DE10156884A1

DE10156884A1 - Vorrichtung zur Halterung einer Fassung eines optischen Elements

Info

Publication number: DE10156884A1
Application number: DE10156884A
Authority: DE
Inventors: Johannes Rau
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-05-28
Also published as: US6791768B2; US20030117724A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung einer Fassung eines optischen Elements, insbesondere in einem Objektiv für die Halbleiter-Lithographie an einem Bauelement. Die Fassung ist über drei Lagerkörper in jeweils entsprechenden Lagerstellen des Bauelements gelagert. Die Fassung und das Bauelement sind über magnetische Kräfte zusammengehalten. Der magnetische Fluß in dem Bauelement (1) ist im Bereich der Lagerstellen (2) durch einen Abschnitt (5) kleinerer Permeabilität behindert und ist über die Lagerkörper (8) aus magnetisch hochpermeablem Material beim Verbinden von Fassung (7) und Bauelement (1) durch wenigstens einen Magneten kurzschließbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung einer Fassung eines optischen Elements, insbesondere in einem Objektiv für die Halbleiter-Lithographie, an einem Bauelement, wobei die Fassung über wenigstens drei Lagerkörper in jeweils entsprechenden Lagerstellen des Bauelements gelagert ist, und wobei die Fassung und das Bauelement über magnetische Kräfte zusammengehalten sind.

Aus der Praxis bekannt sind reproduzierbare Schnittstellen bzw. Haltevorrichtungen für reproduzierbar austauschbare optische Elemente, bei denen in der Regel eine statisch bestimmte Lagerung zur Anwendung kommt, wobei unter anderem die Prinzipien "drei Kugeln - drei V-Nuten", "drei Kugeln - sechs Zylinder" oder "drei Kugeln-Kegel-Nut-Ebene" benutzt werden. Diese statisch bestimmten Lagerungen erlauben dabei eine reproduzierbare Aufnahme des einen Elements in dem anderen Element. Bei ruhenden Anwendungen kann im einfachsten Fall die Gewichtskraft des zu lagernden Teiles genutzt werden, um den Kontakt der Berührflächen sicherzustellen. Ist dies konstruktiv nicht möglich, da beispielsweise die Montage von unten erfolgen muß, oder können höhere Kräfte auftreten, die nicht die Richtung der Gewichtskraft haben (z. B. beim Transport oder durch dynamische Erregungen), so ist eine zusätzliche äußere Haltekraft erforderlich, die das Abheben der Berührflächen verhindert. Üblicherweise werden hierzu Schraub-, Klemm- oder Federverbindungen und dergleichen verwendet. Außerdem können Magnete zum Einsatz kommen, die die Fassung mit dem übergeordneten System, z. B. einem Gehäuse eines Objektives in der Halbleiter-Lithographie, verbinden.

In der Regel werden jedoch durch die konstruktiv bedingte Position der Kraft erzeugenden Elemente oder durch Fertigungstoleranzen an den Krafteinleitungsstellen Momente auf die Fassung des optischen Elements übertragen. Diese Momente führen dann unter Umständen zu nachteiligen Deformationen, sowohl der Fassung als auch des mit ihr verbundenen optischen Elements.

Außerdem entsteht ein erheblicher Aufwand, wenn die Verbindung gelöst werden muß. Auch ist dann ihre Reproduzierbarkeit nicht mehr in der erforderlichen Präzision sichergestellt, da beim erneuten Zusammenfügen andersartige Momente auf das optische Element einwirken können, welche dessen Abbildungsqualität verschlechtern.

Für den speziellen Einsatzzweck der Vorrichtung zur Halterung des optischen Elements als Abschlußplatte für ein Objektiv in der Halbleiter-Lithographie soll auf die beiden Schriften EP 0 724 199 B1 und die US 5,973,863 verwiesen werden. Diese zeigen verschiedene Anwendungen, die sich ebenfalls mit austauschbaren Abschlußplatten beschäftigen. Durch die beiden Schriften tritt die Problematik zutage, daß derartige Platten, sofern diese austauschbar sein müssen, die Erfordernis einer sehr genauen Positionierung und eines sehr einfachen und schnellen Auswechselns erlauben sollte.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung für ein reproduzierbar austauschbares optisches Element der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die über eine von der Gewichtskraft verschiedene Haltekraft zum Fixieren der Elemente verfügt, ohne daß Deformationen in das optische Element eingetragen werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch diese Maßnahmen ist es in einfacher und vorteilhafter Weise möglich, Fassung und Bauelement fest zu verbinden, indem die Lagerkörper der Fassung in die Lagerstellen des Bauelements eingebracht werden und durch das durch Kurzschluß entstehende magnetische Feld fest zusammengehalten werden. Vorteilhaft ist außerdem, daß bei der Fertigung auf Schrauben-, Klemm- oder Federverbindungen verzichtet werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Lagerstellen und die Lagerkörper so ausgebildet sind, daß zwischen den Lagerstellen und den Lagerkörpern lediglich Normalkräfte auftreten.

Dadurch, daß bei der Verbindung von Fassung und Bauelement zwischen den Lagerstellen und den Lagerkörpern lediglich Normalkräfte auftreten, werden in vorteilhafter Weise globale Verformungen der Schnittstellenteile vermieden. Demnach treten keine störenden Momente an den Krafteinleitungsstellen auf die Fassung des optischen Elements auf, die zu Deformationen der Fassung und damit des optischen Elements führen könnten.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, daß das Bauelement wenigstens aus drei magnetisch leitenden Segmenten gebildet ist, die durch die Lagerstellen getrennt sind, wobei im Bereich der Lagerstellen ein Material mit deutlich geringerer magnetischer Permeabilität vorgesehen ist, als im restlichen Teil der Segmente.

Durch diese Maßnahmen kann in einfacher Weise ein magnetischer Fluß von einem magnetischen Nordpol über das erste Segment über den ersten in die erste Lagerstelle eingebrachten Lagerkörper zum zweiten Segment über den zweiten in die zweite Lagerstelle eingebrachten Lagerkörper zum dritten Segment und von dort aus über den dritten in die dritte Lagerstelle eingebrachten Lagerkörper zum magnetischen Südpol verlaufen.

Durch den dadurch entstehenden magnetischen Fluß werden die Lagerkörper durch magnetische Kräfte fest mit den Lagerstellen verbunden.

Von Vorteil ist es, wenn wenigstens eines der Segmente eine Trennung aufweist, wobei in den entstehenden Zwischenraum ein Material mit geringer magnetischer Permeabilität eingebracht ist, mittels dessen ein Magnetfeld durch den Magneten einkoppelbar ist, der die Trennung überbrückt.

Dadurch können in einfacher Weise die Lagerkörper durch Einkoppeln des Magnetfeldes fest mit den Lagerstellen verbunden werden und durch Auskoppeln des Magnetfeldes lassen sie sich kräftefrei abheben. Dabei erfolgt die Montage sinnvoller Weise bei ausgekoppeltem Magnetfeld. Erst wenn die definierte Position der Fassung im Bauelement erreicht ist, wird das Magnetfeld eingekoppelt.

In einer konstruktiven Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, daß die Trennung eine Öffnung zur Aufnahme des Magneten aufweist.

Durch diese Maßnahme kann ein Magnet in einfacher Weise in das Bauelement eingefügt werden, durch den das Magnetfeld einkoppelbar bzw. schaltbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Magnetpole des Magneten bezüglich der Trennung benachbarter Segmente derart mechanisch verstellbar sind, daß das Magnetfeld schaltbar ist und daß der Magnet als zylindrischer Dauermagnet ausgebildet ist.

Durch diese Maßnahmen ist ein einfaches manuelles bzw. mechanisches Ein- und Ausschalten des Magnetfeldes durch Verstellen der Pole möglich. Ein zylinderförmiger Dauermagnet kann in einer zylinderförmigen Öffnung eingebracht sein und durch einfaches Drehen verstellbar sein.

Von Vorteil ist es, wenn der Magnet als Elektromagnet ausgebildet ist.

Durch diese Maßnahme ist ein elektrisches Schalten des Magnetfeldes ohne mechanische bzw. manuelle Einwirkung möglich.

Alternativ kann der Magnet auch als Permanentmagnet ausgebildet sein, der durch einen elektrischen Gegenmagneten ausschaltbar ist.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, daß die Lagerstellen und die Lagerkörper wenigstens in den Kontaktbereichen jeweils eine harte Oberfläche aufweisen.

Durch diese Maßnahmen werden zusätzlich Deformationen in den Kontaktbereichen vermieden und die Einwirkung von Normalkräften an den Krafteinleitungsstellen gewährleistet.

Von Vorteil ist es, wenn die Lagerstellen Nuten aufweisen.

Diese Maßnahme ermöglicht ein einfaches und vorteilhaftes Einbringen der Lagerkörper in die mit Nuten versehenen Lagerstellen.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, daß die Nuten jeweils eine V-Form aufweisen.

Diese Maßnahme dient dem Auftreten von Normalkräften bei der Einlagerung von beispielsweise kugelförmigen Lagerkörpern in die V-förmigen Nuten der Lagerstelle. Durch die V-Form der Nuten ergibt sich eine geometrisch optimierte Anordnung der magnetischen Feldlinien in diesem Bereich.

Von Vorteil ist es, wenn die harte Oberfläche der Lagerstellen durch Hartmetallwalzen oder durch Hartmetallplättchen oder durch Vernickeln bzw. Hartverchromen der Nuten gebildet ist.

Durch diese Maßnahmen können in fertigungstechnisch einfacher Weise viele verschiedene Arten von Lagerstellen mit harten Oberflächen zur Vermeidung von Deformationen je nach Anforderungen bereitgestellt werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Lagerkörper wenigstens im Bereich der Kontaktflächen sphärisch ausgebildet sind und daß die Lagerkörper als Kugeln oder Walzen ausgebildet sind.

Durch diese Maßnahmen kann beispielsweise in Kombination mit einer V-förmigen Ausbildung der Nuten der Lagerstellen eine besonders präzise Einwirkung von Normalkräften an den Krafteinleitungsstellen der Lagerstellen und Lagerkörper gewährleistet werden und damit Deformationen des Tragelements und des optischen Elements verhindert werden. Die Normalkräfte wirken jeweils nur an einem Punkt bei einem kugelförmigen Lagerkörper bzw. nur auf einer Geraden bei einem walzenförmigen Lagerkörper.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes ringförmiges Bauelement von oben;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Verbindung von Bauelement und Fassung;

Fig. 3a eine Ansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Bauelements mit eingekoppeltem Magnetfeld;

Fig. 3b eine Ansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Bauelements mit ausgekoppeltem Magnetfeld;

Fig. 4 eine vereinfachte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bauelements im Nutenbereich mit eingelagertem kugelförmigen Lagerkörper in V-förmiger Nut mit einem prinzipmäßig dargestellten Verlauf der magnetischen Feldlinien;

Fig. 5 eine vereinfachte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bauelements mit einer Nut in Form einer rechteckigen Aussparung und Hartmetallwalzen; und

Fig. 6 eine vereinfachte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bauelements mit einer Nut in Form einer trapezförmigen Aussparung und Hartmetallplättchen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Bauelement 1 durch drei Lagerstellen 2 in drei magnetisch leitende Segmente 3 aus Stahl unterteilt. Die Lagerstellen 2 weisen V-förmige Nuten 4 mit nicht leitfähigem Material (z. B. Hartlot) auf. Der magnetische Fluß ist im Bauelement 1 im Bereich der Lagerstellen 2 durch einen Abschnitt 5 kleinerer Permeabilität behindert. Das Bauelement 1 ist im allgemeinen ein Teil eines Gehäuses 10 eines Objektives für die Halbleiter-Lithographie (in Fig. 2 gestrichelt angedeutet) oder es ist entsprechend mit dem Gehäuse verbunden.
Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich, weist eines der Segmente 3 eine Trennung 5' in Form eines Spalts auf, wobei in den entstehenden Zwischenraum ein Material mit geringer magnetischer Permeabilität eingebracht ist. Eine magnetische Einkopplung kann dort durch einen hier beispielhaft u-förmigen Magneten 6 erfolgen. Der Einsatz eines Elektromagneten (gestrichelt dargestellt) wäre ebenfalls denkbar.
Fig. 2 zeigt eine Verbindung eines ringförmigen Bauelements 1 mit einer ringförmigen Fassung 7 mit eingeklebten ferromagnetischen kugelförmigen Lagerkörpern 8 aus Stahl. Das Bauelement 1 weist an den Lagerstellen 2 drei V-förmige Nuten 4 mit Hartlot auf, in die die kugelförmigen Lagerkörper 8 der ringförmigen Fassung 7 eingebracht sind. Die Fassung 7 und das Bauelement 1 werden über magnetische Kräfte zusammengehalten. Der magnetische Fluß wird durch Kurzschluß über die kugelförmigen ferromagnetischen Lagerkörper 8 beim Verbinden von Fassung 7 und Bauelement 1 erzeugt. Vor der Verbindung wird der magnetische Fluß im Bereich der Lagerstellen 2 durch die mit Hartlot versehenen V-Nuten 4 mit Abschnitten 5 geringer Permeabilität behindert. Die ringförmige Fassung 7 ist in dem in Fig. 2 nur gestrichelt dargestellten Objektiv für die Halbleiter-Lithographie aufgenommen.
Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 und 2 dargestellten Bauelements 1, wobei hier in einen Freiraum bzw. eine Öffnung 9 der Trennung 5' mit dem Material mit geringer magnetischer Permeabilität ein zylindrischer Dauermagnet 6' eingebracht ist, wobei die verschiedenen Pole des Dauermagneten 6' durch Schraffur/keine Schraffur in der Figur angedeutet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der zylindrische Dauermagnet 6' derart mechanisch verstellt werden, daß das Magnetfeld schaltbar ist. Wie aus Fig. 3a ersichtlich, ist das Magnetfeld eingeschaltet.
Fig. 3b zeigt dieselbe Anordnung wie Fig. 3a mit dem Unterschied, daß der zylindrische Dauermagnet 6' durch eine viertel Umdrehung in die Aus-Stellung gebracht ist, das Magnetfeld ist kurzgeschlossen und erzeugt keinen magnetischen Fluß entlang des Bauelements 1. In einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte statt dem Dauermagneten 6' auch ein Elektromagnet anderer Form vorgesehen sein (gestrichelt dargestellt). In diesem Fall könnte durch Strom das Magnetfeld an-/ausgeschaltet werden.
Fig. 4 zeigt einen kugelförmigen Lagerkörper 8, dessen Verbindung mit der ringförmigen Fassung 7 nicht näher dargestellt ist, der in die V-förmige Nut 4 der Lagerstelle 2 des Bauelements 1 so eingesetzt ist, daß in den jeweiligen Berührpunkten zur Halterung nur Normalkräfte auftreten. Die durch die nicht magnetisch leitenden V-förmigen Nuten 4 entstehenden magnetischen Feldlinien 11 über den Lagerkörpern sind prinzipmäßig dargestellt. Sie beschreiben auch die annähernde Richtung der auftretenden Haltekräfte. Die Lagerstellen 2 und die Lagerkörper 8 weisen wenigstens in den Kontaktbereichen eine harte Oberfläche auf. Diese harte Oberfläche kann auch durch Vernickeln oder Hartverchromen erzeugt werden. Die Lagerkörper 8 sind wenigstens im Bereich der Kontaktflächen sphärisch ausgebildet. Die Lagerkörper können als Kugeln oder Walzen 8 ausgebildet sein.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, besitzt das Bauelement 1 bei diesem Ausführungsbeispiel eine Lagerstelle 2 mit einer Nut in Form einer rechteckigen Aussparung 12 in die zur Erzeugung einer harten Oberfläche Hartmetallwalzen 13 eingebracht sind, die mit dem kugelförmigen Lagerkörper 8 in Verbindung stehen. Die Schraffur des Lagerkörpers 8 soll hier eine vernickelte oder hartverchromte Oberfläche symbolisieren. Des weiteren sind auch wieder die entstehenden magnetischen Feldlinien 11 abgebildet.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist in die Lagerstelle 2 des Bauelements 1 eine Nut in Form einer trapezförmigen Aussparung 14 mit Hartmetallplättchen 15 zur Erzeugung einer harten Oberfläche eingebracht. Der kugelförmige Lagerkörper 8 steht auch hier mit der Lagerstelle 2 bzw. den durch die Trennung 5' voneinander getrennten Segmentteilen 3 in Verbindung. Wie auch schon in Fig. 5 ist hier der prinzipmäßige Verlauf der magnetischen Feldlinien 11 dargestellt.
Durch die vor allem in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten verschiedenen Ausführungen des Nutbereiches können präzisere und optimierte Kräfteeinwirkungen erzielt werden und damit Momente auf die Fassung des optischen Elements vermieden werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Halterung einer Fassung eines optischen Elements, insbesondere in einem Objektiv für die Halbleiter-Lithographie, an einem Bauelement, wobei die Fassung über wenigstens drei Lagerkörper in jeweils entsprechenden Lagerstellen des Bauelements gelagert ist, und wobei die Fassung und das Bauelement über magnetische Kräfte zusammengehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß in dem Bauelement (1) im Bereich der Lagerstellen (2) durch einen Abschnitt (5) kleinerer Permeabilität behindert ist, wobei der magnetische Fluß über die Lagerkörper (8) aus magnetisch hochpermeablem Material beim Verbinden von Fassung (7) und Bauelement (1) durch wenigstens einen Magneten (6, 6') kurzschließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (2) und die Lagerkörper (8) so ausgebildet sind, daß zwischen den Lagerstellen (2) und den Lagerkörpern (8) lediglich Normalkräfte auftreten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) aus wenigstens drei magnetisch leitenden Segmenten (3) gebildet ist, die durch die Lagerstellen (2) getrennt sind, wobei im Bereich der Lagerstellen (2) ein Material mit deutlich geringerer magnetischer Permeabilität vorgesehen ist, als im restlichen Teil der Segmente (3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Segmente (3) eine Trennung (5') aufweist, wobei in den entstehenden Zwischenraum ein Material mit geringer magnetischer Permeabilität eingebracht ist, mittels dessen ein Magnetfeld durch den Magneten (6, 6') einkoppelbar ist, der die Trennung (5') überbrückt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung (5') eine Öffnung (9) zur Aufnahme des Magneten (6') aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetpole des Magneten (6') bezüglich der Trennung (5) benachbarter Segmente (3) derart mechanisch verstellbar sind, daß das Magnetfeld schaltbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet als zylindrischer Dauermagnet (6') ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (6') als Elektromagnet ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (2) und die Lagerkörper (8) wenigstens in den Kontaktbereichen jeweils eine harte Oberfläche aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (2) Nuten (4, 12, 14) aufweisen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (4) jeweils eine V-Form aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Oberfläche der Lagerstellen (2) durch Hartmetallwalzen (13) oder durch Hartmetallplättchen (15) oder durch Vernickeln bzw. Hartverchromen der Nuten (4, 12, 14) gebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkörper (8) wenigstens im Bereich der Kontaktflächen sphärisch ausgebildet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkörper (8) als Kugeln oder Walzen ausgebildet sind.