DE10146863A1

DE10146863A1 - Fassung für ein optisches Element in einer optischen Abbildungseinrichtung

Info

Publication number: DE10146863A1
Application number: DE10146863A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Weber; Jochen Becker; Hubert Holderer; Bernhard Gellrich; Jens Kugler
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2001-09-22
Filing date: 2001-09-22
Publication date: 2003-04-10
Also published as: US20030058551A1; US6744574B2

Abstract

Eine Fassung für ein optisches Element in einer optischen Abbildungseinrichtung, insbesondere in einem Objektiv (4) für die Halbleiter-Lithographie, hat wenigstens einen Fassungsring (2), welcher das optische Element (6) trägt. Der Fassungsring (2) ist in seinem Querschnitt zumindest teilweise hohl ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fassung für ein optisches Element in einer optischen Abbildungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 198 59 634 A1 und der DE 199 04 152 A1 ist es z. B. bekannt, daß Fassungsringe für optische Elemente, insbesondere für optische Elemente im Bereich der Halbleiter-Lithographie, wo entsprechend hohe Genauigkeiten gefordert sind, so ausgebildet werden, daß eine Innenfassung über elastische Elemente an einem Außenring der Fassung angebunden ist. Diese elastischen Anbindungen erlauben eine Feinjustierung der Position des optischen Elements, zusammen mit einer gewissen Entkopplung desselben von durch diese Feinjustierung verursachten Deformationen. Aufgrund der elastischen Anbindung entsteht jedoch ein System, welches Schwingen kann, wobei durch eine entsprechend große Masse der Kombination aus optischem Element und Innenring sehr kleine Eigenfrequenzen entstehen. Das optische Element kann damit in nachteiliger Weise sehr leicht zu Schwingungen angeregt werden.

Außerdem ist es nachteilig, daß über die elastischen Anbindungen Deformationen, welche beispielsweise bei der Montage des Außenrings an andere Fassungen oder bei der Montage der fest mit dem Außenring verbundenen Objektivstrukturen bzw. dem Gehäuse eines Objektives auftreten, auf den Außenring aufgeprägt werden können. Diese Deformationen werden dann teilweise durch die elastischen Anbindungen auf den Innenring übertragen und können dort zu einer unerwünschten Deformation des optischen Elements führen. Die Deformation des Innenrings äußert sich dabei hauptsächlich in einer Biegung in radialer und axialer Richtung sowie in Torsion in tangentialer Richtung. Um diese Deformationen, die dann von dem Innenring auf das optische Element übertragen werden können, möglichst klein zu halten, gilt es den Innenring gegenüber diesen Deformationen sehr steif auszulegen. Dies führt aber zwangsläufig zu vergleichsweise großen und schweren Innenringen, welche die oben bereits genannte Problematik hinsichtlich der niedrigen Eigenfrequenzen weiter verschlimmern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und einen leichten und stabilen Fassungsring zu schaffen, welcher eine sehr hohe Steifigkeit hinsichtlich radialer und axialer Biegung sowie Torsion in tangentialer Richtung aufweist.

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

Durch die Verwendung eines in seinem Querschnitt zumindest teilweise hohl ausgebildeten Fassungsrings kann erreicht werden, daß bei minimalem Einsatz an Masse ein sehr hohes Flächenträgheitsmoment um die radiale und axiale Achse, und ein hohes Torsionsträgheitsmoment um die tangentiale Achse, erzielt wird. Mit diesem Aufbau läßt sich so gemäß der Erfindung ein leichter und dennoch stabiler Fassungsring und Weiterbildungen schaffen.

In einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, daß der Fassungsring, welcher das optische Element trägt, einen Innenring der Fassung bildet, welche über mehrere elastische Elemente mit einem Außenring der Fassung verbunden ist.

Bei einer derartigen Kombination, in welcher ein Aufbau, der schwingen kann, geschaffen wird, kommen die oben genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Fassungsrings sehr gut zur Geltung. Dadurch, daß der Fassungsring trotz seiner sehr hohen Steifigkeit sehr leicht ausgebildet werden kann, wird die Eigenfrequenz der Kombination aus optischem Element und Fassung bei der Anbindung des Fassungsrings über elastische Elemente an die Außenfassung erhöht. Da der Fassungsring gleichzeitig die bereits mehrfach genannte sehr hohe Steifigkeit aufweist, werden über die elastischen Anbindungen auf ihn übertragene Deformationen nicht oder nur minimal an das optische Element weitergegeben.

In einer besonders günstigen Weiterbildung der Fassung ist der Fassungsring dabei als Hohlprofil mit einem durchgehend lückenlosem Randbereich ausgebildet.

Eine derartige Ausbildung des Hohlprofils ermöglicht die höchsten Flächenträgheitsmomente bei geringstmöglichen Materialeinsatz. Dadurch, daß der durchgehende Randbereich keine Lücke, keinen Schlitz oder dergleichen aufweist, läßt sich neben den beiden Flächenträgheitsmomenten hinsichtlich radialer und axialer Biegung auch das Torsionsträgheitsmoment hinsichtlich der eingesetzten Masse an Material optimieren.

Des weiteren hat sich den Erfindern gezeigt, daß in einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung der Fassungsring ein Verhältnis seiner radialen Breite zu seiner axialen Höhe von 0,25 bis 1 aufweisen sollte.

Mit Abmessungen, welche ein solches Verhältnis von 0,25 bis 1 von Breite zu Höhe aufweisen, lassen sich die die höchsten Flächenträgheitsmomente bei der Konstruktion des Fassungsrings erreichen. Dabei spielt es praktisch keine Rolle ob der Querschnitt eine rechteckige oder eine runde Form hat.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Aufbau einer Fassung aus zwei konzentrisch angeordneten Fassungsringen und einem optischen Element;
Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform eines Fassungsrings; und
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines möglichen Fassungsrings.
Fig. 1 zeigt eine Fassung 1, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem inneren Fassungsring 2 und einem äußeren Fassungsring 3 besteht, welcher fest mit dem Gehäuse eines Objektives 4 (in Fig. 1 nur gestrichelt angedeutet) oder dergleichen verbunden ist. Zwischen den beiden hier prinzipmäßig dargestellten Fassungsringen 2, 3 sind Anbindungen 5 angeordnet, welche beispielsweise als Federelemente, als Gelenke bzw. Festkörpergelenke mit Verbindungssteg oder dergleichen ausgebildet sein können. Die an sich bekannte Aufgabe dieser elastischen Anbindungen 5 liegt dabei darin, die beiden Fassungsringe 2, 3 hinsichtlich Deformationen gegeneinander zu entkoppeln. In dem inneren Fassungsring 2 ist dann das optische Element, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Linse 6, fest angebracht. Die Einheit aus Linse 6 und innerem Fassungsring 2 bildet aufgrund der Anbindung 5 mittels der elastischen Elemente oder Gelenke gegenüber dem äußeren Fassungsring 3 und damit gegenüber dem Gehäuse des Objektives 4 ein schwingfähiges Gebilde, welches aufgrund seiner Masse eine entsprechende Eigenfrequenz aufweist.
In dem bevorzugten Anwendungsfall für die hier dargestellte Erfindung, nämlich dem Einsatz bei optischen Elementen für die Halbleiter-Lithographie wird die Masse der Kombination aus Linse 6 und innerem Fassungsring 2 vergleichsweise hoch ausfallen, da derartige Linsen, wie sie in der Halbleiter-Lithographie verwendet werden, meist einen vergleichsweise großen Durchmesser und damit eine große Masse haben. Um nun die Deformationen auf die Linse zu minimieren, muß dementsprechend auch der innere Fassungsring 2 sehr groß und steif ausgebildet sein. Bei den herkömmlichen und bisher üblichen Ausführungen bedeutet dies, daß der innere Fassungsring 2 einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweisen muß und damit aufgrund seiner massiven Ausbildung ebenfalls eine sehr hohe Masse in die Kombination aus der Linse 6 und aus dem inneren Fassungsring 2 einbringt.
Aufgrund der so entstehenden sehr hohen Masse in der Kombination aus Linse und innerem Fassungsring wird die Eigenfrequenz dieser Kombination sehr klein werden. Die Kombination läßt sich also sehr leicht zu Schwingungen anregen und gerät schon bei sehr kleinen Frequenzen in den Bereich einer Resonanzschwingung, welche massive mechanische Beeinträchtigungen bis hin zur Störung mit sich bringen kann.
Um nun die Steifigkeit des inneren Fassungsrings 2, gegenüber auf ihn aufgebrachten Verformungen, zu erhöhen, ist der innere Fassungsring 2 zumindest teilweise hohl ausgebildet. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist er als Hohlprofil ausgeführt. Die auf den Fassungsring 2 überwiegend einwirkenden Deformationen sind in Fig. 2 prinzipmäßig angedeutet. Dabei wäre zum einen die axiale Biegung a, sowie die radiale Biegung r und zum anderen die tangentiale Torsion t zu nennen. Um diesen Deformationen entgegenzuwirken, muß für die jeweilige Richtung ein möglichst hohes Flächenträgheitsmoment bzw. Torsionsträgheitsmoment geschaffen werden. Das hier für den inneren Fassungsring 2 verwendete Hohlprofil erfüllt diese Aufgabe sehr gut. Die besten Ergebnisse lassen sich dabei erzielen, wenn die Breite b des Hohlprofils im Verhältnis zu der Höhe h des Hohlprofils so ausgebildet ist, daß der Quotient der Breite b zur Höhe h Werte zwischen 0,25 und 1 annimmt. Bei der hier beispielhaft dargestellten Form handelt es sich im allgemeinen um einen rechteckigen und im Grenzfall quadratischen Querschnitt. Entsprechend der physikalischen Gegebenheiten bei den Flächen- und Torsionsträgheitsmomenten lassen sich die besten Ergebnisse hinsichtlich einer Optimierung von Steifigkeit zu Masse erzielen, wenn der Fassungsring 2 als Hohlprofil mit durchgehend lückenlosem Randbereich 7, in welchem seine Masse angeordnet ist, ausgeführt wird. Damit läßt sich ein sehr steifer und dennoch vergleichsweise leichter Fassungsring 2 erzielen, welcher die Eigenfrequenz der Kombination aus Linse 6 und innerem Fassungsring 2 durch eine Absenkung der Masse dieser Kombination entsprechend anhebt und welcher gleichzeitig aufgrund seiner hohen Steifigkeit den Eintrag von Deformationen in die Linse 6vermindert.
Wie bereits oben erwähnt, sollte der Randbereich des Hohlprofils lückenlos bzw. geschlossen ausgebildet sein, da insbesondere das Torsionsträgheitsmoment t massiv abfallen würde, wenn im Randbereich 7 ein Schlitz oder dergleichen angeordnet wäre.
Die endgültige Form des als Hohlprofil ausgebildeten Querschnitts läßt sich dabei auch in der konstruktiv üblichen Maßnahmen variieren. So zeigt beispielsweise Fig. 3 eine alternative Ausführungsform des inneren Fassungsrings 2, bei dem ein elliptischer Querschnitt gewählt wurde. Auch hier gilt wieder das Verhältnis von Breite b zur Höhe h, das nach Möglichkeit zwischen 0,25 und 1 liegen sollte, so daß sich auch hier im Grenzfall ein kreisringförmiger Querschnitt ergibt.
Selbstverständlich muß diese vorteilhafte Ausgestaltung des inneren Fassungsrings 2 nicht auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer Fassung mit einem inneren Fassungsring 2 und einem äußeren Fassungsring 3, welche über elastische Elemente 5 verbunden sind, beschränkt bleiben. Auch bei der Verwendung nur eines einzelnen Fassungsrings 2 kann durch die Erhöhung der Steifigkeit gegenüber Deformation und der Verringerung der Maße des Fassungsrings 2 ein entsprechender Vorteil erzielt werden, welcher sich ebenfalls in einer verringerten Deformation für das optische Element, hier die Linse 6, niederschlägt.

Claims

1. Fassung für ein optisches Element in einer optischen Abbildungseinrichtung mit wenigstens einem Fassungsring, welcher das optische Element trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) in seinem Querschnitt zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.

2. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) als Hohlprofil mit durchgehend lückenlosem Randbereich (7) ausgebildet ist.

3. Fassung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der radialen Breite (b) des Fassungsrings (2) zur axialen Höhe (h) des Fassungsrings (2) zwischen 0,25 und 1 liegt.

4. Fassung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2), welcher das optische Element (6) trägt, einen Innenring der Fassung (1) bildet, welcher über mehrere elastische Elemente (5) mit einem Außenring (3) der Fassung (1) verbunden ist.

5. Fassung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Fassungsring (2) und der äußere Fassungsring (3) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

6. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

7. Fassung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) einen elliptischen Querschnitt aufweist.

8. Objektiv für die Halbleiter-Lithographie mit wenigstens einem optischen Element in einer Fassung mit wenigstens einem Fassungsring, welcher das optische Element trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) in seinem Querschnitt zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.

9. Objektiv für die Halbleiter-Lithographie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) als Hohlprofil mit durchgehend lückenlosem Randbereich (7) ausgebildet ist.

10. Objektiv für die Halbleiter-Lithographie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der radialen Breite (b) des Fassungsrings (2) zur axialen Höhe (h) des Fassungsrings (2) zwischen 0,25 und 1 liegt.

11. Objektiv für die Halbleiter-Lithographie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2), welcher das optische Element (6) trägt, einen Innenring der Fassung (1) bildet, welcher über mehrere elastische Elemente (5) mit einem Außenring (3) der Fassung (1) verbunden ist.

12. Objektiv für die Halbleiter-Lithographie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Fassungsring (2) und der äußere Fassungsring (3) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

13. Objektiv für die Halbleiter-Lithographie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

14. Objektiv für die Halbleiter-Lithographie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (2) einen elliptischen Querschnitt aufweist.