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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halterung für ein optisches Element sowie eine entsprechende Halterung und eine Baueinheit aus einer Halterung und einem optischen Element.
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STAND DER TECHNIK
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Bei der Herstellung von optischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, müssen die verschiedenen Komponenten mit äußerster Genauigkeit und geringer Fehlertoleranz angeordnet und positioniert werden, um die geforderten Abbildungseigenschaften zu gewährleisten Dies betrifft insbesondere optische Elemente, wie optische Linsen oder Spiegel, die die entsprechenden optisch wirksamen Flächen aufweisen. Darüber hinaus sind derartige optische Elemente häufig möglichst schwingungsfrei gelagert, sodass sie von äußeren Einflüssen mechanisch entkoppelt sind. Dazu werden beispielsweise Halterungen oder Fassungen für die Lagerung von optischen Elementen verwendet, die Federelemente aufweisen, an denen das entsprechende optische Element angeordnet wird, um eine mechanische Entkopplung zu erreichen.
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Die Herstellung derartiger Halterungen mit einer Vielzahl von Federelementen stellt bei der geforderten Maßtoleranz hohe Anforderungen an das Fertigungsverfahren. Entsprechend besteht ein Bedarf eine effiziente und zuverlässige Herstellung von Halterungen für optische Elemente und entsprechende Baueinheiten aus optischen Elementen und Halterungen bereitzustellen.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Halterung für ein optisches Element sowie ein Verfahren zur Anordnung eines optischen Elements an einer entsprechenden Halterung sowie eine Halterung und eine Baueinheit aus einer Halterung und einem optischen Element bereitzustellen, die es ermöglicht die Halterung mit einer hohen Präzision herzustellen und das optische Element mit der gewünschten Positionieren Genauigkeit in der Halterung anzuordnen. Gleichzeitig soll eine entsprechende Halterung möglichst einfach aufgebaut und das Verfahren zur Herstellung desselben bzw. zur Anordnung des optischen Elements in der Halterung einfach durchführbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Herstellung einer Halterung für ein optisches Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Anordnung eines optischen Elements in einer entsprechenden Halterung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Eine Baueinheit aus einer entsprechend hergestellten Halterung und einem optischen Element ist Gegenstand des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schlägt somit ein Verfahren zur Herstellung einer Halterung für ein optisches Element vor, wobei die Halterung mehrere elastisch verformbare Federelemente umfasst, die so ausgebildet sind, dass sie in mindestens eine Richtung elastisch verformbar sind und einen Federweg definieren, wobei das optische Element an den Federelementen angeordnet werden kann, sodass das optische Element schwingend gelagert werden kann.
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Die Ausbildung mindestens eines Federelements und vorzugsweise mehrerer oder aller Federelemente an der Halterung erfolgt durch materialabtragende Bearbeitung, sodass ein Federelement durch entsprechenden Materialabtrag vorzugsweise aus einem Vollmaterial freigelegt wird, sodass es elastisch verformbar wird. Um zu vermeiden, dass das Federelement beim Materialabtrag in unerwünschter Weise verformt wird, erfolgt der Materialabtrag so, dass zunächst ein Stabilisierungssteg zur Fixierung des bereits freigelegten Federelements belassen wird. Um weiterhin zu vermeiden, dass bei der Entfernung des Stabilisierungsstegs eine unerwünschte Verformung des Federelements erfolgt, wird gemäß der Erfindung vor dem Entfernen des Stabilisierungsstegs ein Formschlusselement zur Fixierung des Federelements angebracht, welches nach der Entfernung des Stabilisierungsstegs wieder entfernt wird, um die Federwirkung des Federelements wieder zu ermöglichen.
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Der Stabilisierungssteg zur Fixierung des Federelements während des Materialabtrags kann sich insbesondere entlang einer Richtung erstrecken, die quer, insbesondere senkrecht zu der mindestens einen Richtung des Federwegs verläuft, in der das Federelement elastisch verformbar ist, da dadurch eine günstige Fixierung und Stabilisierung des Federelements ermöglicht wird. Ist das optische Element beispielsweise so elastisch verformbar gelagert, dass die Federelemente senkrecht oder quer zu einer Ebene, insbesondere zu einer optischen Fläche des optischen Elements verformbar sind, so kann der Stabilisierungssteg in einer Richtung quer zur Normalen der Ebene bzw. optischen Fläche ausgerichtet sein.
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Das Formschlusselement zur Fixierung des Federelements während der Entfernung des Stabilisierungsstegs kann in eine Öffnung eingreifen die quer, insbesondere senkrecht zu der Richtung des Federwegs verläuft, der die elastische Verformung des Federelements beschreibt. Alternativ oder zusätzlich kann die Öffnung, die das Element formschlüssig aufnimmt, in einer Richtung verlaufen, die auch quer und insbesondere senkrecht zur Ausrichtung des Stabilisierungsstegs ist.
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Die Halterung kann einen umlaufenden Rahmen, insbesondere einen ringförmigen Rahmen aufweisen, wobei die Federelemente radial nach innen in Richtung eines Zentrums oder einer Mittellinie des Rahmens ausgerichtet sein können und entsprechend durch radial verlaufende Stege oder Laschen ausgebildet sein können. Der Federweg der entsprechenden Federelemente kann dann quer zu einer durch den Rahmen aufgespannten Ebene verlaufen.
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Die einzelnen Federelemente können in der Art eines elastisch verformbaren Biegebalkens ausgebildet sein, wobei das eine Festlager des Federelements am Rahmen angeordnet sein kann und das dem Festlager des Federelements gegenüberliegende Ende nach der Entfernung des Stabilisierungsstegs frei beweglich in einem Aufnahmeraum des Rahmens aufgenommen sein kann. Bei einer derartigen Gestaltung kann der Stabilisierungssteg vorzugsweise in Verlängerung der Längsachse des Federelements bzw. des Biegebalkens angeordnet sein und mit dem Rahmen verbunden sein.
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Das Formschlusselement kann als Sicherungsstift ausgebildet sein, der in eine Aufnahmeöffnung im Federelement und in eine Aufnahmeöffnung im Rahmen eingreift, sodass das Federelement bei Anordnung des Formschlusselements fixiert ist und insbesondere keine elastische Verformung entsprechend des Federwegs möglich ist.
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Bei dem Verfahren zur Anordnung eines optischen Elements wird zunächst eine Halterung entsprechend der vorangegangenen Beschreibung bereitgestellt und das optische Element wird an den Federelementen der Halterung angeordnet und insbesondere angeklebt. Die Anordnung des optischen Elements kann hierbei insbesondere so erfolgen, dass das Formschlusselement erst nach der Anordnung des optischen Elements entfernt wird. Darüber hinaus kann der Stabilisierungssteg ebenfalls erst nach dem Anordnen des optischen Elements entfernt werden.
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Die materialabtragende Bearbeitung kann durch spanabhebende Verfahren, insbesondere durch Fräsen erfolgen.
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Figurenliste
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
- 1 eine Draufsicht auf eine Baueinheit aus einem optischen Element und einer Halterung,
- 2 eine Detailansicht eines Teils einer Halterung gemäß der vorliegenden Erfindung und in
- 3 eine Schnittansicht durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Baueinheit mit einer erfindungsgemäßen Halterung und einem optischen Element.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Baueinheit 1 aus einem optischen Element 2, wie beispielsweise einer optischen Linse oder einem Spiegel, und einer kreisförmigen Halterung 3. Die Halterung 3 weist einen ringförmigen, umlaufenden Rahmen 4 auf, der eine Vielzahl von radial nach innen sich erstreckenden Federelementen 5 aufweist, an denen das optische Element 2, wie beispielsweise eine optische Linse oder ein Spiegel angeordnet ist und insbesondere angeklebt ist. Durch die Anordnung des optischen Elements 2 an den elastisch verformbaren Federelementen 5 ist eine schwingende Lagerung des optischen Elements 2 gegenüber dem Rahmen 4 gegeben, wobei die Federelemente 5 insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Bildebene verformbar sind, sodass das optische Element 2 entsprechend in der gleichen Richtung aus der Bildebene heraus oder in die Bildebene hinein bewegbar ist. Dadurch kann eine mechanisch entkoppelte Lagerung des optischen Elements in einer Richtung quer zur optisch wirksamen Fläche bewirkt werden, sodass von extern aufgebrachte Erschütterungen ausgeglichen werden können bzw. sich nicht auf das optische Element 2 übertragen können, das aufgrund seiner Trägheit und der elastischen Verformbarkeit der Federelemente 5 nicht unmittelbar eine von außen aufgezwungenen Bewegung des Rahmens 4 mitmacht.
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Die 2 zeigt in einer Detailansicht einen Teil einer erfindungsgemäßen Halterung 3 für eine entsprechende Baueinheit 1 aus einer Halterung 3 und einem optischen Element 2, wie sie in 1 gezeigt worden ist. In der Detailansicht ist zu erkennen, dass gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 der Rahmen 4 in einen äußeren Rahmenring 4a und einen inneren Rahmenring 4b unterteilt ist, die über Verbindungsstege 4c miteinander verbunden sind. Der äußere Rahmenring 4a und der innere Rahmenring 4b sowie die Verbindungsstege 4c definieren eine Vielzahl von Aufnahmeräumen 6, die jeweils eine Aussparung im Rahmen 4 darstellen und zur Anordnung und Aufnahme der Federelemente 5 dienen. Durch den Aufnahmeraum 6 und die entsprechende Aussparung im Rahmen 4 wird es dem einzelnen Federelement 5 ermöglicht, sich durch elastische Verformung entlang eines Federwegs aus der Bildebene heraus oder in die Bildebene hinein zu bewegen.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 erstrecken sich die laschen - bzw. stegförmigen Federelemente 5, die mit einem Ende am äußeren Rahmenring 4a angeordnet sind, radial nach innen zum Zentrum des kreisförmigen Rahmens 4. Entsprechend stellt jedes Federelement 5 eine Art Biegebalken das, der mit seinem äußeren Ende am äußeren Rahmenring 4a fest befestigt ist bzw. integral an diesem ausgebildet ist, während sein gegenüberliegendes Ende innerhalb des Aufnahmeraums 6 insbesondere in eine Richtung senkrecht zur Bildebene frei beweglich ist. Insbesondere ist der Aufnahmeraum 6 bzw. die Aussparung des Rahmens 4, die den Aufnahmeraum 6 bildet, so ausgebildet, dass bei einer Blickrichtung auf die Bildebene hinter dem Federelement 5 ein Freiraum gegeben ist, sodass auch eine Verformung des freien Endes des Federelements 5 in den Aufnahmeraum 6 hinein möglich ist.
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Die Herstellung der Halterung 3 kann hierbei so erfolgen, dass ein Zylinderring bereitgestellt wird, in welchen an einer Stirnseite die Aufnahmeräume 6 durch Materialentfernung, beispielsweise durch spanabhebende Materialbearbeitung, wie Fräsen, ausgebildet und entsprechend auch die Federelemente 5 ausgeschnitten werden. Um jedoch zu vermeiden, dass sich die aus dem Vollmaterial des Zylinderrings beispielsweise ausgefräßigen Federelemente 5 bei der Bearbeitung in unerwünschter Weise verformen, wird zunächst das Material des Aufnahmeraums 6 bis auf einen Stabilisierungssteg 7 entfernt, der in Verlängerung der Längsrichtung des Federelements 5 (siehe gestrichelte Linie der 2) zunächst belassen wird, um das einzelne Federelement 5 zu fixieren.
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Ferner wird beispielsweise an einer Seitenfläche des Federelements 5, die quer zur Bildebene verläuft, eine Aufnahmeöffnung 9 im Federelement 5 ausgebildet, die zur Aufnahme eines Sicherungsstifts 8 dient, der als Formschlusselement die Fixierung des Federelements 5 übernimmt, wenn der Stabilisierungssteg 7 entfernt wird. Zu diesem Zweck wird der Sicherungsstift 8 mit seinem anderen Ende in einer Aufnahmeöffnung 10, die im Rahmen 4 und insbesondere bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Verbindungsstege 4c des Rahmens 4 ausgebildet wird, aufgenommen. Zur Anordnung des Sicherungsstifts 8 kann mindestens eine der Aufnahmeöffnungen 9, 10 als Durchgangsbohrung ausgebildet sein.
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Nachdem das Formschlusselement in Form des Sicherungsstifts 8 in den entsprechenden Aufnahmeöffnungen 9, 10 im Federelement 5 und im Rahmen 4 bzw. im Verbindungssteg 4c des Rahmens 4 angeordnet ist und damit das einzelne Federelement 5 fixiert, kann der Stabilisierungssteg 7 durch entsprechenden Materialabtrag, wie beispielsweise Fräsen, ebenfalls entfernt werden. Danach kann der Sicherungsstift 8 wieder entfernt werden, um dem Federelement 5 die elastische Verformung und die entsprechende Federwirkung zu ermöglichen.
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Das optische Element 2 kann zu einem geeigneten Zeitpunkt an den Federelementen 5 angeordnet und insbesondere angeklebt werden. Vorzugsweise kann die Anordnung des optischen Elements 2 an den Federelementen 5 vor der Entfernung der Sicherungsstifte 8 erfolgen, sodass während des Anordnens des optischen Elements 2 die Federelemente 5 durch die Sicherungsstifte 8 noch in Position gehalten sind.
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Die Entfernung des Stabilisierungsstegs 7 kann vor oder nach der Anordnung des optischen Elements 2 an den Federelementen 5 erfolgen. Vorzugsweise können die Sicherungsstifte 8 zur Fixierung der Federelemente 5 vor dem Anbringen des optischen Elements 2 eingebracht werden und die Entfernung der Stabilisierungsstege 7 erfolgt nach dem Anordnen des optischen Elements 2 an den Federelementen 5. Allerdings ist auch vorstellbar, dass zunächst die Sicherungsstifte 8 in die Halterung 3 eingebracht werden, um die Federelemente 5 zu fixieren, wenn die Stabilisierungsstege 7 entfernt werden, um nach dem Entfernen der Stabilisierungsstege 7 das optische Element 2 an die Federelemente 5 anzukleben bzw. anzuordnen. Nach dem Anordnen des optischen Elements 2 können dann die Sicherungsstifte 8 entfernt werden. Nach einer weiteren Vorgehensweise ist auch denkbar, dass die Sicherungsstifte 8 bereits vor dem Anordnen des optischen Elements an den Federelementen 5 und nach dem Entfernen der Stabilisierungsstege 7 entfernt werden.
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Die 3 zeigt eine Schnittansicht durch einen Teil einer Baueinheit 1 mit einem Teil einer ringförmigen Halterung 3 und einem Teil des an der Halterung 3 angeordneten optischen Elements 2. In der Darstellung der 3 ist gut zu erkennen, dass der Rahmen 4 aus einem im Querschnitt rechteckigen Zylinderring gebildet ist, in welchen entsprechende Aufnahmeräume 6 eingearbeitet sind, sodass laschen - oder stegförmige Federelemente 5 freigelegt sind. Gemäß der 3 kann das frei bewegliche Ende der Federelemente 5 einen Vorsprung aufweisen, an welchem das optische Element 2, beispielsweise eine optische Linse oder ein Spiegel, über eine Klebeschicht 11 angeklebt ist, sodass das optische Element 2 bei einer Bewegung entsprechend dem Doppelpfeil in 3 nicht mit dem übrigen Teil des Rahmens 4 kollidiert.
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In der 3 ist auch der Stabilisierungssteg 7 gezeigt, der erst nach der Anordnung eines Sicherungsstifts 8 in einer Aufnahmeöffnung 9 des Federelements 5 und insbesondere auch nach der Anordnung des optischen Elements 2 an den Federelementen 5 entfernt wird.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere schließt die vorliegende Offenbarung sämtliche Kombinationen der in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten Einzelmerkmale mit ein, sodass einzelne Merkmale, die nur in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben sind, auch bei anderen Ausführungsbeispielen oder nicht explizit dargestellten Kombinationen von Einzelmerkmalen eingesetzt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Baueinheit
- 2
- optisches Element
- 3
- Halterung
- 4
- Rahmen
- 4a
- äußerer Rahmenring
- 4b
- innerer Rahmenring
- 4c
- Verbindungssteg
- 5
- Federelement
- 6
- Aufnahmeraum
- 7
- Stabilisierungssteg
- 8
- Sicherungsstift
- 9
- Aufnahmeöffnung für Sicherungsstift im Federelement
- 10
- Aufnahmeöffnung für Sicherungsstift im Rahmen
- 11
- Klebeschicht
