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Die
Erfindung betrifft ein Belichtungsobjektiv in der Halbleiterlithographie
mit wenigstens einem optischen Element nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
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Aus
der
DE 198 27 603
A1 ist ein optisches System bekannt, welches ein sogenanntes "aktives optisches
Element" beinhaltet.
Dieses aktive optische Element kann von Aktuatoren, welche an dem optischen
Element wenigstens annähernd
senkrecht zur optischen Achse angreifen, derart durch Kräfte beeinflußt werden,
daß durch
nicht-rotationssymmetrische und von der Radialen abweichenden Kräfte und/oder
Momente an dem optischen Element Verbiegungen erzeugt werden. Über ein
derartiges System können
Deformationen in das optische Element eingeleitet werden, welche
beispielsweise zur Kompensation eines Astigmatismus oder dergleichen
dienen können.
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Des
weiteren kennt der Stand der Technik aus der
DE 198 12 021 A1 aktive
Spiegel, welche mit einer verspiegelten Membran ausgerüstet sind.
Die Membran wird über
einen oder mehrere Aktuatoren in ihrer Oberflächenform in der Art beeinflußt, daß sich eine
Manipulation der Spiegeloberfläche
und damit eine Beeinflußbarkeit
der durch den Spiegel erzeugten Abbildung ergibt.
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Vergleichbare
Aufbauten, welche ebenfalls über
eine Deformation einer Oberfläche
eines Spiegels eine entsprechende Beeinflussung der optischen Abbildungsqualität erreichen,
sind beispielsweise in der WO 93/25929 A1 oder der
US 5,210,653 A beschrieben.
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Außerdem ist
aus der
DE 196 28
672 A1 ein adaptiver Spiegel bekannt, welcher über eine
randseitig gehaltene deformierbare Spiegelplatte verfügt. Diese
Spiegelplatte ist rückseitig
mit einem Stellmechanismus beaufschlagt, welcher eine Deformation der
Spiegelplatte erlaubt. Hier läßt sich
eine entsprechende Anpassung der Spiegelplatte erreichen, wobei
jedoch die Mög lichkeiten
der einleitbaren Deformationen vergleichsweise eingeschränkt sind.
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Aus
der
DE 198 59 634
A1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage der Mikrolithographie
bekannt, wobei in ein optisches Element, das in einer Fassung oder
einem Innenring angeordnet ist, durch gezielt erzeugte Zug- und/oder
Druckkräfte
Deformationen eingebracht werden, durch die Bildfehler kompensiert
werden sollen. Hierzu greifen an dem deformierbaren Innenring über eine
Kraft-Weg-Übersetzung mehrere
Aktuatoren an.
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Nun
ergibt sich neben dem Erfordernis, ein optisches Element, beispielsweise
einen Spiegel, in der oben genannten Art zu deformieren, im Bereich der
hochpräzisen
Optik, wie sie beispielsweise bei Halbleiter-Lithiographie-Systemen
eingesetzt wird, die Erfordernis. einer sehr hohen Genauigkeit der möglichen
Deformationen.
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Die
optischen Elemente, welche deformiert werden sollen, müssen also
ausschließlich
auf die Deformation reagieren. Unerwünschte Nebeneffekte und unerwünschte Verformungen
sollen nach Möglichkeit
nicht auftreten. Bei der überwiegend
benötigten
Deformation, nämlich
der Korrektur von Astigmatismen oder mehrwelligen, beispielsweise
drei- oder vierwelligen Fehlern, ist eine derartige, gezielte Deformation
sehr schwierig, da das optische Element neben der Deformation durch
eine Veränderung
seiner Oberflächenform
und/oder Dicke im mehrwelligen Bereich reagieren kann.
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Darüber hinaus
weisen die oben genannten Aufbauten zumeist einen sehr großen Platzbedarf auf,
welcher insbesondere beim Einsatz in Abbildungssystemen, welche
ein sehr dichtes packaging erlauben, oder dergleichen nachteilig
ist.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Belichtungsobjektiv zu
schaffen, welches die oben genannten Nachteile des Standes der Technik
vermeidet und sich sehr gut zum Einleiten von zwei- oder mehrwelligen
Deformationen eignet.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Belichtungsobjektiv mit den Merkmalen dse
Anspruchs 1 gelöst.
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Außerdem ist
es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Einleiten von zwei-
oder mehrwelligen Deformationen in ein derartiges optisches Element
zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß das
optische Element wenigstens einen Fortsatz in Richtung der optischen
Achse aufweist.
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Über den
wenigstens einen Fortsatz wird es möglich, Kräfte in das optische Element
einzuleiten, um dieses entsprechend zu deformieren. Diese Deformation
kann sinnvoll und/oder gewünscht
sein, um Abbildungsfehler auszugleichen oder in ihrer Auswirkung
zu minimieren.
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Unter
dem Fortsatz ist dabei entweder ein diskretes Bauteil oder eine
an dem optischen Element angebrachter Vorsprung zu verstehen, welche über die
eigentliche Oberfläche
des optischen Elements in Richtung parallel zu der optischen Achse
hinausragt. Der Fortsatz kann dabei eine beliebige Form, beispielsweise
die Form eines Stabes oder dergleichen, aufweisen.
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In
sehr günstiger
Weise können
dabei in den wenigstens einen Fortsatz an verschiedenen Stellen, je
nach Ausbildung des Fortsatzes, beispielsweise in zwei diametral
gegenüberliegenden
Bereichen Angriffspunkte angeordnet sein, welche zur Einleitung von
Kräften
dienen. Die beiden Angriffspunkte dienen zum Einleiten einer entsprechenden
Kraft, welche so sehr gezielt und präzise über die Fortsätze als
Hebel dieselben in das optische Element eingeleitet werden kann.
Grundsätzlich
ist selbstverständlich
auch die Einleitung eines Moments denkbar, wobei bei entsprechendem
Einsatz der Kräfte
an dem Fortsatz bzw. den Fortsätzen
ohnehin ein Moment in das optische Element eingeleitet wird.
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In
einer besonders günstigen
Ausführungsform
der Erfindung ist der Fortsatz als zumindest annähernd rohrförmiger einstückiger Fortsatz
des optischen Elements ausgebildet.
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Mit
diesem rohrförmigen
Fortsatz entsteht eine Art Spiegel- bzw. Linsentopf. Durch die Einleitung
der Kräfte
in den Bereich des rohrförmigen
Fortsatzes des optischen Elements, beispielsweise eines Spiegels,
einer Linse, einer Abschlußplatte
oder dergleichen, kann ein sehr gleichmäßiges Ansprechen des optischen
Elements selbst auf die eingeleiteten Kräfte bzw. Momente erreicht werden.
Durch den umlaufenden rohrförmigen
Fortsatz werden nämlich
die eingeleiteten Kräfte
bzw. Spannungen sehr gleichmäßig an das
optische Element selbst weitergeleitet. Damit kann also in Abhängigkeit
von Durchmesser, Länge
und Wandstärke
des rohrförmigen
Fortsatzes mit sehr wenigen diskreten Kräften auf der einen dem optischen
Element abgewandten Seite des Rohrfortsatzes ein Moment eingeleitet
werden. Dieses Moment wird aufgrund des rohrförmigen Fortsatzes ein kontinuierliches
Moment auf der anderen, also der dem optischen Element zugewandten
Seite des rohrförmigen
Fortsatzes, bewirken.
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Der
Aufbau der Erfindung gemäß dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
erlaubt es also, in besonders vorteilhafter Weise über den
rohrförmigen Fortsatz
einen kontinuierlichen Momentenverlauf mit wenigen diskreten Kräften zu
erzeugen.
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Außerdem ergibt
sich die Möglichkeit,
daß bei
Verwendung eines entsprechenden Mechanismus zur Einleitung der Kraft
dieser unabhängig
vom Winkel angesetzt werden kann, da der Fortsatz ja in der Art
eines Rohres umlaufend ausgebildet ist. Entgegen zu den oben bereits
erwähnten
einzelnen Fortsätzen,
beispielsweise zwei oder vier, je nach gewünschter Welligkeit der einzuleitenden
Deformationen, ergibt sich hier also die Möglichkeit, daß die gewünschten
Deformationen jeweils hinsichtlich ihrer Welligkeit und ihrer Winkellage
an das optische Element angepaßt
werden können,
ohne daß ein
entsprechendes, speziell für
den Einsatzzweck konstruiertes optisches Element erforderlich wird.
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Insbesondere
bei einem Spiegel bietet diese Ausführung enorme Vorteile, da sich
sämtliche
Elemente für
die Einleitung von Deformationen oder dergleichen in diesem "Topf" unterbringen las sen,
so daß ein
sehr kompakter Aufbau entsteht, welcher seine Mechanik und/oder
seine Aktuatoren integriert hat.
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Eine
erfindungsgemäße Lösung für eine Vorrichtung
zum Einleiten einer zwei- oder mehrwelligen Deformation in ein derartiges
optisches Element ist in Anspruch 9 beschrieben.
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Durch
die Einleitung der Kräfte
in den Fortsatz können
diese über
die geometrische Auslegung des Fortsatzes sehr gezielt an die für die optische
Abbildung genutzte Fläche
bzw. den genutzten Bereich des optischen Elements weitergegeben
werden.
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Insbesondere
bei der Ausführung
als Spiegel kann dabei die genutzte Fläche des Spiegels mit gleicher
Steifigkeit ausgebildet sein, so daß gemäß dem Prinzip der gleich dicken
Platte keine höherwelligen Fehler
bei der Deformation eingeleitet werden. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit,
daß bei
einer entsprechenden rotationssymmetrischen Ausführung des rohrförmigen Fortsatzes
die Einleitung der zwei- oder mehrwelligen Deformationen, beispielsweise
eines Astigmatismus in jeder Achse, senkrecht zu der optischen Achse
erfolgen kann, daß also
die Achse der eingeleiteten Deformation, wie oben bereits erwähnt, frei
wählbar
ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
restlichen Unteransprüchen
sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigt:
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1 eine
prinzipmäßige Darstellung
einer Ausführungsform
des optischen Elements;
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2 eine
Ansicht gemäß dem Pfeil
II in 1 mit einer möglichen
Ausführungsform
eines Aktuators;
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3a eine
prinzipmäßige Darstellung
des Kräftegleichgewichts
bei einer zweiwelligen Deformation (Astigma tismus);
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3b eine
prinzipmäßige Darstellung
des Kräftegleichgewichts
bei einer dreiwelligen Deformation (Astigmatismus);
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4 eine
alternative Ausführungsform
des optischen Elements;
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5 einen
Schnitt durch das optische Element gemäß der Linie V-V in 4;
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6 das
optische Element gemäß 4 mit
einer Vorrichtung zum Einleiten einer zweiwelligen Deformation;
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7 das
optische Element gemäß 4 mit
einer Vorrichtung zum Einleiten einer zweiwelligen Deformation in
einer dreidimensionalen Darstellung;
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8 eine
Prinzipdarstellung der Betätigungsmöglichkeit
eines elektromagnetisch wirksamen Aktuators zum Einleiten von Deformationen
in das optische Element;
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9 eine
mögliche
Ausführungsform
eines derartigen elektromagnetischen Aktuators;
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10 eine
mögliche
alternative Ausführungsform
eines derartigen elektromagnetischen Aktuators;
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11 eine
Ansicht des optischen Elements mit Aktuatoren zur Einleitung zwei-
oder mehrwelligen Deformationen in einer alternativen Ausführungsform;
und
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12 eine
Ansicht des optischen Elements mit Aktuatoren zur Einleitung zwei-
oder mehrwelligen Deformationen in einer weiteren alternativen Ausführungsform.
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1 zeigt
eine stark schematisierte Darstellung eines optischen Elements 1,
welches zur Vereinfachung der Darstellung hier lediglich als planparallele
Platte angedeutet wurde. An dem optischen Element 1 befinden
sich vier Fortsätze 2,
welche von dem optischen Element 1 ausgehend parallel zu
seiner optischen Achse 3 verlaufen.
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In
besonders günstiger
Weise ist das optische Element 1 mit seinem Fortsätzen 2 einstückig ausgebildet,
so daß über die
Fortsätze 2 an
diesen angreifende Kräfte
ideal an das optische Element 1 weitergegeben werden, so
daß gezielt
eine Deformation des optischen Elements möglich ist. Grundlegend reichen
zwei der Fortsätze 2 aus,
um bereits einfache Deformationen des optischen Elements zu erreichen.
Für das
Einleiten eines Astigmatismus ist die hier dargestellte Anzahl von
vier Fortsätze 2 besonders
sinnvoll.
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2 zeigt
eine Ansicht gemäß dem Pfeil
II in 1 mit einer möglichen
Ausführungsform
eines Aktuators 4, welcher hier insbesondere zum Einleiten einer
zweiwelligen Deformation, also eines Astigmatismus, dienen soll.
Der einzige Aktuator 4 ist dabei über zwei Übertragungselemente 5 mit
jeweils zwei Gelenkpunkten 6a verbunden, welche über Federelemente 7 mit
zwei der Fortsätze 2 gekoppelt
sind. Von den beiden Gelenkpunkten 6a laufen Gelenkstangen 8 zu
zwei weiteren Gelenkpunkten 6b, welche ebenfalls über Federelemente 7 mit
den beiden anderen Fortsätzen 2 verbunden
sind.
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Dieser
Aufbau ermöglicht
es, mit dem einzigen Aktuator 4 durch ein Ausdehnen oder
Zusammenziehen des Aktuators 4, und damit einer entsprechenden
Bewegung der Übertragungselemente 5, die
gewünschte
Krafteinleitung in die Fortsätze 2 zu erzeugen.
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Wird
der Aktuator 4 in der Darstellung gemäß 2 in seiner
Länge verkürzt, so
wird dieser bzw. die Übertragungselemente 5 an
den beiden Gelenkpunkten 6a ziehen. In die beiden Fortsätze 2,
welche mittels der Federelemente 7 mit den beiden Gelenkpunkten 6a verbunden
sind, wird also eine Kraft eingeleitet, deren Kraftrichtung in Richtung
der optischen Achse 3 gerichtet ist. Über die Gelenkstangen 8 werden
gleichzeitig die beiden Gelenkpunkte 6b voneinander weggedrückt, so
daß in
den Bereich der über
die Federelemente 7 mit den Gelenkpunkten 6b korrespondierenden
Fortsätze 2,
eine Kraft eingeleitet wird, welche von der optischen Achse 3 in
Richtung der Fortsätze 2 verläuft.
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In 3a sind
diese Kräfte
gemäß der soeben
erfolgten Beschreibung nochmals prinzipmäßig dargestellt. Es ist deutlich
zu erkennen, daß an
dem optischen Element 1 insgesamt ein Kräftegleichgewicht
herrscht, so daß sich
dieses nicht aus seiner, insbesondere für den bevorzugten Einsatzzweck
im Bereich von Lithographie-Objektiven, sehr exakt einzuhaltenden
Position bewegen wird.
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3b kennzeichnet
dieses Erfordernis des Kräftegleichgewichts
für einen
weiteren Anwendungsfall, hier die Einleitung einer dreiwelligen
Deformation. Selbstverständlich
wäre für eine derartige dreiwellige
Deformation das Vorhandensein von sechs der Fortsätze 2 vonnöten, falls
das optische Element 1 gemäß dem bisher beschriebenen
Ausführungsbeispiel
aufgebaut sein soll, da je Welligkeit der Deformation zwei Angriffspunkte
benötigt
werden.
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Natürlich läßt sich
der Aktuator 4 gemäß 2 auch
in der anderen Richtung bewegen, so daß die beiden Gelenkpunkte 6a auseinander
gedrückt
werden. Dementsprechend werden die Gelenkpunkte 6b zur
optischen Achse 3 hin bewegt, die oben beschriebene Wirkungsweise
dreht sich damit um.
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Es
dürfte
dabei klar sein, daß ein
Aufbau, wie unter 2 beschrieben, lediglich bei
einem optischen Element 1 in Frage kommt, welches als Spiegel
ausgeführt
ist, da ansonsten der Aktuator 4, die Übertragungselemente 5 und
gegebenenfalls auch die Gelenkstangen 8 in den Abbildungsbereich
des optischen Elements 1 ragen würden.
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Bei
der Verwendung von andersartig ausgebildeten Aktuatoren 4 läßt sich
ein entsprechendes optisches Element 1 jedoch durchaus
auch als Linse, als planparallele Platte oder dergleichen ausbilden, welche
dann über
entsprechende Aktuatoren 4 hinsichtlich der einzuleitenden
Deformation vergleichbar wäre.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
des optischen Elements 1 als Spiegel, an welchen sich,
wie es insbesondere in der Schnittdarstellung gemäß 5 gut
zu erkennen ist, ein rohrförmig
ausgebildeter Fortsatz 2' anschließt. Das
optische Element 1 bildet mit seinem einstückig mit
ihm ausgebildeten rohrförmigen
Fortsatz 2' also
eine Art Spiegeltopf 9. Dieser weist für die hier vorliegende Erfindung
nicht weiter relevante Halteelemente 10 auf, welche im
nachfolgenden auch nicht näher
beschrieben werden.
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Der
rohrförmige
Fortsatz 2' des
Spiegeltopfs 9 kann entweder zylindrisch ausgebildet sein,
was insbesondere hinsichtlich der einzuleitenden Kräfte und
der Verbindung zwischen dem optischen Element 1 und dem
rohrförmigen
Fortsatz 2' in
seiner einstückigen
Ausbildung sinnvoll sein kann.
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Neben
dieser zylindrischen Ausbildung ist jedoch auch eine hier nicht
dargestellte kegelstumpfförmige
Ausbildung des rohrförmigen
Fortsatzes 2' denkbar.
Dies kann insbesondere bei der Verwendung bei transparenten optischen
Elementen 1 sinnvoll sein, da durch einen sich auf der
dem optischen Element 1 abgewandten Seite öffnenden,
kegelstumpfförmigen,
rohrförmigen
Fortsatz 2' die
Möglichkeit
besteht, Aktuatoren 4 außerhalb des für die Transmission
interessanten Bereichs des optischen Elements 1 anzuordnen.
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Andererseits
kann bei der Verwendung eines Spiegels, beispielsweise ein sich
in Richtung der dem optischen Element 1 abgewandten Seite
verjüngender,
kegelstumpfförmiger,
rohrförmiger
Fortsatz 2' sinnvoll
sein, da hier die in das optische Element 1 eingeleiteten Kräfte variiert
werden können
und eine gewisse Platzersparnis gegenüber dem hier dargestellten
zylindrischen rohrförmigen
Fortsatz 2' denkbar
wäre.
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Grundlegend
ist natürlich
zu beachten, daß durch
die kegelstumpfförmige
Ausbildung des rohrförmigen
Fortsatzes 2' Kraftkomponenten
in Richtung der optischen Achse entstehen können. Zwar erlaubt dies eine
größere Variationsbreite
beim Einsatz der erforderlichen Kräfte, es ist jedoch auch hier weiter
auf das Kräftegleichgewicht
zu achten, so daß sich
das optische Element nicht aus seiner vorgegebenen Sollposition
bewegt.
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Die
Darstellung in 6 und die damit korrespondierende
dreidimensionale Darstellung in 7 zeigen
den Spiegeltopf 9 mit einer Vorrichtung 11 zum
Einleiten einer zweiwelligen Deformation in das optische Element 1,
also einer Vorrichtung 11 zum Einleiten eines Astigmatismus.
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Die
Vorrichtung 11 weist dementsprechend eine gegenüber der
Welligkeit der einzuleitenden Deformation verdoppelte Anzahl an
Einrichtungen 12, 13 zum Einbringen der Kraft
in den Bereich des rohrförmigen
Fortsatzes 2' auf,
wobei jede der Einrichtungen 12 jeweils über wenigstens
einen hier nicht explizit erkennbaren Aktuator 13 verfügt. Die
in den Einrichtungen 12 angeordneten Aktuatoren 13 können dabei
in der an sich üblichen
Art als Piezoaktuatoren, hydraulische bzw. pneumatische Aktuatoren,
elektromechanische bzw. elektromagnetische Aktuatoren oder dergleichen
ausgebildet sein. Zwei Einrichtungen 12 sind auf einer
Achse 14 angeordnet und weisen Druckelemente 15 auf,
welche jeweils wiederum mit dem Federelementen 7 versehen
sind. Die beiden Druckelemente 15 sind dafür vorgesehen,
durch mechanischen Kontakt mit dem Fortsatz 2' Druckkräfte, welche überwiegend
senkrecht zur optischen Achse 3 ausgebildet sind, in den
Fortsatz 2' einzuleiten.
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Die
beiden anderen Einrichtungen 12 sind auf einer im vorliegenden
Falle des Astigmatismus in einem festen Winkel von 90° zur Achse 14 ausgerichteten
Achse 16 angeordnet. Die beiden Einrichtungen 12 sind
jeweils mit Zugeinrichtungen 17 versehen. Die Zugeinrichtungen 17 umfassen
in dem hier dargestellten Aus führungsbeispiel
den rohrförmigen Fortsatz 2' durch ihre
hakenartige Ausbildung und sind so in der Lage, den rohrförmigen Fortsatz 2' in Richtung
der optischen Achse 3 zu ziehen.
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Der
gesamte Aufbau aus den vier in einem festen Winkel zueinander angeordneten
Einrichtungen 12 läßt sich
um die optische Achse 3 drehen, wozu eine hier prinzipmäßig angedeutete
Antriebseinrichtung 18 vorgesehen ist. Damit läßt sich
für den hier
dargestellten Fall die zweiwellige, also astigmatistische Deformation
in jeder beliebigen Winkellage in der Ebene senkrecht zur optischen
Achse 3 in das optische Element 1 bzw. den Spiegeltopf 9 einleiten.
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Grundlegend
läßt sich
der Aufbau mit den Einrichtungen 12 auch hinsichtlich der
Anzahl der Einrichtungen 12 vergrößern, beispielsweise auf sechs
Einrichtungen 12, wobei gemäß 3b jeweils
drei in einem Winkel von 120° zueinander
fest angeordnete Einrichtungen eine Kraftwirkung in die gleiche
Richtung gegenüber
der optischen Achse 3 bewirken müssen. Neben einer solchen,
durch sechs der Einrichtungen 12 bewirkten dreiwelligen
Deformation sind jedoch auch höherwellige
Deformationen, beispielsweise vier-, fünf- oder sechswellige Deformationen
in den Spiegeltopf 9 einleitbar.
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Es
können
dabei auch mehrere derartige Vorrichtungen 11 miteinander
kombiniert werden, so daß beispielsweise
die entsprechenden Einrichtungen 12 zum Einleiten eines
Astigmatismus und in einer Ebene parallel dazu entsprechende Einrichtungen 12 zur
Einleitung einer dreiwelligen Deformation angeordnet sein können. Da
in besonders günstiger Weise
beide Vorrichtungen 11 unabhängig gegeneinander verdreht
werden können,
ergibt sich somit die Möglichkeit,
die zwei- oder mehrwelligen Deformationen durch eine Überlagerungen
der Wirkung der beiden, oder gegebenenfalls auch weiterer Vorrichtungen 11 praktisch
annähernd
beliebig in den Spiegeltopf 9 einzuleiten, ohne daß hier ein übergroßer Aufwand
hinsichtlich der erforderlichen Aktuatorik entsteht.
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Selbstverständlich gilt
auch für
die hier beschriebenen und nicht explizit dargestellten Ausführungsformen
der Vorrichtung 11, daß diese
jeweils im Kräftegleichgewicht,
also in einer Anordnung analog zu der in 3a und 3b gewählten Darstellung betrieben
werden müssen,
um entsprechende Kräfte auf
den Bereich der Halteelemente 10 zu vermeiden, welche für weitere
ungewünschte
Deformationen in dem Spiegeltopf 10 sorgen könnten, was
insbesondere bei den hochpräzisen
Abbildungseigenschaften, welche für Halbleiter-Lithographie-Systeme
erforderlich sind, nicht zu akzeptieren wäre.
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Neben
der hier dargestellten Art, die Kräfte zur Erzeugung der gewünschten
Deformation mechanisch in den rohrförmigen Fortsatz 2' einzuleiten, besteht
selbstverständlich
auch die Möglichkeit,
die Kräfte über magnetische
Elemente 19 einzuleiten, so daß die Krafteinleitung ohne
mechanischen Kontakt, also berührungslos,
erfolgen kann. Die Verwendung von magnetischen Elementen 19 erlaubt
es dabei, auf einen direkten mechanischen Kontakt zwischen der Vorrichtung 11 und
dem rohrförmigen
Fortsatz 2' zu
verzichten. Dadurch können
nicht reproduzierbare Bedingungen, welche sich durch Reibung oder
sehr schwer beherrschbare Setzeffekte durch Flächenpressung, Rauhigkeit usw.
ergeben, vermieden werden. Die zu erzielende Genauigkeit, insbesondere hinsichtlich
der Reproduzierbarkeit der Einleitung der gewünschten Deformationen, läßt sich
damit erheblich steigern.
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Besonders
günstig
ist es dabei, über
die entsprechenden Aktuatoren 13 in den Einrichtungen 12 den
Abstand zwischen zwei in magnetischem Kontakt bzw. in magnetischer
Wirkung zueinander stehenden Elementen zu variieren. Durch die Veränderung
des Abstands ändern
sich dann nämlich
auch die Magnetkräfte
und das entsprechende Gegenelement wird stärker angezogen oder stärker abgestoßen.
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8 zeigt
eine prinzipmäßige Darstellung hiervon,
wobei ein Teil des Spiegeltopfes 9 zu erkennen ist. Dieser
Teil des Spie geltopfs 9 ist im Bereich seines rohrförmigen Fortsatzes 2' mit dem magnetischen
Element 19 versehen. Dieses magnetische Element 19 korrespondiert
mit einer magnetischen Einrichtung 20 bzw. einem elektromagnetischen
Antrieb 20, welcher gegenüber dem magnetischen Element 19 feststehend
ausgebildet ist. In der hier dargestellten Prinzipskizze ist der
elektromagnetische Antrieb 20 über ein Halteelement 21 mit
einer Grundplatte 22 verbunden ist. Das magnetische Element 19 des
rohrförmigen
Fortsatzes 2' arbeitet
dabei berührungslos
mit dem elektromagnetischen Antrieb 20 zusammen. Gemäß der Prinzipskizze
in 8 lassen sich Kräfte in beide Richtungen, also
in Richtung der optischen Achse 3 und weg von der optischen
Achse zwischen den beiden elektromagnetischen Antrieben erzeugen,
wie dies durch den Pfeil 23 prinzipmäßig dargestellt ist.
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Es
können
somit mehrere Lösungen
zur Deformation mittels elektromagnetischer und/oder magnetischer
Antriebe bzw. Elemente realisiert werden. Wie oben bereits erwähnt, stellt
die einfachste Möglichkeit
die Variation eines Abstands zwischen zwei in magnetischem Kontakt
bzw. in magnetischer Wirkung zueinander stehenden Elementen dar.
Auf diesen Aufbau soll nachfolgend noch näher eingegangen werden. Zuerst
soll jedoch die zweite Lösungsvariante
dargestellt werden, bei der das Antriebsprinzip auf dem ebenfalls
bereits erwähnten
Kontakt zwischen dem magnetischen Element 19 und einem elektromagnetischen
Antrieb 20 basiert.
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9 zeigt
eine mögliche
Lösung.
Dabei ist in den Bereich des Fortsatzes 2' ein Magnet 19', mit der aus 9 erkenntlichen
Polung, als magnetisches Element 19 eingesetzt. Dieser
Magnet 19' kann,
wie hier dargestellt, als diskreter Magnet 19' mit dem rohrförmigen Fortsatz 2' verbunden werden. Dies
erfordert jedoch eine entsprechend hohe Anzahl an Magneten 19' und erlaubt
darüber
hinaus nur die diskrete Einstellung der Winkellage für die einzubringende
Deformation entsprechend dieser Anzahl bzw. dem Winkelabstand der
Magnete 19'.
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Außerdem ist
es auch denkbar, daß das
magnetische Element 19 im Bereich des rohrförmigen Fortsatzes 2' als magnetische
Beschichtung 19'' ausgebildet
ist, so daß der
rohrförmige
Fortsatz 2' zumindest
auf seiner der optischen Achse 3 zugewandten Seite eine
durchgehende magnetische Beschichtung 19'' aufweist.
Dies ermöglicht
eine beliebige Einstellung der Winkellage für die vorgesehene Deformation.
Diese Beschichtung 19'' ist in den
nachfolgenden Figuren näher
dargestellt.
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In 9,
welche hier beispielhaft mit einem diskreten Magnet dargestellt
ist, korrespondiert der Magnet 19' mit einem Elektromagneten 20' als elektromagnetische
Antriebseinrichtung 20. Wird der Elektromagnet 20', welcher hier
in seiner Polung entsprechend so dargestellt ist, daß im Betrieb
eine Abstoßung
zwischen dem magnetischen Element 19 und der elektromagnetischen
Antriebseinrichtungen 20 stattfinden wird, läßt sich über eine
Spule 24 einerseits hinsichtlich seiner Polung beeinflussen,
so daß entweder
Anziehung oder Abstoßung
zwischen dem magnetischen Element 19 und der elektromagnetischen
Antriebseinrichtungen 20 stattfinden wird, und andererseits
kann über
den durch die Spule 24 fließenden Strom das dadurch induzierte
Magnetfeld hinsichtlich des Betrags der Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte verändert werden.
Man erhält
mit einem derartigen Aufbau der Vorrichtung 11 gemäß 9 also
einen hochflexiblen Aufbau, welcher es erlaubt, die Kräfte, welche
in den rohrförmigen
Fortsatz 2' des optischen
Elements 1 eingeleitet werden, hinsichtlich ihrer Richtung
und ihrer Stärke
annähernd
beliebig zu variieren.
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Durch
die berührungslose
Funktionsweise werden darüber
hinaus beim Verdrehen der Vorrichtung 11 um die optische
Achse 3 keinerlei Reibungskräfte verursacht, welche zu entsprechenden
Verformungen und Spannungen im Sub-μm-Bereich führen könnten, wie dies oben bereits
angedeutet wurde, und welche durch die aufgrund der Reibung erzeugten
Wärme weitere
negative Einflüsse
auf die Abbildungsqualität
des optischen Elements 1 haben könnten.
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Die
Ausführungsform
gemäß 10 zeigt einen ähnlichen
Aufbau, wobei hier die elektromagnetische Antriebseinrichtung 20 und
das magnetische Element 19 vertauscht angeordnet sind.
Dies bedeutet, daß die
elektromagnetische Antriebseinrichtung 20, welche hier
als Tauchspule 25 ausgebildet ist, an dem rohrartigen Fortsatz 2' angeordnet
ist. Die Tauchspule 25 korrespondiert dabei mit dem magnetischen
Element 19, welches hier in einer entsprechenden geometrischen
Ausgestaltung ausgeführt
ist, so daß diese
Elemente problemlos untereinander korrespondieren können. In
an sich bekannter Art ergibt sich je nach Spannung U, welche an
die Tauchspule 25 angelegt wird, die gewünschte Kraft zwischen
dem magnetischen Element 19 und dem elektromagnetischen
Antriebseinrichtung 20, welche hinsichtlich Richtung und
Betrag variiert werden kann.
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Diese
Ausführungsform
weist lediglich den Nachteil auf, daß eine Winkelverstellung um
die optische Achse 3 nur sehr schwer möglich ist. Dementsprechend
kann ein Aufbau gewählt
werden, welcher über
mehrere diskrete Winkelstellungen verfügt. Dies kann beispielsweise
bedeuten, daß eine
größere Anzahl
an Tauchspulen 25, beispielsweise zwölf, um den Umfang des Spiegeltopfes 9 angeordnet
sind, so daß auch
hier die Möglichkeit
einer Einleitung einer mehrwelligen Deformation in verschiedene,
jedoch diskret vorgegebene, Winkellagen erfolgen kann. Der Aufbau
gemäß 10 mit
der Tauchspule 25 ist dabei prädestiniert für eine Kombination
mit dem Aufbau des optischen Elements 1 gemäß 1,
also mit einzelnen diskreten Fortsätzen 2.
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Ein
derartiger Aufbau ist, allerdings mit einem anderen Betätigungsprinzip,
in 11 prinzipmäßig dargestellt.
Der Aufbau gemäß 11 zeigt nämlich den
Spiegeltopf 9 in einer Ansicht von seiner der verspiegelten
Oberfläche
abgewandten Seite. Dabei sind in dem Spiegeltopf 9 zwölf diskrete
Einrichtungen 12 zum Einbringen der Kraft in den rohrförmigen Fortsatz 2' erkennbar.
Jede der Einrichtungen 12 weist hier zwei Magnete 26, 27 auf,
welche sich jeweils über
einen längenveränderlichen
Aktuator 28 an der hier im Inneren des Spiegeltopfs 9 angeordne ten
Grundplatte 22 abstützen.
Die beiden Magnete 26, 27 sind so gepolt, daß der eine
Magnet 26 für
eine Abstoßung
zwischen sich selbst und dem magnetischen Element 19, welches
hier als magnetische Beschichtung bzw. Schicht 19'' ausgebildet ist, sorgen kann.
Durch den jeweiligen Aktuator 28 läßt sich der Abstand zwischen
dem jeweiligen Magnet 26, 27 und der magnetischen
Schicht 19'' verändern. Je
nach Abstand wird die magnetische Schicht 19'' und
damit der mit ihr verbundene rohrförmige Fortsatz 2' von den Magneten 26, 27 stärker oder
schwächer
angezogen oder abgestoßen.
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Wie
oben bereits erwähnt,
kann anstatt in der magnetischen Schicht 19'' auch
eine Anzahl von Einzelmagneten 19' in den rohrförmigen Fortsatz 2' integriert
sein, womit wieder lediglich diskrete Winkelstellungen bei der Einleitung
der Deformation berücksichtigt
werden können.
Die grundlegend auch beim Aufbau gemäß 11 mögliche Drehung
des Aufbaus aus Grundplatte 22 und Einrichtungen 12 könnte somit
gegebenenfalls entfallen. Damit geht zwar die oben bereits erwähnte Variation
hinsichtlich des Winkels teilweise verloren, für entsprechende Anwendungen
kann jedoch eine Variation des Winkels in zwölf verschiedene Stellungen
ausreichend sein, der Aufbau kann damit an Stabilität gewinnen.
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Die
magnetische Schicht 19'' kann dabei
aus einem von sich magnetischen Material bestehen, also eine Art
aufgedampfter oder aufgesputterter Dauermagnet sein. Alternativ
dazu würde
aber auch eine Schicht 19'' aus einem magnetischen
Material, z.B. Eisen oder dergleichen, ausreichen, welche mit den
beispielsweise als Dauermagneten ausgeführten Magneten 26, 27 zusammenwirkt.
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12 zeigt
einen vergleichbaren Aufbau, wobei hier der rohrförmige Fortsatz 2' sowohl auf
seiner der optischen Achse 3 zugewandten, als auch auf seiner
der optischen Achse 3 abgewandten Seite mit der magnetischen
Schicht 19'' versehen ist.
Auf der der optischen Achse 3 zugewandten Seite des rohrförmigen Fortsatzes 2' ist dann jeweils
nur noch einer der Aktuato ren 28 angeordnet, welcher den
einen Magneten 26 trägt.
Der Magnet 27 ist mit dem zweiten Aktuator 28 auf
der der optischen Achse 3 abgewandten Seite des rohrförmigen Fortsatzes 2' angeordnet.
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Die
Möglichkeit
der Variation der einzuleitenden Deformation ist hier vergleichbar,
es können
sich jedoch entsprechende Vorteile hinsichtlich der baulichen Ausgestaltung
ergeben.
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Prinzipiell
können
sämtliche
der hier dargestellten Ausführungsformen
natürlich
auch untereinander kombiniert werden, insbesondere ist es auch denkbar,
lediglich auf der der optischen Achse 3 abgewandten Seite
des rohrförmigen
Fortsatzes 2' die Einrichtungen 12 mit
ihrem Aufbau gemäß 11 anzuordnen,
so daß das
optische Element 1 auch als transparentes optisches Element 1,
beispielsweise als Linse, ausgeführt
sein kann.
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Für sämtliche
Ausgestaltungen der Einrichtungen 12, mit Ausnahme der
Tauchspule 25, kann dabei die Drehung um die optische Achse 3 in
einer Ebene senkrecht zu dieser optischen Achse 3 sinnvoll
sein, wobei diese wiederum durch Integration von diskreten Magneten
oder dergleichen in ihrer Variationsmöglichkeit eingeschränkt werden
kann. Dies kann bei einer entsprechend hohen Anzahl an diskreten
Magneten und/oder feststehenden Einrichtungen 12 jedoch
von untergeordneter Bedeutung sein.
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Somit
ergibt sich ein hinsichtlich des Astigmatismus und höherwelliger,
insbesondere dreiwelliger Deformationen sehr gut zu beeinflussendes
optisches Element 1 in einem einfachen, zuverlässigen und
kompakten Aufbau, welcher sich hinsichtlich seines Platzbedarfs
und seiner Ansteuerungsmöglichkeit
problemlos in ein Abbildungssystem, beispielsweise in eine Objektiv
für die
Halbleiter-Lithographie, integrieren läßt.
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Zur
Einleitung der Kräfte
können
bei sämtlichen
Anordnungen, also sowohl dem Aktuator 4 gemäß der Darstellung
in 2, wie auch den in den jeweiligen Einrichtungen 12 integrierten Aktuatoren 13 der 6 und 7 sowie
den Aktuatoren 28 der 11 und 12,
im wesentlichen bekannte Aktuatoren zum Einsatz kommen. Dabei ist
für die
Betätigung
der Aktuatoren 4, 13, 28 die Anwendung
von Federkräften,
Pneumatik- oder Hydraulikzylindern ebenso denkbar wie die besonders
günstige
und vorteilhafte Anwendung von Piezoelementen, insbesondere als
Piezostacks.
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Bei
der Verwendung von magnetischen oder elektromagnetisch wirksamen
Einrichtungen 12 ergeben sich weitere günstige Eigenschaften. Durch den
elektromagnetischen Aufbau können
die Kräfte sehr
gleichmäßig eingeleitet
und eingeschaltet werden, so daß es
durch die Abstützung
der Reaktionskräfte
nicht zu zusätzlichen
Verschiebungen oder Deformationen des Aufbaus kommt, da alle Kräfte, welche
sich in der Summe wieder aufheben, gleichmäßig und gleichzeitig angelegt
werden können.
Außerdem
wird die Kombination der Einleitung von mehreren unterschiedlichen
Welligkeiten, welche, wie bereits oben in den 6 und 7 genannt,
grundlegend immer möglich
ist, bei den elektromagnetischen Vorrichtungen 11 erheblich
vereinfacht, da beispielsweise bei Aufbauten mit diskreten Winkelstellungen gemäß 11 oder 12 keine
zusätzlichen
Elemente notwendig werden. Sämtliche
elektromagnetischen Antriebselemente können dabei sowohl Zug- als
auch Druckkräfte
auf das optische Element 1 aufprägen, wobei hier lediglich die
Polung der Magnete und/oder die Einleitung der entsprechenden Spannungs-
und/oder Stromrichtung entscheidend ist.
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Da
die gewünschten
einzuleitenden Deformationen, insbesondere wenn es sich bei dem
optischen Element 1 um einen Spiegel handelt, sehr gering
sind und nur im Sub-μm-Bereich
bzw. Nanometerbereich liegen, können
hierfür
miniaturisierte elektromagnetische Antriebe verwendet werden. Dies führt neben
den baulichen Vorteilen außerdem
zu einer geringeren Leistungsaufnahme mit entsprechend verringerter
Wärmeentwicklung.
Die dennoch entstehende Wärme
kann beispielsweise durch eine direkte Wasserkühlung oder dergleichen abgeführt werden.
Diese Abführung
der Wärme
kann beispielsweise in der Grundplatte 22 integriert werden.
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Der
bevorzugte Einsatzzweck für
eine Vorrichtung 11, wie sie hier beschrieben wurde, liegt
im Bereich von optischen Elementen 1, welche für Abbildungseinrichtungen
in Projektionsbelichtungsanlagen in der Mikrolithographie eingesetzt
werden.