WO2006000352A1 - Positioniereinheit und vorrichtung zur justage für ein optisches element - Google Patents

Positioniereinheit und vorrichtung zur justage für ein optisches element Download PDF

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joint
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Ulrich Weber
Jens Kugler
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Carl Zeiss Smt Ag
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    • G03F7/70825—Mounting of individual elements, e.g. mounts, holders or supports

Definitions

  • the invention relates to a positioning unit for an optical element in a microlithographic projection exposure apparatus with a first connection region for connection to the optical element and with a second connection region for connection to an object in the vicinity of the optical element.
  • the invention also relates to a device for adjusting ei ⁇ nes optical element having an optical axis relative to an outer frame in a lens structure or opposite lying sockets, wherein the optical element is connected via a plurality of adjusting devices provided Eisentei ⁇ le with the outer frame.
  • a preferred field of application for adjustment devices described above is a projection exposure apparatus with a projection objective in microlithography for the production of semiconductor elements, since extremely accurate image qualities are required for this purpose.
  • optical elements can be decentered by manufacturing or assembly inaccuracies during installation to mechanical reference surfaces on the socket.
  • Mechanical reference For example, centering collars or socket flanges may be used, with which the socket is aligned with a lens structure, eg a projection lens.
  • a lens structure eg a projection lens.
  • reference surfaces also serve to align individual versions with each other.
  • a lens as an optical element can be compensated for tilting tolerances before gluing into the inner socket, it can nevertheless come back to a decentering of the lens to the reference surfaces on the socket by subsequent process steps after gluing. This can e.g. by adhesive shrinkage on curing of the adhesive.
  • this object is achieved in a positioning unit for an optical element in a microlithographic position-exposure system with a first binding area A for connection to an optical element and a second connection area B for connecting with ei ⁇ nem object in the vicinity of the optical element, at least two levers which are connected via their respective lever bearings with the second connection region B, and their respective load arm is connected to the first gleichsbe ⁇ A by means of a joint via an intervening at these joints an ⁇ intermediate element C, with arranged on the respective force arms of the lever adjusting devices or actuators, wherein in a first position, the first connection region A and the second connection region B are relative to each other so arranged that the lever bearings of at least two levers and the joints associated with these levers have approximately parallel axes of rotation which in the first position lie approximately in one plane.
  • the first position can advantageously be a basic position and a second position a deflected position of the levers.
  • the first connection region A can be a head part which is connected to the optical element directly or via an inner ring.
  • the second connection region B may be a foot part which is fixedly connected to an outer socket or forms part of the outer socket.
  • the intermediate element C may be at least one movable intermediate part. If an adjustment in six degrees of freedom is desired, correspondingly more intermediate elements are to be provided.
  • each adjusting device has a arranged on the outer frame foot part, on the movable Intermediate parts are arranged and ver ⁇ connected with adjusting elements are that first movable intermediate parts are rotatable about an axis perpendicular to a z-axis, wherein the adjusting elements are connected via second movable intermediate parts directly or via a central part with the optical element, wherein at festhalten control elements the second movable intermediate parts arranged between the optical element or a central part and the actuating elements permit a rotational movement of the optical element relative to the foot part about an axis perpendicular to the z-axis.
  • the z-axis can advantageously lie on a connecting line between the head part, middle part and foot part.
  • the z-axis is the optical axis.
  • the second intermediate parts are arranged at an angle ⁇ to the z-axis.
  • the adjusting elements are connected to the middle part via the second movable intermediate parts, wherein the middle part is connected to a head part arranged on an inner socket or the optical element and wherein the middle part is provided with at least one third movable intermediate part such that the Head part relative to the central part in a direction perpendicular to the z-axis 29ieb ⁇ bar, opposite the central part to another lying perpendicular to the z-axis and is rotatable about the z-axis.
  • the axis lying perpendicular to the z-axis is the x-axis and the other axis is the y-axis.
  • the inventive arrangement of the intermediate elements which are preferably designed as solid joints in the form of blattfe ⁇ such levers or leaf springs, results in an adjustment mechanism with which an optical element relative to the outer frame can be moved if required in up to six Frei ⁇ degrees.
  • the adjustment device according to the invention can be arranged in a very space-saving manner. This is particularly true with respect to a low height, which can be achieved by a clever arrangement of solid joints, because in contrast to conventional Justagevoriquesen the guide for the movement of the lever or adjusting elements is integrated into the tilting decoupage about the x-axis. In this way, the number of solid joints can be reduced, without solid joints with very small cross-section, the order two axes are bend soft, to use. Solid-state joints, which are bend-soft around two axes, can absorb only small loads, as they occur in shocks, because of their very small cross-section.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a projection illumination system
  • FIG. 2 shows a perspective view of an adjustment device according to the invention
  • FIG. 3 is an enlarged view of an adjusting device according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a side view of the adjusting device according to FIG. 2, showing a displacement possibility in the y-direction;
  • FIG. 5 shows a side view of the adjusting device according to FIG. 4, showing a displacement possibility in the z-direction;
  • FIG. 6 shows a side view of the adjusting device according to FIG. 3 in a second embodiment
  • FIG. 7 shows a side view of the adjusting device according to FIG. 3 in a third embodiment
  • FIG. 8 shows a side view of the adjusting device according to FIG. 3 in a fourth embodiment
  • FIG. 9 shows a side view of the adjusting device according to FIG. 3 in a fifth embodiment
  • FIG. 10 is an enlarged view of an adjusting device in a similar embodiment as shown in FIG. 3;
  • FIG. 11 shows a side view of the adjusting device according to FIG. 10;
  • Figure 12 is an enlarged perspective view of an adjustment device in a similar Ausgestal ⁇ device as shown in Figure 3 with angles ⁇ , which are greater than 90 degrees;
  • FIG. 13 shows an enlarged perspective view of an adjusting device in a further embodiment with a very low height in the z-direction
  • FIG. 14 shows a perspective view of an adjustment device according to FIG. 2 from above with adjusting devices which are inclined to the optical axis;
  • FIG. 15 shows a perspective view of an adjustment device according to FIG. 10 from the side with adjustment devices which are inclined to the optical axis;
  • FIG. 16 shows an enlarged perspective illustration of an adjusting device in a further embodiment, wherein the optical element does not have to be rotatable about the optical axis;
  • Figure 17 is a side view of the adjusting device, which corresponds to the adjusting device according to the figure 5, wherein for explanation additional information with respect the leaf spring-like lever and the axes of rotation are auf ⁇ taken;
  • FIG. 18 shows an adjusting device or positioning unit in a further embodiment
  • Figure 19 is a schematic diagram with power and load arms of the lever and with hinges, based on Figure 18;
  • Figure 22 shows another embodiment with a greater rotational compliance about the z-axis
  • FIG. 23 shows an embodiment similar to FIG. 22 in a simpler form
  • FIG. 24 and FIG. 25 two further embodiments of positioning units
  • FIG. 26 shows an embodiment with a stiffening in the y-direction
  • FIG. 27 shows an embodiment in which the joints connected to the actuating levers are reinforced
  • FIG. 28 shows an embodiment in which adjusting levers are also reinforced as adjusting elements and joints cooperating therewith;
  • FIG. 29 shows an embodiment, wherein a middle part in the y direction is stiffened by a joint coupling;
  • FIG. 30 shows a detail of an enlargement of FIG. 3 with the two leaf-spring-like levers between the foot part and the middle part in another embodiment;
  • FIG. 31 is a fragmentary view of the schematic illustration according to FIG. 19 with a lever bearing in another embodiment.
  • FIG. 32 is a fragmentary view of the principle illustration according to FIG. 19 with a lever bearing in a further embodiment in a similar form to the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a microlithography projection exposure apparatus 1. This is used to illuminate structures on photosensitive materials coated substrate, which is generally predominantly made of silicon and is referred to as wafer 2, for the production of semiconductor devices, such as. Computer chips.
  • the projection exposure apparatus 1 consists essentially of an illumination device 3, a device 4 for receiving and exact positioning of a mask provided with a grating-like structure, a so-called template 5, by which the later structures on the wafer 2 are determined a device 6 for holding, moving and exact positioning of precisely this wafer 2 and an imaging device namely a projection objective 7 with a plurality of optical elements, such as, for example, Lenses 8, which are mounted on sockets 9 in a lens housing 10 of the Russianitiesobjek ⁇ tives 7.
  • the basic principle of operation provides that the structures introduced into the reticle 5 onto the wafer 2 be shown reduced in size.
  • the wafer 2 After a successful exposure, the wafer 2 is moved further in the direction of the arrow, so that a multiplicity of individual fields, in each case with the structure predetermined by the particle 5, are exposed on the same wafer 2. Due to the stepwise advancing movement of the wafer 2 in the projection exposure apparatus 1, it is frequently also referred to as a stepper.
  • the illumination device 3 provides a projection beam 11 required for imaging the reticle 5 on the wafer 2, for example light or a similar electromagnetic radiation.
  • the source of this radiation may be a laser or the like.
  • the radiation is formed in the illumination device 3 via optical elements so that the projection beam 11 when hitting the reticle 5 has the desired properties in terms of diameter, polarization, wavefront shape and the like.
  • the projection objective 7 comprises a plurality of individual refractive, diffractive and / or reflective optical elements, such as e.g. Lenses, mirrors, prisms, end plates and the like.
  • the optical element for example the lens 8 is mounted in an inner ring 20, which is connected to an outer socket 22 via three adjusting devices 21.
  • the three adjusting devices 21 carry the weight of the inner ring 20 and of the optical element, namely the lens 8.
  • another optical element in the inner ring 20 can also be used be stored, such as a mirror.
  • the outer mount 22 is fixedly connected to adjacent outer frames or a lens structure, for example the objective housing according to FIG.
  • interfaces or reference surfaces 22a, 22b and 22c of the outer mount 22 with the outer mountings lying adjacent thereto or with the lens housing 10 represent the reference geometry on the outer mount 22, to which the optical element 8 must be aligned.
  • the reference surface 22a on the outer frame 22 represents the x o direction, with the x o axis of the global coordinate system standing perpendicular to the reference surface 22 a for this purpose.
  • the xo position of the lens 8 to the outer frame 22 can be measured from the reference surface 22a.
  • the reference surface 22b Perpendicular to the reference surface 22a, the reference surface 22b is located on the outer frame 22.
  • the reference surface 22b represents the y o -axis of the global coordinate system, which is perpendicular to the reference surface 22b.
  • the yo position of the optical element, namely the lens 8, to the outer socket 22 can be measured from the reference surface 22b.
  • the reference surface 22c lies on the underside of the outer receptacle 22 and represents the Zo axis of the global coordinate system.
  • the z o axis represents the optical axis of the projection lens 7. From the reference surface 22c, the Zo position and the tilt become about the x o axis and y o axis of the lens 8 that are perpendicular to the z 0 axis measured.
  • the reference surface 22c is also suitable for fastening the outer mount 22 to the objective structure.
  • reference surfaces 22a, 22b and 22c shown in FIG. 2 are to be considered as exemplary only. Within the scope of the invention, other arrangements of reference surfaces are also possible, for example also based on polar coordinates.
  • Each adjusting device 21 is divided into a foot part 23, a middle part 24 and a head part 25.
  • the foot part 23 is firmly connected to the outer frame 22 and the head part 25 fixed to the inner ring 20.
  • each adjusting device 21 has an x-axis, a y-axis and a z-axis in a local coordinate system (relative to the respective adjusting device).
  • the local z-axis lies on the connecting line between head part 25, middle part 24 and foot part 23.
  • the x and y axes lie in a plane lying perpendicular thereto.
  • the z-axis is generally parallel to the optical axis.
  • a flexible or elastic first intermediate part 26 in the form of a leaf spring-like connection or coupling connects an actuating element 27 pivotally about the x-axis with the foot part 23.
  • the first elastic intermediate part 26 is soien ⁇ age that there is a bend around the x -Axis allows.
  • the swivel angle of the adjusting element "27 can be adjusted and fixed with respect to the foot part 23 by means of adjusting screws 28, 29. As can be seen in particular from FIG.
  • the two adjusting screws 28, 29 are each received in threaded bores of the foot part 23 the foot part 23 in this region a U-part, between whose legs the adjusting element 27 is accommodated, the adjusting element 27 can thus be clamped between the ends of the two adjusting screws 28 and 29.
  • the actuator 27 is pivotable about an axis in the x direction.
  • a flexible or elastic connection between the actuator Element 27 and the central part 24 is also realized by a second elastic intermediate part 30 in the form of a Blattfeder ⁇ like connection or coupling.
  • the second elastic intermediate part 30 is set at an angle ⁇ to the z-axis and can be bent about the x-axis. Because the flexurally soft axis of the second elastic intermediate part 30 is oriented parallel to the local x-direction, it forms a connection of the actuating element 27 that is rotatable about the x-axis and at the same time perpendicular to the plane of the elastic intermediate part or the leaf spring 30 the middle part 24 represents.
  • a first flexible or elastic intermediate part 31 likewise in the form of a spring-type connection or coupling, connects an adjusting element 32 pivotally about the x-axis to the foot part 23
  • the first elastic intermediate part 31 is oriented such that it permits a bending about the local x-axis.
  • a second elastic intermediate part 33 in the form of a blatt ⁇ spring-like connection or coupling.
  • the second elastic intermediate part 33 is set symmetrically to the second elastic intermediate part 30 at an angle ⁇ to the z-axis and can be bent about the x-axis.
  • the flexurally soft axis of the second elastic intermediate part 33 is oriented parallel to the x-axis, it establishes a translational connection of the actuating element 32 about the x-axis rotatable and at the same time perpendicular to the plane of the second elastic intermediate part 33 or the leaf-spring plane of this part
  • the adjusting element 32 is fixed with adjusting screws 34 and 35 to the likewise U-shaped foot part 23 in this area.
  • the position of the actuating element 32 by a corresponding adjustment of the adjusting screws 34 and 35 are changed geän ⁇ .
  • the central part 24 can rotate relative to the foot part 23 about an imaginary axis of the extending planes of the second elastic intermediate parts or leaf springs 30 and 33. Because the flexurally soft axes of the second elastic intermediate parts 30 and 33 are oriented parallel to the x-axis, the cutting axis formed by the planes of the second elastic intermediate parts 30 and 33 and thus also the axis of rotation of the middle part 24 with respect to the foot part 23 also parallel to the x-axis.
  • the middle part 24 in turn is connected to a third flexible or elastic intermediate part 36 in the form of a leaf spring with the head part 25 so that the head part 25 move by an S-shaped bend of the third elastic intermediate part 36 relative to the central part 24 in the x direction and by a simple bend of the third elastic Swiss ⁇ part 36 can rotate about the y-axis.
  • a torsion of the third elastic intermediate part 36 which lies in the plane of the z-axis, the head part 25 can be rotated relative to the central part 24 about the z-axis.
  • All elastic intermediate parts 26, 30, 31, 33 and 36 which are formed as leaf springs, are solid-state joints, which are thus in each case in one piece with the neighboring parts or adjacent parts.
  • the leaf springs can also be separate parts.
  • the arrangement of the second elastic intermediate parts 30 and 33 to the first intermediate elastic parts 26 and 31 allows for fixed actuators 27 and 32, a rotation of the central part 24 and the head part 25 relative to the foot part 23 about a cutting axis, which from the planes of the second elastic see intermediate parts or leaf springs 30 and 33 is formed.
  • the middle part 24 can be rotated relative to the foot part 23 about the x axis, and the head part 25 can move in the x direction relative to the middle part 24 and rotate about the y axis and the z axis, it is also possible Move the head part 25 relative to the foot part 23 in the x direction and rotate about the x, y and z axis.
  • each adjusting device 21 holds only two translational degrees of freedom in y and by fixed control elements 27 and 32 z direction fixed.
  • the three adjustment devices 21 thus form a statically determined storage for the inner ring 20 in a manner similar to a hexapod with three translational and three rotational degrees of freedom. This is achieved by being able to adjust two translatory degrees of freedom per adjusting device, e.g. the local z-direction and the local y-direction.
  • each adjusting device 21 by setting a swivel angle ⁇ of the adjusting elements 27 and 32, the head part 25 can be displaced in the y- and in the z-direction relative to the foot part 23 by means of a corresponding adjustment via the adjusting screws 28, 29, 34, 35. If the adjusting elements 27 and 32 are pivoted in the same direction, the result for the head part 25 is a displacement in the y-direction relative to the foot part 23 (see arrow 41 in FIG. 4). Will the actuators 27th and 32 pivoted in opposite directions, resulting for the head part 25 is a displacement in the z direction relative to the foot part 23 (see arrow 42 in Figure 5).
  • the optical element 8 may gegen ⁇ to the outer mount 22 in X 0 - be moved and y o direction and rotated about the axis z o by the head portions 25 of the adjustment means 21 in their respective local y-direction be moved.
  • a Zo shift (optical axis) and tilting about the X 0 and yo axis of the optical element 8 with respect to the outer mount 22 can be achieved by a displacement of the head part 25 of the adjusting device 21 in their respective local z-direction.
  • each adjusting device 21 thus consists of a foot part 23, two adjusting elements 27 and 32, a central part 24 and a head part 25, which are interconnected via the elastic intermediate parts 26, 30, 31, 33 and 36 in the form of leaf springs as solid joints ,
  • the elastic intermediate parts When viewed in the respective local coordinate system, the elastic intermediate parts are arranged so angeord ⁇ net that 1. the first elastic intermediate part 26 between the foot part 23 and the adjusting element 27, a rotary movement of the Stell ⁇ element 27 relative to the foot part 23 about an axis parallel to the local x-direction allowed, 2. the first elastic intermediate part 31 between the foot part 23 and the adjusting element 32 also allows a rotational movement of the adjusting element 32 relative to the foot part 23 about an axis parallel to the local x-direction, 3. the second elastic intermediate part 30 connects the middle part 24 with the adjusting element 27, 4.
  • the second elastic intermediate part 33 between the Stell ⁇ element 32 and the middle part 24 is employed at an angle 2 ⁇ to the second elastic intermediate part 30, whereby at festfuren control elements 27 and 32, the second elastic intermediate parts 30 and 33 together only a rotational movement of the central part 24 allow relative to the foot part 23 about an axis parallel to the local x-direction and 5.
  • the third elastic intermediate part 36 a displacement of the head part 25 relative to the central part 24 in the local x-direction and a rotation of the head part 25 gegen ⁇ over the central part 24 to the local y-axis and the local z-axis permits.
  • the most flexible bending axis of the third elastic intermediate part 36 which represents the y axis of rotation of the head part 25 relative to the middle part 24, and the torsion axis of the third elastic intermediate part 36, which run the z axis of rotation of the head portion 25 relative to the central portion 24, through the center 40 of the third elastic intermediate portion 36.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the third elastic intermediate part 36, in which the third elastic intermediate part 36 is formed by two short leaf spring joints 36a and 36b, each of which can tilt about an axis parallel to the y direction.
  • the two leaf spring joints 36a and 36b are separated from each other by a center piece 36c.
  • the rigidity in the z-direction is increased without the translational compliance in the x-direction being reduced.
  • the longitudinal or bending axes of the leaf spring joints 36a and 36b and the center piece 36c extend in the y direction.
  • the middle piece 36c between the two leaf-spring joints 36a and 36b with slots 43 which preferably extend in the z-direction.
  • the slots 43 may be formed almost continuously to the middle or represent only short Einschnit ⁇ te.
  • a plurality of slots 43 are arranged in parallel juxtaposition, wherein the slots 43 may extend to the leaf spring joints 36a and 36b.
  • FIG. 8 it can also be provided that not only the center piece 36c is provided with slots 43, but also the leaf spring joints 36a and 36b. This measure can take place additionally or independently of the embodiment according to FIG. 7 with the slots 43. As can be seen, this results in a large number of small ones in succession in y Direction arranged leaf springs or elastic mot ⁇ parts.
  • the first elastic leaf-spring-like intermediate parts 26 and 31 can each be replaced by a short tilting joint 26 a and 31 a. As can be seen, this is achieved by a respective circular für ⁇ refraction 44 in the foot part 23, wherein the position of the circular opening 44 is selected in each case so that there is a bottleneck in the first intermediate part 26 and 31 and thus the tilting joint 26 a and 31 a results.
  • the two second leaf-spring-like elastic intermediate parts 30 and 33 can each be replaced by two short tilting joints, namely in each case a lower tilting joint 30a and 33b and in each case an upper tilting joint 30b and 33a, each by a connecting part 30c, 33c are separated.
  • the tilting joints are each formed by circular openings or cuts in the elastic intermediate parts, which form defined in this way and short bottlenecks and thus act as tilting joints.
  • leaf springs 26 and 30 as elastic intermediate parts do not have to be parallel to one another, as shown in FIGS. 3 and 4, but may also be at an angle to one another.
  • Such a configuration, each with an angle ⁇ , which opens from the adjusting elements 27 and 32 in the direction of the central part 24, can be seen from Figures 10 and 11.
  • FIG. 12 shows an embodiment of an adjustment device 21 with which a very low height in the z-direction is obtained.
  • the two angles ⁇ correspond in this case in each case to an angle ⁇ of the leaf springs 26 and 31 as the first elastic Eisentei ⁇ le to the z-axis each greater than 90 degrees.
  • the point of intersection of the planes of the leaf springs 30 and 33 should lie as the second intermediate parts with the z axis, preferably in the middle of the leaf spring 36 forming the third elastic intermediate part.
  • the adjustment device 21 shown in FIG. 12 can also be constructed in several parts.
  • the Blatt ⁇ spring 36 may be attached to the head part 25 as a separate part on the central part 24.
  • the adjusting screws 28 and 29 or 34 and 35 are not arranged on gegen ⁇ opposite sides of the adjusting elements 27 and 32, but each adjacent to each other at a distance from each other, wherein they are for actuating the associated actuating element 27th or 32 each lie on different sides of the leaf spring plane 26 and 31 respectively.
  • the leaf spring 36 is arranged as the third elastic intermediate part with the head part 25 to the foot part 23 with the leaf springs 26, 30 and 31, 33 as ers ⁇ te and second intermediate parts and the adjusting levers 27 and 32 in the x direction offset inwards.
  • the third elastic intermediate part 36 is directed downward correspondingly and the head part 25 lies below (relative to the foot part 23). Due to this configuration, the head 25 may be arranged offset on the same z-height next to the foot part 23 in the x direction.
  • the adjusting device 21 is constructed, for example, from a plurality of parts, the joining point extending between the parts in the middle part 24.
  • the local z axes of the three adjusting devices 21 not only have to be arranged parallel to the global z o axis (optical axis), but can also lie inclined thereto.
  • adjusting and fixing the adjusting elements 27 and 32 instead of adjusting screws 28, 29, 34 and 35 and other adjusting members, such.
  • FIG. 16 shows an exemplary embodiment for an application, which is particularly advantageous in the case of rotationally symmetrical optical elements, if the optical element 8 does not have to be rotated about the z o axis (optical axis) for an adjustment, so that the angle of the optical element 8 is always reset by the z o -axis to zero, if at a displacement by an adjusting at the same time a rotation about the z o -axis occurs.
  • the illustrated embodiment of FIG 16 of the same structure as the embodiments of Figures 6 to 9, which is why the same reference numerals have been retained.
  • the third intermediate part 36 is divided into two, namely two leaf spring joints 36a and 36b.
  • the optical element 8 only in XQ, yo ⁇ and zo direction displaced in translation and only tilted about the xo and yo axis, while the angle of rotation about the z o -axis is always kept at zero, the optical element 8 has instead of six degrees of freedom only five degrees of freedom. be presented.
  • the adjustment device 21 allows the head part 25 to be displaced translatably in the x direction relative to the foot part 23 and tilted about the x, y and z axes, with this mobility is made possible by the movable intermediate parts.
  • the head part 25 move relative to the foot part 23 in the x-direction translationally and just tilting around the x and y axis. In this case, the ability to rotate around the z-axis can be restricted.
  • This embodiment is shown in FIG. 16.
  • the adjusting devices 21 are deformed by "parasitic" forces resulting in a deformation of the inner ring 20 also transmitted to the optical element 8 can be and thus leads to unwanted aberrations.
  • the exemplary embodiment according to FIG. 16 is a further development of the embodiment shown in FIG. 9, a better x-translational mobility being achieved at the expense of the z-rotational mobility of the head part 25 compared to the foot part 23.
  • the distance between the leaf spring joints 36a and 36b of the third elastic intermediate part 36 in the z direction is increased.
  • a leaf spring joint is disposed as the upper leaf spring joint 36b between the middle part 24 and the head part 25 and the other leaf spring joint as lower leaf spring joints 36a between the middle part 24 and the foot part 23.
  • Both leaf spring joints 36a and 36b are tiltable or rotatable about the x-axis.
  • the lower leaf spring link 36a is arranged in each case between the lower and upper tilting joints 30a, 33b and 30b, 33a.
  • the middle part 24 then connects the leaf spring joint 36b with the tilting joint 30b and the tilting joint 33a.
  • FIG. 17 shows the embodiment of an adjusting device illustrated in FIG. 5, with additional details being given for the explanation of the following figures relating to a positioning unit.
  • the cooperating with the actuator in the form of a control lever 27 leaf spring-like compound is shown therein as a coupling a with the pivot points A2 and B2, wherein the pivot point or the pivot joint A2, the connection with the control lever 27 and the pivot point or the swivel joint B2 with the connection produces the foot part 23.
  • a coupling b is between the Dreh ⁇ joints Al to the lever 27 and the hinge Bl to Mit ⁇ telteil 24.
  • FIG. 18 shows an embodiment in which the distances between Al and Bl, A2 and B2, Cl and Dl and C2 and D2 respectively shrink to zero or in which the couplings a, b, c and d only form spring-joint pairs ,
  • Each positioning unit or adjusting device 21 again has an x-axis, a y-axis and a z-axis in a local coordinate system, the y-axis being in the tangential and the z-axis in axiomatic. oriented in all directions.
  • the outer mount 22 is fixedly connected to adjacent mounts or to an object structure, wherein the optical element 8 is positioned and adjusted with the three adjustment devices 21 relative to the outer mount 22 or the remaining objective structure.
  • Each of the three adjusting devices 21 supports the inner ring 20 together with the optical element 8 only tangentially, thus in the y direction, and in the axial direction, thus in the z direction, whereby the three adjustment devices 21 together form a statically defined bearing for the inner ring 20 and thus also for the opti ⁇ cal element 8, because the six degrees of freedom of the inner ring 20 are supported by two forces per adjusting device 21.
  • Each adjusting device 21 is divided into the foot part 23, one or more middle parts 24a, 24b, 24c, the head part 25 and the two adjusting levers 27 and 32 which are connected to each other via Kippfedergelen ⁇ ke 45a, 46a and 45b, 4 ⁇ b.
  • the head part 25 must be translationally yielding in the x direction relative to the foot part 23 and tiltable about the x, y and z axes.
  • the adjusting lever 32 is rotatably mounted in the foot part 23 with a tilt spring joint 45a, whose tilting axis is oriented parallel to the x-axis, wherein the angle of the adjusting lever 32 can be adjusted and fixed to the foot part 23 with the adjusting screws 34 and 35.
  • a tilt spring joint 46a which is offset and arranged parallel to the tilt spring joint 45a in the y-direction, connects the adjusting lever 32 to the central part 24a.
  • Kippfedergelenken 47 and 48 By the two y-direction oriented and offset in the z-direction tilting axes of Kippfedergelenken 47 and 48, the middle part 24c relative to the central part 24a in the x-direction translationally displaced and tilted about the y-axis, whereby the head part 25 with respect to the foot part 23 in the x-direction translationally displaced and can be tilted about the y-axis ,
  • a tilt spring joint 49 whose tilting axis is oriented parallel to the x-axis, connects the middle part 24c to the head part 25, so that the head part 25 can be tilted about the x-axis relative to the middle parts 24 and thus also relative to the foot part 23.
  • a (weak) Drehnachgiebtechnik of the head part 25 relative to the foot part 23 can be achieved by torsion of the tilt spring joints 47, 48 and 49.
  • the head part 25 of each adjusting device 21 can be displaced translationally in the x direction relative to the foot part 25 and can be tilted about the x, y and z axes.
  • the head part 25 In order to be able to move the optical element 8 with respect to the outer frame 22 in all six degrees of freedom, in each of the three adjusting devices 21 the head part 25 must be able to be displaced with respect to the foot part 23 in the yz plane, e.g. in a hexapod principle or a stuart platform.
  • FIG. 19 shows the adjustment possibilities in a schematic diagram with the two adjusting levers 27 and 32 as levers and the tilt spring joints 45a, 4 ⁇ a and 45b, 46b and explained in more detail below.
  • the two adjusting levers 27 and 32 each have a force arm 27a or 32a, on which the adjusting screws 28 and 29 or 34 and 35 act as adjusting elements or actuators.
  • the tilting spring joints 45a and 45b constitute the lever bearings of the adjusting levers 27 and 32.
  • the tilting spring joints 46a and 46b form the coupling points to the central portion 24.
  • a first connecting portion A (head portion 25) for connecting to the optical element and a second connecting portion B (foot portion 23 ) for connection to a Ge object in the vicinity of the optical element, in this case with the frame 22, and acting on the two tilt spring joints 46a and 46b intermediate element C (middle part 24) form a framework.
  • the approximately parallel axes of rotation lie at least approximately in one plane, wherein the middle part 24a, on which the two tilt spring joints 46a and 46b engage, lies between them.
  • the distance between the axes of rotation of the two adjusting levers between the rotating axes or tilting spring joints 45b and 46b or 45a and 46a is less than 0.1 times, preferably less than 0.01 times, the lever spacing of the Low-energy (distance of the actuators 28/29 to the tilt spring joint 45b as a lever or gerager of the two actuators 34/35 to the Kippfedergelenk 45a as a lever bearing).
  • the maximum distance between a plane spanned between the axes of rotation of the two levers 45a and 45b and a plane spanned between the tweezer hinges 46b and 46a is less than 0.1 times, preferably less than 0.01 times the distance Rotary axes 45a, 45b of the two levers 27th and 32.
  • the adjusting lever 32 is adjusted to the foot part 23 with the adjusting screws 34 and 35, the adjusting lever 32 tilts around the tilt spring joint 45a, the tilt spring joint 46a being tilted in the z direction because of the y offset to the tilt spring joint 45a. depending on the tilting direction of the Stellhe ⁇ lever 32 - is lowered or raised.
  • the middle part 24a Since the z-movement of the tilt spring joint 46a is transmitted to the middle part 24a, but on the other hand the middle part 24a is held firmly on the tilt spring joint 46b with the adjusting lever 27, the middle part 24a has to rotate about the tilt spring joint 46b. This rotation results in a pivoting movement in the yz plane for the head part 25, and likewise about the tilt spring joint 46b.
  • a y or z displacement of the head part 25 relative to the foot part 23 can be composed as a linear combination of the two pivoting movements according to FIGS. 5 and 6.
  • the structures according to the invention result in a solid-state articulation mechanism with high shock stability and, at the same time, high rigidity, so that the optical element 8 can not be excited so easily to undesired vibrations.
  • stiffer actuators or manipulators can be realized with greater flexibility in the other directions. This is important, for example, to be able to meet the dynamic requirements for large, heavy optical elements, such as mirrors.
  • a rotatability of the head part 25 relative to the foot part 23 about the z-axis is not absolutely necessary if the optical element 8 does not have to be rotated about the z-axis.
  • the head part 25 can of course also be fastened directly to the optical element 8.
  • FIG. 22 shows an embodiment in which the middle part 24b is divided between the tilt spring joints 47 and 48, whose tilting axis is oriented parallel to the y-axis, by separating cuts in the z-direction in order to achieve greater rotational compliance about the z-axis ,
  • FIG. 23 shows an embodiment in which the tilt spring joints 47 and 48 and the middle part 24b are replaced by a leaf spring 50 whose plane lies in the yz plane.
  • the spring joints between the middle part 24a and the head part 25 are compared with the embodiment according to FIG. 18.
  • the positions of the tilting spring joint 47 and that of the tilting spring joint can be determined 48 are reversed.
  • the tipping spring joint 49 can be stiffened in the y-direction by additionally connecting the head part 25 to the middle part 24c via a joint coupling consisting of joints 491a, 491b and a middle piece 491c, wherein the joint planes of FIG Joints 491a and 491b, the joint plane of the Kippfedergelenks 49 in the tilt axis of the head part 25 with respect to the central part 24c cut.
  • the head part 25 can be connected to the middle part 24c via a further joint coupling, consisting of the joints 492a, 492b and a center piece 492c, wherein the joints of the joints 492a and 492b are the joint plane of the tilt spring joint 49 in the tilting axis of the head part 25 with respect to the central part 24c cut.
  • the joint coupling consisting of the joints 491a, 491b and the middle piece 491c, can also be replaced by a leaf spring (not shown), wherein the plane of the leaf spring intersects the joint plane of the Kippfedergelenks 49 in the tilting axis of the head part 25 relative to the central part 24c.
  • the joint coupling consisting of the joints 492a, 492b and the middle piece 492c, can also be replaced by a leaf spring (not shown), wherein the plane of the leaf spring intersects the joint plane of the tilt spring joint 49 in the tilt axis of the head part 25 relative to the central part 24c.
  • the tilt spring tongue 45a can be reinforced by a hinge 451 while maintaining the original tilting axis of the tilt spring joint 45a by intersecting the planes of the tilt spring joints 45a and 451 in the tilt axis of the tilt spring joint 45a.
  • the tilt spring joint 45b can be reinforced by a hinge 452 while maintaining the original tilt axis of the tilt spring joint 45b by intersecting the planes of the joints 45b and 452 in the tilt axis of the tilt spring joint 45b.
  • the tilt spring joint 4 ⁇ a can be reinforced by a hinge 461 while retaining the original tilting axis of the tilt spring joint 46a by intersecting the planes of the joints 46a and 461 in the tilt axis of the tilt spring joint 46a.
  • the tilt spring joint 46b can likewise be reinforced by a pivot 462 while retaining the original tilt axis of the tilt spring joint 46b, as the planes of the joints 46b and 462 intersect in the tilt axis of the tilt spring joint 46b.
  • the middle part 24a can be connected to the foot part 23 in the y-direction by a joint coupling consisting of the joints 241a, 241b and the center piece 241c, the plane of the joints 241a and 241b should lie approximately on a straight line formed by the tilt spring joints 45a, 45b, 46a and 46b.
  • the middle part 24a can also be connected to the foot part 23 via a further joint coupling consisting of the joints 242a, 242b and the central piece 242c, wherein the plane of the joints 242a and 242b should lie approximately on a straight line which is formed by the tilt spring joints 45a, 45b, 46a and 46b.
  • the joint coupling consisting of the joints 241a, 241b and the middle piece 241c, can also be replaced by a leaf spring (not shown), wherein the plane of the leaf spring should be approximately on a straight line, which is also of the tilt spring joints 45a, 46a, 45b, 46b is formed.
  • the joint coupling consisting of the joints 242a, 242b and the middle piece 242c, be replaced by a leaf spring (also not shown), wherein the plane of this leaf spring should also be approximately on a straight line, which of the Kippfedergelenken 45a , 4 ⁇ a, 45b, 46b.
  • FIG. 30 shows an enlarged detail of the leaf spring-like lever 26 connected to the foot part 23 and the leaf-spring-like lever 30 connected to the middle part 24.
  • a stiffening member 52 for adjusting the rigidity of the hinge connection.
  • the stiffening element 52 may be e.g. be an electrically activatable piezoelectric element, which is arranged in the gap 51 in non-activation with game. When the piezo elements are activated, the stiffening element "thickens", so that the gap 51 is bridged and thus the play is changed from a higher rigidity to a complete clearance exclusion by closing the gap.
  • At least one of the lever bearings 45a / 45b and / or a Kippfe ⁇ dergelenk 46a / 46b of the two load arms 32b and 27b of the two levers 32 and 27 may be formed so that when Aus ⁇ steering the lever, the lever bearings a rolling movement along a relative to perform at least one connecting portion A, B or the intermediate element C stiff curved track je ⁇ Weil on a support 53, as indicated in the Fi ⁇ gur 31 (see also arrow 54).
  • lever bearing 45b shown in FIG.
  • the lever bearing 45b is mounted on an elastically yielding base 55. superimposed, whereby likewise upon deflection of the associated actuating lever 27, a movement on a curved path corresponding to the arrow 54 adjusts.
  • an elastic deformation on the tilting hinges of the two adjusting levers 27 and 32 may also be sufficient due to the inherent elasticity in the slight adjustment and adjustment movements occurring in microlithography.
  • each of the two load arms 27b and 32b of the two levers 27 and 32 or the middle part 24a be designed as a deformable compensating element.

Abstract

Eine Positioniereinheit für ein optisches Element in einer mikro­lithhographischen Projektionsbelichtungsanlage ist mit einem ersten Verbindungsbereich (A, 22) zum Verbinden mit den optischen Elementen und einem zweiten Verbindungsbereich (B, 20) zum Verbinden mit einem Gegenstand in der Nähe des optischen Elements versehen. Wenigstens zwei Hebel sind über ihre jeweiligen Hebellager mit dem zweiten Verbindungsbereich und deren jeweiliger Lastarm mittels eines Gelenks über ein an diesen Gelenken angreifendes Zwischenelement (31, 33, 36) mit dem ersten Verbindungsbereich verbunden. An den jeweiligen Kraftarmen der Hebel sind Verstelleinrichtungen (28, 29) oder Aktuatoren angeordnet, wobei in einer ersten Stellung der erste Verbindungsbereich und der zweite Verbindungsbereich relativ zueinander so angeordnet sind, dass die Hebellager wenigstens zweier Hebel und die diesen Hebeln zugeordneten Gelenke etwa parallele Drehachsen aufweisen, die in der ersten Stellung etwa in einer Ebene liegen.

Description

Positioniereinheit und Vorrichtung zur Justage für ein opti¬ sches Element
Die Erfindung betrifft eine Positioniereinheit für ein opti- sches Element in einer mikrolithographischen Projektionsbe- lichtungsanlage mit einem ersten Verbindungsbereich zum Ver¬ binden mit dem optischen Element und mit einem zweiten Ver¬ bindungsbereich zum Verbinden mit einem Gegenstand in der Nä¬ he des optischen Elementes.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Justage ei¬ nes optischen Elementes mit einer optischen Achse gegenüber einer Außenfassung in einer Objektivstruktur oder gegenüber benachbart liegenden Fassungen, wobei das optische Element über mehrere mit Verstelleinrichtungen versehene Zwischentei¬ le mit der Außenfassung verbunden ist.
Zum Stand der Technik wird auf die US 5,986,827, US 2002/0163741 Al, US 2002/0176094 Al, WO 2005/026801 A2, DE 103 44 178 Al, DE 102 26 655 Al, DE 199 10 947 Al, EP 1 312 965 Al und EP 1 209 500 A2 verwiesen.
Die vorbekannten Justagevorrichtungen besitzen zum Teil nur eine niedrige Tragfähigkeit, sind umständlich und aufwändig im Aufbau und begünstigen zum Teil auch unerwünschte Schwin¬ gungsanregungen des optischen Elements.
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für vorstehend beschriebene Justagevorrichtungen ist eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjektiv in der Mikrolithographie zur Herstellung von Halbleiterelementen, da hierfür äußerst ge¬ naue Abbildungsqualitäten erforderlich sind.
Optische Elemente können jedoch durch Fertigungs- oder Monta- geungenauigkeiten beim Einbau zu mechanischen Referenzflächen auf der Fassung dezentriert werden. Mechanische ReferenzfIa- chen können z.B. Zentrierbünde oder Fassungsflansche sein, gegenüber denen die Fassung zu einer Objektivstruktur, z.B. einem Projektionsobjektiv, ausgerichtet wird. Ebenso dienen derartige Referenzflächen auch zur Ausrichtung von einzelnen Fassungen zueinander.
Obwohl durch ein sogenanntes Einkugeln z.B. einer Linse als optischem Element vor dem Einkleben in die Innenfassung Kipp¬ toleranzen ausgeglichen werden können, kann es durch nachfol- gende Prozessschritte nach dem Einkleben trotzdem wieder zu einer Dezentrierung der Linse zu den Referenzflächen auf der Fassung kommen. Dies kann z.B. durch eine Kleberschrumpfung beim Aushärten des Klebers auftreten.
Bei bestimmten Fassungstechniken, z.B. wenn optische Elemente geklemmt werden, ist ein Einkugelprozess nur sehr schwer zu realisieren, weshalb eine Vorrichtung zur Justage des opti¬ schen Elementes zu den Referenzflächen auf der Fassung not¬ wendig wird.
Es ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Positio¬ niereinheit für ein optisches Element zu schaffen, die eine hohe Steifigkeit besitzt, wobei eine Positionierung für meh¬ rere Freiheitsgrade möglich sein sollte.
Es ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere eine Justagevorrichtung zu schaffen, bei der ein optisches Element relativ zu Referenzflächen mög- liehst in allen sechs Freiheitsgraden bewegt und entsprechend justiert werden kann, wobei trotz sehr präziser Justierung eine ausreichend hohe Steifigkeit beibehalten werden kann.
Erfindungsgemäß wird dieser Gegenstand bei einer Positionier- einheit für ein optisches Element in einer mikrolithographi¬ schen Positionsbelichtungsanlage gelöst mit einem ersten Ver- bindungsbereich A zum Verbinden mit einem optischen Element und einem zweiten Verbindungsbereich B zum Verbinden mit ei¬ nem Gegenstand in der Nähe des optischen Elements, wenigstens zwei Hebel, die über ihre jeweilige Hebellager mit dem zwei- ten Verbindungsbereich B verbunden sind, und deren jeweiliger Lastarm mittels eines Gelenks über ein an diesen Gelenken an¬ greifendes Zwischenelement C mit dem ersten Verbindungsbe¬ reich A verbunden ist, mit an den jeweiligen Kraftarmen der Hebel angeordneten Verstelleinrichtungen oder Aktuatoren, wo- bei in einer ersten Stellung der erste Verbindungsbereich A und der zweite Verbindungsbereich B relativ zueinander so an¬ geordnet sind, dass die Hebellager wenigstens zweier Hebel und die diesen Hebeln zugeordneten Gelenke etwa parallele Drehachsen aufweisen, die in der ersten Stellung etwa in ei- ner Ebene liegen.
In vorteilhafter Weise kann dabei die erste Stellung eine Grundstellung und eine zweite Stellung eine ausgelenkte Stel¬ lung der Hebel sein.
Erfindungsgemäß kann dabei der erste Verbindungsbereich A ein Kopfteil sein, das mit dem optischen Element direkt oder über einen Innenring verbunden ist. Der zweite Verbindungsbereich B kann ein Fußteil sein, der fest mit einer Außenfassung ver- bunden ist oder einen Teil der Außenfassung bildet.
Das Zwischenelement C kann wenigstens ein bewegliches Zwi¬ schenteil sein. Falls eine Verstellmöglichkeit in sechs Frei¬ heitsgraden gewünscht wird, sind entsprechend mehr Zwischen- elemente vorzusehen.
Entsprechend dem weiteren Gegenstand der Erfindung wird diese bei einer Vorrichtung, bei der ein optisches Element über Verstelleinrichtungen mit einer Außenfassung verbunden ist, dadurch gelöst, dass jede Verstelleinrichtung ein an der Außenfassung angeordnetes Fußteil aufweist, an dem bewegliche Zwischenteile derart angeordnet und mit Stellelementen ver¬ bunden sind, dass erste beweglichen Zwischenteile um eine Achse senkrecht zu einer z-Achse drehbar sind, wobei die Stellelemente über zweite bewegliche Zwischenteile direkt oder über ein Mittelteil mit dem optischen Element verbunden sind, wobei bei festgehaltenen Stellelementen die zwischen dem optischen Element oder einem Mittelteil und den Stellele¬ menten angeordneten zweiten beweglichen Zwischenteile eine Drehbewegung des optischen Elements gegenüber dem Fußteil um eine Achse senkrecht zur z-Achse erlauben.
In vorteilhafter Weise kann dabei die z-Achse auf einer Ver¬ bindungslinie zwischen Kopfteil, Mittelteil und Fußteil lie¬ gen.
Vorzugsweise ist die z-Achse die optische Achse.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die zweiten Zwischenteile in einem Winkel α zur z- Achse angeordnet sind.
Durch die erfindungsgemäße Positioniereinheit und durch die Vorrichtung wird eine exakte Positionierung und - falls er¬ forderlich - ein Verschieben und ein Verkippen des optischen Elementes zur Außenfassung noch unmittelbar vor dem Einbau in die Objektivstruktur, z.B. ein Projektionsobjektiv, möglich. Dies bedeutet, erfindungsgemäß können sämtliche Zentrierfeh¬ ler des optischen Elements zur Außenfassung korrigiert wer¬ den.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es auch möglich, das optische Element im Gebrauchsfalle nach dem Einbau der Fassung in das Objektiv nochmals zu verschieben und entspre¬ chend exakt zu positionieren.
Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Stellelemente über die zweiten beweglichen Zwischenteile mit dem Mittelteil verbunden sind, wobei das Mittelteil mit einem an einer Innenfassung oder dem optischen Element angeordneten Kopfteil verbunden ist und wobei das Mittelteil mit wenigstens einem dritten beweglichen Zwischen¬ teil derart versehen ist, dass das Kopfteil gegenüber dem Mittelteil in eine Richtung senkrecht zur z-Achse verschieb¬ bar, gegenüber dem Mittelteil um eine andere senkrecht zur z- Achse liegende und um die z-Achse drehbar ist.
Vorzugsweise ist hier die senkrecht zur z-Achse liegende Ach¬ se die x-Achse und die andere Achse ist die y-Achse.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Zwischenelemente, die vorzugsweise als Festkörpergelenke in Form von blattfe¬ derartigen Hebeln bzw. Blattfedern ausgebildet sind, ergibt sich ein Justagemechanismus, mit dem ein optisches Element relativ zur Außenfassung bei Bedarf in bis zu sechs Frei¬ heitsgraden bewegt werden kann.
Dabei können jedoch bei den Festkörpergelenken kleine Quer¬ schnitte, wie sie beim Stand der Technik vorhanden sind, ver¬ mieden werden, wodurch der gesamte Mechanismus eine erheblich höhere Schockstabilität aufweist und eine höhere Steifigkeit besitzt, so dass er nicht so leicht zu unerwünschten Schwin¬ gungen angeregt werden kann.
Darüber hinaus lässt sich die erfindungsgemäße Justagevor- richtung sehr raumsparend anordnen. Dies gilt insbesondere bezüglich einer niedrigen Bauhöhe, was durch eine geschickte Anordnung der Festkörpergelenke erreicht werden kann, weil im Gegensatz zu herkömmlichen Justagevorrichtungen die Führung für die Bewegung der Stellhebel bzw. Stellelemente in die Kippentkopplung um die x-Achse integriert ist. Auf diese Wei- se kann die Anzahl der Festkörpergelenke reduziert werden, ohne Festkörpergelenke mit sehr kleinem Querschnitt, die um zwei Achsen biegeweich sind, zu verwenden. Festkörpergelenke, die um zwei Achsen biegeweich sind, können wegen des sehr kleinen Querschnitts nur geringe Belastungen, wie sie bei Schocks auftreten, aufnehmen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den übrigen Un¬ teransprüchen und aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbe¬ lichtungsaniage;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemä¬ ßen Justagevorrichtung;
Figur 3 eine vergrößerte Darstellung einer Verstelleinrich¬ tung nach der Figur 2;
Figur 4 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung nach Fi¬ gur 2 mit Darstellung einer Verschiebemöglichkeit in y-Richtung;
Figur 5 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung nach Fi¬ gur 4 mit Darstellung einer Verschiebemöglichkeit in z-Richtung;
Figur 6 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung nach Fi- gur 3 in einer zweiten Ausgestaltung;
Figur 7 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung nach Fi¬ gur 3 in einer dritten Ausgestaltung;
Figur 8 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung nach Fi¬ gur 3 in einer vierten Ausgestaltung; Figur 9 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung nach Fi¬ gur 3 in einer fünften Ausgestaltung;
Figur 10 eine vergrößerte Darstellung einer Verstelleinrich¬ tung in einer ähnlichen Ausgestaltung wie in der Figur 3 dargestellt;
Figur 11 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung nach der Figur 10;
Figur 12 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Verstelleinrichtung in einer ähnlichen Ausgestal¬ tung wie in der Figur 3 dargestellt mit Winkeln α, die größer als 90 Grad sind;
Figur 13 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Verstelleinrichtung in einer weiteren Ausgestaltung mit einer sehr geringen Bauhöhe in z-Richtung;
Figur 14 eine perspektivische Ansicht einer Justagevorrich- tung gemäß Figur 2 von oben mit Verstelleinrichtun¬ gen, die zur optischen Achse geneigt sind;
Figur 15 eine perspektivische Ansicht einer Justagevorrich- tung gemäß Figur 10 von der Seite mit Verstellein¬ richtungen, die zur optischen Achse geneigt sind;
Figur 16 eine vergrößerte perspektivische Darstellung einer Verstelleinrichtung in einer weiteren Ausgestal¬ tung, wobei das optische Element nicht um die opti¬ sche Achse drehbar sein muss;
Figur 17 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung, die der Verstelleinrichtung nach der Figur 5 entspricht, wobei zur Erläuterung zusätzliche Angaben bezüglich der blattfederartigen Hebel und der Drehachsen auf¬ genommen sind;
Figur 18 eine Verstelleinrichtung bzw. Positioniereinheit in einer weiteren Ausführungsform;
Figur 19 eine Prinzipdarstellung mit Kraft- und Lastarmen der Hebel und mit Drehgelenken, basierend auf Figur 18;
Figur 20 und Figur 21 Darstellungen von Bewegungsmöglichkeiten für das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 18;
Figur 22 eine weitere Ausführungsform mit einer größeren Drehnachgiebigkeit um die z-Achse;
Figur 23 eine Ausführungsform, ähnlich der Figur 22 in ein¬ facherer Form;
Figur 24 und Figur 25 zwei weitere Ausführungsformen von Positionier¬ einheiten;
Figur 26 eine Ausführungsform mit einer Versteifung in y- Richtung;
Figur 27 eine Ausführungsform, bei der die mit den Stellhe¬ beln verbundenen Gelenke verstärkt sind;
Figur 28 eine Ausführungsform, wobei ebenfalls Stellhebel als Stellelemente und damit zusammenarbeitende Ge¬ lenke verstärkt sind;
Figur 29 eine Ausführungsform, wobei- ein Mittelteil in y- Richtung durch eine Gelenkkoppel versteift ist; Figur 30 ausschnittsweise eine Vergrößerung der Figur 3 mit den beiden blattfederartigen Hebeln zwischen Fu߬ teil und dem Mittelteil in einer anderen Ausgestal- tung;
Figur 31 ausschnittsweise die Prinzipdarstellung nach der Figur 19 mit einem Hebellager in einer anderen Aus¬ gestaltung; und
Figur 32 ausschnittsweise die Prinzipdarstellung nach der Figur 19 mit einem Hebellager in einer weiteren Ausgestaltung in ähnlicher Form wie die in der Fi¬ gur 31 dargestellten Ausgestaltung.
In Figur 1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithographie dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium be- steht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips.
Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im wesentli¬ chen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer git¬ terartigen Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Re- ticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur Halterung, Bewe¬ gung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und ei- ner Abbildungseinrichtung nämlich einem Projektionsobjektiv 7 mit mehreren optischen Elementen, wie z.B. Linsen 8, die über Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 10 des Projektionsobjek¬ tives 7 gelagert sind.
Das grundsätzliche Funktiohsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 verkleinert abgebildet werden.
Nach einer erfolgten Belichtung wird der Wafer 2 in Pfeil¬ richtung weiterbewegt, so dass auf dem selben Wafer 2 eine Vielzahl von einzelnen Feldern, jeweils mit der durch das Re- ticle 5 vorgegebenen Struktur, belichtet wird. Aufgrund der schrittweisen Vorschubbewegung des Wafers 2 in der Projekti- onsbelichtungsanlage 1 wird diese häufig auch als Stepper be¬ zeichnet.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11, beispielsweise Licht oder eine ähnliche elektromagneti¬ sche Strahlung, bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und derglei- chen aufweist.
Über den Projektionsstrahl 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf.
Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, ist das optische Element z.B. die Linse 8, in einem Innenring 20 gelagert, der über drei Verstelleinrichtungen 21 mit einer Außenfassung 22 ver¬ bunden ist. Die drei Verstelleinrichtungen 21 tragen das Ge¬ wicht des Innenrings 20 und des optischen Elements, nämlich der Linse 8. Selbstverständlich kann jedoch anstelle der Lin¬ se 8 auch ein anderes optisches Element in dem Innenring 20 gelagert sein, wie z.B. ein Spiegel.
Die Außenfassung 22 ist mit benachbarten Außenfassungen oder einer Objektivstruktur, z.B. dem Objektivgehäuse nach der Fi- gur 1, fest verbunden. Dabei stellen Schnittstellen bzw. Re¬ ferenzflächen 22a, 22b und 22c der Außenfassung 22 mit den benachbart dazu liegenden Außenfassungen oder mit dem Objek¬ tivgehäuse 10 die Referenzgeometrie auf der Außenfassung 22 dar, zu der das optische Element 8 ausgerichtet werden muss. Die Referenzfläche 22a an der Außenfassung 22 repräsentiert die xo-Richtung, wobei die xo~Achse des globalen Koordinaten¬ systems hierzu senkrecht zu der Referenzfläche 22a steht. Die xo-Position der Linse 8 zur Außenfassung 22 kann von der Re¬ ferenzfläche 22a aus gemessen werden.
Senkrecht zur Referenzfläche 22a liegt die Referenzfläche 22b auf der Außenfassung 22. Die Referenzfläche 22b repräsentiert die yo-Achse des globalen Koordinatensystems, die senkrecht zur Referenzfläche 22b steht. Die yo-Position des optischen Elements, nämlich der Linse 8, zur Außenfassung 22 kann von der Referenzfläche 22b aus gemessen werden.
Die Referenzfläche 22c liegt an der Unterseite der Außenfas¬ sung 22 und repräsentiert die Zo-Achse des globalen Koordina- tensystems. Die zo-Achse stellt die optische Achse des Pro¬ jektionsobjektivs 7 dar. Von der Referenzfläche 22c aus wird die Zo-Position und die Verkippung um die senkrecht zur z0- Achse liegende xo-Achse und yo-Achse der Linse 8 gemessen.
Die Referenzfläche 22c eignet sich auch zur Befestigung der Außenfassung 22 an der Objektivstruktur.
Selbstverständlich sind die in der Figur 2 dargestellten An¬ ordnungen der Referenzflächen 22a, 22b und 22c nur als bei- spielhaft anzusehen. Es sind im Rahmen der Erfindung auch an¬ dere Anordnungen von Referenzflächen möglich, die z.B. auch auf polaren Koordinaten beruhen können.
Jede Verstelleinrichtung 21 gliedert sich in ein Fußteil 23, ein Mittelteil 24 und ein Kopfteil 25. Dabei ist das Fußteil 23 fest mit der Außenfassung 22 und das Kopfteil 25 fest mit dem Innenring 20 verbunden.
Wie aus Figur 2 und der vergrößerten Darstellung in Figur 3 ersichtlich ist, weist jede Verstelleinrichtung 21 in einem lokalen Koordinatensystem (bezogen auf die jeweilige Ver¬ stelleinrichtung) eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse auf.
Die lokale z-Achse liegt auf der Verbindungslinie zwischen Kopfteil 25, Mittelteil 24 und Fußteil 23. Die x- und y- Achsen liegen in einer senkrecht dazu liegenden Ebene. Die z- Achse liegt im allgemeinen parallel zur optischen Achse.
Ein biegsames bzw. elastisches erstes Zwischenteil 26 in Form einer blattfederartigen Verbindung bzw. Koppel verbindet ein Stellelement 27 schwenkbar um die x-Achse mit dem Fußteil 23. Hierfür ist das erste elastische Zwischenteil 26 so orien¬ tiert, dass es eine Biegung um die x-Achse zulässt. Mit Stellschrauben 28, 29 kann der Schwenkwinkel des Stellelemen- tes "27 gegenüber dem Fußteil 23 eingestellt und fixiert wer¬ den. Wie insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist, sind die beiden Stellschrauben 28, 29 jeweils in Gewindebohrungen des Fußteils 23 aufgenommen. Hierzu bildet das Fußteil 23 in die¬ sem Bereich ein U-Teil, zwischen dessen Schenkel das Stell- element 27 aufgenommen ist. Das Stellelement 27 kann somit zwischen den Enden der beiden Stellschrauben 28 und 29 einge¬ klemmt werden. Durch eine Verstellung der Stellschrauben 28, 29 ist das Stellelement 27 um eine Achse in x-Richtung schwenkbar ist.
Eine biegsame bzw. elastische Verbindung zwischen dem Stell- element 27 und dem Mittelteil 24 wird ebenfalls durch ein zweites elastisches Zwischenteil 30 in Form einer blattfeder¬ artigen Verbindung bzw. Koppel realisiert. Das zweite elasti¬ sche Zwischenteil 30 ist in einem Winkel α zur z-Achse ange- stellt und lässt sich um die x-Achse biegen. Weil die biege¬ weiche Achse des zweiten elastischen Zwischenteils 30 paral¬ lel zur lokalen x-Richtung orientiert ist, stellt sie eine um die x-Achse drehbewegliche und gleichzeitig senkrecht zur Ebene des elastischen Zwischenteiles bzw. der Blattfeder 30 translationsbewegliche Verbindung des Stellelements 27 mit dem Mittelteil 24 dar.
In gleicher Weise wie bei dem Stellelement 27 mit dem ersten Zwischenteil 26 verbindet ein erstes biegsames bzw. elasti- sches Zwischenteil 31, ebenfalls in Form einer blattfederar¬ tigen Verbindung bzw. Koppel, ein Stellelement 32 schwenkbar um die x-Achse mit dem Fußteil 23. Zu diesem Zweck ist das erste elastische Zwischenteil 31 so orientiert, dass es eine Biegung um die lokale x-Achse zulässt.
Als biegsame Verbindung zwischen dem Stellelement 32 und dem Mittelteil 24 dient wiederum wie das zweite Zwischenteil 30 ein zweites elastisches Zwischenteil 33 in Form einer blatt¬ federartigen Verbindung bzw. Koppel. Das zweite elastische Zwischenteil 33 ist symmetrisch zu dem zweiten elastischen Zwischenteil 30 in einem Winkel α zur z-Achse angestellt und lässt sich um die x-Achse biegen. Weil die biegeweiche Achse des zweiten elastischen Zwischenteiles 33 parallel zur x- Achse orientiert ist, stellt sie eine um die x-Achse drehbe- wegliche und gleichzeitig senkrecht zur Ebene des zweiten elastischen Zwischenteils 33 bzw. der Blattfederebene dieses Teils eine translatorische Verbindung des Stellelements 32 mit dem Mittelteil 24 dar. Ebenso wie das Stellelement 27 ist das Stellelement 32 mit Stellschrauben 34 und 35 zu dem in diesem Bereich ebenfalls U-förmigen Fußteil 23 fixiert. Gleichzeitig kann die Lage des Stellelementes 32 durch ein entsprechendes Verstellen der Stellschrauben 34 und 35 geän¬ dert werden.
Durch die beschriebene Lagerung und Führung der Stellelemente 27 und 32 kann sich das Mittelteil 24 gegenüber dem Fußteil 23 um eine gedachte Schnittachse der verlängernden Ebenen der zweiten elastischen Zwischenteile bzw. Blattfedern 30 und 33 drehen. Weil dabei die biegeweichen Achsen der zweiten elas¬ tischen Zwischenteile 30 und 33 parallel zur x-Achse orien- tiert sind, ist die von den Ebenen der zweiten elastischen Zwischenteile 30 und 33 gebildete Schnittachse und damit auch die Drehachse des Mittelteiles 24 gegenüber dem Fußteil 23 ebenfalls parallel zur x-Achse.
Das Mittelteil 24 wiederum ist mit einem dritten biegsamen bzw. elastischen Zwischenteil 36 in Form einer Blattfeder mit dem Kopfteil 25 so verbunden, dass sich das Kopfteil 25 durch eine S-förmige Biegung des dritten elastischen Zwischenteils 36 gegenüber dem Mittelteil 24 in x-Richtung verschieben und durch eine einfache Biegung des dritten elastischen Zwischen¬ teils 36 sich um die y-Achse drehen lässt. Durch eine Torsion des dritten elastischen Zwischenteiles 36, welches in der Ebene der z-Achse liegt, lässt sich das Kopfteil 25 gegenüber dem Mittelteil 24 um die z-Achse drehen.
Alle elastischen Zwischenteile 26, 30, 31, 33 und 36, welche als Blattfedern ausgebildet sind, sind Festkörpergelenke, welche somit jeweils mit den benachbart dazu liegenden Teilen bzw. damit verbundenen Nachbarteilen einstückig sind. Selbst- verständlich können die Blattfedern auch separate Teile sein.
Die Anordnung der zweiten elastischen Zwischenteile 30 und 33 zu den ersten elastischen Zwischenteilen 26 und 31 erlaubt bei festgehaltenen Stellelementen 27 und 32 eine Drehung des Mittelteils 24 und des Kopfteils 25 gegenüber dem Fußteil 23 um eine Schnittachse, die von den Ebenen der zweiten elasti- sehen Zwischenteile bzw. Blattfedern 30 und 33 gebildet wird.
Da sich das Mittelteil 24 gegenüber dem Fußteil 23 um die x- Achse verdrehen lässt, und das Kopfteil 25 gegenüber dem Mit- telteil 24 sich in x-Richtung verschieben und um die y-Achse und die z-Achse verdrehen lässt, lässt sich auch das Kopfteil 25 gegenüber dem Fußteil 23 in x-Richtung verschieben und um die x-, y- und z-Achse verdrehen.
In einer kinematisch sehr günstigen Ausgestaltung sind die Ebenen der Blattfedern bzw. die Ebenen der zweiten elasti¬ schen Zwischenteile 30 und 33 so mit ihren Winkeln α zur z- Achse angestellt, dass sie sich in einem Mittelpunkt 40 der Blattfeder bzw. des dritten elastischen Zwischenteils 36 schneiden (siehe Figur 4) . Auf diese Weise gehen alle drei Drehachsen des Kopfteils 25 gegenüber dem Fußteil 23 durch den Mittelpunkt 40 der Blattfeder bzw. des dritten elasti¬ schen Zwischenteils 36. Durch diese Ausgestaltung hält jede Verstelleinrichtung 21 per festgehaltenen Stellelementen 27 und 32 nur zwei Translationsfreiheitsgrade in y- und z- Richtung fest. Die drei Verstelleinrichtungen 21 bilden auf diese Weise für den Innenring 20 eine statisch bestimmte La¬ gerung in ähnlicher Weise wie bei einem Hexapod mit drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden. Dies wird dadurch erreicht, dass man pro Verstelleinrichtung zwei translatorische Freiheitsgrade verstellen kann, z.B. die lo¬ kale z-Richtung und die lokale y-Richtung.
Bei jeder Verstelleinrichtung 21 kann durch Einstellen eines Schwenkwinkels ß der Stellelemente 27 und 32 durch eine ent¬ sprechende Verstellung über die Stellschrauben 28, 29, 34, 35 das Kopfteil 25 gegenüber dem Fußteil 23 in y- und in z- Richtung verschoben werden. Werden die Stellelemente 27 und 32 gleichsinnig geschwenkt, so ergibt sich für das Kopfteil 25 eine Verschiebung in y-Richtung gegenüber dem Fußteil 23 (siehe Pfeil 41 in der Figur 4) . Werden die Stellelemente 27 und 32 gegensinnig geschwenkt, ergibt sich für das Kopfteil 25 eine Verschiebung in z-Richtung gegenüber dem Fußteil 23 (siehe Pfeil 42 in Figur 5) .
Gemäß Figur 2 kann somit das optische Element 8 kann gegen¬ über der Außenfassung 22 in X0- und yo-Richtung verschoben und um die zo-Achse gedreht werden, indem die Kopfteile 25 der Verstelleinrichtungen 21 in ihrer jeweiligen lokalen y- Richtung verschoben werden.
Eine Zo-Verschiebung (optische Achse) und Verkippungen um die X0- und yo-Achse des optischen Elementes 8 gegenüber der Außenfassung 22 können durch eine Verschiebung des Kopfteils 25 der Verstelleinrichtung 21 in ihrer jeweils lokalen z- Richtung erreicht werden.
Wie ersichtlich, besteht jede Verstelleinrichtung 21 somit aus einem Fußteil 23, zwei Stellelementen 27 und 32, einem Mittelteil 24 und einem Kopfteil 25, die untereinander über die elastischen Zwischenteile 26, 30, 31, 33 und 36 in Form von Blattfedern als Festkörpergelenke verbunden sind.
Bei einer Betrachtung in dem jeweiligen lokalen Koordinaten- system sind die elastischen Zwischenteile dabei so angeord¬ net, dass 1. das erste elastische Zwischenteil 26 zwischen dem Fußteil 23 und dem Stellelement 27 eine Drehbewegung des Stell¬ elementes 27 gegenüber dem Fußteil 23 um eine Achse pa- rallel zur lokalen x-Richtung erlaubt, 2. das erste elastische Zwischenteil 31 zwischen dem Fußteil 23 und dem Stellelement 32 ebenfalls eine Drehbewegung des Stellelementes 32 gegenüber dem Fußteil 23 um eine Achse parallel zur lokalen x-Richtung erlaubt, 3. das zweite elastische Zwischenteil 30 das Mittelteil 24 mit dem Stellelement 27 verbindet, 4. das zweite elastische Zwischenteil 33 zwischen dem Stell¬ element 32 und dem Mittelteil 24 in einem Winkel 2α zu dem zweiten elastischen Zwischenteil 30 angestellt ist, wodurch bei festgehaltenen Stellelementen 27 und 32 die zweiten elastischen Zwischenteile 30 und 33 zusammen nur eine Drehbewegung des Mittelteiles 24 gegenüber dem Fußteil 23 um eine Achse parallel zur lokalen x-Richtung erlauben und 5. das dritte elastische Zwischenteil 36 eine Verschiebung des Kopfteils 25 gegenüber dem Mittelteil 24 in lokaler x-Richtung und eine Verdrehung des Kopfteiles 25 gegen¬ über dem Mittelteil 24 um die lokale y-Achse und die lo¬ kale z-Achse zulässt.
Die Anstellung der beiden zweiten elastischen Zwischenteile 30 und 33 in einem Winkel 2α zueinander und eine Symmetrie zur lokalen z-Achse bezüglich jeden Winkels α ergibt sich ein symmetrischer Aufbau der Verstelleinrichtung 21. Selbstver- ständlich ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, hier andere Winkelstellungen zu wählen.
Die Wahl der Anordnung der zweiten elastischen Zwischenteile 30 und 33 derart, dass sich die verlängert gedachten Ebenen dieser beiden elastischen Zwischenteile in dem Mittelpunkt 40 des dritten elastischen Zwischenteils 36 schneiden, ist kine¬ matisch von Vorteil.
Wie aus den Figuren 3 und 4 weiterhin ersichtlich ist, ver- läuft die nachgiebigste Biegeachse des dritten elastischen Zwischenteils 36, die die y-Drehachse des Kopfteils 25 gegen¬ über dem Mittelteil 24 darstellt, und die Torsionsachse des dritten elastischen Zwischenteils 36, die die z-Drehachse des Kopfteiles 25 gegenüber dem Mittelteil 24 darstellt, durch den Mittelpunkt 40 des dritten elastischen Zwischenteils 36. Auf diese Weise schneiden sich die x-, y- und die z-Achse des Kopfteiles 25 gegenüber dem Fußteil 23 im Mittelpunkt 40 des dritten elastischen blattfederartigen Zwischenteils 36.
Aus der Figur 6 ist eine Ausgestaltung des dritten elasti- sehen Zwischenteiles 36 ersichtlich, bei der das dritte elas¬ tische Zwischenteil 36 durch zwei kurze Blattfedergelenke 36a und 36b gebildet ist, die jeweils um eine Achse parallel zur y-Richtung kippen können. Die beiden Blattfedergelenke 36a und 36b sind durch ein Mittelstück 36c voneinander getrennt. Durch diese Ausgestaltung wird die Steifigkeit in z-Richtung erhöht, ohne dass die Translationsnachgiebigkeit in x- Richtung herabgesetzt wird. Die Längs- bzw. Biegeachsen der Blattfedergelenke 36a und 36b und die des Mittelstücks 36c verlaufen in y-Richtung.
Durch die Ausgestaltung nach der Figur 6 wird jedoch eine ge¬ wünschte z-Drehbeweglichkeit des Kopfteiles 25 gegenüber dem Mittelteil 24 etwas eingeschränkt. Aus diesem Grunde ist ge¬ mäß Ausführungsbeispiel nach der Figur 7 vorgeschlagen, das Mittelstück 36c zwischen den beiden Blattfedergelenken 36a und 36b mit Schlitzen 43 zu versehen, die bevorzugt in z- Richtung verlaufen. Die Schlitze 43 können fast durchgehend bis zur Mitte ausgebildet sein oder auch nur kurze Einschnit¬ te darstellen. Wie aus Figur 7 ersichtlich ist, sind eine Vielzahl von Schlitzen 43 parallel nebeneinander angeordnet, wobei sich die Schlitze 43 bis zu den Blattfedergelenken 36a und 36b erstrecken können. Durch diese Ausgestaltung wird wiederum eine hohe Drehbeweglichkeit in z-Richtung erreicht.
In einer weiteren in der Figur 8 dargestellten Ausführungs¬ form kann dabei auch vorgesehen sein, dass nicht nur das Mit¬ telstück 36c mit Schlitzen 43 versehen ist, sondern auch die Blattfedergelenke 36a und 36b. Diese Maßnahme kann zusätzlich oder auch unabhängig von der Ausgestaltung nach der Figur 7 mit den Schlitzen 43 erfolgen. Wie ersichtlich ergibt sich auf diese Weise eine Vielzahl kleiner hintereinander in y- Richtung angeordneter Blattfedern bzw. elastischer Zwischen¬ teile.
Wie aus der Figur 9 ersichtlich ist, können die ersten elas- tischen blattfederartigen Zwischenteile 26 und 31 jeweils durch ein kurzes Kippgelenk 26a und 31a ersetzt werden. Wie ersichtlich wird dies durch jeweils eine kreisförmige Durch¬ brechung 44 in dem Fußteil 23 erreicht, wobei die Lage der kreisförmigen Durchbrechung 44 jeweils so gewählt ist, dass sich eine Engstelle in dem ersten Zwischenteil 26 bzw. 31 und damit das Kippgelenk 26a bzw. 31a ergibt.
Aus der Figur 9 ist weiterhin auch ersichtlich, dass sich die beiden zweiten blattfederartigen elastischen Zwischenteile 30 und 33 jeweils durch zwei kurze Kippgelenke, nämlich jeweils ein unteres Kippgelenk 30a und 33b und jeweils ein oberes Kippgelenk 30b und 33a ersetzen lassen, die jeweils durch ein Verbindungsteil 30c, 33c getrennt sind. Auch hier werden die Kippgelenke jeweils durch kreisförmige Durchbrechungen bzw. Einschnitte in den elastischen Zwischenteilen gebildet, die auf diese Weise definierte und kurze Engstellen bilden und somit als Kippgelenke wirken.
Die Blattfedern 26 und 30 als elastische Zwischenteile müssen nicht wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt parallel zuein¬ ander sein, sondern können auch in einem Winkel zueinander stehen. Das gleiche gilt auch für die Blattfedern 31 und 33 als elastische Zwischenelemente. Eine derartige Ausgestaltung mit jeweils einem Winkel γ, der sich von den Stellelementen 27 und 32 aus in Richtung auf das Mittelteil 24 öffnet, ist aus den Figuren 10 und 11 ersichtlich.
Aus der Figur 12 ist eine Ausgestaltung einer Verstellein¬ richtung 21 ersichtlich, mit der man eine sehr geringe Bauhö- he in z-Richtung erhält. Wie daraus ersichtlich ist, entspre¬ chen die beiden Winkel α in diesem Falle jeweils einem Winkel α der Blattfedern 26 und 31 als erste elastische Zwischentei¬ le der zur z-Achse jeweils größer als 90 Grad ist. Dabei kann der Schnittpunkt der Ebenen der Blattfedern 30 und 33 als zweite Zwischenteile mit der z-Achse außerhalb der Blattfeder 36 als drittes Zwischenteil liegen, so dass auch die lokale x- und y-Achse der Verstelleinrichtung 21 außerhalb der Blattfeder 36 liegt.
Für eine möglichst günstige Kinematik sollte jedoch der Schnittpunkt der Ebenen der Blattfedern 30 und 33 als zweite Zwischenteile mit der z-Achse möglichst in der Mitte der das dritte elastische Zwischenteil bildenden Blattfeder 36 lie¬ gen.
Die in der Figur 12 dargestellte Verstelleinrichtung 21 kann auch mehrstückig aufgebaut sein. Hierzu kann z.B. die Blatt¬ feder 36 mit dem Kopfteil 25 als separates Teil am Mittelteil 24 befestigt sein.
Durch die Ausgestaltung der Winkel α größer als 90 Grad sind die Stellschrauben 28 und 29 bzw. 34 und 35 nicht auf gegen¬ überliegenden Seiten der Stellelemente 27 und 32 angeordnet, sondern jeweils nebeneinander auf Abstand zueinander, wobei sie zur Betätigung des dazu gehörenden Stellelements 27 bzw. 32 jeweils auf unterschiedlichen Seiten der Blattfederebene 26 bzw. 31 liegen.
Eine weitere Möglichkeit Bauhöhe in z-Richtung einzusparen, ist in der Figur 13 dargestellt. Hierzu ist die Blattfeder 36 als drittes elastisches Zwischenteil mit dem Kopfteil 25 zu dem Fußteil 23 mit den Blattfedern 26, 30 und 31, 33 als ers¬ te und zweite Zwischenteile und den Stellhebeln 27 und 32 in x-Richtung nach innen versetzt angeordnet. Aus diesem Grunde ist das dritte elastische Zwischenteil 36 entsprechend nach unten gerichtet und das Kopfteil 25 liegt darunter (bezogen auf das Fußteil 23) . Durch diese Ausgestaltung kann das Kopf- teil 25 auf gleicher z-Bauhöhe neben dem Fußteil 23 in x- Richtung versetzt angeordnet sein.
Auch in der Figur 13 ist die Verstelleinrichtung 21 bei- spielsweise aus mehreren Teilen aufgebaut, wobei die Fü¬ gestelle zwischen den Teilen im Mittelteil 24 verläuft.
Aus den Figuren 14 und 15 ist ersichtlich, dass die lokalen z-Achsen der drei Verstelleinrichtungen 21 nicht nur parallel zu der globalen zo-Achse (optische Achse) angeordnet werden müssen, sondern auch geneigt zu dieser liegen können.
Selbstverständlich können zur Verstellung und Fixierung der Stellelemente 27 und 32 anstelle von Stellschrauben 28, 29, 34 und 35 auch andere Verstellglieder vorgesehen sein, wie z.B. elektromagnetisch, piezoaktuatorische, pneumatische, magnetostriktive, hydraulische Antriebe und ähnliche mechani¬ sche oder motorische Antriebe.
In der Figur 16 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Einsatzfall dargestellt, welcher besonders vorteilhaft bei rotationssymmetrischen optischen Elementen interessant ist, wenn das optische Element 8 für eine Justierung nicht um die zo-Achse (optische Achse) gedreht werden muss, so dass der Winkel des optischen Elements 8 um die zo-Achse immer auf Null zurückgestellt wird, falls bei einer Verschiebung durch eine Verstelleinrichtung gleichzeitig auch eine Verdrehung um die zo-Achse auftritt. Grundsätzlich ist das dargestellte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 16 von gleichem Aufbau wie die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 6 bis 9, weshalb auch hier die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden sind. Ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 6 bis 9 ist auch hier das dritte Zwischenteil 36 zweigeteilt, nämlich in zwei Blattfedergelenke 36a und 36b.
Wenn das optische Element 8 nur in XQ-, yo~ und zo-Richtung translatorisch verschoben und nur um die xo~ und_ yo~Achse ge¬ kippt werden muss, während der Drehwinkel um die zo-Achse im¬ mer auf Null gehalten wird, muss das optische Element 8 statt in sechs Freiheitsgraden nur in fünf Freiheitsgraden ver- stellt werden.
Wenn dabei die lokalen z-Achsen der Verstelleinrichtungen 21 parallel zur zo-Achse des optischen Elements 8, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, liegen und wenn das optische Element 8 nicht um die zo-Achse gedreht wird, kann die Dreh¬ beweglichkeit des Kopfteils 25 gegenüber dem Fußteil 23 um die lokale z-Achse ohne große Einbußen in der Funktion einge¬ schränkt werden.
Bei den in den Figuren 2 bis 13 dargestellten Ausführungsbei¬ spielen lässt sich durch die Verstelleinrichtungen 21 das Kopfteil 25 gegenüber dem Fußteil 23 in x-Richtung translato¬ risch verschieben und um die x-, y- und z-Achse verkippen, wobei diese Beweglichkeit durch die beweglichen Zwischenteile ermöglicht wird.
Unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen (keine Drehung um die zo-Achse des optischen Elementes 8 und Parallelität der lokalen z-Achsen zur zo-Achse) sind Verstelleinrichtungen 21 einsetzbar, wobei deren Kopfteil 25 sich gegenüber dem Fußteil 23 in x-Richtung translatorisch verschieben und nur um die x- und y-Achse verkippen lässt. Dabei kann die Dreh¬ barkeit um die z-Achse eingeschränkt sein. Diese Ausführungs¬ form ist in der Figur 16 dargestellt.
Weil die Beweglichkeit des Kopfteils 25 gegenüber dem Fußteil 23 durch die beweglichen Zwischenteile, deren Beweglichkeit jedoch nicht kraftfrei, sondern kraftabhängig ist, realisiert wird, kommt es beim Verstellen der Verstelleinrichtungen 21 durch "parasitäre" Kräfte zu einer Deformation des Innenrin¬ ges 20, welche auch auf das optische Element 8 übertragen werden kann und damit zu unerwünschten Abbildungsfehlern führt .
Diese nachteilige Deformation des Innenrings 20 bzw. des op- tischen Elements 8 kann jedoch verringert werden, wenn die elastischen Zwischenteile 26, 31, 30, 33 und 36 jeweils in ihren beweglichen Richtungen weicher gestaltet werden.
In diesem Sinne ist das Ausführungsbeispiel nach der Figur 16 eine Weiterentwicklung der in der Figur 9 dargestellten Aus¬ führungsform, wobei eine bessere x-Translationsbeweglichkeit zu Lasten der z-Rotationsbeweglichkeit des Kopfteils 25 ge¬ genüber dem Fußteil 23 erreicht wird.
Um diese bessere x-Translationsbeweglichkeit des Kopfteils 25 gegenüber dem Fußteil 23 zu erreichen, wird der Abstand zwi¬ schen den Blattfedergelenken 36a und 36b des dritten elasti¬ schen Zwischenteils 36 in z-Richtung vergrößert.
Wie ersichtlich, ist von den beiden Blattfedergelenken 36a und 36b ein Blattfedergelenk als oberes Blattfedergelenk 36b zwischen dem Mittelteil 24 und dem Kopfteil 25 und das andere Blattfedergelenk als unteres Blattfedergelenke 36a zwischen dem Mittelteil 24 und dem Fußteil 23 angeordnet. Beide Blatt- federgelenke 36a und 36b sind um die x-Achse kipp- bzw. dreh¬ bar. Durch diese Ausgestaltung ist das untere Blattfederge¬ lenk 36a jeweils zwischen den unteren und oberen Kippgelenken 30a, 33b und 30b, 33a angeordnet.
Durch den Wegfall der Schlitze 43 in dem Mittelstück 36c bzw. Mittelteil 24 wird die Drehfestigkeit des Kopfteils 25 gegen¬ über dem Fußteil 23 um die z-Achse erhöht. Dies ist jedoch bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 16 mit keiner Funktionseinbuße verbunden.
Durch das Verschieben des Blattfedergelenks 36a unter die beiden oberen Kippgelenke 30b und 33a wird das Verbindungs¬ teil 30c in die Verbindungsteile 30c und 3Od und das Verbin¬ dungsteil 33c in die Verbindungsteile 33c und 33d jeweils zweigeteilt. In diesem Fall verbindet das Mittelteil 24 dann das Blattfedergelenk 36b mit dem Kippgelenk 30b und dem Kipp¬ gelenk 33a.
Die Figur 17 zeigt das in der Figur 5 dargestellte Ausfüh¬ rungsbeispiel einer Verstelleinrichtung, wobei zur Erläute- rung der nachfolgenden eine Positioniereinheit betreffenden Figuren zusätzliche Angaben gemacht wurden. Die mit dem Stellelement in Form eines Stellhebels 27 zusammenarbeitende blattfederartige Verbindung ist darin als Koppel a mit den Drehpunkten A2 und B2 dargestellt, wobei der Drehpunkt bzw. das Drehgelenk A2 die Verbindung mit dem Stellhebel 27 und der Drehpunkt bzw. das Drehgelenk B2 die Verbindung mit dem Fußteil 23 herstellt. Eine Koppel b liegt zwischen den Dreh¬ gelenken Al zum Stellhebel 27 und dem Drehgelenk Bl zum Mit¬ telteil 24. Gleiches gilt für die Koppel c, die zwischen dem Drehgelenk C2 zu dem Stellelement 32 und dem Drehgelenk D2 zu dem Fußteil 23 und der Koppel d, die zwischen dem Drehgelenk Cl zu dem Stellhebel 32 und dem Drehgelenk Dl zu dem Mittel¬ teil 24 liegt.
In der Figur 18 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der jeweils die Abstände zwischen Al und Bl, A2 und B2, Cl und Dl und C2 und D2 zu Null schrumpfen bzw. bei denen die Koppeln a, b, c und d nur noch Federgelenkpaare bilden.
Soweit die in dieser und auch in den nachfolgenden Figuren beschriebenen Teile den Teilen entsprechen, wie in den Figu¬ ren 2 bis 16 dargestellt, wurden hierfür auch die gleichen Bezugszeichen übernommen. Jede Positioniereinheit bzw. Ver¬ stelleinrichtung 21 weist wiederum in einem lokalen Koordina- tensystem eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse auf, wobei die y-Achse in der tangentialen und die z-Achse in axi- aler Richtung orientiert ist.
Die Außenfassung 22 ist mit Nachbarfassungen oder einer Ob¬ jektivstruktur fest verbunden, wobei das optische Element 8 mit den drei Verstelleinrichtungen 21 gegenüber der Außenfas- sung 22 bzw. der übrigen Objektivstruktur positioniert und justiert wird.
Jede der drei Verstelleinrichtungen 21 stützt den Innenring 20 samt optischem Element 8 nur in tangentialer, somit in y- Richtung, und in axialer, somit in z-Richtung ab, wodurch die drei Verstelleinrichtungen 21 zusammen eine statisch bestimm¬ te Lagerung für den Innenring 20 und damit auch für das opti¬ sche Element 8 ergeben, weil die sechs Freiheitsgrade des In- nenrings 20 durch je zwei Kräfte pro Verstelleinrichtung 21 abgestützt werden.
Jede Verstelleinrichtung 21 gliedert sich in das Fußteil 23, ein oder mehrere Mittelteile 24a, 24b, 24c, das Kopfteil 25 und die beiden Stellhebel 27 und 32, die über Kippfedergelen¬ ke 45a, 46a und 45b, 4βb miteinander verbunden sind.
Damit nur eine Kraft in y- und in z-Richtung pro Verstellein¬ richtung 21 übertragen wird, muss das Kopfteil 25 gegenüber dem Fußteil 23 in x-Richtung translatorisch nachgiebig und um die x-, y- und z-Achse kippbar sein.
Der Stellhebel 32 ist dabei mit einem Kippfedergelenk 45a, dessen Kippachse parallel zur x-Achse orientiert ist, drehbar im Fußteil 23 gelagert, wobei der Winkel des Stellhebels 32 zum Fußteil 23 mit den Stellschrauben 34 und 35 eingestellt und fixiert werden kann. Ein Kippfedergelenk 46a, das zum Kippfedergelenk 45a in y-Richtung versetzt und parallel zu diesem angeordnet ist, verbindet den Stellhebel 32 mit dem Mittelteil 24a. Durch die beiden in y-Richtung orientierten und in z-Richtung versetzte Kippachsen von Kippfedergelenken 47 und 48 kann das Mittelteil 24c gegenüber dem Mittelteil 24a in x-Richtung translatorisch verschoben und um die y- Achse gekippt werden, womit auch das Kopfteil 25 gegenüber dem Fußteil 23 in x-Richtung translatorisch verschoben und um die y-Achse gekippt werden kann. Ein Kippfedergelenk 49, des¬ sen Kippachse parallel zur x-Achse orientiert ist, verbindet das Mittelteil 24c mit dem Kopfteil 25, so dass das Kopfteil 25 gegenüber den Mittelteilen 24 und damit auch gegenüber dem Fußteil 23 um die x-Achse gekippt werden kann.
Eine (schwache) Drehnachgiebigkeit des Kopfteils 25 gegenüber dem Fußteil 23 kann durch Torsion der Kippfedergelenke 47, 48 und 49 erreicht werden. Somit ist das Kopfteil 25 jeder Ver¬ stelleinrichtung 21 gegenüber dem Fußteil 25 translatorisch in x-Richtung verschiebbar und um die x-, y- und z-Achse kippbar.
Um das optische Element 8 gegenüber der Außenfassung 22 in allen sechs Freiheitsgraden bewegen zu können, muss bei jeder der drei Verstelleinrichtungen 21 das Kopfteil 25 gegenüber dem Fußteil 23 in der yz-Ebene verschoben werden können, wie z.B. bei einem Hexapod-Prinzip oder einer Stuart-Plattform.
In der Figur 19 sind in einer Prinzipdarstellung mit den bei- den Stellhebeln 27 und 32 als Hebel und den Kippfedergelenken 45a, 4βa und 45b, 46b die Verstellmöglichkeiten dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Die beiden Stellhebel 27 und 32 weisen jeweils einen Kraftarm 27a bzw. 32a auf, an welchem die Stellschrauben 28 und 29 bzw. 34 und 35 als Stellelemente oder Aktuatoren angreifen. Die Kippfedergelenke 45a und 45b stellen die Hebellager der Stellhebel 27 und 32 dar. Die Kippfedergelenke 46a und 46b bilden die Ankoppelstellen an das Mittelteil 24. Ein erster Verbindungsbereich A (Kopfteil 25) zum Verbinden mit dem optischen Element und ein zweiter Verbindungsbereich B (Fußteil 23) zum Verbinden mit einem Ge¬ genstand in der Nähe des optischen Elementes, in diesem Falle mit der Fassung 22, und das an den beiden Kippfedergelenken 46a und 46b angreifende Zwischenelement C (Mittelteil 24) bilden ein Fachwerk.
Beim Auslenken eines oder auch beider Kraftarme 27a bzw. 32a mit jeweils einem Drehpunkt um das dazugehörige Hebellager 45a und 45b wird das Fachwerk über die beiden Lastarme 27b und 32b der beiden Stellhebel 27 und 32 entsprechend ausge¬ lenkt. Bei einer einseitigen Betätigung, wie dargestellt durch den Aktuator 29, ergibt sich eine Kippung des Verbin¬ dungsbereiches A (Kopfteil 25) auf einem Kreisbogen. Bei ei¬ ner gleichzeitigen Betätigung der beiden Stellhebel 27 und 32 ergibt sich eine Heb- oder Senkbewegung des Verbindungsberei¬ ches A entlang der z-Achse. Die den beiden Stellhebeln 27 und 32 zugeordneten Gelenke weisen in etwa parallele Drehachsen auf, die in einer ersten Stellung etwa in einer Ebene liegen. Bei der in Figur 19 dargestellten Stellung ist dies die Grundstellung, während die gestrichelte Darstellung eine aus¬ gelenkte zweite Stellung darstellt.
Wie ersichtlich, liegen in der Grundstellung die etwa paral¬ lelen Drehachsen wenigstens annähernd in einer Ebene, wobei das Mittelteil 24a, an dem die beiden Kippfedergelenke 46a und 46b angreifen, dazwischenliegt. Der Abstand zwischen den Drehachsen der zwei Stellhebel jeweils zwischen den Drehach¬ sen bzw. Kippfedergelenken 45b und 46b bzw. 45a und 46a be¬ trägt weniger als dem 0,1-Fachen, vorzugsweise weniger als dem 0,01-Fachen, des Hebelabstandes des Kraftarmes (Abstand der Aktuatoren 28/29 zu dem Kippfedergelenk 45b als Hebella- ger bzw. der beiden Aktuatoren 34/35 zu dem Kippfedergelenk 45a als Hebellager) . Alternativ oder zusätzlich beträgt der maximale Abstand einer zwischen den Drehachsen der zwei Stellhebel 45a und 45b aufgespannten Ebene und einer zwischen den Kippfedergelenken 46b und 46a aufgespannten Ebene weniger als das 0,1-fache, vorzugsweise weniger als das 0,01-fache des Abstands der Drehachsen 45a, 45b der beiden Stellhebel 27 und 32 .
Wird gemäß Ausführungsform nach der Figur 20 der Stellhebel 32 zum Fußteil 23 mit den Stellschrauben 34 und 35 verstellt, so kippt der Stellhebel 32 um das Kippfedergelenk 45a, wobei das Kippfedergelenk 46a wegen des y-Versatzes zum Kippfeder¬ gelenk 45a in z-Richtung - je nach Kipprichtung des Stellhe¬ bels 32 - abgesenkt oder angehoben wird.
Da die z-Bewegung des Kippfedergelenkes 46a auf das Mittel¬ teil 24a übertragen wird, aber andererseits das Mittelteil 24a an dem Kippfedergelenk 46b mit dem Stellhebel 27 fest¬ gehalten wird, muss sich das Mittelteil 24a um das Kippfeder¬ gelenk 46b drehen. Aus dieser Drehung ergibt sich für das Kopfteil 25 eine Schwenkbewegung in der yz-Ebene und zwar ebenfalls um das Kippfedergelenk 46b.
Wenn der Stellhebel 27 entsprechend Figur 21 gekippt wird, ergibt sich eine zur z-Achse gespiegelte Schwenkbewegung des Kopfteils 25, wie sie durch Kippen des Stellhebels 32 gemäß Figur 5 hervorgerufen wird.
Eine y- oder eine z-Verschiebung des Kopfteiles 25 gegenüber dem Fußteil 23 kann als Linearkombination aus den beiden Schwenkbewegungen gemäß Figuren 5 und 6 zusammengesetzt wer¬ den.
Mit den erfindungsgemäßen Strukturen ergibt sich ein Festkör¬ pergelenkmechanismus mit hoher Schockstabilität und gleich- zeitig hoher Steifigkeit, so dass das optische Element 8 nicht so leicht zu unerwünschten Schwingungen angeregt werden kann. Insbesondere in y- und z-Richtung können steifere Aktu- atoren bzw. Manipulatoren mit einer größeren Nachgiebigkeit in den anderen Richtungen realisiert werden. Dies ist wich- tig, um z.B. die dynamischen Anforderungen für große, schwere optische Elemente, wie Spiegel, erfüllen zu können. Eine Drehbarkeit des Kopfteils 25 gegenüber dem Fußteil 23 um die z-Achse ist dann nicht unbedingt notwendig, wenn das op¬ tische Element 8 nicht um die z-Achse gedreht werden muss.
Anstelle einer Verbindung des Kopfteils 25 mit einer Innen¬ fassung 20 kann selbstverständlich das Kopfteil 25 auch di¬ rekt an dem optischen Element 8 befestigt werden.
Die Figur 22 zeigt eine Ausführungsform, wobei das Mittelteil 24b zwischen den Kippfedergelenken 47 und 48, deren Kippachse parallel zur y-Achse orientiert ist, durch Trennschnitte in z-Richtung aufgeteilt wird, um eine größere Drehnachgiebig¬ keit um die z-Achse zu erreichen.
Aus Übersichtlichkeitsgründen und zur Vereinfachung sind in der Figur 22 und auch in den nachfolgend noch zu beschreiben¬ den Figuren 23 bis 29 nur die Bezugszeichen für die wichtigs¬ ten Teile und für die neuen Merkmale angegeben.
In der Figur 23 ist eine Ausführungsform dargestellt, wobei die Kippfedergelenke 47 und 48 und das Mittelteil 24b durch eine Blattfeder 50 ersetzt sind, deren Ebene in der yz-Ebene liegt.
Für die Federgelenke zwischen dem Mittelteil 24a und dem Kopfteil 25 sind verschiedene Kombinationen und Anordnungen möglich, solange sie erlauben, dass das Kopfteil 25 gegenüber dem Mittelteil 24a in x-Richtung translatorisch verschoben und um die y- und x-Achse gekippt werden kann. So können z.B. gemäß Figur 24 die Positionen der Kippfedergelenke 48 und 49 im Vergleich zu der Ausführungsform nach der Figur 18 ver¬ tauscht werden.
Ebenso können gemäß Ausführungsform nach der Figur 25 die Po¬ sitionen des Kippfedergelenks 47 und die des Kippfedergelenks 48 vertauscht werden.
Aus der Figur 26 ist ersichtlich, dass das Kippfedergelenk 49 in y-Richtung versteift werden kann, indem das Kopfteil 25 zusätzlich über eine Gelenkkoppel, bestehend aus Gelenken 491a, 491b und einem Mittelstück 491c, mit dem Mittelteil 24c verbunden wird, wobei die Gelenkebenen der Gelenke 491a und 491b die Gelenkebene des Kippfedergelenks 49 in der Kippachse des Kopfteils 25 gegenüber dem Mittelteil 24c schneiden.
Das Kopfteil 25 kann über eine weitere Gelenkkoppel, beste¬ hend aus den Gelenken 492a, 492b und einem Mittelstück 492c, mit dem Mittelteil 24c verbunden werden, wobei die Gelenkebe¬ nen der Gelenke 492a und 492b die Gelenkebene des Kippfeder- gelenks 49 in der Kippachse des Kopfteils 25 gegenüber dem Mittelteil 24c schneiden.
Die Gelenkkoppel, bestehend aus den Gelenken 491a, 491b und dem Mittelstück 491c, kann auch durch eine Blattfeder ersetzt werden (nicht dargestellt), wobei die Ebene der Blattfeder die Gelenkebene des Kippfedergelenks 49 in der Kippachse des Kopfteils 25 gegenüber dem Mittelteil 24c schneidet.
Die Gelenkkoppel, bestehend aus den Gelenken 492a, 492b und dem Mittelstück 492c, kann ebenfalls durch eine Blattfeder ersetzt werden (nicht dargestellt) , wobei die Ebene der Blattfeder die Gelenkebene des Kippfedergelenkes 49 in der Kippachse des Kopfteils 25 gegenüber dem Mittelteil 24c schneidet.
Wie aus der Figur 27 ersichtlich ist, kann das Kippfederge¬ lenk 45a durch ein Gelenk 451 unter Beibehaltung der ur¬ sprünglichen Kippachse des Kippfedergelenkes 45a verstärkt werden, indem sich die Ebenen der Kippfedergelenke 45a und 451 in der Kippachse des Kippfedergelenkes 45a schneiden. Das Kippfedergelenk 45b kann durch ein Gelenk 452 unter Bei¬ behaltung der ursprünglichen Kippachse des Kippfedergelenks 45b verstärkt werden, indem sich die Ebenen der Gelenke 45b und 452 in der Kippachse des Kippfedergelenks 45b schneiden.
Aus der Figur 28 ist ersichtlich, wie das Kippfedergelenk 4βa durch ein Gelenk 461 unter Beibehaltung der ursprünglichen Kippachse des Kippfedergelenkes 46a verstärkt werden kann, indem sich die Ebenen der Gelenke 46a und 461 in der Kippach- se des Kippfedergelenks 46a schneiden.
Das Kippfedergelenk 46b kann in gleicher Weise durch ein Ge¬ lenk 462 unter Beibehaltung der ursprünglichen Kippachse des Kippfedergelenkes 46b verstärkt werden, indem sich die Ebenen der Gelenke 46b und 462 in der Kippachse des Kippfedergelenks 46b schneiden.
Für eine Versteifung der Verstelleinrichtung 21 kann gemäß Ausführungsbeispiel nach der Figur 29 das Mittelteil 24a durch in y-Richtung durch eine Gelenkkoppel, bestehend aus den Gelenken 241a, 241b und dem Mittelstück 241c, mit dem Fußteil 23 verbunden werden, wobei die Ebene der Gelenke 241a und 241b annähernd auf einer Geraden liegen sollte, die von den Kippfedergelenken 45a, 45b, 46a und 46b gebildet wird.
Das Mittelteil 24a kann auch noch über eine weitere Gelenk¬ koppel, bestehend aus den Gelenken 242a, 242b und dem Mittel¬ stück 242c, mit dem Fußteil 23 verbunden werden, wobei die Ebene der Gelenke 242a und 242b annähernd auf einer Geraden liegen sollte, die von den Kippfedergelenken 45a, 45b, 46a und 46b gebildet wird.
Die Gelenkkoppel, bestehend aus den Gelenken 241a, 241b und dem Mittelstück 241c, kann auch durch eine Blattfeder ersetzt werden (nicht dargestellt) , wobei die Ebene der Blattfeder annähernd auf einer Geraden liegen sollte, die ebenfalls von den Kippfedergelenken 45a, 46a, 45b, 46b gebildet wird.
In gleicher Weise kann die Gelenkkoppel, bestehend aus den Gelenken 242a, 242b und dem Mittelstück 242c, durch eine Blattfeder ersetzt werden (ebenfalls nicht dargestellt), wo¬ bei die Ebene dieser Blattfeder ebenfalls annähernd auf einer Geraden liegen sollte, die von den Kippfedergelenken 45a, 4βa, 45b, 46b gebildet wird.
In der Figur 30 ist eine Ausschnittsvergrößerung des mit dem Fußteil 23 verbundenen blattfederartigen Hebels 26 und des mit dem Mittelteil 24 verbundenen blattfederartigen Hebels 30 dargestellt. Wie ersichtlich, befindet sich in dem Spalt 51 zwischen den beiden blattfederartigen Hebeln 26 und 30 ein Versteifungselement 52 zur Einstellung der Steifigkeit der Gelenkverbindung. Das Versteifungselement 52 kann z.B. ein elektrisch aktivierbares Piezoelement sein, das in dem Spalt 51 bei Nichtaktivierung mit Spiel angeordnet ist. Bei einer Aktivierung der Piezoelemente "verdickt" sich das Verstei- fungselement 52, so dass der Spalt 51 überbrückt wird und so¬ mit das Spiel von einer höheren Steifigkeit bis zu einem kom¬ pletten Spielausschluss durch Schließung des Spaltes verän¬ dert wird.
Wenigstens eines der Hebellager 45a/45b und/oder ein Kippfe¬ dergelenk 46a/46b der beiden Lastarme 32b bzw. 27b der beiden Stellhebel 32 und 27 können so ausgebildet sei, dass bei Aus¬ lenkung der Hebel die Hebellager eine Rollbewegung entlang einer relativ zu wenigstens einem Verbindungsbereich A, B oder dem Zwischenelement C steif ausgebildeten Kurvenbahn je¬ weils auf einem Auflager 53 durchführen, wie dies in der Fi¬ gur 31 angedeutet ist (siehe auch Pfeil 54) .
Eine ähnliche Ausgestaltung ergibt sich durch das in der Fi- gur 32 dargestellte Hebellager 45b. Wie ersichtlich, ist das Hebellager 45b auf einem elastisch nachgiebigen Sockel 55 ge- lagert, wodurch sich ebenfalls bei Auslenkung des dazugehöri¬ gen Stellhebels 27 eine Bewegung auf einer Kurvenbahn ent¬ sprechend dem Pfeil 54 einstellt.
In den in den Figuren 18 und 20 bis 32 dargestellten Ausfüh¬ rungsformen kann eine elastische Deformation an den Kippfe¬ dergelenken der beiden Stellhebel 27 und 32 auch aufgrund der Eigenelastizität bei den in der Mikrolithographie auftreten¬ den geringfügigen Verstell- und Justierbewegungen ausreichend sein.
Ebenso können z.B. jeder der beiden Lastarme 27b und 32b der beiden Stellhebel 27 bzw. 32 oder auch das Mittelteil 24a als deformierbares Ausgleichselement ausgeführt sein. Gleiches gilt auch für die beiden Kraftarme 27a und 32a.

Claims

Patentansprüche:
1. Positioniereinheit für ein optisches Element in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit - einem ersten Verbindungsbereich A zum Verbinden mit dem optischen Element (8) und einem zweiten Verbindungsbereich B zum Verbinden mit einem Gegenstand in der Nähe des optischen Elements, wenigstens zweier Hebel (27,32), - die über ihre jeweiligen Hebellager (45a, 45b) mit dem zweiten Verbindungsbereich B verbunden sind, und deren jeweiliger Lastarm (27b, 32b) mittels eines Ge¬ lenks (46a, 46b) über ein an diesen Gelenken angreifen¬ des Zwischenelement C mit dem ersten Verbindungsbe- reich A verbunden ist, mit an den jeweiligen Kraftarmen (27a, 32a) der Hebel (27,32) angeordneten Verstelleinrichtungen oder Aktua- toren (28, 29,34,35), wobei in einer ersten Stellung der erste Verbindungs- bereich A und der zweite Verbindungsbereich B relativ zueinander so angeordnet sind, dass die Hebellager (45a, 45b) der wenigstens zwei Hebel (27,32) und die diesen Hebeln zugeordneten Gelenke (46a, 46b) etwa pa¬ rallele Drehachsen aufweisen, - die in der ersten Stellung etwa in einer Ebene liegen.
2. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die erste Stellung eine Grundstellung und eine zweite Stellung eine ausgelenkte Stellung der Hebel (27,32) ist.
3. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass in der Grundstellung die etwa parallelen Dreh¬ achsen etwa in einer Ebene liegen, oder wobei eine durch die Drehachsen zweier Hebellager (45a, 45b) aufgespannte erste Ebene und eine durch die Drehachsen der diesen He¬ beln (27,32) zugeordneten Gelenken (46a, 46b) aufgespann¬ ten zweiten Ebene zwischen den Drehachsen der zwei Hebel einen maximalen Abstand von weniger als dem 0,1-fachen, vorzugsweise weniger als dem 0,01-fachen, des Hebelab¬ standes der beiden Hebel (27,32) aufweist.
4. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass bei Veränderung der Relativposition der Verbin- dungsbereiche A und B sich wenigstens ein elastisch de¬ formierendes Ausgleichselement dazwischen befindet.
5. Positioniereinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Ausgleichselement an wenigstens einem der Komponenten Hebel (27,32), dem Zwischenelement C, einer Gelenkverbindung, der Verbindungsbereich A oder B, oder wenigstens einem Hebellager (45a, 45b) oder Teilen der ge¬ nannten Komponenten angebracht ist oder von diesen um- fasst wird.
6. Positioniereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Ausgleichselement eine Kurvenbahn eines Auflagers (53) wenigstens eines Hebellagers (45a, 45b) und/oder eines Gelenkes (46a, 46b) eines Lastarms (27b, 32b) umfasst.
7. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Zwischenelement C den ersten Verbindungsbe¬ reich A, zur Verbindung mit dem optischen Element (8), mittels eines verbindenden Gelenks verbindet, wobei bei mehreren verbindenden Gelenken deren Drehachsen etwa pa¬ rallel sind, und die Drehachse wenigstens eines verbin¬ denden Gelenks in Richtung der Drehachsen der Gelenke der Lastarme (27b, 32b) ausgerichtet sind.
8. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass wenigstens ein Gelenk oder wenigstens ein He¬ bellager (45a, 45b) als Festkörpergelenk oder elastisches Festkörpergelenk ausgebildet ist.
9. Positioniereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass der erste Verbindungsbereich A ein Kopfteil (25), der zweite Verbindungsbereich B ein Fußteil (23), das Zwischenelement C wenigstens ein bewegliches Zwi¬ schenteil (26,30, 31,33,36), die Verstelleinrichtung oder der Aktuator ein Stellelement (27,32) und der Gegenstand in der Nähe des optischen Elements (8) eine Außenfassung (22) ist.
10. Vorrichtung zur Justage eines optischen Elementes mit ei- ner optischen Achse gegenüber einer Außenfassung in einer Objektivstruktur oder gegenüber benachbart liegenden Fas¬ sungen, wobei das optische Element über mehrere mit Ver¬ stelleinrichtungen versehene Zwischenteile mit der Außen¬ fassung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstelleinrichtung (21) ein an der Außenfassung (22) an¬ geordnetes Fußteil (23) aufweist, an dem bewegliche Zwi¬ schenteile derart angeordnet und mit Stellelementen (27,32) verbunden sind, dass erste bewegliche Zwischen¬ teile (26,31) um eine Achse senkrecht zu einer z-Achse drehbar sind, wobei die Stellelemente (27,32) über zweite bewegliche Zwischenteile (30,33) direkt oder über ein Mittelteil (24) mit dem optischen Element (20) verbunden sind, wobei bei festgehaltenen Stellelementen (27,32) die zwischen dem optischen Element (20) oder einem Mittelteil (24) und den Stellelementen (27,32) angeordneten zweiten beweglichen Zwischenteile (30, 33) eine Drehbewegung des optischen Elementes (8) gegenüber dem Fußteil (23) um ei¬ ne Achse senkrecht zur z-Achse erlauben.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die z-Achse auf einer Verbindungslinie zwischen Kopfteil (25), Mittelteil (24) und Fußteil (23) liegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Zwischenteile (30,33) in einem Winkel α zur z-Achse angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente (27,32) über die zweiten bewegli¬ chen Zwischenteile (30,33) mit dem Mittelteil (24) ver- bunden sind, wobei das Mittelteil (24) mit einem an einer Innenfassung oder dem optischen Element (8) angeordneten Kopfteil (25) verbunden ist und wobei das Mittelteil (24) mit wenigstens einem dritten beweglichen Zwischenteil (36), das in der Ebene der z-Achse liegt, derart versehen ist, dass das Kopfteil (25) gegenüber dem Mittelteil (24) in eine Richtung senkrecht zur z-Achse verschiebbar, ge¬ genüber dem Mittelteil (24) um eine Achse senkrecht zur z-Achse liegende Achse und um die z-Achse drehbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die z-Achse die optische Achse ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Zwischenteile (26,31 und 30,33) elastisch sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Zwischenteile (26,31 und 30,33) als erste und zweite Festkörpergelenke ausgebildet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfassung (22) mit Referenzflächen (22a, 22b, 22c) versehen ist, mit denen die Außenfassung (22) gegenüber der Objektivstruktur (10) oder gegenüber benachbart liegender Fassungen ausgerichtet wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörpergelenke als blattfederartige Verbin- düng en oder Koppeln ausgebildet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstelleinrichtung (21) zwei Stellhebel als Stellelemente (27,32) aufweist, die in einem Winkel zu¬ einander angestellt sind, der doppelt so groß ist wie der Winkel der zweiten Zwischenteile (30,33) zur z-Achse.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellung des Winkels 2α der beiden Stellhebel (27,32) zueinander symmetrisch zur z-Achse ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten zwischen den Stellelementen (27,32) und dem Mittelteil (24) angeordneten elastischen Zwischentei¬ le (30,33) derart in einem Winkel 2α angestellt sind, dass sich die Verlängerungen der Mittelachsen der zweiten elastischen Zwischenteile (30,33) im Mittelpunkt (40) des dritten elastischen Zwischenteils (36) des Mittelteils (24) schneiden.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellung jedes Winkels α zur z-Achse (optische Achse) größer als 90° ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte elastische Zwischenteil (36) zusammen mit dem Kopfteil (25) zum Fußteil (23) in eine Richtung senk¬ recht zur z-Achse versetzt angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrecht zur z-Achse liegende Achse die x-Achse ist, die senkrecht zur Ebene des dritten Zwischenteils (36) liegt.
25. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Biegeachse des dritten Zwischenteils (36) des Mittelteils (24) die y-Drehachse des Kopfteiles (25) gegenüber dem Mittelteil (24) darstellt, und dass die Torsionsachse des dritten elastischen Zwischenteils (36), die die z-Drehachse des Kopfteils (25) gegenüber dem Mittelteil (24) darstellt, durch den Mittelpunkt (40) des dritten elastischen Zwischenteils (36) verläuft.
26. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte bewegliche Zwischenteil (36) blattfeder¬ artig ausgebildet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte bewegliche Zwischenteil (36) des Mittel- teils (24) durch zwei Blattfedergelenke (36a, 36b) gebil¬ det ist, die jeweils um eine Achse parallel zur y- Richtung kippen.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blattfedergelenke (36a, 36b) durch ein Mittelstück (36c) voneinander getrennt sind.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelstück (36c) zwischen den beiden Blattfe- dergelenken (36a, 36b) mit einer Vielzahl von in z- Richtung verlaufenden, auf Abstand voneinander angeordne¬ ten Einschnitten oder Schlitzen (43) versehen ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedergelenke (36a, 36b) mit einer Vielzahl von nebeneinander auf Abstand voneinander liegenden in x- Richtung verlaufenden Einschnitten versehen sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Fußteil (23) und den Stellelementen (27,32) angeordneten ersten elastischen Zwischenteile (26, 31) jeweils durch ein Kippgelenk (26a, 31a) gebildet sind.
32. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Stellelementen (27,32) und dem Mit¬ telteil (24) angeordneten zweiten beweglichen Zwischen¬ teile (30,33) jeweils durch ein unteres und ein oberes Kippgelenk (30a, 30b und 33a, 33b) gebildet sind.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden unteren und oberen Kippgelenke (30a, 30b und 33a, 33b) jeweils durch wenigstens ein Verbindungs¬ teil (30c und 33c) miteinander verbunden sind.
34. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Blattfedergelenken (36a, 36b) ein Blattfedergelenk als oberes Blattfedergelenk (36b) zwi¬ schen dem Mitteilteil (24) und dem Kopfteil (25) und das andere Blattfedergelenk als unteres Blattfedergelenk (36a) zwischen dem Mittelteil (24) und dem Fußteil (23) angeordnet ist, wobei beide Blattfedergelenke (36a, 36b) kippbar sind.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen z-Achsen der Verstelleinrichtungen (21) parallel zu der globalen zo-Achse (optische Achse) des optischen Elements (8) liegen.
36. Vorrichtung nach Anspruch 32 und 34, dadurch gekennzeich- net, dass das untere Blattfedergelenk (36a) jeweils zwi¬ schen den unteren und oberen Kippgelenken (30a, 33b und 30b, 33a) angeordnet ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 33 und 36, dadurch gekennzeich¬ net, dass die beiden unteren und oberen Kippgelenke (30a, 33b und 30b, 33a) jeweils durch zwei Verbindungsteile (30c, 3Od und 33c, 33d) miteinander verbunden sind, wobei eines der beiden Verbindungsteile (30c und 33c) zwischen dem unteren Kippgelenk (30a, 33b) und dem Blattfedergelenk (36a) und das andere Verbindungsteil (3Od und 33d) zwi- sehen dem unteren Blattfedergelenk (36a) und dem oberen Kippgelenk (30b, 33a) angeordnet ist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass drei am Umfang verteilt angeordnete Verstelleinrich- tungen (21) vorgesehen sind.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (21) gegenüber der opti¬ schen Achse des optischen Elements (8) geneigt sind.
40. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verstelleinrichtung (21) zwei in Umfangsrich- tung auf Abstand voneinander angeordnete Stellelemente (27,32) aufweist.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente (27,32) mit Betätigungsgliedern versehen sind, welche unabhängig voneinander betätigbar sind.
42. Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsglieder Stellschrauben (28,29,34,35) aufweisen.
43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsglieder elektromagnetische, piezoak- tuatorische, pneumatische, magnetostriktive oder hydrau¬ lische Antriebsglieder aufweist.
44. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen (21) mehrteilig aufgebaut sind.
45. Projektionsbelichtungsanlage mit einem Projektionsobjek¬ tiv in der Mikrolithographie, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektionsobjektiv (7) mit wenigstens einer Vorrichtung zur Justage eines optischen Elementes (8) nach einem der Ansprüche 10 bis 44 versehen ist.
46. Positioniereinheit für ein optisches Element in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem ersten Verbindungsbereich A zum Verbinden mit dem optischen Element (8) und einem zweiten Verbindungsbereich B zum Verbinden mit einem Gegenstand in der Nähe des optischen Elements (8), wenigstens zweier Hebel (27,32) deren jeweiliger Last¬ arm mittels eines Gelenks über ein an diesen Gelenken angreifendes Zwischenelement C mit dem ersten Verbin¬ dungsbereich A verbunden ist, wobei - an den jeweiligen Kraftarmen (27a, 32a) der Hebel (27,32) Verstelleinrichtungen oder Aktuatoren (28,29,34,35) angeordnet sind, und wobei die jeweiligen Hebellager (45a, 45b) mit dem zweiten Verbindungsbereich B derart verbunden sind, dass - wenigstens ein Hebellager und/oder ein Gelenk eines Lastarms bei Auslenkung des Zwischenelements eine Rollbewegung entlang einer relativ zu wenigstens einem Verbindungsbereich A, B oder dem Zwischenelement C an¬ geordneten Kurvenbahn auf einem Auflagers durchführt.
47. Positioniereinheit für ein optisches Element in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem ersten Verbindungsbereich A zum Verbinden mit dem optischen Element (8) und - einem zweiten Verbindungsbereich B zum Verbinden mit einem Gegenstand in der Nähe des optischen Elements (8), wenigstens zweier Hebel (27,32) deren jeweiliger Last¬ arm (27b, 32b) mittels eines Gelenks über ein an diesen Gelenken angreifendes Zwischenelement C mit dem ersten Verbindungsbereich A verbunden ist, und das Zwischenelement C eine diese versteifende Gelenk¬ verbindung Cl zwischen zwei Hebeln (27,32) aufweist, die hinsichtlich ihrer Steifigkeit einstellbar ist, ferner an den jeweiligen Kraftarmen (27a, 32a) der Hebel (27,32) Verstelleinrichtungen oder Aktuatoren (28,39,34,35) angeordnet sind, und wobei die jeweiligen Hebellager mit dem zweiten Verbindungsbereich B verbunden sind.
48. Positioniereinheit nach Anspruch 47, dadurch gekennzeich¬ net, dass zur Steifigkeitseinstellung zwischen den beiden Hebeln (27,32) ein elektrisch aktivierbares Piezoelement angeordnet ist.
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