DE102006038294B4 - Socket for an optical element - Google Patents
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Abstract
Fassung für ein optisches Element, wobei das optische Element über ein dünnwandiges, rohrförmiges Element, welches eine Wandstärke von 0,01–1,0 mm aufweist, mit wenigstens einem weiteren Fassungselement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element an einem seiner Enden einen Kragen aufweist.Socket for an optical element, the optical element being connected to at least one further socket element via a thin-walled, tubular element which has a wall thickness of 0.01-1.0 mm, characterized in that the tubular element at one of its ends has a collar.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Bereich der Erfindung1. Field of the invention
Die Erfindung betrifft eine Fassung für ein optisches Element, ein Lithographieobjektiv und eine Projektionsbelichtungsanlage.The invention relates to a socket for an optical element, a lithographic objective and a projection exposure apparatus.
2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art
Die
Aus der
Aus der Veröffentlichung ”Thermo-mechanical performance of precision C/SiC mounts”, Optical Manufacturing and Testing IV, H. Philip Stahl, Editor, proceedings of SPIE Vol. 4451 (2001), sind Verbindungselemente zwischen einem optischen Element und einem Fassungsbauteil bekannt, wobei das Fassungsbauteil aus demselben Werkstoff wie das optische Element besteht. Dadurch ist die Konstruktion des Verbindungselements und somit der gesamten Fassung erheblich eingeschränkt.From the publication "Thermo-mechanical performance of precision C / Si m mounts", Optical Manufacturing and Testing IV, H. Philip Steel, Editor, proceedings of SPIE Vol. 4451 (2001), connecting elements between an optical element and a socket component are known, wherein the socket component consists of the same material as the optical element. As a result, the construction of the connecting element and thus the entire socket is considerably limited.
Bei bekannten Linsenfassungen, wie sie beispielsweise in der
Eine gattungsgemäße Fassung ist aus der
Die
Aus der
Ein Lithographieobjektiv mit mehreren optischen Elementen, die in jeweiligen Fassungen aufgenommen sind, ist in der
Die
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fassung für ein optisches Element zu schaffen, bei welcher Temperatureinflüsse nur zu einer sehr geringen Deformation des optischen Elements führen.It is an object of the present invention to provide a socket for an optical element, in which temperature influences lead only to a very small deformation of the optical element.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Lithographieobjektiv zu schaffen, mit welchem auf sichere Art und Weise ein Lithographieverfahren durchgeführt werden kann.Furthermore, it is the object of the invention to provide a lithographic objective with which a lithography method can be carried out in a secure manner.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features mentioned in
Trotz der sehr geringen Wandstärke des dünnwandigen, rohrförmigen Elements ist dieses, wenn es mit dem optischen Element verbunden ist, gegenüber Verschiebungen und/oder Verdrehungen des optischen Elements sehr steif und somit in der Lage, für eine ausreichende Halterung des optischen Elements zu sorgen. Die Dünnwandigkeit des rohrförmigen Elements führt jedoch dazu, dass eventuelle Ausdehnungsunterschiede und die dadurch hervorgerufenen Durchmesseränderungen zwischen dem optischen Element und dem rohrförmigen Element sowie dem rohrförmigen Element und dem weiteren Fassungselement, mit dem das rohrförmige Element verbunden ist, keine bezüglich der Deformation des optischen Elements kritischen Spannungen erzeugen kann und so eine sehr gute bzw. sanfte elastische Bettung des optischen Elements gegeben ist.Despite the very small wall thickness of the thin-walled tubular element, when it is connected to the optical element, it is very stiff against displacements and / or twists of the optical element and thus able to provide sufficient support for the optical element. However, the thinness of the tubular member causes any differences in expansion and the resulting changes in diameter between the optical member and the tubular member and the tubular member and the other socket member to which the tubular member is connected, not critical to the deformation of the optical element Can generate stresses and so is given a very good or soft elastic bedding of the optical element.
Durch die Verbindung des optischen Elements mit dem dünnwandigen, rohrförmigen Element wird das rohrförmige Element an die Form des optischen Elements angepasst, sodass eventuelle maßliche Unterschiede, insbesondere eine eventuelle Unrundheit des optischen Elements, eine untergeordnete Rolle spielen und verhältnismäßig große Toleranzen für die einzelnen Bauteile angewendet werden können.By connecting the optical element with the thin-walled, tubular element, the tubular element is adapted to the shape of the optical element, so that any dimensional differences, in particular a possible out-of-roundness of the optical element, a Play subordinate role and relatively large tolerances can be applied to the individual components.
Ein weiterer Vorteil ist, dass das rohrförmige Element sehr einfach mit einem geschlossenen Querschnitt ausgeführt sein kann und demnach flüssigkeits- und gasdicht ist. Somit ist die erfindungsgemäße Fassung insbesondere für die Immersions-Lithographie geeignet, bei der das auch als Abschlusselement bezeichnete letzte optische Element bzw. dessen Fassung eine sehr hohe Dichtheit aufweisen muss.Another advantage is that the tubular element can be made very simple with a closed cross section and therefore liquid and gas tight. Thus, the version according to the invention is particularly suitable for immersion lithography, in which the last optical element or its socket, which is also referred to as the terminating element, must have a very high degree of tightness.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Fassung ist der sehr geringe radiale Bauraum derselben. Des weiteren ist vorteilhaft, dass die untere, dem weiteren Fassungselement abgewandte Seite des optischen Elements frei bleibt, was zu einer besseren Ausnutzbarkeit des optischen Elements führt. Darüber hinaus ergibt sich erfindungsgemäß eine sehr gute Wärmeableitung von dem optischen Element in die Fassung durch einen großflächigen Kontakt des rohrförmigen Elements mit dem optischen Element.A particular advantage of the version according to the invention is the very small radial space of the same. Furthermore, it is advantageous that the lower side of the optical element facing away from the further socket element remains free, which leads to a better exploitation of the optical element. In addition, according to the invention results in a very good heat dissipation from the optical element into the socket by a large-area contact of the tubular member with the optical element.
Dadurch, dass das rohrförmige Element an einem seiner Enden einen Kragen aufweist, ergibt sich eine Versteifung des rohrförmigen Elements in demjenigen Bereich, in dem dasselbe an dem Fassungsgrundkörper angebracht ist.The fact that the tubular element has a collar at one of its ends, results in a stiffening of the tubular element in the region in which the same is attached to the socket body.
Eine alternative Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 2.An alternative solution of the problem results from the features of
Eine weitere alternative Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 3.A further alternative solution of the problem results from the features of
Eine Kippausrichtung des optischen Elements während des Verbindens ist dadurch möglich, dass das rohrförmige Element in dem Bereich, in dem es mit dem optischen Element in Kontakt ist, konvex ausgebildet ist.Tilting of the optical element during bonding is possible by making the tubular element convex in the region in which it is in contact with the optical element.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das weitere Fassungselement ein Fassungsgrundkörper ist, wodurch sich ein verhältnismäßig einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Fassung ergibt.In a further development of the invention it can be provided that the further socket element is a socket base body, resulting in a relatively simple construction of the socket according to the invention.
Alternativ hierzu ist es möglich, dass das weitere Fassungselement ein steifer Ring ist, der mit einem Fassungsgrundkörper verbunden ist. Auf diese Weise ist eine bessere Entkopplung des optischen Elements von dem Fassungsgrundkörper gegeben.Alternatively, it is possible that the further socket member is a rigid ring which is connected to a socket body. In this way, a better decoupling of the optical element is given by the socket body.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der steife Ring statisch bestimmt mit dem Fassungsgrundkörper verbunden ist.In this context, it is particularly advantageous if the rigid ring is statically determined connected to the socket body.
In einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des optischen Elements und des dünnwandigen, rohrförmigen Elements um max. 3·10–6/K unterscheiden, wodurch unterschiedliche Ausdehnungen zwischen dem optischen Element und dem rohrförmigen Element minimiert werden. Durch die Dünnwandigkeit des rohrförmigen Elements bleiben die bei Temperaturänderungen auftretenden Spannungen zwischen dem rohrförmigen Element und dem weiteren Fassungselement gering. Dadurch verformt sich das weitere Fassungselement nur unwesentlich. Das dünnwandige, rohrförmige Element verformt sich vorteilhafterweise nur im Bereich des weiteren Fassungselements. Das optische Element erfährt somit bei Temperaturänderungen im wesentlichen keine fassungsbedingten Spannungen und ist demnach in der Lage, die durch Ausdehnungsunterschiede der Bauteile entstehenden Spannungen von dem optischen Element fernzuhalten und so für eine Entkopplung zu sorgen.In a very advantageous embodiment of the invention can be provided that the linear thermal expansion coefficients of the optical element and the thin-walled tubular element to max. 3 x 10 -6 / K, thereby minimizing differential expansion between the optical element and the tubular element. Due to the thin-walledness of the tubular element, the stresses occurring between the tubular element and the further socket element when the temperature changes remain low. As a result, the further socket element deforms only insignificantly. The thin-walled tubular element deforms advantageously only in the region of the other socket element. The optical element thus undergoes substantially no strain-induced stresses in the event of temperature changes and is thus able to keep away from the optical element the stresses arising as a result of expansion differences of the components and thus provide decoupling.
Eine besonders gleichmäßige Spannungsverteilung ergibt sich, wenn das rohrförmige Element zylindrisch ist.A particularly uniform stress distribution results when the tubular element is cylindrical.
Wenn das rohrförmige Element in wenigstens einem Verbindungsbereich mit dem optischen Element und/oder mit dem weiteren Fassungselement Sicken und/oder Schlitze aufweist, so ist es gegenüber Umfangsänderungen relativ welch und flexibel und es können eventuelle Durchmesserunterschiede ausgeglichen werden bzw. es ist eine einfachere Anpassung des rohrförmigen Elements an unterschiedliche Formen des optischen Elements möglich. In diesem Fall wäre es außerdem denkbar, dass sich die linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des optischen Elements und des dünnwandigen, rohrförmigen Elements um mehr als die oben angegebenen 3·10–6/K unterscheiden, da solche Unterschiede mit Hilfe des von den Sicken und/oder Schlitzen erzeugten Effekts kompensiert werden können.If the tubular element has corrugations and / or slots in at least one connection region with the optical element and / or with the further socket element, then it is relatively flexible and flexible with respect to changes in circumference and possible differences in diameter can be compensated or it is easier to adapt the tubular element to different shapes of the optical element possible. In this case, it would also be conceivable that the linear thermal expansion coefficients of the optical element and the thin-walled tubular element differ by more than the above-mentioned 3 × 10 -6 / K, since such differences are determined by means of that of the beads and / or Slots generated effect can be compensated.
Um die prinzipielle Dichtheit der erfindungsgemäßen Fassung auch in diesem Fall zu erhalten, kann es vorteilhaft sein, wenn die Sicken und/oder Schlitze mit einem Dichtmittel abgedichtet sind.In order to maintain the basic tightness of the version according to the invention also in this case, it may be advantageous if the beads and / or slots are sealed with a sealant.
Für das Verbinden des optischen Elements mit dem rohrförmigen Element kommen verschiedene Verbindungsarten in Frage, wobei insbesondere Löten, Kleben, Ultraschallschweißen, Galvanofügen oder Fügen durch chemisches Abscheiden sowie Einpressen geeignet sind.For the connection of the optical element with the tubular element, different types of connection are possible, soldering, gluing, ultrasonic welding, galvanizing or joining by chemical deposition and pressing in particular being suitable.
Um an den Fügestellen die erforderliche Weichheit des rohrförmigen Elements zu erreichen und dennoch eine ausreichende Steifigkeit desselben in Richtung der optischen Achse zu gewährleisten, ist es möglich, dass das rohrförmige Element über seine Länge unterschiedliche Wandstärken aufweist.In order to achieve the required softness of the tubular element at the joints and yet sufficient rigidity thereof in the direction of the optical axis to ensure that it is possible that the tubular element over its length has different wall thicknesses.
Eine Spülung des optischen Elements bzw. des Bereichs oberhalb des optischen Elements ist möglich, wenn das rohrförmige Element Bohrungen zum Ein- und Ausleiten von Gas in den durch das rohrförmige Element gebildeten Innenraum aufweist.Purging of the optical element or region above the optical element is possible if the tubular element has bores for introducing and discharging gas into the interior space formed by the tubular element.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das rohrförmige Element durch galvanisches oder chemisches Abscheiden hergestellt ist.In one embodiment of the invention can be provided that the tubular element is made by electroplating or chemical deposition.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das rohrförmige Element aus einem gewickelten Band gebildet ist. Da es bei sehr dünnwandigen Bauteilen schwierig sein kann, geschlossene rohrförmige Elemente herzustellen, kann eine einfache Ausführungsform darin bestehen, dass das rohrförmige Element aus einem gewickelten Band gebildet ist.Furthermore, it can be provided that the tubular element is formed from a wound band. Since it may be difficult for very thin-walled components to produce closed tubular elements, a simple embodiment may be that the tubular element is formed from a wound band.
Bezüglich der ähnlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des dünnwandigen, rohrförmigen Elements und des optischen Elements sind folgende Kombinationen sinnvoll: Das optische Element besteht aus Quarzglas und das rohrförmige Element aus einer Fe-Ni-Legierung, wie z. B. Invar®. Das optische Element besteht aus CaF2 und das rohrförmige Element aus einer Cu-Legierung oder einem Stahl mit einem geeigneten thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Das optische Element besteht aus Zerodur® und das rohrförmige Element aus einer Fe-Ni-Legierung.With respect to the similar coefficients of thermal expansion of the thin-walled, tubular element and the optical element, the following combinations are useful: The optical element consists of quartz glass and the tubular element made of an Fe-Ni alloy, such as. Invar ® . The optical element consists of CaF 2 and the tubular element of a Cu alloy or a steel with a suitable coefficient of thermal expansion. The optical element consists of Zerodur ® and the tubular element of a Fe-Ni alloy.
Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um eine Linse oder auch um einen Spiegel handeln.The optical element may be, for example, a lens or a mirror.
Der steife Ring und/oder der Fassungsgrundkörper können beispielsweise aus Stahl oder aus Keramik bestehen.The rigid ring and / or the base body may for example consist of steel or ceramic.
Bezüglich des Lithographieobjektivs wird die oben gestellte Aufgabe gelöst durch ein Lithographieobjektiv mit mehreren optischen Elementen und mit wenigstens einer Fassung für ein optisches Element nach einem der Ansprüche 1 bis 28.With respect to the lithographic objective, the above object is achieved by a lithographic objective with a plurality of optical elements and at least one socket for an optical element according to one of
Wenn die Fassung einen Fassungsgrundkörper aufweist, kann dieser einen Teil eines Gehäuses des Objektivs bilden oder in einem Gehäuse des Objektivs angebracht sein.If the socket has a socket body, it may form part of a housing of the lens or be mounted in a housing of the lens.
Wenn das Objektiv in separate Gasräume unterteilt werden soll, kann das Lithographieobjektiv mehrere erfindungsgemäße Fassungen aufweisen.If the objective is to be subdivided into separate gas spaces, the lithography objective can have several versions according to the invention.
Eine Verwendung eines derartigen Lithographieobjektivs für die Immersions-Lithographie ist in Anspruch 34 angegeben.A use of such a lithography objective for immersion lithography is specified in claim 34.
Eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Beleuchtungssystem und mit einem Lithographieobjektiv zur Herstellung von Halbleiterbauelementen ist in Anspruch 35 angegeben.A projection exposure apparatus with an illumination system and with a lithography objective for the production of semiconductor components is specified in claim 35.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.Embodiments of the invention are shown in principle with reference to the drawings.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Es zeigt:It shows:
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Ein in
Die optischen Elemente
Die Formulierung ”ähnlicher thermischer Ausdehnungskoeffizient” bezeichnet lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten des optischen Elements
Bei der Ausführungsform gemäß
Beim Verkleben des optischen Elements
Alternativ ist auch eine kleberfreie Fassungstechnik möglich. Dies kann z. B. durch Einpressen des optischen Elements
Die ”Unterseite” des optischen Elements
Die Herstellung des rohrförmigen Elements
Durch Drückwalzen können auch unterschiedliche Wanddicken sowohl axial als auch über den Umfang, z. B. Riffelung zur Erhöhung der z-Steifigkeit, realisiert werden. Durch unterschiedliche Wanddicken können zum Beispiel notwendige Weichheiten an den Fügestellen und evtl. ein definierter Kleberspalt durch Zentriersicken, eventuell Kleberfangsicken, eingestellt werden.By spin forming and different wall thicknesses both axially and over the circumference, z. B. ribbing to increase the z-stiffness can be realized. By means of different wall thicknesses, for example, necessary softnesses at the joints and possibly a defined adhesive gap can be set by centering beads, possibly adhesive beading beads.
Bei der Ausführungsform des Lithographieobjektives
Die Fassungen
Bei der Ausführungsform der Fassung
Der konische Abschnitt
Eine Minimierung des axialen Bauraums ergibt sich durch die Ausführungsform der Fassung
Eine weitere Ausführungsform der Fassung
In
In
Umgekehrt ist bei
Bei der Fassung
Eine Ausführungsform der Fassung
In
Bei der Ausführungsform der Fassung
Sowohl die Sicken
Wie in
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