DE102013201264A1

DE102013201264A1 - Verbindungselement zur Kompensation unterschiedlicher thermischer Ausdehnung der verbundenen Körper

Info

Publication number: DE102013201264A1
Application number: DE201310201264
Authority: DE
Inventors: Severin Waldis; Markus Hauf
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem ersten Körper und einem Verbindungselement zum Verbinden des ersten Körpers mit einem zweiten Körper, wobei das Verbindungselement eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen umfasst, die an einem Kontaktelementträger angeordnet sind. Die Kontaktelemente weisen ein dem Kontaktelementträger abgewandtes freies Ende auf und sind entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet. Weiterhin sind die Kontaktelemente zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet, wobei eine erste Kontaktfläche des Verbindungselements durch die freien Enden der Kontaktelemente gebildet ist. Das Verbindungselement und der erste Körper sind durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche des ersten Körpers verbunden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbindungselemente, solche Verbindungselemente umfassende Verbindungsanordnungen, solche Verbindungsanordnungen umfassende optische Einrichtungen sowie Verbindungsverfahren unter Verwendung solcher Verbindungselemente. Die Erfindung lässt sich im Zusammenhang beliebigen Einrichtungen, insbesondere optischen Einrichtungen, anwenden, bei denen eine unterschiedliche thermische Ausdehnung miteinander verbundener Komponenten zu unerwünschten mechanischen Spannungen in den verbundenen Komponenten führen. Insbesondere lässt sie sich im Zusammenhang mit Einrichtungen für die Mikrolithographie einsetzen, die bei der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise Anwendung findet.
Insbesondere im Bereich der Mikrolithographie ist es neben der Verwendung mit möglichst hoher Präzision ausgeführter Komponenten unter anderem erforderlich, die optischen Module der Abbildungseinrichtung (beispielsweise der Module mit optischen Elementen wie Linsen, Spiegeln oder Gittern) im Betrieb so zu halten, dass sie eine möglichst geringe Abweichung von einer vorgegebenen Sollposition bzw. einer vorgegebenen Sollgeometrie aufweisen, um eine entsprechend hohe Abbildungsqualität zu erzielen (wobei im Sinne der vorliegenden Erfindung der Begriff optisches Modul sowohl optische Elemente alleine als auch Baugruppen aus solchen optischen Elementen und weiteren Komponenten, wie z. B. Fassungsteilen etc., bezeichnen soll).
Im Bereich der Mikrolithographie liegen die Genauigkeitsanforderungen im mikroskopischen Bereich in der Größenordnung weniger Nanometer oder darunter. Sie 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. Insbesondere bei modernen Lithographiesystemen, die zur Erhöhung der Auflösung mit einer hohen numerischen Apertur arbeiten, wird mit hoch polarisiertem UV Licht gearbeitet, um die Vorteile der hohen numerischen Apertur vollständig ausnutzen zu können. Von besonderer Bedeutung ist hierbei also die Erhaltung der Polarisation des Lichts beim Durchlaufen des optischen Systems. Als besonders problematisch erweist sich hierbei die spannungsinduzierte Doppelbrechung, welche durch Spannungen in den optischen Elementen hervorgerufen wird und einen wesentlichen Anteil am Polarisationsverlust im System trägt. Folglich ist es von erheblicher Bedeutung, in das betreffende optische Modul über seine gesamte Betriebsdauer möglichst wenig unerwünschte Spannungen einzuleiten, um deren negative Auswirkungen auf die Abbildungsqualität so gering wie möglich zu halten.
Ein Problem in diesem Zusammenhang ergibt sich beim Herstellen der Verbindung zwischen Komponenten, welche sich bedingt durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten und/oder ein entsprechendes Temperaturprofil im Betrieb der Einrichtung unterschiedlich stark thermisch ausdehnen. Derartige Unterschiede in der thermischen Ausdehnung führen im Fall einer starren Verbindung zwischen beiden Komponenten zwangsläufig zu unerwünschten Spannungen in den Komponenten.
Besonders stark kommt dieses Problem zum Tragen, wenn zwischen den beiden verbundenen Komponenten eine möglichst hohe Wärmeleistung zu übertragen ist bzw. ein möglichst geringer thermischer Widerstand zwischen ihnen bestehen soll. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die eine Komponente durch oder über die andere Komponente gekühlt werden soll. Ebenso kann dies der Fall sein, wenn die Temperatur der einen Komponente durch oder über die andere Komponente erfasst werden soll. In diesem Fall ist eine einfache mechanische Entkopplung schwieriger, da über die Verbindung zwischen beiden Komponenten kein hoher thermischer Widerstand erzeugt werden soll.
Aus der US 2009/0039499 A1 (Chainer), deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird, ist es in diesem Zusammenhang bekannt, zwischen den beiden zu verbindenden Komponenten eine Vielzahl langgestreckter, querweicher Biegeelemente vorzusehen, die zur jeweiligen Kontaktfläche mit den beiden zu verbindenden Komponenten derart geneigt angeordnet bzw. ausgebildet sind, dass sie durch elastische Deformation Relativbewegungen zwischen den beiden Komponenten in allen Raumrichtungen unter Beibehaltung eines guten Wärmetransfers über die Biegeelemente zulassen, ohne dass es hierbei zu hohem Spannungseintrag in die beiden Komponenten kommt. Ein ähnliches, wenn auch nicht in allen Raumrichtungen wirkendes mechanisches Entkopplungskonzept ist aus der US 2008/0144288 A1 (Karidis et al.) bekannt, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird.
Problematisch ist es jedoch zum einen, wenn es zwischen dem Verbindungselement und einer der beiden Komponenten im Bereich ihrer Kontaktfläche zu reibungsbehafteten Relativbewegungen kommen kann, da diese ebenfalls zur Einleitung unerwünschter parasitärer Spannungen führen können. Ebenso kann eine, insbesondere senkrecht zu den Kontaktflächen, vergleichsweise weiche Anbindung mit einer vergleichsweise niedrigen Eigenfrequenz bzw. Resonanzfrequenz zu unerwünschten dynamischen Effekten führen. Insbesondere kann es dabei dann durch externe und/oder interne Vibrationen im Bereich der Verbindung zu einer unerwünschten dynamischen Anregung zumindest einer der beiden verbundenen Komponenten bei den vergleichsweise geringen Frequenzen kommen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, Verbindungselemente, Verbindungsanordnungen, Verbindungsverfahren und optische Einrichtungen zur Verfügung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweisen und insbesondere auf einfache Weise bei guten thermischen und dynamischen Eigenschaften der Verbindung die thermisch bedingte Erzeugung unerwünschter parasitärer Spannungen zwischen den zu verbindenden Komponenten möglichst weit gehend vermeiden.
Der vorliegenden Erfindung liegt zum einen die Erkenntnis zu Grunde, dass man die Einleitung thermisch bedingter parasitärer Spannungen in die zu verbindenden Komponenten bei gleichzeitig guten dynamischen und thermischen Eigenschaften vermeiden kann, wenn man ein Verbindungselement mit mehreren an einem gemeinsamen Kontaktelementträger angeordneten Kontaktelementen verwendet, deren freie Enden über eine stoffschlüssige Verbindung an den Kontaktflächen der Kontaktelement mit der betreffenden Komponente verbunden sind. Die stoffschlüssige Verbindung vermeidet dabei in vorteilhafter Weise reibungsbehaftete Relativbewegungen zwischen den jeweiligen Kontaktelement und der kontaktierten Komponente, sodass hierdurch bedingte parasitäre Spannungen wirksam vermieden werden. Weiterhin wird hierdurch die Steifigkeit der Verbindung senkrecht zur Kontaktfläche der kontaktierten Komponente erhöht, da die Kontaktelemente nicht (über eine solche reibungsbehaftete Relativbewegung) seitlich bzw. in Querrichtung ausweichen können. Dies ist im Hinblick auf die dynamischen Eigenschaften, insbesondere die hierdurch erhöhte Eigenfrequenz, von Vorteil. Zudem wird durch die stoffschlüssige Verbindung ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem Kontaktelement und der kontaktierten Komponente und damit ein zuverlässiger Wärmeübergang über das einzelne Kontaktelement sichergestellt. Mithin ist eine solche Konfiguration also auch unter dem Gesichtspunkt einer Verbindung mit geringem thermischem Widerstand von Vorteil.
Die stoffschlüssige Verbindung kann dabei auf geeignete Weise so gestaltet werden, dass sie im Wesentlichen nur zwischen der Endfläche des Kontaktelements und der Kontaktfläche der kontaktierten Komponente besteht. Hierdurch kann mit vergleichsweise geringen Mengen eines adhäsiven Materials, beispielsweise einer nur wenige Mikrometer dicken Schicht eines solchen adhäsiven Materials, die jeweils zwischen der Endfläche des Kontaktelements und der Kontaktfläche der kontaktierten Komponente angeordnet ist, eine zuverlässige Verbindung erzielt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Auswirkungen von Prozessen innerhalb des adhäsiven Materials (wie beispielsweise Schrumpfung oder dergleichen) die bei dickeren und/oder großflächigen Schichten ebenfalls zur Einleitung parasitärer Spannungen in die kontaktierte Komponente führen können, in vorteilhafter Weise minimiert werden können.
Weiterhin ermöglicht der Kontaktelementträger zum einen eine einfache Herstellung des Verbindungselements, da dieses beispielsweise aus einem einzigen Werkstück durch geeignete Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise geeignete Ätzverfahren, Erosionsverfahren oder dergleichen, mit hoher Präzision hergestellt werden kann. Zudem ist es hiermit in einfacher Weise möglich, je nach Gestaltung des Kontaktelementträgers an zwei oder mehr einander abgewandten Seiten entsprechende Kontaktelemente vorzusehen, um die mechanische Entkopplung quer zu den Kontaktelementachsen gegenüber der jeweiligen zu kontaktierenden Komponente zur Verfügung zu stellen. Dies hat den Vorteil, dass sich die Anforderungen an die Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Verbindungselements an die zu kontaktierenden Komponenten reduzieren. Hierdurch erhöht sich nicht nur die Flexibilität des Verbindungselements. Vielmehr kann größeres Augenmerk auf die Optimierung der Materialauswahl hinsichtlich anderer Aspekte, beispielsweise der mechanischen Eigenschaften und/oder der thermischen Leitfähigkeit etc., gerichtet werden.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher eine Verbindungsanordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem ersten Körper und einem Verbindungselement zum Verbinden des ersten Körpers mit einem zweiten Körper, wobei das Verbindungselement eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen umfasst, die an einem Kontaktelementträger angeordnet sind. Die Kontaktelemente weisen ein dem Kontaktelementträger abgewandtes freies Ende auf und sind entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet. Weiterhin sind die Kontaktelemente zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet, wobei eine erste Kontaktfläche des Verbindungselements durch die freien Enden der Kontaktelemente gebildet ist. Das Verbindungselement und der erste Körper sind durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche des ersten Körpers verbunden.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine optische Einrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Verbindungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der erste Körper eine optische Komponente der optischen Einrichtung, insbesondere ein optisches Element der optischen Einrichtung, ist. Zusätzlich oder alternativ ist der zweite Körper eine Komponente einer Messeinrichtung der optischen Einrichtung, insbesondere ein Sensorelement der optischen Einrichtung, oder der zweite Körper ist eine Trägereinrichtung für den ersten Körper.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbindungsverfahren, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem ein erster Körper mit einem Verbindungselement zum Verbinden des ersten Körpers mit einem zweiten Körper verbunden wird, wobei das Verbindungselement eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen umfasst, die an einem Kontaktelementträger angeordnet sind. Die Kontaktelemente weisen ein dem Kontaktelementträger abgewandtes freies Ende auf und sind einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet. Die Kontaktelemente sind zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet, wobei eine erste Kontaktfläche des Verbindungselements durch die freien Enden der Kontaktelemente gebildet ist. Das Verbindungselement und der erste Körper werden durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche des ersten Körpers verbunden.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbindungselement, insbesondere für die Mikrolithographie, zum Verbinden eines ersten Körpers mit einem zweiten Körper, mit einem Kontaktelementträger und einer Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen ersten Kontaktelementen, die an dem Kontaktelementträger angeordnet sind. Die ersten Kontaktelemente sind entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet und sind weiterhin zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet. Des Weiteren sind eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen zweiten Kontaktelementen an dem Kontaktelementträger angeordnet, wobei die zweiten Kontaktelemente auf einer den ersten Kontaktelementen abgewandten Seite des Kontaktelementträgers angeordnet sind.
Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung weiterhin eine optische Einrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem ersten Körper und einem zweiten Körper, die über ein Verbindungselement gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung verbunden sind. Hierbei ist der erste Körper eine optische Komponente der optischen Einrichtung, insbesondere ein optisches Element der optischen Einrichtung. Zusätzlich oder alternativ ist der zweite Körper eine Komponente einer Messeinrichtung der optischen Einrichtung, insbesondere ein Sensorelement der optischen Einrichtung, oder der zweite Körper ist eine Trägereinrichtung für den ersten Körper.
Gemäß einem sechsten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbindungsverfahren, insbesondere für die Mikrolithographie, wobei ein erster Körper und ein zweiter Körper über ein Verbindungselement gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung verbunden werden.
Gemäß einem siebten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung schließlich ein Verbindungselement zum Verbinden eines ersten Körpers und eines zweiten Körpers einer Einrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einer Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen. Die Kontaktelemente weisen ein freies Ende auf, sind entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet und zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet. Die freien Enden der Kontaktelemente bilden eine erste Kontaktfläche des Verbindungselements, die zum Kontaktieren einer zweiten Kontaktfläche eines ersten Körpers ausgebildet ist. In einem Normalbetrieb der Einrichtung wirkt senkrecht zu der ersten Kontaktfläche eine maximale Betriebskraft zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper. Die erste Kontaktfläche verläuft im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktelementachsen, wobei die Kontaktelemente zur Erzielung einer im Wesentlichen starren Verbindung zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper, derart knicksteif ausgebildet sind, dass sie unter der senkrecht zu der ersten Kontaktfläche wirkenden maximalen Betriebskraft nicht quer zu der Kontaktelementachse ausweichen.
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 Einrichtung, die eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Verbindungselement umfasst und bei deren Herstellung sich eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens durchführen lässt;
2 ist eine schematische Draufsicht auf das Verbindungselement aus der optischen Einrichtung aus 1;
3 ist eine schematische Seitenansicht des Verbindungselements aus 2;
4 ist eine schematische Seitenansicht der Verbindungsanordnung aus der optischen Einrichtung aus 1
5 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens zum Verbinden zweier Komponenten der optischen Einrichtung, welches sich bei der Herstellung der optischen Einrichtung aus 1 durchführen lässt;
6 ist eine schematische Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements;
7 ist eine schematische Seitenansicht eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements;
8 ist eine schematische Seitenansicht eines Teils einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements;
9 ist eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements;
10 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements;
10 ist eine schematische Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erstes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung mit einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements beschrieben, welche in einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung in Form einer optischen Abbildungseinrichtung 101 für die Mikrolithographie zum Einsatz kommt.
Zur Vereinfachung der Darstellung wird dabei auf das in den 1 bis 4 dargestellte xyz-Koordinatensystem Bezug genommen, wobei angenommen wird, dass die Gravitationskraft parallel zur z-Achse bewirkt. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung gegebenenfalls auch eine andere Ausrichtung der Komponenten der Abbildungseinrichtung 101 gegeben sein kann.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Mikrolithographieeinrichtung 101, die mit Licht im extremen UV-Bereich (EUV) mit einer Wellenlänge zwischen 5 nm und 20 nm (typischerweise etwa 13 nm) arbeitet.
Die Mikrolithographieeinrichtung 101 umfasst ein Beleuchtungssystem 102, eine Maskeneinrichtung in Form eines Maskentisches 103, ein optisches Projektionssystem in Form eines Objektivs 104 und eine Substrateinrichtung in Form eines Wafertischs 105. Das Beleuchtungssystem 102 beleuchtet (über eine nicht näher dargestellte Lichtleiteinrichtung) eine auf dem Maskentisch 103 angeordnete Maske 103.1 mit einem (nicht näher dargestellten) Beleuchtungslichtbündel der Wellenlänge 13 nm. Auf der Maske 103.1 befindet sich ein Projektionsmuster, welches mit einem Projektionslichtbündels 104.1 über die im Objektiv 104 angeordneten optischen Elemente auf ein Substrat in Form eines Wafers 105.1 projiziert wird, der auf dem Wafertisch 105 angeordnet ist.
Das Beleuchtungssystem 102 umfasst neben einer – nicht dargestellten – Lichtquelle eine erste Gruppe 106 von optisch wirksamen Komponenten, die unter anderem ein optisches Element in Form eines Facettenspiegels 106.1 umfasst. Das Objektiv 104 umfasst eine zweite Gruppe 107 von optisch wirksamen Komponenten, die unter anderem eine Reihe von optischen Elementen, beispielsweise das optische Element 107.1 umfasst. Die optisch wirksamen Komponenten der zweiten Gruppe 107 werden im Gehäuse 104.2 des Objektivs 104 gehalten. Wegen der Arbeitswellenlänge von 13 nm handelt es sich bei den optischen Elementen 106.1 bzw. 107.1 sowie den übrigen optischen Elementen der Elementgruppen 106 und 107 jeweils ausschließlich um reflektive optische Elemente. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung, welche insbesondere bei anderen Wellenlängen arbeiten, auch beliebige optische Elemente, beispielsweise reflektive, reflektive oder diffraktive optische Elemente einzeln oder in beliebiger Kombination zum Einsatz kommen können.
Für die Steuerung des Abbildungsvorganges, insbesondere die aktive Korrektur von Abbildungsfehlern, ist es unter anderem von Bedeutung, die Temperatur zumindest einzelner optischer Elemente der zweiten optischen Elementgruppe 107 (mithin also des Projektionssystems) möglichst genau zu erfassen.
Zu diesem Zweck ist unter anderem an dem optischen Element 107.1 (als einem ersten Körper im Sinne der vorliegenden Erfindung) ein Temperatursensor 108.1 (als zweiter Körper im Sinne der vorliegenden Erfindung) einer Messeinrichtung 108 befestigt, der seinerseits mit einer Messeinheit 108.2 der Messeinrichtung 108 verbunden ist, um entsprechende für die lokale Temperatur des optischen Elements 107 repräsentative Messsignale an diese weiterzugeben. Die Messeinheit 108.2 bereitet diese Signale gegebenenfalls entsprechend auf und liefert diese aufbereiteten Signale dann an eine übergeordnete Projektionssteuerung 109, welche anhand dieser Signale den Abbildungsvorgang steuert.
Wie den 2 bis 4, insbesondere der 4, zu entnehmen ist, ist der Temperatursensor 108.1 (zweiter Körper) über eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungselements 110 mit dem optischen Element 107.1 (erster Körper) in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 111 verbunden. Hierbei ist das Verbindungselement 110 jeweils über eine stoffschlüssige Verbindung mit dem optischen Element 107.1 sowie dem Sensor 108.1 verbunden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
Das Verbindungselement 110 umfasst eine Vielzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen 110.1, die an einem Kontaktelementträger 110.2 angeordnet sind. Die Kontaktelemente 110.1 sind mit dem Kontaktelementträger 110.2 einstückig verbunden, sodass das Verbindungselement 110 eine monolithische Komponente bildet.
Diese Gestaltung ermöglicht zum einen eine einfache Herstellung des Verbindungselements 110, da dieses beispielsweise aus einem einzigen Werkstück durch geeignete Bearbeitungsverfahren mit hoher Präzision hergestellt werden können, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit der Herstellung so genannter Mikro-Elektro-Mechanischer Systeme (Englisch: Micro Electro Mechanical Systems; MEMS) bekannt sind. Zu diesen Herstellungsverfahren gehören beispielsweise geeignete Ätzverfahren, wie beispielsweise das reaktive Ionentiefenätzen (Englisch: Deep Reactive Ion Etching, DRIE). Ebenso können geeignete Erosionsverfahren oder dergleichen verwendet werden.
Die Kontaktelemente 110.1 sind im vorliegenden Beispiel zueinander identisch als gerade langgestreckte zylindrische Stäbe mit geradlinigen Kontaktelementachsen 110.3 gestaltet, welche im unbelasteten Zustand (siehe insbesondere 2 und 3) zueinander parallel verlaufen.
Die freien Enden 110.4 der Kontaktelemente 110.1 bilden eine senkrecht zu den Kontaktelementachsen 110.3 verlaufende erste Kontaktfläche 110.5, die mit einer zweiten Kontaktfläche 107.2 in einer bestimmten Weise stoffschlüssig verbunden ist, die nachfolgend noch näher erläutert wird. Eine den Kontaktelementen 110.1 abgewandte dritte Kontaktfläche 110.6 des Verbindungselements 110 ist ihrerseits stoffschlüssig mit einer vierten Kontaktfläche 108.3 des Sensors 108.1 verbunden. Im vorliegenden Beispiel verlaufen die erste bis vierte Kontaktfläche zueinander parallel. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine andere Gestaltung gewählt sein kann. Insbesondere können die erste und dritte Kontaktfläche des Verbindungselements zueinander geneigt verlaufen.
Im vorliegenden Beispiel ist der thermische Ausdehnungskoeffizient CTE3 des Verbindungselements 110 insoweit an den thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE2 des Sensors 108.1 angepasst, als er diesem im Wesentlichen entspricht. Demgegenüber ist der der thermische Ausdehnungskoeffizient CTE1 des optischen Elements 107.1 größer als die beiden anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE2 und CTE3, sodass sich im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 bei einer vorgegebenen maximal zu erwartenden Temperaturerhöhung DT_max ausgehend von dem in 4 (mit durchgezogenen Linien) dargestellten Ruhezustand unterschiedliche thermische Ausdehnungen ergeben, wie dies durch die gestrichelte Kontur 112 angedeutet ist. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient CTE1 des ersten Körpers kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient CTE2 des zweiten Körpers.
Ausgehend von dem Ruhezustand (ohne seitliche Auslenkung der freien Enden 110.4) ergibt sich im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 in einer Schnittebene senkrecht zu den Kontaktelementachsen 110.3 bei der maximalen Temperaturerhöhung DT_max eine durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung des ersten und zweiten Körpers bedingte maximale Verschiebung S_max an dem freien Ende 110.4 der am weitesten außen liegenden, maximal ausgelenkten Kontaktelemente 110.1 (wie sie in 4 durch die gestrichelte Kontur 112.1 angedeutet sind).
Wie anhand der Kontur 112 aus 4 deutlich wird, sind die Kontaktelemente 110.1 quer zu ihrer Kontaktelementachse 110.3 nachgiebig ausgebildet. Hierdurch sind sie in der Lage durch eine elastische Biegedeformation quer zu der Kontaktelementachse 110.3, unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen dem optischen Elements 107.1 und dem Sensor 108.1 aufzunehmen, ohne dass es zu einer nennenswerten Einleitung von parasitären Spannungen in das optische Element 107.1 kommt. Solche unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der verbundenen Körper 107.1, 108.1 können neben den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten dieser Körper 107.1, 108.1 natürlich auch durch ein entsprechendes Temperaturprofil innerhalb der Körper bedingt sein.
In einer Schnittebene senkrecht zu den Kontaktelementachsen 110.3 weisen die Kontaktelemente jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse auch eine anderweitige Querschnittsgeometrie gewählt sein kann. So können beliebige Querschnitte mit zumindest abschnittsweise gekrümmter und/oder zumindest abschnittsweise geradlinige, insbesondere polygonaler, Außenkontur gewählt werden.
Im vorliegenden Beispiel weisen die Kontaktelemente 110.1 in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse 110.3 einen Durchmesser (mithin also eine maximale Querabmessung) von D = 10 μm auf. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige geeignete andere Abmessungen gewählt sein können. Bevorzugt beträgt die maximale Querabmessung jedoch höchstens 400 μm, vorzugsweise höchstens 200 μm, weiter vorzugsweise 1 μm bis 100 μm, weiter vorzugsweise 2 μm bis 20 μm.
Weiterhin weisen die Kontaktelemente 110.1 im vorliegenden Beispiel entlang ihrer Kontaktelementachse 110.3 maximale Längenabmessung L = 0,5 mm auf. Hierdurch wird eine schlanke Geometrie der Kontaktelemente 110.1 mit einer entsprechenden Nachgiebigkeit quer zu der Kontaktelementachse 110.3 erzielt.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige geeignete andere Abmessungen gewählt sein können, um die gewünschte Nachgiebigkeit in Querrichtung (quer zur Kontaktelementachse) zu erzielen. So können beispielsweise die Kontaktelemente bei Verbindungselementen, welche mit Mitteln der Feinmechanik hergestellt werden, maximale Längenabmessungen zwischen 5 mm und 50 mm aufweisen. Bei Verbindungselementen, welche mit Mitteln der Mikromechanik hergestellt werden, beträgt die maximale Längenabmessung bevorzugt jedoch höchstens 6 mm, vorzugsweise höchstens 4 mm, weiter vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm.
Es ergibt sich für die Kontaktelemente 110.1 im vorliegenden Beispiel somit ein Verhältnis der (maximalen) Querabmessung zu der (maximalen) Längenabmessung von 0,02. Dieses Verhältnis aus maximaler Querabmessung zu maximaler Längenabmessung wird häufig auch als Aspektverhältnis bezeichnet.
Es versteht sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch beliebige geeignete andere Abmessungen und damit Aspektverhältnisse gewählt sein können. Bevorzugt beträgt das Aspektverhältnis 0,001 bis 0,5, vorzugsweise 0,005 bis 0,25, weiter vorzugsweise 0,02 bis 0,2, weiter vorzugsweise 0,01 bis 0,1.
Weiterhin sind im vorliegenden Beispiel in einer Schnittebene senkrecht zu den Kontaktelementachse 110.3 die Abstände DX der Kontaktelementachsen 110.3 in der x-Richtung und die Abstände DY der Kontaktelementachsen 110.3 in der y-Richtung der Kontaktelementachsen 110.3 identisch. Die Abstände DX und DY entsprechen dabei dem doppelten Durchmesser D der Kontaktelemente 110.1. Es gilt also DX = DY = 2 D.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch andere Abstände zwischen die Kontaktelementachsen zweier Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse vorgesehen sein können. Bevorzugt beträgt der maximale Kontaktelementachsenabstand jedoch höchstens 1000%, vorzugsweise höchstens 200%, weiter vorzugsweise 120% bis 150%, einer maximalen Querabmessung der Kontaktelemente in dieser Schnittebene.
Weiterhin versteht es sich, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch andere Anordnungen der Kontaktelemente gewählt werden können. So können die Abstände DX und DY voneinander abweichen. Zusätzlich oder alternativ können die jeweiligen Abstände DX bzw. DY über das Kontaktelement variieren. So können beispielsweise in der Schnittebene senkrecht zu den Kontaktelementachsen ausgehend von einem zentralen Bereich 110.7 mit eng stehenden Kontaktelementen (also vergleichsweise geringen Abständen DX und DY) die Abstände DX und DY mit zunehmender Entfernung von dem zentralen Bereich 110.7 ebenfalls sukzessive zunehmen.
Im vorliegenden Beispiel sind das Material, die Abmessungen und Abstände der Kontaktelemente 110.1 so gewählt, dass in dem maximal ausgelenkten Zustand der am weitesten außen liegenden Kontaktelemente 110.1 (siehe Kontur 112.1 in 4) in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse 110.3 an dem freien Ende 110.4 ein maximales Biegemoment von etwa 10 mNm wirkt, wodurch die in das optische Element 107.1 selbst in diesem extremen Zustand eingeleiteten parasitären Spannungen auf einem vorteilhaft niedrigen Niveau gehalten werden können.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch ein anderes Niveau des Biegemoments am Anschluss zum optischen Element vorgesehen sein kann. Bevorzugt beträgt das maximale Biegemoment höchstens 30 mNm, vorzugsweise höchstens 20 mNm, weiter vorzugsweise 1 mNm bis 10 mNm.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass durch die Kompensationswirkung, welche mittels der elastischen Biegedeformation der Kontaktelemente 110.1 erzielt wird, gegenüber einer direkten Verbindung zwischen dem optischen Element 107.1 und dem Sensor 108.1 (d. h. einer Verbindung ohne Zwischenschaltung der Kontaktelemente 110.1 eine erhebliche Reduktion der parasitären Spannungen (bzw. der daraus resultierenden Deformationen) im optischen Element 107.1 erreicht werden kann, welche durch unterschiedliche thermische Ausdehnung (von optischem Element 107.1 und Sensor 108.1) induziert werden.
Generell ist es mit dem Verbindungselement gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, derartige parasitäre Spannungen zwischen den beiden zu verbindenden Körpern gegenüber der direkten Verbindung der beiden Körper auf ein Fünftel bis ein Hundertstel zu reduzieren bzw. die aus derartigen parasitären Spannungen resultierende Deformation der Körper auf ein Fünftel bis ein Hundertstel zu reduzieren.
Durch oben beschriebene Gestaltung wird zudem eine vergleichsweise große Kontaktfläche 110.5 zwischen dem Verbindungselement 110 und dem optischen Element 107.1 erzielt, welche einen möglichst geringen thermischen Widerstand durch das Verbindungselement 110 gewährleistet. Mit anderen Worten wird hierdurch erreicht, dass ausreichend schnell eine ausreichend große Wärmemenge durch das Verbindungselement 110 hindurch zu dem Temperatursensor 108.1 gelangt, sodass aus den Signalen des Temperatursensors 108.1 ausreichend zuverlässige Aussagen über die aktuelle lokale Temperatur des optischen Elements 107.1 im Bereich des Verbindungselements 110 getroffen werden können.
Zudem wird durch die beschriebene stoffschlüssige Verbindung ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem jeweiligen Kontaktelement 110.1 und dem optischen Element 107.1 erzielt, wodurch auch an dieser Stelle der thermische Widerstand reduziert und damit ein zuverlässiger Wärmeübergang über das einzelne Kontaktelement 110.1 sichergestellt ist.
Im vorliegenden Beispiel verlaufen die Kontaktelementachsen 110.3 in Wesentlichen senkrecht zur ersten Kontaktfläche 110.5 bzw. zur zweiten Kontaktfläche 107.2 des optischen Elements 107.1. Die geradlinige Gestaltung der Kontaktelemente 110.1 bringt hierbei den Vorteil mit sich, dass eine vergleichsweise hohe Steifigkeit der Verbindung senkrecht zu den Kontaktflächen 110.5 bzw. 107.2 erzielt wird, da die Kontaktelemente 110.1 bei einer Anregung in der z-Richtung entlang ihrer Kontaktelementachse 110.3 belastet werden, sodass kein Biegemoment wirkt.
Hierbei kann die Knicksteifigkeit der Kontaktelemente 110.1 so auf eine im Normalbetrieb der Abbildungseinrichtung 101 senkrecht zu den Kontaktflächen 110.5 bzw. 107.2 wirkende zu erwartende maximale Betriebskraft abgestimmt sein, dass sie unter der maximalen Betriebskraft nicht quer zu der Kontaktelementachse 110.3 ausweichen. Eine solche steife Verbindung ist im Hinblick auf die dynamischen Eigenschaften, insbesondere die hierdurch erhöhte Eigenfrequenz der Verbindungsanordnung 111, von Vorteil.
Die oben beschriebene stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 110 und dem optischen Element 107.1 besteht im Wesentlichen nur zwischen der Endfläche 110.4 der Kontaktelemente 110.1 und der zweiten Kontaktfläche 107.2 des optischen Elements.
Die stoffschlüssige Verbindung vermeidet dabei in vorteilhafter Weise reibungsbehaftete Relativbewegungen zwischen den jeweiligen Kontaktelement 110.1 und dem optischen Element 107.1, sodass hierdurch bedingte parasitäre Spannungen wirksam vermieden werden.
Weiterhin wird durch die stoffschlüssige Verbindung die Steifigkeit der Verbindungsanordnung 111 senkrecht zur Kontaktfläche 107.2 des optischen Elements 107.1 erhöht, da die Kontaktelemente 110.1 nicht (über eine solche reibungsbehaftete Relativbewegung) seitlich bzw. in Querrichtung ausweichen können. Dies ist, wie erwähnt, im Hinblick auf die dynamischen Eigenschaften, insbesondere die hierdurch erhöhte Eigenfrequenz der Verbindungsanordnung 111, von Vorteil.
Die Verbindung zwischen dem Sensor 108.1 und dem optischen Element 107.1 wird im vorliegenden Beispiel gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungsverfahrens hergestellt, dessen Ablauf in 5 dargestellt ist.
Zunächst werden in einem Schritt 115.1 die Komponenten der Abbildungseinrichtung 101 zur Verfügung gestellt. Insbesondere werden das optische Element 107.1, der Sensor 108.1 und das Verbindungselement 110 für die Verbindungsanordnung 111 bereitgestellt. In einem Schritt 115.2 werden diese Komponenten der Verbindungsanordnung 111 dann miteinander verbunden.
Für die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem optischen Element 107.1 und dem Verbindungselement 110 wird im vorliegenden Beispiel eine nur wenige Mikrometer dicke Schicht eines adhäsiven Materials verwendet, die zwischen der Endfläche 110.4 des jeweiligen Kontaktelements 110.1 und der zweiten Kontaktfläche 107.2 des optischen Elements 107.1 angeordnet ist. Hierdurch wird nicht nur eine zuverlässige Verbindung erzielt. Vielmehr hat diese Gestaltung auch den Vorteil, dass die Auswirkungen von Prozessen innerhalb des adhäsiven Materials (wie beispielsweise Schrumpfung oder dergleichen) die bei dickeren und/oder großflächigen Schichten ebenfalls zur Einleitung parasitärer Spannungen in das optische Element 107.1 führen können, in vorteilhafter Weise minimiert werden können.
Zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem optischen Element 107.1 und dem Verbindungselement 110 wird im vorliegenden Beispiel in einem Schritt 115.3 auf eine Transferfläche eines (in 3 durch die gestrichelte Kontur 113 angedeuteten) Transfererelements eine dünne Schicht 114 eines adhäsiven Materials aufgebracht. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Schichtdicke der Schicht 114 etwa 5 μm. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch andere Schichtdicken vorgesehen sein können. Bevorzugt beträgt die Schichtdicke 1 μm bis 20 μm.
Die freien Enden 110.4 der Kontaktelemente 110.1 werden dann in einem Schritt 115.4 derart auf die Schicht 114 aufgesetzt, dass ein Teil des adhäsiven Materials der Schicht 114 auf die freien Enden 110.4 übertragen wird.
Anschließend werden in einem Schritt 115.5 die freien Enden 110.4 der Kontaktelemente 110.1 auf die zweite Kontaktfläche 107.2 des optischen Elements 107.1 zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung aufgesetzt.
In einem Schritt 115.6 wird dann die stoffschlüssige Verbindung zwischen der dritten Kontaktfläche 110.6 des Verbindungselements 110 und der vierten Kontaktfläche 108.3 des Sensors 108.1 hergestellt. Dies kann grundsätzlich auf dieselbe Weise wie in den Schritten 115.3 bis 115.5 unter Verwendung des Transfererelements 113 erfolgen. Es versteht sich jedoch, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 110 und dem Sensor 108.1 auch auf beliebige andere Weise hergestellt werden kann.
Zweites bis viertes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verbindungselements 210, 310 und 410 beschrieben. Die Verbindungselemente 210, 310 und 410 entsprechen in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer grundsätzlichen Funktionsweise dem Verbindungselement 110 und können dieses jeweils in der Abbildungseinrichtung 101 ersetzen. Gleichartige Komponenten sind daher mit um den Wert 100 (zweites Ausführungsbeispiel) bzw. 200 (drittes Ausführungsbeispiel) bzw. 300 (viertes Ausführungsbeispiel) erhöhten Bezugszeichen versehen. Sofern nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Das in 6 (in einer der 2 entsprechenden Ansicht) dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 210 unterscheidet sich von dem Verbindungselement 110 zum einen dadurch, dass die langgestreckten zylindrischen Kontaktelemente 210.1 an dem Kontaktelementträger 210.2 nicht matrixartig sondern auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind.
Weiterhin nimmt der Abstand der Kontaktelemente 210.1 ausgehend von dem zentralen Bereich 210.7 in Radialrichtung der Kreise nach außen hin immer weiter zu. Hiermit ist es möglich, der nach wie vor guter mechanischer Verbindung, insbesondere ausreichender Steifigkeit in Richtung der Kontaktelementachsen der Kontaktelemente 210.1, die in das optische Element 107.1 eingeleiteten parasitären Spannungen weiter zu reduzieren, da weniger Kontaktelemente infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung eine starke Auslenkung erfahren.
Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung ein ähnlicher Effekt dadurch erzielt werden kann, dass zusätzlich oder alternativ die Querabmessung der Kontaktelemente 210.1 in der dargestellten Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse zumindest abschnittsweise mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Bereich 210.7 abnimmt.
Schließlich ist in dem zentralen Bereich 210.7 ein zentrales Kontaktelement 210.1 angeordnet, dessen Durchmesser DZ doppelt so groß ist wie der Durchmesser D der übrigen Kontaktelemente 210.1. Dies hat den Vorteil, dass an dieser zentralen Stelle, die (aufgrund ihrer zentralen Lage) wenig von den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen beeinträchtigt ist (sich dort also nur sehr geringe parasitäre Spannungen ergeben), aufgrund der großen Kontaktflächen bzw. des großen Querschnitts zentralen Kontaktelements ein besonders geringer thermischer Widerstand bzw. ein besonders guter Wärmedurchgang erzielt wird.
Bei dem Verbindungselement 310 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel aus 7 besteht der Unterschied zu dem Verbindungselement 110 darin, dass die an dem Kontaktelementträger 310.2 angeordneten Kontaktelemente 310.1 zwar nach wie vor geradlinige Kontaktelementachsen 310.3 aufweisen, die Kontaktelemente 310.1 jedoch selbst konisch ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise das Verformungsverhalten der Kontaktelemente 310.1 bei der Kompensation unterschiedlicher thermischen Ausdehnungen einstellen.
Eine weitere Möglichkeit der Anpassung des Verformungsverhaltens ist bei dem Verbindungselement 410 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel aus 8 realisiert. Hier besteht der Unterschied zu dem Verbindungselement 110 darin, dass die an dem Kontaktelementträger 410.2 angeordneten Kontaktelemente 410.1 zwar wiederum nach wie vor geradlinige Kontaktelementachsen 410.3 aufweisen, die Kontaktelemente 410.1 jedoch in unterschiedlichen Schnittebenen senkrecht zur Kontaktelementachse 410.3 unterschiedliche Durchmesser aufweisen. So ist in einem mittleren Bereich 410.8 ein geringerer Durchmesser vorgesehen, sodass die Biegeverformung zum Ausgleich unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen primär in diesem Bereich 410.8 stattfindet. Dies hat den Vorteil, dass sich die dabei entstehenden Spannungen über die Endbereiche 410.9 größeren Durchmessers bereits zu einem gewissen Grad abbauen können, sodass die Einleitung parasitärer Spannungen in die verbundenen Komponenten auch hierdurch zu einem gewissen Grad weiter reduziert wird.
Wie in der 8 durch die gestrichelte Kontur 416 angedeutet ist, kann bei bestimmten Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Kontaktelemente entlang ihrer Kontaktelementachsen keinen geradlinigen Verlauf sondern beispielsweise einen abschnittsweise S-förmigen Verlauf aufweisen. Hierdurch kann das Kontaktelement 416 bei der Verschiebung des freien Endes in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse 410.3 einer Abstandsverringerung zwischen dem optischen Element 107.1 und dem Kontaktelementträger 410.2 bzw. dem Temperatursensor 108.1 durch eine kompensierende Längenänderung entgegenwirken, indem es durch die Biegeverformung gestreckt wird. Zusätzlich oder alternativ zu der abschnittsweise S-förmigen Gestaltung kann natürlich auch eine zumindest abschnittsweise geknickte Gestaltung des betreffenden Kontaktelement vorgesehen sein.
Eine solche Gestaltung kann insbesondere im Bereich der äußeren, maximal ausgelenkten Kontaktelemente vorgesehen sein. Sie kann aber auch für alle Kontaktelemente gewählt werden. Es versteht sich, dass eine solche kompensierende Längenänderung bei geeigneter Wahl des Materials der Kontaktelemente auch durch eine thermisch bedingte Längenänderung des Kontaktelements bewirkt werden kann.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 9 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements 510 beschrieben. Das Verbindungselement 510 entspricht in seinem grundsätzlichen Aufbau und seiner grundsätzlichen Funktionsweise dem Verbindungselement 110 und kann dieses beispielsweise in der Abbildungseinrichtung 101 ersetzen. Gleichartige Komponenten sind daher mit um den Wert 400 erhöhten Bezugszeichen versehen. Sofern nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Im vorliegenden Beispiel wird das Verbindungselement 510 jedoch für den Facettenspiegel 106.1 der Beleuchtungseinrichtung 102 eingesetzt. Hierbei verbindet das Verbindungselement 510 in einer Verbindungsanordnung 511 eine Spiegelfacette 507.1 des Facettenspiegels 106.1 mit einem Facettenträger 508.1 des Facettenspiegels 106.1.
Der Unterschied zu dem Verbindungselement 110 besteht dabei darin, dass bei dem Verbindungselement 510 an dem zentralen Kontaktelementträger 510.2 neben ersten Kontaktelementen 510.1 auf der den ersten Kontaktelementen 510.1 abgewandten Seite des Kontaktelementträgers 510.2 zweite Kontaktelemente 510.10 angeordnet sind, die im vorliegenden Beispiel identisch zu den ersten Kontaktelementen 510.1 gestaltet sind.
Die ersten Kontaktelemente 510.1 sind ihrerseits identisch zu den Kontaktelementen 110.1 aufgebaut und in analoger Weise über die oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschriebene stoffschlüssige Verbindung mit der Spiegelfacette 507.1 verbunden.
Die freien Enden 510.12 der zweiten Kontaktelemente 510.10 bilden im vorliegenden Beispiel die dritte Kontaktfläche 510.6 des Verbindungselements 510 aus, welche wiederum über eine entsprechende stoffschlüssige Verbindung mit der vierten Kontaktfläche 508.3 des Facettenträgers 508.1 verbunden sind.
Die stoffschlüssige Verbindung der zweiten Kontaktelemente 510.10 mit dem Facettenträger 508.1 ist wiederum analog zu der oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel im Detail beschriebene stoffschlüssigen Verbindung ausgeführt und hergestellt, sodass auch hier insoweit auf die obigen Ausführungen verwiesen werden soll.
Durch diese Gestaltung kann die mechanische Entkopplung quer zu den Kontaktelementachsen 510.3 bzw. 510.11 gegenüber der jeweiligen zu kontaktierenden Komponente 507.1 bzw. 508.1 zur Verfügung zu stellen, wie dies in 9 durch die gestrichelte Kontur 512 angedeutet ist. Dies hat den Vorteil, dass sich die Anforderungen an die Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE3 des Verbindungselements 510 an die thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE1 und CTE2 der zu verbindenden Komponenten 507.1 bzw. 508.1 reduzieren. Hierdurch erhöht sich nicht nur die Flexibilität des Verbindungselements 510. Vielmehr kann größeres Augenmerk auf die Optimierung der Materialauswahl hinsichtlich anderer Aspekte, beispielsweise der mechanischen Eigenschaften und/oder der thermischen Leitfähigkeit etc., des Verbindungselement 510 gerichtet werden.
Im vorliegenden Beispiel besteht das Verbindungselement 510 aus einem Material, dessen dritter thermischer Ausdehnungskoeffizient CTE3 an den ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE1 der Spiegelfacette 507.1 und den zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE2 des Facettenträgers 508.1 angepasst ist. Die Anpassung erfolgt im vorliegenden Beispiel insofern als der dritte thermische Ausdehnungskoeffizient CTE3 zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE1 und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE2 liegt.
Bei einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung verbindet das Verbindungselement 510 in der Verbindungsanordnung 511 eine einen Spiegel 507.1 der Elementgruppe 107 mit einer Stützeinrichtung 508.1, über welche der Spiegel abgestützt ist.
Hierbei kann es sich um eine beliebige Stützeinrichtung, wie beispielsweise ein Strebenelement eines Bipods oder dergleichen handeln. Weiterhin kann es sich um eine passive Stützeinrichtung handeln. Ebenso kann es sich um eine aktive Stützeinrichtung, mithin also eine Aktuatoreinrichtung handeln, über welche der Spiegel 507.1 in einem oder mehreren Freiheitsgraden aktuiert werden kann.
Bei dem in diesem Fall mit Mitteln der Feinmechanik hergestellten Verbindungselement 510 beträgt maximale Längenabmessung der ersten Kontaktelemente 510.1 und der zweiten Kontaktelemente 510.10 zwischen 5 mm und 50 mm. Im Übrigen gelten hierbei aber insbesondere hinsichtlich der Gestalt, der weiteren Abmessungen, des Aspektverhältnisses und der Materialien die vorstehenden bzw. gegebenenfalls nachfolgenden Ausführungen im Hinblick auf das Verbindungselement und seine Kontaktelemente. Insbesondere kann natürlich auch eine abweichende Gestaltung des Verbindungselements vorgesehen sein, wie sie in den übrigen Figuren dargestellt ist.
Sechstes und siebtes Ausführungsbeispiel
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 10 und 11 weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verbindungselements 610 und 710 beschrieben. Die Verbindungselemente 610 und 710 entsprechen in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer grundsätzlichen Funktionsweise dem Verbindungselement 510 und können dieses jeweils in der Abbildungseinrichtung 101 ersetzen. Gleichartige Komponenten sind daher mit um den Wert 100 (sechstes Ausführungsbeispiel) bzw. 200 (siebtes Ausführungsbeispiel) erhöhten Bezugszeichen versehen. Sofern nachfolgend keine anderweitigen Ausführungen gemacht werden, wird hinsichtlich der Eigenschaften dieser Komponenten ausdrücklich auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Das in 10 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 610 unterscheidet sich von dem Verbindungselement 510 lediglich dadurch, dass eine unterschiedliche Anzahl erster Kontaktelemente 610.1 und zweiter Kontaktelemente 610.10 vorgesehen ist. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine beliebige andere Abweichung zwischen den ersten und zweiten Kontaktelementen vorgesehen sein kann. Insbesondere können sämtliche oben beschriebenen, voneinander abweichenden Gestaltungen der Kontaktelemente bei dem ersten und zweiten Kontaktelement realisiert sein.
Das in 11 dargestellte siebte Ausführungsbeispiel des Verbindungselements 710 unterscheidet sich von dem Verbindungselement 510 lediglich dadurch, dass der Kontaktelementträger einen dreiecksförmigen Querschnitt aufweist, sodass an zwei den ersten Kontaktelementen 710.1 abgewandten Seiten zweite Kontaktelemente 710.10 vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, mehr als zwei Komponenten miteinander über das Verbindungselement 710 zu verbinden. Es versteht sich auch hier, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch eine beliebige Abweichung zwischen den ersten und zweiten Kontaktelementen vorgesehen sein kann. Insbesondere können sämtliche oben beschriebenen, voneinander abweichenden Gestaltungen der Kontaktelemente bei den ersten und zweiten Kontaktelement realisiert sein.
Hinsichtlich des Materials der Verbindungselemente 110 bis 710 sämtlicher vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist anzumerken, dass dieses wie beschrieben je nach der Anwendung hinsichtlich seines thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE3 auf den thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE1 und CTE2 der zu verbindenden Komponenten abgestimmt ist.
Steht bei der betreffenden Anwendung eine besonders gute thermische Leitfähigkeit im Vordergrund, so kann diese das maßgebliche Kriterium für die Materialauswahl darstellen. Vorzugsweise besteht das Verbindungselement 110 bis 710 zumindest abschnittsweise aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wobei die thermische Leitfähigkeit insbesondere höher ist als 50 W/(m·K), vorzugsweise höher ist als 100 W/(m·K), weiter vorzugsweise 130 W/(m·K) bis 500 W/(m·K) beträgt. In den vorliegenden Beispielen beträgt die thermische Leitfähigkeit der Verbindungselemente 110 bis 710 etwa 140 W/(m·K) bis 160 W/(m·K).
Beispiele für geeignete Materialien für das Verbindungselement 110 bis 710 sind Silizium (Si), insbesondere monokristallines Silizium. Vorzugsweise umfasst das, das Verbindungselement 110 bis 710 daher zumindest abschnittsweise Silizium, insbesondere monokristallines Silizium. Zusätzlich oder alternativ können Materialien verwendet werden, die zumindest abschnittsweise Siliziumcarbid (SiC) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Aluminium (Al) und/oder Molybdän (Mo) und/oder Silber (Ag) und/oder Gold (Au) umfassen.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen ausschließlich refraktive optische Elemente verwendet wurden. Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals angemerkt, dass die Erfindung natürlich auch, insbesondere für den Fall der Abbildung bei anderen Wellenlängen, bei im Zusammenhang mit optischen Einrichtungen Anwendung finden kann, die alleine oder in beliebiger Kombination refraktive, reflektive oder diffraktive optische Elemente umfassen.
Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen die Kontaktelementachsen in Wesentlichen senkrecht auf der Kontaktfläche des zu kontaktieren Körpers stehen. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Varianten der Erfindung auch vorgesehen sein kann, dass die Kontaktelementachsen schräg zu der Kontaktfläche des zu kontaktierenden Körpers verlaufen. Insbesondere können hierbei Neigungswinkel von 45° bis 89° gewählt werden.
Weiterhin wurde die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, bei denen die seitliche Nachgiebigkeit der Kontaktelemente ausschließlich dazu genutzt wird, unterschiedliche thermische Ausdehnungen der zu verbindenden Körper zu kompensieren. Es sei an dieser Stelle jedoch angemerkt, dass die Erfindung natürlich auch im Zusammenhang mit der der Kompensation beliebiger anderer Relativbewegungen zwischen den zu verbindenden Körpern verwendet werden kann. Insbesondere kann sie dazu genutzt werden, die oben bereits erwähnten Relativbewegungen zu kompensieren, die beispielsweise bei der Verwendung adhäsiver Verbindungsmaterialien (Schrumpfung oder dergleichen) auftreten.
Schließlich ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von Beispielen aus dem Bereich der Mikrolithographie beschrieben wurde. 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. Ebenso kann sie natürlich auch für beliebige andere Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Relativbewegungen zwischen miteinander verbundenen Komponenten zu kompensieren sind, um die Einleitung unerwünschter Spannungen in die betreffenden Komponenten zu vermeiden.
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 2009/0039499 A1 [0006]
US 2008/0144288 A1 [0006]

Claims

Verbindungsanordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einem ersten Körper und – einem Verbindungselement zum Verbinden des ersten Körpers mit einem zweiten Körper, wobei – das Verbindungselement eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen umfasst, die an einem Kontaktelementträger angeordnet sind, – die Kontaktelemente ein dem Kontaktelementträger abgewandtes freies Ende aufweisen und entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet sind, – die Kontaktelemente zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet sind, – eine erste Kontaktfläche des Verbindungselements durch die freien Enden der Kontaktelemente gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verbindungselement und der erste Körper durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche des ersten Körpers verbunden sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente entlang ihrer Kontaktelementachse im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelementachse im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Kontaktfläche verläuft.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und/oder – die Kontaktelemente insbesondere zumindest abschnittsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und/oder – die Kontaktelemente in wenigstens zwei entlang der Kontaktelementachse beabstandeten Schnittebenen senkrecht zur Kontaktelementachse unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse eine maximale Querabmessung von höchstens 400 μm, vorzugsweise höchstens 200 μm, weiter vorzugsweise 1 μm bis 100 μm, weiter vorzugsweise 2 μm bis 20 μm, aufweisen und/oder – die Kontaktelemente entlang ihrer Kontaktelementachse eine maximale Längenabmessung von höchstens 6 mm, vorzugsweise höchstens 4 mm, weiter vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm, aufweisen und/oder – die Kontaktelemente entlang der Kontaktelementachse eine maximale Längenabmessung aufweisen und in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse eine maximale Querabmessung aufweisen, wobei das Verhältnis der maximalen Querabmessung zu der maximalen Längenabmessung 0,001 bis 0,5 beträgt, vorzugsweise 0,005 bis 0,25 beträgt, weiter vorzugsweise 0,02 bis 0,2 beträgt, weiter vorzugsweise 0,01 bis 0,1 beträgt, und/oder – die Kontaktelementachsen zweier Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse einen maximalen Kontaktelementachsenabstand von höchstens 1000%, vorzugsweise höchstens 200%, weiter vorzugsweise 120% bis 150%, einer maximalen Querabmessung der Kontaktelemente in dieser Schnittebene aufweisen
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Körper und der zweite Körper Komponenten einer Einrichtung, insbesondere einer optischen Einrichtung, sind, wobei – in einem Normalbetrieb der Einrichtung in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse ausgehend von einem Ruhezustand der Einrichtung eine durch unterschiedliche thermische Ausdehnung des ersten und zweiten Körpers bedingte maximale Verschiebung an dem freien Ende wenigstens eines maximal ausgelenkten Kontaktelements in einem maximal ausgelenkten Zustand auftritt, – in dem Ruhezustand der Einrichtung in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse im Wesentlichen keine Auslenkung des freien Endes des maximal ausgelenkten Kontaktelements in einem nicht ausgelenkten Zustand auftritt und – das Material und/oder die Abmessungen des maximal ausgelenkten Kontaktelements derart gewählt sind, dass in dem maximal ausgelenkten Zustand in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse an dem freien Ende ein maximales Biegemoment von höchstens 30 mNm, vorzugsweise höchstens 20 mNm, weiter vorzugsweise 1 mNm bis 10 mNm, wirkt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest das maximal ausgelenkte Kontaktelement derart ausgebildet ist, dass es bei der Verschiebung des freien Endes in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse einer Abstandsverringerung zwischen dem ersten und zweiten Körper durch eine kompensierende Längenänderung entgegenwirkt, wobei – insbesondere eine thermisch bedingte Längenänderung des maximal ausgelenkten Kontaktelement die kompensierende Längenänderung bewirkt und/oder – das maximal ausgelenkte Kontaktelement insbesondere entlang seiner Kontaktelementachse in wenigstens einem Kompensationsabschnitt derart gekrümmt und/oder geknickt verläuft, dass eine Streckung des wenigstens einen Kompensationsabschnitts entlang der Kontaktelementachse die kompensierende Längenänderung bewirkt.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse einen zentralen Abschnitt und eine Radialrichtung definieren – in der Radialrichtung zumindest abschnittsweise eine Abmessung der Kontaktelemente und/oder ein Abstand zwischen benachbarten Kontaktelementen variiert.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Querabmessung der Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse zumindest abschnittsweise mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Abschnitt abnimmt und/oder – ein Querabstand der Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse zumindest abschnittsweise mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Abschnitt zunimmt.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente erste Kontaktelemente sind und – das Verbindungselement eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen zweiten Kontaktelementen umfasst, die an dem Kontaktelementträger angeordnet sind, wobei – die zweiten Kontaktelementen insbesondere auf einer den ersten Kontaktelementen abgewandten Seite des Kontaktelementträgers angeordnet sind
Verbindungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweiten Kontaktelemente ein dem Kontaktelementträger abgewandtes freies Ende aufweisen und entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet sind, – die Kontaktelemente zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet sind, – eine dritte Kontaktfläche des Verbindungselements durch die freien Enden der Kontaktelemente gebildet ist, wobei – die dritte Kontaktfläche zum Kontaktieren einer vierten Kontaktfläche des zweiten Körpers ausgebildet ist, wobei – die dritte Kontaktfläche und die vierte Kontaktfläche insbesondere dazu ausgebildet sind, zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem zweiten Körper durch eine stoffschlüssige Verbindung verbunden zu werden.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kontaktelemente und die zweiten Kontaktelemente zumindest abschnittsweise eine unterschiedliche Abmessung und/oder einen unterschiedlichen Abstand zwischen benachbarten Kontaktelementen aufweisen.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verbindungselement zumindest abschnittsweise aus einem Material besteht, welches Silizium (Si), insbesondere monokristallines Silizium, und/oder Siliziumcarbid (SiC) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Aluminium (Al) und/oder Molybdän (Mo) und/oder Silber (Ag) und/oder Gold (Au) umfasst und/oder – das Verbindungselement zumindest abschnittsweise aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht, wobei die thermische Leitfähigkeit insbesondere höher ist als 50 W/(m·K), vorzugsweise höher ist als 100 W/(m·K), weiter vorzugsweise 130 W/(m·K) bis 500 W/(m·K) beträgt und/oder – das Verbindungselement zumindest abschnittsweise aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Körpers und/oder einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Körpers angepasst ist, insbesondere dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten entspricht oder zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten liegt.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Körper eine optische Komponente, insbesondere ein optisches Element, ist und/oder – der zweite Körper eine Komponente einer Messeinrichtung, insbesondere ein Sensorelement, oder eine Trägereinrichtung für den ersten Körper ist.
Optische Einrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei – der erste Körper eine optische Komponente der optischen Einrichtung, insbesondere ein optisches Element der optischen Einrichtung, ist und/oder – der zweite Körper eine Komponente einer Messeinrichtung der optischen Einrichtung, insbesondere ein Sensorelement der optischen Einrichtung, oder – der zweite Körper eine Trägereinrichtung für den ersten Körper ist oder – der zweite Körper eine Aktuatoreinrichtung zur Aktuierung des ersten Körpers ist.
Verbindungsverfahren, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem – ein erster Körper mit – einem Verbindungselement zum Verbinden des ersten Körpers mit einem zweiten Körper verbunden wird, wobei – das Verbindungselement eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen umfasst, die an einem Kontaktelementträger angeordnet sind, – die Kontaktelemente ein dem Kontaktelementträger abgewandtes freies Ende aufweisen und entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet sind, – die Kontaktelemente zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet sind, – eine erste Kontaktfläche des Verbindungselements durch die freien Enden der Kontaktelemente gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verbindungselement und der erste Körper durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche des ersten Körpers verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass – auf eine Transferfläche eines Transfererelements eine dünne Schicht, insbesondere eine 1 μm bis 20 μm dicke Schicht, eines adhäsiven Materials aufgebracht wird, – die freien Enden der Kontaktelemente des Verbindungselements derart auf die Schicht des adhäsiven Materials aufgesetzt werden, dass ein Teil des adhäsiven Materials auf die freien Enden der Kontaktelemente übertragen wird, und – die freien Enden der Kontaktelemente auf die zweite Kontaktfläche des ersten Körpers zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung aufgesetzt werden.
Verbindungselement, insbesondere für die Mikrolithographie, zum Verbinden eines ersten Körpers mit einem zweiten Körper, mit – einem Kontaktelementträger und – einer Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen ersten Kontaktelementen, die an dem Kontaktelementträger angeordnet sind, – die ersten Kontaktelemente entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet sind und zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen zweiten Kontaktelementen an dem Kontaktelementträger angeordnet sind, wobei – die zweiten Kontaktelemente auf einer den ersten Kontaktelementen abgewandten Seite des Kontaktelementträgers angeordnet sind.
Verbindungselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kontaktelemente zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu einer Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet sind.
Verbindungselement nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass – die ersten Kontaktelemente dem Kontaktelementträger abgewandte freie erste Enden aufweisen, die eine erste Kontaktfläche zum Kontaktieren einer zweiten Kontaktfläche des ersten Körpers bilden, wobei die erste Kontaktfläche insbesondere für eine stoffschlüssige Verbindung mit der zweiten Kontaktfläche ausgebildet ist, und/oder – die zweiten Kontaktelemente dem Kontaktelementträger abgewandte freie zweite Enden aufweisen, die eine dritte Kontaktfläche zum Kontaktieren einer vierten Kontaktfläche des zweiten Körpers bilden, wobei die dritte Kontaktfläche insbesondere für eine stoffschlüssige Verbindung mit der vierten Kontaktfläche ausgebildet ist,.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kontaktelemente und/oder die zweiten Kontaktelemente entlang ihrer Kontaktelementachse im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sind.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelementachse der ersten Kontaktelemente im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Kontaktfläche verläuft und/oder – die Kontaktelementachse der zweiten Kontaktelemente im Wesentlichen senkrecht zu der dritten Kontaktfläche verläuft.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und/oder – die Kontaktelemente insbesondere zumindest abschnittsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind und/oder – die Kontaktelemente in wenigstens zwei entlang der Kontaktelementachse beabstandeten Schnittebenen senkrecht zur Kontaktelementachse unterschiedliche Abmessungen aufweisen.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse eine maximale Querabmessung von höchstens 400 μm, vorzugsweise höchstens 200 μm, weiter vorzugsweise 1 μm bis 100 μm, weiter vorzugsweise 2 μm bis 20 μm, aufweisen und/oder – die Kontaktelemente in entlang ihrer Kontaktelementachse eine maximale Längenabmessung von höchstens 6 mm, vorzugsweise höchstens 4 mm, weiter vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm, aufweisen und/oder – die Kontaktelemente entlang der Kontaktelementachse eine maximale Längenabmessung aufweisen und in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse eine maximale Querabmessung aufweisen, wobei das Verhältnis der maximalen Querabmessung zu der maximalen Längenabmessung 0,001 bis 0,5 beträgt, vorzugsweise 0,005 bis 0,25 beträgt, weiter vorzugsweise 0,02 bis 0,2 beträgt, weiter vorzugsweise 0,01 bis 0,1 beträgt, und/oder – die Kontaktelementachsen zweier Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse einen maximalen Kontaktelementachsenabstand von höchstens 1000%, vorzugsweise höchstens 200%, weiter vorzugsweise 120% bis 150%, einer maximalen Querabmessung der Kontaktelemente in dieser Schnittebene aufweisen.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Körper und der zweite Körper Komponenten einer Einrichtung, insbesondere einer optischen Einrichtung, sind, wobei – in einem Normalbetrieb der Einrichtung in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse ausgehend von einem Ruhezustand der Einrichtung eine durch unterschiedliche thermische Ausdehnung des ersten und zweiten Körpers bedingte maximale Verschiebung an dem freien Ende wenigstens eines maximal ausgelenkten Kontaktelements in einem maximal ausgelenkten Zustand auftritt, – in dem Ruhezustand der Einrichtung in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse im Wesentlichen keine Auslenkung des freien Endes des maximal ausgelenkten Kontaktelements in einem nicht ausgelenkten Zustand auftritt und – das Material und/oder die Abmessungen des maximal ausgelenkten Kontaktelements derart gewählt sind, dass in dem maximal ausgelenkten Zustand in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse an dem freien Ende ein maximales Biegemoment von höchstens 30 mNm, vorzugsweise höchstens 20 mNm, weiter vorzugsweise 1 mNm bis 10 mNm, wirkt.
Verbindungselement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest das maximal ausgelenkte Kontaktelement derart ausgebildet ist, dass es bei der Verschiebung des freien Endes in der Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse einer Abstandsverringerung zwischen dem ersten und zweiten Körper durch eine kompensierende Längenänderung entgegenwirkt, wobei – insbesondere eine thermisch bedingte Längenänderung des maximal ausgelenkten Kontaktelement die kompensierende Längenänderung bewirkt und/oder – das maximal ausgelenkte Kontaktelement insbesondere entlang seiner Kontaktelementachse in wenigstens einem Kompensationsabschnitt derart gekrümmt und/oder geknickt verläuft, dass eine Streckung des wenigstens einen Kompensationsabschnitts entlang der Kontaktelementachse die kompensierende Längenänderung bewirkt.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse einen zentralen Abschnitt und eine Radialrichtung definieren und – in der Radialrichtung zumindest abschnittsweise eine Abmessung der Kontaktelemente und/oder ein Abstand zwischen benachbarten Kontaktelementen variiert.
Verbindungselement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Querabmessung der Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse zumindest abschnittsweise mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Abschnitt abnimmt und/oder – ein Querabstand der Kontaktelemente in einer Schnittebene senkrecht zur Kontaktelementachse zumindest abschnittsweise mit zunehmendem Abstand von dem zentralen Abschnitt zunimmt.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kontaktelemente und die zweiten Kontaktelemente zumindest abschnittsweise eine unterschiedliche Abmessung und/oder einen unterschiedlichen Abstand zwischen benachbarten Kontaktelementen aufweisen.
Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verbindungselement zumindest abschnittsweise aus einem Material besteht, welches Silizium (Si), insbesondere monokristallines Silizium, und/oder Siliziumcarbid (SiC) und/oder Kupfer (Cu) und/oder Aluminium (Al) und/oder Molybdän (Mo) und/oder Silber (Ag) und/oder Gold (Au) umfasst und/oder – das Verbindungselement zumindest abschnittsweise aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht, wobei die thermische Leitfähigkeit insbesondere höher ist als 50 W/(m·K), vorzugsweise höher ist als 100 W/(m·K), weiter vorzugsweise 130 W/(m·K) bis 500 W/(m·K) beträgt und/oder – das Verbindungselement zumindest abschnittsweise aus einem Material besteht, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient an einen ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ersten Körpers und/oder einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten des zweiten Körpers angepasst ist, insbesondere dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten entspricht oder zwischen dem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und dem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten liegt.
Optische Einrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einem ersten Körper und einem zweiten Körper, die über ein Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 30 verbunden sind, wobei – der erste Körper eine optische Komponente der optischen Einrichtung, insbesondere ein optisches Element der optischen Einrichtung, ist und/oder – der zweite Körper eine Komponente einer Messeinrichtung der optischen Einrichtung, insbesondere ein Sensorelement der optischen Einrichtung, ist oder – der zweite Körper eine Trägereinrichtung für den ersten Körper ist oder – der zweite Körper eine Aktuatoreinrichtung zur Aktuierung des ersten Körpers ist.
Verbindungsverfahren, insbesondere für die Mikrolithographie, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Körper und ein zweiter Körper über ein Verbindungselement nach einem der Ansprüche 18 bis 30 verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verbindungselement und der erste Körper durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einer ersten Kontaktfläche, die durch die freien Enden der ersten Kontaktelemente gebildet ist, und einer zweiten Kontaktfläche des ersten Körpers verbunden werden und/oder – das Verbindungselement und der zweite Körper durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einer dritten Kontaktfläche, die durch die freien Enden der zweiten Kontaktelemente gebildet ist, und einer vierten Kontaktfläche des zweiten Körpers verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass – auf eine Transferfläche eines Transfererelements eine dünne Schicht, insbesondere eine 1 μm bis 20 μm dicke Schicht, eines adhäsiven Materials aufgebracht wird, – die freien Enden der ersten Kontaktelemente des Verbindungselements derart auf die Schicht des adhäsiven Materials aufgesetzt werden, dass ein Teil des adhäsiven Materials auf die freien Enden der ersten Kontaktelemente übertragen wird, und die freien Enden der ersten Kontaktelemente auf die zweite Kontaktfläche des ersten Körpers zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung aufgesetzt werden und/oder – die freien Enden der zweiten Kontaktelemente des Verbindungselements derart auf die Schicht des adhäsiven Materials aufgesetzt werden, dass ein Teil des adhäsiven Materials auf die freien Enden der zweiten Kontaktelemente übertragen wird, und die freien Enden der zweiten Kontaktelemente auf die vierte Kontaktfläche des zweiten Körpers zum Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung aufgesetzt werden.
Verbindungselement zum Verbinden eines ersten Körpers und eines zweiten Körpers einer Einrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit – einer Mehrzahl von im Wesentlichen stabförmigen Kontaktelementen, wobei – die Kontaktelemente ein freies Ende aufweisen, entlang einer Kontaktelementachse langgestreckt ausgebildet sind und zum Ausgleich unterschiedlicher thermisch bedingter Ausdehnung des ersten Körpers und des zweiten Körpers quer zu der Kontaktelementachse nachgiebig ausgebildet sind, – die freien Enden der Kontaktelemente eine erste Kontaktfläche des Verbindungselements bilden, die zum Kontaktieren einer zweiten Kontaktfläche eines ersten Körpers ausgebildet ist, und – in einem Normalbetrieb der Einrichtung senkrecht zu der ersten Kontaktfläche eine maximale Betriebskraft zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Kontaktfläche im Wesentlichen senkrecht zu den Kontaktelementachsen verläuft und – die Kontaktelemente zur Erzielung einer im Wesentlichen starren Verbindung zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper, derart knicksteif ausgebildet sind, dass sie unter der senkrecht zu der ersten Kontaktfläche wirkenden maximalen Betriebskraft nicht quer zu der Kontaktelementachse ausweichen.