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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum exakten Positionieren
von optischen Elementen in einer optischen Einrichtung, wie einem Objektiv
für die Mirkolithographie sowie eine Apparatur zum Bewegen
und/oder Wechseln mindestens eines optischen Elements in einer optischen
Einrichtung, wie einem Objektiv für die Mikrolithographie
sowie entsprechende Verfahren hierzu.
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STAND DER TECHNIK
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In
optischen Systemen oder Einrichtungen, wie Objektiven für
die Mikrolithographie ist es zur Anpassung der Abbildungseigenschaften
an unterschiedliche Einsatzzwecke vorteilhaft, wenn optische Elemente
wie Blenden, Filter, Linsen, Spiegel, Strahlteiler, strukturierte
Platten und dergleichen austauschbar in dem optischen System bzw.
der optischen Einrichtung angeordnet sind. Insbesondere ist es vorteilhaft,
wenn derartige austauschbare optische Elemente in einer sehr schnellen
Art und Weise in der optischen Einrichtung gewechselt werden können,
um die Ausfallzeiten und Stillstandszeiten des Objektivs möglichst
gering zu halten. Die
US 6,392,740
B1 beschreibt beispielsweise ein Projektionsobjektiv für
die Mikrolithographie, in welchem austauschbare optische Elemente
enthalten sind.
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Neben
der Austauschbarkeit ist jedoch bei Objektiven für die
Mikrolithographie die exakte Positionierung der optischen Elemente
im Strahlengang Grundvoraussetzung für die angestrebten
und erforderlichen Abbildungseigenschaften. Dies stellt in gewisser
Weise eine widersprüchliche Anforderung zu der gewünschten
schnellen Wechselbarkeit und Austauschbarkeit von optischen Elementen
dar, da eine exakte Positionierung unter Umständen einen
hohen Aufwand und somit großen Zeitbedarf erfordern kann.
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Üblicherweise
werden nach dem Stand der Technik austauschbare optische Elemente
in einem Mikrolithographiesystem in einem Führungssystem geführt
und gegen ein Referenzsystem ausgerichtet, welches die exakte aktive
optische Position definiert, also die Position, in welcher das optische
Element in der optischen Einrichtung verwendet wird. Derartige Referenzsysteme
werden üblicherweise durch Endanschläge gebildet,
welche in der optischen Einrichtung exakt ausgerichtet und justiert
sind, so dass bei einem entsprechenden Kontakt des optischen Elements
oder einer dieses umgebenden Fassung mit den Endanschlägen
die vorgegebene Position eingenommen sein soll.
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Allerdings
zeigt die Praxis, dass in lithographischen Abbildungssystemen die
Anforderungen an die exakte Position mit einer Genauigkeit in einem Bereich
von wenigen um oder darunter, d. h. unter einem um, durch die entsprechenden
Referenzsysteme mit Endanschlägen kaum reproduzierbar erreicht werden
können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum exakten Positionieren von optischen Elementen, sowie ein entsprechendes Verfahren
dafür bereitzustellen, welches neben der exakten Position
mit einer Genauigkeit im μm-Bereich oder darunter auch
eine schnelle und effektive Positionierung der optischen Elemente
ermöglicht, so dass die Vorrichtung und das Verfahren auch
für austauschbare optische Elemente für einen
schnellen Wechsel von optischen Elementen in optischen Einrichtungen
eingesetzt werden können. Entsprechend ist es auch Aufgabe
der vorliegenden Erfindung eine Apparatur und ein Verfahren zum
Bewegen und/oder Wechseln von optischen Elementen in einer optischen
Einrichtung, wie einem Objektiv, bereitzustellen. Darüber
hinaus sollten die Vorrichtungen, Apparaturen und Verfahren einfach
bedienbar und herstellbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, Apparaturen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 oder
9, einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19, einem Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 24 sowie einem Objektiv mit den
Merkmalen des Anspruchs 26.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass die Positionsabweichungen
bei sog. justierten Endanschlägen im Wesentlichen durch
das Aufsummieren von Toleranzabweichungen in sog. Toleranzketten
und Reibungseinflüsse bei der Herstellung des mechanischen
Kontakts bei den Endanschlägen verursacht werden. Aus diesem
Grund setzt die Erfindung hierbei an und schlägt vor zur
Vermeidung der Reibungseinflüsse Abstandslager, wie Gaslager,
insbesondere Luftlager und/oder Magnetlager, als Positionierelemente
zu verwenden oder in entsprechende Vorrichtungen zu integrieren,
um bei der Herstellung des oder der die Position definierenden mechanischen
Kontakte eine Annäherung der kontaktierenden Elemente unter
Vermeidung von Reibungseinflüssen zu realisieren.
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Entsprechend
wird ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei welchem
dem optischen Element mindestens ein Anschlag, z. B. an der Fassung
oder dergleichen, zugeordnet ist, welcher mit einem der optischen
Einrichtung zugeordneten Lagerelement in der Weise zusammenwirkt,
dass bei mechanischem Kontakt des oder der Anschläge mit mindestens
einem Lagerbereich des Lagerelements die exakte Position des optischen
Elements zumindest in der oder den entsprechenden Richtungen gewährleistet
ist. Dabei sind entweder das Lagerelement und der Anschlag Teile
eines Abstandslagers oder umfassen ein oder mehrere Abstandslager,
so dass die Annäherung von Anschlag und Lagerelement durch
Verringerung des Abstandes von Lagerelement bzw. Lagerbereich und
Anschlag erfolgt. Dies kann durch eine Beeinflussung und letztendliche
Abschaltung des oder der Abstandslager erreicht werden, wenn das
optische Element bzgl. der übrigen Bewegungsfreiheitsgrade
bzgl. des Abstandslagers richtig positioniert worden ist.
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Unter
Abstandslager sind hierbei Lager zu verstehen, bei denen zwei Elemente,
d. h. das Lagerelement mit Lagerbereich einerseits und der Anschlag
andererseits mit Abstand zueinander gehalten sind.
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Als
Abstandslager kommen, wie bereits erwähnt, Gaslager und/oder
Magnetlager in Frage, welche durch entsprechenden Gasdruck oder
durch magnetische Kräfte die entsprechenden Komponenten,
also den dem optischen Element zugeordneten Anschlag und den der
optischen Einrichtung zugeordneten Lagerbereich auf Abstand halten
können. Gaslager sind im Bereich der Mikrolithographie
insbesondere bevorzugt, da als Arbeitsgas Gas Verwendung finden
kann, welches im Objektivinnenraum bereits vorliegt bzw. dort Anwendung
findet. Die Annäherung von Lagerbereich und Anschlag kann hierbei
durch Verringerung der magnetischen Kräfte und/oder Absenkung
des Gasflusses bzw. Gasdrucks bis zur endgültigen Abschaltung
des entsprechenden Gaslagers und/oder Magnetlagers erfolgen.
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Der
Anschlag und/oder der Lagerbereich können durch ebene Flächen,
d. h. Anschlagflächen und Lagerflächen, gebildet
sein, die bei Kontaktierung entsprechende Kontaktebenen bilden.
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Allerdings
sind, insbesondere bei Magnetlagern, auch andere Kontaktelemente
mit unterschiedlichen geometrischen Formen vorstellbar. Bei derartigen
Kontaktelementen werden die Kontaktebenen dann beispielsweise nur
durch eines der Elemente des Kontaktpaares, z. B. eine Ebene, oder
entsprechende Kontaktlinien und dergleichen definiert.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung
zum exakten Positionieren von optischen Elementen mindestens zwei
Anschläge und mindestens zwei zugeordnete Lagerbereiche auf,
deren Kontaktebenen vorzugsweise winklig, insbesondere rechtwinklig
zueinander ausgebildet sind. Entsprechend bilden zwei Anschlagflächen
und zwei Lagerbereiche jeweils eine Winkelanordnung.
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Grundsätzlich
kann die vorliegende Erfindung mit einer beliebigen Anzahl von Anschlagen und
diesen zugeordneten Lagerbereichen bzw. Paaren daraus verwirklicht
werden, wobei es jedoch vorteilhaft ist, wenn lediglich so viele
Anschläge und Lagerbereiche vorgesehen werden, dass das
optische Element in der Vorrichtung kinematisch unterbestimmt oder
maximal kinematisch bestimmt, jedoch nicht kinematisch überbestimmt
aufgenommen ist. Bei einer kinematischen Überbestimmung
könnte nämlich eine gegenseitige negative Beeinflussung von
Anschlägen und Lagerbereichen bei der Kontaktierung auftreten,
welche der exakten Positionierung entgegenwirkt, wenn die entsprechenden
Anschläge und Lagerelemente bzw. Lagerbereiche nicht exakt gearbeitet
oder aufeinander abgestimmt sind.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei rechtwinklig oder V-förmig
zueinander angeordnete Anschlagflächen und zwei entsprechend korrespondierende
parallel zu den Anschlagflächen ausgerichtete Lagerflächen
vorgesehen, welche zur Wirkrichtung der Lagerkraft, beispielsweise
der Schwerkraft des optischen Elements, spiegelsymmetrisch ausgebildet
sein können. Dies hat den Vorteil, dass die Steuerung und/oder
Regelung des Abstandslagers bei der Herstellung des mechanischen Kontaktes
in sehr einfacher Weise erfolgen kann, da eine für beide
Paare aus Lagerfläche und Anschlagfläche gleichmäßige
Verringerung des zwischen ihnen ausgebildeten Spaltes stattfindet.
Die Annäherung von Lagerbereich und Anschlag kann hierbei wiederum
durch Verringerung der magnetischen Kräfte und/oder Absenkung
des Gasflusses bzw. Gasdrucks bis zur endgültigen Abschaltung
des entsprechenden Gaslagers und/oder Magnetlagers erfolgen.
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Die
gleichmäßige Verringerung der Abstände
zwischen den Lagerbereichen und Anschlägen bzw. der zwischen
diesen ausgebildeten Spalte hat den Vorteil, dass nicht durch eine
ungleichmäßige Kontaktierung in der Weise, dass
zuerst ein erstes Paar aus Lagerfläche und Anschlagfläche
zu einem mechanischen Kontakt kommt und anschließend weitere
Paare, Reibeinflüsse erzeugt werden. Damit wird vermieden,
dass bei der weiteren Annäherung von weiteren Paaren von
Anschlägen und Lagerbereichen das zuerst kontaktierte Paar
mechanisch aufeinander gleiten muss.
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Mehrere
derartige Paare aus Anschlagen und Lagerelementen können
zum exakten Positionieren von optischen Elementen kombiniert werden, beispielsweise
drei Paare mit winkelig angeordneten Anschlagsflächen und
Lagerflächen in einer um einen Drehbereich von jeweils
120° versetzten Anordnung, so dass eine insgesamt exakte
Positionierung im Raum möglich ist.
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Die
Vorrichtung zum exakten Positionieren von optischen Elementen kann
in einer Apparatur zum Bewegen und/oder Wechseln mindestens eines optischen
Elements in einer optischen Einrichtung vorgesehen werden.
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Nach
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine derartige
Apparatur einen Führungsmechanismus auf, bei welchem das
mindestens eine optische Element mittels Abstandslager berührungslos
geführt wird. Dies hat grundsätzlich den Vorteil,
dass durch das berührungslose Führen Abrieb und
unerwünschte Einflüsse durch Querkräfte auf
das optische Element vermieden werden. Zudem können die
für die berührungslose Führung eingesetzten
Abstandslager gleichzeitig als Positioniervorrichtung dienen.
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Nach
einem weiteren Aspekt sind mehrere optisch Elemente bei einer Apparatur
zum Bewegen und/oder Wechseln mindestens eines optischen Elements
in einem gemeinsamen Tragrahmen insbesondere nebeneinander angeordnet,
so dass durch eine vorzugsweise lineare Bewegung unterschiedliche
optische Elemente in der aktiven optischen Position angeordnet werden
können.
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Entsprechend
weist der Tragrahmen mindestens eine, vorzugsweise zwei Führungsschienen auf,
die über mindestens ein, vorzugsweise zwei Abstandslager
pro Führungsschiene oder mindestens drei Abstandslager
für ein Paar von Führungsschienen so gelagert
sind, dass eine lineare Hin- und Herbewegung des Tragrahmens und
der optischen Elemente in berührungsloser Weise möglich
ist.
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Auf
diese Weise wird erreicht, dass in einer schnellen Art und Weise
aus mehreren bereits in dem Tragrahmen vorinstallierten optischen
Elementen das benötigen optische Elemente ausgewählt, über die
lineare Bewegung entlang der Führungsschienen insbesondere
mittels der berührungslosen Abstandslager in die optisch
aktive Position bewegt werden kann, wobei dann nach der exakten
lateralen Positionierung durch Abschaltung zumindest eines Teils
der Abstandslager eine exakte Positionierung im Raum gemäß dem
vorher beschriebenen Verfahren zum exakten Positionieren von optischen
Elementen bzw. mit einer entsprechenden Positioniervorrichtung vorgenommen
werden kann.
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Um
den Tragrahmen mit den optischen Elementen linear hin- und herzubewegen
ist ein Antrieb vorgesehen, der beispielsweise durch einen Band-, Seil-
oder Drahtantrieb oder durch einen Linearmotor verwirklicht werden
kann. Während der Linearmotor sich durch Berührungslosigkeit
auszeichnet, haben Band-, Seil- oder Drahtantriebe den Vorteil der
einfachen Herstellbarkeit. Gleichzeitig können auch diese ohne
Schmierung mit geringem Abrieb betrieben werden. Darüber
hinaus weist beispielsweise der Seil- oder Drahtantrieb den Vorteil
auf, dass lediglich in der Bewegungsrichtung Kräfte übertragen
werden, während in Richtungen quer zur Seil- oder Drahterstreckung
aufgrund der Nachgiebigkeit des Seils bzw. Drahts keine parasitären
Kräfte übertragen werden können. Bei
Bandantrieben kann dies ebenfalls erreicht werden, wenn zwischen
einzelnen Bandabschnitten Verbindungselemente vorgesehen sind, welche
eine Nachgiebigkeit in der Richtung der Breite des Bandes aufweisen.
Dies kann durch entsprechende Verbindungen realisiert werden, welche in
dieser Richtung eine Beweglichkeit aufweisen oder durch entsprechende
elastische Elemente.
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In
gleicher Weise ist es vorteilhaft auch ein oder mehrere Kopplungselemente,
welche das Band oder das Seil bzw. den Draht eines Band- oder Seilantriebes
mit dem Tragrahmen, einem Führungselement oder einer sonstigen
Komponente des oder der optischen Elemente verbinden, ebenfalls
so zu gestalten, dass lediglich eine Übertragung von Kräften in
Richtung der Bewegungsrichtung möglich ist aber Querkräfte
durch entsprechend nachgiebige Verbindungen oder entsprechende elastische
Elemente kompensiert werden.
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Zur
exakten Positionierung der optischen Elemente in Bewegungsrichtung
ist vorzugsweise ein insbesondere berührungsloses Wegmesssystem und/oder
berührungslose Sensoren vorgesehen, welche die Position
der optischen Elemente direkt oder über die zurückgelegte
Wegstrecke erfassen.
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Insbesondere
kann ein inkrementelles Längenmesssystem vorgesehen sein,
welches beispielsweise auf der Führungsschiene oder dem
Band eines Bandantriebs mit inkrementellen Positionsmarken angeordnet
ist, so dass über einen Sensor das Vorbeibewegen der inkrementellen
Positionsmarken an dem Sensor erfasst und somit über eine
Auswerteeinheit der zurückgelegte Weg der optischen Elemente
ermittelt werden kann. Ausgehend von einer Ausgangsposition des
optischen Elements kann dann die aktuelle Position des optischen
Elements bestimmt werden.
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Insgesamt
ergibt sich somit die Möglichkeit über die Bewegung
mehrerer optischer Elemente in einem gemeinsamen Tragrahmen einen
schnellen Wechsel vorzunehmen, indem die optischen Elemente mit
dem Tragrahmen in einem Führungsmechanismus berührungslos
linear hin- und herbewegt werden, wobei durch entsprechende Sensoren
oder Wegmesssysteme die Position der optischen Elemente erfasst
und damit der Antrieb gesteuert werden kann. Nach Erreichen der
gewünschten Soll-Position eines optischen Elements in der
Bewegungsrichtung des linearen Führungsmechanismus, was durch
zusätzliche Sensoren erfasst werden kann, kann dann durch
langsames Herunterfahren und letztendliches Abschalten der Abstandslager
in Form von Gaslagern oder Magnetlagern eine exakte Positionierung
des optischen Elements und Arretierung vorgenommen werden. Für
spätere weitere Wechsel des optischen Elements müssen
lediglich die Abstandslager wieder aktiviert und der Bewegungsmechanismus
in Betrieb genommen werden, so dass ein einfacher und schneller
Wechsel von optischen Elementen möglich ist. Entsprechend
ist es vorteilhaft, die vorher beschriebenen Vorrichtungen, Apparaturen
und Verfahren in einem Objektiv für die Mikrolithographie
zu verwirklichen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Weitere
Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
bei der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Die Figuren
zeigen hierbei in rein schematischer Weise in
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Apparatur
zum Bewegen eines optischen Elements;
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2 eine
Seitenansicht der Apparatur aus 1 um 90° gedreht;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum exakten Positionieren von optischen Elementen in
einer optischen Einrichtung; und in
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4 eine
Detailansicht einer Verbindungsstelle in einem Antriebsband eines
Bandantriebs.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Die 1 zeigt
eine Apparatur zum Bewegen und schnellen Wechseln von optischen
Elementen 1 in einem Objektiv für die Mikrolithographie.
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Die
Apparatur der 1 weist einen Tragrahmen 2 auf,
in dem drei optische Elemente 1 angeordnet sind.
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Der
Tragrahmen 2 weist zwei Führungsschienen 9,
nämlich eine obere Führungsschiene und eine untere
Führungsschiene auf. Die Führungsschienen 9 sind
in insgesamt vier Gaslagern 6 aufgenommen und lassen sich
längs ihrer Längsstreckung in den Gaslagern 6 linear
hin- und herbewegen.
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Diese
translatorische Bewegung wird über einen Bandantrieb realisiert,
welcher einen Motor 8, eine Antriebsscheibe 11,
eine Umlenkscheibe 20 und ein Antriebsband 7 aufweist.
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An
der unteren Führungsschiene 9 ist ein berührungsloses
Wegmesssystem in Form eines inkrementellen Längenmesssystems
mit Positionsmarken 3 und einem berührungslosen,
optischen Sensor 4 vorgesehen. Die Positionsmarken 3 können
insbesondere durch eine entsprechende Gitterstruktur oder vergleichbare
optische Markierungen realisiert werden.
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Mit
der strichlinierten Linie 5 ist eine Soll-Position der
optischen Elemente 1, nämlich die aktive optische
Position, in der das optische Element in einer optischen Einrichtung,
wie z. B. einem Objektiv für die Mikrolithographie eingesetzt
wird, angezeigt.
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Die 2 zeigt
die Apparatur der 1 in einer um 90° gedrehten
Ansicht. In 2 ist wiederum der Tragrahmen 2 zu
erkennen, in welchem die optischen Elemente 1 beispielsweise
mittels einer isostatischen Halterung und/oder über eine
Fassung aufgenommen sind. An dem Tragrahmen 2 sind entlang der
Längsseiten die Führungsschienen 9 vorgesehen,
die mit den Gaslagern 6 zusammenwirken, und zwar in der
Weise, dass die Führungsschienen bei aktiven Gaslagern 6,
d. h. bei entsprechendem Gasfluss, beabstandet zu den Lagerelementen
der Gaslager 6 angeordnet sind. Auf diese Weise lässt
sich der Tragrahmen 2 mit den optischen Elementen 1 sowie
den Führungsschienen 9 linear entlang der Längsachse
des Tragrahmens bzw. der Führungsschienen 9 durch
die Führung der Gaslager 6 bewegen, ohne dass
es zu einem Kontakt mit den Lagerelementen kommt.
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Der
Antrieb der optischen Elemente 1 bzw. des Tragrahmens 2 mit
den Führungsschienen 9 erfolgt über einen
Bandantrieb mit dem Motor 8, der Antriebsscheibe 11 und
dem Band 7, welches als Endlosband um die Antriebsscheibe 11 und
die in 1 dargestellte Umlenkscheibe 20 ringförmig
umläuft. An dem Band 7 ist ein Kopplungselement 10 zur Verbindung
mit einer Führungsschiene 9, im gezeigten Ausführungsbeispiel
der oberen Führungsschiene 9, vorgesehen, so dass
durch eine lineare Hin- und Herbewegung des Kopplungselements 10 auch die
optischen Elemente 1 in dem Tragrahmen 2 hin- und
herbewegt werden können. Insbesondere können die
optischen Elemente 1, wie in 1 zu sehen ist,
in die optisch aktive Position 5 gebracht oder aus dieser
entfernt werden, wobei insbesondere durch das Vorsehen mehrerer
optischer Elemente 1 in den Tragrahmen 2 ein sehr
schneller Wechsel zwischen den einzelnen optischen Elementen 1 ermöglicht wird.
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Um
die exakte Positionierung des jeweiligen optischen Elements in der
Soll-Position 5 in Bewegungsrichtung zu garantieren, ist
ein berührungsloses Wegmesssystem in Form eines inkrementellen Längenmesssystems
vorgesehen, welches aus Positionsmarken 3 und einem entsprechenden
berührungslosen, insbesondere optischen Sensor 4 und
einer Steuer- und/oder Regelungseinheit (nicht gezeigt) besteht.
Bei der Bewegung der optischen Elemente 1 bzw. des Tragrahmens 2 werden
die Positionsmarken 3 an dem Sensor 4 vorbeibewegt,
so dass durch eine entsprechende Auswertung in der Steuereinheit
ausgehend von der Kenntnis der Ausgangsposition und dem Erfassen
der während der Bewegung an dem Sensor 4 vorbeilaufenden
Positionsmarken 3 eine exakte Positionierung in Bewegungsrichtung
möglich ist.
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Zusätzlich
können noch separate Sensoren (nicht gezeigt) im Bereich
der Soll-Position 5 vorgesehen werden, die beispielsweise
durch Erfassen zusätzlicher Referenzmarken (nicht gezeigt)
im Bereich des jeweiligen optischen Elements 1 eine zusätzliche exakte
Positionierung ermöglichen. Entsprechend kann die Steuerung
bzw. Regelung des Antriebs so eingestellt werden, dass die Ausrichtung
mit den entsprechenden Referenzmarken so lange durchgeführt wird
bzw. durch schrittweise Annäherung erfolgt, bis die separaten
Sensoren (nicht gezeigt) eine entsprechende Übereinstimmung
mit der Soll-Position anzeigen.
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Mit
der in den 1 und 2 gezeigten Apparatur
ist es somit möglich bei aktiven Gaslagern 6,
also wenn die Führungsschienen 9 beabstandet zu den
Lagerelementen der Gaslager 6 sind, die in dem Tragrahmen 2 angeordneten
optischen Elemente 1 zwischen verschiedenen Positionen
linear hin- und herzubewegen, insbesondere einzelne optische Elemente
an der optisch aktiven Soll-Position 5 zu positionieren,
so dass ein sehr schneller Wechsel zwischen den verschiedenen optischen
Elementen 1 möglich ist. Zur lateralen Positionierung
wird hierbei der entsprechende Antrieb in Kombination mit Sensorik
und geeigneten Steuerungen bzw. Regelungen verwendet.
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Bzgl.
der Positionierung der optischen Elemente in zur Bewegungsrichtung
des Tragrahmens 2 unterschiedlichen Raumrichtungen bzw.
zur exakten Positionierung der optischen Elemente im Raum wird nach
der ersten lateralen Positionierung der optischen Elemente 1 mittels
des Bewegungssystems eine zweite Positionierung in der Art und Weise
vorgenommen, dass ein Teil der Gaslager 6 als Positioniereinrichtungen
verwendet werden.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 werden
die beiden unteren Gaslager 6, die mit der unteren Führungsschiene 9 zusammenwirken,
an der das Wegmesssystem angeordnet ist, nach Erreichen der Soll-Position 5 des
entsprechenden optischen Elements 1 abgeschaltet, so dass die
Führungsschiene 9 mit ihren Anschlagflächen
an die Lagerbereiche des Lagerelements der Gaslager 6 anschlagen
bzw. in mechanischen Kontakt gelangt. Die Anschlagflächen
der Führungsschiene 9 bzw. die Lagerbereiche des
Lagerelements der Gaslager 6 sind hierbei exakt auf die
optischen Elemente ausgerichtet, so dass bei einer entsprechenden
Anlage das optische Element im Raum richtig positioniert ist. Durch
das Abschalten der unteren Gaslager 6 erfolgt zudem eine
Arretierung des optischen Elements 1.
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Die
oberen Gaslager 6 können ebenfalls abgeschaltet
werden oder weiter betrieben werden, um durch den Gasdruck des weiter
ausströmenden Gases den Tragrahmen 2 mit den Führungsschienen 9 und
den optischen Elementen 1 in Richtung der unteren Gaslager
vorzuspannen und für eine exakte Anlage zu sorgen.
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Das
Abschalten der unteren Gaslager 6 erfolgt in der Weise,
dass die Anschlagflächen der Führungsschiene 9 in
definierter Weise an den Lagerbereichen des Lagerelements des Gaslagers 6 anschlagen.
Dies wird durch eine gleichmäßige Verringerung
des Spaltes zwischen der Führungsschiene 9 und
dem Lagerelements des Gaslagers 6 bewirkt.
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Dies
ist in größerem Detail in 3 dargestellt,
welche eine schematische Detailzeichnung des Gaslagers 6 sowie
der Führungsschiene 9 zeigt.
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Wie
der 3 zu entnehmen ist, weist das Gaslager 6 zwei
rechtwinklig zueinander angeordnete Lagerbereiche 13 in
Form von ebenen Flächen auf.
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In
den ebenen Flächen der Lagerbereiche 13 sind jeweils
ein oder mehrere Gasaustrittsdüsen 15 vorgesehen,
durch welche das über die Gaszuführungsleitung 12 herangeführte
Gas austritt und aufgrund des Gasdruckes gegenüber den
Anschlagflächen 14 der Führungsschiene 9 ein
Gaskissen bildet, wobei das Gas, wie durch die Pfeile angezeigt,
seitlich entweicht. Dadurch bildet sich ein Spalt mit der Spaltbreite
d aus, der eine berührungslose Lagerung der Führungsschiene 9 und
somit des daran vorgesehenen Tragrahmens 2 mit den optischen
Elementen 1 ermöglicht.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 3 sind
nunmehr die Lagerbereiche 13 und die Anschlagflächen 14 als
definierte Positionierelemente ausgebildet, so dass durch eine Anlage
der Anschlagflächen 14 auf den Lagerbereichen 13 eine
exakte Positionierung der Führungsschiene 9 und
dem damit verbundenen Tragrahmen 2 sowie den optischen
Elementen 1 gewährleistet ist. Entsprechend ist
ein Freiraum 16 im Eckbereich des Lagerelements des Gaslagers 16 frei
geschnitten, um eine freie Positionierung der Ecke bzw. der Anschlagflächen 14 der
Führungsschiene 9 zu gewährleisten.
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Insbesondere
kann bei Verwendung eines entsprechenden Gaslagers oder allgemein
Abstandlagers als Positioniereinrichtung eine exakte Anlage der
Anschlagflächen 14 auf den Lagerbereichen 13 ohne
schädliche Einflüsse von Reibungseffekten gewährleistet
werden, da die Verringerung des Abstandes d gleichmäßig
erfolgen kann und somit eine gleichzeitige Kontaktierung der beiden
Anschlagflächen 14 auf den Lagerbereichen 13 gewährleistet werden
kann. Auf diese Weise können Reibungseffekte durch eine
ungleichmäßige Anlage vermieden werden. Entsprechend
kann das in 3 dargestellte Prinzip einer
Positioniereinrichtung bzw. des Verfahrens zum Positionieren eines
entsprechenden Elementes auch unabhängig von der Apparatur
in den 1 und 2 verwirklicht werden.
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Bei
der Ausführungsform der 3, bei der die
Anschlagflächen 14 und die Lagerbereiche 13 bzgl.
der strichliniert dargestellten Vertikale identisch und somit symmetrisch
ausgebildet sind, kann dies durch einfaches Verringern des Gasflusses
bzw. Gasdruckes erreicht werden, so dass der Abstand an beiden Paaren
aus Anschlagfläche 14 und Lagerbereich 13 kontinuierlich
und gleichmäßig verkleinert wird. Die Bewegung
der Führungsschiene 9 auf das Lagerelement des
Gaslagers 6 zu wird hierbei beispielsweise durch die Schwerkraft
bewirkt, kann jedoch auch noch durch zusätzliche Antriebskräfte
unterstützt werden.
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Ist
aus konstruktiven Gründen oder aus sonstigen Gründen
eine symmetrische Ausbildung bzw. eine identische Ausbildung der
Anschlagflächen 14 und Lagerbereiche 13 nicht
möglich, so kann durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung
des Gaslagers 6 bzw. der entsprechenden Gasflüsse oder
-drücke gleichwohl eine gleichmäßige
Verringerung der Spaltbreite d an allen Anschlagflächen 14 und
Lagerbereichen 13 realisiert werden.
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In
der 3 sind für das Gaslager 6 zwei winkelig,
insbesondere rechtwinkelig angeordnete Lagerbereiche 13 vorgesehen,
so dass durch die Anordnung von zwei unteren Gaslagern 6 und
mindestens einem oberen Gaslager 6 in der Apparatur der 1 und 2 eine
ausreichende Festlegung des Tragrahmens und der optischen Elemente
ermöglicht wird. Lediglich die translatorische Bewegung
in Richtung der Bewegungsrichtung des Antriebs bleibt möglich.
Gleichwohl kann zudem ein viertes oberes Gaslager, wie in der 1 gezeigt,
vorgesehen werden.
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Neben
der in 3 gezeigten Positioniervorrichtung in Form eines
Abstandslagers mit zwei Lagerbereichen bzw. -flächen 13 sind
auch Lagerelemente vorstellbar, welche beispielsweise drei jeweils senkrecht
zueinander angeordnete Paare von Anschlagflächen und Lagerbereichen
aufweisen. Allerdings ist es für die exakte Positionierung
ohne Reibungseinflüsse vorteilhaft, wenn die entsprechende Positioniervorrichtung
insgesamt kinematisch unterbestimmt ist, also mindestens noch einen
Bewegungsfreiheitsgrad aufweist. Dies gilt insbesondere bei mehreren
miteinander kombinierten Vorrichtungen mit mehreren Anschlagflächen
und Lagerbereichen oder Paaren oder Komponenten daraus.
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Die 4 zeigt
in einer Detailansicht das Band 7 des Bandantriebs aus
den 1 und 2, bei welchem eine Verbindungsstelle 17 gezeigt
ist, welche in Bandquerrichtung als in der Richtung der Breite des
Bandes eine Nachgiebigkeit aufweist. Dies hat den Vorteil, dass
keine parasitären Kräfte, also Kräfte
außer jenen in Bewegungsrichtung von dem Bandantrieb auf
den Tragrahmen 2 bzw. die optischen Elemente 1 übertragen
werden. Während senkrecht zur Bandhauptfläche
das Band aufgrund der geringen Dicke von Hause aus eine Nachgiebigkeit
aufweist, ist dies quer zur Bandlängsrichtung in Breitenrichtung
nicht gegeben. Entsprechend ist bei dem Verbindungselement 17 ein
Zapfen 19 vorgesehen, der in eine Hülse 18 des
anderen Endes des Bandes eingesteckt ist, so dass der Zapfen 19 in
der Hülse 18 quer zur Bandlängsrichtung
frei beweglich ist. Bei entsprechend auftretenden Kräften
werden die Bandenden, wie durch die punktierte Darstellung angezeigt,
gegeneinander versetzt, ohne dass entsprechende Kräfte
auf den Tragrahmen 2 übertragen werden.
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Entsprechend
wird auch das Kopplungselement 10 so ausgebildet, dass
es weitgehend lediglich in Richtung der Bewegungsrichtung, also
in Bandlängsrichtung Kräfte übertragen
kann, während in den entsprechenden Querrichtungen eine
Nachgiebigkeit vorliegt, beispielsweise durch entsprechende elastische
Elemente oder durch in bestimmte Richtungen frei bewegliche Verbindungen.
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Entsprechend
ist es mit dem in den 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel möglich, mehrere optische
Elemente 1 im schnellen Wechsel in einer optischen Einrichtung,
wie beispielsweise einem Objektiv für die Mikrolithographie
einzusetzen, wobei eine exakte Positionierung der optischen Elemente
in der optisch aktiven Position möglich ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
detailliert dargestellt worden ist, ist es für den Fachmann
selbstverständlich, dass Abwandlungen oder Änderungen
insbesondere unterschiedliche Kombinationen einzelner Aspekte auch
unter Weglassung einzelner Merkmale im Rahmen der beigefügten
Ansprüche möglich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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