herstellungsverfahren hergestellt wird, durch Form - und / oder Kraftschluss miteinander zu verbinden.
Mittels der generativen Fertigung können vielfältige Materialien verarbeitet werden und insbesondere metallische Werkstoffe eingesetzt werden. Die generativ hergestellten Bauteile, beispielsweise aus Metalllegierungen, können in einfacher Weise gereinigt werden, beispielsweise durch Nassreinigung, da keine Vereinbarkeit des Reinigungsmittels mit Klebestellen oder sonstigen Verbindungen erforderlich ist. Außerdem zeigen entsprechend generativ hergestellte Bauteile in Vakuumumgebungen ein geringes Ausgasen, sodass Verunreinigungen einer Vakuumatmosphäre gering gehalten werden können.
So lässt sich durch teilweise generative Herstellung von zumindest einem Bauteil einer Bauteilgruppe in einfacher Weise eine Magnetbaugruppe für eine Projektionsbelichtungsanlage herstellen, wobei das mindestens eine, zumindest teilweise generativ hergestellte Bauteil ein Gehäuse sein kann und das andere Bauteil ein Magnet sein kann, der in dem Gehäuse aufgenommen wird.
Durch die generative Fertigung des Gehäuses, lässt sich eine einfache Kapselung von Magneten erzielen, sodass Magnete, die beispielsweise auf Basis von seltenen Erden aufgebaut sind, in zuverlässiger Weise vor schädlichen Atmosphären, wie beispielsweise Wasserstoffatmosphären in Projektionsbelichtungsanlagen, geschützt werden können.
Durch die generative Fertigung können Gehäuse mit Wandstärken ausgebildet werden, die im Bereich von 0,1 mm bis 4 mm liegen, wobei durch die Mindestdicke von 0,1 mm gewährleistet ist, dass für die angestrebten Lebensdauern eine Schädigung der Magnete durch Wasserstoffdiffusion vermieden bzw. ausgeschlossen werden kann, während die Obergrenze der Gehäusedicke dafür sorgt, dass die Masse und das Volumen entsprechend klein gehalten wird.
Das Gehäuse kann aus metallischen Werkstoffen bzw. Metalllegierungen gebildet sein und insbesondere aus Edelstahl, Aluminium oder Aluminiumlegierungen, Speziallegierungen aus Nickel oder, Titan oder vergleichbaren Werkstoffen gebildet sein. Insbesondere kann das Gehäuse so ausgebildet sein, dass ein darin aufgenommener Magnet vollständig gekapselt ist und das Gehäuse beständig gegen Wasserstoffdiffusion ist.
Als Magnete kommen sämtliche Permanentmagnete in Betracht, insbesondere Magnete auf Basis von seltenen Erden, wie Neodym, Praseodym, Lanthan, Cer, Verbindungen dieser seltenen Erden mit Eisen und Bor, insbesondere Neodym-Eisen-Bor, Praseodym-Eisen-Bor, Lanthan-Eisen-Bor, Cer-Eisen-Bor sowie Samarium-Kobalt.
Der Magnet kann auch als Pulver in das Gehäuse eingefüllt werden, wobei insbesondere eine lageweise Befüllung, vorzugsweise gleichzeitig mit der lageweisen Herstellung des Gehäuses möglich ist.
Hierbei gilt es darauf hinzuweisen, dass in der vorliegenden Beschreibung die Begriffe Magnet und Magnetpulver gleichbedeutend verwendet werden, so dass immer dann, wenn von einem Magneten gesprochen wird auch die Realisierung durch ein entsprechendes Magnetpulver oder ein kompaktiertes Magnetpulver miteingeschlossen ist.
Zusammen mit dem mindestens einen Magneten können weitere Bauteile in dem durch generative Fertigung hergestellten Gehäuse angeordnet werden, wie beispielsweise zusätzliche weichmagnetische Teile, Fixierelement bzw. Abstandshalter und / oder Dämpfungselemente und / oder Isolierelemente. Weichmagnetische Elemente können für optimierte Magnetfelder oder auch als Magnetschirmungen eingebracht werden. Isolierelemente können insbesondere auch eine thermische Isolation bewirken, die bei der generativen Fertigung, beispielsweise durch selektives Laserschmelzen, die in dem Gehäuse aufgenommenen Magnete vor Temperaturbelastung schützen. Auch für diese Zusatzelemente ist ein Einbringen als Komplettelement oder je nach Material auch in Pulverform denkbar.
Darüber hinaus ist es allgemein möglich durch mindestens teilweise generative Fertigung mindestens eines Bauteils einer Baugruppe mehrere Bauteile form - und / oder kraftschlüssig miteinander zu verbinden.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in

1 in den Teilbildern a) bis c) die generative Herstellung eines ersten Bauteils, in welchem ein zweites Bauteil aufgenommen ist, und in
2 in den Teilbildern a) bis d) die generative Herstellung einer Magnetbaugruppe mit einem Gehäuse als erstem Bauteil und einem Magnet als zweitem Bauteil, welches im ersten Bauteil, das zumindest teilweise generativ hergestellt wird, aufgenommen ist.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Bauteilgruppe aus mindestens zwei Bauteilen für eine Projektionsbelichtungsanlage durch eine generative Fertigung.
Zunächst wird ein erstes Bauteil 1 durch schichtweisen Aufbau in einem generativen Herstellungsverfahren aus einem Pulver gebildet, wobei der Pfeil des Teilbildes a) der 1 die Aufbaueinrichtung angibt, in der schichtweise Lage über Lage durch das generative Herstellungsverfahren das erste Bauteil 1 erzeugt wird. Alternativ kann auch ein durch andere Fertigungsverfahren hergestelltes Bauteil als Ausgangspunkt genommen werden.
Um eine Baugruppe aus mindestens zwei Bauteilen zu fertigen, wird in der Ebene des ersten Bauteils 1, in welcher das zweite Bauteil 2 gelagert sein soll, das zweite Bauteil 2 angeordnet, sodass bei einer nachfolgenden (weiteren) generativen Herstellung des ersten Bauteils 1 das zweite Bauteil 2 in das erste Bauteil 1 eingebaut werden kann. Das zweite Bauteil 2 kann hierbei als fertiges Bauteil 2 an dem ersten Bauteil 1 angeordnet werden oder das zweite Bauteil 2 kann selbst schichtweise durch generative Herstellung gebildet werden, wobei beispielsweise das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 im gleichen Herstellungsprozess durch lagenweise Fertigung hergestellt werden können, wobei lediglich das zweite Bauteil 2 durch ein anderes Material als das erste Bauteil 1 gefertigt werden kann. Allerdings ist es auch möglich das zweite Bauteil 2 separat in einem generativen Herstellungsverfahren herzustellen oder bei einem gleichzeitigen, lageweisen Aufbau von erstem und zweitem Bauteil für die Herstellung der unterschiedlichen Bauteile 1, 2 unterschiedliche Lagendicken sowie sonstige unterschiedliche Aufbauparameter für die generativen Herstellungsverfahren zu verwenden.
Nachdem das zweite Bauteil 2 gemäß der Darstellung im Teilbild b) der 1 auf dem teilweise hergestellten ersten Bauteil 1 angeordnet worden ist, wird gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel das erste Bauteil 1 durch eine lagenweise Fertigung weiter aufgebaut, wobei eine Überdeckung 3 des zweiten Bauteils 2 ausgebildet wird, sodass das zweite Bauteil 2 von dem ersten Bauteil 1 sowohl form - als auch kraftschlüssig gehalten wird.
Selbstverständlich sind außer dem rein schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 vielfältige Formen zur Ausbildung von Baugruppen aus mindestens zwei oder mehreren Bauteilen denkbar.
Ein Beispiel für die Ausgestaltung einer derartigen Baugruppe ist in der schematischen Darstellung der 2 gezeigt. Bei der in 2 gezeigten Herstellung einer Baugruppe handelt es sich um die Herstellung einer Magnetbaugruppe mit einem Gehäuse 11, welches zumindest teilweise durch generative Herstellung gefertigt wird. Das Gehäuse 11, welches beispielsweise in einem ersten Teilschritt durch generative Herstellung lageweise gemäß dem gezeigten Pfeil in der Form eines Bechers gebildet wird, weist, wie in der Schnittdarstellung der 2 zu sehen ist, einen Hohlraum 14 auf, in dem ein Magnet 12 als zweites Bauteil angeordnet wird. Freiräume zwischen dem Magneten 12 und dem Gehäuse 11, wie sie im Teilbild b) der 2 zu sehen sind, können durch Fixierelemente 15 gefüllt werden, die in die entsprechenden Freiräume eingepasst werden, um einen festen und sicheren Halt des Magneten 12 im Gehäuse 11 zu bieten (siehe Teillbild c)).
Die 2 d) zeigt das Gehäuse 11 nach der Ausbildung eines Deckels 13, der durch generative Herstellung nach dem Einbringen des Magneten 12 in den Hohlraum 14 ausgebildet werden kann, um eine vollständige Kapselung des Magneten 12 in dem Gehäuse 11 zu erreichen, sodass ein dichtes Gehäuse 11, welches dicht gegenüber Wasserstoffdiffusion ist, hergestellt werden kann.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 ist der Magnet 12 als Festkörper in den Hohlraum 14 des teilweise hergestellten Gehäuses 11 eingefügt worden. Nach einer anderen Ausführungsform kann der Magnet in Pulverform eingefügt werden, wobei das Magnetpulver gemäß dem Fortschritt der Herstellung des Gehäuses 11 in den entstehenden Hohlraum 14 eingefüllt werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 ist das Gehäuse 11 vollständig durch generative Fertigung hergestellt worden. Allerdings ist es auch möglich einen andersartig hergestellten Becher zu verwenden, bei dem lediglich der Deckel 13 zur Fertigstellung des Gehäuses 11 in einem generativen Verfahren aufgebracht wird.
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 weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: erstes Bauteil
2: zweites Bauteil
3: Überdeckung des zweiten Bauteils
11: Gehäuse
12: Magnet
13: Deckel
14: Hohlraum
15: Fixierelement

Claims

Verfahren zur Herstellung von Baugruppen, insbesondere für Projektionsbelichtungsanlagen, bei welchem die Baugruppe mindestens zwei unterschiedliche Bauteile (1,2;11,12) umfasst, wobei die mindestens zwei Bauteile durch Form - und / oder Kraftschluss miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Bauteile (1,11) zumindest teilweise durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das generative Fertigungsverfahren einen schichtweisen Aufbau des mindestens einen zumindest teilweise durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellten Bauteils (1,11) aus Pulvermaterial umfasst, das zu einem festen Bauteil (1,11) gefügt wird, wobei das Fertigungsverfahren, insbesondere ausgewählt ist aus einer Gruppe, die selektives Laserschmelzen, selektives Elektronenstrahlschmelzen, selektives Lasersintern, selektives Elektronenstrahlsintern und Pulverauftragsschweißen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine, zumindest teilweise durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellte Bauteil (11) ein Gehäuse (11) ist und das andere Bauteil ein Magnet (12), der in dem Gehäuse aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (12) als Pulver in das Gehäuse eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Bauteil (2,12) ein oder mehrere weitere Bauteile (15) an dem mindestens einen durch ein generatives Fertigungsverfahren hergestellten Bauteil angeordnet werden, insbesondere Abstandshalter und / oder Dämpfungselemente und / oder Isolierelemente.
Magnetbaugruppe für eine Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse (11), welches mindestens einen Hohlraum (14) definiert, und mindestens einem Magneten (12), der in dem Hohlraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Gehäuses (11) durch generative Fertigung hergestellt ist.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Gehäuses (11) zumindest in Teilbereichen eine Dicke zwischen 0,1 mm und 4 mm aufweist.
Magnetbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) aus einem Metall gebildet ist, insbesondere aus Edelstahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen oder dergleichen.
Magnetbaugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Magnete (12) auf Basis mindestens einer Komponente der Gruppe gebildet sind, die seltene Erden, Neodym, Praseodym, Lanthan, Cer, Verbindungen seltener Erden mit Eisen und Bor, Neodym-Eisen-Bor (NdFeB), Praseodym-Eisen-Bor (PrFeB), Lanthan-Eisen-Bor (LaFeB), Cer-Eisen-Bor (CeFeB) und Samarium-Kobalt (SmCo) umfasst
Magnetbaugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) beständig gegen Wasserstoffdiffusion ist.
Magnetbaugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet (12) vollständig gekapselt ist.
Magnetbaugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet (12) Teil eines Aktuators in einer Projektionsbelichtungsanlage und/oder eines Messsystemes mit Vakuum ist.