DE102017207433A1 - Support of an optical element - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem optischen Element (108), einer Stützstruktur (109), einer Verbindungseinrichtung (110) und einer Aktuatoreinrichtung (111). Die Verbindungseinrichtung (110) verbindet das optische Element (108) zumindest im Wesentlichen statisch bestimmt mit der Stützstruktur (109) und ist dazu ausgebildet, die auf das optische Element (108) wirkende Gewichtskraft zumindest im Wesentlichen aufzunehmen. Die Aktuatoreinrichtung (111) verbindet das optische Element (108) mechanisch mit der Stützstruktur (109) und ist dazu ausgebildet, eine Position und/oder Orientierung des optischen Elements (108) in wenigstens einem Freiheitsgrad einzustellen. Die Verbindungseinrichtung (110) weist einen Verbindungsteil und einen Entkopplungsteil auf, wobei der Entkopplungsteil kinematisch seriell zu dem Verbindungsteil zwischen dem Verbindungsteil und dem optischen Element (108) angeordnet ist. Die Aktuatoreinrichtung (111) wirkt kinematisch parallel zu dem Verbindungsteil der Verbindungseinrichtung (110) zwischen dem optischen Element (108) und der Stützstruktur (109). Der Entkopplungsteil der Verbindungseinrichtung (110) ist derart ausgebildet, dass er in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element (108) und der Stützstruktur (109) zur Verfügung stellt. The present invention relates to an optical arrangement, in particular for microlithography, with an optical element (108), a support structure (109), a connection device (110) and an actuator device (111). The connecting device (110) connects the optical element (108) at least substantially statically determined with the support structure (109) and is designed to at least substantially absorb the weight force acting on the optical element (108). The actuator device (111) mechanically connects the optical element (108) to the support structure (109) and is configured to set a position and / or orientation of the optical element (108) in at least one degree of freedom. The connecting device (110) has a connecting part and a decoupling part, wherein the decoupling part is arranged kinematically in series with the connecting part between the connecting part and the optical element (108). The actuator device (111) acts kinematically parallel to the connection part of the connection device (110) between the optical element (108) and the support structure (109). The decoupling part of the connection device (110) is designed such that it provides mechanical decoupling between the optical element (108) and the support structure (109) in the at least one degree of freedom.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anordnung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine optische Abbildungseinrichtung mit einer solchen optischen Anordnung, ein entsprechendes Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements sowie ein entsprechendes optisches Abbildungsverfahren. Die Erfindung lässt sich im Zusammenhang mit beliebigen optischen Abbildungsverfahren einsetzen. Besonders vorteilhaft lässt sie sich bei der Herstellung oder der Inspektion mikroelektronischer Schaltkreise sowie der hierfür verwendeten optischen Komponenten (beispielsweise optischer Masken) einsetzen.The present invention relates to an optical arrangement. Furthermore, the invention relates to an optical imaging device with such an optical arrangement, a corresponding method for supporting an optical element and a corresponding optical imaging method. The invention can be used in conjunction with any optical imaging method. It can be used particularly advantageously in the manufacture or inspection of microelectronic circuits and of the optical components (for example optical masks) used therefor.
Die im Zusammenhang mit der Herstellung mikroelektronischer Schaltkreise verwendeten optischen Einrichtungen umfassten typischerweise eine Mehrzahl optischer Elementeinheiten, die ein oder mehrere optische Elemente wie Linsen, Spiegel oder optische Gitter umfassen, die im Abbildungslichtpfad angeordnet sind. Diese optischen Elemente wirken typischerweise in einem Abbildungsprozess zusammen, um ein Bild eines Objekts (beispielsweise ein auf einer Maske gebildetes Muster) auf ein Substrat (beispielsweise einen so genannten Wafer) zu transferieren. Die optischen Elemente sind typischerweise in einer oder mehreren funktionalen Gruppen zusammengefasst, die gegebenenfalls in separaten Abbildungseinheiten gehalten sind. Insbesondere bei hauptsächlich refraktiven Systemen, die mit einer Wellenlänge im so genannten Vakuum-Ultraviolett-Bereich (VUV, beispielsweise bei einer Wellenlänge von 193 nm) arbeiten, sind solche Abbildungseinheiten häufig aus einen Stapel optischer Module gebildet, die ein oder mehrere optische Elemente halten. Diese optischen Module umfassen typischerweise eine Stützstruktur mit einer im Wesentlichen ringförmigen äußeren Stützeinheit, die einen oder mehrere optische Elementhalter abstützt, die ihrerseits das optische Element halten.The optical devices used in connection with the fabrication of microelectronic circuits typically comprise a plurality of optical element units comprising one or more optical elements, such as lenses, mirrors or optical gratings, arranged in the imaging light path. These optical elements typically cooperate in an imaging process to transfer an image of an object (e.g., a pattern formed on a mask) to a substrate (eg, a so-called wafer). The optical elements are typically grouped into one or more functional groups, which are optionally held in separate imaging units. Particularly in the case of mainly refractive systems operating at a wavelength in the so-called vacuum ultraviolet range (VUV, for example at a wavelength of 193 nm), such imaging units are often formed from a stack of optical modules which hold one or more optical elements. These optical modules typically include a support structure having a substantially annular outer support unit supporting one or more optical element holders, which in turn support the optical element.
Die immer weiter voranschreitende Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen führt zu einem ständigen Bedarf an erhöhter Auflösung der ihre Herstellung verwendeten optischen Systeme. Dieser Bedarf an erhöhter Auflösung bedingt den Bedarf an einer erhöhten numerischen Apertur (NA) und einer erhöhten Abbildungsgenauigkeit der optischen Systeme.The ever-advancing miniaturization of semiconductor devices leads to a constant need for increased resolution of the optical systems used in their manufacture. This need for increased resolution requires the need for increased numerical aperture (NA) and increased imaging accuracy of the optical systems.
Ein Ansatz, um eine erhöhte optische Auflösung zu erhalten, besteht darin, die Wellenlänge des in dem Abbildungsprozess verwendeten Lichtes zu verringern. In den vergangenen Jahren wurden zunehmend Lösungsansätze verfolgt, bei denen Licht im so genannten extremen Ultraviolettbereich (EUV) verwendet wurde, typischerweise bei Wellenlängen von 5 nm bis 20 nm, in den meisten Fällen bei einer Wellenlänge von etwa 13 nm. In diesem EUV-Bereich ist es nicht mehr möglich, herkömmliche refraktive optische Systeme zu verwenden. Dies ist dadurch bedingt, dass die für refraktive optische Systeme verwendeten Materialien in diesem EUV-Bereich einen Absorptionsgrad aufweisen, der zu hoch ist um mit der verfügbaren Lichtleistung akzeptable Abbildungsergebnisse zu erzielen. Folglich müssen in diesem EUV-Bereich reflektive optische Systeme für die Abbildung verwendet werden.One approach to obtaining increased optical resolution is to reduce the wavelength of the light used in the imaging process. In recent years, approaches have been increasingly followed in which light in the so-called extreme ultraviolet (EUV) was used, typically at wavelengths of 5 nm to 20 nm, in most cases at a wavelength of about 13 nm. In this EUV range it is no longer possible to use conventional refractive optical systems. This is due to the fact that the materials used for refractive optical systems in this EUV range have an absorptivity that is too high to achieve acceptable imaging results with the available light output. Consequently, in this EUV field, reflective optical systems must be used for imaging.
Dieser Übergang zu reflektiven optischen Systemen mit hoher numerischer Apertur (z. B. NA > 0,4 bis 0,5) EUV-Bereich führt zu erheblichen Herausforderungen im Hinblick auf das Design der Abbildungseinrichtung.This transition to high numerical aperture (eg NA> 0.4 to 0.5) reflective optical systems in the EUV range poses significant challenges in terms of imager design.
Die oben genannten Faktoren führen zu sehr strengen Anforderungen hinsichtlich der Position und/oder Orientierung der optischen Elemente, die an der Abbildung teilnehmen, relativ zueinander sowie hinsichtlich der Deformation der einzelnen optischen Elemente, um eine gewünschte Abbildungsgenauigkeit erzielen. Zudem ist es erforderlich, diese hohe Abbildungsgenauigkeit über den gesamten Betrieb, letztlich über die Lebensdauer des Systems aufrechtzuerhalten.The above factors lead to very stringent requirements as to the position and / or orientation of the optical elements participating in the imaging relative to one another as well as with respect to the deformation of the individual optical elements to achieve a desired imaging accuracy. In addition, it is necessary to maintain this high level of imaging accuracy throughout the operation, ultimately over the life of the system.
Als Konsequenz müssen die Komponenten der optischen Abbildungseinrichtung (also beispielsweise die Maske, die optischen Elemente und das Substrat), die bei der Abbildung zusammenwirken, in einer wohldefinierten Weise abgestützt werden, um eine vorgegebene wohldefinierte räumliche Beziehung zwischen diesen Komponenten einzuhalten und eine minimale unerwünschte Deformation dieser Komponenten zu erzielen, um letztlich eine möglichst hohe Abbildungsqualität zu erreichen.As a consequence, the components of the optical imaging device (eg, the mask, the optical elements, and the substrate) that interact in imaging must be supported in a well-defined manner to maintain a given well-defined spatial relationship between these components and minimal undesirable deformation to achieve these components in order ultimately to achieve the highest possible image quality.
Um diese vorgegebene räumliche Beziehung zwischen den Komponenten über den gesamten Abbildungsprozess hinweg einzuhalten, ist es bei solchen optischen Abbildungseinrichtungen üblich, diese räumliche Beziehung zumindest intermittierend zu erfassen und zumindest einzelne der Komponenten in Abhängigkeit hiervon in wenigstens einem Freiheitsgrad (bis hin zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum) aktiv einzustellen. Vergleichbares gilt häufig hinsichtlich der und die Deformation einzelner Komponenten. Zudem ist es typischerweise erforderlich, die Maske und das Substrat von Zeit zu Zeit zu verfahren, um unterschiedliche Bereiche des Musters der Maske auf unterschiedliche Bereiche des Substrats abzubilden.In order to maintain this predetermined spatial relationship between the components throughout the imaging process, it is common in such optical imaging devices to at least intermittently capture this spatial relationship and at least some of the components in at least one degree of freedom (up to all six degrees of freedom in FIG Room). The same often applies to the deformation and deformation of individual components. It is also Typically, it is necessary to move the mask and substrate from time to time to image different areas of the pattern of the mask onto different areas of the substrate.
Insbesondere bei den oben beschriebenen reflektiven optischen Systemen im EUV-Bereich mit ihren aktiv verstellbaren und/oder deformierbaren Spiegeln besteht dabei häufig das Problem, dass jede Stellbewegung des Spiegels an seinen Lagerstellen (also an den Stellen, an denen der Spiegel über eine entsprechende Verbindungseinrichtung mit seiner Stützstruktur verbunden ist) eine entsprechende Verschiebung erzeugt. Diese Verschiebung an den Lagerstellen in dem betreffenden Freiheitsgrad erfolgt in der Regel gegen eine entsprechende (typischerweise elastische) Rückstellkraft der Verbindungseinrichtung. Diese Rückstellkräfte der Lagerung werden in den Spiegel eingeleitet und erzeugen dort parasitärer Spannungen, die im ungünstigsten Fall bis in den Bereich der optisch genutzten Fläche des Spiegels fortschreiten und dort zu einer unerwünschten Deformation der Spiegeloberfläche führen.In particular, in the case of the above-described reflective optical systems in the EUV range with their actively adjustable and / or deformable mirrors, there is often the problem that each adjusting movement of the mirror at its bearings (ie at the points where the mirror via a corresponding connection means with its support structure is connected) generates a corresponding displacement. This shift at the bearing points in the relevant degree of freedom is usually against a corresponding (typically elastic) restoring force of the connecting device. These restoring forces of the bearing are introduced into the mirror and generate there parasitic voltages, which in the worst case progress to the area of the optically used surface of the mirror and there lead to an undesirable deformation of the mirror surface.
Um derartige parasitäre Spannungen möglichst weitgehend zu vermeiden, ist daher bei konventionellen Systemen typischerweise vorgesehen, dass die Angriffspunkte der Aktuatoren und der Verbindungseinrichtung zur Stützstruktur möglichst nahe beieinander liegen. Hierbei besteht zum einen das Problem, dass eine solche Gestaltung (nicht zuletzt wegen beengter Bauraumverhältnisse) nur schwerlich bzw. mit großem Aufwand realisierbar ist. Häufig wird daher ein Lösungsansatz verfolgt, bei dem die Aktuatoren in die Verbindungseinrichtung integriert sind, wie dies beispielsweise aus der
Insbesondere bei einer solchen kompakten bzw. integrierten Gestaltung besteht jedoch das Problem, dass die Anbindung der Aktuatoren unter dynamischen Gesichtspunkten möglichst steif gestaltet sein muss, um eine möglichst hohe Regelbandbreite zu erzielen. Diese steife Anbindung wirkt sich jedoch typischerweise auch auf die Steifigkeit im Bereich der jeweiligen Lagerungsstelle aus, sodass nur eine vergleichsweise geringe Deformationsentkopplung in diesem Bereich erzielt werden kann.In particular, in such a compact or integrated design, however, there is the problem that the connection of the actuators must be designed as stiff as possible under dynamic aspects in order to achieve the highest possible control bandwidth. However, this rigid connection typically also has an effect on the rigidity in the region of the respective storage location, so that only a comparatively small deformation decoupling in this area can be achieved.
Es ist zu erwarten, dass die bei kommerziellen EUV-Systemen verwendeten Spiegel in der Zukunft größer und empfindlicher gegenüber parasitären Kräften und Momenten werden, während gleichzeitig die zulässigen Deformationen der Spiegelflächen immer kleiner werden.It is expected that the mirrors used in commercial EUV systems will become larger and more sensitive to parasitic forces and moments in the future, while at the same time the permissible deformations of the mirror surfaces will become smaller and smaller.
Ein weiteres Problem bei diesen aktiven Systeme besteht darin, dass sie typischerweise eine Vielzahl von Aktuatoren und Sensoren etc. erfordern, die eine nicht mehr vernachlässigbare Menge an Wärme in das System einbringen. Die daraus resultierende thermische Ausdehnung der Systemkomponenten führt zu einer unerwünschten Abweichung von dem Sollzustand und damit zu einer Verschlechterung der Abbildungsqualität.Another problem with these active systems is that they typically require a variety of actuators and sensors, etc., that introduce a non-negligible amount of heat into the system. The resulting thermal expansion of the system components leads to an undesirable deviation from the desired state and thus to a deterioration of the image quality.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optische Anordnung, eine optische Abbildungseinrichtung, ein Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements sowie ein Abbildungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche die zuvor genannten Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Maße aufweist und insbesondere auf einfache Weise eine Reduktion der parasitären Spannungen in dem optischen Element bei guten dynamischen Eigenschaften realisiert.Against this background, the object of the invention is to make available an optical arrangement, an optical imaging device, a method for supporting an optical element and an imaging method which do not or at least to a lesser extent have the disadvantages mentioned above and in particular realized in a simple way, a reduction of the parasitic voltages in the optical element with good dynamic properties.
Der Erfindung liegt die technische Lehre zugrunde, dass bei einer optischen Anordnung der eingangs genannten Art auf einfache Weise eine Reduktion von unerwünschten parasitären Spannungen in dem optischen Element bei guten dynamischen Eigenschaften realisiert werden kann, wenn die Verbindungseinrichtung in kinematisch serieller Abfolge einen Verbindungsteil und einen Entkopplungsteil aufweist und die Aktuatoreinrichtung kinematisch parallel zu dem Verbindungsteil der Verbindungseinrichtung zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur wirkt, während der Entkopplungsteil der Verbindungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass er in dem wenigstens einen Freiheitsgrad, in dem die Verstellung des optischen Elements erfolgt, eine mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur zur Verfügung stellt.The invention is based on the technical teaching that in an optical arrangement of the type mentioned in a simple way, a reduction of unwanted parasitic voltages in the optical element can be realized with good dynamic properties, when the connecting device in kinematical serial sequence a connecting part and a decoupling and the actuator device kinematically acts parallel to the connection part of the connection device between the optical element and the support structure, while the decoupling part of the connection device is designed such that it interposes a mechanical decoupling in the at least one degree of freedom in which the adjustment of the optical element takes place the optical element and the support structure provides.
Bei einer Variante, bei der die Aktuatoreinrichtung an dem Entkopplungsteil angreift, mithin also nur zu dem Verbindungsteil kinematisch parallel angeordnet ist, ist es in vorteilhafter Weise möglich, gerade über eine hohe Steifigkeit des Entkopplungsteils eine mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur zu erzielen. Dabei ergibt sich dank der hohen Steifigkeit des Entkopplungsteils selbst bei hoher Steifigkeit des Verbindungsteils nur eine vergleichsweise geringe Deformation des Entkopplungsteils. Dies führt lediglich zu geringen parasitären Kräften, die dann selbst bei großen Rückstellkräften (aus dem Verbindungsteil) über den Entkopplungsteil in das optische Element eingeleitet werden. Gerade die hohe Steifigkeit des Entkopplungsteils, an dem die Aktuatoreinrichtung angreift, ist dabei unter dynamischen Gesichtspunkten von großem Vorteil.In a variant in which the actuator device acts on the decoupling part, ie is arranged kinematically parallel only to the connecting part, it is advantageously possible to achieve a mechanical decoupling between the optical element and the support structure via a high rigidity of the decoupling part , Thanks to the high rigidity of the decoupling part, only a comparatively small deformation of the decoupling part results even with high rigidity of the connecting part. This leads only to low parasitic forces, which then even with large restoring forces (from the Connecting part) are introduced via the decoupling in the optical element. Especially the high rigidity of the decoupling part, which is acted on by the actuator device, is thereby of great advantage from a dynamic point of view.
Bei einer Anbindung der Aktuatoreinrichtung an dem optischen Element, mithin also einer vollständig kinematisch parallelen Anordnung der Aktuatoreinrichtung zu der Verbindungseinrichtung, kann die Anbindung der Aktuatoreinrichtung an dem optischen Element weitgehend unabhängig von der Anbindung der Verbindungseinrichtung an dem optischen Element gestaltet werden.With a connection of the actuator device to the optical element, that is to say a completely kinematically parallel arrangement of the actuator device to the connection device, the connection of the actuator device to the optical element can be designed largely independently of the connection of the connection device to the optical element.
Die Verbindungseinrichtung ist dabei dann typischerweise so gestaltet, dass sie im Betrieb zumindest einen Großteil, vorzugsweise sämtliche statischen Lasten aufnimmt (in der Regel also die Gewichtskraft des optischen Elements), während die Aktuatoreinrichtung zumindest überwiegend, vorzugsweise ausschließlich dazu dient, die für die Stellbewegungen erforderlichen dynamischen Kräfte aufzubringen.The connecting device is then typically designed so that it receives at least a large part, preferably all static loads during operation (usually the weight of the optical element), while the actuator means at least predominantly, preferably exclusively serves the required for the positioning movements to apply dynamic forces.
Diese funktionale Trennung hat den Vorteil, dass die Anbindung der Aktuatoreinrichtung in dem wenigstens einen Freiheitsgrad, in dem eine aktive Verstellung des optischen Elements erfolgen soll, steif gestaltet werden kann. Hierdurch lassen sich besonders günstige dynamische Eigenschaften des Systems erzielen.This functional separation has the advantage that the connection of the actuator device in the at least one degree of freedom, in which an active adjustment of the optical element is to take place, can be made rigid. As a result, particularly favorable dynamic properties of the system can be achieved.
Die Anbindung der Verbindungseinrichtung kann hingegen in vorteilhafter Weise eine Gestaltung aufweisen, die zumindest in dem wenigstens einen Freiheitsgrad, in dem eine aktive Verstellung des optischen Elements durch die Aktuatoreinrichtung erfolgt, eine möglichst geringe Steifigkeit aufweist bzw. den Bewegungen des optischen Elements folgen kann. Durch diese mechanische Entkopplung in dem betreffenden Freiheitsgrad (bis hin zu allen sechs Freiheitsgraden im Raum) lassen sich besonders günstige Gestaltungen realisieren, bei denen nur vergleichsweise geringe parasitäre Spannungen aus der Verbindungseinrichtung in das optische Element eingeleitet werden.The connection of the connecting device, however, can advantageously have a design which, at least in the at least one degree of freedom, in which an active adjustment of the optical element by the actuator device, has the lowest possible rigidity or can follow the movements of the optical element. By means of this mechanical decoupling in the relevant degree of freedom (up to all six degrees of freedom in space), particularly favorable designs can be realized, in which only comparatively small parasitic voltages from the connecting device are introduced into the optical element.
Nach einem Aspekt betrifft die Erfindung daher eine optische Anordnung, insbesondere für die Mikrolithographie, mit einem optischen Element, einer Stützstruktur, einer Verbindungseinrichtung und einer Aktuatoreinrichtung. Die Verbindungseinrichtung verbindet das optische Element zumindest im Wesentlichen statisch bestimmt mit der Stützstruktur und ist weiterhin dazu ausgebildet, die auf das optische Element wirkende Gewichtskraft zumindest im Wesentlichen aufzunehmen. Die Aktuatoreinrichtung verbindet das optische Element mechanisch mit der Stützstruktur und ist weiterhin dazu ausgebildet, eine Position und/oder Orientierung des optischen Elements in wenigstens einem Freiheitsgrad einzustellen. Die Verbindungseinrichtung weist einen Verbindungsteil und einen Entkopplungsteil auf, wobei der Entkopplungsteil kinematisch seriell zu dem Verbindungsteil zwischen dem Verbindungsteil und dem optischen Element angeordnet ist, Die Aktuatoreinrichtung wirkt kinematisch parallel zu dem Verbindungsteil der Verbindungseinrichtung zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur. Dabei ist der Entkopplungsteil der Verbindungseinrichtung derart ausgebildet, dass er in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur zur Verfügung stellt.In one aspect, the invention therefore relates to an optical arrangement, in particular for microlithography, with an optical element, a support structure, a connection device and an actuator device. The connecting device connects the optical element at least substantially statically determined with the support structure and is further adapted to at least substantially absorb the weight force acting on the optical element. The actuator device mechanically connects the optical element to the support structure and is further configured to adjust a position and / or orientation of the optical element in at least one degree of freedom. The connection device has a connection part and a decoupling part, wherein the decoupling part is arranged kinematically in series with the connection part between the connection part and the optical element. The actuator device kinematically acts parallel to the connection part of the connection device between the optical element and the support structure. In this case, the decoupling part of the connection device is designed such that it provides mechanical decoupling between the optical element and the support structure in the at least one degree of freedom.
Die im Bereich der Verbindungseinrichtung erzielte mechanische Entkopplung zwischen der Stützstruktur und dem optischen Element in dem wenigstens einen aktuierten Freiheitsgrad kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise erfolgen.The mechanical decoupling achieved in the region of the connection device between the support structure and the optical element in the at least one actuated degree of freedom can in principle be effected in any suitable manner.
Bei den oben beschriebenen Varianten mit einer Anbindung der Aktuatoreinrichtung an dem Entkopplungsteil wird die mechanische Entkopplung zwischen der Stützstruktur und dem optischen Element beispielsweise einfach durch eine hohe Steifigkeit einer Komponente des Entkopplungsteils erzielt, die zwischen die Stützstruktur und das optische Element geschaltet wird. Dabei ergibt sich dank der hohen Steifigkeit dieser Komponente des Entkopplungsteils selbst bei hoher Steifigkeit des Verbindungsteils bzw. großen in diese hochsteife Komponente eingeleiteten Lasten nur eine vergleichsweise geringe Deformation dieser hochsteifen Komponente des Entkopplungsteils. Dies führt lediglich zu geringen Deformationen bzw. parasitären Kräften auf der dem optischen Element zugewandten Seite der hochsteifen Komponente, die dann über den Rest des Entkopplungsteils in das optische Element eingeleitet werden.In the variants described above with a connection of the actuator device to the decoupling part, the mechanical decoupling between the support structure and the optical element is achieved, for example, simply by a high rigidity of a component of the decoupling part which is connected between the support structure and the optical element. Thanks to the high rigidity of this component of the decoupling part, even with high rigidity of the connecting part or large loads introduced into this highly rigid component, only a comparatively small deformation of this highly rigid component of the decoupling part results. This only leads to small deformations or parasitic forces on the side of the highly rigid component facing the optical element, which are then introduced into the optical element via the remainder of the decoupling part.
Bei bestimmten Varianten weist der Entkopplungsteil der Verbindungseinrichtung daher einen Trägerabschnitt und einen Entkopplungsabschnitt auf, wobei der Entkopplungsabschnitt kinematisch seriell zu dem Trägerabschnitt zwischen dem Trägerabschnitt und dem optischen Element angeordnet ist. Der Verbindungsteil der Verbindungseinrichtung weist in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine Verbindungsteilsteifigkeit CVT auf, während der Trägerabschnitt in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine Trägerabschnittssteifigkeit CTA aufweist und der Entkopplungsabschnitt in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine Entkopplungsabschnittssteifigkeit CEA aufweist. Die Aktuatoreinrichtung greift an dem Trägerabschnitt an, um eine Auslenkung des Trägerabschnitts in dem wenigstens einen Freiheitsgrad zu erzeugen. Der Verbindungsteil übt bei der Auslenkung des Trägerabschnitts aufgrund der Verbindungsteilsteifigkeit CVT in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine Rückstellkraft in dem wenigstens einen Freiheitsgrad auf den Trägerabschnitt aus, während die Rückstellkraft eine Deformation des Trägerabschnitts in dem wenigstens einen Freiheitsgrad bewirkt, aus der an dem Entkopplungsabschnitt aufgrund der Entkopplungsabschnittssteifigkeit CEA eine parasitäre Kraft in dem wenigstens einen Freiheitsgrad auf das optische Element wirkt. Die Trägerabschnittssteifigkeit CTA ist so groß gewählt, dass die parasitäre Kraft höchstens 5% bis 10%, vorzugsweise höchstens 1% bis 5%, weiter vorzugsweise höchstens 0,5% bis 1%, der Rückstellkraft beträgt.In certain variants, the decoupling part of the connecting device therefore has a carrier section and a decoupling section, wherein the decoupling section is arranged kinematically in series with the carrier section between the carrier section and the optical element. The connecting part of the connecting device has, in the at least one degree of freedom, a connecting part stiffness CVT, while the carrier section has at least one degree of freedom in the carrier section stiffness CTA and the decoupling section has at least one degree of freedom Decoupling section stiffness CEA. The actuator device engages the carrier section to produce a deflection of the carrier section in the at least one degree of freedom. The connecting part exerts a restoring force in the at least one degree of freedom on the carrier section in the at least one degree of freedom during the deflection of the carrier section due to the connecting part stiffness CVT, while the restoring force causes a deformation of the carrier section in the at least one degree of freedom resulting from the decoupling section on the basis of FIG Decoupling section stiffness CEA acts a parasitic force in the at least one degree of freedom on the optical element. The support portion stiffness CTA is set so large that the parasitic force is at most 5% to 10%, preferably at most 1% to 5%, more preferably at most 0.5% to 1%, of the restoring force.
Bei bestimmten weiteren Varianten wird die Entkopplung einfach über eine entsprechend geringe Steifigkeit des Entkopplungsteils in dem betreffenden aktuierten Freiheitsgrad erzielt. In certain other variants, the decoupling is achieved simply via a correspondingly low rigidity of the decoupling part in the relevant actuated degree of freedom.
Dabei kann die Steifigkeit des Entkopplungsteils insbesondere nur einen Bruchteil, vorzugsweise nur einen geringen Bruchteil der Steifigkeit des Verbindungsteils in dem aktuierten Freiheitsgrad betragen.In this case, the rigidity of the decoupling part can be in particular only a fraction, preferably only a small fraction of the rigidity of the connecting part in the actuated degree of freedom.
Bei bestimmten Varianten wirkt die Aktuatoreinrichtung auch kinematisch parallel zu dem Entkopplungsteil zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur, wobei der Verbindungsteil der Verbindungseinrichtung in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine Verbindungsteilsteifigkeit CVT aufweist. Der Entkopplungsteil der Verbindungseinrichtung weist wenigstens einen Entkopplungsabschnitt auf, der die mechanische Entkopplung in dem wenigstens einen Freiheitsgrad zur Verfügung stellt und in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine Entkopplungsteilsteifigkeit CET aufweist. Dabei beträgt die Entkopplungsteilsteifigkeit CET höchstens 5% bis 10%, vorzugsweise höchstens 1% bis 5%, weiter vorzugsweise höchstens 0,5% bis 1%, der Verbindungsteilsteifigkeit CVT. Hiermit lassen sich sowohl im Hinblick auf die Dynamik als auch auf die Deformationsentkopplung besonders günstige Systeme erzielen.In certain variants, the actuator device also acts kinematically parallel to the decoupling part between the optical element and the support structure, wherein the connection part of the connection device has a connection part stiffness CVT in the at least one degree of freedom. The decoupling part of the connection device has at least one decoupling section, which provides the mechanical decoupling in the at least one degree of freedom and in which at least one degree of freedom has a decoupling part stiffness CET. In this case, the Entkopplungsteilsteifigkeit CET is at most 5% to 10%, preferably at most 1% to 5%, more preferably at most 0.5% to 1%, the connecting part stiffness CVT. Hereby, particularly favorable systems can be achieved both with regard to the dynamics and to the deformation decoupling.
Die jeweilige absolute Steifigkeit des Entkopplungsteils bzw. des Verbindungsteils der Verbindungseinrichtung kann grundsätzlich an den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere die dynamischen Anforderungen bzw. die Anforderungen an die Deformationsentkopplung angepasst werden. Vorzugsweise ist die jeweilige Steifigkeit so gewählt, dass mindestens 90%, vorzugsweise mindestens 95%, weiter vorzugsweise mindestens 99%, der Auslenkung, die dem optischen Element durch die Aktuatoreinrichtung in dem wenigstens einen Freiheitsgrad aufgeprägt wird, durch den Entkopplungsteil (genauer gesagt dessen elastische Deformation) aufgenommen wird.. Hiermit lassen sich ebenfalls besonders günstige Systeme erzielen.The respective absolute stiffness of the decoupling part or of the connecting part of the connecting device can basically be adapted to the particular application, in particular the dynamic requirements or the requirements for the deformation decoupling. Preferably, the respective stiffness is selected such that at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 99%, of the deflection imparted to the optical element by the actuator means in the at least one degree of freedom, by the decoupling part (more precisely its elastic Deformation). This can also be particularly favorable systems.
Es versteht sich hierbei, dass gegebenenfalls auch mehrere Entkopplungsabschnitte vorgesehen sein können, die zueinander kinematisch seriell zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur angeordnet sind. Hierdurch lassen sich gegebenenfalls besonders günstige Konfigurationen erzielen, bei denen die Entkopplungsbewegung auf die Entkopplungsabschnitte aufgeteilt ist, sodass gegebenenfalls entsprechende geometrische Randbedingungen einfacher eingehalten werden können. Weiterhin können die einzelnen Entkopplungsabschnitte unmittelbar aneinander angrenzen bzw. aufeinanderfolgen. Ebenso können aber auch ein oder mehrere (im Vergleich zu einem oder mehreren der Entkopplungsabschnitte) steifere Zwischenabschnitte zwischen zwei derartigen Entkopplungsabschnitten vorgesehen sein. Bei bestimmten Varianten kann einer der Entkopplungsabschnitte unmittelbar an das optische Element angrenzen bzw. an dieses angebunden sein, während der andere Entkopplungsabschnitt unmittelbar an die Stützstruktur angrenzt bzw. an diese angebunden ist.It goes without saying that, where appropriate, a plurality of decoupling sections can also be provided, which are arranged kinematically serially between the optical element and the support structure. In this way, if appropriate, particularly favorable configurations can be achieved, in which the decoupling movement is divided between the decoupling sections, so that, if appropriate, corresponding geometric boundary conditions can be maintained more easily. Furthermore, the individual decoupling sections can directly adjoin one another or follow one another. Likewise, however, one or more intermediate sections (in comparison to one or more of the decoupling sections) may also be provided between two such decoupling sections. In certain variants, one of the decoupling sections may adjoin or be connected directly to the optical element, while the other decoupling section directly adjoins or is connected to the support structure.
Die Verbindungseinrichtung kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein, um insbesondere die Funktion zu erfüllen, die statischen Lasten aus dem optischen Element in die Stützstruktur einzuleiten. Hierzu kann die Verbindungseinrichtung gegebenenfalls ausschließlich aus dem Entkopplungsabschnitt bestehen. Bei besonders günstig gestalteten Varianten umfasst die Verbindungseinrichtung einen Trägerabschnitt. Dieser kann kinematisch seriell zu dem Entkopplungsabschnitt angeordnet sein und beispielsweise einen Zwischenabschnitt darstellen, wie er oben beschrieben wurde. Insbesondere kann der Trägerabschnitt (bei allen Varianten) in dem aktuierten Freiheitsgrad eine höhere Steifigkeit aufweisen als der Entkopplungsabschnitt. Die Steifigkeit CTA des Trägerabschnitts kann dabei insbesondere in den Grenzen liegen, wie sie oben für die Steifigkeit CTA genannt wurden.The connecting device can in principle be designed in any suitable manner, in particular to fulfill the function of introducing the static loads from the optical element into the supporting structure. For this purpose, the connecting device may optionally consist exclusively of the decoupling section. In particularly favorable variants, the connecting device comprises a support section. This may be arranged kinematically in series with the decoupling section and, for example, constitute an intermediate section as described above. In particular, the carrier portion (in all variants) in the actuated degree of freedom have a higher rigidity than the decoupling portion. The stiffness CTA of the support section can be in particular within the limits as mentioned above for the stiffness CTA.
Der jeweilige Trägerabschnitt und/oder der jeweilige Entkopplungsabschnitt kann entlang einer Umfangsrichtung des optischen Elements gegebenenfalls aus mehreren, voneinander getrennten Segmenten bestehen. Bei besonders günstigen Varianten ist insbesondere der Trägerabschnitt ringförmig ausgebildet, wobei er sich entlang eines Außenumfangs des optischen Elements erstreckt. Hierdurch können besonders kompakte Gestaltungen erzielt werden, die insbesondere hinsichtlich der definierten Abstützung des optischen Elements günstig sind. Der Trägerabschnitt kann dabei insbesondere nach Art eines Fassungsrings ausgebildet sein, um diese Vorteile zu erzielen.The respective carrier section and / or the respective decoupling section may, if appropriate, consist of a plurality of mutually separated segments along a circumferential direction of the optical element. In particularly favorable variants, in particular the support portion is annular, wherein it extends along an outer periphery of the optical element. This can be particularly compact Be achieved designs, which are particularly favorable in terms of the defined support of the optical element. The support portion may be formed in particular in the manner of a mounting ring to achieve these advantages.
Bei bestimmten Varianten ist der Entkopplungsabschnitt kinematisch seriell zu dem Trägerabschnitt angeordnet, wobei der Entkopplungsabschnitt vorzugsweise zwischen dem Trägerabschnitt und dem optischen Element angeordnet ist. Hierdurch lassen sich besonders günstige Konfigurationen erzielen, bei denen insbesondere der Trägerabschnitt eine günstige, gegebenenfalls ausreichend steife Schnittstelle zur definierten Anbindung an die Stützstruktur bildet.In certain variants, the decoupling section is arranged kinematically in series with the carrier section, wherein the decoupling section is preferably arranged between the carrier section and the optical element. In this way, particularly favorable configurations can be achieved in which, in particular, the support section forms a favorable, possibly sufficiently rigid interface for the defined connection to the support structure.
Die mechanische Entkopplung in dem aktuierten Freiheitsgrad kann durch den Entkopplungsabschnitt grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise erfolgen. Wie nachfolgend noch näher dargelegt wird, kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine aktive Entkopplung erfolgt, indem der Entkopplungsabschnitt eine Nachstellbewegung ausführt, welche der Auslenkung des optischen Elements folgt.In principle, the mechanical decoupling in the actuated degree of freedom can be effected by the decoupling section in any suitable manner. As will be explained in more detail below, it can be provided, in particular, that an active decoupling takes place in that the decoupling section carries out an adjustment movement which follows the deflection of the optical element.
Bei bestimmten Varianten ist jedoch alleine oder in Kombination mit einer solchen aktiven Komponente eine passive mechanische Entkopplung vorgesehen. Hierzu kann der wenigstens eine Entkopplungsabschnitt zum Bereitstellen der mechanischen Entkopplung eine Mehrzahl von elastischen Entkopplungseinheiten umfassen. Diese elastischen Entkopplungseinheiten stellen dann durch eine entsprechend geringe Steifigkeit in dem wenigstens einen (aktuierten) Freiheitsgrad sicher, dass die Verbindungseinrichtung der Bewegung des optischen Elements folgen kann, ohne größere elastische Rückstellkräfte und damit parasitäre Spannungen im optischen Element zu erzeugen.In certain variants, however, a passive mechanical decoupling is provided alone or in combination with such an active component. For this purpose, the at least one decoupling section for providing the mechanical decoupling may comprise a plurality of elastic decoupling units. These elastic decoupling units then ensure by a correspondingly low rigidity in the at least one (actuated) degree of freedom that the connecting device can follow the movement of the optical element, without generating larger elastic restoring forces and thus parasitic stresses in the optical element.
Die mechanische Entkopplung über die Elastizität bzw. geringe Steifigkeit der Entkopplungseinheiten kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise durch das Material und/oder die Gestaltung der Entkopplungseinheiten realisiert werden. Bei bestimmten Varianten umfasst die wenigstens eine Entkopplungseinheit wenigstens ein Federelement, welches die mechanische Entkopplung zur Verfügung stellt.The mechanical decoupling via the elasticity or low rigidity of the decoupling units can basically be realized in any suitable manner by the material and / or the design of the decoupling units. In certain variants, the at least one decoupling unit comprises at least one spring element which provides the mechanical decoupling.
Dabei kann das Federelement und/oder seine Ausrichtung im Raum grundsätzlich beliebig geeignet gewählt sein. Insbesondere kann das Federelement und/oder seine Ausrichtung an die zu erzielende (dem optischen Element folgende) Bewegung bzw. den jeweiligen Freiheitsgrad (translatorisch oder rotatorisch) angepasst sein, in dem die Entkopplung erfolgen soll. Hierbei können beliebig gestaltete Federelemente zum Einsatz kommen. Wegen der besonders einfachen Gestaltung ist das Federelement vorzugsweise nach Art eines Blattfederelements ausgebildet.In this case, the spring element and / or its orientation in the room can basically be chosen arbitrarily suitable. In particular, the spring element and / or its orientation can be adapted to the movement to be achieved (following the optical element) or the respective degree of freedom (translational or rotational) in which the decoupling is to take place. Here, any desired spring elements can be used. Because of the particularly simple design, the spring element is preferably designed in the manner of a leaf spring element.
Bevorzugt weist das Federelement zumindest einen Federabschnitt auf, der sich quer zu dem wenigstens einen (aktuierten) Freiheitsgrad erstreckt. Hierdurch wird eine günstige Biegebelastung des Federelements realisiert. Das Federelement kann in seinem Verlauf grundsätzlich beliebig gestaltet sein. Bevorzugt weist das wenigstens eine Federelement zumindest abschnittsweise eine im Wesentlichen L-förmige oder U-förmige Gestalt, da hiermit besonders günstige Konfigurationen mit guter mechanische Entkopplung quer zu den Schenkeln dieser L- oder U-förmigen Querschnitte erzielt werden kann.Preferably, the spring element has at least one spring section, which extends transversely to the at least one (actuated) degree of freedom. As a result, a favorable bending load of the spring element is realized. The spring element can basically be designed arbitrarily in its course. Preferably, the at least one spring element at least in sections has a substantially L-shaped or U-shaped configuration, since in this way particularly favorable configurations with good mechanical decoupling transversely to the legs of these L or U-shaped cross sections can be achieved.
Bei weiteren Varianten ist wenigstens eine Entkopplungseinheit nach Art eines Bipods ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, trotz der mechanischen Entkopplung eine besonders gut definierte Abstützung des optischen Elements zu erzielen. Vorzugsweise ist der Entkopplungsabschnitt nach Art eines Hexapods ausgebildet ist, indem er drei nach Art eines Bipods ausgebildete Entkopplungseinheiten umfasst, da hiermit eine besonders günstige Abstützung erzielt werden kann. Dabei können die Entkopplungseinheiten grundsätzlich beliebig entlang des Umfangs des optischen Elements verteilt sein. In further variants, at least one decoupling unit is designed in the manner of a bipod. This makes it possible to achieve a particularly well-defined support of the optical element despite the mechanical decoupling. Preferably, the decoupling portion is formed in the manner of a Hexapods by comprising three designed in the manner of a bipod decoupling units, since hereby a particularly favorable support can be achieved. In principle, the decoupling units can be distributed arbitrarily along the circumference of the optical element.
Insbesondere können die Entkopplungseinheiten im Wesentlichen gleichmäßig an einem Umfang des optischen Elements verteilt angeordnet sein.In particular, the decoupling units can be arranged distributed substantially uniformly on a circumference of the optical element.
Die Anbindung des optischen Elements über die Verbindungseinrichtung an die Stützstruktur kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise über ein oder mehrere geeignete Verbindungselemente erfolgen. Bei bestimmten Varianten umfasst die Verbindungseinrichtung wenigstens ein kinematisch seriell zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur angeordnetes Verbindungselement. Dieses Verbindungselement weist ein an einem ersten Anbindungspunkt gelenkig angebundenes erstes Ende auf, das dem optischen Element zugeordnet ist, und ein an einem zweiten Anbindungspunkt gelenkig angebundenes zweites Ende, dass der Stützstruktur zugeordnet ist. Dabei ist das Verbindungselement derart ausgebildet, dass der erste Anbindungspunkt einer Auslenkung des optischen Elements in dem wenigstens einen Freiheitsgrad aus einer Ruhelage zumindest teilweise folgt. Eine solche Verbindung hat den Vorteil, dass eine besonders einfache, genau definierte Anbindung des optischen Elements an die Stützstruktur erzielt werden kann.The connection of the optical element via the connecting device to the support structure can basically take place in any suitable manner via one or more suitable connecting elements. In certain variants, the connecting device comprises at least one kinematic serially arranged between the optical element and the support structure connecting element. This connecting element has a first end hinged at a first connection point, which is associated with the optical element, and a hinged at a second connection point second end, which is associated with the support structure. In this case, the connecting element is designed such that the first connection point of a deflection of the optical element in the at least one degree of freedom from a Resting at least partially follows. Such a connection has the advantage that a particularly simple, precisely defined connection of the optical element to the support structure can be achieved.
Bei bestimmten Varianten kann die Verbindungseinrichtung eine Kompensationseinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, eine durch die Auslenkung des optischen Elements bedingte Relativauslenkung zwischen dem ersten Anbindungspunkt und dem zweiten Anbindungspunkt in dem wenigstens einen Freiheitsgrad zumindest teilweise zu reduzieren. Bevorzugt erfolgt natürlich eine vollständige Kompensation der Relativauslenkung. Die Kompensationseinrichtung kann dabei passiv, semi-aktiv oder aktiv gestaltet sein, um die Nachstellbewegung zu realisieren. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Nachstellbewegung zumindest teilweise von Hand über ein entsprechendes Stellelement erfolgt. Ebenso kann zusätzlich oder alternativ aber auch ein entsprechend angesteuerter Aktuator vorgesehen sein.In certain variants, the connecting device may comprise a compensating device which is designed to at least partially reduce a relative deflection between the first connection point and the second connection point in the at least one degree of freedom caused by the deflection of the optical element. Of course, a complete compensation of the relative deflection takes place, of course. The compensation device can be designed passive, semi-active or active to realize the readjustment movement. For example, it can be provided that the readjustment movement takes place at least partially by hand via a corresponding actuating element. Likewise, additionally or alternatively, however, a correspondingly controlled actuator can also be provided.
Bei bestimmten Varianten kann eine mechanische Entkopplung aber auch dadurch realisiert werden, dass die Kompensationseinrichtung eine Gegenkraft, insbesondere eine magnetische Gegenkraft, auf das optische Element ausübt, die einer aus der Relativauslenkung resultierenden elastischen Rückstellkraft entgegenwirkt. Diese Kraftkompensation geschieht bevorzugt im Bereich der Anbindung der Verbindungseinrichtung an das optische Element, mithin also im Bereich der Stelle, an der andernfalls die parasitären Rückstellkräfte in das optische Element eingeleitet würden und so entsprechende parasitäre Spannungen erzeugen im optischen Element erzeugen würden. In certain variants, however, a mechanical decoupling can also be realized in that the compensation device exerts a counterforce, in particular a magnetic counterforce, on the optical element, which counteracts an elastic restoring force resulting from the relative deflection. This force compensation preferably takes place in the region of the connection of the connecting device to the optical element, that is to say in the region of the point at which the parasitic restoring forces would otherwise be introduced into the optical element and thus generate corresponding parasitic voltages in the optical element.
Bei bestimmten Varianten erfährt der erste Anbindungspunkt bei einer vorgebbaren Auslenkung des optischen Elements in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine Auslenkung um einen Auslenkungsbetrag. Die Kompensationseinrichtung ist dann bevorzugt dazu ausgebildet, die Relativauslenkung zwischen dem ersten Anbindungspunkt und dem zweiten Anbindungspunkt in dem wenigstens einen Freiheitsgrad auf weniger als 20% bis 50%, vorzugsweise weniger als 10% bis 20%, weiter vorzugsweise weniger als 1% bis 5%, des Auslenkungsbetrags des ersten Anbindungspunkts zu reduzieren. Besonders bevorzugt ist es natürlich, wenn diese Relativauslenkung auf im Wesentlichen 0% des Auslenkungsbetrags des ersten Anbindungspunkts reduziert wird. Hiermit lässt sich eine besonders günstige mechanische Entkopplung in dem betreffenden Freiheitsgrad und damit eine Reduktion der parasitären Spannungen in dem optischen Element erzielen.In certain variants, the first attachment point undergoes a deflection by a deflection amount in the case of a predefinable deflection of the optical element in the at least one degree of freedom. The compensation device is then preferably designed to reduce the relative deflection between the first attachment point and the second attachment point in the at least one degree of freedom to less than 20% to 50%, preferably less than 10% to 20%, more preferably less than 1% to 5%. , to reduce the amount of deflection of the first attachment point. Of course, it is particularly preferable if this relative deflection is reduced to substantially 0% of the deflection amount of the first connection point. This makes it possible to achieve a particularly favorable mechanical decoupling in the relevant degree of freedom and thus a reduction of the parasitic voltages in the optical element.
Die Verbindungselemente können grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise gestaltet sein. Vorzugsweise ist der erste Anbindungspunkt und/oder der zweite Anbindungspunkt nach Art eines Festkörpergelenks ausgebildet, da hiermit besonders günstige Konfigurationen mit geringen Toleranzen realisiert werden können.The connecting elements can in principle be designed in any suitable manner. Preferably, the first connection point and / or the second connection point is designed in the manner of a solid-state joint, since in this way particularly favorable configurations with small tolerances can be realized.
Die Anbindungspunkte können grundsätzlich beliebig gestaltet sein, insbesondere an die zu erzielende Bewegung bzw. Entkopplung in dem jeweiligen Freiheitsgrad angepasst sein. Besonders günstige Konfigurationen mit einer definierten Entkopplung in wenigstens einem Freiheitsgrad lassen sich erzielen, wenn der erste Anbindungspunkt und/oder der zweite Anbindungspunkt nach Art eines Scharniergelenks ausgebildet ist. Eine definierte Entkopplung in mehreren Freiheitsgraden kann insbesondere erreicht werden, wenn der erste Anbindungspunkt und/oder der zweite Anbindungspunkt nach Art eines Kardangelenks oder eines Kugelgelenks ausgebildet ist.The connection points can in principle be designed arbitrarily, in particular be adapted to the movement to be achieved or decoupling in the respective degree of freedom. Particularly favorable configurations with a defined decoupling in at least one degree of freedom can be achieved if the first connection point and / or the second connection point is designed in the manner of a hinge joint. A defined decoupling in several degrees of freedom can be achieved, in particular, if the first connection point and / or the second connection point is designed in the manner of a universal joint or a ball joint.
Die übrige Gestaltung des Verbindungselements, insbesondere die Gestaltung zwischen den beiden Anbindungspunkten, kann grundsätzlich beliebig gewählt sein und gegebenenfalls an die geometrischen Randbedingungen in der Umgebung des Verbindungselements angepasst sein. Besonders einfache Gestaltungen ergeben sich, wenn das Verbindungselement zumindest zwischen dem ersten Anbindungspunkt und dem zweiten Anbindungspunkt nach Art eines Stabes ausgebildet ist.The remaining design of the connecting element, in particular the design between the two connection points, can in principle be chosen arbitrarily and optionally adapted to the geometric boundary conditions in the environment of the connecting element. Particularly simple designs result if the connecting element is designed at least between the first connection point and the second connection point in the manner of a rod.
Bei bestimmten Varianten ist die Kompensationseinrichtung dazu ausgebildet, den zweiten Anbindungspunkt zur Reduktion der Relativauslenkung dem ersten Anbindungspunkt nachzuführen. Hierbei kann die Kompensationseinrichtung insbesondere als aktive Einheit mit einem Kompensationsaktuator ausgebildet sein, der zwischen der Stützstruktur und dem zweiten Anbindungspunkt wirkt, um den zweiten Anbindungspunkt in dem wenigstens einen Freiheitsgrad in Richtung des ersten Anbindungspunkts zu verschieben. Hiermit lässt sich gegebenenfalls sogar eine nahezu hundertprozentige mechanische Entkopplung erzielen bzw. können parasitäre Spannungen durch elastische Rückstellkräfte zumindest nahezu vollständig vermieden werden.In certain variants, the compensation device is designed to track the second connection point for reducing the relative deflection of the first connection point. In this case, the compensation device can be designed, in particular, as an active unit with a compensation actuator which acts between the support structure and the second connection point in order to shift the second connection point in the at least one degree of freedom in the direction of the first connection point. With this, it is possible, if appropriate, to achieve almost 100% mechanical decoupling or parasitic stresses can be at least almost completely avoided by elastic restoring forces.
Bei bestimmten aktiven Varianten ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche die Aktuatoreinrichtung und die Kompensationseinrichtung ansteuert. Dabei kann die Steuereinrichtung insbesondere eine Sensoreinrichtung umfassen, welche wenigstens einen für die Auslenkung des optischen Elements und/oder des ersten Anbindungspunkts in dem wenigstens einen Freiheitsgrad repräsentativen Auslenkungswert erfasst. Die Steuereinrichtung steuert dann die Kompensationseinrichtung in Abhängigkeit von dem Erfassungswert an, um die gewünschte bzw. erforderliche Nachführung des zweiten Anbindungspunktes zu erzeugen.In certain active variants, a control device is provided, which controls the actuator device and the compensation device. In this case, the control device may in particular comprise a sensor device which detects at least one deflection value representative of the deflection of the optical element and / or the first connection point in the at least one degree of freedom. The control device then controls the compensation device as a function of the detection value in order to generate the desired or required tracking of the second connection point.
Bei bestimmten Varianten kann die Steuereinrichtung wenigstens eine Temperatursensoreinrichtung umfassen, welche wenigstens einen für eine Temperatur der optischen Anordnung repräsentativen Temperaturwert erfasst. Die Steuereinrichtung kann dann die Kompensationseinrichtung in Abhängigkeit von dem Temperaturwert ansteuern. Dies kann insbesondere zur Kompensation unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen erfolgen. Weiterhin kann die Ansteuerung unter Verwendung eines thermischen Modells der optischen Anordnung erfolgen, welches zuvor für die optische Anordnung (theoretisch und/oder empirisch) ermittelt wurde.In certain variants, the control device may comprise at least one temperature sensor device which detects at least one temperature value representative of a temperature of the optical arrangement. The control device can then control the compensation device as a function of the temperature value. This can be done in particular to compensate for different thermal expansions. Furthermore, the drive can be effected using a thermal model of the optical arrangement which was previously determined (theoretically and / or empirically) for the optical arrangement.
Bei bestimmten Varianten umfasst die Kompensationseinrichtung eine Zwischeneinheit, die in dem wenigstens einen Freiheitsgrad beweglich zwischen der Stützstruktur und dem zweiten Anbindungspunkt angeordnet ist. Die Kompensationseinrichtung ist dann dazu ausgebildet, die Zwischeneinheit in dem wenigstens einen Freiheitsgrad in Richtung des ersten Anbindungspunkts zu verschieben, um den zweiten Anbindungspunkt dem ersten Anbindungspunkt nachzuführen. Hierdurch lässt sich eine besonders einfache Gestaltung mit einer zuverlässigen nach Führung des zweiten Anbindungspunktes realisieren.In certain variants, the compensation device comprises an intermediate unit which is arranged in the at least one degree of freedom movable between the support structure and the second attachment point. The compensation device is then designed to move the intermediate unit in the at least one degree of freedom in the direction of the first connection point in order to track the second connection point to the first connection point. This makes it possible to realize a particularly simple design with a reliable guidance of the second connection point.
Die Zwischeneinheit kann ihrerseits grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise an der Stützstruktur angebunden sein. Vorzugsweise ist die Zwischeneinheit über eine in dem wenigstens einen Freiheitsgrad wirkende Parallelführung mit der Stützstruktur verbunden, da hiermit eine besonders günstige Kinematik erzielt werden kann.In turn, the intermediate unit can in principle be connected to the support structure in any suitable manner. Preferably, the intermediate unit is connected to the support structure via a parallel guide which acts in the at least one degree of freedom, since in this way a particularly favorable kinematics can be achieved.
Die Zwischeneinheit kann grundsätzlich eine beliebig gestaltete Komponente sein. Insbesondere kann sie eine einfache passive Komponente sein. Bevorzugt weist die Zwischeneinheit eine Schwerkraftkompensationseinrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Teils der Gewichtskraft des optischen Elements auf. Hiermit lassen sich besonders kompakte und günstige Gestaltungen erzielen, bei denen insbesondere eine zuverlässige Entkopplung der Schwerkraftkompensationseinrichtung in dem betreffenden Freiheitsgrad erzielt wird.The intermediate unit can basically be an arbitrarily designed component. In particular, it may be a simple passive component. Preferably, the intermediate unit has a gravity compensation device for receiving at least part of the weight of the optical element. This makes it possible to achieve particularly compact and favorable designs, in which, in particular, reliable decoupling of the gravity compensation device in the relevant degree of freedom is achieved.
Bei bestimmten Varianten umfasst die Verbindungseinrichtung wenigstens eine aktive Schwerkraftkompensationseinrichtung, welche insbesondere primär die statischen Lasten aus dem optischen Element in die Stützstruktur einleitet. Die aktive Schwerkraftkompensationseinrichtung kann dabei zur aktiven Aufnahme wenigstens eines Teils der Gewichtskraft des optischen Elements wenigstens einen Kraftaktuator, vorzugsweise einen Lorentz-Aktuator, umfassen. Hiermit ergeben sich besonders günstige Konfigurationen.In certain variants, the connection device comprises at least one active gravity compensation device, which in particular primarily initiates the static loads from the optical element into the support structure. The active gravity compensation device may comprise at least one force actuator, preferably a Lorentz actuator, for actively receiving at least part of the weight of the optical element. This results in particularly favorable configurations.
Die vorliegende Erfindung lässt sich grundsätzlich mit beliebigen optischen Elementen einsetzen. Als besonders günstig erweist sie sich, wenn das optische Element eine reflektierende optische Fläche aufweist. Vorzugsweise ist das optische Element für eine Verwendung mit UV Licht, insbesondere bei einer Wellenlänge im Vakuum-UV Bereich (VUV) oder im extremen UV-Bereich (EUV), insbesondere bei einer Wellenlänge von 193 nm bis 248 nm (im VUV Bereich) oder 5 nm bis 20 nm, insbesondere 13 nm (EUV-Bereich), ausgebildet. In diesem Bereich kommen die Vorteile der Erfindung besonders gut zum Tragen.The present invention can be used in principle with any optical elements. It proves to be particularly favorable when the optical element has a reflective optical surface. Preferably, the optical element is for use with UV light, in particular at a wavelength in the vacuum UV range (VUV) or in the extreme UV range (EUV), in particular at a wavelength of 193 nm to 248 nm (in the VUV range) or 5 nm to 20 nm, in particular 13 nm (EUV range) is formed. In this area, the advantages of the invention come particularly well to fruition.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine optische Abbildungseinrichtung, insbesondere für die Mikrolithographie und/oder die Waferinspektion, mit einer Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe, einer Objekteinrichtung zur Aufnahme eines Objekts, einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe und einer Bildeinrichtung, wobei die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Objekts ausgebildet ist und die Projektionseinrichtung zur Projektion einer Abbildung des Objekts auf die Bildeinrichtung ausgebildet ist. Die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Projektionseinrichtung umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße optische Anordnung. Auch hiermit lassen sich die oben beschriebenen Varianten und Vorteile in demselben Maße realisieren, so dass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.The present invention further relates to an optical imaging device, in particular for microlithography and / or wafer inspection, with a lighting device having a first optical element group, an object device for receiving an object, a projection device with a second optical element group and an image device, wherein the illumination device for Lighting of the object is formed and the projection device is designed for projecting an image of the object on the image device. The illumination device and / or the projection device comprises at least one optical arrangement according to the invention. Hereby, the variants and advantages described above can be realized to the same extent, so that in this regard reference is made to the above statements.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements, insbesondere für die Mikrolithographie, bei dem das optische Element über eine Verbindungseinrichtung zumindest im Wesentlichen statisch bestimmt mit einer Stützstruktur verbunden wird, wobei die Verbindungseinrichtung die auf das optische Element wirkende Gewichtskraft zumindest im Wesentlichen aufnimmt. Das optische Element wird über eine Aktuatoreinrichtung mechanisch mit der Stützstruktur verbunden, wobei die Aktuatoreinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Position und/oder Orientierung des optischen Elements in wenigstens einem Freiheitsgrad einzustellen. Die Aktuatoreinrichtung wirkt kinematisch parallel zu der Verbindungseinrichtung zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur, wobei die Verbindungseinrichtung in dem wenigstens einen Freiheitsgrad eine mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element und der Stützstruktur zur Verfügung stellt. Auch hiermit lassen sich die oben beschriebenen Varianten und Vorteile in demselben Maße realisieren, so dass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.The present invention further relates to a method for supporting an optical element, in particular for microlithography, in which the optical element is connected via a connecting device at least substantially statically determined with a support structure, wherein the connecting means at least substantially the weight force acting on the optical element receives. The optical element is mechanically connected to the support structure via an actuator device, wherein the actuator device is designed to set a position and / or orientation of the optical element in at least one degree of freedom. The actuator device acts kinematically parallel to the connection device between the optical element and the support structure, wherein the connection device in the at least one degree of freedom a mechanical decoupling between the optical element and the support structure provides. Hereby, the variants and advantages described above can be realized to the same extent, so that in this regard reference is made to the above statements.
Der vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein optisches Abbildungsverfahren, insbesondere für die Mikrolithographie und/oder die Waferinspektion, bei dem über eine Beleuchtungseinrichtung mit einer ersten optischen Elementgruppe ein Objekt beleuchtet wird und mittels einer Projektionseinrichtung mit einer zweiten optischen Elementgruppe eine Abbildung des Objekts auf einer Bildeinrichtung erzeugt wird. Dabei in der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Projektionseinrichtung, insbesondere während des Erzeugens der Abbildung, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abstützen eines optischen Elements verwendet. Auch hiermit lassen sich die oben beschriebenen Varianten und Vorteile in demselben Maße realisieren, so dass diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.The present invention furthermore relates to an optical imaging method, in particular for microlithography and / or wafer inspection, in which an object is illuminated via a lighting device having a first optical element group and generates an image of the object on an image device by means of a projection device having a second optical element group becomes. In this case, an inventive method for supporting an optical element used in the illumination device and / or the projection device, in particular during the generation of the image. Hereby, the variants and advantages described above can be realized to the same extent, so that in this regard reference is made to the above statements.
Weitere Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht. Alle Kombinationen der offenbarten Merkmale, unabhängig davon, ob diese Gegenstand eines Anspruchs sind oder nicht, liegen im Nutzbereich der Erfindung.Further aspects and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of preferred embodiments, which refers to the accompanying figures. All combinations of the disclosed features, whether or not they are the subject of a claim, are within the scope of the invention.
Figurenlistelist of figures
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1 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungsanlage, die eine bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung umfasst und mit der bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden können.1 is a schematic representation of a preferred embodiment of a projection exposure apparatus according to the invention, which comprises a preferred embodiment of an optical arrangement according to the invention and can be carried out with the preferred embodiments of the inventive method. -
2 ist eine schematische Schnittansicht einer Variante der erfindungsgemäßen optischen Anordnung aus1 .2 is a schematic sectional view of a variant of the optical arrangement according to the invention1 , -
3 ist eine schematische Schnittansicht des Details der optischen Anordnung aus2 .3 is a schematic sectional view of the details of the optical arrangement2 , -
4 ist eine schematische Schnittansicht eines Details einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen optischen Anordnung aus1 .4 is a schematic sectional view of a detail of a further variant of the optical arrangement according to the invention1 , -
5 zeigt schematische Schnittansichten einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen optischen Anordnung in verschiedenen Zuständen (A bis C).5 shows schematic sectional views of a further variant of the optical arrangement according to the invention in different states (A to C). -
6 zeigt schematische Schnittansichten eines Details einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen optischen Anordnung in verschiedenen Zuständen (A und B).6 shows schematic sectional views of a detail of a further variant of the optical arrangement according to the invention in different states (A and B). -
7 ist ein Diagramm zu den Kräften, die bei der optischen Anordnung aus6 wirken.7 is a diagram of the forces involved in the optical arrangement6 Act.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Die Beleuchtungseinrichtung
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel arbeitet die Projektionsbelichtungsanlage
Das optische Element
Um das optische Element
Im vorliegenden Beispiel kann die Aktuatoreinrichtung
Wie der
Durch die kinematisch parallele Anordnung der Verbindungseinrichtung
Diese funktionale Trennung hat den Vorteil, dass die Anbindung der Aktuatoreinrichtung
Die Anbindung des optischen Elements
Die mechanische Entkopplung zwischen der Stützstruktur
Um die geringe Steifigkeit und damit die mechanische Entkopplung in dem aktuierten Freiheitsgrad DOFx zu erzielen, umfasst die Verbindungseinrichtung
Im vorliegenden Beispiel weist der Entkopplungsteil (aus Entkopplungsabschnitt
Im vorliegenden Beispiel ist lediglich ein Entkopplungsabschnitt
Im vorliegenden Beispiel umfasst die Verbindungseinrichtung
Der Fassungsring
Die Anbindung des Fassungsrings
Die Schwerkraftkompensationseinrichtung
Die mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element
Die mechanische Entkopplung über die Elastizität bzw. geringe Steifigkeit der Federelemente
Wie insbesondere der
Die
Mit den oben beschriebenen Steifigkeitswerten des Fassungsrings
Wie der Gleichung (2) zu entnehmen ist, sinkt die kombinierte Steifigkeit CR (von Fassungsring
Es versteht sich, dass sich mit dem vorliegenden Beispiel der Abbildungseinrichtung
Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Ein Unterschied zu dem optischen Modul
Der Verbindungsteil
Der Verbindungsteil
Die Trägerabschnittssteifigkeit CTA des Fassungsrings
Im vorliegenden Beispiel wird die mechanische Entkopplung zwischen der Stützstruktur
Ein weiterer Unterschied zu der Gestaltung aus dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass anstelle der Vielzahl von Entkopplungseinheiten in Form der Federelemente
Jede der drei Entkopplungseinheiten
Es versteht sich, dass sich auch mit dem optischen Modul
Drittes AusführungsbeispielThird embodiment
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Ein Unterschied zu der Gestaltung aus dem ersten Ausführungsbeispiel besteht in der Anbindung des optischen Elements
Das jeweilige Verbindungselement
Bei einer Auslenkung des optischen Elements
Um derartige parasitären Spannungen zu vermeiden, umfasst die Verbindungseinrichtung
Die Kompensationseinrichtung
Im vorliegenden Beispiel erfährt der erste Anbindungspunkt
Im vorliegenden Beispiel wird die Relativauslenkung DAR durch die Kompensationseinrichtung
Es versteht sich, dass grundsätzlich eine beliebige zeitliche Abfolge der Stellbewegungen der Aktuatoreinrichtung
Um eine definierte Nachstellbewegung zu erzielen, ist die Zwischeneinheit
Im vorliegenden Beispiel sind der erste Anbindungspunkt
Die übrige Gestaltung des Verbindungselements
Im vorliegenden Beispiel mit der aktiven Kompensationseinrichtung
Bei bestimmten Varianten kann die Steuereinrichtung wenigstens eine Temperatursensoreinrichtung umfassen, welche wenigstens einen für eine Temperatur der optischen Anordnung
Die Zwischeneinheit
Es versteht sich, dass sich auch mit dem optischen Modul
Viertes AusführungsbeispielFourth embodiment
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Ein Unterschied zu der Gestaltung aus dem dritten Ausführungsbeispiel besteht in der Anbindung des optischen Elements
Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungselemente
Wie der
In der in
Wie der
Mit anderen Worten heben sich an dem ersten Kompensationselement
Mithin wird bei dem vorliegenden Beispiel die mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element
Es versteht sich, dass sich auch mit dem optischen Modul
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand einzelner Ausführungsbeispiele beschrieben, die teilweise auf unterschiedlichen Wirkprinzipien beruhen. Es versteht sich jedoch, dass die gezeigten Varianten auch beliebig miteinander kombiniert werden können, um eine gewünschte mechanische Entkopplung zwischen dem optischen Element
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand eines Beispiels aus dem Bereich der Mikrolithographie beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auch im Zusammenhang mit beliebigen anderen optischen Anwendungen, insbesondere Abbildungsverfahren bei anderen Wellenlängen, zum Einsatz kommen kann.The present invention has been described above with reference to an example from the field of microlithography. It is understood, however, that the invention may also be used in connection with any other optical applications, in particular imaging processes at other wavelengths.
Weiterhin kann die Erfindung im Zusammenhang mit der Inspektion von Objekten, wie beispielsweise der so genannten Maskeninspektion zu Einsatz kommen, bei welcher die für die Mikrolithographie verwendeten Masken auf ihre Integrität etc. untersucht werden. An Stelle des Substrats
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend schließlich anhand konkreter Ausführungsbeispiele beschrieben, welche konkrete Kombinationen der in den nachfolgenden Patentansprüchen definierten Merkmale zeigt. Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Merkmalskombinationen beschränkt ist, sondern auch sämtliche übrigen Merkmalskombinationen, wie sie sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen ergeben, zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehören.Finally, the present invention has been described above on the basis of concrete exemplary embodiments, which show concrete combinations of the features defined in the following patent claims. It should be expressly noted at this point that the subject matter of the present invention is not limited to these combinations of features, but also all other combinations of features, as they result from the following claims, are the subject of the present invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2010/007036 A2 [0010]WO 2010/007036 A2 [0010]
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