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Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System und eine Lithographieanlage mit einem derartigen optischen System.
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Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungssystem und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Substrat, beispielsweise einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Getrieben durch das Streben nach immer kleineren Strukturen bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden derzeit EUV-Lithographieanlagen (Engl.: extreme ultraviolet, EUV) entwickelt, welche Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,1 nm bis 30 nm, insbesondere 13,5 nm, verwenden. Bei solchen EUV-Lithographieanlagen müssen wegen der hohen Absorption der meisten Materialien von Licht dieser Wellenlänge reflektierende Optiken, das heißt Spiegel, anstelle von - wie bisher - brechenden Optiken, das heißt, Linsen, eingesetzt werden.
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Diese Spiegel können auf einem Tragrahmen befestigt und wenigstens teilweise manipulierbar ausgestaltet sein, um eine Bewegung des jeweiligen Spiegels beispielsweise in sechs Freiheitsgraden zu ermöglichen, wodurch etwa im Betrieb der Lithographieanlage auftretende Änderungen der optischen Eigenschaften, beispielsweise infolge von thermischen Einflüssen, kompensiert werden können.
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Im Betrieb von EUV-Systemen sind Dynamikaspekte etwa bei der Unterdrückung von Kräften auf die jeweiligen Spiegel oder bei der Berücksichtigung und Unterdrückung von im System angeregten Vibrationen von zunehmender Bedeutung. Hierzu trägt unter anderem der Umstand bei, dass sich die Eigenfrequenzen der mechanischen Strukturen für die wachsenden Abmessungen der Spiegel immer weiter zu kleineren Frequenzen hin verschieben. Infolgedessen führen auftretende Schwingungen zu wachsenden Problemen hinsichtlich der Performance des Systems sowie auch dahingehend, dass eine aktive Positionsregelung der Spiegel nicht mehr stabil oder nur mit geringer Regelgüte betrieben werden kann.
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Die
DE 10 2011 007 917 A1 offenbart, wie ein Spiegel in einem EUV-Projektionssystem über eine aktive Regelung der Position gegenüber einer Referenz stillgehalten werden kann. Um die Struktur des Positionsreglers einfach und robust zu halten, wird der Spiegel bezüglich des Positionsreglers näherungsweise als Starrkörper betrachtet, der in sechs Freiheitsgraden positioniert werden soll. Da der Spiegel nicht unendlich starr ist, kommt es bei der Übertragungsfunktion des offenen Regelkreises zu Resonanzüberhöhungen bei den Eigenfrequenzen des Spiegels. Diese können zur Instabilität des Regelkreises führen. Die Genauigkeit der Positionierung des Spiegels verschlechtert sich dadurch. Weiter wird beschrieben, wie störende Resonanzen mit Hilfe eines (elektrischen oder mechanischen) Filters herausgefiltert werden können.
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Ein Herausfiltern entsprechender Schwingungsmoden ist allerdings nur möglich, wenn ein ausreichender Abstand zwischen der Frequenz der Positionsreglerbandbreite und der ersten Eigenfrequenz des Spiegels vorhanden ist. Dieser Abstand ist aber für viele Spiegel in neuen EUV-Designs nicht mehr gegeben, da die Spiegel immer größer und die Eigenfrequenzen damit immer kleiner werden.
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Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes optisches System für eine Lithographieanlage bereitzustellen.
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Demgemäß wird ein optisches System für eine Lithographieanlage vorgeschlagen. Das optische System umfasst ein optisches Element, einen Kraftakuator, der dazu eingerichtet ist, zum Justieren des optischen Elements auf dieses eine Kraft aufzubringen, und eine Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Schwingungsmoden des optischen Elements, wobei die Dämpfungseinrichtung derart zwischen dem optischen Element und dem Kraftaktuator angeordnet ist, dass ein Kraftpfad der Kraft seinen Weg über die Dämpfungseinrichtung nimmt.
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Dadurch, dass die Dämpfungseinrichtung zwischen dem Kraftaktuator und dem optischen Element angeordnet ist, kann die Dynamik des optischen Elements positiv beeinflusst werden, da Resonanzen gedämpft werden können, die einen Regelkreis zur Positionsregelung des optischen Elements instabil lassen werden könnten.
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Das optische Element ist insbesondere ein Spiegel, bevorzugt ein EUV-Spiegel. Das optische Element weist eine optisch wirksame Fläche, insbesondere eine Spiegelfläche, auf. Der optisch wirksamen Fläche abgewandt ist eine Rückseite des optischen Elements vorgesehen. Vorzugsweise ist die Dämpfungseinrichtung mit der Rückseite gekoppelt. Unter einem „Kraftaktuator“ ist ein Stellelement zu verstehen, dass im Gegensatz zu einem Wegaktuator, keinen festen Weg, sondern eine Kraft vorgibt. Ein Beispiel für einen Wegaktuator ist ein Piezoelement. Der Kraftaktuator kann auch als Kraftstellelement oder Kraftaktor bezeichnet werden. Beispielsweise kann der Kraftaktuator ein sogenannter Lorenz-Aktuator sein.
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Die Dämpfungseinrichtung weist insbesondere viskoelastische Eigenschaften auf. Unter „Viskoelastizität“ ist ein teilweise elastisches, teilweise viskoses Materialverhalten zu verstehen. Viskoelastische Stoffe vereinigen also Merkmale von Festkörpern und Flüssigkeiten in sich. Beispielsweise kann die Dämpfungseinrichtung mit Hilfe eines Elastomers, wie beispielsweise Gummi, verwirklicht werden. Allerdings kann die Dämpfungseinrichtung auch mit Hilfe eines Fluids verwirklicht werden. In diesem Fall kann die Dämpfungseinrichtung pneumatisch oder hydraulisch sein. Unter einer „Schwingungsmode“ oder Eigenform, Eigenschwingungsform oder Partialschwingung, ist in der Physik die Beschreibung bestimmter zeitlich stationärer Eigenschaften einer Welle zu verstehen. Die Welle wird dabei als Summe verschiedener Moden beschrieben.
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Dass die Dämpfungseinrichtung „zwischen“ dem optischen Element und dem Kraftaktuator angeordnet ist, bedeutet insbesondere, dass die Dämpfungseinrichtung das optische Element mit dem Kraftaktuator verbindet. Unter dem „Kraftpfad“ ist ein Weg zu verstehen, den die von dem Kraftaktuator ausgeübte Kraft durch das optische System nimmt. Der Kraftpfad verläuft vorliegend von dem Kraftaktuator auf die Dämpfungseinrichtung und von der Dämpfungseinrichtung auf das optische Element.
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Das optische Element beziehungsweise dessen optisch wirksame Fläche weist bevorzugt sechs Freiheitsgrade, nämlich drei translatorische Freiheitsgrade jeweils entlang einer ersten Raumrichtung oder x-Richtung, einer zweiten Raumrichtung oder y-Richtung und einer dritten Raumrichtung oder z-Richtung sowie drei rotatorische Freiheitsgrade jeweils um die x-Richtung, die y-Richtung und die z-Richtung auf. Das heißt, die Position sowie die Orientierung des optischen Elements beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche kann mit Hilfe der sechs Freiheitsgrade bestimmt oder beschrieben werden. Es sind daher mehrere Kraftaktuatoren vorgesehen, um das optische Element in allen sechs Freiheitsgraden zu bewegen. Hierzu greifen jeweils zwei Kraftaktuatoren an einem Punkt, insbesondere an einer Buchse, des optischen Elements an. Pro Punkt beziehungsweise pro Buchse sind somit zwei translatorische Richtungen möglich. Die rotatorische Bewegung geschieht über einen jeweiligen Hebelarm. Die Buchse ist eine Spiegelbuchse oder kann als Spiegelbuchse bezeichnet werden.
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Unter der „Position“ des optischen Elements beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche sind insbesondere dessen, beziehungsweise deren Koordinaten oder die Koordinaten eines an dem optischen Element vorgesehenen Messpunkts bezüglich der x-Richtung, der y-Richtung und der z-Richtung zu verstehen. Unter der „Orientierung“ des optischen Elements beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche ist insbesondere dessen, beziehungsweise deren Verkippung bezüglich der drei Raumrichtungen zu verstehen. Das heißt, das optische Element beziehungsweise die optisch wirksame Fläche kann um die x-Richtung, die y-Richtung und/oder die z-Richtung verkippt werden. Hiermit ergeben sich die sechs Freiheitsgrade für die Position und/oder Orientierung des optischen Elements beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche.
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Eine „Lage“ des optischen Elements beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche umfasst sowohl dessen, beziehungsweise deren Position als auch dessen, beziehungsweise deren Orientierung. Unter „Justieren“ ist demgemäß zu verstehen, dass bevorzugt sowohl die Orientierung als auch die Position des optischen Elements geändert werden kann, um das optische Element beziehungsweise die optisch wirksame Fläche einer Soll-Lage zu halten. Zum Justieren des optischen Elements sind sechs Kraftaktuatoren vorgesehen. Ferner umfasst das optische System einen Positionssensor zum Erfassen einer Ist-Lage des optischen Elements und eine Steuereinheit, die auf Basis von Sensorsignalen des Positionssensors den oder die Kraftaktuatoren ansteuert. Die Kraftaktuatoren, der oder die Positionssensoren und die Steuereinheit bilden einen Regelkreis des optischen Systems. Mit Hilfe des Regelkreises wird das optische Element bezüglich einer Referenz stillgehalten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Kraftaktuator zum Erzeugen der Kraft ein Magnetelement und ein Spulenelement auf, wobei das Magnetelement mit Hilfe eines Betätigungselements mit dem optischen Element gekoppelt ist.
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Jedem Kraftaktuator können mehrere, beispielsweise vier, Spulenelemente zugeordnet sein. Mit Hilfe eines Bestromens des Spulenelements oder der Spulenelemente kann das Magnetelement ausgelenkt werden. Das Betätigungselement ist bevorzugt stabförmig. Das Betätigungselement ist bevorzugt mit Hilfe eines Gelenks, insbesondere eines Kugelgelenks oder eines Festkörpergelenks, mit einer wie zuvor erwähnten Buchse verbunden, die wiederum fest mit dem optischen Element verbunden, insbesondere verklebt, ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Dämpfungseinrichtung zwischen dem Magnetelement und dem Betätigungselement angeordnet.
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Beispielsweise verbindet die Dämpfungseinrichtung das Magnetelement mit dem Betätigungselement. Die Dämpfungseinrichtung kann jedoch auch zwischen dem Betätigungselement und dem optischen Element angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Kraftaktuator ein innerhalb des Magnetelements angeordnetes Kopplungselement auf, das mit dem Betätigungselement gekoppelt ist, wobei die Dämpfungseinrichtung zwischen dem Magnetelement und dem Kopplungselement angeordnet ist.
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Bevorzugt umfasst das Magnetelement einen zylinderförmigen Hohlraum, in dem das ebenfalls zylinderförmige Kopplungselement aufgenommen ist. Das Kopplungselement ist bevorzugt mit Hilfe eines weiteren Gelenks, insbesondere eines Kugelgelenks oder eines Festkörpergelenks, mit dem Betätigungselement gekoppelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das optische System ferner eine Buchse, die fest mit dem optischen Element verbunden ist, wobei die Dämpfungseinrichtung zwischen der Buchse und dem Betätigungselement angeordnet ist.
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Die Buchse ist insbesondere eine wie zuvor erwähnte Spiegelbuchse. Die Buchse ist bevorzugt mit dem optischen Element verklebt. Insbesondere ist die Buchse auf die Rückseite des optischen Elements aufgeklebt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Dämpfungseinrichtung zwei Dämpfungselemente, insbesondere O-Ringe, auf.
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Hierdurch kann die Dämpfungseinrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden. Die Dämpfungselemente können identisch oder unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise können die Dämpfungselemente unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Dämpfungselemente unterschiedliche Abmessungen auf.
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Für den Fall, dass die Dämpfungselemente O-Ringe sind, weisen diese beispielsweise sich voneinander unterscheidende Innendurchmesser und/oder Schnurstärken auf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform die Dämpfungseinrichtung scheibenförmig.
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Die Dämpfungseinrichtung kann jedoch auch hohlzylinderförmig, kegelförmig oder pyramidenförmig sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Buchse ringförmig, wobei in der Buchse ein Verbindungselement aufgenommen ist, das mit dem Betätigungselement gekoppelt ist, und wobei die Dämpfungseinrichtung zwischen der Buchse und dem Verbindungselement angeordnet ist.
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In diesem Fall ist die Dämpfungseinrichtung bevorzugt hohlzylinderförmig. Das Verbindungselement ist bevorzugt scheibenförmig. Auf das Verbindungselement wird mit Hilfe des Betätigungselements die Kraft aufgebracht. Das Verbindungselement kann mit Hilfe eines wie zuvor erläuterten Gelenks mit dem Betätigungselement gekoppelt sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Dämpfungseinrichtung an die Buchse und an das Betätigungselement anvulkanisiert.
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Hierdurch kann auf einen zusätzlichen Klebstoff verzichtet werden. Hierdurch besteht keine Gefahr eines schädlichen Ausgasens des Klebstoffs.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Dämpfungseinrichtung hohlzylinderförmig.
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Beispielsweise kann die Dämpfungseinrichtung ein Schlauch sein, der aus einem Elastomer gefertigt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwei Kraftaktuatoren vorgesehen sind, die an ein gemeinsames Betätigungselement gekoppelt sind.
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In diesem Fall ist nur ein Betätigungselement pro Buchse vorgesehen. Beispielsweise sind die Magnetelemente der beiden Kraftaktuatoren auf das Betätigungselement aufgeschraubt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kraftaktuatoren senkrecht zueinander positioniert.
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Das heißt insbesondere, dass sich Mittelachsen der Magnetelemente der Kraftaktuatoren schneiden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Dämpfungseinrichtung ein Federelement und einen Dämpfungszylinder auf.
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Das Federelement und der Dämpfungszylinder können zusammen mit Hilfe eines elastomeren Werkstoffs verwirklicht werden. Das Federelement kann - muss jedoch nicht - als zusätzliches metallisches Bauteil vorgesehen sein, das eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Kraftaktuator und dem optischen Element bildet. Das Federelement ist dann parallel zu dem Elastomer eingebaut. Hierdurch kann das Verhältnis der Steifigkeit zur Dämpfung beeinflusst werden, da zur Steifigkeit des Elastomers die Steifigkeit des Federelements zu addieren ist, das Federelement jedoch keinen Beitrag zur Dämpfung liefert. Diese Kombination kann jedoch beispielsweise für den Fall, dass aus Ausgasgründen ein Elastomer gewählt wird, welches eigentlich eine zu große Dämpfung liefert, auch als Designparameter genutzt werden
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Ferner wird eine Lithographieanlage mit zumindest einem derartigen optischen System vorgeschlagen.
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Das optische System kann insbesondere ein Projektionssystem oder ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem der Lithographieanlage sein. Das optische System kann auch Teil eines derartigen Projektionssystems oder eines derartigen Strahlformungs- und Beleuchtungssystems sein. Die Lithographieanlage kann mehrere optische Systeme umfassen. Die Lithographieanlage kann eine EUV-Lithographieanlage oder eine DUV-Lithographieanlage sein. EUV steht für „Extreme Ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. DUV steht für „Deep Ultraviolet“ und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 nm und 250 nm.
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„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Die für das optische System beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für die vorgeschlagene Lithographieanlage entsprechend und umgekehrt.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
- 1A zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer EUV-Lithographieanlage;
- 1B zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer DUV-Lithographieanlage;
- 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B;
- 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B;
- 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B;
- 5 zeigt eine schematische Schnittansicht des optischen Systems gemäß 4;
- 6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B;
- 7 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B; und
- 8 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems für die Lithographieanlage gemäß 1A oder 1B.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind.
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1A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 100A, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht EUV für „extremes Ultraviolett“ (Engl.: extreme ultraviolet, EUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 sind jeweils in einem nicht gezeigten Vakuum-Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vakuum-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung evakuiert wird. Die Vakuum-Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschinenraum umgeben, in welchem Antriebsvorrichtungen zum mechanischen Verfahren beziehungsweise Einstellen von optischen Elementen vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Maschinenraum vorgesehen sein.
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Die EUV-Lithographieanlage 100A weist eine EUV-Lichtquelle 106A auf. Als EUV-Lichtquelle 106A kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Synchrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108A im EUV-Bereich (extrem ultravioletter Bereich), also beispielsweise im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108A herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106A erzeugte EUV-Strahlung 108A weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und im Projektionssystem 104 evakuiert sind.
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Das in 1A dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV-Strahlung 108A auf eine Photomaske (Engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108A mittels eines Spiegels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionssystem 104 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist sechs Spiegel M1 bis M6 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Spiegel M1 bis M6 des Projektionssystems 104 symmetrisch zu einer optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel M1 bis M6 der EUV-Lithographieanlage 100A nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel M1 bis M6 vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel M1 bis M6 in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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1B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage 100B, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein Projektionssystem 104 umfasst. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 nm und 250 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 104 können - wie bereits mit Bezug zu 1A beschrieben - in einem Vakuumgehäuse angeordnet und/oder von einem Maschinenraum mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen umgeben sein.
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Die DUV-Lithographieanlage 100B weist eine DUV-Lichtquelle 106B auf. Als DUV-Lichtquelle 106B kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 108B im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emittiert.
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Das in 1B dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 leitet die DUV-Strahlung 108B auf eine Photomaske 120. Die Photomaske 120 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 104 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird.
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Das Projektionssystem 104 weist mehrere Linsen 128 und/oder Spiegel 130 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Linsen 128 und/oder Spiegel 130 des Projektionssystems 104 symmetrisch zu einer optischen Achse 126 des Projektionssystems 104 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen 128 und Spiegel 130 der DUV-Lithographieanlage 100B nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen 128 und/oder Spiegel 130 vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel 130 in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt.
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Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 128 und dem Wafer 124 kann durch ein flüssiges Medium 132 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium 132 kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein solcher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf. Das Medium 132 kann auch als Immersionsflüssigkeit bezeichnet werden.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines optischen Systems 200. Das optische System 200 ist Teil einer wie zuvor erläuterten EUV-Lithographieanlage 100A oder DUV-Lithographieanlage 100B. Das optische System 200 kann insbesondere ein wie zuvor erläutertes Projektionssystem 104 oder ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 oder Teil eines derartigen Projektionssystems 104 oder eines derartigen Strahlformungs- und Beleuchtungssystems 102 sein.
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Das optische System 200 umfasst ein optisches Element 202. Das optische Element 202 kann beispielsweise einer der Spiegel 110, 112, 114, 116, 118, 130, M1 bis M6 und/oder eine der Linsen 128 sein. Das optische Element 202 ist kein unendlich starrer Körper, sondern stellt ein System dar, welches Schwingungsmoden aufweisen kann. Deshalb ist das optische Element 202 in der 2 als System dargestellt, das eine erste Masse 204 und eine zweite Masse 206 aufweist, die mit Hilfe eines Federelements 208 miteinander verbunden sind. Das optische Element 202 kann eine optisch wirksame Fläche 210, beispielsweise eine Spiegelfläche, aufweisen.
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Ferner weist das optische System 200 einen Kraftaktuator 212 auf, mit dessen Hilfe zum Justieren des optischen Elements 202 eine Kraft F auf das optische Element 202 ausgeübt werden kann. Der Kraftaktuator 212 kann auch als Kraftaktor oder Kraftstellelement bezeichnet werden. Im Unterschied zu einem Wegaktuator, der einen Weg vorgibt, gibt der Kraftaktuator 212 keinen Weg, sondern die Kraft F vor.
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Der Kraftaktuator 212 umfasst bei der sehr schematisierten Darstellung gemäß der 2 ein Federelement 214 und ein Magnetelement 216, das mit Hilfe des Federelements 214 mit einer festen Welt 218 gekoppelt ist. Die feste Welt 218 kann beispielsweise ein Tragrahmen (Engl.: force frame) der Lithographieanlage 100A, 100B sein. Ein Betätigungselement 220, beispielsweise ein stabförmiger Stößel, ist vorgesehen, um die Kraft F von dem Kraftaktuator 212 auf das optische Element 202 zu übertragen. Das Magnetelement 216 kann ein Permanentmagnet sein.
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Das optische Element 202 beziehungsweise dessen optisch wirksame Fläche 210 weist bevorzugt sechs Freiheitsgrade, nämlich drei translatorische Freiheitsgrade jeweils entlang einer ersten Raumrichtung oder x-Richtung x, einer zweiten Raumrichtung oder y-Richtung y und einer dritten Raumrichtung oder z-Richtung z sowie drei rotatorische Freiheitsgrade jeweils um die x-Richtung x, die y-Richtung y und die z-Richtung z auf. Das heißt, die Position sowie die Orientierung des optischen Elements 202 beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche 210 kann mit Hilfe der sechs Freiheitsgrade bestimmt oder beschrieben werden. Es sind daher mehrere Kraftaktuatoren 212 vorgesehen, um das optische Element 202 in allen sechs Freiheitsgraden zu bewegen.
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Unter der „Position“ des optischen Elements 202 beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche 210 sind insbesondere dessen, beziehungsweise deren Koordinaten oder die Koordinaten eines an dem optischen Element 202 vorgesehenen Messpunkts bezüglich der x-Richtung x, der y-Richtung y und der z-Richtung z zu verstehen. Unter der „Orientierung“ des optischen Elements 202 beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche 210 ist insbesondere dessen, beziehungsweise deren Verkippung bezüglich der drei Raumrichtungen x, y, z zu verstehen. Das heißt, das optische Element 202 beziehungsweise die optisch wirksame Fläche 210 kann um die x-Richtung x, die y-Richtung y und/oder die z-Richtung z verkippt werden. Hiermit ergeben sich die sechs Freiheitsgrade für die Position und/oder Orientierung des optischen Elements 202 beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche 210.
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Eine „Lage“ des optischen Elements 202 beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche 210 umfasst sowohl dessen, beziehungsweise deren Position als auch dessen, beziehungsweise deren Orientierung. Unter „Justieren“ ist demgemäß zu verstehen, dass bevorzugt sowohl die Orientierung als auch die Position des optischen Elements 202 geändert werden kann, um das optische Element 202 beziehungsweise die optisch wirksame Fläche 210 einer Soll-Lage zu halten.
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Der Kraftaktuator 212 beziehungsweise die Kraftaktuatoren 212 werden mit Hilfe einer Steuereinheit 222 angesteuert, um das optische Element 202 zu justieren. Nachfolgend wird jedoch auf nur einen Kraftaktuator 212 eingegangen. Die Steuereinheit 222 steuert den Kraftaktuator 212 auf Basis von Sensordaten eines Positionssensors 224 an. Der Positionssensor 224 erfasst eine Ist-Lage des optischen Elements 202 beziehungsweise der optisch wirksamen Fläche 210. Mit Hilfe des Kraftaktuators 212 wird das optische Element 202 justiert, um es in seiner Soll-Lage zu halten oder in diese zu verbringen. Mit anderen Worten wird das optische Element 202 gegenüber einer Referenz still gehalten. Die Steuereinheit 222, der Kraftaktuator 212 und der Positionssensor 224 sind Teile eines Regelkreises 226 des optischen Systems 200.
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Im Betrieb, beispielsweise im Belichtungsbetrieb, des optischen Systems 200 kann es erforderlich sein, Resonanzen zu dämpfen, die den Regelkreis 226 instabil werden lassen. Dies betrifft insbesondere höherfrequente Resonanzen in dem Kraftaktuator 212 und in dem Betätigungselement 220 zwischen dem Kraftaktuator 212 und dem optischen Element 202.
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Um nun diese Dämpfung zu erreichen, umfasst das optische System 200 eine Dämpfungseinrichtung 300, die zwischen dem Kraftaktuator 212 und dem optischen Element 202 angeordnet ist. Insbesondere ist die Dämpfungseinrichtung 300 in einem Kraftpfad FP angeordnet, den die Kraft F durch das optische System 200 nimmt. Das heißt, die Kraft F wird über die Dämpfungseinrichtung 300 auf das optische Element 202 übertragen. Die Dämpfungseinrichtung 300 kann ein aus einem elastisch verformbaren Material, beispielsweise Gummi, gefertigtes Bauteil sein. Insbesondere weist das Material viskoelastische Eigenschaften auf. Das elastische Materialverhalten wird mit Hilfe eines Federelements 302 dargestellt. Das viskose Materialverhalten wird durch einen Dämpfungszylinder 304 dargestellt. Dadurch, dass die Dämpfungseinrichtung 300 in dem Kraftpfad FP angeordnet ist, können Resonanzen gedämpft werden, die den Regelkreis 226 instabil lassen werden könnten.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems 200. Das optische System 200 gemäß der 3 stellt eine konkrete konstruktive Ausgestaltung des optischen Systems 200 gemäß der 2 dar.
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Das optische System 200 umfasst ein wie zuvor erläutertes optisches Element 202 mit einer optisch wirksamen Fläche 210 und einer der optisch wirksamen Fläche 210 abgewandten Rückseite 228. Die Rückseite 228 ist optisch nicht wirksam. Mit der Rückseite 228 ist eine Buchse 230 fest verbunden. Beispielsweise ist die Buchse 230 auf die Rückseite 228 aufgeklebt. Ein wie zuvor erläutertes Betätigungselement 220 ist mit Hilfe eines Gelenks 232 mit der Buchse 230 gekoppelt. Das Gelenk 232 kann ein Kugelgelenk, ein Festkörpergelenk oder eine Kombination von Festkörpergelenken sein.
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Insbesondere sind dem optischen Element 202 drei derartige Buchsen 230 zugeordnet, die dreiecksförmig angeordnet sind. Jeder Buchse 230 wiederum sind zwei Kraftaktuatoren 212 zugeordnet, um eine Justage des optischen Elements 202 in den sechs Freiheitsgraden zu ermöglichen.
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Der Kraftaktuator 212 umfasst neben einem wie zuvor schon erwähnten Magnetelement 216 ein Spulenelement 234 oder mehrere Spulenelemente 234. Das Spulenelement 234 oder die Spulenelemente 234 sind mit der festen Welt 218 verbunden. Nachfolgend wird auf nur ein Spulenelement 234 Bezug genommen. Das Magnetelement 216 ist in dem Spulenelement 234 aufgenommen und kann mit Hilfe dieses in der y-Richtung bewegt werden. Das Magnetelement 216 umfasst einen zylinderförmigen Hohlraum 235, in dem ein zylinderförmiges Kopplungselement 236 aufgenommen ist. Das Kopplungselement 236 ist mit Hilfe eines weiteren Gelenks 237, insbesondere eines Kugelgelenks oder eines Festkörpergelenks, mit dem Betätigungselement 220 verbunden.
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Der Hohlraum 235 ist gestuft und weist endseitig jeweils einen umlaufenden Absatz 238, 240 auf. Die Absätze 238, 240 werden dadurch gebildet, dass sich der Hohlraum 235 verengt. Das Kopplungselement 236 umfasst ebenfalls zwei endseitig angeordnete Absätze 242, 244. Die Absätze 242, 244 werden dadurch gebildet, dass ein Durchmesser des Kopplungselements 236 im Bereich der Absätze 242, 244 reduziert wird.
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Zwischen dem Kopplungselement 236 und dem Magnetelement 216 ist eine Dämpfungseinrichtung 300 in Form von zwei Dämpfungselementen 306, 308 angeordnet. Die Dämpfungselemente 306, 308 sind ringförmig. Die Dämpfungselemente 306, 308 sind jeweils zwischen den Absätzen 238, 240 des Hohlraums 235 und den Absätzen 242, 244 des Kopplungselements 236 positioniert. Die Dämpfungselemente 306, 308 können O-Ringe sein.
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Eine von dem Kraftaktuator 212 wie zuvor erwähnte ausgeübte Kraft F nimmt ihren Kraftpfad FP (siehe 2) von dem Magnetelement 216 über die Dämpfungseinrichtung 300, das Kopplungselement 236, das Gelenk 237, das Betätigungselement 220, das Gelenk 232 und die Buchse 230 auf das optische Element 202. Die Gelenke 232, 237 bewirken dabei, dass die Kraft F nur entlang einer Mittel- oder Symmetrieachse 246 des Betätigungselements 220 übertragen werden kann. Dieser Aufbau gemäß der 3 ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Betätigungselement 220 wenig Eigendynamik zeigt.
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4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems 200. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht des optischen Systems 200. Das optische System 200 gemäß den 4 und 5 stellt ebenfalls eine konkrete konstruktive Ausgestaltung des optischen Systems 200 gemäß der 2 dar.
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In der 4 ist die Rückseite 228 des optischen Elements 202 zu sehen. An der Rückseite 228 ist eine zylinderförmige Vertiefung oder Ausnehmung 248 vorgesehen. In der Ausnehmung 248 ist ein zylinderförmiger Befestigungsstutzen 250 vorgesehen. Der Befestigungsstutzen 250 ist Teil des optischen Elements 202. An dem Befestigungsstutzen 250 ist eine wie zuvor erwähnte Buchse 230 vorgesehen. Die Buchse 230 ist ringförmig. Beispielsweise ist die Buchse 230 auf den Befestigungsstutzen 250 aufgeklebt. In der ringförmigen Buchse 230 ist ein Verbindungselement 252 aufgenommen, auf das mit Hilfe des nicht gezeigten Betätigungselements 220 die Kraft F aufgebracht wird. Insbesondere kann das Verbindungselement 252 Teil des Betätigungselements 220 sein.
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Eine Dämpfungseinrichtung 300 in Form eines hülsenförmigen Körpers verbindet das Verbindungselement 252 mit der Buchse 230. Beispielsweise ist die Dämpfungseinrichtung 300 an das Verbindungselement 252 und an die Buchse 230 anvulkanisiert. Der Kraftpfad FP der Kraft F verläuft von dem Verbindungselement 252 durch die Dämpfungseinrichtung 300 auf die Buchse 230 und von dort über den Befestigungsstutzen 250 auf das optische Element 202. Die Anordnung gemäß den 4 und 5 ist besonders vorteilhaft, wenn der Kraftaktuator 212 und das Betätigungselement 220 eine höhere Eigendynamik zeigen.
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6 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems 200. Auch das optische System 200 gemäß der 6 stellt eine konkrete konstruktive Ausgestaltung des optischen Systems 200 gemäß der 2 dar.
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In der 6 ist das optische Element 202 mit der optisch wirksamen Fläche 210 und der Rückseite 228 gezeigt. An der Rückseite sind drei Buchsen 230 vorgesehen, von denen jedoch nur eine gezeigt ist. Die Buchse 230 ist beispielsweise mit der Rückseite 228 verklebt. Der Buchse 230 sind zwei Kraftaktuatoren 212 mit Magnetelementen 216 und Spulenelementen 234 zugeordnet. Beispielsweise sind Mittel- oder Symmetrieachsen 254 der Kraftaktuatoren 212 in einem Winkel von 90° zueinander positioniert.
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Die Magnetelemente 216 sind mit Hilfe eines Betätigungselements 220 in Form eines dreieckförmigen Körpers miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Magnetelemente 216 auf das Betätigungselement 220 aufgeschraubt. Zwischen der Buchse 230 und dem Betätigungselement 220 ist eine Dämpfungseinrichtung 300 angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung 300 kann eine scheibenförmige Gummischicht sein.
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In der 6 ist mit einem Doppelpfeil 256 eine unerwünschte Schwingungsform gezeigt, die mit Hilfe der Dämpfungseinrichtung 300 gedämpft werden kann. Der Kraftpfad FP verläuft hierbei von den Magnetelementen 216 durch das Betätigungselement 220 und die Dämpfungseinrichtung 300 in die Buchse 230 und von dort in das optische Element 202.
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7 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems 200. Das optische System 200 gemäß der 7 ist eine Weiterbildung des optischen Systems 200 gemäß der 6. Nachfolgend wird nur auf Unterschiede dieser beiden optischen Systeme 200 eingegangen.
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Das optische System 200 gemäß der 7 unterscheidet sich von dem optischen System 200 gemäß der 6 nur dadurch, dass die Dämpfungseinrichtung 300 nicht scheibenförmig, sondern hohlzylinderförmig ist. Auch die Buchse 230 ist hohlzylinderförmig. Das Betätigungselement 220 umfasst einen zylinderförmigen Verbindungsfortsatz 258, der in der Dämpfungseinrichtung 300 aufgenommen ist. Die Dämpfungseinrichtung 300 wiederum ist in der Buchse 230 aufgenommen. Die Dämpfungseinrichtung 300 kann eine an das Betätigungselement 220 und die Buchse 230 anvulkanisierte Gummischicht sein.
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8 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines optischen Systems 200. Das optische System gemäß der 8 ist eine Weiterbildung des optischen Systems 200 gemäß der 6. Nachfolgend wird nur auf Unterschiede dieser beiden optischen Systeme 200 eingegangen.
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Bei dieser Ausführungsform des optischen Systems 200 umfasst die Dämpfungseinrichtung 300 - wie mit Bezug auf 3 schon erläutert - zwei Dämpfungselemente 306, 308 in Form von O-Ringen. Die Dämpfungselemente 306, 308 können unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Das Dämpfungselement 306 liegt oberseitig auf der Buchse 230 auf. An dem Verbindungsfortsatz 258 ist ein umlaufender Absatz 260 vorgesehen, an dem das Dämpfungselement 306 ebenfalls anliegt.
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Die Buchse 230 umfasst ebenfalls einen umlaufenden Absatz 262, an dem das Dämpfungselement 308 anliegt. Das Dämpfungselement 308 liegt ferner an einer Scheibe 264 an, die mit Hilfe eines Befestigungselements 266, insbesondere einer Schraube, mit dem Verbindungsfortsatz 258 fest verbunden ist. Hierzu kann in dem Verbindungsfortsatz 258 eine Gewindebohrung 268 vorgesehen sein. In dem optischen Element 202 kann ein Durchbruch 270 vorgesehen sein, der eine Montage des Befestigungselements 266 erlaubt.
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Wie mit Bezug auf die vorgenannten Ausführungsformen des optischen Systems 200 erläutert, kann die Dämpfungseinrichtung 300 eine aus einem Elastomer, beispielsweise Gummi, gefertigte Schicht sein. Das Elastomer kann eine ebene Schicht, eine zylinderförmige Schicht oder auch kegelförmig sein. Die Dämpfungseinrichtung 300 kann somit eine beliebige Geometrie aufweisen. Ferner kann die Dämpfungseinrichtung 300 auch zwei Dämpfungselemente 306, 308 in Form von O-Ringen aufweisen.
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Soll nun aus Gründen der Positionsstabilität oder um die Sicherheit gegen ein Versagen der Dämpfungseinrichtung 300, insbesondere dann, wenn die Dämpfungseinrichtung 300 eine Schicht aus anvulkanisiertem Elastomer ist, zu erhöhen, noch eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Kraftaktuator 212 und dem optischen Element 202 vorgesehen werden, so kann dies mit Hilfe des in der 2 gezeigten Federelements 302 geschehen. Das Federelement 302 ist dann parallel zu dem Elastomer eingebaut. Hierdurch kann das Verhältnis der Steifigkeit zur Dämpfung beeinflusst werden, da zur Steifigkeit des Elastomers die Steifigkeit des Federelements 302 zu addieren ist, das Federelement 302 jedoch keinen Beitrag zur Dämpfung liefert. Diese Kombination kann jedoch beispielsweise für den Fall, dass aus Ausgasgründen ein Elastomer gewählt wird, welches eigentlich eine zu große Dämpfung liefert, auch als Designparameter genutzt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100A
- EUV-Lithographieanlage
- 100B
- DUV-Lithographieanlage
- 102
- Strahlformungs- und Beleuchtungssystem
- 104
- Projektionssystem
- 106A
- EUV-Lichtquelle
- 106B
- DUV-Lichtquelle
- 108A
- EUV-Strahlung
- 108B
- DUV-Strahlung
- 110
- Spiegel
- 112
- Spiegel
- 114
- Spiegel
- 116
- Spiegel
- 118
- Spiegel
- 120
- Photomaske
- 122
- Spiegel
- 124
- Wafer
- 126
- optische Achse
- 128
- Linse
- 130
- Spiegel
- 132
- Medium
- 200
- optisches System
- 202
- optisches Element
- 204
- Masse
- 206
- Masse
- 208
- Federelement
- 210
- optisch wirksame Fläche
- 212
- Kraftaktuator
- 214
- Federelement
- 216
- Magnetelement
- 218
- feste Welt
- 220
- Betätigungselement
- 222
- Steuereinheit
- 224
- Positionssensor
- 226
- Regelkreis
- 228
- Rückseite
- 230
- Buchse
- 232
- Gelenk
- 234
- Spulenelement
- 235
- Hohlraum
- 236
- Kopplungselement
- 237
- Gelenk
- 238
- Absatz
- 240
- Absatz
- 242
- Absatz
- 244
- Absatz
- 246
- Symmetrieachse
- 248
- Ausnehmung
- 250
- Befestigungsstutzen
- 252
- Verbindungselement
- 254
- Symmetrieachse
- 256
- Doppelpfeil
- 258
- Verbindungsfortsatz
- 260
- Absatz
- 262
- Absatz
- 264
- Scheibe
- 266
- Befestigungselement
- 268
- Gewindebohrung
- 270
- Durchbruch
- 300
- Dämpfungseinrichtung
- 302
- Federelement
- 304
- Dämpfungszylinder
- 306
- Dämpfungselement
- 308
- Dämpfungselement
- F
- Kraft
- FP
- Kraftpfad
- M1
- Spiegel
- M2
- Spiegel
- M3
- Spiegel
- M4
- Spiegel
- M5
- Spiegel
- M6
- Spiegel
- x
- x-Richtung
- y
- y-Richtung
- z
- z-Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011007917 A1 [0006]
