DE10115914A1 - Vorrichtung zur Lagerung eines optischen Elementes in einer Optik - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Lagerung eines optischen Elementes (1) in einer Optik, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse, in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einem Projektionsobjektiv in der Halbleiter-Lithographie, ist mit wenigstens drei am Umfang des optischen Elementes (1) angeordneten Anlenkstellen (4a), an denen jeweils eine Lagereinrichtung (2) angreift, mit einer äußeren Grundstruktur (3) verbunden. Die Lagereinrichtung (2) weist wenigstens ein tangential zu dem optischen Element (1) angeordnetes blattfederartiges Biegeglied (7, 9) und wenigstens ein in radialer Richtung zu dem optischen Element angeordnetes blattfederartiges Biegeglied (11) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung eines op­ tischen Elementes in einer Optik, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse, in einer Projektionsbelichtungsanlage, insbe­ sondere einem Projektionsobjektiv in der Halbleiter-Litho­ graphie.

Optische Elemente, wie z. B. Spiegel und Linsen, in der Optik, insbesondere in der Halbleiter-Lithographie, sollen isostatisch und somit deformationsentkoppelt gelagert sein, damit von außen einwirkende Störungen sich möglichst nicht auf das optische Element auswirken. Hierzu ist es bekannt, das optische Element entsprechend "weich" zu lagern. Das Problem bei einer weichen Lagerung besteht jedoch darin, daß man keine ausreichend hohen Eigenfrequenzen erreicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lagerung eines optischen Elementes zu schaffen, die einerseits wenig bzw. geringe Kräfte auf das op­ tische Element ausübt, d. h. die sehr gut deformationsentkoppelt ist, wobei jedoch andererseits eine hohe Eigenfrequenz erreicht wird. Insbesondere sollen von außen wirkende Störungen keine Oberflächendeformationen an dem optischen Element bewirken, sondern - falls überhaupt - eine Ganzkörperbewegung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung läßt sich bei relativ kompakter Bauweise ein steifer Aufbau mit daraus resultierenden hohen Eigenfrequenzen erreichen. Darüber hinaus läßt sich die Lagerung mit wenigen Bauteilen bewerkstelligen, wobei im Be­ darfsfalle auch ein monolithisches Design möglich ist.

Im allgemeinen werden drei über den Umfang verteilt angeordnete Lagereinrichtungen ausreichend sein.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die Lagereinrichtung zwei parallel zur z-Richtung (optische Achse) auf Abstand voneinander angeordnete in tangen­ tialer Richtung verlaufende Biegeglieder aufweist mit einem dazwischen angeordneten Zwischenglied.

Jede Lagereinrichtung besitzt auf diese Weise z. B. zwei auf Abstand voneinander angeordnete in tangentialer Richtung zu dem optischen Element verlaufende Blattfedern und eine in radialer Richtung verlaufende Blattfeder als Quergelenk. Das zwischen den beiden in tangentialer Richtung verlaufenden Blattfedern angeordnete Zwischenglied kann steif sein oder auch - in einer sehr vorteilhaften und nicht naheliegenden Weiterbildung der Erfindung - als Manipulatoreinrichtung ausgebildet sein. In diesem Falle kann das Zwischenglied mit einer Verstellein­ richtung zur Längenänderung parallel zur z-Richtung versehen sein.

Eine mögliche Ausgestaltung hierfür liegt in einem parallelo­ grammartigen Aufbau bzw. einem Aufbau vergleichbar einem Sche­ ren-Wagenheber-Prinzip. Auf diese Weise läßt sich die Länge des bzw. der über den Umfang verteilt angeordneten Zwischenglieder - mit oder ohne Übersetzung - sehr feinfühlig ändern. Werden alle Zwischenglieder der Lagereinrichtungen gleichmäßig in ih­ rer Länge verändert, so wird damit das optische Element in z- Richtung verschoben. Bei einzelnen Längenänderungen kann auf diese Weise das optische Element entsprechend gekippt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen und aus den nach­ folgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zur Lagerung eines optischen Elemen­ tes,

Fig. 2 eine Lagereinrichtung in perspektivischer und vergrö­ ßerter Darstellung,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Lagereinrichtung aus Pfeil­ richtung A in der Fig. 1,

Fig. 4 eine Lagereinrichtung in perspektivischer und vergrö­ ßerter Darstellung in einer anderen Ausführungsform, und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer Lagereinrichtung in ei­ ner dritten Ausführungsform.

Ein optisches Element, z. B. ein Spiegel 1 ist über drei gleich­ mäßig über den Umfang verteilt angeordnete Lagereinrichtungen 2 mit einer äußeren Grundstruktur 3 verbunden. Die Grundstruktur 3 kann Teil einer Optik, z. B. eines Projektionsobjektives in der Halbleiter-Lithographie sein. Die dargestellte dreieckige Form der Grundstruktur ist lediglich beispielsweise anzusehen. Im Bedarfsfalle sind hier auch andere Formen, wie z. B. eine Kreisform möglich.

Die Lagereinrichtungen 2 sind so aufgebaut, daß sie sehr stark deformationsentkoppelt sind und dadurch keine von außen über die Grundstruktur 3 einwirkende Störungen auf das optische Ele­ ment 1 weitergeben. Die Grundstruktur ist sehr steif ausgeführt (vorteilhaft ist Keramik), um die von außen kommenden Kräfte möglichst gut von den Lagerelementen und dem Spiegel zu entkop­ peln. Auf diese Weise wird eine zweifache Deformationsentkoppe­ lung erreicht. In den Fig. 2 bis 3 ist in vergrößerter Dar­ stellung eine erste Ausführungsform einer Lagereinrichtung 2 dargestellt. Wie ersichtlich, ist die Lagereinrichtung monolithisch bzw. einstückig ausgebildet mit Festkörpergelenken zwischen den einzelnen beweglich Teilen. Sie weist ein oberes Befestigungsteil 4 auf, mit welchem die Lagereinrichtung 2 über eine Anlenkstelle 4a mit einer Fassung 5 des optischen Elemen­ tes 1 verbunden ist. Gegebenenfalls kann das Befestigungsteil 4 auch direkt mit dem optischen Element 1 verbunden sein. Auf der Unterseite bzw. auf der von der Anlenkstelle 4a abgewandten Seite ist die Lagereinrichtung 2 über ein Verbindungsteil 6 mit der Grundstruktur 3 verbunden. Mit den Verbindungsteil 6 ist ein erstes Biegegelenk 7 in Form einer Blattfeder 7 verbunden, welches tangential zur Fassung 5 bzw. dem optischen Element 1 angeordnet ist. Auf der von dem Verbindungsteil 6 abgewandten Seite ist die Blattfeder 7 mit einem steifen Zwischenglied 8 als Ausknickschutz verbunden, welches wiederum auf der von der Blattfeder 7 abgewandten Seite mit einem weiteren Biegeglied 9, ebenfalls in Form einer Blattfeder, verbunden ist. Die Blattfe­ der 9 erstreckt sich ebenfalls mit ihrer Längsachse tangential zu der Fassung 5 bzw. dem optischen Element 1. Die Blattfeder 9 ist auf der von dem Zwischenglied 8 abgewandten Seite mit einer Übergangsplatte 10 verbunden. Die Übergangsplatte 10 ist über ein in radialer Richtung - bezogen auf das optische Element - verlaufendes Biegeglied 11 als Quergelenk mit dem Befestigungs­ teil 4 verbunden.

Wie ersichtlich, ist damit die Blattfeder 7 über ein Festkör­ pergelenk 12 mit dem Verbindungsteil 6 und über ein Festkörper­ gelenk 13 mit dem Zwischenglied 8 verbunden. In gleicher Weise ist die Blattfeder 9 über ein Festkörpergelenk 14 mit dem Zwi­ schenglied 8 und über ein Festkörpergelenk 15 mit der Über­ gangsplatte 10 verbunden. Das Biegeglied 11 wirkt aufgrund sei­ ner geringen axialen Erstreckung insgesamt wie ein Festkörper­ gelenk 17. Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung auch hier eine größere axiale Erstreckung möglich. Gleiches gilt umgekehrt für die beiden Blattfedern 7 und 9.

Im Bedarfsfalle sind die Lagereinrichtungen 2 sowohl einzeln als auch gemeinsam durch nicht näher dargestellte Manipulatoren axial verschiebbar, wobei dann die Verschiebung - entsprechend der Angriffsrichtung - über die darauf ansprechenden Blattfe­ dern 7, 9 oder dem Biegeglied 11 bzw. die Festkörpergelenke auf das optische Element 1 weitergegeben wird. Mit dieser Ausge­ staltung stellt praktisch jede Lagereinrichtung 2 eine kardani­ sche Aufhängung für das Element 1 dar. Aufgrund der Festkörper­ gelenke ist jedoch eine ausreichende Steifigkeit gegen Eigen­ frequenzen gegeben.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausgestaltung einer Lagereinrichtung 2 in einer anderen Ausgestaltung. Grundsätzlich ist der Aufbau identisch mit der Lagereinrichtung nach den Fig. 1 bis 3, weshalb für die gleichen Teile auch die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden sind. Unterschiedlich ist lediglich, daß das steife Zwischenglied 8 durch ein Parallelogramm mit den vier Seiten 8a, 8b, 8c und 8d ersetzt worden ist. Die auf einer Sei­ te sich befindenden Parallelogrammseiten 8a und 8b sind durch Festkörpergelenke 18 und 19 miteinander verbunden. Gleiches gilt für die Parallelogrammseiten 8c und 8d, die sich auf der anderen Seite befinden. Jeweils zwischen den Festkörpergelenken 18 und 19 befindet sich ein Aktuatorglied 20. Werden durch eine nicht näher dargestellte Betätigungseinrichtung Kräfte in Pfeilrichtung 16 auf die Aktuatorglieder 20 ausgeübt, so verän­ dert sich der Öffnungswinkel α des Parallelogrammes. Je nach Öffnungswinkel α ergibt sich eine entsprechende Über- oder Un­ tersetzung des Verschiebeweges, welcher sich bezüglich des op­ tischen Elementes 1 in einer Höhenänderung in z-Richtung (optische Achse) auswirkt. Bei kleinem Öffnungswinkel α wird eine entsprechend starke Untersetzung erreicht, bei einem Öff­ nungswinkel von 45° ist das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 und bei größerem Öffnungswinkel α das Übersetzungsverhältnis ent­ sprechend größer.

Da man im allgemeinen eine sehr feinfühlige Verstellung in z- Richtung erreichen möchte, kann es von Vorteil sein, wenn man eine nochmalige Untersetzung durch ein zweites Parallelogramm 21 mit entsprechend vier Parallelogrammseiten vornimmt, welches sich im Inneren des Parallelogrammes mit den Seiten 8a bis 8d befindet (siehe Fig. 5). Verschiebekräfte gemäß Pfeilrichtung 22 auf das innere Parallelogramm 21 wirken sich entsprechend untersetzt auf das äußere Parallelogramm mit den Seiten 8a bis 8d aus. Dabei wirken die Verschiebekräfte 22 jeweils seitlich zwischen den Parallelograrnmseiten 8a und 8b bzw. 8c und 8d und verändern dadurch den Öffnungswinkel α sehr feinfühlig.

Durch das zweite Parallelogramm kann die Justagebewegung linea­ risiert werden und zwar durch Optimieren der Öffnungswinkel α und β.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Lagerung eines optischen Elementes in einer Optik, insbesondere eines Spiegels oder einer Linse, in ei­ ner Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einem Pro­ jektionsobjektiv, in der Halbleiter-Lithographie, mit we­ nigstens drei am Umfang des optischen Elementes angeordne­ ten Anlenkstellen, an denen jeweils eine Lagereinrichtung angreift, welche auf der von der Anlenkstelle abgewandten Seite mit einer äußeren Grundstruktur verbunden ist, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (2) wenig­ stens ein tangential zu dem optischen Element (1) angeord­ netes blattfederartiges Biegeglied (7, 9) und wenigstens ein in radialer Richtung zu dem optischen Element angeordnetes blattfederartiges Biegeglied (11) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (2) zwei parallel zur z-Richtung auf Abstand voneinander angeordnete in tangentialer Richtung verlaufende Biegeglieder (7, 9) mit einem dazwischen ange­ ordneten Zwischenglied (8) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeglieder (7, 9, 11) jeweils über Festkörpergelen­ ke (12, 13, 14, 15, 17) mit den benachbart dazu liegenden Tei­ len verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Zwischenglied (8) mit einer Verstell­ einrichtung (16) zur Längenänderung des Zwischengliedes (8) parallel zur z-Richtung versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung wenigstens eine parallelogrammarti­ ge Form (8a, 8b, 8c, 8d) aufweist, deren Öffnungswinkel (α) durch die Verstelleinrichtung (16) verstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelogrammartigen Seiten (8a, 8b, 8c, 8d) jeweils über Festkörpergelenke (12, 13, 14, 15, 17) miteinander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen den auf einer Seite sich befindenden Pa­ rallelogrammseiten (8a, 8b bzw. 8c, 8d) ein Aktuatorglied (20) angreift.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Parallelogrammes (8a, 8b, 8c, 8d) ein weiteres Parallelogramm (21) angeordnet ist, das mit einer Verstell­ einrichtung (22) versehen ist, welche jeweils zwischen den Parallelogrammseiten (8a, 8b bzw. 8c, 8d) auf jeder Seite zur Änderung des Öffnungswinkels (α) angreift.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verstelleinrichtungen (16, 20) der über den Umfang verteilt angeordneten Lagereinrichtungen (2) jeweils einzeln oder gemeinsam verstellbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß drei über den Umfang verteilt angeordnete Lagereinrichtungen (2) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagereinrichtungen (2) monolithisch ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Grundstruktur (3), auf der sich die Lagereinrichtung (2) abstützt, als steife Struktur, insbe­ sondere Keramikstruktur, ausgebildet ist.