JP2002317266A - 結晶材料からなる光学エレメント用の保持装置 - Google Patents

結晶材料からなる光学エレメント用の保持装置

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JP2002317266A JP2001393810A JP2001393810A JP2002317266A JP 2002317266 A JP2002317266 A JP 2002317266A JP 2001393810 A JP2001393810 A JP 2001393810A JP 2001393810 A JP2001393810 A JP 2001393810A JP 2002317266 A JP2002317266 A JP 2002317266A
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ハルトマイヤー ユルゲン
Dietrich Klaassen
クラ−セン ディートリヒ
Thure Boehm
ボエム トゥレ
Bernhard Wergl
ヴェルグル ベルンハルト
Michael Dr Gerhard
ゲールハルト ミヒャエル
Jens Spanuth
シュパヌス イェーンス
Ralf Kuschnereit
クッシネレイト ラルフ
Peter Vogt
フォーグト ペーター
Harry Bauer
バウアー ハリー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に結晶材料からなるような光学エレメント
を、特に真空被覆プラント内での少なくとも１つの機能
層の真空蒸着による被覆の間において保持するために使
用され、且つ、上記光学エレメントへの熱的負荷の入力
を防止するような装置を提供する。 【解決手段】 本装置は、特にＣａＦ２等の結晶材料か
らなるような光学エレメントを、該光学エレメントが真
空被覆プラント内で特に少なくとも１つの機能層の真空
蒸着により被覆される間に保持するために使用される。
上記プラントは上記光学エレメントを取り付ける装置を
有し、該光学エレメントは当該真空被覆プラント内にお
いて特に赤外線放射等の適切な放射により加熱すること
ができる。上記光学エレメントを取り付ける装置よりも
小さな熱吸収性を持つ中間エレメントが、上記光学エレ
メントを取り付ける装置と該光学エレメントとの間に配
設される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学エレメント用
の保持装置であって、上記光学エレメントが該光学エレ
メント用の取り付け装置を有する真空被覆プラント内で
被覆される間に、該光学エレメントを上記真空被覆プラ
ント内で適切な放射により加熱することができるような
保持装置に関する。
【０００２】
【背景技術】通常、光学エレメントは、光学品質を向上
させるための例えば反射防止被覆のような機能層によ
り、非常にしばしば被覆される。この被覆は、通常、真
空被覆プラント内で実施され、該プラントには上記光学
エレメントが導入されると共に、対応する機能層用の物
質が供給される間に該光学エレメントは同時に加熱され
る。そして、該対応する機能層用の物質が上記光学エレ
メントの表面に付着される。該光学エレメントの表面上
への可能な限り一様な付着を達成するために、光学エレ
メントは該光学エレメントを保持するための対応するマ
ウントに挿入され、通常は当該真空被覆プラント内を移
動される。
【０００３】上記の場合、例えば半導体リソグラフィ技
術で使用される上記型式のレンズ又は結晶材料からなる
他の光学エレメントは、比較的大径であって比較的重い
ので、真空被覆プラント内で対応する駆動軸を備え上記
光学エレメントを取り付ける装置は、高強度の材料から
構成され、これにより、例えば重量負荷及び発生する熱
的負荷の結果として当該マウントが故障することなく上
記真空被覆プラント内で４以上のレンズを同時に被覆す
ることができるようにする。この目的のため、通常、上
記保持エレメントは例えば鋼等の高強度材料から構成さ
れる。
【０００４】この場合、真空又は少なくとも略完全な真
空故に、上記光学エレメントが加熱されるのを保証する
ためには適切な放射器が使用されねばならない。何故な
ら、対流等の結果としての熱の伝達は真空中では利用す
ることができないからである。これらの放射器の場合、
従来、これらは赤外線放射器であるが、これら放射器は
光学エレメントを囲み、且つ、始めにも述べたように通
常は殆どが鋼から構成されるような構成部品も加熱して
しまうという問題がある。このようにして、光学エレメ
ントを取り付ける装置と光学エレメント自体との間に非
常に大きな温度差が生じ、該温度差は当該光学エレメン
ト内の温度勾配に繋がる。
【０００５】従って、上記光学エレメントがマウントに
係止する領域においては、非常に大きな熱の点入力が生
じる。何故なら、ここでは、通常光学エレメントよりも
熱を良好に吸収する上記マウントが、当該光学エレメン
トへ非常に大量の熱エネルギを導入するからである。始
めに述べたような型式の結晶材料は一般的に鋼よりは劣
る熱伝導体であり、上記エネルギは光学エレメント内に
拡散され得るので、該エネルギは上記光学エレメントに
よっては不十分にしか伝達除去されない。従って、該光
学エレメント自体にも非常に高い温度勾配が確立され、
該勾配は当該光学エレメントにおける大きな熱応力に繋
がる。この熱応力の増加は、上記光学エレメントが、該
エレメントを装着するために装置上に支持されるという
事実の結果として、通常、重力により何れにせよ非常に
高い応力の入力が該光学エレメントに作用するような領
域に生じる。従って、重力的応力と熱的に誘起される応
力との加算の結果として、臨界的剪断応力が上記光学エ
レメントのこれら領域において容易に超過される。結晶
材料の場合、これは、格子面等のオフセットに繋がり、
塑性変形が生じるため、高倍率光学系の領域での更なる
用途に関しては該光学エレメントを使用不可能にしてし
まう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、特に結晶材料からなるような光学エレメントを、特
に真空被覆プラント内で少なくとも１つの機能層の真空
蒸着による該光学エレメントの被覆の間において保持す
るために使用され、且つ、上記光学エレメントへの熱的
負荷の入力を防止するような装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目
的は請求項１に記載された特徴により達成される。
【０００８】上記光学エレメントを取り付ける装置（マ
ウント）よりも低い熱吸収性を有する中間エレメントが
使用されるという事実は、上記マウントに存在する熱エ
ネルギが完全には上記光学エレメントに到達しないこと
を意味する。上記光学エレメントが支持される領域にお
ける、該光学エレメントの何れにせよ非常に臨界的なこ
れらの領域への熱エネルギの入力は防止され、従って、
熱的に誘起される応力と、重力によりもたらされる当該
光学エレメントの結晶内応力との加算は、通常、該光学
エレメントの塑性変形を起こし得る臨界的剪断応力より
も低く留まる。
【０００９】本発明の特に有利な改良例においては、上
記中間エレメントは、当該光学エレメントを取り付ける
装置に、更に、劣った熱伝導材料からなる支持エレメン
トを介して接続される。
【００１０】これは、更なる利点を提供する。ここで
は、上記マウントから上記中間エレメントへの、従って
上記光学エレメントへの熱エネルギの入力は、実質的に
完全に防止することができる。何故なら、例えばセラミ
ック等からなる小さな球体として構成することができる
ような、対応する支持エレメントは、特にそれらの小さ
な接触面積によっても、熱を実質的に上記中間エレメン
トに、従って上記光学エレメントに伝達しないからであ
る。
【００１１】本発明の更なる、非常に有効な実施例にお
いては、上記中間エレメントは、上記光学エレメントを
加熱するために使用される放射を反射するような被覆を
追加的に有する。
【００１２】金等からなるものとすることができる該被
覆は、上記光学エレメントを加熱するために使用される
放射を実質的に完全に反射するので、上述した特に有利
な２つの実施例の組み合わせにおいて上記支持エレメン
トを介して前記マウントから更に熱的に減結合される上
記中間エレメントは、実質的に加熱されず、又は何れに
せよ上記光学エレメント自体よりは加熱されない。従っ
て、局部的加熱と上記光学エレメントの個々の点間の関
連する高い温度差とにより生じる、当該光学エレメント
への熱的に誘起される応力の入力は、実質的に完全に除
去される。かくして、当該光学エレメントの１以上の適
切な機能層による被覆は、何の困難さもなく、且つ、相
互にずれた格子面等（即ち、塑性変形）による当該光学
エレメントの光学的品質の如何なる悪化も心配すること
なしに可能となる。
【００１３】他の利点は、上記中間エレメントを、非常
に良好な熱伝導性及び、同時に、非常に小さな熱容量を
有するように設計することができる点にある。この場
合、上記中間エレメントは、実質的に常に光学エレメン
トと同じ温度になることが可能となる。何故なら、該中
間エレメントの良好な熱伝導性の結果として温度差が非
常に急速に平衡化されるからである。また、同時の非常
に小さな熱容量（例えば、上記中間エレメントの非常に
小さな質量の比較的薄い設計により達成することができ
る）の結果、温度差を時間にわたって遅延させるような
殆ど如何なる蓄積効果も該中間エレメントの領域では発
生しない。
【００１４】原理的に、対応する温度抵抗性プラスチッ
クからなる中間エレメントも、勿論ここでは考えること
ができる。何故なら、これらは、非常に有利な熱容量及
び熱伝導性に関する特性と、非常に有効な機械的特性と
を組み合わせることになるからである。しかしながら、
この場合、真空被覆プラントにおいて、上記光学エレメ
ント上に付着し、該光学エレメント上の機能被覆の達成
されるべき品質の悪化を生じるかもしれない有機物質が
上記プラスチックから蒸発し得ないことが保証されねば
ならない。
【００１５】他の有利な改良例は、残りの従属請求項及
び図面を使用した下記の例示的実施例から明らかになる
であろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、真空被覆プラント１を非
常に概念的表現で示している。該真空被覆プラント１の
内部には、各々が１つの光学エレメント３を取り付ける
２つの装置２が基本的な形で示されている。この場合、
光学エレメント３を取り付ける装置２は、各々、保持機
構４を介して軸５に接続され、これら軸の各々は矢印Ａ
に従って回転する。保持機構４、軸５及び光学エレメン
ト３を取り付ける装置２を有する該ユニットは、横げた
６に固定され、該横げたは軸７の廻りに矢印Ｂに従って
回転する。従って、各光学エレメント３はサイクロイド
運動を行い、これによって該光学エレメントの表面の一
様な被覆が達成される。通常は、２を越える光学エレメ
ントが対応する構成部品５、４及び２を介して横ばり６
に固定され、従って４以上の光学エレメント３に当該真
空被覆プラント１内で例えば反射防止被覆のような表面
層を同時に設けることができる。
【００１７】上記真空被覆プラント１内の真空にも拘わ
らず、対応する機能層で蒸着するために上記光学エレメ
ント３を加熱することができるように、該真空被覆プラ
ント１は複数の放射器８を有するが、これら放射器はこ
こでは原理的に示されている。これら放射器８から放出
する放射により、光学エレメント３は蒸着に必要とされ
る温度まで加熱される。放射器８は、通常、赤外線放射
器であるが、被覆されるべき光学エレメント３に応じ
て、各々が該光学エレメント３の加熱に繋がるような他
の波長の放射も考えることができる。
【００１８】勿論、上記放射器８は、それらの放射によ
り光学エレメント３を取り付ける装置２、保持機構４、
軸５，横ばり６及び軸７を有する構造も同時に加熱す
る。これら要素に対する熱的及び機械的負荷のため、こ
れらは、通常例えば鋼等の高強度材料から構成され、加
熱されるべき実際の光学エレメント３よりも大幅に熱く
なる。
【００１９】従って、以前のプラントの場合、光学エレ
メント３を取り付ける装置２と光学エレメント３自体と
の間には大きな温度差が発生した。光学エレメント３が
装置２上に支持される領域では、熱伝導が光学エレメン
ト３の高い集中加熱を生じ、該加熱は光学エレメントの
通常は比較的劣る熱伝導性のために該光学エレメントに
は不十分にしか伝搬することができない。その結果は、
温度勾配による非常に大きな応力であり、該応力は、光
学エレメント３に対する重力の結果として装置２が既に
非常に大きな応力入力を果たしている（何故なら、光学
エレメント３は該光学エレメントを取り付ける装置２上
に支持されている）範囲に加わる。
【００２０】次いで、好ましくは例えばフッ化カルシウ
ム等のフッ化物の結晶材料からなる高値光学エレメント
３が被覆されると（ここでは、例えばゲルマニウム等か
らなる他の単結晶の被覆も考えられる）、しかしながら
熱的に誘起される応力と重力による応力との重畳によ
り、光学エレメント３の支持の領域において非常に大き
な剪断応力が発生する可能性がある。この高剪断応力の
結果として、結晶性光学エレメント３の個々の格子面が
互いにずれる可能性があり、その結果として、該光学エ
レメント３は塑性変形されるので計画された意図した使
用に関しては使用不可能となる。
【００２１】ここに示した装置の場合、上記のことは、
図２に見られる中間エレメント９及び対応する支持エレ
メント１０により防止される。この目的のため、該中間
エレメント９は、加熱のために使用される例えば赤外線
放射器等の放射器８からの放射を、光学エレメント３自
体よりも少ない程度にしか吸収しない材料から形成され
ている。この材料は、例えば、反射的にされた適切な材
料とすることができる。アルミニウムからなり、反射的
な金の被覆が設けられた中間エレメント９が、特に有効
であることが分かった。金により反射的にされたアルミ
ニウムは、放射器８からの入射赤外線放射の大部分を反
射するので、周囲の装置２とは反対に、遙かに少い程度
にしか加熱されない。従って、何れにせよ重力応力によ
り高度に負荷が掛けられている光学エレメント３の縁領
域への、中間エレメント９及び該光学エレメント３を取
り付ける装置２による熱エネルギの入力は避けることが
できる。
【００２２】そして、中間エレメント９を光学エレメン
ト３を取り付ける装置２から熱的に減結合するために、
中間エレメント９は装置２上に支持エレメント１０を介
して支持される。この場合、支持エレメント１０は、通
常は金属から構成される装置２及び／又は中間エレメン
ト９よりは遙かに劣った程度にしか熱を伝導しない材料
から構成される。
【００２３】加えて、支持エレメント１０は、当該支持
エレメント１０自身と、一方においては装置２との間、
他方においては中間エレメント９との間に非常に小さな
接触面積しか形成しないような幾何学的形状に設計され
ている。ここでは、例えば、円錐状の、円柱状の又は球
状のエレメントが考えられる。該支持エレメント１０
が、更に同時に、例えばセラミック等の対応して劣る熱
伝導性の材料から形成されると、光学エレメント３を取
り付ける装置２から支持エレメント１０及び中間エレメ
ント９を介しての熱伝導による該光学エレメント３への
熱の入力は実質的に除去される。しかしながら、特にそ
れらの理想的な機械的特性により、ルビーからなる球体
が支持エレメント１０として特に適していることが分か
った。これらはセラミックよりも良好な熱伝導性を有し
ているが、上記球体の非常に小さな接触面積により、こ
こでは熱的減結合も非常に良好に機能する。従って、光
学エレメント３が支持される領域における熱的応力と重
力応力との加算による臨界的剪断応力の超過に関する上
述した問題は、防止することができる。
【００２４】上述したように、中間エレメント９が反射
的金被覆を備えるアルミニウム環である場合、これは、
例えばフッ化カルシウム等の光学エレメント３に通常使
用される材料よりも更に軟らかい。従って、光学エレメ
ント３の材料は、この種の結晶材料の場合非常に容易に
格子ずれ又は開裂に繋がり得る擦り傷等による如何なる
損傷も受けることがない。
【００２５】勿論、上記中間エレメント９も、同様に、
真空被覆プラント１により光学エレメント３に付着され
る層により真空被覆され、反射防止被覆の場合には、以
降の繰り返し使用は該中間エレメントが、加熱に使用さ
れる放射器８の放射の反射を完全に保証することが最早
できなくなることに繋がる。この場合、上記中間エレメ
ント９は清掃するか又は交換されなければならない。
【００２６】これらの考察によれば、既に上述した熱的
に抵抗性のプラスチックは中間リング９にとり非常に有
効な材料であろう。何故なら、このプラスチックは比較
的軟らかく、その製造の間の比較的少ない費用により使
い捨て物品として設計することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、真空被覆プラントを基本的断面で非常
に概念的に示す。
【図２】図２は、被覆されるべき光学エレメントを取り
付ける装置の一部の図１のII-II線に沿う断面図であ
る。
【符号の説明】
１：真空被覆プラント ２：光学エレメントを取り付ける装置 ３：光学エレメント ４：保持機構 ５：軸 ６：横ばり ７：軸 ８：放射器 ９：中間エレメント １０：支持エレメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディートリヒ クラ−セン ドイツ国 ディー−73447 オーバーコッ ヘン、 フォルクマルスベルグシュトラー セ １ (72)発明者 トゥレ ボエム ドイツ国 ディー−73430 アーレン、 フエットフェルドシュトラーセ ８ (72)発明者 ベルンハルト ヴェルグル ドイツ国 ディー−89555 シュタインハ イム、 ミッテルライン 47 (72)発明者 ミヒャエル ゲールハルト ドイツ国 ディー−73432 アーレン−エ ーブナット、 ブエルシュトラーセ ４ (72)発明者 イェーンス シュパヌス ドイツ国 ディー−73431 アーレン、 ヘーゲルシュトラーセ 36／１ (72)発明者 ラルフ クッシネレイト ドイツ国 ディー−73447 オーバーコッ ヘン、 ドライッセンタルシュトラーセ 43 (72)発明者 ペーター フォーグト ドイツ国 ディー−89522 ハイデンハイ ム、 ロエメルシュトラーセ 20 (72)発明者 ハリー バウアー ドイツ国 ディー−73432 アーレン、 ヴィッテルスバッハー シュトラーセ ２ Ｆターム(参考） 4K029 AA04 AA22 BD00 DA08 JA03 4K030 CA18 GA09 KA24

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光学エレメント用の保持装置において、
    前記光学エレメントが該光学エレメント用の取り付け装
    置を有する真空被覆プラント内で被覆される間に、該光
    学エレメントは前記真空被覆プラント内において適切な
    放射により加熱されることができ、前記光学エレメント
    用の取り付け装置よりも低い熱吸収性を有する中間エレ
    メントが、前記光学エレメント用の該取り付け装置と前
    記光学エレメントとの間に配設されることを特徴とする
    光学エレメント用の保持装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記中
    間エレメントは、劣った熱伝導性材料からなる支持エレ
    メントを介して前記光学エレメント用の取り付け装置に
    接続されることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、前記中
    間エレメントは、前記適切な放射を前記光学エレメント
    用の取り付け装置よりも少ない程度しか吸収しない材料
    から形成されていることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、前記中
    間エレメントは、前記適切な放射を反射するような被覆
    を有していることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の装置において、前記中
    間エレメントは、前記光学エレメントの材料よりも軟ら
    かい材料から形成されていることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項４に記載の装置において、前記反
    射する被覆が金を有していることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の装置において、前記中
    間エレメントがアルミニウムを含む合金から形成されて
    いることを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項２に記載の装置において、前記支
    持エレメントは、少なくとも前記光学エレメント用の取
    り付け装置に対して、小さな接触面積しか有さない幾何
    学体として設計されていることを特徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項２に記載の装置において、前記支
    持エレメントが円柱状エレメントとして設計されている
    ことを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項２に記載の装置において、前記
    支持エレメントが球状エレメントとして設計されている
    ことを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項２に記載の装置において、前記
    支持エレメントが円錐状エレメントとして設計されてい
    ることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項２に記載の装置において、前記
    支持エレメントが低熱伝導性の材料から形成されている
    ことを特徴とする装置。
  13. 【請求項１３】 請求項２に記載の装置において、前記
    支持エレメントがルビーから形成されていることを特徴
    とする装置。
  14. 【請求項１４】 請求項２に記載の装置において、前記
    支持エレメントがセラミックから形成されていることを
    特徴とする装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１に記載の装置において、前記
    光学エレメントが結晶材料から形成されていることを特
    徴とする装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１に記載の装置において、前記
    光学エレメントがＣａＦ２から形成されていることを特
    徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１に記載の装置において、前記
    光学エレメントが少なくとも１つの機能層の真空蒸着に
    より被覆されていることを特徴とする装置。
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