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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine optische Anordnung umfassend ein optisches Element und eine Haltestruktur, insbesondere eine Vorrichtung für eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Positionieren eines optischen Elements einer optischen Anordnung.
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Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Für eine hohe Abbildungsqualität sind optische Elemente, wie Linsen, Spiegel oder Gitter, im Betrieb einer optischen Anordnung, insbesondere im Bereich der Mikrolithographie, mit einer hohen Präzision bei einer hohen Reproduzierbarkeit zu positionieren und in einer bestimmten Position zu halten.
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Eine Haltevorrichtung, durch welche ein Element derart gelagert ist, dass keine Starrkörperbewegungen möglich sind, wobei jede Starrkörperbewegung durch nur einen Mechanismus oder eine Zwangsbedingung eliminiert ist, wird im Zusammenhang mit der Erfindung auch als kinematisch bestimmte Haltevorrichtung oder kinematische Haltevorrichtung bezeichnet.
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Eine kinematisch bestimmte Haltevorrichtung für ein optisches Element ist beispielsweise aus
US 2007/0177282 A1 bekannt. Die aus
US 200710177282 A1 bekannte Haltevorrichtung umfasst drei mit dem optischen Element verbundene, prismenförmige Haltearme, welche jeweils in einer V-förmigen Aufnahmestruktur mittels Wälzkörpern gelagert sind.
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Halteeinrichtungen für optische Elemente sind weiter beispielsweise aus
DE 10 2008 044365 A1 ,
US 2006/0066963 A1 ,
US 2008/0225255 A1 ,
US 2010/0033700 A1 oder
EP 1 338 911 A2 bekannt. Dabei ist insbesondere aus der
US 2010/0033700 A1 eine Vorrichtung umfassend ein optisches Element mit drei in Radialrichtung abragenden Verbindungselementen und eine Haltestruktur zum Abstützen des optischen Elements bekannt, wobei die Haltstruktur sechs Bügelelemente aufweist, von welchen drei mit einem vertikalen Biegeelement und drei mit einem horizontalen Biegeelement ausgebildet sind. Jedes Verbindungselement wirkt mit einem Bügelelement mit vertikalem Biegeelement und einem Bügelelement mit horizontalem Biegeelement zusammen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung umfassend ein optisches Element und eine Haltestruktur zu schaffen, bei welcher das optische Element in der Haltestruktur mit hoher Genauigkeit und guter Reproduzierbarkeit positionierbar ist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum genauen und reproduzierbaren Positionieren eines optischen Elements einer optischen Anordnung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung für eine optische Anordnung umfassend ein optisches Element und eine Haltestruktur zum Abstützen des optischen Elements, wobei das optische Element die Haltestruktur an sechs diskreten Berührungspunkten kontaktiert, das optische Element drei in Radialrichtung abragende Verbindungsstifte aufweist, welche jeweils an zwei Berührungspunkten die Haltestruktur kontaktieren, die Haltestruktur drei Lagerstiftpaare umfasst, die Verbindungsstifte jeweils über ein Lagerstiftpaar an der Haltestruktur abgestützt sind und Lagerstifte der Lagerstiftpaare zumindest teilweise austauschbar an der Haltestruktur angeordnet sind und Kopplungselemente vorgesehen sind, durch welche in den Berührungspunkten eine Anpresskraft aufbringbar ist.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Positionieren eines optischen Elements mittels Haltestruktur zum Abstützen des optischen Elements, wobei das optische Element die Haltestruktur an sechs diskreten Berührungspunkten kontaktiert, das optische Element drei in Radialrichtung abragende Verbindungsstifte aufweist, welche jeweils an zwei Berührungspunkten die Haltestruktur kontaktieren, und die Haltestruktur drei Lagerstiftpaare umfasst, wobei die Verbindungsstifte jeweils über ein Lagerstiftpaar an der Haltestruktur abgestützt werden, Lagerstifte der Lagerstiftpaare zumindest teilweise austauschbar an der Haltestruktur angeordnet werden und zum Ausrichten des optischen Elements relativ zu der Haltestruktur mindestens ein Berührungspunkt für eine Abstützung des optischen Elements an der Haltestruktur durch Auswechseln mindestens eines Lagerstifts verschoben wird.
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Als Berührungspunkte werden im Zusammenhang im Wesentlichen punktförmige Berührungsstellen zwischen zwei Körpern mit gewölbter Oberfläche bezeichnet. Aufgrund von Abplattungen kontaktieren sich die Körper dabei nicht nur in einem Punkt, sondern flächig. Beispielsweise berühren sich zwei gekreuzte Kreiszylinder in einer Berührungsellipse. Die Lage der sechs Berührungspunkte ist so gewählt, dass die Berührungspunkte eine reproduzierbare und präzise Abstützung des optischen Elements an der Haltestruktur ermöglichen. In Vorteilhaften Ausgestaltungen sind die Berührungspunkte paarweise über den Umfang des optischen Elements verteilt.
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Die Lagerstifte sind austauschbar an der Haltestruktur angeordnet. Die Lagerstifte sind beispielsweise mittels Schraubverbindungen an der Haltestruktur angebracht.
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Die Kopplungselemente sind derart gestaltet, dass das optische Element an der Haltestruktur in der durch die Berührungspunkte definierten Position durch Aufbringen einer definierbaren Anpresskraft fixierbar ist. Die Kopplungselemente sind in vorteilhaften Ausgestaltungen als Klemm- und/oder Krafterzeugungseinrichtungen gestaltet.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das optische Element drei im Wesentlichen in Radialrichtung abragende Verbindungsstifte auf, welche jeweils in zwei Berührungspunkte die Haltestruktur kontaktieren. Die Verbindungsstifte sind fest mit dem optischen Element verbunden. In vorteilhaften Ausgestaltungen sind die Verbindungsstifte gleichmäßig über den Umfang des optischen Elements verteilt. Die zwei Berührungspunkte sind vorzugsweise so gewählt, dass an den Berührungspunkten einwirkende Kräfte orthogonal zueinander stehen. Der Verbindungsstift weist in vorteilhaften Ausgestaltungen einen gerad-zylindrischen Bereich auf, an welchem der Verbindungsstift die Haltestruktur kontaktiert.
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In einer weiteren Ausgestaltungen weisen die Verbindungsstifte jeweils einen ovalen, insbesondere einen elliptischen oder einen kreisförmigen Querschnitt auf. Durch einen elliptischen Querschnitt ist eine Berührungsfläche vergrößerbar, sodass auftretende mechanische Spannungen verringert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verbindungsstifte jeweils über ein Lagerstiftpaar umfassend zwei zueinander orthogonal angeordnete Lagerstifte, an der Haltestruktur abgestützt sind. Die Lagerstifte weisen jeweils einen gerad-zylindrischen Kontaktabschnitt auf, welcher den zugehörigen Verbindungsstift kontaktiert. Der zugehörige Verbindungsstift kreuzt die Lagerstifte und ist in vorteilhaften Ausgestaltung orthogonal zu den Lagerstiften angeordnet. Werden zwei gekreuzte zylindrische Körper gegeneinander gepresst, dann berühren sie sich im idealisierten Fall nur punktförmig. Die Verbindungsstifte und die Lagerstifte werden zusammenfassend als Stifte bezeichnet. Das optische Element ist somit über neun Stifte abgestützt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist durch die Kopplungselemente in den Berührungspunkten eine Anpresskraft aufbringbar, die eine über die Gewichtskraft des optischen Elements in Betrag und/oder Richtung hinausgehende Kraftkomponente aufweist.
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Die Verbindungsstifte sind in vorteilhaften Ausgestaltungen mit den Lagerstiften mittels der Kopplungselemente gekoppelt, so dass Starrkörperbewegungen des optischen Elements aufgrund von Zwangsbindungen verhindert sind. Eine Kopplung des Verbindungsstifts mit den Lagerstiften für eine Fixierung ist auf geeignete Weise realisierbar.
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In einer Ausgestaltung umfassen die Kopplungselemente Klemmeinrichtungen, mittels der die Verbindungsstifte jeweils mit dem zugehörigen Lagerstiftpaar mechanisch gekoppelt sind. Die Klemmeinrichtungen sind in einer Ausgestaltung nach Art einer Gerüstkupplung ausgebildet.
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Alternativ oder zusätzlich ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Kopplungselemente krafterzeugende Elemente, insbesondere Magnete umfassen. Dabei ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Stifte zumindest teilweise als Magnetstifte gestaltet sind, wobei durch die Magnetstifte eine Anpresskraft aufbringbar ist.
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In noch einer weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die Lagerstifte ein Kegelstiftende aufweisen, wobei vorzugsweise das Kegelstiftende einen Kegelwinkel mit einem Kegelverhältnis (D – d)/L = 1:50 aufweist, mit einem geringeren Durchmesser d am freien Ende des Kegelstiftendes, einem größeren Durchmesser D an einem dem Kontaktabschnitt zugewandten Ende und einer Länge L des Kegelstiftendes. Durch das Kegelstiftende ist eine reproduzierbare Positionierung der Lagerstifte, genauer einer Achse der Lagerstifte, in der Haltestruktur gewährleistet.
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Die Lagerstifte sind dabei in vorteilhaften Ausgestaltungen mit ihren Kegelstiftenden in entsprechende Ausnehmungen an der Haltestruktur eingeführt. Dabei ist in vorteilhaften Ausführungsformen eine Vielzahl an Lagerstiften mit unterschiedlichen Durchmessern des Kontaktabschnitts vorgesehen. Durch eine Wahl eines Lagerstifts kann so ein Berührungspunkt für das optische Element reproduzierbar festgelegt werden.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass für eine Veränderung der Position des optischen Elements mindestens ein Lagerstift zum Abstützen des optischen Elements gegen einen Lagerstift mit einem abweichenden Durchmesser ausgetauscht wird. Zum Positionieren des optischen Elements wird dieses zunächst an der Haltestruktur angeordnet und seine Position bezügliche der Haltestruktur erfasst. Weicht die tatsächliche Position des optischen Elements relativ zu der Haltestruktur von einer Sollposition ab, so sind Abstützstellen für das optische Element durch Austausch der Lagerstifte für eine exakte Positionierung veränderbar. Hierfür werden in vorteilhaften Ausgestaltungen verschiedene Lagerstifte zur Verfügung gestellt, welche sich in einem Durchmesser in einem Kontaktbereich unterscheiden. Die Lagerstifte sind mit hoher Präzision fertigbar, sodass sich beispielsweise der Durchmesser zweier Lagerstifte auch nur im Bereich weniger Mikrometer unterscheidet.
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Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei Ausführungsformen der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Für gleiche oder ähnliche Bauteile werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt schematisch eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
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3 zeigt schematisch ein Detail III der Vorrichtung gemäß 2,
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4 zeigt in 4a bis 4c verschiedene Lagerstifte für eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 2 und
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5 zeigt schematisch ein Detail III der Vorrichtung gemäß 2 in einer perspektivischen Darstellung mit einer Klemmeinrichtung.
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1 zeigt schematisch eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 100. Die Mikrolithographhie-Projektionsbelichtungsanlage 100 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 101, durch welche eine Beleuchtungsstrahlung erzeugt wird, und ein Projektionsobjektiv 102. Zwischen dem Projektionsobjektiv 102 und der Beleuchtungseinrichtung 101 ist eine Maske 103 mit einem Muster angeordnet, wobei das Muster der Maske 103 auf ein unterhalb des Projektionsobjektivs 102 angeordnetes Substrat 104 projiziert wird. Das Projektionsobjektiv 102 umfasst verschiedene optische Elemente 2, wie Linsen, Spiegel, Gitter oder dergleichen. Die optischen Elemente 2 sind jeweils an einer Haltestruktur 4 geeignet abgestützt.
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2 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 für eine optische Anordnung, beispielsweise eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage 100 gemäß 1. Die Vorrichtung 1 umfasst ein optisches Element 2 und eine Haltestruktur 4, von welcher drei Bereiche sichtbar sind.
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Zum Abstützen des optischen Elements 2 an der Haltestruktur 4 sind an dem optischen Element 2 drei im Wesentlichen in Radialrichtung abragende, fest mit dem optischen Element 2 verbundene Verbindungsstifte 3 vorgesehen. Die Verbindungsstifte 3 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang verteilt und schließen untereinander jeweils Winkel von ca. 120° ein. Die Haltestruktur 4 umfasst sechs Lagerstifte 41, 42. Jeder Verbindungsstift 3 ist über zwei Lagerstifte 41, 42 abgestützt. Die Verbindungsstifte 3 und die Lagerstifte 41, 42 werden zusammenfassend als Stifte oder Bolzen bezeichnet, sodass die Vorrichtung 1 auch als „9-Stifte-Vorrichtung” oder „9-Bolzen-Vorrichtung” bezeichnet werden kann. Die Stifte 3, 41, 42 weisen jeweils einen gerad-zylindrischen Kontaktbereich auf, in welchem sie einander kontaktieren.
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Aufgrund der gekreuzten Anordnung und der zylindrischen Gestaltung kontaktieren die Lagerstifte 41, 42 den zugehörigen Verbindungsstift 3 jeweils in einer im Wesentlichen punktförmigen Berührungsfläche. In der Vorrichtung 1 ist das optische Element 2 somit an sechs diskreten Berührungspunkten so abgestützt. Die Verbindungsstifte 3 und die Lagerstifte 41, 42 sind über in 2 nicht dargestellte Kopplungselemente relativ zueinander fixiert.
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3 zeigt ein Detail III gemäß 2. Wie in 3 erkennbar ist, sind die Lagerstifte 41 in der Haltestruktur 4 austauschbar befestigt. Die Lagerstifte 41 weisen ein Kegelstiftende 410 auf. Eine Kontaktierung des Verbindungsstifts 3 erfolgt in einem im Wesentlichen kreiszylinderförmigen Kontaktabschnitt 412. Die Befestigung des Lagerstifts 41 in der Haltestruktur 4 erfolgt in der dargestellten Ausführungsform mittels einer Schraubverbindung 43. Durch das Kegelstiftende 410 wird sichergestellt, dass der Lagerstift 41 in der Haltestruktur 4 ohne Spiel und bezüglich seiner Axialrichtung wiederholbar und mit einer hohen Präzision positioniert wird. Der Lagerstift 42 ist analog ausgebildet.
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Zum präzisen Positionieren des optischen Elements 2 relativ zu der Haltestruktur 4 wird das optische Element 2 zunächst an der Haltestruktur 4 auf die Lagerstifte 41, 42 aufgesetzt. Anschließend wird eine Position des optischen Elements 2 relativ zu der Haltestruktur 4 durch eine geeignete Messeinrichtung und/oder ein geeignetes Messverfahren erfasst. Ein Berührungspunkt zwischen dem Verbindungsstift 3 und den Lagerstiften 41, 42 ist abhängig von einem Durchmesser der Lagerstifte 41, 42. Weicht eine tatsächliche Position des optischen Elements 2 von einer Sollposition ab, so kann zum Ausrichten des optischen Elements 2 relativ zu der Haltestruktur 4 ein Berührpunkt durch Auswechseln der Lagerstifte 41, 42 verändert werden. Dabei wird mindestens ein Lagerstift 41, 42 mit einem abweichenden Durchmesser eingesetzt. Aufgrund des veränderten Durchmessers verschieben sich die Berührungspunkte. Durch Verschieben der Berührungspunkte wird so eine Ausrichtung des optischen Elements 2 relativ zu der Haltestruktur 4 verändert.
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Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß vorzugsweise eine Vielzahl an Lagerstiften 41, 42 bereitgestellt. Durch Auswählen und Anbringen geeigneter Lagerstifte 41, 42 an der Haltestruktur 4 ist es dann möglich, das optische Element 2 bezüglich der Haltestruktur 4 exakt zu positionieren.
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4 zeigt schematisch drei verschiedene Lagerstifte 41. Die Lagerstifte 41 weisen jeweils ein Kegelstiftende 410 auf. Ein Kegelwinkel des Kegelstiftendes 410 ist beispielsweise derart gewählt, dass ein Kegelverhältnis von 1:50 vorliegt. Angrenzend an das Kegelstiftende 410 weisen die Lagerstifte jeweils einen kreiszylinderförmigen Kontaktabschnitt 412 auf. Ein Durchmesser D1 des kreiszylinderförmigen Kontaktabschnitts 412 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4A entspricht dabei einem maximalen Durchmesser des Kegelstiftendes 410. Bei der Ausführungsform gemäß 4B ist ein Durchmesser D2 des kreiszylinderförmigen Bereichs 412 größer als ein maximaler Durchmesser des Kegelstiftendes 410. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4C ist dagegen ein Durchmesser D3 geringer als ein maximaler Durchmesser des Kegelstiftendes 410. Die Lagerstifte 41 gemäß 4 sind nur drei mögliche Ausgestaltungen. Um das optische Element exakt zu positionieren, sind Lagerstifte mit einer hohen Genauigkeit und in einer Vielzahl an Durchmessern bereit zu stellen. Durch Auswahl und Einbau eines geeigneten Lagerstiftes 41 ist es dabei möglich, das optische Element 2 exakt und wiederholbar zu positionieren.
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Die Verbindungsstifte 3 gemäß 2 liegen an den Lagerstiften 41, 42 jeweils an im Wesentlichen punktförmigen Berührungspunkten auf. In diesen Berührungspunkten kommt es zu einer Hertzschen Pressung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verbindungsstifte 3 derart gewählt, dass sie einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Durch die Gestaltung der Verbindungsstifte 3 mit einem elliptischen Querschnitt wird eine Berührungsfläche zu den Lagerstiften 41, 42 vergrößert. Dadurch werden die Kräfte in den Berührungspunkten verringert. Die Verbindungsstifte 3 und die Lagerstifte 41, 412 sind zudem vorzugsweise aus einem geeigneten Material mit einer hohen Festigkeit, beispielsweise aus Siliziumcarbid.
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5 zeigt ein Detail III gemäß 2, wobei Kopplungselemente, durch welche in den Berührungspunkten eine Anpresskraft aufbringbar ist, dargestellt sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 sind die Kopplungselemente als Klemmeinrichtung 5 gestaltet, mittels der ein Verbindungsstift 3 mit dem zugehörigen Lagerstiftpaar 41, 42 mechanisch klemmend verbunden ist. Die schematisch dargestellte Klemmeinrichtung 5 umfasst an dem Verbindungsstift 3 bzw. den Lagerstiften 41, 42 anliegende Stützelemente 50 und die Stützelemente 50 miteinander verbindende Spannelemente 51. Durch eine Spannkraft der Spannelemente 51 sind Anpresskräfte in den Berührungspunkten des Verbindungsstift 3 mit dem Lagerstift 41 bzw. dem Lagerstift 42 aufbringbar. Die Anpresskräfte weisen jeweils eine über die Gewichtskraft des optischen Elements 2 in Betrag und/oder Richtung hinausgehende Kraftkomponente auf.
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Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, die Stifte 3, 41, 42 zumindest teilweise magnetisch auszubilden, sodass eine in den Berührungspunkten wirkende Magnetkraft die durch die Klemmeinrichtung 5 aufgebrachte Anpresskraft unterstützt oder ersetzt.
