TW548525B - Apparatus for mounting an optical element in an optical system - Google Patents

Description

548525 五、發明說明（l) 本發明之背景 發明之領缚 本發明係關於一種光學系統中光學元件之安裝裝置。 本發明特別係關於在半導體微影系統中之投射曝光機器中 之投射物鏡的鏡子或透鏡之安裝裝置， 相關技術之說明 在一光學系統中，特別是在半導體微影系統中，光學元 件如鏡子與透鏡係等壓式地安裝且以形變的方式的來退耦 合’使付來自外界儘可能遠處作用的干擾並不會作用在光 學元件上面。取所週知將光學元件安裝以一個適當的”軟 式·’方式來安裝便可達成這個目的。然而，使用一軟式軸 承所產生的問題在於其應無法達到足夠高的自然頻率。 發明之概要 因此，本發明係基於產生 的’在一方面其會施加極小 意即其可以形變的方式來進 在另一方面，將可達到一個 界作用之干擾將不會引起光 有，整個主體的移動。 一種光學元件之安裝裝置的目 或微小的力量於光學元件上， 行非常良好的退耦合，然而， 高自然頻率。特別是，來自外 學元件的表面形變，但是即使 根據本發 少三個設置 中於每個情 部位之側面 有至少一個 明，這個目 在光學元件 況下有一軸 上連接至一 曾曲元件， 的係可由一 之一周邊上 承裝置在運 外部基座結 其類似於一 裝置所達成 之關節部位 作，其係在 構，其中該 彈簧片而設 ，其具有至 ，並且在其 避開該關節 袖承裝置具 置在光學元

548525 五、發明說明（2) 件的切線上 而設置在相 更進-步 在半導體微 的一透鏡或 由此所產 據本發明之 而，安裝可 整體的設計 一般：而言 足夠。 本發明之 兩個彎曲元 距相隔開， 這樣的轴 為以一間距 向上運作而 ，以及 對光學 的’根 影系統 鏡子。 生之具 結構聯 以使用 將是可 ’設置 一非常 件，其 且在切 承裝置 相隔開 作為橫 向上運 明之一非常有利且 裝置。在這個情形 行於z方向的長度， 為達成此目的， 一平行四邊形之設 設計。這樣一來， 間且切線方 至少一個彎曲元件，其類似於 元件之徑向方向上。 據本發明之_較佳模式，光學元件係為 之一投射曝光機器中之一投射接物透鏡 有一兩自然頻率之一剛硬結構可經由根 合一相當簡易的設計之幫助來達成。然 極少的元件來完成，若有必要話，一: 行的。 且分佈於周邊上的三個軸承元件就已經 有利之精細實施例係在於軸承裝 係平行設置於Z方向(光學轴^以置」間有 ，方向運作，其間並設置一轉接器❶ 每個皆具有例如，兩個彈簧片，並嗖置 且在切線方向上運作’以及在一i向方 :關節之-彈菁片。設置在兩彈筹片之 2轉接器係可為剛硬者，$則在本發 下B 展上’其可設計為-操縱器 下’轉接益可具有—調節元件以改變平 ;個：,的精細實施例係屬於一種類似 =二或=一種與剪式千斤頂構造相當的 ” °使付轉接器的長度或岣勾設置於周 彈簧片

C:\2D-CODE\91-06\9ii06342.ptd 第6頁 548525 五、發明說明（3) ------ =上之轉接器長度可非常靈敏地改變（利用或不利用一傳 織，若,是軸承裝置之所有的轉接器可使其長度均勻地改 ς ’光學元件可藉此在z方向產生位移。如果發生長度的 改變，光學元件可以此方式適當地傾斜。 j本發明之一非常有利的發展上，光學元件經由軸承裝 連接之外部基座結構，係經由操縱器連接至光學系統 :固定殼體结構，該操縱器係由該殼體結構所支撐。 之心ϊ ί ΐ明’鏡子係均壓地安裝，而操縱器言交置所產生 部k ϊ ί ί可達到沒有負向的自然頻率改變。這將經由外 上。每 、° 並且因此其並未施加影響在光學元件 传倣ΐ Ϊ f —般而言係屬於非常剛硬之設計的基座結構 糸做為用來退摩禺合操縱器之回復力。 成向/Λ上或光學軸方向上（z軸）對光學元件完 個設置為均句分佈於周邊上之操 Z轴\、丄可6又置於驭體結構上。若操縱器係個別地啟動，在 :或光學軸上會產生傾斜。若所有三個操皱器係以同樣 择it啟動、：这將造成光學元件在2方向上之位移。 時作為益：m f:固定殼體結構所支撑，其可同 了1下為一介面結構，例如為一環狀外形者。 在本發明之一進一步之有利的精細會 光學元件上之匹配元件相配合之减測，與设置在 上，用以決…系統中之光學置在殼體結構 由於這個精細的實施例’光學元件可在一透鏡中以一清

第7頁 548525 發明說明（4) :的方式來調，或設定。為達 感：器來偵剛’藉以設定—個所想要的位；際的位置可由 卜夕2 t &明之感測器，其可為例如三個均勻分佈在周邊 量J取代經由•縱器的移動所完L =且更準確的測 不接觸之距離㈨量❹…感測器，例如 配表=了ί:; 涉計，其作用在光學元件之匹 於，如在匹：表面可以以蒸氣來沉積 叱学非主動區中之光學元件上。 本發明之額外優點可經由 …’而變成可為熟習該項技例之詳 發明之詳纟士頌而易僅。 其個::二上子，1 經由設置為均句分佈於 基座結構3可為__光而力接至一外部基座結構3。 系統中之一投射透/ H統的一^分，例如在半導體微影 示為範例。若，必要的話，立 f的；;角形狀僅欲表 為可能的。 八匕形狀如一圓形體在此處係 軸承裝置2係設計為使得他們 ，廿曰卜μ τ入 于他们以形變非常堅固地退耦合 柃至光學元侔1 *产口構d傳遞來自於外界作用的干 设至尤子7L件1 。基座結構係一 係為陶器），以使蔣炎白冰與AA ^ 吊堅固的設计（李父佳者 裝置2盥鏡子$ ^ ^末外置儘可能有效地從轴承 衣置I、鏡子退耦合。一個兩倍

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式來達成。一車由承裝置2之一第一實施例係以圖2至圖3之 一 X. _ * ▲放大的圖示來做說明。由此可看出軸承裝置係為整體設 叶’或與固體關節一體成形地設計於個別可動式零件之 間。其f有一上扣緊部4，其係利用軸承裝置2的幫助而經 ^ :關節部位4 a連接至光學元件1之一圓筒5。較佳者，扣 緊f 4亦可直接連接至光學元件1。軸承裝置2係經由一連 接部連接至基座結構3的底座或避開關節部位4a的側面。 連接至連接部6者係為一第一彎曲關節7，其係為一彈菩片 7的形式，且其設置在圓筒5或光學元件1之切線上。在避 開連接部6的側面上，彈簧片7係連接至作為一抗彎曲 =硬轉接器8，其係在避開彈簧片7的側面上依序連接至 彈簧片形式之一更彎曲的元件9。彈簀片9同樣沿著直 切線地延伸至圓筒5或光學元件1。彈簧片9係在避開、 的侧面上連接至一轉接板10。轉接板1〇係經 為I向關卽之在徑向上運作之一f曲元件u(其稱 凡件）連接至扣緊部4。 予 :此，可Λ出’彈菁片7係經由一固體關節12連接至連接 ，且經由—s體關節13連接至轉接器8。以相同接 式’弹黃片9係經由一固體關節14連接至轉接哭8 ， 了固體關節15❹至轉接板m其軸向範圍：：由 :安·彎曲元件U整體而言係充當一 心的 本案的範圍内，一較大的轴向範圍在此 ；::二在 相=情況對，彈箸片7與9顛倒過來而言亦為的。 右A要的4 ’軸承裝置2可個別或聯合地藉由操縱器

548525 五、發明說明（6) (其並未更詳細地顯 攄作用的方向，經由ft向f生位移。該等位移接著根 /或固體關節傳遞至光與，的彈簧片7或9或幫曲元件11及 個軸承裝置2皆組成光：几：1。利用此結構中’實際上每 然頻率之-適當的^生^其件1之一平衡環。然@，對應自 圖4顯示在另—:Λ 於固體關節來給定。 PU上，此項-1 /、，·田貫施例中之一軸承裝置2之結構。；f 貝J上此員故叶係與根據則至圖3之轴承裳置 原: 原因目同的7〇件標號亦保留予相同的部件。唯 '二 於剛硬轉接器8已經由具有四個邊8a、8b ,與：差一異在 行四邊形來取代。位於一侧之平行四邊形的邊h盥、' 由固體關節！8與19來互相連接。對於位在另—側;;^，匕 邊形的，8c與8d而言，其情況亦是相同。在每個情形=四 一制動器元件2 〇係設置於固體關節丨8與〗9之間。若一制動 裝置（其並未更祥細地顯示）在一箭頭方向1 6上對制動器元 件2 0施力，平行四邊形之隙縫角會改變，其會產生1調 節裝置。改變光學元件i在2方向（光學軸）上之高度之位^ 路徑’係依據隙縫角α而相對應地增長或減小。給定一個 小的隙縫角α ，一相對應之極大增長將可達到。當給定— 個4 5度的隙縫角q：,傳動比係為1: 1，並且給定一個較大 的隙縫角α，傳動比會相對應地較大些。 因為一般想要的是在ζ軸方向（光學軸）上完成一個非常 靈敏之調節，若是一個進一步的減小可藉由具有一相對應 數目之四個平行四邊形的邊之一第二平行四邊形（其位於 具有邊8a至8d的平行四邊形内部’請見圖5，且其當作一

C:\2D-CODE\9]-〇6\91l〇6342.ptd 第10頁 548525 五、發明說明（7) 進一步的調節裝置）來，·上 器元件22根據箭頭方向订’將會變的更為有利。由制動 的位移力量，對具有、I =。生之作用於平行四邊形2 1内部 面作用在平行四邊形二广:中，位移力量22係分別地側 非常靈敏地改變内部平> a = b或8c與⑼之間，並且藉此 此非常靈敏地改變隙縫I :形的隙縫角点，以及同樣藉 調節移動可藉由第-f 由將隙缝角α與石作^佳=四邊形來做線性化，特別是藉 圖6至圖8係圖例顯示本發明一 元件1藉由三個均勾配 \展，其係能夠使光學 伟：= = /同樣顯示於圖8者係為-感測裝置彳 :Γ。用先學凡件1之個別位置的幫助來精確地檢查光學； 透L圖6ϊ:ί:步見到，操縱器24係由光學系統，例如- 可看出，支二二不)之一固定殼體結構25來支撐。由圖中 祚® 支撐級體結構25的操縱器24係藉由基座結構3 :用於轴承裝置2上(為了簡化起見，其僅大體顯示於圖 非a亚且因此作用於光學元件1上。因為基座結構可為一 卜吊剛硬的設計，例如由陶兗材質所製成，其可適合於將 插縱器24之回復力退耦合的用途上。 操縱裔2 4係僅大體的顯示於圖6至圖8，因為他們可任意 地以，種不同的馬達或根據箭頭27產生在軸向上高度的^ 化之调節裝置來取代。因此，例如在施加一電壓的情況下

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會經歷長度變化之壓電陶瓷制動器係為合適 接至殼體結構2 5且另一端連接至基座結構縱：端連 在每個情形下係可由下端插入，例如經由三， 3的角之附近之一開口。 y 土座結構 為了偵測光學元件1的實際位置，且接著可相對 量精痛設定一所想要的位置’在適當地啟動操縱器14也^ 後，設置為分佈於周邊上之三個感測器29係提供於， 如’固疋！^又體结構25上。為達成此目的，例如可當作介面 壞之叙體結構2 5係可具有一朝向内部的延伸體2 5，（僅由卢 線所示）於感測器2 9設置處係為有可能的。 感測器2 9係與以一適當的方式與相對設置於光學主動區 域外之光學元件上的匹配元件3 0 —起操作。 如電谷性的威測裔或其它不須接觸來操作之距離測量干 涉計皆可被用來作為，例如，感測裝置。光學元件i上的 匹配元件30在道個例子中可以以蒸氣法來沉積，以處理光 學元件1上的匹配表面。 元件編號說明 1 光學元祌 2 軸承裝置 3 基座結耩 4 扣緊部 5 圓筒 6 連接部 7 彈簧片

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五、發明說明（9) 8 轉接器 8a、8b 、8 c、8 d 平行四邊形的邊 9 彈簧片 10 轉接板 11 橫向關節 12 固體關節 13 固體關節 14 固體關節 15 固體關節 16 箭頭方向 17 固體關節 18 固體關節 19 固體關節 20 制動器元件 21 平行四邊形 22 箭頭方向 23 箭頭方向 24 操縱器 25 固體殼體結構 25， 朝向内砉P的延伸體 26 光學系統（透鏡） 27 箭頭（長度在軸向上的改變） 28 隙縫 29 感測器 C: \2D-C0DE\91 -06\91106342.ptd 第13頁 548525

C:\2D-C0DE\91 -06\91106342 .ptd 第14頁 548525 圖式簡單說明 圖1係顯示根據本發明之用以安裝一光學元件之裝置之 透視圖； 圖2顯示一軸承裝置之透視與放大圖； 圖3顯示自圖1之箭頭方向A所看過來之軸承裝置之側面 圖； 圖4顯示在其它典型實施例中之一軸承裝置之透視與放 大圖； 圖5顯示一第三實施例中之一轴承裝置之構造之圖示； 圖6顯示具有軸承裝置與操縱器（無固定殼體結構）之光學 元件自上部所看過來之透視圖； 圖7顯示根據本發明之圖6之裝置自下部所看過來之透視 圖；以及 圖8顯示根據圖6與圖7之具有用以支撐操縱器之固定殼 體結構以及一感測器裝置之裝置之截面圖。

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Claims (1)

1. 54852S 六—、一申請專-利範ΐι 1. 一種光學元件之安裝裝置，其具有至少三個設置於該 光學元件的一周邊上之關節部位，並且其中在每個情形下 有一軸承裝置在運作，其係在避開該關節部位之側面上連 接至一外部基座結構，其中該軸承裝置具有至少一個彎曲 元件，其類似於一彈簧片而設置在該光學元件的切線上， 以及至少一個彎曲元件，其類似於一彈簧片而設置在相對 該光學元件之徑向方向上。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光學元件係為 一鏡子或透鏡。 3 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該光學系統係為 半導體微影系統之一投射曝光機器之一投射接物透鏡。 4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該軸承裝置具有 兩個平行設置於一光學軸且以一間距相隔開且在切線方向 運作之彎曲元件，以及設置於其間之一轉接器。 5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該彎曲元件係經 由固體關節分別連接至位於鄰近處之部件。 6. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該轉接器係具有 用以改變平行於該光學軸之轉接器的長度之一裝置。 7. 如申請專利範圍第6項之裝置，其中用以改變長度之 裝置係包含至少一模型，其類似於具有側邊之一平行四邊 形，且其隙缝角α可藉由調節元件來調節。 8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中類似於一平行四 邊形之側邊係經由一固體關節分別互相連接。 9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中一制動器元件在

   C:\2D-CODE\91-06\91106342.ptd 第16頁 548525 六、申請專利範圍 每個情況下係作用於位於一側之平行四邊形之側邊之間。 1 0.如申請專利範圍第7項之裝置，其中設置於平行四邊 形内部者係為一進一步之調節元件，其包含一平行四邊 形，其係在每個情況下作用於任一側之平行四邊形的邊 上，以便改變隙縫角α ，其油❾該進一步之調節元件係具有 一制動器元件。 零 1 1.如申請專利範圍第6項菜第10項之裝置，其中設置為 分佈於周邊上之該軸承裝置該調節元件係為可個別調整 1 2.如申請專利範圍第6項畫譽1 0項之裝置，其中設置為 分佈於周邊上之該軸承裝置^^調節元件係為可共同調整 者。 1 3.如申請專利範圍第1項之裝置，其係提供三個設置為 分佈於周邊上之軸承裝置。 1 4.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該軸承裝置係屬 於整體設計者。 1 5.如申請專利範圍第1項之裝置，其中在該軸承裝置所 支撐處之該基座結構係設計為一剛硬結構。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之裝置，其中該結構係為一 陶瓷結構。 1 7.如申請專利範圍第1項之裝置，其中在該光學元件所 經由該轴承裝置連接處之該外部基座結構，係經由操縱器 連接至該光學系統之一固定殼體結構，該操縱器係由該殼 體結構來支撐。

   C:\2D-CODE\91-O6\91106342.ptd 第17頁 548525 六、申請專利範圍 1 8.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該操縱器係用 以在軸向方向上調整該基座結構。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之裝置，其中該殼體結構係 具有三個設置為分佈於周邊上之操縱器。 2 0.如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該殼體結構係 具有感測器，其與設置在光學元件上之匹配元件相配合， 用以決定光學系統中之光學元件的位置。 2 1.如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中該感測器係設 計為不須接觸之距離測量感測器，其係設置為分佈在該殼 體結構之周邊上。 2 2.如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中該感測器係設 計為距離測量干涉計，其係設置為分佈在該殼體結構之周 邊上。 2 3.如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中該匹配元件係 設計為一匹配表面，其係設置在光學元件上之光學主動區 外部。 24.如申請專利範圍第23項之裝置，其中在感測器為電 容式感測器或距離測量干涉計時，該匹配表面係蒸氣沉積 在該光學元件上。

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