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Die
Erfindung betrifft ein optisches System, insbesondere eine Projektionsbelichtungsanlage
für die
Halbleiterlithographie, mit einer manipulierbaren Korrekturanordnung
zur Reduzierung von Bildfehlern.
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In
einer Vielzahl von optischen Systemen, wie beispielsweise Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie,
wird die zur Belichtung verwendete elektromagnetische Strahlung
in den eingesetzten optischen Elementen wie beispielsweise Linsen
oder Spiegeln – neben
der erwünschten Brechung
bzw. Reflexion – als
unerwünschter
Effekt auch absorbiert. Die dabei absorbierte Leistung führt zu einer
in der Regel inhomogenen Erwärmung
der optischen Elemente. Als Folge der temperaturinduzierten Änderungen
des Brechungsindex, Ausdehnungen und mechanischen Spannungen wird
das optische System gestört,
was zu Aberrationen der sich in dem optischen System ausbreitenden
Wellenfront und damit zu einer Verschlechterung der Abbildungsqualität führt. Dieses
sogenannte Lens Heating stellt aus den folgenden Gründen ein
wachsendes Problem in optischen Systemen, insbesondere in den genannten
Projektionsbelichtungsanlagen dar:
Einerseits wachsen die Anforderungen
hinsichtlich der Abbildung von Projektionsbelichtungsanlagen, andererseits
wird angestrebt, zur Erhöhung
des Durchsatzes der Anlage die Leistungen der verwendeten Lichtquellen
zu steigern, wodurch sich die Lens Heating induzierten Aberrationen
erhöhen.
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Darüber hinaus
werden seitens der Betreiber der genannten Projektionsbelichtungsanlagen
zunehmend spezifische Winkelverteilungen des zur Abbildung verwendeten
Beleuchtungsfeldes, sogenannte „Settings", realisiert. Die oftmals sehr speziellen
Symmetrieeigenschaften dieser Settings übersetzen sich in entsprechender
Temperaturverteilung und Ergebnis in Störungen mit zu den Settings
analogen Symmetrien.
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Eine
Korrektur dieser spezifischen Störungen
an einem bestimmten Ort im optischen System setzt voraus, dass an
diesem Ort eine Korrekturanordnung mit Manipulatoren zur Verfügung steht,
die eine kompensierende Störung
mit derselben Symmetrie erzeugen kann.
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Allerdings
ist während
der Designphase des optischen Systems – also insbesondere zum Zeitpunkt
der Auswahl und Auslegung der Manipulatoren – nicht immer abschätzbar, unter
welchen Einsatzbedingungen das optische System in der Zukunft betrieben
werden wird. Beispielsweise können
sich die Anforderungen dahingehend ändern, dass Symmetrien und
Beleuchtungsstärken
relevant werden, für
die eine Korrektur der genannten Störungen mit den ursprünglich vorgesehenen
Korrekturanordnungen und den darin eingesetzten Manipulatoren nur
noch schwer oder im Extremfall überhaupt
nicht mehr möglich
ist.
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Nachfolgend
wird die geschilderte Problematik exemplarisch anhand einer Projektionsbelichtungsanlage
für die
Halbleiterlithographie, die als sogenanntes Step-und-Scan-System
ausgebildet ist, erläutert.
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In 1 ist
eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Halbleiterlithographie
dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit
photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend
aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur
Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z. B. Computerchips.
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Die
Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentlichen
aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur
Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen
Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen
auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur
Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und
einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem
Projektionsobjektiv 7, mit mehreren optischen Elementen 8,
die über
Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjektives 7 gelagert sind.
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Das
grundsätzliche
Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen
auf den Wafer 2 abgebildet werden.
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Nach
einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in Pfeilrichtung
weiterbewegt, sodass auf demselben Wafer 2 eine Vielzahl
von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Reticle 5 vorgegebenen Struktur,
belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des
Wafers 2 in der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird
diese häufig
auch als Stepper bezeichnet.
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Zur
Verbesserung der Prozessparameter wird dabei in den Step-und-Scan-Systemen
das Reticle 5 durch eine schlitzförmige Blende kontinuierlich abgescannt.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung
des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11,
beispielsweise Licht oder eine ähnliche
elektromagnetische Strahlung, bereit. Als Quelle für diese
Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die
Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente
so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen
auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich
Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen
aufweist.
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Über den
Projektionsstrahl 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt
und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend auf den
Wafer 2 übertragen, wie
bereits vorstehend erläutert
wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von
einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen,
wie z. B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen
auf.
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Üblicherweise
zeigen die oben beschriebenen Step-und-Scan-Systeme einen näherungsweise rechteckig ausgebildeten
Scannerschlitz, was dazu führt,
dass die optischen Verhältnisse
in Scanrichtung und dazu senkrecht unterschiedlich sind. Diese Symmetriebrechung
im Feld führt
zu zweiwelligen Intensitätsverteilungen
und damit zu zweiwelligen Störungen
in der Nähe
von Feldebenen des Systems, also üblicherweise auf optischen
Elementen in der Nähe
des Wafers 2 und des Reticles 5. Dabei werden unter
dem Begriff der „n-welligen" Intensitätsverteilungen
Verteilungen verstanden, die eine derartige Symmetrie aufweisen,
dass sie bei einer Drehung um 360°/n
in sich selbst überführt werden,
wobei n eine natürliche
Zahl darstellt.
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Hieraus
ergeben sich astigmatische Bildfehler, deren Feldverteilung häufig beträchtliche
konstante, aber auch quadratische Anteile enthält. Gleichzeitig werden darüber hinaus
spezielle Feldverteilungen weiterer Aberrationen induziert. Als wichtigstes
Beispiel sei hier der sogenannte Anamorphismus im Fall der Verzeichnung
genannt. Die durch die Symmetriebrechung im Feld verursachten Effekte haben
für eine
große
Klasse von Settings nahezu immer dasselbe Vorzeichen und ähnliche
Verhältnisse, da
die durch den Scannerschlitz hervorgerufene Intensitätsverteilung
auf den feldnahen Linsen relativ unabhängig von den verwendeten Settings
ist.
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Die
Winkelverteilung des Beleuchtungs-Settings sowie die Beugungseffekte
am Reticle bestimmen die Symmetrie der Winkelverteilung der verwendeten
elektromagnetischen Strahlung. Diese Winkelverteilung übersetzt
sich in eine entsprechende Intensitätsverteilung und damit in eine
Temperaturverteilung der gleichen Symmetrie in den pupillennahen optischen
Elementen.
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Zur
Erläuterung
des Erfindung betrachten wir folgendes Beispiel:
Während der
Designphase einer Projektionsbelichtungsanlage und insbesondere
bei der Auswahl der Manipulatoren könnten beispielsweise Beleuchtungssettings
mit sehr spezifischen Symmetrien noch nicht berücksichtigt worden sein. In
diesem Fall werden beim Design lediglich Störungen mit zweiwelliger Symmetrie,
die aus der oben genannten Symmetriebrechung des rechteckigen Scannerschlitzes
herrühren,
betrachtet. Als Konsequenz wird während der Designphase lediglich
ein Manipulator vorgesehen, der feldnah (dort, wo die genannten
Störungen
entstehen) positioniert ist, und der z. B. durch eine kompensierende
zweiwellige Störung,
z. B. eine Deformation (in die durch die Orientierung des Scannerschlitzes
vorgegebene Vorzugsrichtung) die astigmatischen Bildfehler und den
Anamorphismus im "richtigen" (mehr oder weniger
universellen) Verhältnis
korrigiert. In 1 ist ein derartiger Manipulator
mit dem Bezugszeichen 8' exemplarisch
dargestellt.
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Beispiele
für den
Einsatz von Manipulatoren finden sich im Stand der Technik insbesondere
in der
EP 0851304 A2 sowie
in der
JP 10142555 .
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Für den Fall,
dass sich die Anforderungen an die Projektionsbelichtungsanlage
im Laufe der Zeit ändern,
erweist sich die oben beschriebene Auslegung des Systems jedoch
als unzureichend. So ist bereits zum heutigen Zeitpunkt abzusehen,
dass sich der Schwerpunkt der Anwendungen bei vielen Halbleiterproduzenten
auf andere Produkte wie ursprünglich
geplant, beispielsweise auf die Herstellung von Flash-Speichern,
verlagert. Zur Steigerung der Auflösung wird bei derartigen Anwendungen
vorzugsweise eine Dipolbeleuchtung eingesetzt, die sich durch zwei
lokalisierte Pole in der Pupille auszeichnet. Am häufigsten
sind Dipole in x- oder in y-Richtung, wie in 2 exemplarisch
in den Teilfiguren 2a und 2b dargestellt.
Dabei zeigt 2a exemplarisch einen sogenannten
x-Dipol, während 2b einen y-Dipol
zeigt.
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Diese
zusätzliche
Symmetriebrechung in der Pupille führt insbesondere in pupillennahen
Linsen zu einer Linearkombination stark zwei- vier- sechs- und ggf.
noch höherwelliger
Temperaturverteilungen. Hinzu kommt, dass die Anwendungen zu immer
extremeren Dipolen mit immer kleineren Öffnungswinkeln (kleiner als
25°) und
immer kleineren Ringbreiten der Pole (bis zu Δσ ≈ 0,1) tendieren.
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Anders
als die feldnahen, durch den Scannerschlitz verursachten Effekte,
führt in
diesem Beispiel die Symmetriebrechung in der Pupille zu symmetriebrechenden
Lens-Heating (LH-)Effekten in den pupillennahen Linsen und verursacht
dort einen zusätzlichen
Astigmatismus-Offset, der beide Vorzeichen haben kann (je nach Orientierung
des Dipols oder der abzubildenden Strukturen). Gleichzeitig werden
(je nach Öffnungswinkel
des Dipols) auch konstante höherwellige
(z.B. 4-wellig, 6-wellig etc.) Bildfehler induziert.
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Wenn
nun – wie
in diesem Beispiel erörtert – ein (unidirektionaler)
Manipulator zur Kompensation zweiwelliger Störungen nur feldnah positioniert
ist und kein zusätzlicher
Manipulator in Pupillennähe existiert,
der eigentlich notwendig wäre,
um die zusätzlichen
dipolinduzierten Aberrationen (je nach Orientierung X und Y in beide
Richtungen) an geeigneter (pupillennaher) Position zu korrigieren,
führt dies zu
folgenden Problemen:
- – Der feldnahe Manipulator
kann zwar auch zu einem gewissen Teil den Astigmatismus-Offset des X-Dipols
mitkorrigieren. Allerdings wird dabei nun der Anamorphismus (unter
Umständen
beträchtlich) überkompensiert
und damit parasitär
durch den feldnahen Manipulator eingestellt. Auch andere parasitäre Bildfehler
reduzieren das Korrekturpotenzial des feldnahen Elements.
- – Im
Fall des Y-Dipols überkompensiert
der Lens-Heating induzierte Astigmatismusanteil aus der Pupille
den Astigmatismusanteil aus dem Feld. Insgesamt stellt sich Astigmatismus
mit einem Vorzeichen ein, der durch den unidirektionalen Manipulator
nicht korrigierbar ist. Aber selbst wenn der feldnahe Manipulator
bidirektional wäre, würde wieder
ein beträchtlicher
Anamorphismus (und andere Bildfehler) parasitär eingestellt werden.
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Nötig wäre also
in dem hier betrachteten Beispiel ein zusätzlicher Manipulator in Pupillennähe, der
die zweiwelligen (und ggf. auch höherwelligen) Störungen der
pupillennahen Linsen in beide Richtungen kompensieren kann. Eine
mögliche
Position eines derartigen Manipulators ist in 1 durch
den Manipulator mit dem Bezugszeichen 8'' angedeutet.
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Aus
den vorstehenden Beispielen wird deutlich, dass eine wichtige zukünftige Anforderung
für optische
Systeme und insbesondere für
Projektionsbelichtungsanlagen für
die Halbleiterlithographie darin besteht, die Flexibilität der Systeme
im Hinblick auf wechselnde Anforderungen zu erhöhen. Aus dem Stand der Technik,
beispielsweise aus der
WO 2005064404
A1 sind Konzepte bekannt, bei denen für sich selbst nicht manipulierbare
optische Korrekturelemente wechselbar in einem Projektionsobjektiv angeordnet
sind.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches System anzugeben,
das hinsichtlich der Anpassung an sich ändernde Systemanforderungen
eine erhöhte
Flexibilität
zeigt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Vorrichtungen mit den in Patentanspruch 1
und 31 beschriebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich
auf vorteilhafte Varianten und Ausführungsformen der Erfindung.
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Das
erfindungsgemäße optische
System wie beispielsweise eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie
zeigt mindestens einen Manipulator zur Reduzierung von Bildfeldern.
Dabei enthält
der Manipulator mindestens ein mittels mindestens eines Aktuators
manipulierbares optisches Element und ist in dem optischen System
wechselbar ausgebildet.
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Bei
dem Manipulator kann es sich um eine in der Grundfassung angeordnete
im wesentlichen planparallele Platte in der Nähe einer Pupille des Projektionsobjektivs
handeln, die mit Aktuatoren ausgestattet ist. Diese Maßnahme eröffnet die
Möglichkeit, eine
seit einiger Zeit im Einsatz befindliche Projektionsbelichtungsanlage
dahingehend nachzurüsten, dass
eine bislang verwendete, starre Platte durch eine Platte bzw. eine
Kombination von Platten mit Manipulatorfunktionalität ersetzt
wird. Darüber
gestattet es die vorgeschlagene Maßnahme, eine Platte mit Manipulatorfunktionalität durch
eine Platte bzw. eine Kombination von Platten zu ersetzen, die gegenüber der
erstgenannten eine erhöhte
bzw. von ihr verschiedene Funktionalität aufweist. Hierdurch wird
es möglich,
thermisch induzierte Störungen,
die aufgrund geänderter
Settings mit neuen Symmetrien erstmals auftreten, flexibel und aktiv
zu korrigieren.
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Eine
vorteilhafte Realisationsform der Erfindung sieht vor, dass der
Manipulator in einem Abstand von einer Pupille des Systems angeordnet
ist, der einem paraxialen Subaperturverhältnis von betragsmäßig kleiner
als 0,25, insbesondere betragsmäßig kleiner als
0,1, entspricht.
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Das
paraxiale Subaperturverhältnis
ist gegeben durch
wobei y
i die
paraxiale Randstrahlhöhe
und
y i die
paraxiale Hauptstrahlhöhe
ist. Eine Definition des paraxialen Randstrahls bzw. paraxialen
Hauptstrahls ist in „Fundamental
Optical Design" von
Michael J. Kidger, SPIE PRESS, Bellingham, Washington, USA gegeben,
welche durch Referenz hierin mit aufgenommen ist.
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Das
paraxiale Subaperturverhältnis
ist eine vorzeichenbehaftete Größe, die
ein Maß für die Feld- bzw.
Pupillennähe
einer Ebene im Strahlengang ist. Per Definition ist das Subaperturverhältnis auf
Werte zwischen –1
und 1 normiert, wobei beispielsweise jeder Feldebene ein paraxiales
Subaperturverhältnis von
+1 oder –1
und jeder Pupillenebene von 0 zugeordnet ist. Entsprechend bezeichnen
paraxiale Subaperturverhältnisse
von +1 oder –1
für die
vorliegende Anmeldung Feldebenen, während ein Subaperturverhältnis von
0 Pupillenebenen bestimmt. Feldnahe Ebenen weisen somit paraxiale
Subaperturverhältnisse
von +1 oder –1
auf, während
pupillennahe Ebenen ein Subaperturverhältnis im Bereich von 0 aufweisen.
Das Vorzeichen gibt die Stellung der Ebene vor oder hinter einer
Bezugsebene an. Zur Definition kann z.B. das Vorzeichen des Durchstoßpunktes
eines Komastrahls in der betreffenden Fläche herangezogen werden.
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Für die Realisation
des Manipulators sind insbesondere die folgenden Konzepte denkbar:
Deformierbares
optisches Element mit bidirektionaler astigmatischer Deformationsmöglichkeit
und/oder mit höherwelligen
Deformationsmöglichkeiten,
z.B. Vierwelligkeiten oder auch höheren Welligkeiten. Um den
von den Aktuatoren beanspruchten Bauraum zu reduzieren, könnten diese
beispielsweise als Piezoaktuatoren oder spezielle Piezo-Folien realisiert
werden. Ebenso können
die Aktuatoren als Piezoaktuatoren, Lorentzaktuatoren, thermische,
pneumatische oder hydraulische Aktuatoren ausgebildet sein.
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Thermische
Aufheizung bzw. Kühlung:
Im Bereich des Randes des optischen Elements erfolgt eine Kühlung bzw.
Beheizung, wodurch eine Temperaturverteilung geeigneter Welligkeit
in dem optischen Element induziert wird, welche die durch das Lens
Heating induzierten Effekte kompensiert. Die Kühlung bzw. Beheizung erfolgt
beispielsweise mittels am Rand des optischen Elementes angeordneter Peltierelemente
oder durch Kühlung
oder Heizung von Linsenbereichen über Konvektion durch einen gezielt
eingebrachten Luftstrom. Alternativ könnte das optische Element auch
ganzflächig
durch Laser-Lichtquellen geheizt werden. Dabei ist es vorteilhaft,
wenn zum Beheizen eine Wellenlänge
verwendet wird, die nicht der Betriebswellenlänge des optischen Systems entspricht
und bei der die Absorption des Materials des optischen Elementes
besonders groß ist.
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Dabei
können,
um das Laserlicht an die gewünschte
Position auf dem optischen Element zu bringen, in vorteilhafter
Weise Glasfasern als Lichtleiter verwendet werden.
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Die
thermische Aufheizung kann auch ganzflächig durch eine geeignete Anordnung
von Heizdrähten
inner- und außerhalb
des optisch genutzten Bereichs erfolgen. Die Heizdrähte und
Zuleitungen sind dabei so verteilt und dimensioniert, dass Beugungseffekte
und Abschattungen an dieser Struktur die Abbildungsqualität nur wenig
beeinflussen.
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Auch
eine Aufspaltung des Manipulators in zwei oder mehr Platten in Verbindung
mit einer Asphärisierung
jeweils zweier gegeneinander verdreh- verkipp-, oder verschiebbarer
Flächen
mit Asphären geeigneter
Welligkeit ist vorteilhaft. Dabei ist darauf zu achten, dass sich
in der „0-Stellung" der Anordnung die
optischen Effekte dieser Flächen
kompensieren und mit der absoluten und relativen Verdrehung die
Amplitude und die Orientierung einer kompensierenden Störung bestimmter
Welligkeit eingestellt werden kann. Um die Tauschfunktionalität bzgl. der
Korrektur von Lebensdauereffekten durch geeignete Asphärisierung
beizubehalten, ist es vorteilhaft, eine zusätzliche, nicht mitdrehende Platte
für die
Korrekturasphäre
vorzusehen. Mit anderen Worten zeigt der erfindungsgemäße Manipulator
zwei gegeneinander verdrehbare Platten sowie eine feststehende Korrekturasphäre.
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Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber dem Stand der Technik liegt dabei
darin, dass das optische System im Feld, also während des Einsatzes, an neue
Gegebenheiten und Anforderungen angepasst werden kann. Damit wird erreicht,
dass sich das kostspielige Austauschen des gesamten Systems für eine Nachrüstung bzw.
einen Upgrade oder auch im Falle eines Defektes erübrigt. Mit
geeigneten schnellen Wechselvorrichtungen ist sogar denkbar, für jede Anwendung
(d.h. für
jedes Setting), die auf einer Projektionsbelichtungsanlage läuft, das
Projektionsobjektiv jeweils mit dem entsprechend für das Setting
optimierten Manipulator auszurüsten.
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Nachfolgend
werden einige Varianten, Ausführungsformen
und Wirkungen der Erfindung anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Projektionsbelichtungsanlage nach dem Stand der Technik;
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2 zwei beispielhafte Varianten von Beleuchtungssettings;
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3 eine
erste Ausführungsform
eines Manipulators für
das erfindungsgemäße optische
System;
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4 mögliche Einbaupositionen
der erfindungsgemäßen Manipulatoren
in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie;
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5 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Alvarez-Elementes;
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6 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Alvarez-Elementes;
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7 eine
dritte Variante eines erfindungsgemäßen Alvarez- Elementes;
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8 eine
vierte Variante eines erfindungsgemäßen Alvarez-Elementes;
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9 einen
erfindungsgemäßen Manipulator
mit einer ringförmigen
Innenfassung;
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10 eine
Ausführungsform
eines Aktuators zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Manipulator;
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11 eine
mit Auflageelementen versehene Innenfassung nach dem Stand der Technik;
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12 ein
erfindungsgemäßes modulares Auflageelement;
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13 eine Veranschaulichung der Lagerung
einer Linse auf Auflageelementen bei unterschiedlichen Linsenradien;
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14 ein
in einer Innenfassung angeordnetes erfindungsgemäßes Auflageelement; und
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15 ein
in einer Innenfassung angeordnetes erfindungsgemäßes Auflagenelement mit einer Verstellmöglichkeit.
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Die 1 und 2 wurden bereits weiter oben beschrieben;
deshalb soll an dieser Stelle zu ihnen nichts ausgeführt werden. 3 zeigt
einen erfindungsgemäßen Manipulator 14,
der ein in einer Grundfassung 12 angeordnetes optisches
Element, im dargestellten Fall eine Linse 8, aufweist,
wobei die Linse 8 über
Aktuatoren 13 mit der Grundfassung 12 verbunden
ist. Die Aktuatoren 13 ermöglichen dabei Bewegungen der
Linse 8 in Richtung der optischen Achse und Verkippungen
um zwei zueinander und zu der optischen Achse orthogonalen Kippachsen
und insbesondere eine zweiwellige Deformation der Linse 8.
Selbstverständlich
sind – bei
einer entsprechenden Anzahl von Aktuatoren – auch höherwellige Deformationen der
Linse 8 denkbar. Ebenso können zusätzliche Auflageelemente (nicht
dargestellt) vorhanden sein, durch die die Linse 8 passiv,
also ohne Aktuatorfunktionalität,
an der Grundfassung 12 gehaltert wird. Der Manipulator 14 ist
dabei derart ausgebildet, dass er sich in einfacher Weise in ein
optisches System, beispielsweise in das Projektionsobjektiv einer
Projektionsbelichtungsanlage für
die Halbleiterlithographie einschieben und wieder entnehmen lässt. Der
Wechsel des Manipulators 14 kann dabei über seitliche Öffnungen
im Projektionsobjektiv erfolgen; dabei kann der Manipulator 14 über Führungsschienen
in das Projektionsobjektiv in einer im wesentlichen zur optischen
Achse orthogonalen Richtung eingeschoben werden. Aus 3 ist
ersichtlich, dass der Manipulator 14 eine geringe Bauhöhe zeigen
kann; insbesondere sind Bauhöhen
von < 20 mm, beispielsweise
von < 10 mm möglich.
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4 zeigt
mögliche
Einbaupositionen der erfindungsgemäßen Manipulatoren in einer
Projektionsbelichtungsanlage für
die Halbleiterlithographie. Dabei entspricht die in 4 dargestellte
Anlage weitgehend der in 1 dargestellten Projektionsbelichtungsanlage
nach dem Stand der Technik mit dem Unterschied, dass die in 4 dargestellte
Anlage die erfindungsgemäßen Manipulatoren 14, 14' und 14'' aufweist. Dabei handelt es sich
bei dem Manipulator 14' um
eine im Bereich einer (nicht näher
bezeichneten) Pupillenebene angeordnete im Wesentlichen planparallele
Platte oder ein anderes optisches Korrekturelement wie beispielsweise
eine Asphäre, während die
Manipulatoren 14 und 14'' feldnah
angeordnet sind und ebenfalls als im wesentlichen planparallele
Platten oder auch als weitere optische Korrekturelemente ausgebildet
sein können.
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Das
erfindungsgemäße Konzept
gestattet es dabei, durch entsprechende Auslegung des Manipulators 14 in
Zukunft auch Fehler zu adressieren, die nicht durch das Manipulatorkonzept
nach dem heutigen Stand der Technik korrigierbar sind, beispielsweise – neben
den 2-welligen und 4-welligen feldkonstanten Bildfehlern niedrigster
Ordnung (Z5 und Z17) – auch
entsprechende feldkonstante Bildfehler höherer Ordnung (2-wellig: Z12,
Z21, Z32....; 4-wellig: Z28, ....) oder aber auch feldkonstante
Aberrationen wie Z6, Z13, Z22, Z33, ... (2-wellig) und Z18, Z29,
...., die dann induziert werden können, wenn z.B. nicht nur X-
oder Y-Dipole, sondern
auch verdrehte Dipole verwendet werden.
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Darüber hinaus
ist es denkbar, dass auch die feldnahe oder intermediäre Anordnung
der Manipulatoren in speziellen Fällen die LH-Korrektur (speziell von
Feldverläufen
z. B. von Z2/3, Z7/8, Z10/11, Z14/15, Z19/20...) verbessern kann.
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Damit
gestattet die erfindungsgemäße Lösung insbesondere
die Korrektur von zeitabhängigen feldkonstanten
z. B. Z5-, Z6-, Z12-,
Z13- oder Z17, Z18-Feldverläufen
sowie von zeitabhängigen
anamorphotischen Z2-/Z3-Feldverläufen
oder von zeitabhängigen
linearen Z10/Z11 Feldverläufen
(im Vollfeld) in der Austrittspupille.
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Für die Auslegung
der Manipulatoren kann dabei insbesondere das nachfolgend beschriebene Verfahren
zur Anwendung kommen:
In mindestens einer Kalibriermessung
eines bestrahlten Lithographieobjektivs werden die zeitabhängigen anwendungsspezifischen
Aberrationen ermittelt. Nachfolgend wird in einem zweiten Schritt
für mindestens
einen tauschbaren Manipulator im Objektiv ein optimales Manipulator-Korrekturkonzept
bestimmt. In einem dritten Schritt wird der Manipulator für die betreffende
Position im Objektiv hergestellt und eingebaut.
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Eine
weitere vorteilhafte Möglichkeit
zur Verwendung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in
einem ersten Schritt die Beleuchtungswinkelverteilung sowie die
ungefähre
Reticlestruktur ermittelt wird und damit die anwendungsspezifische
Aberrationen des so bestrahlten Lithographieobjektivs für verschiedene
Zeiten simuliert werden. In einem zweiten Schritt wird für mindestens
einen Manipulator im Objektiv ein optimales Manipulator-Korrekturkonzept bestimmt
und in einem dritten Schritt wird der Manipulator für die betreffende
Position im Objektiv hergestellt und eingebaut.
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Dabei
ist das vorgestellte Konzept selbstverständlich nicht ausschließlich auf
die Korrektur von Lens Heating induzierten Aberrationen beschränkt; auch
die Korrektur von Aberrationen anderer Ursache ist mit dem beschriebenen
Konzept denkbar.
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5a zeigt
eine Variante der Erfindung, bei der ein erstes als Planplatte 8a ausgebildetes
optisches Element relativ zu einer zweiten Planplatte 8b positionierbar
angeordnet ist; auf die beiden nahe einer Pupille des optischen
Systems befindlichen Planplatten 8a und 8b ist
in der Weise eine asphärische Oberfläche aufgeprägt, deren
Form der Stammfunktion des zu korrigierenden Bildfehlers entspricht, dass
sich die Effekte der Wellenfrontdeformationen beider Planplatten 8a und 8b kompensieren.
Erst bei der Verschiebung der Planplatten zueinander entsteht eine
wirksame Wellenfrontdeformation in der Ableitung der aufgeprägten asphärischen
Oberfläche – also dem
zu kompensierenden Bildfehler. Eine derartige Anordnung wird üblicherweise
als Alvarez-Element bezeichnet. Die Verschiebung, Verdrehung bzw.
Verkippung der Planplatten 8a und 8b gegeneinander
wird dabei über
die Aktuatoren 13b erzielt. Im gezeigten Beispiel sind
die Klemmen 15 für
eine Klemmung der Planplatten zur Fixierung vorzugsweise in einer
statisch bestimmten Lagerung in Richtung der optischen Achse vorgesehen,
wobei die Aktuatoren 13b eine Verschiebung sowohl in Richtung
der optischen Achse als auch im wesentlichen orthogonal zu der optischen
Achse realisieren können.
Die entsprechenden Richtungen sind in 6 durch Pfeile
angedeutet.
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Selbstverständlich ist
es auch denkbar, den Manipulator (14) als ganzes in Richtung
der optischen Achse oder orthogonal zu der optischen Achse positionierbar
auszulegen.
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Jeweils
eine der beiden Planplatten 8a oder 8b kann dabei über nicht
dargestellte seitliche Öffnungen
des ebenfalls nicht dargestellten optischen Systems aus diesem entnommen
bzw. in dieses eingeführt
werden.
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Die
Richtung, in der die Planplatten 8a bzw. 8b oder
auch der gesamte Manipulator 14 bei einem Wechsel aus dem
optischen System entnommen werden kann, ist in 5 wie
auch in den nachfolgenden 6 bis 8 durch
den Pfeil 17 angedeutet.
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Für jede der
Planplatten 8a und 8b sind die Klemmen 15 vorgesehen.
Darüber
hinaus kann ein nicht dargestelltes erstes Referenzierungssystem
zur Bestimmung der Position der ersten Planplatte 8a relativ
zum optischen System und ein ebenfalls nicht dargestelltes zweites
Referenzierungssystem zur Bestimmung der Position der ersten Planplatte 8a relativ
zu der zweiten Planplatte 8b vorgesehen sein. Das erste
Referenzierungssystem kann in einer vorteilhaften Ausführung durch
mechanische Referenzen an der Planplatte 8a bzw. 8b bzw.
deren Fassung und an der Klemme 15 ausgebildet sein. Das
zweite Referenzierungssystem kann in einer weiteren vorteilhaften
Ausführung
eine Bildfehlermessung des optischen Gesamtsystems vornehmen. Weiterhin sind
für das
zweite Referenzierungssystem optisch, elektrisch oder magnetisch
antastbare Referenzmarken an den Planplatten 8a bzw. 8b selbst
denkbar.
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Die
beschriebenen Referenzierungssysteme können dabei von einer Regelung
derart genutzt werden, dass die Planplatten 8a und 8b gezielt
relativ zueinander bewegt werden können.
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Aus
dem 5b, der eine Draufsicht auf die in 5a gezeigte
Anordnung darstellt, wird deutlich, dass die Anordnung für beide
Planplatten 8a bzw. 8b jeweils drei Aktuatoren 13b aufweist,
die jeweils in einem Winkelabstand von ca. 120° angeordnet sind. Dabei sind
die Aktuatoren 13b der ersten Planplatte 8a gegenüber den
Aktuatoren 13b der zweiten Planplatte (nicht sichtbar)
in der Weise verdreht angeordnet, dass sich die in Richtung der
optischen Achse des optischen Systems projizierten Dimensionen der Aktuatoren 13b nicht überlappen.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der erfindungsgemäße Manipulator
nur einen geringen Bauraum im optischen System einnimmt, da sich
die Aktuatoren 13b verschachtelt anordnen lassen.
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6 zeigt in ihren 6a und 6b,
der eine Draufsicht auf die in 6a gezeigte
Anordnung darstellt, eine weitere Variante der Erfindung, bei der die
Tatsache ausgenutzt wird, dass nicht immer jede der Planplatten 8a, 8b in
allen sechs Bewegungsfreiheitsgraden bewegt werden muss. In 6 ist dargestellt, dass die zweite Planplatte 8b auf
einer ringförmigen
Vorrichtung 16 zur Verstellung der Position in der lateralen
Ebene senkrecht zur optischen Achse mittels der Aktuatoren 13c angeordnet
ist. Die Planplatten 8b/8a sind dabei zusätzlich mit
den Klemmen 15 versehen, die eine Klemmung der Plan platten 8a/8b ermöglichen.
Die erste Planplatte 8a kann mittels der ihr zugeordneten
Aktuatoren 13b in Richtung der optischen Achse bewegt werden.
Dies führt
dazu, dass eine relative Bewegung der Planplatten 8a, 8b zueinander
und zum restlichen optischen System in den fünf wesentlichen Freiheitsgraden
(x, y, z, Rx und Ry) möglich
ist.
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In 7 ist
der Fall dargestellt, dass die Aktuatorik des Manipulators 14 zusammen
mit dem Manipulator 14 selbst wechselbar ausgebildet ist.
Dabei wird eine Relativbewegung der beiden Planplatten zueinander über die
mit den Fassungen 30a und 30b der Planplatten 8a und 8b verbundenen
Aktuatoren 13d ermöglicht;
die Bewegung des Manipulators 14 als Ganzes im optischen
System wird über
die Aktuatoren 13b gewährleistet,
an denen die Fassung 30b der Planplatte 8b durch
die Klemmen 15 fixiert ist. Die Position der beiden Planplatten 8a und 8b zueinander
kann mittels eines nicht dargestellten Referenzierungssystems bestimmt
werden. Ein weiteres, ebenfalls nicht dargestelltes Referenzierungssystem ist
an dem wechselbaren Manipulator selbst in der Weise angeordnet,
dass die Positionierung des Manipulators über einen auf Aktuatoren angeordneten Fixierungsmechanismus
insgesamt zum optischen System vorgenommen und bestimmt werden kann. Die
Planplatte 8b könnte
zudem noch eine Aktuatorik für
6 Freiheitsgrade besitzen, die die Platte in der Fassung 30b bewegen.
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Eine
weitere in 8 dargestellte Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, dass bei einem Austausch des Manipulators 14 die
Klemmen 15 und die Aktuatoren 13b im optischen
System verbleiben, wobei die optischen Elemente des Manipulators durch
die Klemmen 15 und Aktuatoren 13b in ihren Fassungen 30a und 30b gehalten
und durch ein Bewegungsführungssystem 18 miteinander
verbunden sind. Diese Vereinfachung ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn nur zwei Freiheitsgrade für
die relative Verschiebung der beiden Planplatten 8a und 8b zueinander
erforderlich sind. In der in 8 dargestellten
Variante ist der Manipulator 14 mit einem Bewegungsführungssystem 18 versehen,
das die möglichen
Bewegungen der beiden Planplatten 8a und 8b zueinander
festlegt. Darüber
hinaus ist der Manipulator 14 ausschließlich durch die mechanischen
Referenzen innerhalb des optischen Systems fixiert; bei einem Wechsel
des Manipulators 14 verbleiben die Klemmen 15 und
die Aktuatoren 13b im optischen System.
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Insbesondere
bei dünnen
optischen Elementen ist es vorteilhaft, die Asphäre zur Erzeugung der Lens-Heating-Kompensation
mit einer Kompensation von Eigengewichtseffekten am optischen Element selbst
zu überlagern.
Diese grundsätzliche
Möglichkeit
der Überlagerung
von Asphärisierungen
erlaubt es außerdem,
weitere Kompensationen von Bildfehlern mit anderen Ursachen durchzuführen. Zum
Beispiel können
Drifteffekte oder Schädigungen
des optischen Materials jedes beliebigen optischen Elements im übergeordneten
System durch Laserbestrahlung parallel kompensiert werden.
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Verfügt das optische
System über
mehr als eine Pupille, ist es nicht zwingend notwendig, dass die
beiden mit der Asphäre
versehenen Planplatten nahe einer Pupille liegen, vielmehr können sie
in einer weiteren Ausführung
der Erfindung auch auf verschiedene Pupillenebenen verteilt angeordnet
sein.
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Um
eine schnelle Fehlerkorrektur zu erreichen, kann die notwendige
Positionsveränderung
der ersten Planplatte 8a relativ zu der zweiten Planplatte 8b für die erforderliche
Bildfehlerkorrektur vorab anhand eines Modells bestimmt werden;
die entsprechenden Parameter können
nachfolgend in einem Regelungssystem gespeichert und abgerufen werden.
Das Regelungssystem kann dabei ein Bestandteil des Referenzierungssystems
sein.
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Die
Verwendung von nicht rotationssymmetrischen Grundfassungen zur Lagerung
des optischen Elementes in dem Manipulator führt zu der nachfolgend geschilderten
Problematik: Wenn die Aktuatoren bei einem Verstellvorgang der Linse
Kräfte
auf diese ausüben,
so werden umgekehrt auch Kräfte
auf die Grundfassung ausgeübt
bzw. in diese eingeleitet. Diese Kräfte führen zu einer Verformung der
Grundfassung. Eine Schwierigkeit kann nun dabei auftauchen, dass
sich die Grundfassung nicht aufgrund ihrer Geometrie nicht in rotationssymmetrischer
Weise verformt, was wiederum zu einer Verschlechterung der Kontrollierbarkeit
der Verformung des optischen Elementes führt.
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9 zeigt
eine Variante der Erfindung, bei der dieser Prob lematik Rechnung
getragen wird. In 10 ist ein Manipulator 14 dargestellt,
der neben der Grundfassung 12 und dem als Linse 8 ausgebildeten
optischen Element noch eine Innenfassung 20 aufweist, in
der die Linse 8 über
vier in einem Winkelabstand von 90° angeordneten Aktuatoren 13 und die
ebenfalls in einem Winkelabstand von 90° angeordneten Auflageelementen 23 angeordnet
ist. Die Innenfassung 20 ist dabei bezüglich einer optischen Achse
des optischen Systems rotationssymmetrisch ausgebildet. Hieraus
ergibt sich der Vorteil, dass sich in dem Fall, in dem über die
Aktuatoren 13 Kräfte
in die Linse 8 eingeleitet werden, die Innenfassung 20 aufgrund
ihrer rotationssymmetrischen Geometrie als Reaktion auf die wirkenden
Kräfte
ebenfalls rotationssymmetrisch verformt, sodass die resultierende Deformation
und – im
Falle einer Ausbildung der Auflageelemente 23 als zusätzliche
Aktuatoren – Kippung
der Linse 8 besser kontrollierbar ist. Die Innenfassung 20 ist
an den vier Verbindungspunkten 21 mit der Grundfassung 12 verbunden; über diese
Verbindungspunkte 21 werden jedoch keine oder nur geringe
Kräfte
in die Grundfassung 12 eingeleitet. Denkbar wäre auch
eine Realisierung mit nur drei Verbindungspunkten 21 oder
eine um 45° versetzte
Anordnung, so dass sich die Verbindungspunkte 21 an denselben
Winkelpositionen wie die Aktuatoren 13 befänden. Eine
weitere Variante der Erfindung besteht darin, dass die Innenfassung 20 mit
der Grundfassung 12 über
mindestens drei als elastische Gelenke ausgebildete Verbindungspunkte 21 verbunden
ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen optischen
Systems handelt es sich bei dem Aktuator um einen mit einem Fluid
beaufschlagbaren Balg, der in der Weise über eine Zuleitung mit der
Grundfassung verbunden ist, dass die Zuleitung in den Balg mündet, ohne
in direktem mechanischem Kontakt mit der Innenfassung zu stehen. Anhand 10 wird
die angesprochene Variante im folgenden näher erläutert:
10 zeigt
eine Anordnung aus Grundfassung 12, als Balg ausgebildetem
Aktuator 13, Zuleitung 22 und Innenfassung 20.
Die Besonderheit der dargestellten Variante besteht dabei darin,
dass sich der Balg 13 in die beiden Balgteile 13a und 13b aufteilt,
die in einer u-förmigen
Ausnehmung der Innenfassung 20 angeordnet sind; dabei mündet die
aus der Grundfassung 12 aus tretende Zuleitung 22 direkt
in den Balg 13 im Bereich zwischen den beiden Balgteilen 13a und 13b.
Dadurch, dass die Zuleitung 22 mit der Innenfassung 20 lediglich über die
beiden Balgteile 13a und 13b in Verbindung steht,
wird eine wirksame Entkopplung der Zuleitung 22 von der
Innenfassung 20 erreicht. Nimmt man beispielsweise eine
ausreichend geringe Steifigkeit des Balgs 13 an, so wird durch
Bewegungen der Innenfassung 20 keine bzw. nur eine geringe
Kraft auf die Zuleitung 22 und damit auf die Grundfassung 12 übertragen.
Dies rührt
daher, dass sich im Fall einer Bewegung der Innenfassung 20 der
u-förmige
Teil der Innenfassung 20 relativ zu der Zuleitung 22 bewegen
kann, da – wie
bereits erwähnt – durch
den vergleichsweise weichen Balg 13 keine Kraft auf die
Zuleitung 22 und damit auf die Grundfassung 12 übertragen
wird.
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In
den 11 bis 14 ist
eine Variante zur Realisation von Auflageelementen dargestellt, mit
denen das optische Element 8 insbesondere in der Innenfassung 20 befestigt
werden kann, bei denen die Auflageelemente 23 als modulare
Elemente ausgebildet sind. Nach dem in 12 dargestellten Stand
der Technik werden optische Elemente in Innenfassungen 20 mit
Auflageelementen 23 gefasst, wobei die Auflageelemente 23 einstückig mit
der Innenfassung 20 verbunden sind. Dabei wird zunächst eine
Drehkontur des Auflageelementquerschnitts durch einen Drehprozess
hergestellt und danach werden die Auflageelemente 23 durch
einen Erodierprozess hergestellt bzw. vereinzelt. Diese Vorgehensweise
hat jedoch den Nachteil, dass die geometrischen Gestaltungsmöglichkeiten
durch das Drehverfahren und das Erodierverfahren beschränkt sind, weil
die Bearbeitung in diesem Fall nur in wenigen Freiheitsgraden möglich ist.
Für optische
Elemente 8, die mit wenigen, insbesondere weniger als sieben Auflageelementen 23 an
ihrem jeweiligen Fassungsteil befestigt sind, bietet es sich an,
die Auflageelemente 23 nicht einstückig mit der Innenfassung 20 zu fertigen,
sondern als Einzelteile herzustellen. Diese Vorgehensweise birgt
den Vorteil, dass sich die Freiheitsgrade in der geometrischen Gestaltung
der Auflageelemente 23 erhöhen, da die Bearbeitung aus
einer Vielzahl von Richtungen erfolgen kann.
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12 zeigt
ein modular gefertigtes Auflageelement 23; deutlich erkennbar
ist, dass das Auflageelement 23 aus einer Viel zahl von
Richtungen bearbeitet werden kann.
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13 zeigt die Verhältnisse im Bereich der Auflage
eines in diesem Fall als Linse 8 ausgebildeten optischen
Elementes auf dem Auflageelement 23. Für den in 13a dargestellten Fall, dass die Linse 8 einen
großen
Krümmungsradius
auf der der Auflagefläche 24 zugewandten
Seite aufweist, sind die Anforderungen an die Präzision und die Fertigungstoleranz
der Auflagefläche 24 gering,
da bei den genannten großen
Winkeln eine Positionsveränderung
der Linse 8 in Richtung der optischen Achse unwahrscheinlich
ist. Mit kleiner werdenden Radien der entsprechenden Oberfläche ändern sich
die Verhältnisse,
wie in 13b dargestellt:
Zwischen
der optischen Achse 25 und der Tangenten 26 an
der Oberfläche
der Linse 8 im Bereich der Auflage entsteht ein kleinerer
Winkel, sodass sich die Formtoleranz, die für eine sichere Auflage der
Linse 8 auf der Auflagefläche 24 erforderlich
ist, verringert. Die für
diesen Fall notwendigen zu erreichenden Toleranzen lassen sich mit
dem konventionellen Verfahren des Drehens und nachfolgenden Erodierens
nur sehr aufwändig
realisieren, darüber
hinaus ist eine erhöhte
Fehleranfälligkeit
gegeben. Die erforderliche geringe Toleranz lässt sich nun vorteilhaft dadurch
erreichen, dass die Fassung zunächst
ohne Auflageelement 23, jedoch mit sehr genauen Auflageflächen für die modularen
Auflageelemente 23 gefertigt wird. Die modularen Auflageelemente 23 werden
nachfolgend jeweils einzeln für
den Anwendungsfall der Innenfassung 20 hergestellt. Auf
diese Weise wird es möglich,
die modularen Auflageelemente 23 wesentlich genauer als
im Fall von einstückig
mit der Innenfassung 20 ausgebildeten Auflageelemente 23 zu realisieren.
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14 zeigt
das an einer Innenfassung 20 über die Passeflächen 27 und 28 angeordnete,
modular gefertigte Auflageelemente 23. Hieraus wird deutlich,
dass für
eine exakte Positionierung eines optischen Elementes 8 in
der Innenfassung 20 über die
Auflageelemente 23 hohe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen
insbesondere auch der beiden Passeflächen 27 und 28 zu
stellen sind. Aufgrund der modularen Herstellungsweise der Auflageelemente 23 und
der Innenfassung 20 sind diese Toleranzen jedoch wesentlich
leichter einzuhalten als die Toleranzen, die im Falle einer einstückigen Realisationsform einzuhalten
wären.
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Zusätzlich besteht
die in 15 dargestellte Möglichkeit,
die Auflageelemente 23 in der Weise zu realisieren, dass
ein Aktuator 13 in dieses integriert werden kann. Durch
diese Maßnahme
wird die vorne beschriebene Funktionalität eines Verbiegens des optischen
Elementes ermöglicht.
