DE102012224022A1 - Arrangement for actuation of optical element in optical system, has actuator for exerting force on optical element, where actuator is arranged within vacuum-tight housing, and optical element is arranged outside the housing - Google Patents

Arrangement for actuation of optical element in optical system, has actuator for exerting force on optical element, where actuator is arranged within vacuum-tight housing, and optical element is arranged outside the housing Download PDF

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Abstract

The arrangement has an actuator (104) for exerting force on an optical element. The actuator is arranged within a vacuum-tight housing, and the optical element is arranged outside the housing. The actuator has a piezo element that is supplied with electric voltage. A drive of the optical element along a movement axis is realized by impinging the piezo element with a time-varying voltage profile. The optical element is driven by a rotor (103) that is arranged outside the vacuum-tight housing. An independent claim is included for a projection exposure system with a certain working wavelength.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aktuierung wenigstens eines optischen Elementes in einem optischen System.The invention relates to an arrangement for the actuation of at least one optical element in an optical system.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere vorteilhaft in optischen Systemen mit einer Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer optischer Elemente einsetzbar, beispielsweise zur Aktuierung eines Facettenspiegels in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, sondern allgemein auch in anderen optischen Systemen (beispielsweise optischen Systemen zur Materialbearbeitung) einsetzbar, und insbesondere solchen Systemen, bei denen optische Elemente jeweils verstellbar auf engem Bauraum gelagert sind.The arrangement according to the invention can be used particularly advantageously in optical systems with a plurality of independently adjustable optical elements, for example for the actuation of a facet mirror in a microlithographic projection exposure apparatus. However, the invention is not limited to this, but generally also in other optical systems (for example, optical systems for material processing) can be used, and in particular those systems in which optical elements are each stored adjustable in a narrow space.

Stand der TechnikState of the art

Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs. The microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus which has an illumination device and a projection objective. The image of a mask (= reticle) illuminated by means of the illumination device is hereby projected onto a substrate (eg a silicon wafer) coated with a photosensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection objective in order to apply the mask structure to the photosensitive coating of the Transfer substrate.

In einer für EUV (extrem ultraviolette Strahlung, d.h. elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge unterhalb von 30 nm, insbesondere unterhalb von 15 nm) ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage werden mangels Vorhandenseins lichtdurchlässiger Materialien Spiegel als optische Komponenten für den Abbildungsprozess verwendet. Des Weiteren ist insbesondere in der Beleuchtungseinrichtung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage der Einsatz von Facettenspiegeln in Form von Feldfacettenspiegeln und Pupillenfacettenspiegeln als bündelführende Komponenten z.B. aus DE 10 2008 009 600 A1 bekannt. Derartige Facettenspiegel sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut, welche jeweils zum Zwecke der Justage oder auch zur Realisierung bestimmter Beleuchtungswinkelverteilungen über Festkörpergelenke positionierbar sind. In a projection exposure apparatus designed for EUV (extreme ultraviolet radiation, ie electromagnetic radiation with a wavelength below 30 nm, in particular below 15 nm), mirrors are used as optical components for the imaging process in the absence of light-transmissive materials. Furthermore, in particular in the illumination device of a microlithographic projection exposure apparatus designed for operation in the EUV, the use of facet mirrors in the form of field facet mirrors and pupil facet mirrors as bundle-guiding components is known, for example DE 10 2008 009 600 A1 known. Such facet mirrors are constructed from a plurality of individual mirrors, which can be positioned in each case for the purpose of adjustment or for the realization of certain illumination angle distributions via solid state joints.

Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass zur Aktuierung etwa der Einzelspiegel eines Facettenspiegels (oder zur Aktuierung anderer optischer Elemente in Anordnungen, in welchen diese Elemente vergleichsweise dicht gepackt sind) zum einen nur ein eng begrenzter Bauraum zur Verfügung steht und zum anderen oftmals – etwa im Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage – auch thermische Lasten des Aktuators minimiert werden müssen, was anspruchsvolle Herausforderungen an das Aktuatordesign zur Folge hat. Dies gilt umso mehr, als die verwendeten Festkörpergelenke in der Regel unvermeidliche Steifigkeiten aufweisen, die bei der Aktuierung der Einzelspiegel bzw. optischen Elemente überwunden werden müssen.A problem which arises in practice in this case is that for actuation, for example, only the individual mirrors of a facet mirror (or for actuation of other optical elements in arrangements in which these elements are packed comparatively densely) only a limited space is available and, on the other hand, often - For example, in the operation of the projection exposure system - also thermal loads of the actuator must be minimized, which has challenging challenges to the actuator design result. This is all the more so as the solid joints used usually have unavoidable stiffness, which must be overcome in the actuation of the individual mirror or optical elements.

Aus US 7,486,382 B2 ist zur translatorischen Bewegung eines optischen Elementes in Richtung einer Bewegungsachse ein Aufbau mit Klemm- oder Hubpiezoelementen (die sich bei Beaufschlagung mit elektrischer Spannung parallel zum elektrischen Feld bewegen) sowie Scherpiezoelementen (die sich bei Beaufschlagung mit elektrischer Spannung orthogonal zum elektrischen Feld bewegen) bekannt.Out US 7,486,382 B2 is for the translational movement of an optical element in the direction of a movement axis, a structure with clamping or Hubpiezoelementen (which move when exposed to electrical voltage parallel to the electric field) and Scherpiezoelementen (which move when applied to electrical voltage orthogonal to the electric field) known.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Aktuierung wenigstens eines optischen Elementes in einem optischen System bereitzustellen, welche bei vergleichweise geringem erforderlichem Bauraum eine Aktuierung mit möglichst hohen Aktuatorkräften ermöglicht.The object of the present invention is to provide an arrangement for the actuation of at least one optical element in an optical system, which enables actuation with the highest possible actuator forces with a comparatively small required installation space.

Diese Aufgabe wird durch die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the arrangement according to the features of the independent claim 1.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Aktuierung wenigstens eines optischen Elementes in einem optischen System, wobei das optische Element über wenigstens ein Gelenk positionierbar ist, weist auf:

  • – wenigstens einen Aktuator zur Ausübung einer Kraft auf das optische Element, wobei der Aktuator innerhalb eines vakuumdichten Gehäuses angeordnet ist und wobei das optische Element außerhalb dieses Gehäuses angeordnet ist;
  • – wobei der Aktuator ein mit elektrischer Spannung beaufschlagbares Piezoelement aufweist; und
  • – wobei ein Antrieb des optischen Elementes entlang einer Bewegungsachse durch Beaufschlagung des Piezoelementes mit einem zeitlich variierenden Spannungsprofil realisierbar ist.
An arrangement according to the invention for actuating at least one optical element in an optical system, wherein the optical element can be positioned via at least one joint, comprises:
  • - At least one actuator for applying a force to the optical element, wherein the actuator is disposed within a vacuum-tight housing and wherein the optical element is disposed outside of this housing;
  • - Wherein the actuator has a piezoelectric element can be acted upon by electrical voltage; and
  • - Wherein a drive of the optical element along a movement axis by applying the piezoelectric element with a time-varying voltage profile can be realized.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, den schrittweisen Antrieb eines außerhalb eines vakuumdichten Gehäuses angeordneten optischen Elementes mittels eines innerhalb dieses vakuumdichten Gehäuses angeordneten Piezoelementes (d.h. unter Trennung der jeweils den Aktuator bzw. das zu aktuierende Element umgebenden Medien) zu realisieren, wobei im Wege der zeitlich variierenden Beaufschlagung des Piezoelementes mit elektrischer Spannung der sogenannte Slip-Stick-Effekt ausgenutzt wird.The invention is based in particular on the concept of the stepwise drive of an optical element arranged outside of a vacuum-tight housing by means of an inside to realize this vacuum-tight housing arranged piezoelectric element (ie, with separation of the respective surrounding the actuator or the element to be actuated media), being exploited in the way of time varying loading of the piezoelectric element with electrical voltage, the so-called slip-stick effect.

Unter „Slip-Stick-Effekt“ wird ein unter Reibungsbedingungen gegebenenfalls auftretendes Ruckgleiten verstanden, welches sich darin äußert, dass ein Element infolge der darauf einwirkenden Haftreibung trotz einer vorgenommenen Aktuierung vorübergehend in seiner Position verbleibt, um erst bei fortwährender Aktuierung bzw. Steigerung der aufgebrachten Kraft ruckartig verschoben zu werden."Slip-stick effect" is understood to mean a friction occurring under conditions of friction, which manifests itself in the fact that an element temporarily remains in its position as a result of the static friction acting on it, despite an actuation being made, in order to be actuated or increased Force to be jerked.

Dabei kann ein schrittweiser (bzw. stufenweiser oder sukzessiver) Antrieb des optischen Elementes entlang der Bewegungsachse in Abhängigkeit davon erfolgen, ob eine bei Beaufschlagung des Piezoelementes mit einer Spannung von dem Piezoelement ausgeübte Kraft größer oder kleiner als eine in der Anordnung auftretende Haftreibungskraft ist. Bei dem Slip-Stick-Effekt verbleibt eine in der Anordnung vorhandene Komponente in einer ersten Phase (bei Unterschreiten der Haftreibungskraft) infolge der auf die Komponente einwirkenden Haftreibung bei Beaufschlagung des Piezoelementes mit einer Spannung in einer relativ „flachen Flanke“, d.h. bei relativ kleinem Wert der zweiten zeitlichen Ableitung der elektrischen Spannung, in seiner Position, um erst bei Beaufschlagung des Piezoelementes mit einer Spannung in einer relativ „steilen Flanke“, d.h. bei größerem Wert der zweiten zeitlichen Ableitung der elektrischen Spannung, ruckartig verschoben zu werden. Die Ausnutzung dieses Prinzips ermöglicht (in gewisser Weise anschaulich vergleichbar mit aufeinanderfolgenden „Hammerschlägen“) ein schrittweises (bzw. stufenweises oder sukzessives) Vorantreiben des optischen Elementes (z.B. eines mit diesem gekoppelten, außerhalb des vakuumdichten Gehäuses angeordneten Läufers), indem eine an den Läufer ankoppelnde (und im o.g. anschaulichen Beispiel dem „Hammer“ entsprechende) Baugruppe je nach „Slip“- oder „Stick“-Phase entweder – bei über den Läufer verlaufendem Kraftübertragungspfad – das optische Element vorantreibt oder – bei anderweitig, d.h. nicht über den Läufer verlaufendem Kraftübertragungspfad – gewissermaßen in seine Ausgangsposition zurückbewegt wird.In this case, a stepwise (or stepwise or successive) drive of the optical element along the axis of motion can take place depending on whether a force exerted by the piezoelectric element upon application of the piezoelectric element is greater or smaller than a static friction force occurring in the arrangement. In the slip-sticking effect, a component present in the assembly remains in a first phase (when the static friction force is not reached) due to the stiction acting on the component when the piezoelectric element is subjected to a voltage in a relatively "shallow flank", i. at a relatively low value of the second time derivative of the electrical voltage, in its position, only to be applied to the piezoelectric element with a voltage in a relatively "steep flank", i. at a greater value of the second time derivative of the electrical voltage to be moved jerkily. The exploitation of this principle makes possible (in some sense comparable to successive "hammer blows") a stepwise (or stepwise or successive) propelling of the optical element (eg a rotor coupled to it, arranged outside the vacuum-tight housing), by one to the rotor coupling (and in the above-mentioned illustrative example of the "hammer" corresponding) assembly depending on the "slip" - or "stick" phase either - with running over the runner power transmission path - the optical element drives or - in other, ie not on the runners running force transmission path - is moved back to a certain extent in its original position.

Im Ergebnis wird so ein Aktuatorkonzept realisiert, welches zum einen infolge des verwendeten Piezoelementes die Aufbringung vergleichsweise großer Kräfte über einen relativ großen Bereich und bei relativ kleinem Volumen und damit die Überwindung hoher Gelenksteifigkeiten ermöglicht, wie sie etwa bei der Aktuierung der Einzelspiegel eines Facettenspiegels benötigt werden, und bei welchem zum anderen infolge der Ausnutzung des „Slip-Stick-Effektes“ und der hierbei realisierbaren schrittweisen Vorschubbewegung auch der realisierbare Stellweg des optischen Elementes praktisch auf Seiten des Aktuators nicht begrenzt ist.As a result, an actuator concept is realized which, on the one hand, allows the application of comparatively large forces over a relatively large area and at a relatively small volume and thus the overcoming of high joint stiffnesses, as required, for example, in the actuation of the individual mirrors of a facet mirror , and in which, on the other hand, due to the utilization of the "slip-stick effect" and the stepwise feed movement which can be achieved in this case, the realizable travel of the optical element is practically not limited on the part of the actuator.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist hierbei, dass (wie im Weiteren noch näher erläutert und ebenfalls insbesondere infolge der Ausnutzung des „Slip-Stick-Effektes“) nur ein Piezoelement anstelle mehrerer in unterschiedlichen Raumrichtungen wirkender Piezoelemente (mitsamt zugehöriger Verstärker) benötigt wird, wodurch die Komplexität des Aufbaus wesentlich reduziert und eine Integration auf engstem Bauraum ermöglicht wird.Another advantage of the invention is that (as explained in more detail below and also in particular as a result of the utilization of the "slip-stick effect") only one piezoelectric element instead of several acting in different spatial directions piezo elements (together with the associated amplifier) is needed, thereby significantly reduces the complexity of the structure and enables integration in the smallest possible space.

Im Sinne der vorliegenden Anmeldung wird unter „vakuumdicht“ vorzugsweise eine Dichtigkeit gegenüber einem Vakuum von wenigstens 10–3 mbar, insbesondere wenigstens 10–5 mbar, und weiter insbesondere wenigstens 10–7 mbar verstanden.For the purposes of the present application, "vacuum-tight" is preferably understood to denote a vacuum of at least 10 -3 mbar, in particular at least 10 -5 mbar, and more particularly at least 10 -7 mbar.

Gemäß einer Ausführungsform bewegt die bei Beaufschlagung des Piezoelementes mit elektrischer Spannung von dem Piezoelement ausgeübte Kraft in Abhängigkeit davon, ob diese Kraft größer oder kleiner als die in der Anordnung auftretende Haftreibungskraft ist, entweder das optische Element oder eine in der Anordnung vorgesehene Reaktionsmasse.According to one embodiment, the force exerted by the piezoelectric element when the piezoelectric element is energized, depending on whether this force is greater or smaller than the static friction force occurring in the device, moves either the optical element or a reaction mass provided in the device.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element über einen außerhalb des vakuumdichten Gehäuses angeordneten Läufer antreibbar.According to one embodiment, the optical element is drivable via a rotor arranged outside the vacuum-tight housing.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung eine magnetische Linearkupplung auf, welche den Aktuator mit dem Läufer koppelt. Infolge der magnetischen Kupplung kann dabei eine Aktuierung eines in einem evakuierten Bereich (z.B. in der Atmosphäre innerhalb einer für EUV ausgelegten Projektionsbelichtungsanlage) angeordneten Elementes insofern von einem nicht evakuierten (d.h. auf „Normalatmosphäre“ befindlichen) Bereich aus erfolgen, als die auf Reibungseffekten basierenden Komponenten des erfindungsgemäßen Aktuators in diesem nicht evakuierten Bereich angeordnet sein können und somit eine Kontamination des evakuierten Bereichs durch unerwünschte, bei der Reibung generierte Partikel vermieden werden kann.According to one embodiment, the arrangement comprises a magnetic linear coupling, which couples the actuator to the rotor. As a result of the magnetic coupling, an actuation of an element arranged in an evacuated region (eg in the atmosphere within a projection exposure apparatus designed for EUV) can be effected from a non-evacuated (ie "normal atmosphere") region, as the friction-based components the actuator according to the invention can be arranged in this non-evacuated area and thus contamination of the evacuated area can be avoided by undesired particles generated during the friction.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Anordnung ferner einen Lorentz-Aktuator auf. Dabei kann insbesondere eine Grobeinstellung der Position des optischen Elementes durch das Piezoelement und eine Feineinstellung der Position des optischen Elementes durch den Lorentz-Aktuator durchführbar sein.According to one embodiment, the arrangement further comprises a Lorentz actuator. In this case, in particular a coarse adjustment of the position of the optical element by the piezo element and a fine adjustment of the position of the optical element by the Lorentz actuator can be carried out.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element um mindestens eine Kippachse verkippbar. According to one embodiment, the optical element can be tilted about at least one tilting axis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das optische Element um mindestens zwei Kippachsen, insbesondere um zwei zueinander senkrechte Kippachsen, verkippbar.According to a further embodiment, the optical element can be tilted about at least two tilting axes, in particular about two mutually perpendicular tilting axes.

Gemäß einer Ausführungsform weist das optische System eine Mehrzahl optischer Elemente auf, wobei jedem dieser Elemente jeweils wenigstens ein solcher Aktuator zugeordnet ist. Diese optischen Elemente können insbesondere unabhängig voneinander verstellbar sein.According to one embodiment, the optical system has a plurality of optical elements, wherein each of these elements is assigned in each case at least one such actuator. In particular, these optical elements can be adjusted independently of one another.

Gemäß einer Ausführungsform sind die den optischen Elementen zugeordneten Aktuatoren in wenigstens zwei, insbesondere in wenigstens drei unterschiedlichen Ebenen angeordnet.According to one embodiment, the actuators associated with the optical elements are arranged in at least two, in particular in at least three different planes.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische Element ein Spiegelelement, insbesondere ein Spiegelelement einer Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen.According to one embodiment, the optical element is a mirror element, in particular a mirror element of a mirror arrangement with a plurality of independently adjustable mirror elements.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein Facettenspiegel, insbesondere ein Feldfacettenspiegel.According to one embodiment, the optical system is a facet mirror, in particular a field facet mirror.

Gemäß einer Ausführungsform ist das optische System ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.According to one embodiment, the optical system is an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus.

Die Erfindung betrifft ferner eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Anordnung. Die Projektionsbelichtungsanlage kann insbesondere für einen Betrieb im EUV (d.h. für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm) ausgelegt sein.The invention further relates to a projection exposure apparatus with an arrangement according to the invention. The projection exposure apparatus may in particular be designed for operation in the EUV (that is to say for operation at a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm).

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigen:Show it:

Figur 1–3 schematische Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Konzepts;figure 1 - 3 schematic representations for explaining the inventive concept;

Figur 4–8 schematische Darstellungen zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen der Erfindung; undfigure 4 - 8th schematic representations for explaining further embodiments of the invention; and

9 eine schematische Darstellung einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. 9 a schematic representation of a designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1a zeigt zunächst eine Prinzipskizze zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Konzepts. 1a first shows a schematic diagram for explaining the underlying concept of the invention.

Gemäß 1a ist ein optisches Element in Form einer Spiegelfacette 101 eines Facettenspiegels über einen Aktuator mit steuerbaren Kräften beaufschlagbar. Die Spiegelfacette 101 ist über ein Gelenk 102 mit einem Rahmen bzw. Traggestell 100 verbunden, wobei das Gelenk 102 über einen Läufer 103 auf Basis der Positionsbestimmung eines (lokalen) Sensors 105 angetrieben wird und die lineare Bewegung des Läufers 103 in eine rotatorische Bewegung der Spiegelfacette 101 umwandelt. Der Läufer 103 ist ein stabförmiges Element 103a mit der Spiegelfacette 101 fest verbunden. Mit „110“ ist ein globaler Positionssensor zur Messung der Position der Spiegelfacette 101 bezeichnet. Die Anordnung für den Läufer 103 weist ferner eine Führung z.B. in Form einer Parallelführung 120 auf, welche beispielsweise durch zwei Blattfedern 121, 122 realisiert sein kann. In dem jeweiligen optischen System können, wie in 1b schematisch dargestellt, auch zwei Aktuatoren 104, 104’ analog zu 1a zur Aktuierung jeweils eines optischen Elementes (z.B. in Form einer Spiegelfacette) über zwei Antriebsachsen bzw. in zwei Freiheitsgraden vorgesehen sein.According to 1a is an optical element in the form of a mirror facet 101 a facet mirror acted upon by an actuator with controllable forces. The mirror facet 101 is about a joint 102 with a frame or support frame 100 connected, the joint 102 about a runner 103 based on the position determination of a (local) sensor 105 is driven and the linear motion of the runner 103 in a rotational movement of the mirror facet 101 transforms. The runner 103 is a rod-shaped element 103a with the mirror facet 101 firmly connected. With " 110 "Is a global position sensor for measuring the position of the mirror facet 101 designated. The arrangement for the runner 103 also has a guide, for example in the form of a parallel guide 120 on, which for example by two leaf springs 121 . 122 can be realized. In the respective optical system, as in 1b shown schematically, also two actuators 104 . 104 ' analogous to 1a for the actuation in each case of an optical element (eg in the form of a mirror facet) via two drive axes or in two degrees of freedom.

2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips anhand einer ersten Ausführungsform, wobei zu 1a, b analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit entsprechenden, um „100“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. 2 shows a schematic representation for explaining the principle underlying the invention with reference to a first embodiment, wherein 1a , b analogous or substantially functionally identical components with corresponding " 100 "Increased reference numerals are designated.

Gemäß 2 ist der Läufer 203, welcher über ein stabförmiges Element 203a mit dem zu aktuierenden (in 2 nicht dargestellten) optischen Element (z.B. der Spiegelfacette eines Facettenspiegels) fest verbunden ist, analog zu 1 über eine Parallelführung 220, die durch zwei Blattfedern 221, 222 realisiert ist, geführt und befindet sich in Vakuumatmosphäre.According to 2 is the runner 203 , which has a rod-shaped element 203a with the to be actuated (in 2 not shown) optical element (eg the mirror facet of a facet mirror) is firmly connected, analogous to 1 via a parallel guide 220 by two leaf springs 221 . 222 is realized, guided and is in a vacuum atmosphere.

Eine magnetische Kupplung 215 bildet gemäß 2 einen Übergang zwischen einem evakuierten im Vakuum befindlichen, das zu akutierende optische Element sowie den Läufer 203 aufnehmenden Bereich und einem auf „Normalatmosphäre“ befindlichen Bereich. Hierzu befindet sich der auf „Normalatmosphäre“ befindliche Bereich in einem vakuumdichten Gehäuse innerhalb des evakuierten Bereichs. In 6 ist die Realisierung der in Ausführungsformen der Erfindung eingesetzten magnetischen Kupplung 615 zu beiden Seiten einer vakuumdichten Trennung 618 zwischen dem auf „Normalatmosphäre“ befindlichen Bereich 616 (in welchem sich der hier mit „619“ bezeichnete Aktuator befindet) und dem evakuierten Bereich 617 (in welchem sich das optische Element befindet) nochmals schematisch dargestellt.A magnetic coupling 215 forms according to 2 a transition between an evacuated in vacuum, to be acted optical element and the rotor 203 receiving area and one on "normal atmosphere" located area. For this purpose, the area located on "normal atmosphere" is located in a vacuum-tight housing within the evacuated area. In 6 is the realization of the magnetic coupling used in embodiments of the invention 615 on both sides of a vacuum-tight separation 618 between the "normal atmosphere" area 616 (in which the here with " 619 Designated actuator) and the evacuated area 617 (in which the optical element is located) again schematically shown.

In dem innerhalb des vakuumdichten Gehäuses befindlichen Bereich weist die Anordnung gemäß 2 einen eine „Reaktionsmasse“ bildenden Trägheitskörper 230, einen mit dem Trägheitskörper 230 über eine (ebenfalls aus zwei Blattfedern 251, 252 realisierte) Parallelführung mechanisch gekoppelten Reibungskörper 240, ein in vertikaler Richtung (bezogen auf das eingezeichnete Koordinatensystem in z-Richtung) bewegliches Piezoelement 260 sowie Reibpads 270, welche zwischen dem Reibungskörper 240 und dem äußeren Gestell bzw. der festen Welt eingeklemmt sind und z.B. aus einem geeigneten Polymer hergestellt sein können, auf. Trägheitskörper (= „Reaktionsmasse“) 230 und Reibungskörper 240 können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Stahl, Aluminium etc. hergestellt sein. In der Anordnung von 2 bewirkt die magnetische Kupplung 215 eine mechanische Vorspannung des Reibungskörpers 240 auf die Reibpads 270. Ein Sensor 205 registriert Verschiebungen des Trägheitskörpers 230.In the area located inside the vacuum-tight housing, the arrangement according to FIG 2 a "reaction mass" forming inertial body 230 , one with the inertia body 230 over one (also from two leaf springs 251 . 252 realized) Parallel guidance mechanically coupled friction body 240 , a movable in the vertical direction (relative to the drawn coordinate system in the z direction) piezoelectric element 260 as well as friction pads 270 which is between the friction body 240 and the outer frame or the solid world are clamped and can be made of a suitable polymer, for example. Inertia body (= "reaction mass") 230 and friction body 240 may be made of the same or different materials, for example steel, aluminum, etc. In the arrangement of 2 causes the magnetic coupling 215 a mechanical bias of the friction body 240 on the friction pads 270 , A sensor 205 registers shifts of the inertial body 230 ,

2 dient dabei ebenso wie die übrigen Abbildungen lediglich zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips und beinhaltet keine Einschränkung auf bestimmte Größen- oder Massenverhältnisse der einzelnen Komponenten. So kann beispielsweise in der Ausführungsform gemäß 2 der Reibungskörper 240 auch eine geringere Masse als der Trägheitskörper 230 aufweisen, etc. Die Erfindung ist hinsichtlich der Massenverhältnisse zwischen den o.g. Komponenten nicht eingeschränkt, da lediglich die Abstimmung zwischen den jeweiligen Massen (z.B. von Trägheitskörper 230 und Reibungskörper 240), der Beaufschlagung des Piezoelementes mit elektrischer Spannung und den Reibungsparametern (d.h. Haft- und Gleitreibungskoeffizienten) in geeigneter Weise vorzunehmen ist. Diese Reibparameter können somit je nach der im Weiteren beschriebenen Beaufschlagung des Piezoelementes 260 mit elektrischer Spannung sowie auch abhängig von den Massenverhältnissen der einzelnen Komponenten geeignet gewählt werden. Lediglich exemplarisch kann etwa in einem quantitativen Ausführungsbeispiel bei einem Haftreibungskoeffizienten von 0.3 für die Masse des Reibungskörpers 240 ein Wert von 5 g und für die Masse des Trägheitskörpers 230 ein Wert von 50 g gewählt werden, wobei die erzeugte Kraft z.B. größenordnungsmäßig 8 Newton (N) über einen Bewegungsbereich von ±3 mm betragen kann. 2 serves as well as the other illustrations only to clarify the principle of operation and includes no restriction to certain size or mass ratios of the individual components. Thus, for example, in the embodiment according to 2 the friction body 240 also a lower mass than the inertial body 230 The invention is not limited in terms of mass ratios between the above-mentioned components, since only the coordination between the respective masses (eg of inertial bodies 230 and friction body 240 ), the loading of the piezoelectric element with electrical voltage and the friction parameters (ie adhesion and sliding friction coefficient) is to be carried out in a suitable manner. These friction parameters can thus depending on the loading of the piezoelectric element described below 260 be chosen suitably with electrical voltage as well as depending on the mass ratios of the individual components. By way of example only, as in a quantitative embodiment, a static friction coefficient of 0.3 may be used for the mass of the friction body 240 a value of 5 g and for the mass of the inertial body 230 a value of 50 g may be selected, the force generated being, for example, on the order of 8 Newton (N) over a range of ± 3 mm.

Der Betrieb des o.g. Aktuators lässt sich bei Beaufschlagung des Piezoelementes 260 als krafterzeugendem Element mit einem geeigneten Spannungsprofil im Wesentlichen in zwei Phasen unterteilen:The operation of the above-mentioned actuator can be achieved when the piezoelectric element is acted upon 260 as a force-generating element with a suitable stress profile essentially subdivided into two phases:

Die bei Beaufschlagung des Piezoelementes 260 mit elektrischer Spannung auf die Anordnung wirkende Kraft ergibt sich als Produkt aus der Masse des Trägheitskörpers 230 und der Beschleunigung des Piezoelementes 260. Wenn infolge einer Beaufschlagung des Piezoelementes 260 mit einer Spannung in einer vergleichsweise flachen Flanke und somit einer nur geringen Beschleunigung des Piezoelementes 260 die vom Piezoelement 260 ausgeübte Kraft nicht die zwischen den Reibpads 270 und dem Reibungskörper 240 wirkende Normal- bzw. Reibungskraft übersteigt, erfolgt eine Bewegung des Trägheitskörpers 230 mitsamt der magnetischen Kupplung 215 (sogenannte „Stick-Phase“). Hingegen erfolgt bei Überschreiten der zwischen den Reibpads 270 und dem Reibungskörper 240 wirkenden Normal- bzw. Reibungskraft (bei Beaufschlagung des Piezoelementes 260 mit einer Spannung in einer vergleichsweise steilen Flanke und somit einer starken Beschleunigung des Piezoelementes 260) eine Bewegung des Reibungskörpers 240 entlang der Oberfläche der Reibpads 270 und relativ zum Trägheitskörper 230 (sogenannte „Slip-Phase“). The when applying the piezoelectric element 260 force acting on the arrangement with electrical voltage results as a product of the mass of the inertial body 230 and the acceleration of the piezoelectric element 260 , If due to an application of the piezoelectric element 260 with a voltage in a comparatively flat flank and thus only a slight acceleration of the piezoelectric element 260 that of the piezoelectric element 260 force exerted not between the friction pads 270 and the friction body 240 acting normal or frictional force, a movement of the inertial body takes place 230 together with the magnetic coupling 215 (so-called "stick phase"). On the other hand takes place when exceeding the between the friction pads 270 and the friction body 240 acting normal or frictional force (when exposed to the piezoelectric element 260 with a voltage in a comparatively steep flank and thus a strong acceleration of the piezoelectric element 260 ) a movement of the friction body 240 along the surface of the friction pads 270 and relative to the inertial body 230 (so-called "slip phase").

Während in der Ausführungsform gemäß 2 der Läufer 203 in der „Slip-Phase“ an Ort und Stelle verbleibt, wird der Läufer 203 in der „Stick-Phase“ in vertikaler Richtung (bezogen auf das eingezeichnete Koordinatensystem in z-Richtung) entsprechend einem Linearantrieb bewegt. Unterschiedliche beispielhafte Auslenkungsprofile (bzw. Spannungsprofile) des Piezoelementes 260 sind in 3 gezeigt. Dabei weisen diese Profile jeweils einen im Wesentlichen sägezahnförmigen Verlauf auf. Der Bereich „I“ stellt die „Slip-Phase“ (mit starker Beschleunigung des Piezoelementes 260) dar, und der Bereich „II“ stellt die „Stick-Phase“ (mit geringer Beschleunigung des Piezoelementes 260) dar. Die vorstehend beschriebenen Bewegungsphasen werden in dem Aufbau von 2 allein durch unterschiedliche elektrische Spannungsprofile bei der Beaufschlagung des Piezoelementes 260, und damit insbesondere ohne Vorhandensein unterschiedlicher Piezoelemente (wie der eingangs beschriebenen Hub- und Scherpiezoelemente) erreicht.While in the embodiment according to 2 the runner 203 remains in place during the "slip phase" becomes the runner 203 in the "stick phase" in the vertical direction (based on the drawn coordinate system in the z direction) moves according to a linear drive. Different exemplary deflection profiles (or stress profiles) of the piezoelectric element 260 are in 3 shown. In each case, these profiles have a substantially sawtooth-shaped course. The range "I" represents the "slip phase" (with strong acceleration of the piezo element 260 ), and the area "II" represents the "stick phase" (with low acceleration of the piezo element 260 The motion phases described above are used in the construction of 2 solely by different electrical voltage profiles during the application of the piezoelectric element 260 , And thus in particular without the presence of different piezoelectric elements (such as the lifting and Scherpiezoelemente described above) achieved.

Infolge der magnetischen Kupplung 215 kann verhindert werden, dass eine Kontamination des evakuierten Bereichs durch generierte Partikel (insbesondere der Bewegung des Reibungskörpers 240 entlang der Oberfläche der Reibpads 270 auftretende Reibungspartikel) eintritt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2 ist diese magnetische Kupplung 215 in Form eines sogenannten Halbach-Arrays (d.h. eines Aufbaus aus Permanentmagneten, deren Magnetisierungsrichtung gegeneinander jeweils um 90° in Richtung der Längsachse des Arrays gekippt ist) realisiert. Die Ausgestaltung der magnetischen Kupplung 215 als Halbach-Array hat den Vorteil, dass die erzielte magnetische Kraftwirkung auf eine Seite der Magnetanordnung 215 konzentriert wird. As a result of the magnetic coupling 215 can be prevented, a contamination of the evacuated area by generated particles (in particular the movement of the friction body 240 along the surface of the friction pads 270 occurring friction particles) occurs. According to the embodiment of 2 is this magnetic coupling 215 in the form of a so-called Halbach array (ie a construction of permanent magnets whose magnetization direction is tilted against each other by 90 ° in the direction of the longitudinal axis of the array) realized. The embodiment of the magnetic coupling 215 As a Halbach array has the advantage that the magnetic force effect achieved on one side of the magnet assembly 215 is concentrated.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkrete Kopplung beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen – insbesondere abhängig von dem verfügbaren Bauraum und den konkreten Dimensionierungen einschließlich des erforderlichen Bewegungsbereichs des Aktuators – auch andere magnetische Kupplungen, wie z.B. in 8a–c dargestellt, eingesetzt werden können. Hierbei zeigt 8a eine „klassische“ magnetische Kupplung 814 mit einer zur Flussführung eingesetzten weichmagnetischen Platte 801, 8b zeigt nochmals eine Halbach-Kupplung 815 (in welcher die Gruppen von Einzelmagneten gleicher Magnetisierungsrichtung effektiv die gleiche Größe aufweisen), und 8c zeigt eine Hybrid-Kupplung 816 mit einer ebenfalls zur Flussführung eingesetzten weichmagnetischen Platte 802 (wobei die Gruppen von Einzelmagneten gleicher Magnetisierungsrichtung effektiv unterschiedliche Größen aufweisen). However, the invention is not limited to the specific coupling, so that in other embodiments - especially depending on the available space and the specific dimensions including the required range of motion of the actuator - other magnetic couplings, such as in 8a -C shown, can be used. This shows 8a a "classic" magnetic coupling 814 with a soft magnetic plate used for flux guidance 801 . 8b again shows a Halbach coupling 815 (in which the groups of individual magnets have the same magnetization direction effectively the same size), and 8c shows a hybrid coupling 816 with a soft magnetic plate also used for flux guidance 802 (where the groups of individual magnets of the same magnetization direction are effectively different sizes).

Ferner können anstelle der magnetischen Kupplung 215 auch nichtmagnetische Kupplungen eingesetzt werden. Insbesondere kann alternativ die Vermeidung einer Kontamination durch (Reibungs-) Partikel auch über geeignete, mechanische Kupplungselemente umschließende flexible Bälge erreicht werden. So kann beispielsweise in einer (nicht dargestellten) Ausführungsform der Aufbau von 2 dahingehend abgewandelt werden, dass der Läufer 203 unmittelbar mit dem Reibungskörper 240 fest verbunden wird, wobei in einem (z.B. verjüngten) Bereich der mechanischen Anbindung ein in einer Bewegungsrichtung flexibler Balg bzw. Wellschlauch vorgesehen bzw. aufgeschweißt sein kann.Further, instead of the magnetic coupling 215 Non-magnetic couplings are used. In particular, alternatively, the avoidance of contamination by (friction) particles can also be achieved by means of suitable, mechanical coupling elements enclosing flexible bellows. For example, in an embodiment (not shown), the construction of 2 be modified to the effect that the runner 203 directly with the friction body 240 is firmly connected, wherein in a (eg tapered) region of the mechanical connection in a direction of movement flexible bellows or corrugated hose can be provided or welded.

4 zeigt eine weitere mögliche Anordnung, wobei im Vergleich zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit entsprechenden, um „200“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Dabei ist zu beachten, dass 4 von einer (im Weiteren unter Bezug auf 7 noch näher erläuterten) gestapelten Anordnung von Aktuatoren ausgeht, wobei mit „441“ der Reibungskörper eines in der nachfolgenden Ebene angeordneten Aktuators in dieser gestapelten Anordnung bezeichnet ist. 4 shows another possible arrangement, with respect to 2 analogous or substantially functionally identical elements with corresponding " 200 "Increased reference numerals are designated. It should be noted that 4 from one (hereinafter referred to 7 described in more detail) stacked arrangement of actuators starting with " 441 "The friction body of an arranged in the subsequent level actuator is referred to in this stacked arrangement.

Der Aufbau gemäß 4 unterscheidet sich von demjenigen aus 2 insbesondere hinsichtlich der relativen Anordnung von Trägheitskörper 430 und Reibungskörper 440 zueinander sowie hinsichtlich der Wirkungsweise bzw. -Richtung des Piezoelementes 460. Während gemäß der Ausführungsform von 3 der Trägheitskörper 430 die bei der Positionierung des Läufers 203 bzw. des daran mechanisch angekoppelten optischen Elements bewegte bzw. an die magnetische Kupplung 215 angekoppelte Masse darstellt, wird diese Masse bei der Ausführungsform von 4 durch den Reibungskörper 440 gebildet.The structure according to 4 is different from the one 2 in particular with regard to the relative arrangement of inertial bodies 430 and friction body 440 to each other and with regard to the mode of action or direction of the piezoelectric element 460 , While according to the embodiment of 3 the inertial body 430 in the positioning of the runner 203 or of the mechanically coupled thereto optical element moved or to the magnetic coupling 215 coupled mass, this mass is in the embodiment of 4 through the friction body 440 educated.

In dem Aufbau gemäß 4 erfolgt bei geringer Beschleunigung des Piezoelementes 460 keine Bewegung des Reibungskörpers 440, wohingegen bei starker Beschleunigung des Piezoelementes 460 der Reibungskörper 440 in vertikaler Richtung (bezogen auf das eingezeichnete Koordinatensystem in z-Richtung) bewegt wird. In the structure according to 4 occurs at low acceleration of the piezoelectric element 460 no movement of the friction body 440 , whereas with strong acceleration of the piezoelectric element 460 the friction body 440 in the vertical direction (relative to the drawn coordinate system in the z direction) is moved.

In der Ausführungsform gemäß 4 wird zudem durch einen zusätzlichen Lorentz-Aktuator 480 eine Feinpositionierung, in Ergänzung zu der vorstehend beschriebenen (Grob-)Positionierung des Läufers 403 bzw. des daran mechanisch angekoppelten optischen Elementes mittels des Slip-Stick-Effektes, ermöglicht. Lediglich beispielhaft können bei einem gesamten Bewegungsbereich des Aktuators von 3 mm die mittels des vorstehend beschriebenen Slip-Stick-Effektes erzielten Bewegungsschritte etwa jeweils 10 μm betragen, wobei mittels des Lorentz-Aktuators 480 eine Positionierungsgenauigkeit unterhalb von 10 μm (z.B. bis auf 0.1 μm oder genauer) erzielt werden kann. Im Ausführungsbeispiel kann der Lorentz-Aktuator 480 außerhalb des vakuumdichten Gehäuses befindliche Spulen sowie einen innerhalb des vakuumdichten Gehäuses befindlichen Permanentmagneten aufweisen.In the embodiment according to 4 also comes with an additional Lorentz actuator 480 a fine positioning, in addition to the above (coarse) positioning of the rotor 403 or of the mechanically coupled thereto optical element by means of the slip-stick effect allows. For example only, with an overall range of movement of the actuator of 3 mm, the movement steps achieved by means of the above-described slip-stick effect may be approximately 10 μm each, with the aid of the Lorentz actuator 480 a positioning accuracy below 10 microns (eg down to 0.1 microns or more accurate) can be achieved. In the embodiment, the Lorentz actuator 480 Having coils located outside of the vacuum-tight housing and a permanent magnet located within the vacuum-tight housing.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Feinpositionierung mittels des zusätzlichen Lorentz-Aktuators 480 beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen, z.B. ausgehend vom Aufbau von 2, auch eine Feinpositionierung (bis auf 0.1 μm oder genauer) unter unmittelbarer Verwendung des Piezoelementes 260 und geeigneter Beaufschlagung des Piezoelementes 260 mit elektrischer Spannung erfolgen kann. Dabei kann unter Verwendung des Aufbaus von 2 auch eine Nutzung sowohl einer Phase mit geringer Beschleunigung des Piezoelementes 260 (zur Feinpositionierung) als auch einer Phase mit hoher Beschleunigung des Piezoelementes 260 (zur Grobpositionierung) für die Bewegung des Läufers 203 erfolgen. Des Weiteren ist der Bewegungsbereich des Aktuators unter geeigneter Beaufschlagung des Piezoelementes 260 bzw. 460 mit elektrischer Spannung grundsätzlich beliebig, kann also insbesondere auch wesentlich größer als der im o.g. Beispiel gewählte Bereich von 3 mm gewählt werden.However, the invention is not limited to the fine positioning described above by means of the additional Lorentz actuator 480 limited, so that in further embodiments, for example, starting from the construction of 2 , also a fine positioning (down to 0.1 microns or more) with immediate use of the piezoelectric element 260 and suitable loading of the piezoelectric element 260 can be done with electrical voltage. It can be done using the construction of 2 also a use of both a phase with low acceleration of the piezoelectric element 260 (for fine positioning) as well as a phase with high acceleration of the piezoelectric element 260 (for coarse positioning) for the movement of the runner 203 respectively. Furthermore, the range of movement of the actuator under suitable loading of the piezoelectric element 260 respectively. 460 With electrical voltage in principle arbitrary, so it can also be chosen in particular much larger than the selected in the above example range of 3 mm.

Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ergibt sich in der dort gezeigten Ausführungsform insofern eine geschlossene kinematische Kette, als die im Aktuator erzeugte Kraft innerhalb des Aktuators verbleibt. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann sich das Piezoelement 260 auch gegen das Gestell bzw. die feste Welt abstützen. Ein Beispiel hierfür zeigt die Anordnung gemäß 5, in welcher wiederum im Vergleich zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Elemente mit entsprechenden, um „300“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Referring again to 2 results in the embodiment shown there in that a closed kinematic chain, as the force generated in the actuator remains within the actuator. However, the invention is not limited thereto. In further embodiments, the piezoelectric element can 260 also support against the frame or the solid world. An example of this shows the arrangement according to 5 , in which again compared to 2 analogous or substantially functionally identical elements with corresponding " 300 "Increased reference numerals are designated.

Gemäß 5 wird über eine zusätzliche mechanische Feder 545 eine mechanische Vorspannung auf den Reibungskörper 540 erzeugt, welcher seinerseits in unmittelbarem mechanischem Kontakt mit dem Trägheitskörper 530 steht. Bei vergleichsweise geringer Beschleunigung des Piezoelementes 560 übersteigt bei der Anordnung gemäß 5 die auf den Reibungskörper 540 ausgeübte Kraft nicht die zwischen Reibungskörper 540 und Trägheitskörper 530 wirkende Haftreibungskraft, so dass mit der Beschleunigung des Piezoelementes 560 auch der Trägheitskörper 530 und über die magnetische Kopplung 515 auch der Läufer 503 bewegt wird (= „Stick-Phase“). Hingegen erfolgt bei vergleichsweise hoher Beschleunigung des Piezoelementes 560 nur ein Reibungsgleiten des Reibungskörpers 540 auf dem Trägheitskörper 530 (= „Slip-Phase“) und somit keine Bewegung des Trägheitskörper 530 bzw. des daran (im Beispiel wiederum magnetisch) angekoppelten Läufers 503. Im Aufbau gemäß 5 findet im Unterschied zu 2 eine Einkopplung der Kräfte auch in die äußere Tragstruktur statt, so dass der Aufbau gemäß 5 vorwiegend in Anwendungen in Betracht kommt, in denen eine solche Krafteinkopplung in die Tragstruktur eher unkritisch ist.According to 5 comes with an additional mechanical spring 545 a mechanical preload on the friction body 540 which, in turn, is in direct mechanical contact with the inertial body 530 stands. At comparatively low acceleration of the piezoelectric element 560 exceeds in the arrangement according to 5 the on the friction body 540 force exerted not between friction body 540 and inertia bodies 530 acting static friction, so that with the acceleration of the piezoelectric element 560 also the inertia body 530 and about the magnetic coupling 515 also the runner 503 is moved (= "stick phase"). On the other hand, at comparatively high acceleration of the piezoelectric element 560 only a friction sliding of the friction body 540 on the inertia body 530 (= "Slip-phase") and thus no movement of the inertial body 530 or of the rotor (in turn, in the example, in turn) coupled thereto 503 , In the structure according to 5 in contrast to 2 a coupling of the forces also in the outer support structure instead, so that the structure according to 5 is predominantly used in applications in which such a force input into the support structure is rather uncritical.

7 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Anordung einer Mehrzahl von Aktuatoren, wie sie zur Aktuierung einer Mehrzahl unabhängig voneinander verstellbarer Spiegelelemente (z.B. eines Facettenspiegels) eingesetzt werden können. Hierbei sind zu 4 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten wiederum mit um „300“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Um ein unerwünschtes „Übersprechen“ zwischen den zu benachbarten Spiegelelementen zugeordneten magnetischen Kupplungen zu vermeiden, werden die Aktuatoren gemäß 7 alternierend in zwei oder mehr unterschiedlichen Ebenen platziert. 7 shows a schematic representation of a possible arrangement of a plurality of actuators, as they can be used to actuate a plurality of independently adjustable mirror elements (eg a facet mirror). Here are too 4 analogous or substantially functionally identical components in turn with " 300 "Designated by reference numerals. In order to avoid an undesirable "crosstalk" between the associated magnetic coupling to adjacent mirror elements, the actuators are in accordance with 7 placed alternately in two or more different levels.

9 zeigt lediglich schematisch den Aufbau einer für den Betrieb im EUV ausgelegten mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, in welcher die vorliegende Erfindung realisierbar ist. 9 shows only schematically the structure of a designed for operation in EUV microlithographic projection exposure apparatus in which the present invention is feasible.

Die in 9 dargestellte mikrolithographische Projektionsbelichtungsanlage 1 weist eine Beleuchtungseinrichtung 2 und ein Projektionsobjektiv 3 auf, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Objektebene OP der Projektionsobjektives 3 beleuchtet. Das von einer Plasma-Strahlungsquelle 4 erzeugte EUV-Beleuchtungslicht gelangt über einen Kollektorspiegel 5 auf eine Zwischenfokusebene IMI und von dort über einen Feldfacettenspiegel 6, welcher mit einer Anordnung zur Aktuierung gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein kann, auf einen Pupillenfacettenspiegel 7. Von dem Pupillenfacettenspiegel 7 gelangt das Beleuchtungslicht über eine Übertragungsoptik aus Spiegeln 8–10 in die Objektebene OP, in welcher eine abzubildende Strukturen aufweisende Maske (Retikel) angeordnet ist. Die Maskenstrukturen werden über das Projektionsobjektiv 3 auf die lichtempfindliche Beschichtung eines in der Bildebene IP des Projektionsobjektivs 3 befindlichen Substrats (Wafer) übertragen.In the 9 illustrated microlithographic projection exposure apparatus 1 has a lighting device 2 and a projection lens 3 on, wherein the illumination device is an object plane OP of the projection objectives 3 illuminated. That from a plasma radiation source 4 generated EUV illumination light passes through a collector mirror 5 to an intermediate focus level IMI and from there via a field facet mirror 6 , which can be configured with an arrangement for actuation according to the embodiments described above, on a pupil facet mirror 7 , From the pupil facet mirror 7 the illumination light passes through a transmission optics mirrors 8th - 10 in the object plane OP, in which a mask having structures to be imaged (reticle) is arranged. The mask structures are over the projection lens 3 on the photosensitive coating of one in the image plane IP of the projection lens 3 transferred substrate (wafer).

Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.While the invention has been described in terms of specific embodiments, numerous variations and alternative embodiments, e.g. by combination and / or exchange of features of individual embodiments. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that such variations and alternative embodiments are intended to be embraced by the present invention, and the scope of the invention is limited only in terms of the appended claims and their equivalents.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008009600 A1 [0004] DE 102008009600 A1 [0004]
  • US 7486382 B2 [0006] US 7486382 B2 [0006]

Claims (17)

Anordnung zur Aktuierung wenigstens eines optischen Elementes in einem optischen System, wobei das optische Element über wenigstens ein Gelenk positionierbar ist, mit • wenigstens einem Aktuator zur Ausübung einer Kraft auf das optische Element (101), wobei der Aktuator innerhalb eines vakuumdichten Gehäuses angeordnet ist und wobei das optische Element (101) außerhalb dieses Gehäuses angeordnet ist; • wobei der Aktuator ein mit elektrischer Spannung beaufschlagbares Piezoelement (260, 460, 560) aufweist; und • wobei ein Antrieb des optischen Elementes (101) entlang einer Bewegungsachse durch Beaufschlagung des Piezoelementes (260, 460, 560) mit einem zeitlich variierenden Spannungsprofil realisierbar ist.Arrangement for actuating at least one optical element in an optical system, wherein the optical element can be positioned via at least one joint, with at least one actuator for exerting a force on the optical element ( 101 ), wherein the actuator is disposed within a vacuum-tight housing and wherein the optical element ( 101 ) is arranged outside of this housing; Wherein the actuator is a piezoelectric element ( 260 . 460 . 560 ) having; and wherein a drive of the optical element ( 101 ) along a movement axis by acting on the piezoelectric element ( 260 . 460 . 560 ) can be realized with a time-varying voltage profile. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein schrittweiser Antrieb des optischen Elementes entlang der Bewegungsachse in Abhängigkeit davon erfolgt, ob eine bei Beaufschlagung des Piezoelementes mit elektrischer Spannung von dem Piezoelement (260, 460, 560) ausgeübte Kraft größer oder kleiner als eine in der Anordnung auftretende Haftreibungskraft ist. Arrangement according to Claim 1, characterized in that a step-by-step drive of the optical element takes place along the axis of movement as a function of whether a voltage is applied to the piezoelectric element when the piezoelectric element is acted upon ( 260 . 460 . 560 ) applied force is greater or smaller than a static friction force occurring in the arrangement. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bei Beaufschlagung des Piezoelementes (260, 460, 560) mit elektrischer Spannung von dem Piezoelement ausgeübte Kraft in Abhängigkeit davon, ob diese Kraft größer oder kleiner als die in der Anordnung auftretende Haftreibungskraft ist, entweder das optische Element (101) oder eine in der Anordnung vorgesehene Reaktionsmasse bewegt. Arrangement according to claim 2, characterized in that the upon application of the piezoelectric element ( 260 . 460 . 560 ) with electrical voltage from the piezoelectric element force depending on whether this force is greater or smaller than the static friction force occurring in the arrangement, either the optical element ( 101 ) or a reaction mass provided in the assembly. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (101) über einen außerhalb des vakuumdichten Gehäuses angeordneten Läufer (103, 203, 403, 503) antreibbar ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element ( 101 ) via a runner arranged outside the vacuum-tight housing ( 103 . 203 . 403 . 503 ) is drivable. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine magnetische Linearkupplung (215, 415, 515) aufweist, welche den Aktuator mit dem Läufer (103, 203, 403, 503) koppelt.Arrangement according to claim 4, characterized in that this is a magnetic linear coupling ( 215 . 415 . 515 ) having the actuator with the runner ( 103 . 203 . 403 . 503 ) couples. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner einen Lorentz-Aktuator (480) aufweist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a Lorentz actuator ( 480 ) having. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grobeinstellung der Position des optischen Elementes (101) durch das Piezoelement (460) und eine Feineinstellung der Position des optischen Elementes (101) durch den Lorentz-Aktuator (480) durchführbar ist.Arrangement according to claim 6, characterized in that a coarse adjustment of the position of the optical element ( 101 ) through the piezo element ( 460 ) and a fine adjustment of the position of the optical element ( 101 ) by the Lorentz actuator ( 480 ) is feasible. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (101) um mindestens eine Kippachse verkippbar ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element ( 101 ) is tiltable about at least one tilting axis. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (101) um mindestens zwei Kippachsen, insbesondere um zwei zueinander senkrechte Kippachsen, verkippbar ist.Arrangement according to claim 8, characterized in that the optical element ( 101 ) can be tilted by at least two tilting axes, in particular by two mutually perpendicular tilting axes. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System eine Mehrzahl optischer Elemente aufweist, wobei jedem dieser Elemente jeweils wenigstens ein solcher Aktuator zugeordnet ist. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system comprises a plurality of optical elements, wherein each of these elements is associated with at least one such actuator. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese optischen Elemente unabhängig voneinander verstellbar sind.Arrangement according to claim 10, characterized in that these optical elements are independently adjustable. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die den optischen Elementen zugeordneten Aktuatoren in wenigstens zwei, insbesondere in wenigstens drei unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.Arrangement according to claim 10 or 11, characterized in that the optical elements associated with the actuators are arranged in at least two, in particular in at least three different planes. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (101) ein Spiegelelement, insbesondere ein Spiegelelement einer Spiegelanordnung mit einer Mehrzahl von unabhängig voneinander verstellbaren Spiegelelementen, ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element ( 101 ) is a mirror element, in particular a mirror element of a mirror arrangement having a plurality of independently adjustable mirror elements. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein Facettenspiegel (6, 7), insbesondere ein Feldfacettenspiegel (6), ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system has a facet mirror ( 6 . 7 ), in particular a field facet mirror ( 6 ) is. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the optical system is an optical system of a microlithographic projection exposure apparatus. Projektionsbelichtungsanlage mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Projection exposure apparatus with an arrangement according to one of the preceding claims. Projektionsbelichtungsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass diese für einen Betrieb bei einer Arbeitswellenlänge von weniger als 30 nm, insbesondere weniger als 15 nm, ausgelegt ist.Projection exposure apparatus according to claim 16, characterized in that it is designed for operation at a working wavelength of less than 30 nm, in particular less than 15 nm.
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