Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie mit einem Manipulator zur Bildfehlerkorrektur.The invention relates to a projection exposure apparatus for semiconductor lithography with a manipulator for image aberration correction.
Die bekannte Funktionsweise von Projektionsbelichtungsanlagen für die Halbleiterlithographie beruht im Wesentlichen darauf, dass Strukturen, also beispielsweise Leiterbahnen, aber auch Transistoren oder ähnliches auf Halbleiterbauelementen dadurch erzeugt werden, dass mittels eines Objektives auf einer Maske, einem sogenannten Reticle, vorhandene Strukturen auf eine auf einem Halbleiterwafer angeordnete photoempfindliche Lackschicht abgebildet werden und dass in nachfolgenden Schritten insbesondere durch entsprechende Beschichtungs- oder Ätzprozesse sequentiell die gewünschte Topographie des Bauelementes erzeugt wird. Dabei wird in der Regel durch das Objektiv eine erhebliche Verkleinerung der auf dem Reticle vorhandenen Strukturen vorgenommen, üblicherweise um das 4–10 fache. The known mode of operation of projection exposure apparatuses for semiconductor lithography is essentially based on the fact that structures, for example printed conductors, but also transistors or the like, are produced on semiconductor components by means of an objective on a mask, a so-called reticle, structures existing on a semiconductor wafer arranged photosensitive resist layer are mapped and that in sequential steps, in particular by appropriate coating or etching processes, the desired topography of the device is generated. In this case, a considerable reduction of the existing on the reticle structures is usually made by the lens, usually by 4-10 times.
Die derzeit erzeugbaren Strukturen zeigen Dimensionen im Bereich mehrerer Nanometer, was erhebliche Anforderungen an die Qualität des zur Belichtung verwendeten Objektives stellt. Insbesondere ist es wünschenswert, etwaige Bildfehler möglichst schnell und situationsangepasst ausgleichen zu können. Zur Fehlerkorrektur können beispielsweise sogenannte Manipulatoren verwendet werden. Derartige Manipulatoren können insbesondere optische Elemente aufweisen, welche zur lokalen Beeinflussung einer Wellenfront mittels geeigneter Aktuatoren bewegt oder verformt werden können.The structures that can currently be produced show dimensions in the range of several nanometers, which places considerable demands on the quality of the objective used for the exposure. In particular, it is desirable to be able to compensate for any image errors as quickly as possible and adapted to the situation. For error correction, for example, so-called manipulators can be used. Such manipulators may in particular have optical elements which can be moved or deformed to locally influence a wavefront by means of suitable actuators.
Ein entsprechendes Konzept ist in dem europäischen Patent EP 1 014 139 B1 beschrieben. Die genannte Schrift offenbart unter anderem eine Projektionsbelichtungsanlage, welche einen Manipulator mit einem optischen Element wie beispielsweise einer Linse oder einen Spiegel enthält, welches zu optischen Korrekturzwecken durch Aktuiereinheiten gezielt verformt wird. Dabei wird in der EP 1 014 139 B1 das dort verfolgte Konzept anhand einer deformierbaren Linse erläutert.A similar concept is in the European patent EP 1 014 139 B1 described. The cited document discloses inter alia a projection exposure apparatus which contains a manipulator with an optical element such as a lens or a mirror, which is deliberately deformed by optical actuator units for optical correction purposes. It is in the EP 1 014 139 B1 explains the concept pursued there using a deformable lens.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Manipulatoren nicht für die Korrektur aller Bildfehler optimal geeignet sind. Overlay-Fehler beispielsweise erfordern Korrekturkonzepte, die mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Manipulatoren nicht in optimaler Weise realisierbar sind. Auch die Realisierung hoher Welligkeiten auf optischen Elementen, was insbesondere zur Korrektur von Overlay-Fehler erforderlich sein kann, ist mit bislang bekannten Konzepten nur schwer möglich. Die Welligkeit ist dabei ein Maß dafür, wieviel Wellenberge bzw. Wellentäler in einer Querschnittsdarstellung des optischen Elements über die gesamte laterale Ausdehnung des optischen Elements hinweg auftreten.However, it has been found that the known from the prior art manipulators are not optimally suited for the correction of all aberrations. Overlay errors, for example, require correction concepts which can not be optimally realized by means of the manipulators known from the prior art. Also, the realization of high ripples on optical elements, which may be required in particular for the correction of overlay errors, is difficult to achieve with previously known concepts. The waviness is a measure of how many wave crests or wave troughs occur in a cross-sectional representation of the optical element over the entire lateral extent of the optical element.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie anzugeben, welche erweiterte Möglichkeiten zur Korrektur von Bildfehlern, insbesondere zur Korrektur von Overlay-Fehlern bietet. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus for semiconductor lithography, which offers expanded possibilities for the correction of image errors, in particular for the correction of overlay errors.
Diese Aufgabe wird durch die Projektionsbelichtungsanlage mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by the projection exposure apparatus with the features listed in claim 1. The subclaims relate to advantageous embodiments and variants of the invention.
Die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiterlithographie, zeigt ein deformierbares optisches Element, wobei Aktuiereinheiten zur Deformierung des optischen Elements vorhanden sind, mit welchen Kräfte und/oder Momente zur Deformation in das optische Element eingeleitet werden können. Dabei stehen wenigstens zwei Aktuiereinheiten an voneinander beabstandeten Kontaktbereichen in mechanischem Kontakt mit dem optischen Element und sind geeignet, unterschiedliche Kräfte zur Erzeugung eines Biegemoments in das optische Element einzuleiten, wobei die Achse des Biegemomentes parallel zu einem den Kontaktbereichen benachbarten Randabschnitt des optischen Elementes verläuft.The inventive projection exposure apparatus for semiconductor lithography shows a deformable optical element, wherein Aktuiereinheiten for deformation of the optical element are present, with which forces and / or moments for deformation can be introduced into the optical element. In this case, at least two Aktuiereinheiten at spaced contact areas in mechanical contact with the optical element and are suitable to introduce different forces to generate a bending moment in the optical element, wherein the axis of the bending moment is parallel to an edge portion of the optical element adjacent to the contact areas.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das optische Element als planparallele Platte ausgebildet.In an advantageous embodiment of the invention, the optical element is designed as a plane-parallel plate.
Zusätzlich weist die planparallele Platte bevorzugt eine quaderförmige Grundform auf.In addition, the plane-parallel plate preferably has a cuboid basic shape.
Vorteilhafterweise unterscheiden sich die Kräfte hinsichtlich ihres Betrages.Advantageously, the forces differ in terms of their amount.
Daneben ist es von Vorteil, wenn sich die Kräfte hinsichtlich ihrer Richtung unterscheiden.In addition, it is advantageous if the forces differ in their direction.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage mindestens ein Entkopplungsgelenk auf und ist bevorzugt zwischen einer Aktuiereinheit und dem optischen Element angeordnet, wodurch hohe Spannungen im Kontaktbereich oder in dessen Umgeben vermieden werden können.In a further advantageous embodiment, a projection exposure apparatus according to the invention has at least one decoupling joint and is preferably arranged between an actuator unit and the optical element, whereby high voltages in the contact area or in its surrounding can be avoided.
Zusätzlich kann das mindestens eine Entkopplungsgelenk als Runddraht, Kardangelenk oder Blattfeder ausgebildet sein.In addition, the at least one decoupling joint may be formed as a round wire, universal joint or leaf spring.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung gilt für das Steifigkeitsverhältnis des Entkopplungsgelenks:
2 < kz/kx+y < 100, wobei kz, kxy: Federkonstanten in der jeweiligen Raumrichtung darstellen.In a preferred variant of the invention, the following applies to the rigidity ratio of the decoupling joint:
2 <k z / k x + y <100, where k z , k xy : represent spring constants in the respective spatial direction.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung exemplarisch anhand der Zeichnung erläutert.Hereinafter, advantageous embodiments and variants of the invention will be explained by way of example with reference to the drawing.
Es zeigtIt shows
1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage; 1 a schematic representation of a projection exposure system;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Manipulators, in welchem die Erfindung zur Anwendung kommen kann; 2 a schematic representation of an embodiment of a manipulator in which the invention can be used;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines Manipulators; 3 a schematic sectional view of a manipulator;
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Aktuiereinheit mit Sensor; 4 a schematic representation of an embodiment of an actuator unit with sensor;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Aktuiereinheit; 5 a schematic representation of another embodiment of an actuator unit;
6 eine erste Möglichkeit zur Einleitung von Kräften in ein optisches Element; 6 a first possibility for introducing forces into an optical element;
7 eine weitere Möglichkeit zur Einleitung von Kräften in ein optisches Element; 7 another possibility for introducing forces into an optical element;
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante zur Einleitung von Kräften in ein optisches Element; 8th a schematic representation of another variant for the introduction of forces in an optical element;
9 in den Teilfiguren a und b verschiedene Varianten zur Gestaltung eines Stößels; 9 in the sub-figures a and b different variants for the design of a plunger;
10: in den Teilfiguren a und b eine weitere Möglichkeit zur Einleitung von Kräften in ein optisches Element; 10 in the subfigures a and b another possibility for introducing forces into an optical element;
11: in den Teilfiguren a und b eine weitere Möglichkeit zur Einleitung von Kräften in ein optisches Element; 11 in the subfigures a and b another possibility for introducing forces into an optical element;
12 in den Teilfiguren a und b Varianten zur Gestaltung einer Nut; 12 in the subfigures a and b variants for the design of a groove;
13 in den Teilfiguren a und b weitere Varianten zur Gestaltung einer Nut; 13 in the subfigures a and b further variants for the design of a groove;
14 in den Teilfiguren a und b Varianten zur Gestaltung eines optischen Elements; 14 in the sub-figures a and b variants for the design of an optical element;
15 in den Teilfiguren a und b weitere Varianten zur Einleitung von Kräften in ein optisches Element; 15 in the sub-figures a and b further variants for the introduction of forces in an optical element;
16 eine schematische Darstellung einer Kraft- bzw. Momenteneinleitung in ein optisches Element; 16 a schematic representation of a force or torque introduction into an optical element;
17 eine exemplarische Verteilung von Kontaktbereichen auf einem optischen Element; 17 an exemplary distribution of contact areas on an optical element;
18 eine weitere Variante zur Verteilung von Kontaktbereichen auf einem optischen Element; 18 a further variant for the distribution of contact areas on an optical element;
19 eine Variante zur Anordnung von Messpunkten und Kontaktbereichen auf einem optischen Element; 19 a variant for the arrangement of measuring points and contact areas on an optical element;
20 eine weitere Variante zur Anordnung von Messpunkten und Kontaktbereichen auf einem optischen Element; 20 a further variant for the arrangement of measuring points and contact areas on an optical element;
21 eine weitere Variante zur Anordnung von Messpunkten und Kontaktbereichen auf einem optischen Element; 21 a further variant for the arrangement of measuring points and contact areas on an optical element;
22 eine Variante zum Schutz eines optischen Elements vor Druckstößen; 22 a variant for protecting an optical element from pressure surges;
23 eine Möglichkeit zur Gestaltung eines optischen Elementes; 23 a possibility for the design of an optical element;
24 eine Variante zu der in 23 gezeigten Gestaltung; 24 a variant of the in 23 shown design;
25 eine weitere Variante zur Gestaltung eines optischen Elementes, und 25 a further variant for the design of an optical element, and
26 eine exemplarische Darstellung eines optischen Elementes in Verbindung mit einem Manipulator. 26 an exemplary representation of an optical element in conjunction with a manipulator.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage 100 dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 102 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips. In 1 is a projection exposure apparatus according to the invention 100 shown. This serves for the exposure of structures to a substrate coated with photosensitive materials, which generally consists predominantly of silicon and as wafers 102 is referred to, for the production of semiconductor devices, such as computer chips.
Die Projektionsbelichtungsanlage 100 besteht dabei im Wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 103, einer Reticlestage genannten Einrichtung 104 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 105, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 102 bestimmt werden, einer Einrichtung 106 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 102 und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 107, mit mehreren optischen Elementen 108, die über Fassungen 109 in einem Objektivgehäuse 140 des Projektionsobjektives 107 gehalten sind. The projection exposure machine 100 consists essentially of a lighting device 103 , a facility called Reticlestage 104 for receiving and exact positioning of a structured mask, a so-called reticle 105 through which the later structures on the wafer 102 be determined, a facility 106 for holding, moving and exact positioning of just this wafer 102 and an imaging device, namely a projection lens 107 , with several optical elements 108 that about versions 109 in a lens housing 140 of the projection lens 107 are held.
Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 105 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 102 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt. The basic principle of operation provides that in the reticle 105 introduced structures on the wafer 102 be imaged; the image is usually scaled down.
Die Beleuchtungseinrichtung 103 stellt einen für die Abbildung des Reticles 105 auf dem Wafer 102 benötigten Projektionsstrahl 111 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 103 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 111 beim Auftreffen auf das Reticle 105 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist. The lighting device 103 Represents one for the picture of the reticle 105 on the wafer 102 required projection beam 111 in the form of electromagnetic radiation ready. The source of this radiation may be a laser, a plasma source or the like. The radiation is in the lighting device 103 via optical elements shaped so that the projection beam 111 when hitting the reticle 105 has the desired properties in terms of diameter, polarization, wavefront shape and the like.
Über die Strahlen 111 wird ein Bild des Reticles 105 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 107 entsprechend verkleinert auf den Wafer 102 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Dabei können das Reticle 105 und der Wafer 102 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Reticles 105 auf entsprechende Bereiche des Wafers 102 abgebildet werden. Das Projektionsobjektiv 107 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen 108, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf.About the rays 111 becomes an image of the reticle 105 generated and from the projection lens 107 correspondingly reduced to the wafer 102 transferred, as already explained above. This can be the reticle 105 and the wafer 102 be moved synchronously, so that practically continuously during a so-called scanning areas of the reticles 105 on corresponding areas of the wafer 102 be imaged. The projection lens 107 has a plurality of individual refractive, diffractive and / or reflective optical elements 108 , such as lenses, mirrors, prisms, end plates and the like.
Ferner gut erkennbar ist in 1 die Anordnung des Manipulators 200 im Bereich zwischen Reticlestage 104 und dem ersten optischen Element des Projektionsobjektives 107.Furthermore, it is clearly recognizable in 1 the arrangement of the manipulator 200 in the area between reticlestage 104 and the first optical element of the projection lens 107 ,
In 2 ist in einer perspektivischen Darstellung schematisch ein Manipulator 200, in welchem die Erfindung zur Anwendung kommen kann, etwas detaillierter dargestellt. Der Manipulator 200 ist dabei über einen Grundrahmen 4 mit der Fassung 3 des ersten optischen Elementes des Projektionsobjektives verbunden, insbesondere verschraubt. Der Grundrahmen 4 ist im vorliegenden Beispiel durch eine 3-Punkt-Verbindung mit dem Projektionsobjektiv verbunden, was eine leichte reproduzierbare Tauschbarkeit ermöglicht. Eine Funktion des Grundrahmens 4 besteht im gezeigten Beispiel darin, sowohl einen Sensorrahmen 5 als auch einen Tragrahmen 6 aufzunehmen, auf welche nachfolgend detaillierter eingegangen werden wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Grundrahmen 4 eine mechanische Entkopplung zwischen dem Trag- und dem Sensorrahmen 5, 6 leistet, d. h. es soll gewährleistet sein, dass Deformationen des Tragrahmens 6 keine mechanischen Auswirkungen auf den Sensorrahmen 5 haben. Ferner muss der Grundrahmen 4 die beiden vorgenannten Rahmen 5 und 6 relativ zum Projektionsobjektiv halten und Deformationen aus dem Tragrahmen 6 gegenüber der Umgebung entkoppeln. Daneben nimmt der Grundrahmen 4 auch die erforderlichen Schnittstellen nach außen, wie z.B. Stecker, Abdeckungen o.ä. auf. Der Grundrahmen 4 ist vorteilhafterweise aus einem nichtmagnetischen Material wie bspw. Titan, einem nichtmagnetischen Stahl oder einer Keramik hergestellt, um Einflüsse, welche von den magnetischen Lorentzantrieben der Reticlestage herrühren könnten, so weit wie möglich zu minimieren. Ebenfalls erkennbar in der 2 sind Nuten 7 zum Führen von Kabeln, Fasern oder ähnlichem.In 2 is a perspective view schematically a manipulator 200 in which the invention can be used, shown in somewhat greater detail. The manipulator 200 is over a basic frame 4 with the version 3 the first optical element of the projection lens connected, in particular screwed. The basic frame 4 In the present example, it is connected to the projection lens by a 3-point connection, which allows easy reproducible interchangeability. A function of the basic frame 4 consists in the example shown, both a sensor frame 5 as well as a supporting frame 6 which will be discussed in more detail below. It is advantageous if the base frame 4 a mechanical decoupling between the support and the sensor frame 5 . 6 that is, it should be ensured that deformations of the support frame 6 no mechanical effects on the sensor frame 5 to have. Furthermore, the base frame needs 4 the two aforementioned frames 5 and 6 relative to the projection lens and keep deformations from the support frame 6 decouple from the environment. Next to it is the base frame 4 also the necessary interfaces to the outside, such as plugs, covers or similar. on. The basic frame 4 is advantageously made of a non-magnetic material such as titanium, a non-magnetic steel or a ceramic to minimize influences that might result from the magnetic Lorentzantrieben the Reticlestage as far as possible. Also recognizable in the 2 are grooves 7 for guiding cables, fibers or the like.
Der Tragrahmen 6 trägt über die Aktuiereinheiten 8 das optische Element 9 des Manipulators 200 und nimmt – neben der Gewichtskraft des optischen Elementes 9 – diejenigen Kräfte auf, die von den Aktuiereinheiten 8 insbesondere im Falle einer (gewollten) Deformation des optischen Elementes 9 ausgehen.The supporting frame 6 carries over the Aktuiereinheiten 8th the optical element 9 of the manipulator 200 and takes - in addition to the weight of the optical element 9 - those forces coming from the actuator units 8th in particular in the case of a (desired) deformation of the optical element 9 out.
Das optische Element 9 besteht im vorliegenden Beispiel aus Quarzglas, ist in seiner Grundform als planparallele Platte ausgebildet und weist die Maße im Bereich von 50–100 × 100–200 × 1–4 mm, insbesondere von 65–85 × 120–160 × 2,3–3,3 mm auf. The optical element 9 consists in the present example of quartz glass, is formed in its basic form as a plane-parallel plate and has the dimensions in the range of 50-100 × 100-200 × 1-4 mm, in particular of 65-85 × 120-160 × 2.3-3 , 3 mm up.
Selbstverständlich sind auch andere Maße und Materialien denkbar. Die Verwendung von Quarzglas hat sich als vorteilhaft erwiesen, im Unterschied insbesondere zu Kalziumfluorid, in welchem Kristallgitterversetzungen zum Wandern neigen, was sich insgesamt negativ auf die optische und mechanische Leistungsfähigkeit des optischen Elementes bzw. des Manipulators auswirken würde.Of course, other dimensions and materials are conceivable. The use of quartz glass has proved to be advantageous, in contrast in particular to calcium fluoride, in which crystal lattice displacements tend to migrate, which would have an overall negative effect on the optical and mechanical performance of the optical element or the manipulator.
Im gezeigten Beispiel ist der Tragrahmen 6 an seiner Unterseite mit dem Grundrahmen 4 verbunden. Eine möglichst steife Ausbildung des Tragrahmens 6 ist von Vorteil, wobei der Tragrahmen 6 insbesondere aus einem keramischen Werkstoff oder auch – ähnlich wie der Grundrahmen 4 – aus einem nichtmagnetischen Stahl gefertigt sein kann. In einer Alternative zu der gezeigten Lösung kann der Tragrahmen 6 auch entfallen. In diesem Fall würden die Aktuiereinheiten 8 direkt von dem Grundrahmen 4 aufgenommen. Der Grundrahmen 4 ist wie bereits erwähnt und in der Figur gezeigt neben dem Tragrahmen 6 auch mit dem Sensorrahmen 5 verbunden. Der Sensorrahmen 5 kann beispielsweise kapazitive oder auch optische Sensoren tragen und kann insbesondere aus Titan oder Aluminium oder entsprechenden Legierungen bzw. aus ULE oder Zerodur gebildet sein. Eine Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Sensorrahmens 5 an denjenigen des Grundrahmens 4 ist dabei von Vorteil. Weiterhin kann der Sensorrahmen 5 aus einem Material gebildet sein, dessen CTE einen Wert von maximal 12 ppm/K aufweist. Der Sensorrahmen 5 ist mechanisch derart von dem Grundrahmen 4 entkoppelt, dass Deformationen des Grundrahmens 4 sich nicht in Deformationen des Sensorrahmens 5 niederschlagen. Sowohl im Tragrahmen 6 als auch im Sensorrahmen 5 können Justagemöglichkeiten vorgesehen sein, um die Aktuiereinheiten 8 bzw. die Sensoren in allen Freiheitsgraden zu positionieren; insbesondere können hier sogenannte Spacer, also Abstandsringe bzw. Abstandselemente verwendet werden. Dabei ist eine Justage in Aktionsrichtung der Aktuiereinheiten 8 bzw. in Messrichtung der Sensoren von besonderer Bedeutung. Über Verbindungselemente können sowohl der Sensorrahmen 5 mit dem Grundrahmen 4 als auch der Tragrahmen 6 mit dem Grundrahmen 4 und der Grundrahmen 4 mit dem Projektionsobjektiv verbunden sein, wobei die Verbindungselemente eine Entkopplungswirkung zeigen können bzw. zusätzliche Entkopplungselemente vorhanden sind. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Verbindungselemente bzw. die Entkopplungselemente in radialer Richtung möglichst weich und in z-Richtung, also in Richtung der optischen Achse, möglichst steif ausgelegt sind. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung entsprechend ausgerichteter und ausgelegter Blattfedern erreicht werden. In the example shown is the support frame 6 on its underside with the base frame 4 connected. A stiff as possible training of the support frame 6 is advantageous, the support frame 6 in particular of a ceramic material or also - similar to the base frame 4 - Can be made of a non-magnetic steel. In an alternative to the solution shown, the support frame 6 also omitted. In this case would be the Aktuiereinheiten 8th directly from the base frame 4 added. The basic frame 4 is as already mentioned and shown in the figure next to the support frame 6 also with the sensor frame 5 connected. The sensor frame 5 For example, it can carry capacitive or also optical sensors and can be formed in particular from titanium or aluminum or corresponding alloys or from ULE or Zerodur. An adaptation of the thermal expansion coefficient of the sensor frame 5 to those of the basic frame 4 is an advantage. Furthermore, the sensor frame 5 be formed of a material whose CTE has a maximum value of 12 ppm / K. The sensor frame 5 is mechanically like this from the base frame 4 decoupled that deformations of the base frame 4 not in deformation of the sensor frame 5 knock down. Both in the supporting frame 6 as well as in the sensor frame 5 Adjustment options can be provided to the Aktuiereinheiten 8th or to position the sensors in all degrees of freedom; In particular so-called spacers, ie spacer rings or spacer elements can be used here. Here is an adjustment in the direction of action of Aktuiereinheiten 8th or in the measuring direction of the sensors of particular importance. About connecting elements can both the sensor frame 5 with the base frame 4 as well as the supporting frame 6 with the base frame 4 and the base frame 4 be connected to the projection lens, wherein the connecting elements can show a decoupling effect or additional decoupling elements are present. It is advantageous if the connecting elements or the decoupling elements are as stiff as possible in the radial direction as soft as possible and in the z-direction, ie in the direction of the optical axis. This can be achieved, for example, by the use of appropriately aligned and designed leaf springs.
Wie bereits erwähnt, ist es neben der in 2 dargestellten Variante eines Manipulators 200 denkbar, dass der Tragrahmen 6 und/oder der Sensorrahmen 5 entfallen, d. h. dass sowohl Sensoren wie auch Aktuiereinheiten unmittelbar auf dem Grundrahmen 4 angeordnet sind.As already mentioned, it is next to the in 2 illustrated variant of a manipulator 200 conceivable that the support frame 6 and / or the sensor frame 5 This means that both sensors and actuator units are located directly on the base frame 4 are arranged.
In 3 ist schematisch eine geschnittene Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Manipulators dargestellt. Der Grundrahmen 4' ist in dieser Ausführungsform derart ausgebildet, dass er den Sensorrahmen 5 weitgehend überdeckt und sich somit im Wesentlichen bis in die unmittelbare Nähe der Randbereiche des optischen Elementes 9 erstreckt. Im Sensorrahmen 5 wird ein Lichtstrahl aus einer Faser 20 ausgekoppelt, verläuft freioptisch über eine gewisse Strecke und trifft auf ein Prisma 19, welches ihn in Richtung der Glasfläche 21 umlenkt. Die Reflexion an der Glasfläche 21 erzeugt nachfolgend eine Selbstinterferenz des Lichtstrahls, welche in einer nachgeschalteten Auswerteeinheit (hier nicht dargestellt) ausgewertet werden kann, so dass die durch die Aktuiereinheiten 8 bewirkte aktuelle Auslenkung des optischen Elementes 9 an der entsprechenden Stelle bestimmt werden kann. Alternativ kann auch eine kapazitive Messung erfolgen; in diesem Fall ist eine Metallisierung des optischen Elementes 9 im Bereich der Messpunkte sowie ggf. eine Erdung von Vorteil. Ebenfalls gezeigt in der 3 ist eine um das optische Element 9 umlaufende Dichtung 2 zwischen optischem Element 9 und Grundrahmen 5. Die Dichtung 2 kann insbesondere aus einem Elastomer wie beispielsweise FKN (Handelsname Viton) hergestellt sein. Alternativ kann auch ein elastischer Klebstoff in der Art einer elastischen (Dehn-)Fuge verwendet werden. Mechanische Anforderungen an die verwendete Dichtmasse sind eine sehr geringe Steifigkeit, um ein gewisses Restbudget für eine Alterung der Dichtung zu ermöglichen.In 3 schematically a sectional view of an alternative embodiment of the manipulator is shown. The basic frame 4 ' In this embodiment, it is designed to be the sensor frame 5 largely covered and thus substantially into the immediate vicinity of the edge regions of the optical element 9 extends. In the sensor frame 5 becomes a ray of light from a fiber 20 decoupled, runs free optically over a certain distance and meets a prism 19 towards the glass surface 21 deflects. The reflection on the glass surface 21 generates subsequently a self-interference of the light beam, which in a downstream evaluation unit (not shown here) can be evaluated, so that by the Aktuiereinheiten 8th caused actual deflection of the optical element 9 can be determined at the appropriate place. Alternatively, a capacitive measurement can take place; In this case, a metallization of the optical element 9 in the area of the measuring points as well as possibly a grounding advantage. Also shown in the 3 is one around the optical element 9 circumferential seal 2 between optical element 9 and base frame 5 , The seal 2 may in particular be made of an elastomer such as FKN (trade name Viton). Alternatively, an elastic adhesive in the manner of an elastic (expansion) joint can be used. Mechanical requirements for the sealant used are very low rigidity to allow some residual budget for seal aging.
In 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Aktuiereinheit 8 mit einem Sensor 14 zur indirekten Messung von Deformationen des optischen Elementes 9 dargestellt. Über den Aktuator 81 wird ein Hebel 12, welcher durch Blattfedern 13 gelagert ist, ausgelenkt. Dabei sind die Blattfedern 13 und der Aktuator 81 ihrerseits mit dem Tragrahmen 6 verbunden. Der Hebel 12 steht über einen Stößel 10 und zwei beispielsweise unter Verwendung eines Klebers realisierte Verbindungsschichten 11.1 und 11.2 mit dem optischen Element 9 in mechanischer Verbindung. Dabei ist die mechanische Verbindung 11.2 ist nicht zwingend notwendig, sie kann jedoch aus Servicegründen (Reparatur der Komponente etc.) von Vorteil sein.In 4 schematically is an embodiment of an actuator unit 8th with a sensor 14 for the indirect measurement of deformations of the optical element 9 shown. About the actuator 81 becomes a lever 12 , which by leaf springs 13 is stored, deflected. Here are the leaf springs 13 and the actuator 81 in turn with the support frame 6 connected. The lever 12 stands over a pestle 10 and two bonding layers realized using, for example, an adhesive 11.1 and 11.2 with the optical element 9 in mechanical connection. Here is the mechanical connection 11.2 is not mandatory, but it may be for service reasons (repair of the component, etc.) be beneficial.
Der Tragrahmen 6 weist auf der dem Aktuator 81 gegenüberliegenden Seite den Sensor 14 auf. Die Messung der Deformation eines optischen Elements 9 erfolgt im vorliegenden Beispiel mittels des Sensors 14 in der Aktuiereinheit 8. Aus der ermittelten Bewegung, welche durch die Aktuiereinheit 8 über den Hebel 12 und den Stößel 10 auf das optische Element 9 übertragen wird, kann dann auf die Auslenkung bzw. die Position der Oberfläche des optischen Elementes 9 geschlossen werden. Eine gewisse Messunsicherheit rührt im gezeigten Beispiel unter anderem von den beiden Verbindungsschichten 11.1 und 11.2 her, bei welchen eine Drift auftreten kann, was zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen kann. Alternativ kann eine Messung der Deformation des optischen Elementes 9 über Kraftsensorik erfolgen. Eine derartige Messung zeigt insbesondere den Vorteil einer höheren Robustheit des Messergebnisses gegenüber Crosstalk aus anderen Messachsen. Mit anderen Worten wird der Einfluss der Bewegung anderer Achsen auf das Messsignal einer Achse (bspw. bei Messung in der Aktuiereinheit) weniger beeinflusst. Allerdings besteht hier eine gewisse Schwierigkeit darin, dass durch die Bewegung der Reticlestage parasitäre Kräfte in das System eingetragen werden, durch welche das Messergebnis ebenfalls verfälscht werden kann.The supporting frame 6 points to the actuator 81 opposite side of the sensor 14 on. The measurement of the deformation of an optical element 9 takes place in the present example by means of the sensor 14 in the actuator unit 8th , From the determined movement, which by the Aktuiereinheit 8th over the lever 12 and the pestle 10 on the optical element 9 is transmitted, can then on the deflection or the position of the surface of the optical element 9 getting closed. In the example shown, a certain uncertainty of measurement stems, among other things, from the two connecting layers 11.1 and 11.2 forth, in which a drift can occur, which can lead to a falsification of the measurement result. Alternatively, a measurement of the deformation of the optical element 9 via force sensors. Such a measurement shows in particular the advantage of a higher robustness of the measurement result compared to crosstalk from other measuring axes. In other words, the influence of the movement of other axes on the measuring signal of an axis (for example, when measured in the actuator unit) is less affected. However, there is a certain difficulty here in that parasitic forces are entered into the system by the movement of the reticle days, by means of which the measurement result can likewise be falsified.
Grundsätzlich ist auch eine Aktuierung (also eine Deformation und/oder eine Auslenkung) des optischen Elementes ohne die Verwendung von Sensorik, also eine gesteuerte Aktuierung, denkbar. In diesem Fall bestehen jedoch erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit und Auflösung der Aktuiereinheit, um ein befriedigendes Ergebnis bei der Einstellung der gewünschten Deformation zu erreichen. Es können Kraft- oder Positions-Aktuiereinheiten zur Anwendung kommen. Typische Vertreter von Kraft-Aktuiereinheiten sind Tauchspulen, pneumatische oder hydraulische Aktuiereinheiten oder auch Reluktanz-Aktuiereinheiten. Diese Variante zeichnet sich durch eine geringe Steifigkeit zwischen dem optischen Element und dem Frame, auf welchem die Aktuiereinheiten gelagert sind, aus. In principle, an actuation (that is to say a deformation and / or a deflection) of the optical element without the use of sensor technology, that is to say a controlled actuation, is also conceivable. In this case, however, there are increased demands on the accuracy and resolution of the actuator unit in order to achieve a satisfactory result in setting the desired deformation. Force or position actuator units can be used. Typical representatives of force-Aktuiereinheiten are plunger coils, pneumatic or hydraulic Aktuiereinheiten or reluctance Aktuiereinheiten. This variant stands out a low rigidity between the optical element and the frame on which the Aktuiereinheiten are stored from.
Vertreter von Positions-Aktuiereinheiten sind Piezoaktuatoren, ggf. magnetische Formgedächtniselemente oder auch Schrittmotoren; welche sich durch einen hohen Grad an Steifigkeit zwischen dem optischen Element und dem Frame, auf welchem die Aktuiereinheiten gelagert sind, auszeichnen. Durch die Verwendung von Piezoaktuatoren, insbesondere Piezostacks kann darüber hinaus eine vergleichsweise genaue Postionierung bei – beispielsweise im Vergleich zu Lorentzaktuatoren – geringer Wärmeentwicklung erreicht werden.Representatives of position Aktuiereinheiten are piezo actuators, possibly magnetic shape memory elements or stepper motors; which are characterized by a high degree of rigidity between the optical element and the frame on which the actuator units are mounted. By using piezoactuators, in particular piezostacks, a comparatively accurate postioning can also be achieved, for example in comparison to Lorentz actuators, with low heat development.
Grundsätzlich können durch die Verwendung entsprechender Zusatzelemente wie Federn oder Hebel Kraft- in Positions-Aktuiereinheiten umgewandelt werden und umgekehrt. Entscheidend für das Aktuierkonzept ist die resultierende Steifigkeit zwischen optischem Element und demjenigen Frame, auf welchem die Aktuiereinheit angeordnet ist.In principle, the use of corresponding additional elements such as springs or levers can convert force into position actuator units and vice versa. Decisive for the Aktuierkonzept is the resulting rigidity between the optical element and the frame on which the Aktuiereinheit is arranged.
5 zeigt schematisch eine alternative Ausgestaltung einer Aktuiereinheit 8', bei welcher eine sogenannte Parallelkinematik zur Anwendung kommt. Im gezeigten Fall weist die Aktuiereinheit einen Aktuatorkörper 15 auf, welcher über Festkörpergelenke 16 mit zwei im Wesentlichen parallel verlaufenden Balken 17 und 17' verbunden ist und mit diesen sowie einem weiteren Balken 17'' ein Parallelogramm bildet. Dabei ist an dem weiteren Balken 17'' ein Stößel 10.11 zur Aktuierung eines optischen Elementes angeordnet. In einer Diagonalen des Parallelogramms verläuft der ebenfalls über Festkörpergelenke 16' mit dem Aktuatorkörper 15 verbundene Aktuator 81'. Bei einer Ausdehnung bzw. Verkürzung des Aktuators 81', der insbesondere als Piezostack ausgeführt sein kann, bewegen sich die beiden Balken 17 und 17' parallel, so dass eine Aktuierung eines in der Figur nicht gezeigten optischen Elements über die Aktuiereinheit 8' erfolgen kann. Gegenüber einer Aktuierung über Hebel, insbesondere Kipphebel, besteht der Vorteil der gezeigten Lösung im Wesentlichen darin, dass sich in der in der Figur gezeigten Variante die parasitären Kräfte und Momente beim Bewegen anderer Bereiche bspw. im Falle einer Änderung des Deformationsprofiles des optischen Elementes weniger stark ändern, was aus Sicht der optischen Performance ausgesprochen vorteilhaft ist. 5 schematically shows an alternative embodiment of a Aktuiereinheit 8th' , in which a so-called parallel kinematics is used. In the case shown, the actuator unit has an actuator body 15 on which about solid joints 16 with two substantially parallel beams 17 and 17 ' is connected and with these and another bar 17 '' forms a parallelogram. It is at the other bar 17 '' a pestle 10:11 arranged for actuation of an optical element. In a diagonal of the parallelogram also runs over solid joints 16 ' with the actuator body 15 connected actuator 81 ' , At an expansion or shortening of the actuator 81 ' , which can be designed in particular as a piezo stack, move the two bars 17 and 17 ' parallel, so that an actuation of an optical element not shown in the figure via the Aktuiereinheit 8th' can be done. Compared to an actuation lever, in particular rocker arm, the advantage of the solution shown is essentially that in the variant shown in the figure, the parasitic forces and moments when moving other areas, for example. In the case of a change in the deformation profile of the optical element less change what is extremely advantageous from the point of view of optical performance.
Nachfolgend werden exemplarisch mögliche Kombinationen von Aktuiereinheiten und Sensortypen für eine geregelte Deformation/Auslenkung des optischen Elementes zusammengestellt.Below, by way of example, possible combinations of actuator units and sensor types for a controlled deformation / deflection of the optical element are compiled.
POSITIONS-AKTUIEREINHEIT/POSITIONSMESSUNGPOSITION AKTUIEREINHEIT / POSITION MEASUREMENT
Zeichnet sich durch eine steife Aktuiereinheit aus. Das optische Element wird dabei mittels eines hinreichend gegenüber Übersprechen aus anderen Bereichen robusten, ggf. kontaktlosen Positionssensors vermessen, beispielsweise direkt, mittels eines externen Mechanismus oder in der Aktuiereinheit selbst.Characterized by a stiff actuator unit. The optical element is in this case measured by means of a sufficiently robust against crosstalk from other areas, possibly contactless position sensor, for example, directly, by means of an external mechanism or in the Aktuiereinheit itself.
Beispiele:Examples:
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Piezo-Aktuiereinheit, interferometrische PositionsmessungPiezo actuator unit, interferometric position measurement
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Piezo-Aktuiereinheit, kapazitive PositionsmessungPiezo actuator unit, capacitive position measurement
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Piezo-Aktuiereinheit, Mechanik, kapazitive Positionsmessung Piezo actuator unit, mechanics, capacitive position measurement
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Schrittmotor-Aktuiereinheit, EncoderStepper motor actuator unit, encoder
Die Verwendung von kapazitiven Sensoren ist insbesondere in Fällen denkbar, in welchen der Sensor die Auslenkung einer Komponente einer Aktuiereinheit misst. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, Auslenkungen oder Deformationen des optischen Elementes direkt mit einem kapazitiven Sensor zu messen. In diesem Fall kann eine leitende Beschichtung des durch den Sensor adressierten Bereiches auf der Oberfläche des optischen Elementes, beispielsweise eine Metallisierung, vorteilhaft sein.The use of capacitive sensors is conceivable in particular in cases in which the sensor measures the deflection of a component of an actuator unit. In principle, however, it is also possible to measure deflections or deformations of the optical element directly with a capacitive sensor. In this case, a conductive coating of the area addressed by the sensor on the surface of the optical element, for example a metallization, may be advantageous.
Im Falle der Verwendung eines interferometrischen Sensors für die Positionsmessung kommt insbesondere die Anwendung eines fasergekoppelten Interferometers in Betracht. Ebenso können Faser-Bragg-Gitter verwendet werden, die auf einfache Weise eine mehrkanalige Messung durch in Serie geschaltete Einzelsensoren ermöglichen, so dass alle adressierten Sensoren mit einer einzigen Faser abgefragt werden können.In the case of the use of an interferometric sensor for the position measurement, the use of a fiber-coupled interferometer in particular comes into consideration. Likewise, fiber Bragg gratings can be used which easily enable multi-channel measurement by series-connected individual sensors, so that all addressed sensors can be interrogated with a single fiber.
KRAFT-AKTUIEREINHEIT/POSITIONSMESSUNGKRAFT AKTUIEREINHEIT / POSITION MEASUREMENT
Zeichnet sich durch eine hinreichend (typischerweise im einstelligen nm-Bereich) genaue Aktuiereinheit aus. Das optische Element wird dabei mittels eines hinreichend genauen, ggf. kontaktlosen Positionssensors vermessen, beispielsweise direkt, mittels eines externen Mechanismus oder in der Aktuiereinheit selbst.Characterized by a sufficient (typically in the single-digit nm range) exact Aktuiereinheit. The optical element is measured by means of a sufficiently accurate, possibly contactless position sensor, for example, directly, by means of an external mechanism or in the Aktuiereinheit itself.
Beispiele:Examples:
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Tauchspulen-Aktuiereinheit, interferometrische PositionsmessungImmersion coil actuator unit, interferometric position measurement
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Reluktanz-Aktuiereinheit, kapazitive PositionsmessungReluctance actuator unit, capacitive position measurement
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Pneumatische oder hydraulische Aktuiereinheit, EncoderPneumatic or hydraulic actuator unit, encoder
KRAFT-AKTUIEREINHEIT/KRAFTMESSUNG KRAFT AKTUIEREINHEIT / POWER MEASUREMENT
Zeichnet sich durch eine hinreichend genaue (siehe oben) Aktuiereinheit aus. Die auf das optische Element wirkenden Kräfte werden mittels eines steifen Kraftsensors im Kraftweg gemessen.Characterized by a sufficiently accurate (see above) Actuator unit. The forces acting on the optical element are measured by means of a stiff force sensor in the force path.
Beispiel:Example:
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Tauchspulen-Aktuiereinheit auf Kraftmessdose.Immersion coil actuator unit on load cell.
POSITIONS-AKTUIEREINHEIT/KRAFTMESSUNGPOSITION AKTUIEREINHEIT / POWER MEASUREMENT
Zeichnet sich durch eine sehr steife, gegenüber Übersprechen robuste, Aktuiereinheit aus. Die auf das optische Element wirkenden Kräfte werden mittels eines steifen Kraftsensors im Kraftweg gemessen.Characterized by a very stiff, against crosstalk robust, Aktuiereinheit. The forces acting on the optical element are measured by means of a stiff force sensor in the force path.
Beispiel:Example:
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Piezo-Aktuiereinheit mit einem Dehnmessstreifen.Piezo actuator unit with a strain gauge.
Anhand 6 sollen in einer geschnittenen Teildarstellung noch einmal die Verhältnisse in der Umgebung desjenigen Bereiches eines optischen Elementes, auf welche Aktuatorkräfte einwirken, verdeutlich werden. Dabei kann es sich bei dem optischen Element 9 um das im oben gezeigten Manipulator verwendete optische Element handeln, grundsätzlich lassen sich die in den nachfolgende Figuren dargestellten Lösungen sich jedoch auf eine Vielzahl unterschiedlichster aktuierter optischer Elemente anwenden. In der in der Figur gezeigten Variante steht das optische Element 9 zur Einleitung von Kräften mittels eines einem aktuierbaren Stößels 10 über eine Verbindungsschicht 11, insbesondere eine Kleberschicht oder eine Lötverbindung, in Verbindung. Die Aktuierkraft ist dabei durch den Doppelpfeil angedeutet. Im Unterschied zu aus der Fassungstechnik insbesondere von Linsen in Projektionsobjektiven bekannten Lösungen, bei welchen optische Elemente direkt auf ggf. aktuierbaren Federbeinen gelagert sind, besteht hier kein direkter Kontakt zwischen dem Stößel 10 und dem Material des optischen Elementes 9, sondern die Kräfte von dem Stößel 10 werden auf das optische Element 9 über das Material der Verbindungsschicht 11 übertragen. Die Krafteinleitung dient im vorliegenden Fall weniger einer Bewegung des optischen Elementes 9 als Ganzes, sondern vielmehr einer lokalen Deformation des optischen Elementes 9, beispielsweise zur Einstellung einer gewünschten Welligkeit über das optische Element 9 hinweg. Die lokale Deformation kann sich jedoch wie in der Figur dargestellt insbesondere in einer Biegung des optischen Elementes 9 auch im Bereich der Verbindungsschicht 11 – nachfolgend als Kontaktbereich 36 bezeichnet – niederschlagen, was zu unerwünschten Spannungen in der Verbindungsschicht 11 und damit zu einem Kriechen bzw. zu einer Degradation bis hin zur Zerstörung der Verbindungsschicht 11 führen kann.Based 6 should in a sectional partial representation again the circumstances in the vicinity of that area of an optical element, act on which Aktuatorkräfte be clarified. It may be in the optical element 9 In principle, however, the solutions shown in the following figures can be applied to a large number of different actuated optical elements. In the variant shown in the figure stands the optical element 9 for the introduction of forces by means of an actuatable plunger 10 over a connection layer 11 , in particular an adhesive layer or a solder joint, in conjunction. The Aktuierkraft is indicated by the double arrow. In contrast to known from the socket technology in particular of lenses in projection lenses solutions in which optical elements are mounted directly on possibly aktuierbaren spring struts, there is no direct contact between the plunger 10 and the material of the optical element 9 but the forces of the pestle 10 be on the optical element 9 over the material of the tie layer 11 transfer. The application of force in the present case is less a movement of the optical element 9 as a whole, but rather a local deformation of the optical element 9 For example, to set a desired ripple on the optical element 9 time. However, the local deformation can, as shown in the figure, in particular in a bend of the optical element 9 also in the area of the connecting layer 11 - below as a contact area 36 - precipitate, resulting in undesirable stresses in the bonding layer 11 and thus to a creep or a degradation up to the destruction of the connecting layer 11 can lead.
Der Kontaktbereich 36 kann eine maximale laterale Erstreckung bzw. bei einer kreisförmigen Ausbildung des Kontaktbereiches 36 einen Durchmesser von ca. 2–15 mm, insbesondere von ca. 3–6 mm zeigen; die Verbindungsschicht 11 kann eine Dicke von ca. 20µm–400µm, insbesondere von ca. 90–130 µm zeigen. Eine Reduktion der Dicke der Verbindungsschicht würde zu einem verringerten Kriechen aufgrund der Verbindungsschicht führen, so dass auch eine dünnere Wahl der Verbindungsschicht möglich bzw. wünschenswert ist. Für das Material des Stößels kann Edelstahl X14 bzw. X17, Invar oder auch TiAl6V4 bzw. weitere Titanlegierungen verwendet werden. Aufgrund der nichtmagnetischen Eigenschaften insbesondere des zuletzt genannten Materials wird ein schädlicher Einfluss der von der Reticlestage ausgehenden Magnetfelder wie bspw. Magnetostriktion minimiert. Daneben erweist sich TiAl6V4 als vorteilhaft, weil es einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zeigt, der näher beim Ausdehnungskoeffizienten des optischen Elementes liegt als die ebenfalls in Frage kommenden nichtmagnetischen Stähle.The contact area 36 may be a maximum lateral extent or in a circular formation of the contact area 36 show a diameter of about 2-15 mm, in particular of about 3-6 mm; the connection layer 11 may show a thickness of about 20μm-400μm, especially about 90-130μm. A reduction of the thickness of the bonding layer would lead to a reduced creep due to the bonding layer, so that a thinner choice of the bonding layer is also possible or desirable. Stainless steel X14 or X17, Invar or TiAl6V4 or other titanium alloys can be used for the material of the ram. Due to the non-magnetic properties, in particular of the last-mentioned material, a harmful influence of the magnetic fields emanating from the reticlestage, such as, for example, magnetostriction, is minimized. In addition, TiAl6V4 proves to be advantageous because it shows a coefficient of thermal expansion which is closer to the expansion coefficient of the optical element than the non-magnetic steels also eligible.
7 zeigt ebenfalls in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung eine Variante, in welcher eine Biegung des optischen Elementes 9.1 im Kontaktbereich 36 reduziert ist. Auch hier wirkt ein Stößel 10.1 über den Kontaktbereich 36 auf das optische Element 9.1 zu dessen gezielter Verformung. Deutlich sichtbar ist eine den Kontaktbereich 36 umgebende ringförmige umlaufende Nut 22. Der Effekt der Nut 22 besteht im Wesentlichen darin, dass bei einer Deformation des optischen Elementes 9.1 die Krümmung bzw. Biegung der Flächen im Kontaktbereich 36 verringert wird und damit die Verbindungsschicht 11.1 spannungsarm bleibt. Die Nut 22 verlagert die auftretenden Biegespannungen ins Innere des optischen Elementes 9.1. Bei einer hinreichenden Tiefe der Nut 22 wirkt diese im Zusammenspiel mit dem in ihrer Umgebung verbleibenden Material des optischen Elementes 9.1 in der Art eines Gelenkes. 7 also shows in a sectional detail a variant in which a bend of the optical element 9.1 in the contact area 36 is reduced. Again, a pestle acts 10.1 over the contact area 36 on the optical element 9.1 for its targeted deformation. Clearly visible is the contact area 36 surrounding annular circumferential groove 22 , The effect of the groove 22 consists essentially in that at a deformation of the optical element 9.1 the curvature or bending of the surfaces in the contact area 36 is reduced and thus the connection layer 11.1 remains tension-free. The groove 22 shifts the occurring bending stresses into the interior of the optical element 9.1 , At a sufficient depth of the groove 22 this interacts with the material of the optical element remaining in its environment 9.1 in the manner of a joint.
Im Wesentlichen wird also die Biegespannung im Kontaktbereich 36 reduziert, wobei die zur Aktuierung bzw. Verformung des optischen Elementes 9.1 selbstverständlich erforderliche Druckspannung erhalten bleibt. Dadurch, dass die Verbindungsschicht 11.1 auf die gezeigte Weise im Wesentlichen von Scherkräften freigehalten wird, wird insgesamt die Haltbarkeit der Verbindung verbessert und die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Gesamtsystems erhöht. Insbesondere wird ein Kriechen der Verbindungsschicht 11.1 reduziert.In essence, therefore, the bending stress in the contact area 36 reduced, wherein the for actuation or deformation of the optical element 9.1 Of course, required compressive stress is maintained. Thereby, that the connection layer 11.1 In the manner shown is essentially kept free of shear forces, the overall durability of the compound is improved and increases the performance and life of the overall system. In particular, creep of the tie layer becomes 11.1 reduced.
Der Abstand der Nut 22 vom Rand des Kontaktbereiches 36 sollte dabei so klein wie möglich gewählt werden. Die ringförmige Gestaltung der Nut 22 bietet sich insbesondere für Fälle an, in welchen das optische Element 9.1 mit wechselnden Last- bzw. Biegerichtungen verformt bzw. aktuiert wird. In anderen Anwendungsfällen sind selbstverständlich abweichende Verläufe der Nut 22, beispielsweise lineare Verläufe, denkbar. The distance of the groove 22 from the edge of the contact area 36 should be chosen as small as possible. The annular design of the groove 22 is particularly suitable for cases in which the optical element 9.1 is deformed or actuated with changing load or bending directions. In other applications, of course, deviating profiles of the groove 22 , For example, linear gradients, conceivable.
Die Nut 22 kann mittels eines Formwerkzeuges, also eines Positivkörpers, eingeschliffen bzw. eingefräst werden. Gegebenenfalls kann ein weiterer Ätz- oder Polierschritt zur Ausräumung bzw. Reduzierung von Tiefenschädigungen vorgenommen werden, wodurch Spannungsspitzen und mögliche Ausgangspunkte von Schädigungen des Materials unter Spannung vermieden werden können.The groove 22 can be ground or milled by means of a molding tool, so a positive body. Optionally, a further etching or polishing step for eliminating or reducing depth damage can be made, whereby voltage spikes and possible starting points of damage to the material under tension can be avoided.
8 zeigt eine Variante, bei welcher der Stößel 10.2 derart ausgebildet ist, dass er sich in die von dem optischen Element 9.2 weg weisende Richtung verjüngt. Diese Ausbildung des Stößels 10.2 beruht auf der Erkenntnis, dass selbst bei optimal gestalteten Nuten immer noch eine Restbiegung des optischen Elementes im Kontaktbereich zu beobachten ist. Ein maximal steifer Stößel würde dazu führen, dass in den Randbereichen des Kontaktbereiches aufgrund der vorne angesprochenen Biegung Spannungsspitzen auftreten. Deswegen ist es vorteilhaft, den Stößel 10.2 zu den Außenbereichen des Kontaktbereiches 36 hin weicher zu gestalten, was durch die in der Figur gezeigte Stößelgeometrie erreicht wird. Dabei wirkt sich der angesprochene Effekt sowohl bei Zug als auch bei Druck aus. 8th shows a variant in which the plunger 10.2 is formed so as to be in the of the optical element 9.2 Tapered direction rejuvenated. This training of the ram 10.2 based on the knowledge that even with optimally designed grooves still a residual bending of the optical element in the contact area is observed. A maximum stiff plunger would cause voltage peaks in the edge regions of the contact area due to the bending mentioned above. That is why it is advantageous to use the plunger 10.2 to the outside of the contact area 36 softening, which is achieved by the ram geometry shown in the figure. The effect mentioned affects both tension and pressure.
Ebenfalls dargestellt in der Figur sind wesentliche Parameter zur Beschreibung des Systems. Also shown in the figure are essential parameters for describing the system.
Dabei ist
- a
- die Nuttiefe
- r
- der Radius der Nut 22.1 an der dem Kontaktbereich zugewandten Seite der Nut 22.1
- t
- die Dicke des optischen Elementes 9.2
It is - a
- the groove depth
- r
- the radius of the groove 22.1 on the side of the groove facing the contact area 22.1
- t
- the thickness of the optical element 9.2
Bei nur einer Hauptdehnungsrichtung im Bereich der Verbindungstelle kann die Einbringung einer Nut quer zu dieser Richtung zur Spannungsentkopplung ausreichen. Ein vorteilhafter Bereich für die Nuttiefe a ist: 1 / 4 < a / t < 3 / 4 With only one main expansion direction in the region of the joint, the introduction of a groove transverse to this direction for stress isolation can be sufficient. An advantageous range for the groove depth a is: 1/4 <a / t <3/4
Bei Nutzung eines Radius in der Nut ist der folgende Bereich von Vorteil: 1 / 4 < r / a < 2 Using a radius in the groove, the following range is advantageous: 1/4 <r / a <2
Weitere Varianten zur Stößelgestaltung sind in den 9a und 9b anhand der modifiziert gestalteten Stößel 10.3 bzw. 10.4 gezeigt. Von Vorteil ist der in 8 gezeigte große Absatz, dessen plane Fläche als Referenz im Montage/Justageprozess genutzt werden kann.Other variants for ram design are in the 9a and 9b based on the modified designed ram 10.3 respectively. 10.4 shown. An advantage is the in 8th shown large paragraph whose flat surface can be used as a reference in the assembly / adjustment process.
Eine vorteilhafte Vorgabe für die bei der Wahl der Geometrie des Stößels anzuwendenden Randbedingungen kann über den Bereich der Normalspannung in z-Richtung beschrieben werden. Dabei sind:
- Interface, gemittelt:
- Über den Querschnitt gemittelte Normalspannung in z
- Interface, Zentrum:
- Normalspannung in z im Zentrum des Kontaktbereiches bzw. der benachbarten Bereiche im Stößel bzw. optischem Element
An advantageous specification for the boundary conditions to be used in the choice of the geometry of the ram can be described over the range of the normal stress in the z-direction. Here are: - Interface, averaged:
- Averaged over the cross section normal stress in z
- Interface, center:
- Normal stress in z in the center of the contact area or the adjacent areas in the plunger or optical element
10a zeigt eine weitere Variante, bei welcher das optische Element 9.3 über eine Klemmverbindung mit einer Aktuiereinheit verbunden ist. Dazu wird eine Schraube 23 durch eine Durchgangsbohrung 24 im Glas des optischen Elementes 9.3 geführt. Auf der dem Schraubenkopf abgewandten Seite der Schraube 23 bzw. des optischen Elementes 9.3 wird zunächst eine Beilagscheibe 25, dann eine vergleichsweise weiche Feder 26 angeordnet, welche über eine Mutter 27 gegenüber dem optischen Element 9.3 festgezogen wird. Ein Kolben 28, der seinerseits mit der Aktuiereinheit in mechanischer Wirkverbindung steht, greift an der Beilagscheibe 25 an. Die Wirkung der Feder 26 besteht im Wesentlichen darin, das Aufbringen einer definierten Klemmkraft zu ermöglichen. Die Federkonstante ist dabei so zu wählen, dass die Beilagscheibe 25 auch bei einer maximalen Auslenkung des optischen Elementes 9.3 nach unten nicht den Berührungskontakt zum dem optischen Element 9.3 verliert und ein schwer zu beherrschender Zustand eintritt. Andererseits muss die Federkonstante klein genug sein, um eine entsprechend feinfühlige Einstellung der Klemmkraft zu ermöglichen. Typische Werte für die Federkonstante liegen im Bereich von 1 N/µm–0,01 N/µm. 10a shows a further variant in which the optical element 9.3 is connected via a clamping connection with an actuator unit. This will be a screw 23 through a through hole 24 in the glass of the optical element 9.3 guided. On the side of the screw facing away from the screw head 23 or of the optical element 9.3 first becomes a washer 25 , then a comparatively soft spring 26 arranged, which has a mother 27 opposite to the optical element 9.3 is tightened. A piston 28 , which in turn is in mechanical operative connection with the actuator unit, engages the washer 25 at. The effect of the spring 26 consists essentially in allowing the application of a defined clamping force. The spring constant is to be chosen so that the washer 25 even with a maximum deflection of the optical element 9.3 down to the touch contact with the optical element 9.3 loses and a hard-to-control state occurs. On the other hand, the spring constant must be small enough to allow a correspondingly sensitive adjustment of the clamping force. Typical values for the spring constant are in the range of 1 N / μm-0.01 N / μm.
10b zeigt die gegenüber 10a dahingehend modifizierte Variante, dass sich nun beidseitig auf dem optischen Element 9.4 umlaufende Ringnuten 29 befinden, die im Wesentlichen dieselbe Funktion wie aus den vorhergehenden 7–9 bekannt, erfüllen. Das Erfordernis der beidseitigen Ringnuten 29 in 10b rührt daher, dass nunmehr auch ein vergleichsweise steifes Element, nämlich der Schraubenkopf 23a, auf der der Aktuatoreinheit abgewandten Seite des optischen Elementes 9.4 mit diesem in Kontakt steht. 10b shows the opposite 10a to modified effect that now on both sides of the optical element 9.4 circumferential annular grooves 29 which are essentially the same as the previous ones 7 - 9 known, meet. The requirement of bilateral ring grooves 29 in 10b This is due to the fact that now also a comparatively stiff element, namely the screw head 23a on the side of the optical element facing away from the actuator unit 9.4 is in contact with this.
11a zeigt einen Ansatz, durch welchen dem begrenzten zur Verfügung stehenden Bauraum unterhalb des optischen Elementes 9.5 Rechnung getragen wird. Das optische Element 9.5 wird dabei – ebenfalls unter Verwendung einer Schraube 23 und einer Feder 26 – zwischen den beiden Armen einer Zwinge 30 eingeklemmt; die Aktuatoreinheit greift in diesem Fall von außen her an der Zwinge 30 an, wie durch den Doppelpfeil andeutet. 11b entspricht 11a, allerdings ist in diesem Fall das optische Element 9.6 mit den bereits aus den vorigen 7–9 bekannten umlaufenden Ringnuten 29 versehen. 11a shows an approach through which the limited available space below the optical element 9.5 Account is taken. The optical element 9.5 will be there - also using a screw 23 and a spring 26 - between the two arms of a clamp 30 trapped; the actuator unit engages in this case from the outside to the ferrule 30 as indicated by the double arrow. 11b corresponds to 11a , but in this case the optical element 9.6 with the already from the previous ones 7 - 9 known circumferential annular grooves 29 Mistake.
Die Gestaltung des außenliegenden Teiles der Nut weist im Regelfall eine wesentlich geringere Relevanz für die Spannungseinleitung in das Material des optischen Elementes auf als die Gestaltung des den Kontaktbereich zugewandten Teiles der Nut.As a rule, the design of the outer part of the groove has a substantially lower relevance for the introduction of voltage into the material of the optical element than the design of the part of the groove facing the contact region.
12 zeigt in den Teilfiguren 12a und 12b eine gefaste und eine elliptische Gestaltung des dem Kontaktbereich 36 zugewandten Teiles der Nut 22.2 und 22.3 im optischen Element 9.7 und 9.8. Dies stellt jedoch nur zwei mögliche Varianten aus einer Vielzahl möglicher Gestaltungen der Nut 22 dar; es sind selbstverständlich auch Freiformflächen denkbar. 12 shows in the subfigures 12a and 12b a beveled and an elliptical design of the contact area 36 facing part of the groove 22.2 and 22.3 in the optical element 9.7 and 9.8 , However, this only two possible variants of a variety of possible designs of the groove 22 group; Of course, free-form surfaces are also conceivable.
Ebenfalls exemplarisch gezeigt ist in den 13a und 13b ein Freistich an der dem Kontaktbereich 36 zugewandten Seite der Nut 22.4 und 22.5 im optischen Element 9.9 und 9.10.Also shown as an example in the 13a and 13b an undercut at the contact area 36 facing side of the groove 22.4 and 22.5 in the optical element 9.9 and 9.10 ,
14 zeigt in den Teilfiguren 14a und 14b eine Variante, bei welcher das optische Element 9.11 und 9.12 außerhalb des optisch aktiven Bereich 9.11' bzw. 9.12' gezielt lokal geschwächt wird, um die zu einer Deformation des optischen Elementes 9.11 und 9.12 erforderlichen Kräfte zu reduzieren. Unter dem optisch aktiven Bereich ist dabei derjenige Bereich eines optischen Elementes zu verstehen, der während des Betriebes der übergeordneten Anlage von Nutzstrahlung durchtreten wird. Dabei wird in der Teilfigur 14a das optische Element 9.11 an seinem Rand mit einer Einbuchtung 31 versehen, wohingegen in der 14b im optisch nicht aktiven Bereich, jedoch im Inneren des optischen Elementes 9.12 Material ausgeschnitten wird. Der Ausschnitt 32 kann entweder durchgängig sein oder lediglich als Kerbe ausgeführt sein. Unter dem optisch nicht aktiven Bereich wird derjenige Bereich des optischen Elements verstanden, welcher im Betrieb einer übergeordneten Vorrichtung, in welcher das optische Element zur Anwendung kommt, nicht von der in der Vorrichtung verwendeten Nutzstrahlung durchtreten wird. In beiden Fällen sind entsprechenden Schwächungen des Materials von dem Kontaktbereich 36 beabstandet ausgebildet. 14 shows in the subfigures 14a and 14b a variant in which the optical element 9.11 and 9.12 outside the optically active area 9.11 ' respectively. 9.12 ' targeted locally weakened, leading to a deformation of the optical element 9.11 and 9.12 to reduce required forces. The optically active region is to be understood as that region of an optical element which will pass through useful radiation during operation of the superordinate system. It is in the subfigure 14a the optical element 9.11 at its edge with a dent 31 provided, whereas in the 14b in the optically inactive region, but inside the optical element 9.12 Material is cut out. The cutout 32 may be either continuous or just a notch. The optically non-active region is understood to be that region of the optical element which, in the operation of a superordinate device in which the optical element is used, will not pass through the useful radiation used in the device. In both cases, corresponding weakenings of the material are from the contact area 36 formed spaced.
15 zeigt in den Teilfiguren 15a und 15b zwei unterschiedliche Möglichkeiten zur Einbringung von Kräften und/oder Momenten in ein optisches Element. In der in 15a gezeigten Variante werden im Randbereich des optischen Elementes 9.13, also außerhalb des optisch aktiven Bereiches 9.13', Kräfte und Momente jeweils an einem gemeinsamen Angriffspunkt in das Material des optischen Elementes 9.13 eingebracht, wie durch die Pfeile 33 und 34 verdeutlicht wird. Nachteilig in der in 15a gezeigten Lösung ist, dass in diesem Fall eine Entkopplung von Kraft und Moment im Kontaktbereich 36 nur sehr eingeschränkt möglich ist, da eine hohe Steifigkeit in Aktuierrichtung vorteilhaft ist, was im Widerspruch zur Entkopplungsforderung steht und zum Erreichen einer gewünschten Biegedeformation des optischen Elementes 9.13 insbesondere in x-Richtung erhebliche Spannungen im Kontaktbereich 36 der verwendeten, in der Figur nicht dargestellten Aktuiereinheit in dem optischen Element 9.13 auftreten. 15b zeigt eine Variante, bei welcher auf jeder Seite des optischen Elementes 9.14 außerhalb des optisch aktiven Bereiches 9.14' jeweils zwei Kontaktbereiche 36 vorgesehen sind, in welchen Kräfte zur Deformation des optischen Elementes 9.14 angreifen können. Die Einleitung von Momenten, insbesondere von tangentialen Momenten, erfolgt im gezeigten Beispiel dadurch, dass jeweils unterschiedliche Kräfte an in x-Richtung von einander beabstandeten Kontaktbereichen 36 angreifen. Mit anderen Worten wird das gewünschte Biegemoment dadurch aufgebracht, dass lediglich die Differenz der eingeleiteten Kräfte entsprechend gewählt wird. Die jeweiligen Absolutwerte der Kräfte können dann unabhängig von der erwähnten Differenz eingestellt werden. Damit ergeben sich erweiterte Möglichkeiten zur Verformung des optischen Elementes 9.14 ebenso wie eine Verringerung der in das Material des optischen Elementes 9.14 in den Kontaktbereichen 36 eingeleiteten Spannungen. Ferner kann über den Abstand der beiden Kontaktbereiche 36 ein gewünschtes Verhältnis beider Kräfte eingestellt werden, ohne das gewünschte Moment verändern zu müssen, so dass eine Spannungsoptimierung möglich wird. 15 shows in the subfigures 15a and 15b two different ways to introduce forces and / or moments in an optical element. In the in 15a shown variant are in the edge region of the optical element 9.13 , ie outside the optically active area 9.13 ' , Forces and moments each at a common point in the material of the optical element 9.13 introduced, as by the arrows 33 and 34 is clarified. Disadvantageous in the 15a The solution shown is that in this case a decoupling of force and moment in the contact area 36 is only very limited, since a high rigidity in Aktuierrichtung is advantageous, which is in contradiction to the decoupling requirement and to achieve a desired bending deformation of the optical element 9.13 especially in the x-direction considerable stresses in the contact area 36 the used, not shown in the figure Aktuiereinheit in the optical element 9.13 occur. 15b shows a variant in which on each side of the optical element 9.14 outside the optically active region 9.14 ' two contact areas each 36 are provided in which forces for deformation of the optical element 9.14 can attack. The introduction of moments, in particular of tangential moments, takes place in the example shown by the fact that in each case different forces on in x-direction spaced from each other contact areas 36 attack. In other words, the desired bending moment is applied by selecting only the difference of the introduced forces. The respective absolute values of the forces can then be set independently of the mentioned difference. This results in extended possibilities for deformation of the optical element 9.14 as well as a reduction in the material of the optical element 9.14 in the contact areas 36 introduced voltages. Furthermore, over the distance of the two contact areas 36 a desired ratio of both forces can be set without having to change the desired moment, so that a voltage optimization is possible.
16 zeigt in Detailfiguren 16a und 16b eine schematische Darstellung einer Kraftbzw. Momenteneinleitung wie oben beschrieben. Dabei wird die Kraft über ein Gelenk 35 jeweils an zwei Kontaktbereichen 36 durch eine Aktuiereinheit in den Randbereich eines optischen Elements 9.15 eingeleitet. Der in der Figur gezeigte Parameter b bezeichnet dabei den Abstand des inneren Kontaktbereichs zum optisch aktiven Bereich 9.15' des optischen Elements 9.15, wohingegen der Parameter a den Abstand des äußeren Kontaktbereichs 36 zum optisch aktiven Bereich 9.15' des optischen Elements 9.15 bezeichnet. Dabei fällt der Wirkort für die geforderte Kraft bzw. das geforderte Moment mit dem Rand des optisch aktiven Bereichs 9.15' zusammen. 16b zeigt den aktuierten Fall, in welchem über die Aktuiereinheiten 8.1 und 8.2 unterschiedliche Kräfte aufgebracht werden, so dass am Wirkort sowohl eine Kraft als auch ein Drehmoment wirkt. Gut erkennbar in der Figur ist die Wirkung der Entkopplungsgelenke 35 zwischen den Aktuiereinheiten 8.1 und 8.2 und dem optischen Element 9.15, welche hohe Spannungen in dem Kontaktbereich 36 oder in dessen Umgebung vermeiden. Insbesondere bewirken die Entkopplungsgelenke 35, dass in erster Linie Zug- und Druckkräfte auf den Kontaktbereich 36 übertragen werden. Wählt man den Kontaktbereich 36 hinreichend groß, ergeben sich insgesamt niedrigere Zug- bzw. Druckspannungen. Die Entkopplungswirkung des Entkopplungsgelenks 35 kann im allgemeinsten Fall in alle Richtungen der x/y-Ebene realisiert werden. Dies kann beispielsweise mit einem dünnen Runddraht oder einem Kardangelenk erreicht werden. Im Falle der Biegung des optischen Elements 9.15 um nur eine Achse genügt eine Entkopplungswirkung des Entkopplungsgelenks 35 um diese Achse; in diesem Fall kann eine Blattfeder zur Anwendung kommen. Für das Steifigkeitsverhältnis des Gelenks in z- bzw. x/y-Richtung gilt vorteilhafterweise: 2 < kz/kxy < 100 mit k als Federkonstante. 16 shows in detail figures 16a and 16b a schematic representation of a Kraftbzw. Torque initiation as described above. The force is transmitted through a joint 35 each at two contact areas 36 by an actuator unit in the edge region of an optical element 9.15 initiated. The parameter b shown in the figure indicates the distance of the inner contact region to the optically active region 9.15 ' of the optical element 9.15 whereas the parameter a is the distance of the outer contact area 36 to the optically active area 9.15 ' of the optical element 9.15 designated. In this case, the point of action for the required force or the required moment coincides with the edge of the optically active region 9.15 ' together. 16b shows the actuated case in which about the Aktuiereinheiten 8.1 and 8.2 different forces are applied, so that at the site of action both a force and a torque acts. Well recognizable in the figure is the effect of the decoupling joints 35 between the actuator units 8.1 and 8.2 and the optical element 9.15 which high voltages in the contact area 36 or avoid it in its environment. In particular, the decoupling joints cause 35 that primarily tensile and compressive forces on the contact area 36 be transmitted. If you choose the contact area 36 sufficiently large, resulting in total lower tensile or compressive stresses. The decoupling effect of the decoupling joint 35 can be realized in the most general case in all directions of the x / y-plane. This can be achieved for example with a thin round wire or a cardan joint. In the case of bending the optical element 9.15 only one axis satisfies a decoupling effect of the decoupling joint 35 around this axis; In this case, a leaf spring can be used. For the stiffness ratio of the joint in the z- or x / y-direction is advantageously: 2 <k z / k xy <100 with k as the spring constant.
Die in den 15 und 16 gezeigten Lösungen können dabei jeweils für sich als auch in Verbindung mit einer beliebigen Untermenge der vorliegend gezeigten weiteren technischen Lösungen zur Anwendung kommen.The in the 15 and 16 Solutions shown here can be used individually and in conjunction with any subset of the other technical solutions shown here.
17 zeigt eine exemplarische Verteilung von Kontaktbereichen 36 außerhalb des optisch aktiven Bereiches 9.16' des optischen Elementes 9.16. Die Kontaktbereiche 36 sind dabei in einem regelmäßigen Raster angeordnet, wobei a der Abstand der inneren Kontaktbereiche zum optisch aktiven Bereich 9.16' und b der Abstand der äußeren Kontaktbereiche 36 von den inneren Kontaktbereichen 36 ist. Der Abstand der Kontaktbereiche 36 von einander in Längsrichtung des optischen Elementes 9.16 ist mit c bezeichnet. Grundsätzlich ist auch eine unregelmäßige Anordnung der Kontaktbereiche denkbar. 17 shows an exemplary distribution of contact areas 36 outside the optically active region 9.16 ' of the optical element 9.16 , The contact areas 36 are arranged in a regular grid, where a is the distance of the inner contact areas to the optically active area 9.16 ' and b is the distance of the outer contact areas 36 from the inner contact areas 36 is. The distance of the contact areas 36 from each other in the longitudinal direction of the optical element 9.16 is denoted by c. In principle, an irregular arrangement of the contact areas is conceivable.
Dabei ist zum Abstand a zu sagen, dass angestrebt ist, die Kontaktbereiche 36 so nah wie möglich am optisch aktiven Bereich 9.16' anzuordnen, also a so klein wie möglich zu wählen. Der Abstand b wirkt sich unmittelbar darauf aus, welches Drehmoment in Tangentialrichtung mit einer vorgegebenen Aktuatorkraft in das optische Element 9.16 eingebracht werden kann. Abstand c ist in der Weise zu wählen, dass die gewünschte Auflösung der Deformation erreicht werden kann. Vereinfacht gesagt, steigt die durch das optische Element 9.16 darstellbare Welligkeit mit abnehmenden Abstand c an. Dabei versteht es sich von selbst, dass Abstand c nicht zwingend der Abstand von einem Wellenberg zu einem Wellental sein muss. Eine Welle kann auch über eine Vielzahl von Kontaktbereichen 36 hinweglaufen. Darüber hinaus muss das Oberflächenprofil des aktuierten optischen Elements 9.16 nicht zwingend in y-Richtung konstant sein. Statt bei einem Wellenberg für kleine y, kann das optische Element 9.16 zu seiner Mitte hin keine Deformation mehr aufweisen und nachfolgend ein Wellental ausbilden. Der neutrale Bereich muss auch nicht zwingend in der Mitte liegen; es versteht sich von selbst, dass eine Vielzahl auch höchst unregelmäßiger Profile durch das gezeigte optische Element 9.16 mit der entsprechenden Aktuatorik eingestellt werden kann. Der Abstand a der Mittelpunkte der ersten Reihe der Kontaktbereiche 36 zum optisch aktiven Bereich 9.16' des optischen Elements 9.16 muss dabei nicht konstant sein. Um die Kräfte und damit die Spannungen im optischen Element 9.16 gering halten zu können und somit ein Bauteilversagen zu verhindern, ist es vorteilhaft, den genannten Wert im Bereich von 1 mm bis 10 mm zu wählen. It is to say the distance a that is desired, the contact areas 36 as close as possible to the optically active region 9.16 ' to arrange, so to choose a as small as possible. The distance b has an immediate effect on which torque in the tangential direction with a predetermined actuator force in the optical element 9.16 can be introduced. Distance c is to be chosen in such a way that the desired resolution of the deformation can be achieved. In simple terms, that rises through the optical element 9.16 representable ripple with decreasing distance c on. It goes without saying that distance c does not necessarily have to be the distance from a wave crest to a wave trough. A wave can also have a variety of contact areas 36 away running. In addition, the surface profile of the actuated optical element must 9.16 not necessarily constant in the y-direction. Instead of a wave crest for small y, the optical element can 9.16 towards its center have no deformation and subsequently form a wave trough. The neutral area does not necessarily have to be in the middle; It goes without saying that a variety of highly irregular profiles by the optical element shown 9.16 can be adjusted with the appropriate actuator. The distance a of the centers of the first row of contact areas 36 to the optically active area 9.16 ' of the optical element 9.16 does not have to be constant. To the forces and thus the stresses in the optical element 9.16 To be able to keep low and thus prevent component failure, it is advantageous to choose the stated value in the range of 1 mm to 10 mm.
Der Abstand b der Mittelpunkte der Kontaktbereiche 36 der zweiten Reihe zu dem der ersten Reihe wird vorteilhafterweise im Bereich von 2 bis 10 mm gewählt. Wählt man den Abstand zu klein, werden zu hohe Kräfte benötigt, um ein ausreichendes tangentiales Moment einzuleiten. Bei zu hohem Abstand werden andererseits zu hohe Kräfte benötigt, um die erwünschten Deformationen in den optisch aktiven Bereich 9.16' einleiten zu können. The distance b of the centers of the contact areas 36 the second row to that of the first row is advantageously chosen in the range of 2 to 10 mm. If one chooses the distance too small, too high forces are needed to initiate a sufficient tangential moment. On the other hand, if the distance is too high, too much force is needed to achieve the desired deformations in the optically active region 9.16 ' to be able to initiate.
Für den Abstand c ist es vorteilhaft, einen Wert im Bereich von 8 bis 40 mm zu wählen.For the distance c, it is advantageous to choose a value in the range of 8 to 40 mm.
18 zeigt eine Variante zu der in 17 gezeigten Anordnung der Kontaktbereiche 36 außerhalb des optisch aktiven Bereiches 9.17'. In diesem Fall sind die Kontaktbereiche 36 in zwei Reihen versetzt gegeneinander angeordnet; der laterale Versatz der jeweiligen Kontaktbereiche 36 der beiden Reihen zueinander ist hier mit dem Parameter d bezeichnet. Auch hier ist die Einleitung eines tangentialen Moments in das optische Element 9.17 möglich. 18 shows a variant of the in 17 shown arrangement of the contact areas 36 outside the optically active region 9.17 ' , In this case, the contact areas 36 offset in two rows against each other; the lateral offset of the respective contact areas 36 the two rows to each other here is designated by the parameter d. Again, the introduction of a tangential moment in the optical element 9.17 possible.
Insgesamt ist von Vorteil, die Anzahl der Kontaktbereiche in einem Bereich zwischen 14 und 64 zu wählen. In diesem Bereich wird bei noch vertretbarem konstruktivem Aufwand eine hinreichende Deformationsauflösung über das optische Element hinweg erreicht.Overall, it is advantageous to choose the number of contact areas in a range between 14 and 64. In this area, a sufficient deformation resolution over the optical element is achieved with still reasonable design effort.
Nachfolgend werden anhand der 19 bis 21 exemplarische mögliche Varianten zur Anordnung von Messpunkten auf dem optischen Element erläutert.The following are based on the 19 to 21 exemplary possible variants for Arrangement of measuring points on the optical element explained.
Sowohl 19 als auch 20 zeigt eine Variante, bei welcher die gestrichelt dargestellten Messpunkte 37 bzw. Messbereiche außerhalb des optisch aktiven Bereiches 9.19' bzw. 9.20' versetzt zu den Kontaktbereichen 36 angeordnet sind. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, von derselben Seite des optischen Elements 9.19 und 9.20 her sowohl zu aktuieren als auch zu messen, so dass das optische Element 9.19 und 9.20 an der gegenüberliegenden Seite vergleichsweise nahe an benachbarte Komponenten einer Projektionsbelichtungsanlage (beispielsweise das Reticle) herangeführt werden kann. Grundsätzlich kann die Messung direkt auf der Oberfläche des optischen Elements 9.19 und 9.20 erfolgen. Alternativ ist auch denkbar, wie bereits beschrieben, indirekt durch eine Aktuiereinheit zu messen. Either 19 as well as 20 shows a variant in which the measurement points shown in dashed lines 37 or measuring ranges outside the optically active range 9.19 ' respectively. 9.20 ' offset to the contact areas 36 are arranged. This opens up the possibility of the same side of the optical element 9.19 and 9.20 both to actuate and to measure, so that the optical element 9.19 and 9.20 on the opposite side can be brought comparatively close to adjacent components of a projection exposure system (for example, the reticle). Basically, the measurement can be done directly on the surface of the optical element 9.19 and 9.20 respectively. Alternatively, it is also conceivable, as already described, to measure indirectly by an actuator unit.
In einer alternativen, nicht dargestellten Variante befinden sich die Messpunkte in den Kontaktbereichen bzw. in den Bereichen auf der anderen Fläche des optischen Elements, die den Kontaktbereichen gegenüberliegen (auf der Fläche des optischen Elements, auf der nicht die Kontaktpunkte liegen). In diesem Fall kann gegebenenfalls näher am optisch aktiven Bereich des optischen Elements gemessen werden, so dass sich die Messgenauigkeit und damit die Leistungsfähigkeit des Systems insgesamt erhöht. Selbstverständlich können, wie in 21 exemplarisch dargestellt, sowohl die Kontaktbereiche 36 als auch die Messpunkte 37 außerhalb des optisch aktiven Bereiches 9.21' an der kurzen Seite eines rechteckigen optischen Elements 9.21 angeordnet sein.In an alternative variant, not shown, the measuring points are located in the contact regions or in the regions on the other surface of the optical element which are opposite the contact regions (on the surface of the optical element on which the contact points do not lie). In this case, if appropriate, it is possible to measure closer to the optically active region of the optical element, so that the measurement accuracy and thus the overall performance of the system increases. Of course, as in 21 exemplified, both the contact areas 36 as well as the measuring points 37 outside the optically active region 9.21 ' on the short side of a rectangular optical element 9.21 be arranged.
Es ist von Vorteil, die Messpunkte 37 in mindestens zwei Reihen anzuordnen, um das Driftverhalten der Sensoren besser kontrollieren zu können. Im Falle der Verwendung nur einer Reihe von Sensoren erzeugt der Drift eines Sensors wesentlich höhere parasitäre Deformationen im optisch aktiven Bereich und vermindert die Leistungsfähigkeit des Systems, wodurch das optische Element aus regelungstechnischer Sicht schlechter konditioniert ist. Bei Drift eines Sensors werden in diesem Fall alle Aktuiereinheiten bewegt, um diese – fehlerhaft gemessene – Deformation zu korrigieren. Wenn alle Messpunkte in einer Linie liegen, besteht keine bzw. wenig Kontrolle in y-Richtung, wodurch sich die Deformation im optisch aktiven Bereich des optischen Elementes und damit der optische Fehler erhöht.It is an advantage, the measuring points 37 in at least two rows to better control the drift behavior of the sensors can. In the case of using only a series of sensors, the drift of a sensor produces significantly higher parasitic deformations in the optically active region and reduces the performance of the system, whereby the optical element is worse conditioned from a control engineering point of view. In case of drift of a sensor in this case, all actuator units are moved to correct this - erroneously measured - deformation. If all measuring points lie in a line, there is no or little control in the y-direction, which increases the deformation in the optically active region of the optical element and thus the optical error.
Die Einleitung eines tangentialen Momentes ist insbesondere deswegen wichtig, um eine an den Rändern des optischen Elements 9.21 erzeugte Welligkeit auch in das Innere, also den optisch aktiven Bereich 9.21' des optischen Elements 9.21 fortsetzen zu können. Ohne die Aufbringung eines zusätzlichen tangentialen Moments würde sich gegebenenfalls die gewünschte Welligkeit lediglich an den Rändern, also insbesondere auch im optisch nicht aktiven Bereich des optischen Elements 9.21 einstellen und der Manipulator würde seine Wirkung verfehlen.The introduction of a tangential moment is particularly important to one at the edges of the optical element 9.21 generated ripple in the interior, so the optically active area 9.21 ' of the optical element 9.21 to be able to continue. Without the application of an additional tangential moment, the desired ripple would possibly only be at the edges, that is to say in particular also in the optically non-active region of the optical element 9.21 adjust and the manipulator would miss its effect.
Bei der Wahl der Dicke des optischen Elements in z-Richtung sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Vor allem hängen die eingebrachten Spannungen in das Material des optischen Elements insbesondere in der Umgebung der Kontaktbereiche stark von der Dicke des optischen Elements ab. Im Extremfall können derartige Spannungen zum Bauteilversagen führen. Damit wird das optische Korrekturpotenzial bei dicken optischen Elementen durch die spannungsbedingte Begrenzung der maximalen Auslenkungen der entsprechenden Aktuiereinheiten durch die Plattendicke vermindert. Darüber hinaus steigt der parasitäre Effekt der Spannungsdoppelbrechung bei dickeren optischen Elementen an, wodurch sich die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems verringert.When choosing the thickness of the optical element in the z-direction, various factors have to be considered. Above all, the introduced stresses in the material of the optical element, in particular in the vicinity of the contact regions, depend strongly on the thickness of the optical element. In extreme cases, such stresses can lead to component failure. Thus, the optical correction potential for thick optical elements is reduced by the voltage-related limitation of the maximum deflections of the corresponding Aktuiereinheiten by the plate thickness. In addition, the parasitic effect of stress birefringence increases with thicker optical elements, which reduces the performance of the overall system.
Die oben genannten Aspekte regen damit die Wahl eines möglichst dünnen optischen Elements nahe. Allerdings existiert eine untere Grenze der Dicke des optischen Elements im Wesentlichen aus den nachfolgend dargestellten Gründen. Zunächst kann ein planparalleles optisches Element wirtschaftlich lediglich mit einer bestimmten Minimaldicke hergestellt werden, darüber hinaus ist es wünschenswert, eine gewisse Eigensteifigkeit des optischen Elements aufrecht zu erhalten, um dessen Anfälligkeit gegenüber schädlichen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Druckstößen aus dem umgebenden Gas, möglichst gering zu halten.The above-mentioned aspects thus suggest the choice of the thinnest possible optical element. However, a lower limit of the thickness of the optical element basically exists for the reasons described below. First, a plane-parallel optical element can be produced economically only with a certain minimum thickness, moreover, it is desirable to maintain some inherent rigidity of the optical element in order to minimize its vulnerability to harmful environmental conditions, such as pressure surges from the surrounding gas ,
Es hat sich gezeigt, dass eine vorteilhafte Wahl für die Dicke des optischen Elements im Bereich von 1,2 mm bis 7 mm, insbesondere im Bereich von 1,2 mm bis 4 mm liegt. It has been found that an advantageous choice for the thickness of the optical element is in the range of 1.2 mm to 7 mm, in particular in the range of 1.2 mm to 4 mm.
Die Wahl eines möglichst dünnen optischen Elements kann in einer vorteilhaften Variante durch die anhand der nachfolgenden 22 dargestellte Maßnahme ermöglicht werden.The choice of a very thin optical element can in an advantageous variant by the reference to the following 22 be presented measure possible.
22 zeigt eine Variante, bei welcher das auf den Stößeln 10 über die Verbindungsschicht 11 gelagerte optische Element 9.22 mittels einer zwischen ihm und dem Reticle angeordneten Schutzplatte 38 vor schädlichen Umwelteinflüssen, insbesondere vor Druckstößen, welche von der Bewegung der Reticlestage herrühren, abgeschirmt ist. Die Schutzplatte 38 kann dabei vergleichsweise dick, insbesondere mit einer Dicke im Bereich von 4mm–10mm gewählt werden. Die maximal mögliche Dicke der Schutzplatte 38 wird im Wesentlichen durch den zur Verfügung stehenden Bauraum und durch eine Begrenzung des maximalen Lichtweges durch Glas im System begrenzt. Die Schutzplatte 38 kann dabei insbesondere auf dem Grundrahmen angeordnet sein. Eine Abdichtung zur Umgebung kann dann dadurch erreicht werden, dass sich die nicht aktuierte Schutzplatte 38 gegenüber einem oberen Abschluss des Grundrahmens abgedichtet wird, was aufgrund der starren Verbindung der Schutzplatte 38 mit dem Grundrahmen wesentlich einfacher ist als eine Abdichtung des aktuierten optischen Elements 9.22 gegenüber dem Grundrahmen. Damit entsteht im Wesentlichen zwischen Schutzplatte 38 und optischem Element 9.22 ein nach außen lediglich durch einen Zu- und Abfluss verbundenen Gasraum 39, der definiert gespült werden kann. 22 shows a variant in which the on the plungers 10 over the tie layer 11 mounted optical element 9.22 by means of a protective plate arranged between it and the reticle 38 from harmful environmental influences, in particular against pressure surges resulting from the movement of the reticle days, is shielded. The protective plate 38 can be chosen comparatively thick, in particular with a thickness in the range of 4mm-10mm. The maximum possible thickness of the protective plate 38 is essentially due to the available space and by a Limitation of the maximum light path through glass limited in the system. The protective plate 38 can be arranged in particular on the base frame. A seal to the environment can then be achieved in that the unactuated protective plate 38 is sealed against an upper end of the base frame, due to the rigid connection of the protective plate 38 with the base frame is much easier than a seal of the actuated optical element 9.22 opposite the base frame. This essentially creates between protective plate 38 and optical element 9.22 a gas space connected to the outside only by an inflow and outflow 39 which can be flushed.
Durch die Pfeile angedeutet sind die von der Umgebung auf die Schutzplatte 38 wirkenden Drucklasten.Indicated by the arrows are those of the environment on the protective plate 38 acting pressure loads.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, die Schutzplatte 38 über drei Auflagepunkte an dem Grundrahmen anzubringen. In diesem Fall werden Fehler, die aus einer thermischen Deformation von Schutzplatte 38 bzw. Grundrahmen herrühren könnten, minimiert.Basically, it is beneficial to the protective plate 38 to be attached to the base frame via three support points. In this case, errors resulting from a thermal deformation of protective plate 38 or base frame could be minimized.
23 zeigt eine Variante zur Gestaltung eines optischen Elementes 9.23 in Verbindung mit dem oben beschriebenen Manipulator. Dabei ist ein beispielsweise aus Quarzglas oder Calciumfluorid hergestelltes optisches Element 9.23 mit einem Ausbruch 40 in demjenigen Bereich versehen, welcher im üblichen Betrieb der übergeordneten Projektionsbelichtungsanlage 100 nicht von optischer Nutzstrahlung durchtreten wird. Die Einhüllende 41 des Strahlengangs durch das optische Element 9.23 ist ebenfalls in der 23 wie auch in den folgenden 24 und 25 angedeutet. Das optische Element 9.23 ist in üblicher Weise dabei in einer Fassung 42 angeordnet, die insbesondere zwischen dem Manipulator und einem weiteren Element eines Objektivs angeordnet sein kann. Dadurch, dass das in der Figur gezeigte optische Element 9.23 mit dem Ausbruch 40 versehen ist, kann Bauraum für Komponenten der baulich übergeordneten Einheit, beispielsweise des Manipulators 200 geschaffen werden, sodass insgesamt eine erhöhte Packungsdichte von optischen Elementen in einer Projektionsbelichtungsanlage erreicht wird. Darüber hinaus wird Gewicht eingespart und durch den Ausbruch 40 wird auch die Möglichkeit geschaffen, einen Fluss eines Spülgases im System zu optimieren bzw. zu steuern. 23 shows a variant for the design of an optical element 9.23 in conjunction with the manipulator described above. In this case, an optical element produced, for example, from quartz glass or calcium fluoride is provided 9.23 with an outbreak 40 provided in that area, which in the usual operation of the parent projection exposure system 100 will not pass from optical useful radiation. The envelope 41 the beam path through the optical element 9.23 is also in the 23 as well as in the following 24 and 25 indicated. The optical element 9.23 is in the usual way in a version 42 arranged, which can be arranged in particular between the manipulator and another element of a lens. Characterized in that the optical element shown in the figure 9.23 with the outbreak 40 is provided, space for components of the structurally superior unit, such as the manipulator 200 be created so that an overall increased packing density of optical elements is achieved in a projection exposure system. In addition, weight is saved and by the outbreak 40 The possibility is also created of optimizing or controlling a flow of purge gas in the system.
24 zeigt in den Teilfiguren 24a und 24b eine Variante zu der oben gezeigten Lösung, dabei ist das optische Element 9.24 nicht mit einem vollständigen Ausbruch versehen, sondern vielmehr in den optisch nicht genutzten Bereichen 40.1 abgefräst. 24a stellt eine perspektivische Ansicht des optischen Elementes 9.24 dar, wohingegen 24b als seitliche Ansicht ausgeführt ist. Die in den 23 und 24 gezeigten Materialabschwächungen 40.1 bzw. Ausbrüche 40 können beispielsweise in einem letzten Bearbeitungsschritt bei der Herstellung des optischen Elementes durch Fräsen oder ähnliche Fertigungsverfahren wie beispielsweise Schleifen hergestellt werden. 24 shows in the subfigures 24a and 24b a variant of the solution shown above, here is the optical element 9.24 not with a complete eruption, but rather in the optically unused areas 40.1 milled. 24a represents a perspective view of the optical element 9.24 whereas 24b as a side view is executed. The in the 23 and 24 shown material weakening 40.1 or outbreaks 40 For example, in a final processing step in the manufacture of the optical element, milling or similar manufacturing techniques such as grinding may be used.
Eine weitere Variante zu den in den 23 und 24 gezeigten Ausführungsformen ist die 25, dort in den Teilfiguren 25a und 25b gezeigt. Teilfigur 25a zeigt eine perspektivische Ansicht der entsprechenden Variante, wohingegen Teilfigur 25b eine seitliche Ansicht darstellt.Another variant to the in the 23 and 24 shown embodiments is the 25 , there in the subfigures 25a and 25b shown. subfigure 25a shows a perspective view of the corresponding variant, whereas part figure 25b represents a lateral view.
In dem in der 25 gezeigten Beispiel wird darauf verzichtet, die äußere Kontur des optischen Elementes 9.25 ringförmig auszuführen, sondern es werden vielmehr im gezeigten Beispiel 3 Ösen 43 gebildet, durch welche das optische Element 9.25 beispielsweise mit der Fassung eines weiteren optischen Elementes eines Projektionsobjektives verschraubt oder auf Kugelkalotten gelagert werden kann. Durch die Ersparnis der ringförmigen Kontur kann hier zusätzlicher Bauraum gewonnen werden; ferner reduziert sich die Gesamtmasse des optischen Elementes 9.25 weiter, was in Hinblick auf eine Anwendung des optischen Elementes 9.25 in einem Manipulator erhebliche Vorteile hat.In the in the 25 shown example is omitted, the outer contour of the optical element 9.25 In the example shown, 3 eyelets are used instead 43 formed, through which the optical element 9.25 for example, screwed to the socket of another optical element of a projection lens or can be stored on spherical caps. By saving the annular contour here additional space can be obtained; Furthermore, the total mass of the optical element is reduced 9.25 further, which is in view of an application of the optical element 9.25 has significant advantages in a manipulator.
26 zeigt exemplarisch eine Verwendung des optischen Elementes mit einem Manipulator 200, wobei zu erkennen ist, wie der verbleibende Teil des optischen Elementes in den freien Bauraum im Manipulator 200 ragt. 26 shows an example of a use of the optical element with a manipulator 200 , It can be seen how the remaining part of the optical element in the free space in the manipulator 200 protrudes.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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EP 1014139 B1 [0004, 0004] EP 1014139 B1 [0004, 0004]
