DE102010018224A1

DE102010018224A1 - Optisches Modul mit einem verstellbaren optischen Element

Info

Publication number: DE102010018224A1
Application number: DE102010018224A
Authority: DE
Inventors: Ivan Ivanov; Dipl.-Ing. Mbarek Taoufik; Dr.-Ing. Hüsing Mathias; Prof. Corves Burkhard
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2012-02-16
Also published as: JP6008468B2; KR20110118579A; KR101808860B1; US20110261341A1; US10274845B2; JP2011232751A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem optischen Element und einer Stützeinheit, wobei das optische Element wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert. Die Stützeinheit weist zum Abstützen des optischen Elements eine Mehrzahl von mehr als drei Stützelementen auf, wobei jedes der Stützelemente im Bereich eines ersten Endes mit dem optischen Element verbunden ist und im Bereich eines zweiten Endes mit einer Stützstruktur verbunden ist. Die Stützeinheit ist derart ausgebildet, dass der Rotationsfreiheitsgrad des optischen Elements um die Rotationssymmetrieachse gesperrt ist, während die Position oder Orientierung des optischen Elements in den übrigen fünf Freiheitsgraden im Raum über die Stützeinheit verstellbar ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul, eine optische Abbildungseinrichtung und ein Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, welche sich insbesondere für die Anwendung in der Mikrolithographie eignen. Die Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit der beliebigen optischen Abbildungsverfahren einsetzen. Insbesondere lässt sie sich im Zusammenhang mit der Herstellung und/oder Inspektion mikroelektronischer Schaltkreise einsetzen.
Insbesondere im Bereich der Mikrolithographie ist es neben der Verwendung mit möglichst hoher Präzision ausgeführter Komponenten unter anderem erforderlich, die Komponenten der Abbildungseinrichtung, also beispielsweise die optischen Elemente (Linsen, Spiegel etc.), die Maske mit dem abzubildenden Projektionsmuster und das zu belichtende Substrat, möglichst exakt zueinander zu positionieren, um eine entsprechend hohe Abbildungsqualität zu erzielen. Die hohen Genauigkeitsanforderungen, die im mikroskopischen Bereich in der Größenordnung weniger Nanometer oder darunter liegen, sind dabei nicht zuletzt eine Folge des ständigen Bedarfs, die Auflösung der bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise verwendeten optischen Systeme zu erhöhen, um die Miniaturisierung der herzustellenden mikroelektronischen Schaltkreise voranzutreiben.
Mit der erhöhten Auflösung und der damit in der Regel einhergehenden Verringerung der Wellenlänge des verwendeten Lichts steigen also naturgemäß die Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung und Orientierung der verwendeten Komponenten. Dies wirkt sich insbesondere für die in der Mikrolithographie verwendeten geringen Arbeitswellenlängen im UV-Bereich (beispielsweise im Bereich von 193 nm), insbesondere aber im so genannten extremen UV-Bereich (EUV) zwischen 5 nm und 20 nm (typischerweise im Bereich von 13 nm), natürlich auf den Aufwand aus, der für die Einhaltung der hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung und/oder Orientierung der beteiligten Komponenten zu betreiben ist.
Für die Positionierung und/oder Orientierung der bei der Abbildung verwendeten optischen Elemente werden insbesondere in der Mikrolithographie in der Regel zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt. So werden hierfür zum einen so genannte Parallelkinematiken, typischerweise in Form so genannter Hexapoden eingesetzt, bei denen sechs unabhängig voneinander verstellbare Stützelemente das optische Element typischerweise in allen sechs Freiheitsgraden im Raum positionieren und orientieren können. Die Stützelemente sperren in der Regel jeweils genau einen Freiheitsgrad (nämlich den Translationsfreiheitsgrad in Richtung der Längsachse des betreffenden Stützelements), sodass eine statisch bestimmte Abstützung des optischen Elements erreicht wird. Die kinematisch parallele Anordnung der Stützelemente bringt den Vorteil einer vergleichsweise einfachen Ansteuerung mit sich, da für alle Stützelemente in einfacher Weise dasselbe lokale Bezugssystem verwendet werden kann, sodass sich eine Verstellung eines der Stützelemente nicht auf das lokale Bezugssystem eines der anderen Stützelemente auswirkt. Derartige Hexapoden sind beispielsweise aus der US 2002/0163741 A1 (Shibazaki) bekannt (deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird).
Mit solchen Hexapoden ist es zwar möglich, eine nahezu beliebige Positionierung und Orientierung des optischen Elements im Verfügung stehenden Raum zu erzielen. Sie weisen jedoch den Nachteil auf, dass Sie vergleichsweise aufwändig gestaltet sind. Insbesondere ist für jedes der sechs Stützelemente eine separate, gesondert anzusteuernde Aktuatoreinheit erforderlich, wodurch sich nicht zuletzt die Integration der Aktuatorik bei dem in der Regel vergleichsweise geringen zur Verfügung stehenden Bauraum schwierig gestaltet.
Ein anderes, insbesondere in der Mikrolithographie verwendetes Konzept der Positionierung und/Orientierung optischer Elemente erfolgt über so genannte Tripoden, bei denen das optische Element über drei verstellbare Stützelemente auf einer Stützstruktur abgestützt ist. Jedes Stützelement sperrt jeweils genau zwei Freiheitsgrade, sodass auch hier eine statisch bestimmte Abstützung des optischen Elements erreicht wird. Ein derartiges Tripod ist beispielsweise aus der genannten US 2002/0163741 A1 (Shibazaki) sowie aus der WO 2005/101131 A1 (Kugler et al.) bekannt (deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen wird).
Diese Tripoden haben zwar den Vorteil, dass sie wegen der geringeren Anzahl von Stützelementen weniger Bauraum beanspruchen. Grundsätzlich ist mit ihnen auch eine in gewissen Grenzen beliebige Verstellung der Lage und/oder Orientierung des optischen Elements im Raum möglich. Allerdings muss hierfür gegebenenfalls eine serielle Kinematik realisiert werden, sodass sich wegen der wechselseitigen Abhängigkeit der Stellbewegungen die Ansteuerung verkompliziert. In den vergleichsweise wenigen Stützstellen des optischen Elements kann insbesondere bei großen und schweren optischen Elementen aber auch ein weiterer Nachteil dieser Tripoden liegen, da hierdurch Effekte einer eigengewichtsbedingten Deformation des optischen Elements (beispielsweise die so genannte dreiwellige Deformation) stärker zum Tragen kommen können.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein optisches Modul, eine optische Abbildungseinrichtung und ein Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements zur Verfügung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen und insbesondere auf vereinfachte Weise eine präzise Positionierung und/oder Orientierung des optischen Elements im Raum ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass man für bestimmte Anwendungen, bei denen der optisch genutzte Bereich des optischen Elements eine Rotationssymmetrieachse definiert, die Komplexität der Stützeinrichtung reduziert werden kann, indem auf eine Verstellmöglichkeit der Winkellage des optischen Elements um diese Rotationssymmetrieachse des optisch genutzten Bereichs verzichtet wird. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich aufgrund der Rotationssymmetrie des optisch genutzten Bereiches gegebenenfalls ohnehin kein nennenswerter Nutzwert aus einer Verstellung der Winkellage resultiert bzw. Abbildungsfehler, die aus einer Abweichung von der Rotationssymmetrie des optisch genutzten Bereiches herrühren, durch geeignete, hinlänglich bekannte Maßnahmen an anderer Stelle im optischen System einfacher korrigiert werden können, sodass sich die Notwendigkeit einer Einstellung der Winkellage des optischen Elements um die Rotationssymmetrieachse erübrigt. Hiermit ist es zum einen möglich, auf ein Stützelement sowie die zugehörige Aktuatorik zu verzichten, wodurch die Komplexität der Stützeinrichtung reduziert wird. Zudem ist es hiermit möglich, eine Parallelkinematik mit ihren Vorteilen hinsichtlich der Ansteuerung bzw. Einstellung der Position und/oder Orientierung des optischen Elements zu realisieren.
Insbesondere ist es möglich, eine vereinfachte Parallelkinematik zu realisieren, die nach Art eines Pentapods mit fünf Stützelementen gestaltet ist, sodass gegenüber den bekannten Hexapoden eine hinsichtlich des Aufwands und der Struktur vereinfachte Gestaltung realisiert werden kann, während gegenüber den bekannten Tripoden auf einfachere Weise eine gleichmäßige Abstützung realisierbar ist. Hierbei können Stützeinrichtungen mit jeweils einzelnen, mithin also als Monopoden gestalteten Stützelementen realisiert werden. Ebenso ist es natürlich möglich, einzelne Stützelemente zu einem oder mehreren Bipoden zu gruppieren.
Die Sperrung des Rotationsfreiheitsgrades um die Rotationssymmetrieachse des optisch genutzten Bereichs kann in einfacher Weise über wenigstens eines der Stützelemente realisiert werden. Bevorzugt ist hierzu vorgesehen, dass wenigstens eines der Stützelemente einen Rotationsfreiheitsgrad um eine Rotationsachse sperrt, die zumindest eine Richtungskomponente parallel zu der Rotationssymmetrieachse aufweist.
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein optisches Modul, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem optischen Element und einer Stützeinheit, wobei das optische Element wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert. Die Stützeinheit weist zum Abstützen des optischen Elements mehr als drei Stützelemente auf, wobei jedes der Stützelemente im Bereich eines ersten Endes mit dem optischen Element verbunden ist und im Bereich eines zweiten Endes mit einer Stützstruktur verbunden ist. Wenigstens ein Stützelement sperrt genau einen ersten Freiheitsgrad, wobei der erste Freiheitsgrad ein Rotationsfreiheitsgrad um eine Rotationsachse ist und die Rotationsachse derart ausgerichtet ist, dass sie zumindest eine Richtungskomponente parallel zu der Rotationssymmetrieachse aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe, einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer Maske mit einem Projektionsmuster, einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe und einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats, wobei die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters ausgebildet ist und die Projektionseinrichtung zur Projektion des Projektionsmusters auf das Substrat ausgebildet ist. Die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung umfasst ein erfindungsgemäßes optisches Modul.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem das optische Element, das wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert, über mehr als drei Stützelemente einer Stützeinheit auf einer Stützstruktur abgestützt wird. Über wenigstens ein Stützelement wird genau ein erster Freiheitsgrad gesperrt, wobei der erste Freiheitsgrad ein Rotationsfreiheitsgrad um eine Rotationsachse ist und die Rotationsachse derart ausgerichtet wird, dass sie zumindest eine Richtungskomponente parallel zu der Rotationssymmetrieachse aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Modul, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem optischen Element und einer Stützeinheit, wobei die Stützeinheit zum Abstützen des optischen Elements eine Mehrzahl von Stützelementen aufweist. Jedes der Stützelemente ist im Bereich eines ersten Endes mit dem optischen Element verbunden und im Bereich eines zweiten Endes mit einer Stützstruktur verbunden, wobei wenigstens ein Stützelement genau einen Freiheitsgrad sperrt. Die Stützeinheit ist nach Art eines Pentapods mit genau fünf Stützelementen ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe, einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer Maske mit einem Projektionsmuster, einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe und einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats, wobei die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters ausgebildet ist und die Projektionseinrichtung zur Projektion des Projektionsmusters auf das Substrat ausgebildet ist. Die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung umfasst ein erfindungsgemäßes optisches Modul.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem das optische Element über eine Mehrzahl von Stützelementen einer Stützeinheit auf einer Stützstruktur abgestützt wird, wobei durch wenigstens ein Stützelement genau ein Freiheitsgrad gesperrt wird. Die Stützeinheit ist nach Art eines Pentapods mit genau fünf Stützelementen ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Modul, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem optischen Element und einer Stützeinheit, wobei das optische Element wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert. Die Stützeinheit weist zum Abstützen des optischen Elements mehr als drei Stützelemente auf, wobei jedes der Stützelemente im Bereich eines ersten Endes mit dem optischen Element verbunden ist und im Bereich eines zweiten Endes mit einer Stützstruktur verbunden ist. Die Stützeinheit ist derart ausgebildet, dass der Rotationsfreiheitsgrad des optischen Elements um die Rotationssymmetrieachse gesperrt ist, während die Position oder Orientierung des optischen Elements in den übrigen fünf Freiheitsgraden im Raum über die Stützeinheit verstellbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe, einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer Maske mit einem Projektionsmuster, einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe und einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats, wobei die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters ausgebildet ist und die Projektionseinrichtung zur Projektion des Projektionsmusters auf das Substrat ausgebildet ist. Die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung umfasst ein erfindungsgemäßes optisches Modul.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung schließlich ein Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem das optische Element, das wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert, über mehr als drei Stützelemente einer Stützeinheit auf einer Stützstruktur abgestützt wird. Die Stützeinheit sperrt den Rotationsfreiheitsgrad des optischen Elements um die Rotationssymmetrieachse, während die Position oder Orientierung des optischen Elements in den übrigen fünf Freiheitsgraden im Raum über die Stützeinheit verstellbar ist.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen bzw. der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung, die ein erfindungsgemäßes optisches Modul umfasst und mit der sich eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abstützen eines optischen Elements durchführen lässt;
2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls aus 1 (entlang Linie II-II aus 3);
3 ist eine schematische Draufsicht auf das optische Modul aus 2 (entlang Linie III-III aus 2);
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Stützelements im Bereich des Details IV aus 3;
5 ist ein mechanisches Ersatzschaltbild des Stützelements aus 4;
6 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abstützen eines optischen Elements, welches sich mit der optischen Abbildungseinrichtung aus 1 durchführen lässt;
7 ist ein mechanisches Ersatzschaltbild eines Stützelements einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls;
8 ist ein mechanisches Ersatzschaltbild eines Stützelements einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls;
9 ist ein mechanisches Ersatzschaltbild eines Stützelements einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls;
10 ist ein mechanisches Ersatzschaltbild eines Stützelements einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls;
11 ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls;
12 ist ein mechanisches Ersatzschaltbild eines Stützelements des optischen Moduls aus 11.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung für die Mikrolithographie beschrieben, bei der eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls zum Einsatz kommt. Hierbei wird zur Vereinfachung der nachfolgenden Beschreibung ein xyz-Koordinatensystem eingeführt, in welchem die z-Richtung die Vertikalrichtung bezeichnet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine beliebige andere Ausrichtung der Komponenten der Abbildungseinrichtung im Raum vorgesehen sein kann.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Abbildungseinrichtung in Form einer Mikrolithographieeinrichtung 101, die mit Licht im EUV-Bereich mit einer Wellenlänge von 5 nm bis 20 nm, im vorliegenden Beispiel etwa 13 nm, arbeitet.
Die Mikrolithographieeinrichtung 101 umfasst ein Beleuchtungssystem 102, eine Maskeneinrichtung 103, ein optisches Projektionssystem in Form eines Objektivs 104 und eine Substrateinrichtung 105. Das Beleuchtungssystem 102 beleuchtet (über eine nicht dargestellte Lichtleiteinrichtung) eine Maske 103.1, die auf einem Maskentisch 103.2 der Maskeneinrichtung 103 angeordnet ist, mit einem (in diesem Bereich nicht näher dargestellten) Projektionslichtbündel 106. Hierzu umfasst das Beleuchtungssystem 102 neben einer (nicht dargestellten) Lichtquelle eine (nur stark schematisiert dargestellte) erste optische Elementgruppe 107 mit einer Mehrzahl erster optischer Elemente.
Auf der Maske 103.1 befindet sich ein Projektionsmuster, welches mit dem Projektionslichtbündel 106 über die im Objektiv 104 angeordneten optischen Elemente einer zweiten optischen Elementgruppe 108 auf ein Substrat in Form eines Wafers 105.1 projiziert wird, der auf einem Wafertisch 105.2 der Substrateinrichtung 105 angeordnet ist.
Wegen der Arbeitswellenlänge von 13 nm handelt es sich bei sämtlichen in der Abbildungseinrichtung 101 verwendeten optischen Elementen um reflektive optische Elemente. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung, die mit Licht in anderen Wellenlängenbereichen arbeiten, alleine oder beliebiger Kombination refraktive, reflektive und/oder diffraktive optische Elemente zur Anwendung kommen können.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls 109, welches das in Form eines Spiegels 108.1 gestaltete zweite optische Element der zweiten optischen Elementgruppe 108 umfasst. Der Spiegel 108.1 weist eine im Betrieb der Abbildungseinrichtung 101 (zur Projektion des Projektionsmusters auf den Wafer 105.1) optisch genutzte optische Fläche 108.2 auf, die eine Rotationssymmetrieachse 108.3 definiert. Weiterhin definiert der Spiegel 108.1 eine Umfangsrichtung U, die in einer zu der Rotationssymmetrieachse 108.3 quer (insbesondere senkrecht) verlaufenden Ebene liegt.
Bei dem Spiegel 108.1 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um den dem Wafer 105.1 räumlich am nächsten liegenden Spiegel der zweiten optischen Elementgruppe 108. Es versteht sich jedoch, dass das erfindungsgemäße optische Modul bei anderen Varianten der Erfindung auch einen Spiegel umfassen kann, der an einer beliebigen anderen Stelle im Pfad des Projektionslichtbündels angeordnet ist. Insbesondere kann natürlich auch vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße optische Modul in der Beleuchtungseinrichtung zum Einsatz kommt.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das optische Modul 109 aus 2. Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, wird der Spiegel 108.1 durch eine Stützeinheit 110 gegen die auf ihn wirkenden statischen und dynamischen Kräfte, insbesondere die Gravitationskraft G, abgestützt und so in einer bestimmten Position und Orientierung im Raum gehalten.
Die Stützeinheit 110 umfasst hierzu ein Halteelement in Form eines Halteringes 110.1, an dem der Spiegel 108.1 über geeignete (nur stark schematisiert dargestellte) Verbindungselemente 110.2 befestigt ist. Die Verbindungselemente 110.2 können in beliebiger geeigneter, hinlänglich bekannter Weise ausgestaltet sein. Insbesondere können sie eine (in gewissen Grenzen) elastische Verbindung zwischen dem Spiegel 108.1 und dem Haltering 110.1 herstellen. Weiterhin können die Verbindungselemente einstückig mit dem Haltering 110.1 ausgebildet sein.
Die Stützeinheit 110 umfasst weiterhin eine Vielzahl von Stützelementen 110.3, deren eines Ende mit dem Haltering 110.1 verbunden ist, während ihr anderes Ende mit einer Stützstruktur in Form eines Stützringes 110.4 verbunden ist, sodass letztlich der Spiegel 108.1 über die Stützelemente 110.3 auf dem Stützring 110.4 abgestützt ist. Die Stützring 110.4 ist seinerseits mit einem Teil des Gehäuses 104.1 des Objektivs 104 verbunden.
Die Verbindung zwischen dem jeweiligen Stützelement 110.3 und dem Haltering 110.1 bzw. dem Stützring 110.4 kann in beliebiger geeigneter Weise gestaltet sein. So kann wenigstens eine dieser Verbindungen lösbar gestaltet sein. Ebenso kann es aber auch vorgesehen sein, dass wenigstens eine dieser Verbindungen einstückig ausgebildet ist.
Wie 3 zu entnehmen ist, sind bei dem vorliegenden Beispiel genau fünf Stützelemente 110.3 vorgesehen. Die Stützelemente 110.3 sind im vorliegenden Beispiel gleichmäßig in Umfangsrichtung U des Spiegels 108.1 verteilt im Bereich des Außenumfangs des Spiegels 108.1 angeordnet. Mithin sind die Stützelemente 110.3 also zu einem unmittelbar benachbarten Stützelement 110.3 jeweils um einen Winkel von α = 72° bezüglich der Rotationssymmetrieachse 108.3 verdreht angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine beliebige andere, ungleichmäßige Verteilung der Stützelemente in Umfangsrichtung vorgesehen sein kann. Weiterhin kann natürlich auch vorgesehen sein, dass die Stützelemente nicht auf einen gemeinsamen Umfang angeordnet sind, sondern in Radialrichtung R des Spiegels 108.1 einen unterschiedlichen Abstand zur Rotationssymmetrieachse 108.3 aufweisen.
Jedes Stützelement 110.3 ist als separate Stütze, mithin also nach Art eines Monopods gestaltet, sodass die Stützeinheit 110 insgesamt nach Art eines Pentapods gestaltet ist. Gegenüber den bekannten Hexapod-Strukturen hat dies den Vorteil, dass schon aufgrund des Wegfalls eines Stützelements ein geringerer Anteil des in der Regel nur sehr begrenzt verfügbaren Bauraums benötigt wird.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Stützelements 110.3 (Detail IV aus 3), während 5 ein mechanisches Ersatzschaltbild des Stützelements 110.3 zeigt. Das Stützelement 110.3 ist in 4 dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit in einem Zustand dargestellt, in dem es in seinem in 4 ebenfalls gezeigten lokalen Koordinatensystem (x_L, y_L, z_L) seine größte Längenausdehnung entlang der z_L-Achse aufweist. Um eine Verstellung in beiden Richtungen entlang der z_L-Achse zu ermöglichen, wird das Stützelement 110.3 im Betrieb jedoch in der Regel eine Neutralstellung aufweisen, die von dem in 4 gezeigten Zustand abweicht, wie dies in 5 dargestellt ist und nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
Wie den 4 und 5 zu entnehmen ist, umfasst das Stützelement 110.3 einen Stützabschnitt 110.5, der eine erste Gelenkgruppe 110.6 von ersten Schwenkgelenken und eine zweite Gelenkgruppe 110.7 von zweiten Schwenkgelenken umfasst. Zu der ersten Gelenkgruppe 110.6 gehören drei erste Schwenkgelenke 110.8, 110.9 und 110.10, während zu der zweiten Gelenkgruppe 110.7 zwei zweite Schwenkgelenke 110.11 und 110.12 gehören.
In dem in 4 ebenfalls gezeigten lokalen Koordinatensystem (x_L, y_L, z_L) des Stützelements 110.3 definieren die ersten Schwenkgelenke 110.8, 110.9 und 110.10 jeweils eine erste Schwenkachse, die zur y_L-Achse parallel ist, während die zweiten Schwenkgelenke 110.11 und 110.12 jeweils eine zweite Schwenkachse definieren, die zur x_L-Achse parallel ist. Mithin verläuft eine erste Schwenkachse also jeweils quer zu einer zweiten Schwenkachse.
Hiermit wird eine Konfiguration des Stützelements 110.3 erzielt, die einen ersten Freiheitsgrad, nämlich den rotatorischen Freiheitsgrad um eine (durch die Längsachse des Stützelements 110.3 gebildete) Rotationsachse 110.13 sperrt (die im gezeigten Beispiel mit der z_L-Achse zusammenfällt). In allen übrigen fünf Freiheitsgraden im Raum (also den drei Translationen in x_L-, y_L- und z_L-Richtung und den beiden Rotationen um die x_L- und y_L-Richtung) ermöglicht das Stützelement 110.3 (in gewissen Grenzen) grundsätzlich uneingeschränkte Bewegungen.
Wie 4 zu entnehmen ist, ist der Stützabschnitt 110.5 einstückig ausgebildet, sodass die Schwenkgelenke 110.8 bis 110.12 jeweils als einfache Festkörpergelenke gestaltet sind. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine beliebige andere, geeignete Gestaltung der Schwenkgelenke, insbesondere eine mehrteilige Gestaltung, vorgesehen sein kann. insbesondere kann eine beliebige Kombination unterschiedlich gestalteter Schwenkgelenke vorgesehen sein.
Die Stützelemente 110.3 sind so angeordnet, dass die Rotationsachse 110.13 (in dem in 4 dargestellten Zustand) parallel zu der Rotationssymmetrieachse 108.3 des optisch genutzten Bereichs 108.2 des Spiegels 108.1 verläuft. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung zumindest für einzelne der Stützelemente 110.3 auch eine hiervon abweichende Anordnung bzw. Ausrichtung der Rotationsachse 110.13 vorgesehen sein kann, solange die Rotationsachse 110.13 stets eine Richtungskomponente aufweist, die parallel zu der Rotationssymmetrieachse 108.3 verläuft. Mithin ist also jegliche Ausrichtung der Rotationsachse 110.13 möglich, solange die Rotationsachse 110.13 nicht in einer Ebene senkrecht zur Rotationssymmetrieachse 108.3 liegt.
Hierdurch wird erreicht, dass durch das Stützelement 110.3 auch eine Rotation des Spiegels 108.1 um die Rotationssymmetrieachse 108.3 gesperrt ist. Hiermit macht man sich die Erkenntnis zu Nutze, dass sich aufgrund der Rotationssymmetrie des optisch genutzten Bereiches 108.2 ohnehin kein nennenswerter Nutzwert aus einer Verstellung der Winkellage des Spiegels 108.1 um die Rotationssymmetrieachse 108.3 resultiert bzw. Abbildungsfehler, die aus einer Abweichung von der Rotationssymmetrie des optisch genutzten Bereiches 108.2 herrühren, durch geeignete, hinlänglich bekannte Maßnahmen an anderer Steile im optischen System einfacher korrigiert werden können.
Demgemäß mit erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass sich die Notwendigkeit einer Einstellung der Winkellage des Spiegels 108.1 um die Rotationssymmetrieachse 108.3 erübrigt, sodass es zum einen möglich ist, gegenüber den bekannten Hexapoden auf ein Stützelement sowie die gegebenenfalls zugehörige Aktuatorik zu verzichten, mithin also die Stützeinheit 110 in der beschriebenen Weise als Pentapod zu gestalten, wodurch die Komplexität der Stützeinrichtung reduziert wird. Zudem ist es hiermit dennoch möglich, mit dem Pentapod eine Parallelkinematik mit ihren Vorteilen hinsichtlich der Ansteuerung bzw. Einstellung der Position und/oder Orientierung des Spiegels 108.1 zu realisieren.
Wie 4 und 5 zu entnehmen ist, greift an einem Stützsegment 110.14 des Stützabschnitts 110.5 eine Aktuatoreinheit 110.15 an. Hierzu ist ein erstes Ende eines Hebelelements 110.16 der Aktuatoreinheit 110.15 starr mit dem Stützsegment 110.14 verbunden. Das andere Ende des Hebelelements 110.16 ist über eine weitere Gelenkeinrichtung 110.17 mit einem Aktuator 110.18 verbunden, der wiederum an dem Stützring 110.4 abgestützt ist.
Das Hebelelement 110.16 und die Gelenkeinrichtung 110.17 sind im vorliegenden Beispiel einstückig mit dem Stützabschnitt 110.5 ausgebildet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine Gestaltung gewählt sein kann, die aus einer beliebigen Kombination unterschiedlicher Bauteile aufgebaut ist, die über geeignete Verbindungsmittel (kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig) miteinander verbunden sind.
Der Aktuator 110.18 kann grundsätzlich in beliebiger geeigneter Weise als Kraftaktuator oder Wegaktuator gestaltet sein, der nach einem beliebigen elektrischen und/oder fluidischen (insbesondere pneumatischen) Wirkprinzip oder beliebigen Kombinationen hiervon arbeitet. Bei dem Aktuator 110.18 kann es sich beispielsweise um ein einfaches Piezoelement handeln, welches in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung eine vorgegebene Verschiebung in seiner Wirkrichtung erzeugt. Ebenso kann es sich um einen pneumatischen Aktuator oder einen so genannten Lorentz-Aktuator handeln, die jeweils eine vorgegebene Kraft in ihrer Wirkrichtung erzeugen.
Der Aktuator 110.18 ist (je nach seiner Ausführung als Kraftaktuator oder Wegaktuator) dazu ausgebildet, angesteuert durch eine Steuereinrichtung 111 eine definierte Kraft bzw. eine definierte Verschiebung in Richtung seiner Wirkachse 110.19 zu erzeugen. Diese Kraft bzw. Verschiebung wird über die Gelenkeinrichtung 110.17 auf das zugeordnete Ende des Hebelelements 110.16 übertragen und bewirkt über das Hebelelement 110.16 ein Drehmoment M_y um die y_L-Achse auf das Stützsegment 110.14.
Das Stützsegment 110.14 ist (in Richtung des Kraftflusses der Stützkraft durch das Stützelement 110.3) zwischen den beiden ersten Schwenkgelenken 110.9 und 110.10 der ersten Gelenkgruppe 110.6 angeordnet. Das Drehmoment M_y bewirkt daher ein Verschwenken des Stützsegments 110.14 um die y_L-Achse, welches aufgrund des Vorhandenseins von drei ersten Schwenkgelenken 110.8 bis 110.10 eine Veränderung des Winkels β zwischen den beiden Stützsegmenten 110.14 und 110.20 bewirkt und damit eine Längenänderung des Stützelements 110.3 entlang seiner Längsachse 110.13 bzw. der z_L-Achse bewirkt. Mithin wird also auf diese Weise ähnlich wie bei bekannten Hexapoden eine Verstellung des Spiegels 108.1 in den verfügbaren Freiheitsgraden über eine Längenänderung der Stützelemente 110.3 erzeugt.
Andererseits ist somit in einem statischen Zustand des Aktuators 110.18 (also einem Zustand ohne Änderung seiner Ausdehnung bzw. Kraftwirkung in seiner Wirkrichtung) ein zweiter Freiheitsgrad des Stützelements 110.3 gesperrt, nämlich die Translation entlang der z_L-Achse.
Es versteht sich, dass über den Abstand zwischen dem Aktuator 110.18 und dem Angriffspunkt des Hebelelements 110.16 an dem Stützsegment 110.14 unter anderem das Verhältnis zwischen dem Stellweg des Aktuators 110.18 und der Längenänderung des Stützelements 110.3 eingestellt werden kann.
Weiterhin versteht es sich, dass das Stützelement 110.3 für den Fall, dass im Betrieb der Abbildungseinrichtung 101 eine Längenänderung des Stützelements 110.3 in beiden Richtungen erwünscht bzw. erforderlich ist, eine Neutralstellung bzw. Ausgangsstellung aufweist, wie sie in 5 angedeutet ist. In dieser Neutralstellung ist der Winkel β zwischen den beiden Stützsegmenten 110.14 und 110.20 ungleich 180°, sodass je nach Richtung der Verschiebung am Aktuator 110.18 eine Verkürzung bzw. eine Verlängerung des Stützelements 110.3 entlang seiner Längsachse 110.13 erzielt werden kann.
Im vorliegenden Beispiel sind die Schwenkgelenke der ersten Gelenkgruppe 110.6 und der zweiten Gelenkgruppe 110.7 (in Richtung des Kraftflusses der Stützkraft durch das Stützelement 110.3) nach ihrer Schwenkrichtung sortiert angeordnet, d. h. die ersten Schwenkgelenke 110.8 bis 110.10 sind einander in Richtung des Kraftflusses benachbart bzw. aufeinander folgend angeordnet. Gleiches gilt für die zweiten Schwenkgelenke 110.11 und 110.12, die einander ebenfalls in Richtung des Stützkraftflusses benachbart bzw. aufeinander folgend angeordnet sind. Hierdurch wird ein besonders großer Verstellraum für das jeweilige Stützelement 110.3 und damit letztlich für den Spiegel 108.1 erreicht.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass zumindest für eine Gelenkgruppe keine derartige Sortierung der Schwenkgelenke vorliegt. Insbesondere können sich die Schwenkgelenke der beiden Gelenkgruppe in Richtung des Stützkraftflusses jeweils abwechseln.
Die Gelenkeinrichtung 110.17 ist so gestaltet, dass sie die Einleitung parasitärer Kräfte und Momente in den Stützabschnitt 110.5 und damit letztlich in den Spiegel 108.1 so weit wie möglich verhindert. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Gelenkeinrichtung 110.17 zwei dritte Schwenkgelenke 110.21, 110.22 und zwei vierte Schwenkgelenke 110.23, 110.24, wobei die dritten Schwenkgelenke 110.21, 110.22 jeweils eine dritte Schwenkachse definieren, die zur y_L-Achse parallel ist, während die vierten Schwenkgelenke 110.23, 110.24 jeweils eine vierte Schwenkachse definieren, die zur x_L-Achse parallel ist. Mithin verläuft eine dritte Schwenkachse also jeweils quer zu einer vierten Schwenkachse.
Hierdurch wird zum einen eine Entkopplung in vier Freiheitsgraden (nämlich jeweils der Translation in Richtung der y_L-Achse und der x_L-Achse sowie der Rotation um die der y_L-Achse und der x_L-Achse) realisiert. Zum anderen erfolgt mit dieser Gestaltung der Gelenkeinrichtung 110.17 keine weitere Einschränkung der Freiheitsgrade des Stützabschnitts 110.5.
Im vorliegenden Beispiel sind wie erwähnt alle fünf Stützelemente 110.3 identisch gestaltet. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass lediglich einzelne Stützelemente, insbesondere lediglich eines der Stützelemente, die beschriebene Sperrung des rotatorischen Freiheitsgrads um die Rotationssymmetrieachse 108.3 realisiert, während die übrigen Stützelemente anderweitig gestaltet sind. So kann beispielsweise lediglich für eines der Stützelemente die in 4 und 5 gezeigte Gestaltung gewählt werden, während für die übrigen Stützelemente eine Gestaltung gewählt wird, wie sie beispielsweise für die bekannten Hexapoden verwendet wird.
Weiterhin versteht es sich, dass für die Stützelemente auch eine anderweitige Gestaltung gewählt werden kann. So können beispielsweise die Stützelemente gewählt werden, wie sie aus den Tripoden der 5 bis 10 der eingangs genannten WO 2005/101131 A1 (Kugler et al.) bekannt sind.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer bevorzugten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abstützen eines optischen Elements, welches mit der Abbildungseinrichtung 101 durchgeführt wird.
Zunächst werden in einem Schritt 112.1 die Komponenten der Abbildungseinrichtung 101 zur Verfügung gestellt und in der Weise positioniert, wie dies oben beschrieben wurde.
In einem Schritt 112.2 wird überprüft, ob die Position und/oder Orientierung des Spiegels 108.1 verändert werden soll. Ist dies der Fall, steuert die Steuereinrichtung 111 den Aktuator 110.18 des jeweiligen Stützelements 110.3 in der erforderlichen Weise an, um die gewünschte Bewegung des Spiegels 108.1 in den zur Verfügung stehenden fünf Freiheitsgraden zu erzielen.
In einem Schritt 112.3 wird dann überprüft, ob eine weitere Änderung der Position und/oder Orientierung des Spiegels 108.1 erfolgen soll. Ist dies der Fall, wird zu dem Schritt 112.2 zurück gesprungen.
Andernfalls wird in einem Schritt 112.4 überprüft, ob der Verfahrensablauf beendet werden soll. Ist dies nicht der Fall, wird zu dem Schritt 112.3 zurück gesprungen. Andernfalls wird der Verfahrensablauf in einem Schritt 112.5 beendet.
Zweites Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 7 (die eine Ansicht ähnlich der Ansicht aus 5 zeigt) eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 201 mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls 209 beschrieben. Die Abbildungseinrichtung 201 entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Funktion grundsätzlich der Abbildungseinrichtung 101, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit den gleichen, lediglich um den Wert 100 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser gleichartigen Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied der Abbildungseinrichtung 201 zu der Abbildungseinrichtung 101 besteht lediglich in der Gestaltung der Stützelemente 210.3. So ist das Hebelelement 210.16 bei dem Stützelement 210.3 im Unterschied zu dem Stützelement 110.3 nicht mit dem Stützsegment 110.14, sondern starr (beispielsweise monolithisch) mit dem Stützsegment 110.20 verbunden, sodass der Aktuator 110.18 über das Hebelelement 210.16 eine Änderung des Winkels β zwischen den beiden Stützsegmenten 110.14 und 110.20 und damit eine Längenänderung des Stützelements 210.3 entlang seiner Längsachse bzw. der z_L-Achse bewirkt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 8 (die eine Ansicht ähnlich der Ansicht aus 5 zeigt) eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 301 mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls 309 beschrieben. Die Abbildungseinrichtung 301 entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Funktion grundsätzlich der Abbildungseinrichtung 101, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit den gleichen, lediglich um den Wert 200 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser gleichartigen Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied der Abbildungseinrichtung 301 zu der Abbildungseinrichtung 101 besteht wiederum lediglich in der Gestaltung der Stützelemente 310.3. So ist die Aktuatoreinheit 310.15 bei dem Stützelement 310.3 im Unterschied zu dem Stützelement 110.3 nicht an dem Stützring 110.4, sondern an einem weiteren Hebelelement 310.21 abgestützt. Das weitere Hebelelement 310.21 ist seinerseits starr (beispielsweise monolithisch) mit dem Stützsegment 110.20 verbunden, sodass der Aktuator 110.18 über das Hebelelement 310.21 und das (gegebenenfalls gegenüber dem Hebelelement 110.16 leicht modifizierte) Hebelelement 310.16 eine Änderung des Winkels β zwischen den beiden Stützsegmenten 110.14 und 110.20 und damit eine Längenänderung des Stützelements 310.3 entlang seiner Längsachse bzw. der z_L-Achse bewirkt. Mithin ist also hierüber eine vollständig in das Stützelement 310.3 integrierte Aktuatoreinheit 310.15 geschaffen, welche keine separate Anbindung an den Stützring 110.4 erfordert.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass eines der beiden Hebelelemente, an deren Enden der Aktuator 110.18 abgestützt ist, nicht an einem Stützsegment angreift, das zwischen zwei Schwenkgelenken der ersten Gelenkgruppe liegt. Vielmehr kann auch vorgesehen sein, dass dieses Hebelelement an einem Stützsegment angreift, das zwischen einem Schwenkgelenk der ersten Gelenkgruppe und einem Schwenkgelenk der zweiten Gelenkgruppe liegt, wie dies in 8 durch die gestrichelte Kontur 313 angedeutet ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass dieses Hebelelement an einem Stützsegment angreift, das zwischen zwei Schwenkgelenken der zweiten Gelenkgruppe oder zwischen einem Schwenkgelenk der zweiten Gelenkgruppe und dem optischen Element liegt.
Viertes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 9 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 401 mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls 409 beschrieben. Die Abbildungseinrichtung 401 entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Funktion grundsätzlich der Abbildungseinrichtung 101, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit den gleichen, lediglich um den Wert 300 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser gleichartigen Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Hierbei ist zunächst zu beachten, dass die 9 eine gegenüber den 5, 7 und 8 um 90° (um die z_L-Achse) gedrehte Ansicht zeigt. Der Unterschied der Abbildungseinrichtung 401 zu der Abbildungseinrichtung 101 besteht wiederum lediglich in der Gestaltung der Stützelemente 410.3. So umfasst die erste Gelenkgruppe 410.6 hier die Schwenkgelenke 410.8 bis 410.10, die nunmehr jeweils eine Schwenkachse parallel zur x_L-Achse definieren, während die zweite Gelenkgruppe 410.7 die Schwenkgelenke 410.11 und 410.12 umfasst, die nunmehr jeweils eine Schwenkachse parallel zur y_L-Achse definieren.
Die Aktuatoreinheit 410.15 ist einerseits an dem Stützring 110.4 und andererseits an dem Hebelelement 410.16 abgestützt, das seinerseits starr (beispielsweise monolithisch) mit dem Stützsegment 410.14 verbunden ist. Der Aktuator 110.18 bewirkt somit über das Hebelelement 410.16 eine Änderung des Winkels γ zwischen den beiden Stützsegmenten 410.14 und 410.20 und damit wiederum eine Längenänderung des Stützelements 410.3 entlang seiner Längsachse bzw. der z_L-Achse.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 10 (die eine Ansicht ähnlich der Ansicht aus 9 zeigt) eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 501 mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls 509 beschrieben. Die Abbildungseinrichtung 501 entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Funktion grundsätzlich der Abbildungseinrichtung 401, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit den gleichen, lediglich um den Wert 100 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser gleichartigen Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied der Abbildungseinrichtung 501 zu der Abbildungseinrichtung 401 besteht lediglich in der Gestaltung der Stützelemente 510.3. So ist das Hebelelement 510.16 bei dem Stützelement 510.3 im Unterschied zu dem Stützelement 410.3 nicht mit dem Stützsegment 410.14, sondern starr (beispielsweise monolithisch) mit dem Stützsegment 410.20 verbunden, sodass der Aktuator 110.18 über das Hebelelement 510.16 eine Änderung des Winkels γ zwischen den beiden Stützsegmenten 410.14 und 410.20 und damit eine Längenänderung des Stützelements 510.3 entlang seiner Längsachse bzw. der z_L-Achse bewirkt.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass bei anderen Varianten der Erfindung zur Verstellung des Winkels γ auch eine vollständig in das Stützelement integrierte Aktuatoreinheit vorgesehen sein kann, wie dies im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel (siehe 8) beschrieben wurde.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 11 und 12 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbildungseinrichtung 601 mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Moduls 609 beschrieben. Die Abbildungseinrichtung 601 entspricht in ihrem Aufbau und ihrer Funktion grundsätzlich der Abbildungseinrichtung 101, sodass hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll. Insbesondere sind gleichartige Komponenten mit den gleichen, lediglich um den Wert 500 erhöhten Bezugszeichen versehen, während identische Komponenten mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Sofern nachfolgend nichts Anderweitiges ausgeführt wird, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser gleichartigen Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der Unterschied der Abbildungseinrichtung 601 zu der Abbildungseinrichtung 101 besteht wiederum lediglich in der Gestaltung und Anordnung der Stützelemente 110.3 und 610.3. Während ein Stützelement 110.3 in der oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise als Monopod gestaltet und angeordnet ist, sind je zwei Stützelemente 610.3 nach Art eines Bipods 610.25 zusammengefasst, dessen mechanisches Ersatzschaltbild in 12 (in einer Ansicht ähnlich der Ansicht aus 5) dargestellt ist.
Wie der 12 zu entnehmen ist, sind das Stützelement 110.3 und die Bipoden 610.25 bezüglich der z-Achse jeweils um einen Winkel von α₁ = 140° zueinander verdreht, sodass die beiden Bipoden 610.25 um einen Winkel von α₂ = 80° zueinander verdreht angeordnet sind. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten Erfindung auch eine andere Verteilung der Stützelemente gewählt sein kann. Insbesondere können unterschiedliche Verdrehwinkel zwischen dem Monopod und den jeweiligen Bipod vorgesehen sein. Weiterhin kann natürlich auch nur ein Bipod in Kombination mit drei Monopoden vorgesehen sein.
Wie 12 zu entnehmen ist, sind die beiden Stützelemente 610.3 derart zu dem Bipod 610.25 zusammengefasst, dass sie ein gemeinsames Stützsegment 610.26, ein gemeinsames zweites Schwenkgelenk 610.12 und ein gemeinsames Stützsegment 610.27 teilen. Im Übrigen entsprechen die Stützelemente 610.3 (wie erwähnt), insbesondere hinsichtlich der Anbindung der jeweiligen Aktuatoreinheit 110.15 der Gestaltung aus dem ersten Ausführungsbeispiel, sodass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine anderweitige Gestaltung des Bipods vorgesehen sein kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass lediglich das dem optischen Element nächstliegende Stützsegment als gemeinsames Stützsegment ausgebildet ist. Weiterhin versteht es sich, dass auch bei einer solchen Gestaltung als Bipod sämtliche Varianten der Anbindung der Aktuatoreinheit realisiert werden können, wie sie oben im Zusammenhang mit dem zweiten bis fünften Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend ausschließlich anhand von Beispielen aus dem Bereich der Belichtung von Wafern beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung ebenso auch für beliebige andere Anwendungen bzw. Abbildungsverfahren, insbesondere bei beliebigen Wellenlängen des zur Abbildung verwendeten Lichts, eingesetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2002/0163741 A1 [0004, 0006]
WO 2005/101131 A1 [0006, 0068]

Claims

Optisches Modul, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einem optischen Element und – einer Stützeinheit, wobei – das optische Element wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert, – die Stützeinheit zum Abstützen des optischen Elements mehr als drei Stützelemente aufweist, – jedes der Stützelemente im Bereich eines ersten Endes mit dem optischen Element verbunden ist und im Bereich eines zweiten Endes mit einer Stützstruktur verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens ein Stützelement genau einen ersten Freiheitsgrad sperrt, – der erste Freiheitsgrad ein Rotationsfreiheitsgrad um eine Rotationsachse ist, wobei – die Rotationsachse derart ausgerichtet ist, dass sie zumindest eine Richtungskomponente parallel zu der Rotationssymmetrieachse aufweist.
Optisches Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das wenigstens eine Stützelement wenigstens eine Gelenkgruppe mit einer Mehrzahl von Schwenkgelenken umfasst, wobei – jedes Schwenkgelenk der Gelenkgruppe eine Schwenkachse definiert und – die Schwenkachsen der Schwenkgelenke der Gelenkgruppe zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen der Schwenkgelenke quer zu der Rotationsachse verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkgruppe drei Schwenkgelenke umfasst.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Gelenkgruppe eine erste Gelenkgruppe mit ersten Schwenkgelenken ist, die jeweils eine erste Schwenkachse definieren, und – das wenigstens eine Stützelement eine zweite Gelenkgruppe mit einer Mehrzahl von zweiten Schwenkgelenken, insbesondere zwei zweiten Schwenkgelenken, umfasst, wobei – jedes zweite Schwenkgelenk der Gelenkgruppe eine zweite Schwenkachse definiert und – die zweiten Schwenkachsen zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen, während – eine erste Schwenkachse und eine zweite Schwenkachse quer zueinander verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwenkachse und die zweite Schwenkachse senkrecht zueinander verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gelenkgruppe zwei zweite Schwenkgelenke umfasst.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die ersten Schwenkgelenke einander in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement benachbart angeordnet sind und/oder – die zweiten Schwenkgelenke einander in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement benachbart angeordnet sind.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – das wenigstens eine Stützelement ein Stützsegment aufweist, dass in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement zwischen zwei Schwenkgelenken der wenigstens einen Gelenkgruppe angeordnet ist, und – an dem Stützsegment eine Aktuatoreinheit zum Verstellen der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements angreift.
Optisches Modul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die Aktuatoreinheit ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei – die Aktuatoreinheit im Bereich ihres ersten Endes an dem Stützelement angreift und – die Aktuatoreinheit im Bereich ihres zweiten Endes an der Stützstruktur angreift oder – die Aktuatoreinheit im Bereich ihres zweiten Endes an einem dem Stützsegment in Richtung des Stützkraftflusses benachbarten weiteren Stützsegment des Stützelements angreift.
Optisches Modul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Aktuatoreinheit einen Aktuator und einen Hebelarm umfasst, wobei – der Hebelarm starr mit dem Stützsegment verbunden ist und – der Aktuator zum Verschwenken des Stützsegments um eine zu den Schwenkachsen der Schwenkgelenke parallele Achse an dem Hebelarm angreift.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – das optische Element einen Umfang mit einer Umfangsrichtung definiert und – die Stützelemente in der Umfangsrichtung an dem Umfang verteilt, insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig verteilt, angeordnet sind.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützeinheit nach Art eines Pentapods mit genau fünf Stützelementen ausgebildet ist.
Optisches Modul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente im Wesentlichen identisch gestaltet sind.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Stützelemente nach Art eines Bipods angeordnet sind.
Optisches Modul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützelemente des Bipods jeweils eine Mehrzahl von Schwenkgelenken umfassen, wobei – in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement zwischen zwei Schwenkgelenken jeweils ein Stützsegment angeordnet ist und – wenigstens ein Stützsegment als gemeinsames Stützsegment der beiden Stützelemente des Bipods ausgebildet ist.
Optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe, – einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer Maske mit einem Projektionsmuster, – einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe und – einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats, wobei – die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters ausgebildet ist und – die Projektionseinrichtung zur Projektion des Projektionsmusters auf das Substrat ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung ein optisches Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 16 umfasst.
Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem – das optische Element, das wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert, über mehr als drei Stützelemente einer Stützeinheit auf einer Stützstruktur abgestützt wird, wobei dadurch gekennzeichnet, dass – durch wenigstens ein Stützelement genau ein erster Freiheitsgrad gesperrt wird, – der erste Freiheitsgrad ein Rotationsfreiheitsgrad um eine Rotationsachse ist, wobei – die Rotationsachse derart ausgerichtet wird, dass sie zumindest eine Richtungskomponente parallel zu der Rotationssymmetrieachse aufweist.
Optisches Modul, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einem optischen Element und – einer Stützeinheit, wobei – die Stützeinheit zum Abstützen des optischen Elements eine Mehrzahl von Stützelementen aufweist, – jedes der Stützelemente im Bereich eines ersten Endes mit dem optischen Element verbunden ist und im Bereich eines zweiten Endes mit einer Stützstruktur verbunden ist, – wenigstens ein Stützelement wenigstens einen Freiheitsgrad sperrt, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützeinheit nach Art eines Pentapods mit genau fünf Stützelementen ausgebildet ist.
Optisches Modul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens ein Stützelement genau zwei Freiheitsgrade sperrt und/oder – die Stützelemente im Wesentlichen identisch gestaltet sind.
Optisches Modul nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Stützelemente nach Art eines Bipods angeordnet sind.
Optisches Modul nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützelemente des Bipods jeweils eine Mehrzahl von Schwenkgelenken umfassen, wobei – in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement zwischen zwei Schwenkgelenken jeweils ein Stützsegment angeordnet ist und – wenigstens ein Stützsegment als gemeinsames Stützsegment der beiden Stützelemente des Bipods ausgebildet ist.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass – das optische Element wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert und – der gesperrte Freiheitsgrad ein Rotationsfreiheitsgrad um eine Rotationsachse ist, wobei – die Rotationsachse derart ausgerichtet ist, dass sie zumindest eine Richtungskomponente parallel zu der Rotationssymmetrieachse aufweist.
Optisches Modul einen der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass – das wenigstens eine Stützelement wenigstens eine Gelenkgruppe mit einer Mehrzahl von Schwenkgelenken umfasst, wobei – jedes Schwenkgelenk der Gelenkgruppe eine Schwenkachse definiert und – die Schwenkachsen der Schwenkgelenke der Gelenkgruppe zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen der Schwenkgelenke quer zu der Rotationsachse verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkgruppe drei Schwenkgelenke umfasst.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass – die Gelenkgruppe eine erste Gelenkgruppe mit ersten Schwenkgelenken ist, die jeweils eine erste Schwenkachse definieren, und – das wenigstens eine Stützelement eine zweite Gelenkgruppe mit einer Mehrzahl von zweiten Schwenkgelenken, insbesondere zwei zweiten Schwenkgelenken, umfasst, wobei – jedes zweite Schwenkgelenk der Gelenkgruppe eine zweite Schwenkachse definiert und – die zweiten Schwenkachsen zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen, während – eine erste Schwenkachse und eine zweite Schwenkachse quer zueinander verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schwenkachse und die zweite Schwenkachse senkrecht zueinander verlaufen.
Optisches Modul nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gelenkgruppe zwei zweite Schwenkgelenke umfasst.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass – die ersten Schwenkgelenke einander in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement benachbart angeordnet sind und/oder – die zweiten Schwenkgelenke einander in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement benachbart angeordnet sind.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 24 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass – das wenigstens eine Stützelement ein Stützsegment aufweist, das in Richtung eines Stützkraftflusses durch das Stützelement zwischen zwei Schwenkgelenken der wenigstens einen Gelenkgruppe angeordnet ist, und – an dem Stützsegment eine Aktuatoreinheit zum Verstellen der Position und/oder der Orientierung des optischen Elements angreift.
Optisches Modul nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass – die Aktuatoreinheit ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei – die Aktuatoreinheit im Bereich ihres ersten Endes an dem Stützelement angreift und – die Aktuatoreinheit im Bereich ihres zweiten Endes an der Stützstruktur angreift oder – die Aktuatoreinheit im Bereich ihres zweiten Endes an einem dem Stützsegment in Richtung des Stützkraftflusses benachbarten weiteren Stützsegment des Stützelements angreift.
Optisches Modul nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass – die Aktuatoreinheit einen Aktuator und einen Hebelarm umfasst, wobei – der Hebelarm starr mit dem Stützsegment verbunden ist und – der Aktuator zum Verschwenken des Stützsegments um eine zu den Schwenkachsen der Schwenkgelenke parallele Achse an dem Hebelarm angreift.
Optisches Modul nach einem der Ansprüche 19 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass – das optische Element einen Umfang mit einer Umfangsrichtung definiert und – die Stützelemente in der Umfangsrichtung an dem Umfang verteilt, insbesondere im Wesentlichen gleichmäßig verteilt, angeordnet sind.
Optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe, – einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer Maske mit einem Projektionsmuster, – einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe und – einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats, wobei – die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters ausgebildet ist und – die Projektionseinrichtung zur Projektion des Projektionsmusters auf das Substrat ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung ein optisches Modul nach einem der Ansprüche 19 bis 34 umfasst.
Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem – das optische Element über eine Mehrzahl von Stützelementen einer Stützeinheit auf einer Stützstruktur abgestützt wird, wobei – durch wenigstens ein Stützelement wenigstens ein Freiheitsgrad gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützeinheit nach Art eines Pentapods mit genau fünf Stützelementen ausgebildet ist.
Optisches Modul, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einem optischen Element und – einer Stützeinheit, wobei – das optische Element wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert, – die Stützeinheit zum Abstützen des optischen Elements mehr als drei Stützelemente aufweist, – jedes der Stützelemente im Bereich eines ersten Endes mit dem optischen Element verbunden ist und im Bereich eines zweiten Endes mit einer Stützstruktur verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützeinheit derart ausgebildet ist, dass der Rotationsfreiheitsgrad des optischen Elements um die Rotationssymmetrieachse gesperrt ist, während die Position oder Orientierung des optischen Elements in den übrigen fünf Freiheitsgraden im Raum über die Stützeinheit verstellbar ist.
Optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe, – einer Maskeneinrichtung zur Aufnahme einer Maske mit einem Projektionsmuster, – einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe und – einer Substrateinrichtung zur Aufnahme eines Substrats, wobei – die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Projektionsmusters ausgebildet ist und – die Projektionseinrichtung zur Projektion des Projektionsmusters auf das Substrat ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung ein optisches Modul nach Anspruch 37 umfasst.
Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem – das optische Element, das wenigstens einen optisch genutzten Bereich aufweist, der eine Rotationssymmetrieachse definiert, über mehr als drei Stützelemente einer Stützeinheit auf einer Stützstruktur abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Stützeinheit den Rotationsfreiheitsgrad des optischen Elements um die Rotationssymmetrieachse sperrt, während die Position oder Orientierung des optischen Elements in den übrigen fünf Freiheitsgraden im Raum über die Stützeinheit verstellbar ist.