Dämpfunqsanordnunq

Die vorliegende Erfindung nimmt die Priorität der Deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 216 347.2 in Anspruch, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfäng- lich aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einer Dämpfungsanordnung zur Dissipation mechanischer Schwingungsenergie.

Üblicherweise werden für in Projektionsbelichtungsanlagen verwendete Komponen- ten Materialien mit sehr geringen Strukturdämpfungen eingesetzt, beispielsweise Aluminium oder Zerodur. Dies führt dazu, dass in der Anlage auftretende Schwin- gungen nicht ausreichend durch die Eigendämpfungen der verwendeten Bauteile gedämpft werden, was insbesondere zu Performanceverlusten bis hin zur Instabilität der Anlage führen kann. Des Weiteren können die mit der geringen Dämpfung verbundenen großen Auslenkungen der Schwingungen beispielsweise im Transport- fall zu Beschädigungen oder auch unerwünschter Partikelbildung durch Abrieb oder anderweitige mechanische Einwirkung führen. Typischerweise wird eine konventionelle Schwingungsdämpfung auf verschiedene Arten realisiert, beispielsweise durch Reibung oder mittels sogenannter resonanter Systeme, die auch als Schwingungstilger bezeichnet werden. Beide Varianten werden derzeit meist mit Kunststoffkomponenten wie beispielsweise Gummi urmge- setzt. Dies hat jedoch im Einsatz in einer EUV Umgebung einige Nachteile wie Kontamination, Ablösen, Partikel usw. . Zudem ist bei beiden vorgestellten Varianten die erzielte Dämpfung frequenzabhängig. Dies führt dazu, dass in bestimmten Frequenzbereichen die Dämpfung nicht ausreichend ist. Weiterhin kommt noch die sogenannte Wirbelstromdämpfung zur Anwendung, bei welcher ein leitendes Element in einem Magnetfeld bewegt wird. Allerdings ist auch bei dieser Variante die Dämpfung geschwindigkeits- und somit frequenzabhängig. Darüber hinaus setzt in diesem Fall die Dämpfungswirkung erst nach einer gewissen Auslenkung des Dämpfers ein, es kann also keine Haltekraft erzeugt werden, durch welche bereits die unerwünschte Auslenkung des zu dämpfenden Elementes verhindert werden könnte.

Daneben ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 202 127 A1 eine Dämpfungsanordnung zur Dissipation mechanischer Schwingungsenergie von

Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage offenbart, welche ein Dämpfungs- element, insbesondere eine Tilgerfeder, aus einer Magnetic-Shape-Memory- Legierung enthält. Dabei wird das Dämpfungselement einem magnetischen Feld ausgesetzt, wodurch die elastischen Eigenschaften der Tilgerfeder beeinflusst werden können. Hier beruht der Dämpfungseffekt auf einer Kraft-Weg-Kennlinie mit einer ausgeprägten mechanischen Hysterese. Diese ausgeprägte Hysterese führt dazu, dass während eines durch die jeweilige Hysterese beschriebenen Stau- chungs-/Dehnungszyklus ein hoher Energieanteil dissipiert, d. h. in der Regel in Wärme umgewandelt wird. Allerdings ist auch bei der in der genannten Schrift beschriebenen Vorrichtung die Dämpfungswirkung frequenzabhängig und hängt insbesondere von den elastischen Eigenschaften der Tilgerfeder und der verwende- ten Tilgermasse ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer effektiven Dämpfungsvorrichtung für möglichst weite Frequenzbereiche anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhän- gigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie umfasst mindestens eine Komponente, welche mit einer Dämpfungsanordnung zur Dissipation mechanischer Schwingungsenergie versehen ist, wobei die Dämpfungs- anordnung ein mindestens teilweise von einem magnetischen Feld durchtretenes ferromagnetisches Element umfasst. Dabei ist die magnetische Flussdichte mindes- tens bereichsweise inhomogen und das ferromagnetische Element derart gelagert, dass es mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Inhomogenität des mag- netischen Feldes bewegbar ist.

Diese Inhomogenität der magnetischen Flussdichte kann durch ein inhomogenes magnetisches Feld erzeugt werden. Sie kann insbesondere auch dadurch hergestellt werden, dass sich das ferromagnetische Element teilweise in einem ansonsten homogenen Magnetfeld befindet. Die gewünschte Dämpfung wird dadurch erreicht, dass das ferromagnetische Material eine ausgeprägte Flysterese im H inblick auf die Magnetisierung zeigt. Bei einer Relativbewegung zwischen dem ferromagnetischen Element und dem Feld mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Inhomoge- nität des magnetischen Feldes wird das ferromagnetische Element bereichsweise ummagnetisiert, da sich die magnetische Flussdichte im ferromagnetischen Element über der Zeit ändert, was zu letztlich zu einer Dissipation der kinetischen Energie in Wärme führt.

Der erfindungsgemäße Dämpfungsmechanismus zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Dämpfungswirkung - anders als beispielsweise bei Wir- belstrombremsen - bereits mit Beginn der zu dämpfenden Bewegung einsetzt; sie ist damit einer Dämpfung durch Coulomb-Reibung, jedoch ohne direkten mechanischen Kontakt, ähnlich. Damit kann die erfindungsgemäße Anordnung auch als Transport- Sicherung wie auch zum Schutz vor Erschütterungen durch Erdbeben Verwendung finden. Die Abwesenheit eines mechanischen Kontaktes führt weiterhin zu einer weitgehenden Partikel- und Verschleißfreiheit. Weiterhin ist die mit der erfindungs- gemäßen Anordnung erzielte Dämpfungswirkung nahezu frequenzunabhängig; die Dämpfungswirkung kann weiterhin über eine Anpassung des magnetischen Feldes aktiv eingestellt werden. Weiterhin erfolgt die Dämpfung entsprechend der vorliegenden Erfindung durch eine reine Starrkörperbewegung und nicht wie vielfach im Stand der Technik beschrieben unter Verformung eines Körpers. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Deformation von Oberflächen vermieden, wodurch sich neue Möglichkeiten insbesondere für geeignete Gestaltungen beziehungsweise Beschichtungen der beteiligten Oberflä- chen ergeben. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung kann mindestens ein strukturiertes weichmagnetisches Element zur Erzeugung der Inhomogenität des Magnetfeldes vorhanden sein. Das strukturierte weichmagnetische Element dient dabei dazu, durch seine Geometrie das Magnetfeld in der gewünschten Art zu konditionieren. So kann beispielsweise mittels des weichmagnetischen Elementes aus einem hormoge- nen Magnetfeld ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt werden.

Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass es sich bei dem strukturier- ten weichmagnetischen Element um eine mit einer Oberflächentopographie verse- hene Platte handelt; insbesondere kann die Oberflächentopographie der Platte durch eine matrixartige Anordnung von Erhebungen und/oder Vertiefungen gebildet sein. Es muss sich jedoch nicht zwingend um Erhebungen oder Vertiefungen han- deln. Auch die Ausbildung des weichmagnetischen Elementes mit Durchbrüchen in der Art eines Lochbleches kann für bestimmte Anwendungen sinnvoll sein.

Weiterhin können zwei strukturierte weichmagnetische Elemente vorhanden sein, zwischen denen ein Spalt ausgebildet ist, wobei sich das ferromagnetische Element mindestens teilweise in dem Spalt befindet.

Eine Lagerung und Bewegung des ferromagnetischen Elementes insbesondere in einem Spalt kann dadurch erleichtert werden, dass es plattenförmig ausgebildet ist.

Zur Erzeugung des magnetischen Feldes können Permanentmagnete, aber auch Elektromagnete verwendet werden. Auch Mischformen sind denkbar.

Insbesondere können mehrere Magnete in einer Halbach-Anordnung zur Erzeugung des magnetischen Feldes vorhanden sein. Eine Halbach-Anordnung besteht aus mehreren Magneten, deren Magnetisierungsrichtung gegeneinander jeweils um 90° in Richtung der Längsachse der Anordnung gekippt ist. Durch die Halbach- Anordnung kann dabei erreicht werden, dass im Innenbereich der durch die Magne- te gebildeten Struktur ein starkes Magnetfeld entsteht, die Gesamtanordnung nach außen jedoch lediglich ein schwaches Magnetfeld erzeugt. Dadurch kann ebenfalls eine nachteilige Beeinflussung umgebender Komponenten wirksam verringert werden. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist eine weichmagnetische Abschirm- struktur zur Abschirmung des erzeugten Magnetfeldes vorhanden. So kann erreicht werden, dass umgebende Komponenten wie Sensoren oder Aktuatoren nicht durch das von der Dämpfungsanordnung erzeugte Magnetfeld gestört werden; daneben kann durch die weichmagnetische Abschirmstruktur auch das Magnetfeld im Inneren der Struktur verstärkt werden.

Die Inhomogenität des magnetischen Feldes kann alternativ oder zusätzlich auch dadurch erreicht werden, dass das magnetische Feld von einer Anordnung erzeugt wird, die mehrere Einzelmagnete umfasst. Dabei kann es sich bei mindestens einem der Einzelmagnete um einen Permanentmagneten handeln; ebenso kann ein Elekt romagnet zur Realisierung mindestens eines Einzelmagneten zur Anwendung kommen. Im Extremfall kann bei einer derartigen Erzeugung des inhomogenen magnetischen Feldes auf strukturierte weichmagnetische Elemente verzichtet werden. Das ferromagnetische Element kann insbesondere mittels eines Festkörpergelenkes beweglich gelagert sein. Festkörpergelenke zeichnen sich dadurch aus, dass bei ihrer Betätigung praktisch kein Abrieb und damit keine schädliche Partikelbildung entsteht.

In Verbindung mit der Federsteifigkeit des Festkörpergelenkes lässt sich auf diese Weise auch ein Endlagendämpfer realisieren. Unter einem Endlagendämpfer wird ein Dämpfungselement verstanden, welches seine Dämpfungswirkung auf dem letzten Teilstück einer zulässigen Auslenkung eines Bauteiles entfaltet. Auf diese Weise kann hartes Aufschlagen auf einen Anschlag und die damit verbundenen, potenziell schädlichen hohen Trägheitskräfte vermieden werden. Bei der mit der Dämpfungsanordnung versehenen Komponente kann es sich insbe- sondere um eine Spiegelfacette eines in einem Beleuchtungssystem einer Projekti- onsbelichtungsanlage verwendeten Feldfacettenspiegels handeln. Dabei kann die Dämpfungsanordnung derartig ausgebildet sein, dass die Spiegelfacette in ihren Aktuierungsrichtungen nicht gedämpft wird. So kann es insbesondere sinnvoll sein, Bewegungen in den Rx- und Ry- Freiheitsgraden, also in Richtung der üblichen Aktuierung der Spiegelfacette durch die zugehörige Aktuatorik, zuzulassen und eine Bewegung der Spiegelfacette in einem anderen Freiheitsgrad, insbesondere Rz, zu dämpfen. Durch diese richtungs- selektive Dämpfung wird sichergestellt, dass die Aktuatorik im üblichen Betrieb der Anlage nicht gegen die Dämpfungswirkung der Dämpfungsanordnung arbeiten muss.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV- Projektionsbelichtungsanlage,

Figur 2 die Anordnung der erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung zwi- schen einer zu dämpfenden Struktur und der festen Welt,

Figur 3 in einer Schnittdarstellung die Dämpfungsanordnung in einer ersten exemplarischen Ausführungsform,

Figur 4 eine Darstellung der Dämpfungswirkung in zwei Raumrichtungen,

Figur 5 exemplarische Matrizen, und

Figur 6,7,8 weitere Varianten der Erfindung.

Figur 1 zeigt exemplarisch den prinzipiellen Aufbau einer EUV-Projektions- belichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie, in welcher die Erfindung Anwendung finden kann. Ein Beleuchtungssystem der Projektionsbelichtungsanlage 1 weist neben einer Lichtquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Beleuchtung eines Objekt- feldes 5 in einer Objektebene 6 auf. Eine durch die Lichtquelle 3 erzeugte EUV- Strahlung 14 als optische Nutzstrahlung wird mittels eines in der Lichtquelle 3 integrierten Kollektors derart ausgerichtet, dass sie im Bereich einer Zwischenfokus- ebene 15 einen Zwischenfokus durchläuft, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 2 trifft, auf welchem Spiegelfacetten 22 auf einem Grundkörper 21 angeordnet sind. Nach dem Feldfacettenspiegel 2 wird die EUV-Strahlung 14 von einem Pupillenfa- cettenspiegel 16 reflektiert. Unter Zuhilfenahme des Pupillenfacettenspiegels 16 und einer optischen Baugruppe 17 mit Spiegeln 18, 19 und 20 werden Spiegelfacetten 22 des Feldfacettenspiegels 2 in das Objektfeld 5 abgebildet.

Beleuchtet wird ein im Objektfeld 5 angeordnetes Retikel 7, das von einem scherma- tisch dargestellten Retikelhalter 8 gehalten wird. Eine lediglich schematisch darge- stellte Projektionsoptik 9 dient zur Abbildung des Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 10 in eine Bildebene 11. Abgebildet wird eine Struktur auf dem Retikel 7 auf eine licht- empfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 10 in der Bildebene 11 ange- ordneten Wafers 12, der von einem ebenfalls ausschnittsweise dargestellten

Waferhalter 13 gehalten wird. Die Lichtquelle 3 kann Nutzstrahlung insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 5 nm und 120 nm emittieren. Die Erfindung kann ebenso in einer vorliegend nicht explizit gezeigten DUV-Anlage zur Anwendung kommen. Eine DUV-Anlage ist prinzipiell wie die oben beschriebene EUV-Anlage 1 aufgebaut, wobei in einer DUV-Anlage Spiegel und Linsen als optische Elemente verwendet werden können und die Lichtquelle einer DUV-Anlage eine Nutzstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 100 nm bis 300 nm emittiert.

Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Anordnung der erfindungsge- mäßen Dämpfungsanordnung 32 zwischen einer zu dämpfenden Struktur, bei spielsweise einer Spiegelfacette 22 des in Figur 1 dargestellten

Feldfacettenspiegels 2 und der festen Welt, im gezeigten Beispiel dem Grundkörper 21 des Feldfacettenspiegels 2. Durch die ebenfalls schematisch dargestellten elastischen Elemente 33 ist die schwingfähige Kopplung der Spiegelfacette 22 mit dem Grundkörper 21 in der Art eines mechanischen Ersatzschaltbildes verdeutlicht.

Figur 3 zeigt nun in einem Schnitt die Dämpfungsanordnung 32 in einer ersten exemplarischen Ausführungsform. Erkennbar in der Figur 3 sind die beiden struktu- rierten weichmagnetischen Elemente 34, die nachfolgend als Matrizen bezeichnet werden. Die Matrizen 34 zeichnen sich dadurch aus, dass sie mit einer strukturierten Oberflächentopographie versehen sind, so dass sich bei Anwesenheit eines exter- nen Magnetfeldes (in der Figur durch einen Pfeil angedeutet) in dem Luftspalt zwischen den Matrizen (in der Figur gepunktet dargestellte) Bereiche 43 hoher magnetischer Flussdichte ausbilden, in welchen das in dem Luftspalt befindliche ferromagnetische Element lokal magnetisiert wird. Dabei ist das ferromagnetische Element 35, wie durch den Doppelpfeil 36 angedeutet, relativ zu den Matrizen 34 beweglich und gegebenenfalls durch eine nicht dargestellte Führung geführt reali- siert. Es versteht sich von selbst, dass das ferromagnetische Element 35 nicht zwingend mit der zu dämpfenden Struktur verbunden sein muss; es kann ebenso mit der festen Welt verbunden sein, während die Matrizen 34 mit der zu dämpfenden Struktur verbunden sind.

Anhand der Figur 4 wird verdeutlicht, dass die in Figur 3 im Schnitt dargestellte Dämpfungsanordnung 32 ihre Dämpfungswirkung in zwei Raumrichtungen entfalten kann, so wie in der Figur 4 durch die beiden gekreuzt dargestellten Doppelpfeile angedeutet. Das ferromagnetische Element 35 wie auch die Matrizen 34 sind dabei als plattenförmige Elemente ausgebildet.

Figur 5 zeigt in den Teilfiguren A und B in einer perspektivischen Darstellung exemplarische Matrizen 34 in Vorder- (in Teilfigur A) und Rückansicht (Teilfigur B).

Figur 6 zeigt ebenfalls in einer Schnittdarstellung eine Variante der Erfindung, bei welcher das Magnetfeld durch die beiden plattenförmigen Permanentmagnete 37 erzeugt wird; daneben umfasst die Dämpfungsanordnung 32 eine weichmagnetische Abschirmstruktur 38, mittels welcher das von den Permanentmagneten 37 erzeugte Magnetfeld einerseits nach außen abgeschirmt wird und andererseits der magneti- sche Kreis geschlossen wird.

Figur 7 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bei welcher Permanentmagnete 37, 39 und 40 in der sogenannten Halbach-Anordnung zur Anwendung kommen; auch hier wird im Bereich der Matrizen 34 und des ferromagnetischen Elementes 35 ein starkes Magnetfeld erzeugt, wohingegen im Außenbereich lediglich ein schwa- ches Magnetfeld messbar ist.

Figur 8 zeigt eine Anordnung, in welcher auf die Verwendung von Permanentmagne- ten verzichtet werden kann. In diesem Fall wird durch eine Weicheisenummantelung 42 in Verbindung mit einer Spulenwicklung 41 eine elektromagnetische Anordnung realisiert, welche den Vorteil bietet, dass sie einerseits schaltbar und auch im

Hinblick auf die Dämpfungskraft aufgrund der Einsteilbarkeit des Magnetfeldes dosierbar ausgebildet ist.

Bezugszeichenliste

1 EUV-Projektionsbelichtungsanlage

2 Feldfacettenspiegel

3 Lichtquelle

4 Beleuchtungsoptik

5 Objektfeld

6 Objektebene

7 Retikel

8 Retikelhalter

9 Projektionsoptik

10 Bildfeld

11 Bildebene

12 Wafer

13 Waferhalter

14 EUV-Strahlung

15 Zwischenfokusebene

16 Pupillenfacettenspiegel

17 optischen Baugruppe

18 Spiegel

19 Spiegel

20 Spiegel

21 Grundkörper

22 Zu dämpfende Struktur, Spiegelfacette

32 Dämpfungsanordnung

33 Elastische Elemente

34 Matrizen

35 Ferromagnetische Element

36 Doppelpfeil

37 Permanentmagnete

38 Abschirmstruktur Permanentmagnet

Permanentmagnet

Spulenwicklung

Weicheisenummantelung

Bereiche hoher magnetischer Flussdichte