DE10229623A1

DE10229623A1 - Baugruppe mit einer äußeren Fassung und einem optischen Element

Info

Publication number: DE10229623A1
Application number: DE2002129623
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Bechstein; Alexander Dr. Menck; Stefan Dr. Berleb; Norbert Rosenkranz
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-15

Abstract

Baugruppe mit einer äußeren Fassung und einem optischen Element, vorzugsweise in einer inneren Fassung, wobei die Verbindung zwischen äußerer Fassung und innerer Fassung oder äußerer Fassung und dem optischen Element über federnde Stege erfolgt und an den Stegen und/oder zwischen den Fassungen Zwischenräume vorgesehen sind, wobei zumindest teilweise in den Zwischenräumen eine schwingungsdämpfende Verbindung durch Elastomer erfolgt.

Description

Spannungsentkopplungen für die Fassung von höchstsensitiven optischen Elementen (Linsen und Spiegeln) sind z.B. im Lithographieobjektiven oder Waferinspektionsmikroskopen Stand der Technik.
Die Richtung, in der der Krafteintrag vermieden werden soll wird dabei als (weiches) Federelement ausgeführt, die senkrechte Achse dazu dient zur stabilen Halterung der Elements. ( DE 19825716 A1 , DE 10004152 A1 )
Diese Spannungsentkopplungen müssen auf die typischen Anregungsfrequenzen des Gesamtsystems ausgelegt werden. Dabei bedeutet eine Erhöhung der Eigenfrequenz des Entkopplungssystems eine steifere Auslegung und damit eine schlechtere Entkopplung. Weiche Systeme können dagegen durch äussere (z.B. akustische) Schwingungen leicht angeregt werden.
Bisher wird in der Regel versucht, den besten Kompromiss aus Resonanzfrequenz (so hoch wie nötig) und Spannungsentkopplung (so weich wie möglich), der mit metallischen Fassungsmaterialien (in der Regel Edelstähle) möglich ist, zu erzielen.
Diese schwingungsfähigen Systeme zeichenen sich durch eine hohe Güte aus.
Monolithische Stellelemente, die mit erodierten Schnitten ausgeführt sind, zeigen ein ähnliches Verhalten. In die Richtung der Stellbewegung sind die Strukturen weich ausgelegt, um die Manipulation möglich zu machen. Dadurch können ebenfalls Schwingungen in das System eingebracht werden.
Dies soll durch die Erfindung vermieden werden.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Ausbildung einer Baugruppe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Wenn man erfindungsgemäß auf die oben beschriebenen Systeme eine Dämpfung mit Elastomeren anwendet, kann vermieden werden, dass aufgrund von Vibrationen zu hohe Schwingungsamplituden z.B. in dem Fassungselement oder dem Manipulatorelement auftreten.
Das Elastomer muss dabei so gewählt werden, dass es aufgrund der Materialeigenschaften bei den vorhandenen geringen Amplituden (nm–μm) und im interessierenden Frequenzbereich zu einer nennenswerten Dämpfung führt. Weiterhin darf die Einführung des Elastomers nicht zu einer nennenswerten Versteifung des Systems führen, d.h. nicht zu einer wesentlichen Erhöhung der Eigenfrequenz, damit die Spannungsentkopplung gewährleistet bleibt. Ein typisches FrequenzDämpfungsdiagramm ist unten dargestellt.
Eine der Lösungsmöglichkeiten, diese Elastomere zur Dämpfung von elastischen Schwingungen einzusetzen, ist die teilweise Verklebung der Erodierschnitte mit elastischem Kleber auf Polyurethanbasis wie es an einer beispielhaften Fassung in 1 dargestellt ist. Ein andere Ausführung kann auch darin bestehen, die Erodierspalte durch geeignete Dämpfergeometrien, die die Spalte überbrücken, zu dämpfen.
Weiterhin lässt sich durch eine geeignete Wahl der Geometrie erreichen, dass der zu dämpfende dynamische Lastfall die Elastomerstruktur auf Kompression bzw. Zugspannung belastet, während die statische Last, die entkoppelt werden soll die Dämpfer auf Scherung belastet. Aufgrund des geometrischen Formfaktors ist die reelle Federkonstante gegenüber der statischen Belastung geringer und führt zu einer sehr geringen Einkopplung der Fassungskräfte. Die Auslegung der notwendigen Geometrie kann durch Berücksichtigung von elastomeren Dämpfungselementen in der FE-Simulation von den entsprechenden Fassungs- bzw. Manipulatorteilen geschehen.
Darstellung anhand von Ausführungsbeispielen
In 1 ist dargestellt, wie an einer beispielhaften Spiegelfassung eine Dämpfungsklebung appliziert werden kann. An einem äußeren Ring (Fassung) 1 ist ein innerer Ring 2 vorgesehen, in dem eine Optik 3 gelagert ist.
Innerer Ring 2 und äußerer Ring 1 weisen einen spaltförmigen kreisförmigen Luftabstand 4 auf.
Sie sind nur über Stege 5 verbunden, an denen sich weitere Trennspalte 6 befinden, um eine Schwingungsentkopplung der Optik 3 vom äußeren Ring 1 zu bewirken, der ortsfest gelagert ist und dem Schwingungsverhalten der Umgebung ausgesetzt ist.
An den Stellen der Stege kann das Material der Ringe gegenüber anderen Bereichen in seiner Dicke reduziert sein, so daß die Stege 5 federnd wirken.
Durch die Form der Stege 5, hier winkelförmig, kann die Federwirkung in ihrer Richtung beeinflußt werden.
In der Nähe der Stege ist nun, beispielsweise wie dargestellt, im Luftabstand 4 bis an die Trennspalte 6 heran, der Abstand mit einem Elastomer , beispielsweise einem elastischen Kleber, ausgefüllt. In 2 ist ein Spalt 7 zwischen zwei federnd wirkenden Abschnitten 8, die beispielsweise zu den Ringen 1 und 2 in 1 gehören können, dargestellt.
In der Nähe des Spaltes 7 sind an den Abschnitten 8 jeweils Vorsprünge 9 angearbeitet oder angeklebt oder angeschraubt, die untereinander mit einer Art Elastomerbrücke 10 verbunden sind. Durch diese Art der Überbrückung von spaltförmigen Zwischenräumen mit Elastomer werden wiederum Schwingungen vermieden.
In 3 und 4 ist für den ungedämpften Fall die Schwingung der Fassung in der Zeit bzw. im Frequenzraum gezeigt. Dominant sind Schwingungen bei etwa 320 Hz und 410 Hz.
In den 5 und 6 ist die Situation für die geleichen Element nach der erfindungsgemäßen Dämpfung gezeigt. Die Schwingung bei 320 Hz ist nicht mehr sichtbar, die Resonanz bei 410 Hz deutlich gedämpft und nur geringfügig zu höheren Frequenzen verschoben. Das System ist also nicht wesentlich steifer geworden, die Spannungsentkopplung ist auch mit Dämpfung aktiv.
Die Amplituden sind nun so gering, dass die Resonanz des schwingungsgedämpften Tisches, auf dem die Experimente durchgeführt wurden, bei 630 Hz sichtbar wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt sondern umfaßt auch weitere fachmännische Variationen des Erfindungsgedankens.

Claims

Baugruppe mit einer äußeren Fassung und einem optischen Element, vorzugsweise in einer inneren Fassung, wobei die Verbindung zwischen äußerer Fassung und innerer Fassung oder äußerer Fassung und dem optischen Element über federnde Stege erfolgt und an den Stegen und/oder zwischen den Fassungen Zwischenräume vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise in den Zwischenräumen eine schwingungsdämpfende Verbindung durch Elastomer besteht.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenräume zumindest teilweise schlitzförmig ausgebildet sind
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenräume mit Elastomer gefüllt sind
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet daß ein elastischer Klebstoff verwendet wird.
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, die Elastomerverbindung in der Nähe des Schwingungsmaximums der Stege erfolgt
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerverbindung in Spalten erfolgt, die senkrecht zur Schwingungsrichtung liegen
Baugruppe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Verbindung erfolgt, indem an den Fassungen eine Überbrückung des Zwischenraumes durch Elastomer erfolgt.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß an den Fassungen Erhebungen angebracht sind, über die die Überbrückung erfolgt.