Die Erfindung betrifft einen Tauchspulenaktuator (1), umfassend wenigstens eine erste Spule (15) und eine zweite Spule (16) sowie eine Magnetanordnung (10), wobei die Spulen (15, 16) mit der Magnetanordnung (10) wechselwirken, derart dass die Magnetanordnung (10) innerhalb einer Bewegungsfläche (17) auslenkbar ist. Die Mittelachse (M3) der Magnetanordnung (10) verläuft dabei durch den Pol (X) eines Polarkoordinatensystems der Bewegungsfläche (17), wenn sich die Magnetanordnung (10) in einer von den Spulen (15, 16) unausgelenkten Ruheposition befindet. Die erste Spule (15) ist derart angeordnet und ausgebildet, dass sich der Pol (X) des Polarkoordinatensystems innerhalb des Umfangs (18) der ersten Spule (15) befindet, und die erste Spule (15) eine nach außen gerichtete Radialkraft auf die Magnetanordnung (10) aufbringt, wobei die zweite Spule (16) angeordnet und ausgebildet ist, um eine Tangentialkraft auf die Magnetanordnung (10) aufzubringen.
| DE102012223034A1 | N/A | 2013-12-12 | ||
| DE102009009568A1 | N/A | 2010-04-29 |
Tauchspulenaktuator (1) nach
Tauchspulenaktuator (1) nach
Tauchspulenaktuator (1) nach
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Tauchspulenaktuator (1) nach
Projektionsbelichtungsanlage (100, 400) für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem (103, 401) mit einer Strahlungsquelle (402) sowie einer Optik (107, 403), welche wenigstens ein optisches Element (415, 416, 418, 419, 420, 108) aufweist, welches mit einem Tauchspulenaktuator (1) nach einem der
Projektionsbelichtungsanlage (100, 400) nach
Die Erfindung betrifft einen Tauchspulenaktuator, umfassend wenigstens eine erste Spule und eine zweite Spule sowie eine Magnetanordnung, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist.
Tauchspulenaktuatoren, auch unter den Begriffen Voice-Coil Aktuatoren und Voice-Coil Motoren bekannt, basieren auf dem bekannten physikalischen Phänomen der Lorentzkraft und werden im Stand der Technik für eine Vielzahl von aktuatorischen Aufgaben eingesetzt. Bekanntermaßen erfährt ein stromdurchflossener Leiter im Einfluss eines Permanentmagnetfelds in Abhängigkeit von der Stromflussrichtung und Stromstärke in dem elektrischen Leiter eine entsprechende Kraft, die zu einer Auslenkung des Leiters oder eines Magneten führen kann. Nach diesem Prinzip können entweder rotierende oder lineare (translatorische) Bewegungen ausgeführt werden.
Tauchspulenaktuatoren werden unter anderem in Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie eingesetzt, um optische Elemente in deren Beleuchtungssystem mechanisch zu beeinflussen bzw. zu manipulieren bzw. zu deformieren, um beispielsweise den Strahlengang einer Strahlungsquelle zu steuern.
Aus der
In der Praxis ist ein Tauchspulenaktuator üblicherweise als Gleichstrom-Linearmotor ausgebildet. Hierzu ist es bekannt, zwei oder mehr Ringspulen auf einer gemeinsamen Höhenebene versetzt zueinander anzuordnen, die einen auf oder unter den Spulen angeordneten Permanentmagneten in x- und y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems auslenken können. Dabei ist ein ständiger Stromfluss in beiden Spulen zum Anfahren einer x-y-Position und auch zum Halten dieser Position erforderlich.
Bei den bekannten Lösungen ist es somit von Nachteil, dass bei einer Auslenkung des Translators oder Rotors von seiner unausgelenkten Ruheposition beständig Strom in der oder den Spulen eines Tauchspulenaktuators fließen muss, damit sich der Translator nicht in die Ruheposition zurück bewegt.
Schließlich ist es notwendig, die Verlustwärme der Spule(n) durch eine gute thermische Anbindung bzw. Ableitung an umgebende Baugruppen abzuleiten bzw. in einem für die Anwendung sicheren, akzeptablen Rahmen zu halten. Insbesondere innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage kann die Erwärmung von Bauteilen gravierende negative Auswirkungen auf die Genauigkeit des lithographischen Prozesses haben, z. B. wenn sich optische Komponenten durch den Wärmeeintrag ungleichmäßig verformen.
Insbesondere da in einer Projektionsbelichtungsanlage regelmäßig eine große Zahl optischer Elemente, wie beispielsweise Spiegelfacetten, manipuliert werden müssen, werden viele Aktuatoren auf engem Bauraum benötigt - die Packungsdichte von Projektionsbelichtungsanlagen ist bekanntermaßen äußerst hoch. Demnach ist es erstrebenswert, die bekannten Aktuatoren zu verkleinern bzw. in ihrem Aufbau zu vereinfachen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tauchspulenaktuator in kompakter Bauweise bereit zu stellen, der nur einen geringen Stromverbrauch aufweist und präzise steuerbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Tauchspulenaktuator kompakter Bauweise und geringem Stromverbrauch zur Verstellung bzw. Manipulation bzw. Deformation eines optischen Elements bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird für einen Tauchspulenaktuator durch die in Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die Aufgabe wird für eine Projektionsbelichtungsanlage mit den in Anspruch 14 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
Der Tauchspulenaktuator umfasst wenigstens eine erste Spule und eine zweite Spule sowie eine Magnetanordnung, wobei die Spulen mit der Magnetanordnung wechselwirken derart, dass die Magnetanordnung innerhalb einer Bewegungsfläche auslenkbar ist.
Vorzugsweise sind eine erste Spule und eine zweite Spule vorgesehen. Es können allerdings noch weitere Spulen, beispielsweise eine dritte Spule und gegebenenfalls eine vierte Spule vorgesehen sein.
Der Stromfluss in den Spulen kann individuell steuerbar bzw. regelbar sein, um jeweils definierte Magnetfelder zu erzeugen. Dabei kann auch die Stromflussrichtung beeinflussbar sein.
Bei der Magnetanordnung kann es sich um eine beliebige Anordnung handeln, die ein magnetisches Feld erzeugt, wodurch eine magnetische Wechselwirkung mit den Spulen ermöglicht wird. Demnach kann es sich bei der Magnetanordnung beispielsweise um eine oder mehrere Spulen, um einen oder mehrere Elektropermanentmagnete und/oder um einen oder mehrere Permanentmagnete handeln.
Bei der Bewegungsfläche handelt es sich um einen definierten Bewegungsbereich, innerhalb dem der Tauchspulenaktuator die Magnetanordnung auslenken kann. Bei der Magnetanordnung handelt es sich vorzugsweise um den Translator oder Rotor des Tauchspulenaktuators. Die erste und die zweite Spule können mit festen Gehäuseteilen gekoppelt sein und können in diesem Fall als Teil der Statoreinheit des Tauchspulenaktuators angesehen werden.
Die Magnetanordnung des Tauchspulenaktuators kann in vorteilhafter Weise mit weiteren Elementen gekoppelt sein, wodurch eine Relativbewegung der Magnetanordnung bezüglich einer oder mehrerer Spulen zu einer Auslenkung beispielsweise eines Betätigungsstabs des Tauchspulenaktuators führt, wobei der Betätigungsstab die Bewegung - übersetzt oder direkt - beispielsweise auf ein aktuatorisch zu verstellendes Bauteil, z. B. eine Spiegelfacette eines Facettenspiegels einer Projektionsbelichtungsanlage, übertragen kann.
Es ist vorgesehen, dass die Mittelachse der Magnetanordnung durch den Pol eines Polarkoordinatensystems der Bewegungsfläche verläuft, wenn sich die Magnetanordnung in einer von den Spulen unausgelenkten Ruheposition befindet.
Die Mittelachse der Magnetanordnung verläuft bzw. erstreckt sich vorzugsweise orthogonal zu der Bewegungsfläche. Die Magnetanordnung kann eine beliebige Geometrie aufweisen und ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet, wobei sich der Zylinder dann entlang der Mittelachse erstreckt.
Ein Polarkoordinatensystem, auch Kreiskoordinatensystem genannt, ist ein zweidimensionales Koordinatensystem, in dem jeder Punkt durch den Abstand vom Ursprungspunkt (Pol) und einen Winkel festgelegt ist. Der Abstand vom Pol wird Radius oder Radialkoordinate genannt; der Winkel wird als Winkelkoordinate, Polarwinkel oder Azimut bezeichnet.
Der Ursprung des Polarkoordinatensystems, d. h. der Pol des Polarkoordinatensystems, befindet sich erfindungsgemäß innerhalb der Bewegungsfläche und legt die Ruheposition des Systems fest, wonach sich das System in Ruheposition befindet, wenn die Mittelachse der Magnetanordnung durch den Pol verläuft.
Vorzugsweise ist die Bewegungsfläche als Kreisfläche ausgebildet. Ganz besonders bevorzugt befindet sich der Pol des Polkoordinatensystems im Zentrum der Bewegungsfläche, also beispielsweise auf dem Kreismittelpunkt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Spule derart angeordnet und ausgebildet ist, dass sich der Pol des Polkoordinatensystems innerhalb des Umfangs der ersten Spule befindet.
Hierdurch ist eine besonders geeignete Auslenkung der Magnetanordnung möglich, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem vorgesehen ist, dass sich der Ursprung des Koordinatensystems zwischen zwei parallel zueinander angeordneten, identisch aufgebauten Ringspulen befindet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Spule eine (radial) nach außen gerichtete Radialkraft auf die Magnetanordnung aufbringt. Dies kann aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung in jeder Relativposition der ersten Spule und der Magnetanordnung zueinander erfolgen.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Spule die Magnetanordnung magnetisch abstößt. Obwohl die abstoßende Radialkraft zu bevorzugen ist, kann auch vorgesehen sein, dass die erste Spule eine anziehende Radialkraft auf die Magnetanordnung aufbringt. Die nach außen gerichtete Radialkraft kann demnach ein beliebiges Vorzeichen aufweisen.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die zweite Spule angeordnet und ausgebildet ist, um eine Tangentialkraft auf die Magnetanordnung aufzubringen. Dies kann in jeder Relativposition, in der sich die Magnetanordnung bezüglich der zweiten Spule befindet, erfolgen.
Es sei allerdings zu erwähnen, dass oder mehrere Relativpositionen existieren können, in denen sich die Anordnung in einem toten Punkt befindet, in dem aufgrund von Symmetrie ein magnetisches Kräftegleichgewicht herrscht, wodurch eine Auslenkung aus dieser Position nicht direkt möglich ist. Hierauf wird nachfolgend noch detaillierter eingegangen.
Durch den beschriebenen Aufbau kann ein Tauchspulenaktuator bereitgestellt werden, der sich optimal für ein System einsetzen lässt, dessen Bewegungen sich vorteilhaft durch ein Polarkoordinatensystem definieren lassen. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn sich ein Verhältnis zwischen zwei Punkten leichter (bevorzugt) durch Winkel und Abstände beschreiben lässt, statt durch herkömmliche x- und y-Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems.
Ganz besonders vorteilhaft kann die Erfindung dann eingesetzt werden, wenn eine Auslenkung entlang einer der Koordinaten des Polarkoordinatensystems, beispielsweise entlang der Winkelkoordinate, nur einen Stromimpuls zum Positionswechsel und keinen dauerhaften Stromfluss zum anschließenden Halten der Koordinate erfordert. In diesem Fall kann der Strombedarf in zumindest einer der Spulen deutlich reduziert sein, während im Stand der Technik zum Auslenken in eine x-y-Position kontinuierlich Strom durch beide Spulen fließen muss.
Insbesondere bei Systemen, die ein Verstellen eines Translators innerhalb einer Bewegungsfläche im zweidimensionalen Raum erfordern und ganz besonders bevorzugt, wenn die Bewegungsfläche eine runde Geometrie aufweist, kann der erfindungsgemäße Tauchspulenaktuator effizienter eingesetzt werden, als ein herkömmlicher zweidimensionaler Aktuator bzw. Tauchspulenaktuator.
Aus der Robotik sind viele derartige Systeme bekannt. Ganz besonders bevorzugt kann die Erfindung allerdings zur Verstellung optischer Elemente einer Projektionsbelichtungsanlage eingesetzt werden. Grundsätzlich ist die Erfindung aber nicht auf eine bestimmte Anwendung beschränkt zu verstehen und ist somit für den Einsatz in der gesamten Aktorik bzw. Antriebstechnik geeignet.
Die Erfindung kann von einem Fachmann ferner von einem zweidimensionalen Aktuator auf einen dreidimensionalen Aktuator erweitert werden, indem an Stelle des Polarkoordinatensystems ein räumliches Polarkoordinatensystem bzw. Zylinderkoordinaten verwendet werden, wobei als zusätzliche Koordinate die Höhe vom Pol hinzukommt, die beispielsweise von einer dritten Spule beeinflussbar sein kann.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau aus nur wenigen Spulen, vorzugsweise einer ersten Spule und einer zweiten Spule, weist der Tauchspulenaktuator eine vergleichsweise einfache Konstruktion auf. Insbesondere wenn viele derartige Aktuatoren bei hoher Packungsdichte benötigt werden, beispielsweise innerhalb einer Projektionsbelichtungsanlage, kann die Erfindung somit höchst vorteilhaft eingesetzt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mittelachse der ersten Spule durch den Pol oder benachbart zu dem Pol des Polarkoordinatensystems der Bewegungsfläche verläuft.
Die Mittelachse der ersten Spule verläuft dabei vorzugsweise orthogonal zu der Bewegungsfläche.
Insbesondere bezüglich einer kompakten und ausgewogenen Bauweise kann es von Vorteil sein, wenn die Mittelachse der ersten Spule ortsnah an dem Pol des Polarkoordinatensystems vorbeiläuft oder vorzugsweise durch den Pol hindurch verläuft. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Mittelachse der ersten Spule weniger als ein Viertel des Durchmessers der ersten Spule versetzt zu dem Pol verläuft, vorzugsweise weniger als ein Achtel des Durchmessers der ersten Spule versetzt zu dem Pol verläuft und ganz besonders bevorzugt durch den Pol des Polarkoordinatensystems hindurch verläuft.
Ein leichter Versatz des Verlaufs der Mittelachse der ersten Spule zum Pol des Polarkoordinatensystems kann vorteilhaft sein, um ohne weitere Maßnahmen sicherzustellen, dass die erste Spule die Magnetanordnung aus der Ruheposition, in der deren Mittelachse durch den Pol verläuft, auslenken kann.
In einer Weiterbildung kann ferner vorgesehen sein, dass die erste Spule derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass die Mittelachse der Magnetanordnung innerhalb des Umfangs der ersten Spule verläuft bzw. angeordnet ist, wenn die Magnetanordnung von der ersten Spule ausgelenkt ist. Dadurch lässt sich die Magnetanordnung in besonders einfacher, effizienter und zuverlässiger Weise in jeder Position innerhalb der vorgesehenen Bewegungsfläche von der ersten Spule auslenken bzw. die Position der Magnetanordnung lässt sich durch die erste Spule beeinflussen.
Die Bewegungsfläche befindet sich vorzugsweise vollständig innerhalb des Umfangs der ersten Spule.
Der Tauchspulenaktuator weist somit eine besonders gute Effizienz auf, da die magnetische Wechselwirkung mit dem Abstand zwischen Spule und Magnetanordnung abnimmt. Außerdem kann durch diese Ausgestaltung eine kompakte Bauweise erreicht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spulen und die Magnetanordnungen derart angeordnet und/oder ausgebildet sind, dass die Radialkraft, die die erste Spule auf die Magnetanordnung aufbringt, eine Bewegung der Magnetanordnung entlang einer Radialkoordinate des Polarkoordinatensystems und dass die Tangentialkraft, die die zweite Spule auf die Magnetanordnung aufbringt, eine Bewegung der Magnetanordnung entlang einer Winkelkoordinate des Polarkoordinatensystems bewirkt.
Es kann beispielsweise eine Anordnung der Spulen und der Magnetanordnung vorgesehen sein, bei der die Magnetanordnung in der Ruheposition durch Federn gelagert ist derart, dass die Federn die Magnetanordnung im Fall unbestromter Spulen in die Ruheposition zurückführen. Somit kann eine nach außen gerichtete Radialkraft auf die Magnetanordnung, ausgehend von der ersten Spule (im bestromten Fall) die Magnetanordnung entlang der Radialkoordinate des Polarkoordinatensystems innerhalb der Bewegungsfläche auslenken. Durch die Tangentialkraft, die die zweite Spule auf die Magnetanordnung aufbringt, kann die Magnetanordnung dann auf eine Kreisbahn entlang der Winkelkoordinate des Polarkoordinatensystems gezwungen werden.
Die vorgenannte Ausgestaltung und Anordnung der Spulen derart, dass diese eine Radialkraft bzw. eine Tangentialkraft aufbringen, ist für die Auslenkung der Magnetanordnung von Vorteil, unabhängig davon, wie die Magnetanordnung in die Ruheposition gelangt oder ob überhaupt eine Rückstellkraft in die Ruheposition vorhanden ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die erste Spule als Spiral-Flachspule ausgebildet ist und/oder die zweite Spule als Toroidspule ausgebildet ist.
Eine Spiral-Flachspule wird auch als Schneckenspule oder „Pancake Coil“ bezeichnet. Dabei handelt es sich um eine Spule, deren Windung üblicherweise in nur einer Höhenlage schneckenförmig gewickelt ist. Durch eine derartige Spule kann besonders vorteilhaft eine radial nach außen oder nach innen wirkende Radialkraft auf die Magnetanordnung aufgebracht werden.
Eine Toroidspule wird als auch als Kreisringspule, Ringspule oder Ringkernspule bezeichnet. Die Toroidspule kann z. B. eine runde Geometrie oder eine eckige Geometrie aufweisen. Vorzugsweise ist eine runde Geometrie vorgesehen. Mit einer derartigen Spule kann in effizienter Weise eine Tangentialkraft auf die Magnetanordnung aufgebracht werden.
In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Magnetanordnung eine Magnetisierungsrichtung aufweist, die orthogonal zu der Bewegungsfläche verläuft.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann die erste Spule näher an der Magnetanordnung angeordnet sein, als die zweite Spule.
Die vorgenannte Anordnung bezieht sich insbesondere auf den Ruhezustand und den Betriebszustand.
Insbesondere da in der Praxis oft eine Lagerung der beweglichen Teile des Tauchspulenaktuators, das heißt auch der Magnetanordnung, vorgesehen ist, die üblicherweise eine Rückstellkraft zur Ruheposition verursacht, haben die Erfinder erkannt, dass die Effizienz der magnetischen Wechselwirkung zwischen der ersten Spule und der Magnetanordnung, die zu der radialen Auslenkung führt, wichtiger ist, als die Effizienz der magnetischen Wechselwirkung zwischen der zweiten Spule und der Magnetanordnung. Demnach kann es von Vorteil sein, insbesondere wenn der Bauraum begrenzt ist, die erste Spule näher an der Magnetanordnung anzuordnen als die zweite Spule. Hierdurch kann der Stromverbrauch innerhalb der ersten Spule zur radialen Auslenkung der Magnetanordnung reduziert sein, wodurch der Stromverbrauch und somit die Effizienz des gesamten Tauchspulenaktuators verbessert werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Mittelachse der ersten Spule und die Mittelachse der zweiten Spule und/oder die Mittelachse der Magnetanordnung koaxial verlaufen.
Die Mittelachse der zweiten Spule verläuft vorzugsweise orthogonal zu der Bewegungsfläche.
Hierdurch kann ein besonders effizienter und platzsparender Aufbau erreicht werden. Vorzugsweise sind die erste Spule, die zweite Spule und die Magnetanordnung in der Art eines Stapels angeordnet. Beispielsweise kann eine Anordnung vorgesehen sein, bei der direkt unterhalb der Magnetanordnung die erste Spule und unterhalb der ersten Spule die zweite Spule vorgesehen ist. Auch ein Aufbau, bei dem die erste Spule oberhalb der Magnetanordnung und die zweite Spule unterhalb der Magnetanordnung angeordnet ist, kann gegebenenfalls von Vorteil sein.
Grundsätzlich sind im Rahmen der Erfindung beliebige Anordnungen der Magnetanordnung und der Spulen zueinander möglich.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung befindet sich die erste Spule zwischen der zweiten Spule und der Magnetanordnung.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Eisenkern zur Bündelung des magnetischen Flusses in der ersten Spule und/oder in der zweiten Spule angeordnet ist.
Durch einen Eisenkern innerhalb einer Spule kann sich die Effizienz der magnetischen Wechselwirkung verbessern. Dabei sollte vorliegend jedoch beachtet werden, dass der Eisenkern gegebenenfalls eine zusätzliche Rückstellkraft der Magnetanordnung in die unausgelenkte Ruheposition durch eine magnetische Anziehung zwischen der Magnetanordnung und dem Eisenkern verursacht.
Es kann von Vorteil sein, einen Eisenkern innerhalb der zweiten Spule vorzusehen, insbesondere wenn die zweite Spule als Toroidspule ausgebildet ist. Die Toroidspule kann dann um den Eisenkern, beispielsweise einen ringförmigen Eisenkern, herum gewickelt sein.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass eine Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen ist, um die Auslenkung der Magnetanordnung zu steuern bzw. zu regeln.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Magnetanordnung können auch weitere Mittel, insbesondere eine Sensorik zum Detektieren der Position der Magnetanordnung relativ zu den Spulen vorgesehen sein.
Für eine Detektion der Position der Magnetanordnung innerhalb der Bewegungsfläche können vorzugsweise Stromsensoren, beispielsweise Wirbelstromsensoren, verwendet werden. Die radiale Position der Magnetanordnung kann ggf. durch den Stromverbrauch der ersten Spule bestimmt werden. Grundsätzlich sind beliebige Sensoren zur Positionserkennung der Magnetanordnung innerhalb der Bewegungsfläche einsetzbar, z. B. optische, kapazitive oder magnetische Sensoren.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können elektrische und/oder mechanische Mittel vorgesehen sein, um zu vermeiden, dass die erste Spule und die Magnetanordnung eine Relativposition zueinander einnehmen, die zu einem magnetischen Kräftegleichgewicht derart führt, dass die erste Spule keine nach außen gerichtete Radialkraft auf die Magnetanordnung aufbringen kann.
Im theoretischen Fall eines Kräftegleichgewichts kann es vorkommen, dass sich die Magnetanordnung trotz Bestromung der ersten und/oder zweiten Spule nicht mehr aus diesem sogenannten „Totpunkt“ auslenken lässt. Insbesondere bei einem grundsätzlich vorteilhaften symmetrischen Aufbau des Tauchspulenaktuators kann dies problematisch sein.
Es kann beispielsweise durch eine entsprechende Aufhängung bzw. Lagerung der Magnetanordnung eine Federkraft eingestellt werden, die eine derartige Relativposition vermeidet. Alternativ oder zusätzlich kann der Totpunkt durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung, die eine Auslenkung, die zum Totpunkt führen würde ausschließt, vermieden werden.
Es können auch elektrische und/oder mechanische Mittel vorgesehen sein, um die Magnetanordnung aus einer derartigen Relativposition, bei der ein magnetisches Kräftegleichgewicht herrscht, auszulenken.
Beispielsweise kann ein starker elektrischer Stromimpuls in einer oder in beiden Spulen in der Praxis dazu führen, dass sich die Magnetanordnung aus dem Totpunkt herausbewegt oder derart aufschaukelt, dass der Tauchspulenaktuator in Folge wieder in üblicher Weise verwendbar ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist die Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagneten auf. Ganz besonders bevorzugt weist die Magnetanordnung genau einen Permanentmagnet auf bzw. ist als Permanentmagnet ausgebildet.
Dadurch, dass wenigstens ein Permanentmagnet innerhalb der Magnetanordnung vorgesehen ist bzw. die Magnetanordnung als Permanentmagnet ausgebildet ist, kann der Tauchspulenaktuator effizienter und stromsparender sowie kompakter aufgebaut sein. Im Gegensatz zu einer Spule oder zu einem Elektropermanentmagnet erfordert der wenigstens eine Permanentmagnet keine zusätzlichen Mittel zur Stromzuleitung und während des Betriebs auch keine Beaufschlagung mit Strom zur magnetischen Wechselwirkung mit der ersten und der zweiten Spule.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Permanentmagnet eine Magnetisierung aufweist derart, dass eine Magnetpolgrenze zwischen den beiden Polen des Permanentmagneten einen gebogenen Verlauf aufweist.
Üblicherweise verläuft eine Magnetpolgrenze in einer geraden Linie zwischen den beiden Polen und separiert somit die Pole des Permanentmagneten. Bei Herstellung des Permanentmagneten kann allerdings auch eine Magnetisierung eingestellt werden, die zu einem ungeraden Verlauf der Magnetpolgrenze führt.
Beispielsweise kann der magnetische Kreis vorab simuliert oder berechnet werden, wodurch eine optimale Magnetisierung der Magnetanordnung bestimmt werden kann. Mit einem magnetischen Kreis ist das Zusammenspiel, insbesondere die magnetische Kopplung der magnetischen Komponenten des Tauchspulenaktuators bzw. der wesentlichen Komponenten, insbesondere der Spulen und der Magnetanordnung, gemeint.
Durch die spezielle Magnetisierung der Magnetanordnung kann erreicht werden, dass die Leistungsaufnahme des Tauchspulenaktuators unabhängig von der Radialkoordinate und der Winkelkoordinate ist. Dies kann folglich zu einer gleichmäßigen Wärmeabgabe des Tauchspulenaktuators unabhängig von der ausgelenkten Position der Magnetanordnung relativ zu den Spulen führen. Das thermische Verhalten des Systems kann somit besser berechenbar und gleichmäßiger sein. Die Motorkonstante des Tauchspulenaktuators kann somit konstant, d. h. unabhängig von der Auslenkung des Translators bzw. der Magnetanordnung (oder eines Rotors) ausgelegt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die erste Spule und/oder die zweite Spule gegebenenfalls derart ausgebildet bzw. ausgerichtet sein, dass eine konstante Stromaufnahme unabhängig von der ausgelenkten Position der Magnetanordnung relativ zu den Spulen innerhalb der Bewegungsfläche erreicht wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithografie mit einem Beleuchtungssystem mit einer Strahlungsquelle sowie einer Optik, welche wenigstens ein optisches Element aufweist, welches mit einem Tauchspulenaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13 verstellbar und/oder manipulierbar und/oder deformierbar ist.
Merkmale und Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Tauchspulenaktuator beschrieben wurden, können in beliebiger Kombination auch bei dem Tauchspulenaktuator der Projektionsbelichtungsanlage zum Einsatz kommen.
In einer Weiterbildung der Projektionsbelichtungsanlage kann wenigstens eines der optischen Elemente als Facettenspiegel ausgebildet sein, wobei der Facettenspiegel eine Tragstruktur und mehrere davon getragene und individuell verstellbare Spiegelfacetten aufweist, wobei jede Spiegelfacette über ein Festkörpergelenk derart mit der Tragstruktur verbunden ist, dass die Spiegelfacette um zwei zueinander orthogonale Achsen verkippbar ist, wobei die Spiegelfacette starr mit einem Betätigungsstab verbunden ist, und wobei der Betätigungsstab durch einen Tauchspulenaktuator auslenkbar ist, um die Spiegelfacette um mindestens eine der zwei Achsen zu verkippen.
Bei einer solchen Anordnung, die beispielsweise in der
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Es zeigen schematisch:
1 eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage;2 eine weiteren Projektionsbelichtungsanlage;3 eine Draufsicht auf einen Facettenspiegel;4 eine isometrische Ansicht einer Spiegelfacette und eines Festkörpergelenks mit einem Betätigungsstab;5 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Tauchspulenaktuators in einer ersten Ausführung;6 eine prinzipmäßige Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Tauchspulenaktuator;7 eine beispielhafte Stromkurven der ersten Spule und der zweiten Spule;8 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Tauchspulenaktuators in einer zweiten Ausführung;9 eine beispielhafte Toroidspule;10 eine beispielhafte Spiral-Flachspule;11 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Tauchspulenaktuators in einer dritten Ausführung; und12 eine Schnittdarstellung einer Magnetanordnung bestehend aus mehreren Permanentmagneten.
Die mit der Strahlungsquelle
In
Die optischen Elemente
Das grundsätzliche Funktionsprinzip der Projektionsbelichtungsanlage
Das Beleuchtungssystem
Mittels des Projektionsstrahls
Zur Verstellung bzw. zur Manipulation der optischen Elemente
Die
Der erfindungsgemäße Tauchspulenaktuator
Die Verwendung der Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Projektionsbelichtungsanlagen
Die Erfindung sowie das nachfolgende Ausführungsbeispiel sind ferner nicht auf eine spezifische Bauform beschränkt zu verstehen.
Es können beispielsweise 300 oder mehr Spiegelfacetten
Jede Spiegelfacette
Die
Die Spiegelfacette
Das Festkörpergelenk
Im unausgelenkten Zustand befindet sich das Endstück
Wird der Betätigungsstab
Dieser Aufbau hat auch zur Folge, dass der Tauchspulenaktuator
Zwischen dem Tragelement
In
Im Ausführungsbeispiel ist die erste Spule
Die Magnetanordnung
Die Magnetanordnung
Die Bewegungsfläche
Im Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass die Mittelachse M1 der ersten Spule
Es ist vorgesehen, dass die erste Spule
Im Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass die erste Spule
In
Die Magnetanordnung
Im Ausführungsbeispiel ist die Magnetanordnung
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Bewegungsfläche
In
Aufgrund der spezifischen Ausbildung des Festkörpergelenks
Zum Halten der Position ist keine Bestromung der zweiten Spule
In
Die Stromkurve Iφ(t) der zweiten Spule
Es kann eine strichliniert dargestellte Steuer- und/oder Regeleinheit
In
Dadurch, dass die erste Spule
In
In
Ferner zeigt
Die Motorkonstante eines Tauchspulenaktuators
Bei einer Auslenkung der Magnetanordnung
Im Zentrum der Anordnung (z. B. im Pol X), d. h. im Falle der unausgelenkten Ruheposition, befindet sich die Magnetanordnung
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- DE 102012223034 A1 [0005, 0079]