DE102020206589A1

DE102020206589A1 - Dämpfungsanordnung zur Schwingungsdämpfung eines Elements in einem System

Info

Publication number: DE102020206589A1
Application number: DE102020206589.6A
Authority: DE
Inventors: Marwene Nefzi; Stefan Hembacher; David Schoenen; Jens Kugler
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2021-12-02
Also published as: EP4158424A1; US20230104921A1; WO2021239277A1; KR20230017779A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung zur Schwingungsdämpfung eines Elements in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Eine erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung weist ein Element (101, 401, 501), ein in einem Hohlraum befindliches Fluid (120, 220, 420, 520) und wenigstens einen an den Hohlraum angeschlossenen Kanal (130, 230, 430, 530) auf, wobei eine Schwingung des Elements durch teilweise Verdrängung des Fluids aus dem Hohlraum in den wenigstens einen Kanal eine Dissipation von Schwingungsenergie des Elements bewirkt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsanordnung zur Schwingungsdämpfung eines Elements in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Stand der Technik
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
In einer für EUV (d.h. für elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 30nm, insbesondere unterhalb von 15nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet.
Ein im Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere bei EUV-Systemen, auftretendes Problem ist, dass sich mechanische Störungen verursacht durch Vibrationen nachteilig auf die Positionsstabilität der Komponenten (wie z.B. EUV-Spiegel) des Systems und die optische Performance des Systems auswirken. Schwach gedämpfte mechanische Resonanzen im System führen im Bereich der Resonanzfrequenzen zu einer lokalen Überhöhung des Störspektrums und zu einer damit einhergehenden Verschlechterung der Positionsstabilität von passiven gelagerten Komponenten wie auch von aktiv geregelten Komponenten. Des Weiteren können Resonanzen im Falle von geregelten Systemen zur Instabilität der Regelschleife führen.
Da die in EUV-Systemen im Hinblick auf die erforderliche Vakuumbeständigkeit erlaubten (z.B. metallischen oder keramischen) Materialien selbst nur eine geringe intrinsische Dämpfung aufweisen, sind zur Überwindung oder Abmilderung der o.g. Probleme weitere Dämpfungsmaßnahmen erforderlich.
Im Stand der Technik sind verschiedene Dämpfungskonzepte bekannt, wobei lediglich beispielhaft auf US 9,593,733 B2 verwiesen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dämpfungsanordnung zur Schwingungsdämpfung eines Elements in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage bereitzustellen, welche auch bei höherfrequenten Schwingungsanregungen eine effektive Dämpfung bei kompakter Bauweise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Dämpfungsanordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Eine Dämpfungsanordnung zur Schwingungsdämpfung eines Elements in einem System umfasst

- ein Element;
- ein in einem Hohlraum befindliches Fluid; und
- wenigstens einen an den Hohlraum angeschlossenen Kanal;
- wobei eine Schwingung des Elements durch teilweise Verdrängung des Fluids aus dem Hohlraum in den wenigstens einen Kanal eine Dissipation von Schwingungsenergie des Elements bewirkt.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine Energiedissipation zur Schwingungsdämpfung eines Elements (wie z.B. eines EUV-Spiegels) dadurch zu realisieren, dass ein in einem Hohlraum befindliches Fluid derart eingesetzt wird, dass die zu dämpfende Schwingung des Elements mit einer partiellen Verdrängung dieses Fluids in einen an den Hohlraum angeschlossenen Kanal einhergeht. Die in besagten Kanal erfolgende Flüssigkeitsverdrängung hat dabei insbesondere zur Folge, dass - infolge der Verstärkung der Energiedissipation aufgrund der an der Kanalwandung stattfindenden Reibung - eine effiziente Dämpfung auch dann erzielt werden kann, wenn das Fluid selbst nur eine geringe oder mittlere Viskosität aufweist (so dass z.B. auch Wasser als Fluid genutzt werden kann).
Des Weiteren hat die durch besagten Kanal erzielte Verstärkung der Energiedissipation zur Folge, dass - je nach Größe der zu dämpfenden (Resonanz-) Frequenz des jeweiligen Elements - der weitere Einsatz einer Tilgermasse bzw. Hilfsmasse entweder entbehrlich ist oder auf deutlich geringere Massen (im Vergleich zu einer fluidbasierten Energiedissipation ohne die erfindungsgemäße Verdrängung in einen Kanal) beschränkt werden kann. Hierdurch kann wiederum u.a. der für die Dämpfungsanordnung benötigte Bauraum signifikant reduziert und im Ergebnis ein besonders kompaktes Systemdesign realisiert werden.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird unter einem „Kanal“ eine längliche hohle Struktur verstanden, deren Länge vorzugsweise wenigstens das Fünffache, insbesondere wenigstens das Zehnfache, des mittleren Durchmessers beträgt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Dämpfungsanordnung wenigstens eine innerhalb des Hohlraums befindliche Hilfsmasse auf, welche bei Schwingung des Elements das Fluid teilweise in den wenigstens einen Kanal verdrängt.
Gemäß einer Ausführungsform ist diese Hilfsmasse in Bezug auf das Element stabil gelagert.
Gemäß einer Ausführungsform weist die stabile Lagerung der Hilfsmasse eine Resonanzfrequenz auf, welche mit einer zu dämpfenden Resonanzfrequenz des Elements übereinstimmt.
Die Erfindung ist jedoch auf den Einsatz einer solchen Hilfsmasse nicht beschränkt. So kann es je nach Größe der zu dämpfenden (Resonanz-) Frequenz des Elements auch ausreichend sein, lediglich das im Hohlraum befindliche Fluid selbst bzw. dessen schwingenden Massenanteil zur Schwingungsdämpfung zu nutzen. In diesem Falle ist dann gegebenenfalls dieser schwingende Massenanteil des Fluids auf die zu dämpfende Resonanzfrequenz des optischen Elements abzustimmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Dämpfungsanordnung zur Dämpfung einer Resonanzfrequenz des Elements von mehr als 50Hz, insbesondere von mehr als 100Hz, weiter insbesondere von mehr als 500Hz, ausgelegt.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Dämpfungsanordnung eine Mehrzahl von innerhalb des Hohlraums befindlichen Hilfsmassen auf, welche bei Schwingung des Elements das Fluid teilweise in den wenigstens einen Kanal verdrängen.
Der Einsatz einer Mehrzahl von innerhalb des Hohlraums befindlichen „gegenschwingenden“ Hilfsmassen bzw. Partikeln hat hierbei insbesondere den Vorteil, dass eine räumliche Verteilung der erzielten Dämpfungswirkung (im Vergleich zu einer punktuellen Dämpfung) erzielt wird, womit eine besonders wirksame Dämpfung auch bei vergleichsweise komplexen Geometrien des jeweils zu dämpfenden Elements erzielt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform bildet der wenigstens eine Kanal einen Kühlkanal zur Kühlung des Elements im Betrieb des Systems.
Auf diese Weise kann eine doppelte Funktionalität des erfindungsgemäßen Fluids realisiert werden, indem das Fluid über die vorstehend beschriebene Energiedissipation hinaus eine Kühlwirkung (etwa zur Kompensation von im Betrieb des Elements bzw. eines dieses Element aufweisenden optischen Systems auftretenden thermischen Lasten) bewirkt. Hierbei kann sich die Erfindung insbesondere auch den bereits vorstehend erwähnten Umstand zunutze machen, dass erfindungsgemäß auch ein Fluid mit lediglich mittlerer Viskosität (z.B. Kühlwasser) zur Schwingungsdämpfung nutzbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform besitzt der wenigstens eine Kanal zumindest bereichsweise eine mäanderförmige Geometrie.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Dämpfungsanordnung ferner wenigstens einen Magneten und/oder wenigstens eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare Spule auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Element ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel.
In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Element auch z.B. um eine Aktuatorkomponente oder um einen Trag- oder Messrahmen handeln.
Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung. Die Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere für einen Betrieb im EUV bzw. für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere von weniger als 15nm, ausgelegt sein. In weiteren Anwendungen kann die Projektionsbelichtungsanlage auch für einen Betrieb im VUV-Bereich ausgelegt sein, beispielsweise für Wellenlängen kleiner als 200nm, insbesondere kleiner als 160nm.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figurenliste
Es zeigen:

1a-1b schematische Darstellungen zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung gemäß einer Ausführungsform;
2a-2b schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung;
3 ein Diagramm zur Erläuterung einer mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung beispielhaft erzielbaren Vibrationsunterdrückung;
4-6 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung;
7-10 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen einer Dämpfungsanordnung zur Dämpfung von vergleichsweise niederfrequenten Schwingungen; und
11 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Weiteren wird unter Bezugnahme auf 1a-1b zunächst eine Dämpfungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die Dämpfungsanordnung gemäß 1a dient zur Dissipation von Schwingungsenergie eines Elements in einem System, insbesondere in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Bei den im Weiteren beschriebenen Anwendungsbeispielen handelt es sich bei dem hinsichtlich Schwingungen zu dämpfenden Element (in 1a nicht dargestellt) um einen Spiegel, welcher gegenüber einer Tragstruktur ein schwingendes Masse-Feder-System mit einer vorgegebenen Resonanzfrequenz bildet. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. In anderen Anwendungen kann es sich bei dem hinsichtlich Schwingungen zu dämpfenden Element auch beispielsweise um eine Aktuatorkomponente eines zur Aktuierung eines solchen optischen Elements dienenden Aktuators, ein Gelenkelement, eine Reaktions- oder Filtermasse oder um ein beliebiges Strukturelement, beispielsweise einen Trag- oder einen Messrahmen, handeln.
Wie aus 1a ersichtlich, weist die erfindungsgemäße Dämpfungsanordnung insbesondere ein innerhalb eines Hohlraums befindliches Fluid 120 sowie einen an den Hohlraum angeschlossenen Kanal 130 auf. Der Hohlraum seinerseits kann in dem zu dämpfenden Element vorgesehen oder auch separat hierzu (z.B. in einem den Hohlraum umschließenden Gehäuse) ausgebildet sein. Des Weiteren befindet sich gemäß 1a innerhalb des Hohlraums eine Hilfsmasse 110, wobei der Wert der Masse dieser Hilfsmasse m₂ beträgt und wobei eine stabile Lagerung der Hilfsmasse 110 über eine mit „115“ bezeichnete Feder symbolisiert ist.
Funktionsprinzip der Dämpfungsanordnung von 1a ist, dass eine Schwingung des hinsichtlich seiner Schwingungsenergie zu dämpfenden Elements dazu führt, dass das Fluid 120 in den an den Hohlraum angeschlossenen Kanal 130 teilweise verdrängt wird, was eine Energiedissipation und eine damit einhergehende Dämpfungswirkung zur Folge hat. Dabei wird erfindungsgemäß eine Verstärkung dieser Energiedissipation durch besagte Fluidverdrängung in den Kanal 130 erzielt mit der Folge, dass eine Schwingungsdämpfung vergleichsweise hoher Resonanzfrequenzen des betreffenden zu dämpfenden Elements z.B. von mehr als 50Hz (insbesondere mehr als 100Hz, weiter insbesondere mehr als 500Hz) auch unter Einsatz eines Fluids 120 von nur mittlerer oder geringerer Viskosität und/oder mit vergleichsweise geringem Wert der Masse m₂ der Hilfsmasse 110 erzielt werden kann.
Insbesondere kann beispielsweise Wasser als Fluid 120 verwendet werden. In weiteren Ausführungsformen können als Fluid 120 jedoch auch hochviskose Flüssigkeiten wie z.B. Wassersilikone, Silikonöle, magnetorheologische Flüssigkeiten oder Ferrofluide, eingesetzt werden.
Je nach konkretem Anwendungsfall bzw. Größe der zu dämpfenden Resonanzfrequenz kann gegebenenfalls auch auf den Einsatz einer Hilfs- bzw. Tilgermasse 110 ganz verzichtet werden, indem lediglich das (den Hohlraum dann nicht komplett ausfüllende) Fluid 120 selbst bzw. dessen schwingende Masse zur Energiedissipation genutzt wird.
Der erfindungsgemäß zur Verstärkung der Energiedissipation eingesetzte, wenigstens eine Kanal 130 kann insbesondere, wie in 1a angedeutet, eine mäanderförmige Geometrie aufweisen. Eine solche Geometrie ist zur Erzielung einer hohen Reibung bzw. Energiedissipation an der Kanalwandung bei zugleich besonders kompakter Bauweise vorteilhaft. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass auch Ausführungsformen mit beliebiger anderer Kanalausgestaltung bzw. -geometrie als von der Erfindung umfasst gelten sollen.
Geeignete (Füge-)Technologien zur Implementierung des Kanals 130 in der erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung (z.B. innerhalb des zu dämpfenden Elements oder einer Rahmenstruktur) umfassen insbesondere silikatisches Bonden, Fusionsbonden sowie direktes Bonden.
1b zeigt zur weiteren Erläuterung der Funktion ein Ersatzschaltbild für die vorstehend anhand von 1a erläuterte Dämpfungsanordnung, wobei das hier zusätzlich eingezeichnete, hinsichtlich seiner Schwingung zu dämpfende Element 101 eine Masse m₁ und die Hilfsmasse 110 eine Masse m₂ besitzt. Des Weiteren ist die auf das hinsichtlich Schwingungen zu dämpfende Element 101 einwirkende Störkraft mit F₁ und die Bewegung dieses Elements 101 bzw. der zu dämpfenden Masse m₁ mit x₁ bezeichnet.
Die Übertragungsfunktion von der Störkraft, F₁, auf die Bewegung, x₁, der zu dämpfenden Masse lautet $H (s) = \frac{X_{1} (s)}{F_{1} (s)} = \frac{m_{2} s^{2} + c_{2} s + k_{2}}{(m_{1} m_{2}) s^{4} + (c_{2} m_{1} + c_{2} m_{2}) s^{3} + (k_{1} m_{2} + k_{2} m_{1} + k_{2} m_{2}) s^{2} + (c_{2} k_{1}) s + k_{1} k_{2}}$

Ausgehend von Gleichung (1) kann gemäß nachfolgender Tabelle 1 der zur Erzielung einer optimalen Dämpfung der Masse m₁ erforderliche Dämpfungsgrad c₂ bestimmt werden. Tabelle 1:

Masse des Spiegels	m₁
Masse des Dämpfers	m₂
Massenverhältnis	$μ = \frac{m_{2}}{m_{1}}$
Zu dämpfende Mode	ƒ₁
Strukturdämpfung	ζ₁
Optimale Frequenz der Hilfsmasse im viskosen Fluid	$f_{2} = \frac{f_{1}}{1 + μ}$
Optimaler Dämpfungsgrad der Hilfsmasse im viskosen Fluid	$ζ_{2} = \sqrt{\frac{3 μ}{8 {(1 + μ)}^{3}}}$
Erforderliche viskose Dämpfung der Hilfsmasse	c₂ = 2m₂ζ₂ω₂
Erforderliche Länge des Kanals um die erwünschte Dämpfung zu erreichen	$l = \frac{c_{2}}{8 π η_{2}}$

2a-2b zeigen schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen der Erfindung, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Gemäß 2a kann anstelle nur einer einzigen Hilfsmasse 110 innerhalb des an den Kanal 230 angeschlossenen Hohlraums auch eine Mehrzahl von Hilfsmassen 210 vorgesehen sein. Eine solche Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass anstelle einer punktuellen Dämpfung eine räumliche Verteilung der Dämpfungswirkung erreicht wird mit der Folge, dass auch bei vergleichsweise komplexen Formen des jeweiligen, hinsichtlich Schwingungen zu dämpfenden Elements eine effektive Dämpfungswirkung erzielt werden kann.
Des Weiteren kann, wie in 2b angedeutet, eine weitere Verstärkung der erzielten Energiedissipation auch dadurch erzielt werden, dass ein (durch Feldlinien 240 angedeutetes) magnetisches Feld über Permanentmagnete oder über mit elektrischen Strom beaufschlagte Spulen erzeugt wird, wobei zugleich die Viskosität des Fluids 220 durch Einsatz von z.B. magnetorheologischen Partikeln oder Ferrofluiden gesteigert werden kann.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Erhöhung der Energiedissipation auch durch Anbringung von einer oder mehreren Blenden innerhalb des Hohlraums und/oder innerhalb des an den Hohlraum angeschlossenen Kanals erreicht werden.
3 zeigt zur Erläuterung einer beispielhaft möglichen, mit der erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung erzielten Dämpfungswirkung ein Diagramm für die Übertragungsfunktion. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das hinsichtlich Schwingungen zu dämpfende Element eine unerwünschte Resonanz bei einer Frequenz von etwa 1000Hz (= Kurve „A“) auf, wobei für diese Resonanzfrequenz erfindungsgemäß eine signifikante Unterdrückung (= Kurve „B“) erzielt wird.

Tabelle 2 zeigt quantitative Daten für ein mögliches Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich bei dem Fluid mit geeigneter dynamischer Viskosität um ein handelsübliches (z.B. unter dem Namen Wacker^® 1000000 erhältliches) Wassersilikon handeln. Tabelle 2:

Masse des Spiegels	350 kg
Masse der Hilfsmasse	17,5 kg
Zu dämpfende Mode	800 Hz
Strukturdämpfung des Spiegels	0,1%
Optimale Frequenz der Hilfsmasse im viskosen Fluid	761 Hz
Viskose Dämpfung	2,2*10⁴ Ns/m
Angenommene dynamische Viskosität des Fluids	1*10⁴ Pa s
Erforderliche Rohrlänge, um die erforderliche Energiedissipation zu erreichen	$l = \frac{c_{2}}{8 π η_{2}} = 80 mm$

4 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „300“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Dabei ist in 4 zusätzlich das hinsichtlich Schwingungen zu dämpfende Element eingezeichnet und mit „401“ bezeichnet.
Hierbei kann es sich z.B. um einen EUV-Spiegel mit einer optischen Wirkfläche 405 handeln.
Bei der Ausführungsform von 4 bilden die erfindungsgemäß zur Verstärkung der Energiedissipation eingesetzten (und analog zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen jeweils an einen ein Fluid 420 aufnehmenden Hohlraum angeschlossenen) Kanäle 430 zusätzlich Kühlkanäle für das zu dämpfende Element 401 bzw. den EUV-Spiegel. Mit anderen Worten übernimmt das zur Energiedissipation eingesetzte Fluid 420 (z.B. Wasser) bei dieser Ausführungsform zugleich die Funktion eines Kühlfluids, um etwa im Betrieb des Elements 401 bzw. EUV-Spiegels auftretende thermische Lasten (etwa infolge von auf den EUV-Spiegel auftreffender elektromagnetischer Strahlung) zu kompensieren.
5-6 zeigen ein mögliches Einsatzszenario einer erfindungsgemäßen Dämpfungsanordnung, wobei im Vergleich zu 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „400“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Dabei ist das hinsichtlich Schwingungen zu dämpfende Element 501 in 5 in perspektivischer Ansicht und in 6 in Draufsicht dargestellt. In 6 ist ferner eine mechanische Aufhängung des Elements 501 angedeutet und mit „502“ bezeichnet.
Gemäß 5-6 erfolgt in drei zueinander azimutal in Umfangsrichtung versetzten (aus 6 ersichtlichen) Bereichen der Einsatz von jeweils vier Hilfsmassen in solcher Weise, dass in jedem dieser drei azimutal versetzten Bereiche (in welchen gemäß 6 durch die genannten Hilfsmassen jeweils ein Dämpfungselement 511, 512 bzw. 513 gebildet wird) jeweils Schwingungen in zwei Schwingungsrichtungen gedämpft werden. Dabei schwingen von den genannten Hilfsmassen für jeden der drei azimutal versetzten Bereiche bzw. für jedes der Dämpfungselemente 511, 512 bzw. 513 zwei (in 5 mit „510“ bezeichnete) Hilfsmassen in x-Richtung, und die anderen zwei (in 5 mit „511“ bezeichneten) Hilfsmassen in z-Richtung. Insgesamt wird auf diese Weise eine Schwingungsdämpfung in sechs Freiheitsgraden erzielt. Dabei besitzen die Hilfsmassen 510, 511 jeweils eine Eigenfrequenz, welche mit einer zu dämpfenden Resonanzfrequenz des Elements bzw. Spiegels 501 übereinstimmt. Des Weiteren erfolgt die Energiedissipation analog zu den bevorstehend beschriebenen Ausführungsformen durch Verdrängung jeweils eines die jeweilige Hilfsmasse 510, 511 umgebenden Fluids 520 in einen (auch hier beispielhaft mäanderförmig ausgebildeten) Kanal 530.
Im Weiteren werden unter Bezugnahme auf 7-10 Ausführungsformen beschrieben, bei denen eine Dämpfung niederfrequenter Schwingungen (typischerweise mit einer Frequenz von weniger als 10Hz) realisiert werden soll. Insbesondere kann es sich bei den gemäß diesen Ausführungsformen zu dämpfenden Störanregungen um Schockanregungen handeln, welche z.B. während des Transports oder der Handhabung des zu dämpfenden Elements bzw. des zugehörigen Systems (z.B. eines Projektionsobjektivs) oder auch während eines Erdbebens auftreten können. Bei solchen niederfrequenten Störanregungen kann entsprechend den Ausführungsformen von 7-10 gegebenenfalls auf die zuvor beschriebene Verstärkung der Energiedissipation durch die Fluidverdrängung in wenigstens einen Kanal und/oder den Einsatz eines hochviskosen Fluids verzichtet werden.
7 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform, bei welcher ein zur Energiedissipation eingesetztes Fluid 720 in einem innerhalb des zu dämpfenden, die Masse m₁ aufweisenden Elements 701 befindlichen Hohlraum angeordnet ist. Eine auf das Element 701 bzw. dessen Masse m₁ wirkende Störkraft ist mit „F“ bezeichnet. Die Eigenfrequenz des Elements 701 (als starrer Körper) liegt hier größenordnungsmäßig bei 1Hz. Die Steifigkeit der Aufhängung des Elements 701 bzw. der entsprechenden Aktuatoreinheiten ist über eine Feder 715 symbolisiert. Zur Verstärkung der Energiedissipation dient bei der Ausführungsform von 7 anstelle des in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen jeweils vorhandenen Kanals lediglich eine Blende 750, wobei die Energiedissipation im Übrigen durch das Fluid 720 selbst, welches zu diesem Zweck den Hohlraum nicht komplett ausfüllt und somit innerhalb des Hohlraums bei einer Schwingungsanregung des Elements 701 zur Realisierung der Energiedissipation entsprechende Gegenschwingungen durchführen kann, erreicht wird.
Da somit gemäß der Ausführungsform von 7 auf den Einsatz einer zusätzlichen Tilgermasse in Form eines starren Körpers verzichtet wird, ist hier die zur Schwingungsdämpfung bzw. Energiedissipation relevante Masse m₂ diejenige des die entsprechende Gegenschwingung durchführenden Fluids 720.
8 zeigt in schematischer Darstellung den Einsatz einer Dämpfungsanordnung mit dem vorstehend anhand von 7 beschriebenen Funktionsprinzip in einem das zu dämpfende Element 801 bildenden Spiegel mit optischer Wirkfläche 805, wobei eine zur Verstärkung der Energiedissipation eingesetzte Blende mit „850“ bezeichnet ist. Mit „820“ ist das Fluid bezeichnet, welches bei Schockanregung des zu dämpfenden Elements 801 durch die Öffnung(en) der besagten Blende 850 unter Energiedissipation gedrängt wird.
Gemäß 9 kann eine solche, zur Verstärkung der Energiedissipation eingesetzte Blende 950 auch eine Mehrzahl von Öffnungen bzw. Bohrungen aufweisen, wobei in diesem Falle eine verstärkte Energiedissipation bei Durchtritt des Fluids 920 durch besagte Öffnungen bzw. Bohrungen erzielt wird.
Die Flüssigkeitsbewegung innerhalb des optischen Elements lässt sich durch die folgende Differentialgleichung beschreiben $ρ A l {\ddot{x}}_{f} + \frac{1}{2} ρ A ξ | {\dot{x}}_{f} | {\dot{x}}_{f} + 2 ρ A g x_{f} = - ρ A b {\ddot{s}}_{1}$
wobei x_ƒ die Laufkoordinate entlang der Flüssigkeitslinie, ρ die Dichte der Flüssigkeit und A = c · d die gesamte Querschnittsfläche des Kanals sind. Die Bedeutung der Parameter c und d ist aus 9 ersichtlich. ξ bezeichnet den von der Blendengeometrie abhängigen Verlustfaktor der Blende 950. g ist die Gravitationsbeschleunigung. Die Bewegung der Masse m₁ lässt sich beschreiben durch $(m_{1} + ρ A l) {\ddot{s}}_{1} + ρ A b {\ddot{x}}_{f} + k_{a} s_{1} = F$
wobei F die auf die Masse m₁ wirkende Störkraft bezeichnet.

Tabelle 3 zeigt quantitative Daten für ein mögliches Ausführungsbeispiel. Tabelle 3:

Parameter	Wert
Masse des Spiegels	150 kg
Steifigkeit der Aktuatoreinheit	1.8 ∗10⁴ N/m
Starrkörpereigenfrequenz des Spiegels	1.8 Hz
Länge 1	300 mm
Breite b	285 mm
Tiefe c	250 mm
Dicke d	50 mm
Verlustkoeffizient der Blende	50
Dichte der Flüssigkeit	997 kg/m³
Masse der Flüssigkeit	3.7 kg
Eigenfrequenz der Flüssigkeitssäule	1.3 Hz
Äußere Beschleunigungsanregung	1 g∗m/s²
Dämpfungsgrad	ca. 4%

Gemäß 10 kann auch - je nach Größe der zu dämpfenden (Resonanz-) Frequenz - unter Verzicht auf eine Blende lediglich das innerhalb des Hohlraums befindliche (in 10 mit „1020“ bezeichnete) Fluid zur Schwingungsdämpfung benutzt werden. Das hinsichtlich Schwingungen zu dämpfende Element ist hier mit „1001“ bezeichnet. Der Pfeil symbolisiert die Richtung einer möglichen, zu dämpfenden Schockanregung.
11 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften für den Betrieb im EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage 1100.
Gemäß 11 weist eine Beleuchtungseinrichtung dieser Projektionsbelichtungsanlage 1100 einen Feldfacettenspiegel 1103 und einen Pupillenfacettenspiegel 1104 auf. Sämtliche Spiegel in der Projektionsbelichtungsanlage 1100 können Freiformflächen sein. Auf den Feldfacettenspiegel 1103 wird das Licht einer Lichtquelleneinheit, welche eine Plasmalichtquelle 1101 und einen Kollektorspiegel 1102 umfasst, gelenkt. Im Lichtweg nach dem Pupillenfacettenspiegel 1104 sind ein erster Teleskopspiegel 1105 und ein zweiter Teleskopspiegel 1106 angeordnet. Im Lichtweg nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 1107 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf ein Objektfeld in der Objektebene eines sechs Spiegel 1151-1156 umfassenden Projektionsobjektivs lenkt. Am Ort des Objektfeldes ist eine reflektive strukturtragende Maske 1121 auf einem Maskentisch 1120 angeordnet, die mit Hilfe des Projektionsobjektivs in eine Bildebene abgebildet wird, in welcher sich ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes Substrat 1161 auf einem Wafertisch 1160 befindet.
Bei dem gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich Schwingungen zu dämpfenden Element kann es sich beispielsweise um einen beliebigen der Spiegel 1151-1156 des Projektionsobjektivs handeln.
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9593733 B2 [0006]

Claims

Dämpfungsanordnung zur Schwingungsdämpfung eines Elements in einem System, mit • einem Element (101, 401, 501); • einem in einem Hohlraum befindlichen Fluid (120, 220, 420, 520); und • wenigstens einem an den Hohlraum angeschlossenen Kanal (130, 230, 430, 530); • wobei eine Schwingung des Elements (101, 401, 501) durch teilweise Verdrängung des Fluids (120, 220, 420, 520) aus dem Hohlraum in den wenigstens einen Kanal (130, 230, 430, 530) eine Dissipation von Schwingungsenergie des Elements (101, 401, 501) bewirkt.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine innerhalb des Hohlraums befindliche Hilfsmasse (110, 210, 410, 510, 511) aufweist, welche bei Schwingung des Elements (101, 401, 501) das Fluid (120, 220, 420, 520) teilweise in den wenigstens einen Kanal (130, 230, 430, 530) verdrängt.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Hilfsmasse (110, 210) in Bezug auf das Element (101, 401, 501) stabil gelagert ist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die stabile Lagerung der Hilfsmasse (110, 210) eine Resonanzfrequenz aufweist, welche mit einer zu dämpfenden Resonanzfrequenz des Elements (101, 401, 501) übereinstimmt.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Dämpfung einer Resonanzfrequenz des Elements (101, 401, 501) von mehr als 50Hz, insbesondere von mehr als 100Hz, weiter insbesondere von mehr als 500Hz, ausgelegt ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mehrzahl von innerhalb des Hohlraums befindlichen Hilfsmassen (210, 410) aufweist, welche bei Schwingung des Elements (101, 401) das Fluid (220, 420) teilweise in den wenigstens einen Kanal (230, 430) verdrängen.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (430) einen Kühlkanal zur Kühlung des Elements (401) im Betrieb des Systems bildet.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (130, 230, 530) zumindest bereichsweise eine mäanderförmige Geometrie besitzt.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner wenigstens einen Magneten und/oder wenigstens eine mit elektrischem Strom beaufschlagbare Spule aufweist.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (101, 401, 501) ein optisches Element, insbesondere ein Spiegel, ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Element eine Aktuatorkomponente ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Trag- oder ein Messrahmen ist.
Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein optisches System, insbesondere eine mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, ist.
Dämpfungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsbelichtungsanlage für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 30nm, insbesondere von weniger als 15nm, ausgelegt ist.
Mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Dämpfungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.