PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006021796A1 12.04.2007
Titel In einer Fassung gelagertes optisches Element
Anmelder Carl Zeiss SMT AG, 73447 Oberkochen, DE
Erfinder Schletterer, Thomas, 07646 Stadtroda, DE
Vertreter Prünte, P., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 86199 Augsburg
DE-Anmeldedatum 09.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006021796
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G02B 7/02(2006.01)A, F, I, 20060509, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G02B 7/182(2006.01)A, L, I, 20060509, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine optische Baugruppe, bestehend aus einem optischen Element (1) und aus einem dieses über seinen gesamten Umfang oder über einen Umfangsbereich umgebenden Fassungsring (8) oder aus dieses über Umfangsbereiche umgebenden Fassungsringstücken, mit einem zwischen dem Element (1) und dem Fassungsring (8) bzw. den Fassungsringstücken eingebrachten Verbindungsmittel bzw. eingebrachten Verbindungsmittelstücken, ist dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (1) von einem flexiblen, entlang wenigstens eines Umfangsbereichs des Elements (1) keine oder nur eine geringe Eigensteifigkeit aufweisenden Verbindungsmittel (4) bzw. Verbindungsmitteln umgeben ist, welches bzw. welche das Verbindungsmittel hält bzw. die Verbindungsmittelstücke halten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine optische Baugruppe mit einem optischen Element und mit einem das optische Element über seinen gesamten Umfang oder über einen Umfangsbereich umgebenden Fassungsring oder über dessen Umfangsbereiche umgebenden Fassungsringstücken, mit einem zwischen dem Element und dem Fassungsring bzw. den Fassungsringstücken eingebrachten Verbindungsmittel bzw. eingebrachten Verbindungsmittelstücken.

Optische Elemente, beispielsweise Linsen oder Spiegel, müssen sehr positionsstabil in Gehäusen oder Fassungen angeordnet werden und dürfen auch nach dem Verbinden dieser Komponenten mit anderen Strukturelementen keine Positionsveränderungen oder Deformationen erfahren. Dies ist insbesondere bei Hochleistungsoptiken erforderlich, wie sie in der Mikro-Lithographie eingesetzt werden. Als Fassung im Sinne der Erfindung ist insbesondere jedes selbst nicht lichtführende Element zu verstehen, das geeignet ist, ein oder mehrere optische Elemente mechanisch zu fixieren und zu Baugruppen oder optischen Systemen zu verbinden oder in Wirkverbindung zu bringen.

Bekannt sind stoffschlüssige Verbindungen, die durch Kleben, Löten, Bonden und/oder kraftschlüssige Lösungen, beispielsweise Klemmen, zustande kommen. Stoffschlüssige Lösungen bringen meist unerwünschte Spannungen durch den Aushärteprozess, beispielsweise infolge des Klebens, oder infolge eines Temperaturprozesses, beispielsweise beim Löten oder Bonden, in das optische Element ein, was zur unerwünschten Spannungsdoppelbrechung führt. Außerdem haben Kleber den Nachteil, dass sie zum Kriechen neigen und somit die Lage und die Oberflächenform des optischen Elements verändern. Anordnungen mit Klemmverbindungen bringen, bedingt durch die notwendigen Haltekräfte, ebenfalls Spannungen in das optische Element ein.

Aus der DE 197 35 769 A1 ist eine für optische Präzisionsfassungen geeignete Löttechnik mit einer auf Quarz oder Calciumfluorid aufgebrachten Haftschicht bekannt, die eine stoffschlüssige Verbindung lokaler Art mit Stegen oder Laschen vorsieht.

In der EP 0 922 983 A1 wird eine optische Baugruppe beschrieben, die aus einem optischen Element aus nichtmetallischem, insbesondere transparentem Material und einer Fassung oder einem Fassungselement besteht und dadurch gekennzeichnet ist, dass eine zwischen dem optischen Element und der Fassung angeordnete Schicht aus einem Lot, vorzugsweise unterhalb von ca. 100°C schmelzenden Metall, eine formschlüssige Verbindung mit dem optischen Element bildet.

Ein aus der DE 198 59 634 A1 bekanntes optisches System, insbesondere eine Projektions-Belichtungsanlage der Mikrolithographie, insbesondere mit schlitzförmigem Bildfeld oder nicht-rotationssymmetrischer Beleuchtung, weist ein optisches Element, insbesondere eine Linse oder einen Spiegel auf, die an dem optischen Element und/oder dem Innenring angreifen. Es ist vorgesehen, dass zur Erzeugung von Zug- und/oder Druckkräften an dem deformierbaren Innenring über eine radiale Kraft-Weg-Übersetzung mehrere Aktuatoren angreifen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine spannungsarme und temperaturbeständige optische Baugruppe zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer optischen Baugruppe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das optische Element von einem flexiblen, entlang wenigstens eines Umfangsbereichs des Elements angeordneten, keine oder nur eine geringe Eigensteifigkeit aufweisenden Verbindungsmittel bzw. Verbindungsmittelstücken umgeben ist, welches bzw. welche das Verbindungsmittel hält bzw. die Verbindungsmittelstücke halten.

Durch die Erfindung wird eine lagestabile und auch bei Temperaturen von beispielsweise 150°C noch stabile, kontaminationsarme und langzeitstabile Fassung für ein optisches Element geschaffen, das insbesondere für ein Mikrolithographie-Projektionsobjektiv geeignet ist. Für die Fassung lassen sich ausschließlich anorganische Werkstoffe verwenden, so dass die Ausführung der Erfindung kontaminationsarm ist.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, entweder ein einziges durchgehendes oder ein eine Verbindungsstelle aufweisendes Verbindungselement wie beispielsweise einen Draht zu verwenden, wobei das Verbindungselement entweder als solches bereits kreisförmig ist oder an einer Verbindungsstelle, die etwa durch Löten oder Schweißen zustande gekommen ist, verbunden wurde.

Ebenso betrifft die Erfindung auch den Einsatz einer Mehrzahl von das optische Element über Umfangsbereiche umgebenden Fassungsringstücken, die jeweils über einzelne Verbindungsmittelstücke gehalten werden. In diesem Fall werden an wenigstens zwei Umfangsbereichen des optischen Elements Stücke eines Verbindungsmittels angesetzt, also beispielsweise durch eine umfangsseitig eingebrachte Nut geführt. In diesen Umfangsbereichen sind die Verbindungsmittelstücke mit entsprechenden Fassungsringstücken verbunden, beispielsweise durch eine Klebeverbindung. Ebenso ist es aber beispielsweise auch möglich, die Fassungsringstücke durch eine kraftschlüssige Verbindung, also etwa durch eine Clipsverbindung, mit dem Verbindungsmittelstück zu verbinden.

Ein derartiges Verbindungselement wie beispielsweise ein vorgespannter Draht oder ein Kunststofffaden oder ein metallisches oder aus einem Kunststoff wie Nylon bestehendes Band erzeugt nur geringe sphärische Deformationen und Spannungen an dem optischen Element, die noch tolerierbar sind. Das optische Element wird lagestabil und temperaturbeständig gehalten. Die Anordnung ist zudem auch langzeitstabil, da keine Materialien verwendet werden, die zum Kriechen neigen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verbindungsmittel jeweils von einem Draht, einem Band oder einem Faden, insbesondere aus einem Kunststoff, oder einer Feder gebildet wird oder einen Draht, ein Band, einen Faden oder eine Feder umfasst.

Von Vorteil ist eine Ausgestaltung der Erfindung, gemäß der das jeweilige Verbindungsmittel wenigstens im wesentlichen von wenigstens einer Nut aufgenommen wird.

Die Nut kann in verschiedener Weise ausgestaltet sein, beispielsweise mit einem V-förmigen, einem U-förmigen, einem halbkreis- oder trapezförmigen Querschnitt. Es versteht sich jedoch, dass eine Vielzahl anderer Querschnittsformen möglich ist.

Mit Vorteil wird die Baugruppe so ausgeführt, dass die wenigstens eine Nut einer Kreiskontur des optischen Elements folgt oder dass die Nut eine geringere Krümmung als die Kreiskontur des optischen Elements aufweist oder gerade ist. Für den Fall, dass nur ein einziges kreisförmiges Verbindungsmittel zum Einsatz kommt, wird auch das Verbindungsmittel in einer wenigstens im wesentlichen kreisförmigen Kontur eingebracht. Wenn das Element jedoch durch eine Mehrzahl von Verbindungsmitteln in Verbindung mit zugehörigen Verbindungsmittelstücken gehalten wird, können auch gerade verlaufende Ausnehmungen oder eine geringere Krümmung als die Kreiskontur des Elements aufweisende Vertiefungen oder Nuten in die umfangsseitige Wandung des Elementes eingebracht sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das jeweilige Verbindungsmittel mit Federelementen verbunden ist, die von dem Fassungsring bzw. den Fassungsringstücken gehalten werden.

Als vorteilhaft erweist sich eine Ausgestaltung der Erfindung, gemäß der die Federelemente durch Löten, Schweißen oder Kleben mit dem Verbindungsmittel bzw. den Verbindungsmitteln verbunden sind.

Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn die Federelemente jeweils einen ersten, sich längs der seitlichen Kante des optischen Elements erstreckenden Schenkel und einen zweiten, um einen rechten Winkel von dem ersten Schenkel abgespreizten Schenkel umfassen, mit dem sie an dem Fassungsring bzw. den Fassungsringstücken angelenkt sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsmittel oder sind die Verbindungsmittelstücke wenigstens abschnittsweise vorgespannt.

Hierfür lassen sich mit Vorteil gesonderte Spannmittel vorsehen, die dem Verbindungsmittel oder den Verbindungsmittelstücken zugeordnet sind und sich mit einer vorgegebenen Spannkraft anspannen lassen.

Zwischen dem Verbindungsmittel bzw. den Verbindungsmittelstücken und dem optischen Element besteht vorzugsweise eine teilweise kraftschlüssige und eine teilweise formschlüssige Verbindung.

Ebenso besteht vorzugsweise zwischen dem Verbindungsmittel bzw. den Verbindungsmittelstücken und dem Fassungsring bzw. den Fassungsringstücken eine stoffschlüssige und/oder eine kraftschlüssige Verbindung.

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Draufsicht auf eine in einer Fassung gehaltene Linse,

2 eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A aus 1, im Ausschnitt und vergrößert, und

3 eine Draufsicht auf eine Linse, die durch drei Verbindungsmittel mit zugehörigen Verbindungsmitteln gehalten wird.

Ein optischer Körper (1, 2) wird beispielsweise von einer Linse 1 gebildet. An ihre seitlichen Kante 2 weist die Linse 1 eine umlaufende Nut 3 auf, die vorzugsweise V-förmig ausgebildet ist, die aber auch einen anderen Querschnitt haben kann, beispielsweise einen U-förmigen oder halbkreisförmigen Querschnitt.

In der Nut 3 liegt ein ebenfalls umlaufender Draht 4, der in Umfangsrichtung vorzugsweise vorgespannt ist und ein Verbindungsmittel bildet. Mit dem Draht 4 sind Federelemente 5 fest verbunden; die Verbindung ist bevorzugt durch Löten oder Schweißen hergestellt.

Die Federelemente 5 sind jeweils plättchenförmig ausgebildet und weisen zwei zueinander beispielsweise unter einem 90°-Winkel angeordnete Schenkel 6, 7 auf, von denen der Schenkel 6 jeweils mit dem Draht 4 verbunden ist, während der Schenkel 7 fest mit einem als Verbindungsmittel dienenden Fassungsring 8 verbunden ist. Auch diese Verbindung wird bevorzugt durch Löten oder Schweißen hergestellt.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Linse 9 (3) durch drei Verbindungsmittel 10, 11, 12 in Form von gespannten Kunststofffäden oder -bändern gehalten. Die Linse weist an ihrem äußeren Umfang ähnlich wie die Linse 1 Nuten 13, 14, 15 auf, die die Verbindungsmittel jeweils aufnehmen. Jeweils auf der Außenseite der durch die Nuten 13, 14, 15 geführten Verbindungsmittel 10, 11, 12 sind (hier nicht dargestellte) Befestigungsmittel angeordnet, die jeweils mit den Verbindungsmitteln 10, 11, 12 stoffschlüssig verbunden sind.

Die Verbindungsmittelstücke 10, 11, 12 werden jeweils an einem Ende festgehalten, während ihre Spannung durch eine am anderen Ende vorgesehene Spannvorrichtung 16, 17, 18 verändert werden kann. Durch die Einstellung unterschiedlicher Spannungen lässt sich auch die Position der Linse verstellen.


Anspruch[de]
Optische Baugruppe mit einem optischen Element (1, 9) und mit einem das optische Element über seinen gesamten Umfang oder über einen Umfangsbereich umgebenden Fassungsring (8) oder über dessen Umfangsbereiche umgebenden Fassungsringstücken, mit einem zwischen dem Element (1, 9) und dem Fassungsring (8) bzw. den Fassungsringstücken eingebrachten Verbindungsmittel bzw. eingebrachten Verbindungsmittelstücken, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (1, 9) von einem flexiblen, entlang wenigstens eines Umfangsbereichs des Elements (1, 9) angeordneten, keine oder nur eine geringe Eigensteifigkeit aufweisenden Verbindungsmittel (4) bzw. Verbindungsmittelstücken gehalten wird. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (4) oder das Verbindungsmittelstück jeweils von einem Draht, einem Band oder einem Faden, insbesondere aus einem Kunststoff, oder einer Feder gebildet wird oder einen Draht, ein Band, einen Faden oder eine Feder umfasst. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsmittel (4) oder Verbindungsmittelstück wenigstens im wesentlichen von wenigstens einer Nut (3) aufgenommen wird. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut (3) im Querschnitt V-förmig, U-förmig, halbkreis- oder trapezförmig ausgebildet ist. Baugruppe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut (3) einer Kreiskontur des optischen Elements (1) folgt oder dass die Nut (3) eine geringere Krümmung als die Kreiskontur des optischen Elements (1) aufweist oder gerade ist. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Verbindungsmittel (4) oder Verbindungsmittelstück mit Federelementen (5) verbunden ist, die von dem Fassungsring (8) bzw. den Fassungsringstücken gehalten werden. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5) durch Löten, Schweißen oder Kleben mit dem Verbindungsmittel (4) bzw. den Verbindungsmittelstücken verbunden sind. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Federelemente (5) jeweils einen ersten, sich längs der seitlichen Kante des optischen Elements (1) erstreckenden Schenkel (6) und einen zweiten, um einen rechten Winkel von dem ersten Schenkel (6) abgespreizten Schenkel (7) umfassen, mit dem sie an dem Fassungsring (8) bzw. den Fassungsringstücken angelenkt sind. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (4) oder die Verbindungsmittelstücke wenigstens abschnittsweise vorgespannt ist bzw. sind. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (4) oder die Verbindungsmittelstücke durch zugeordnete Spannmittel mit einer vorgegebenen Spannkraft anspannbar sind. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbindungsmittel (4) bzw. den Verbindungsmittelstücken und dem optischen Element (1) eine teilweise kraftschlüssige und eine teilweise formschlüssige Verbindung besteht. Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbindungsmittel (4) bzw. den Verbindungsmittelstücken und dem Fassungsring (8) bzw. den Fassungsringstücken eine stoffschlüssige und/oder eine kraftschlüssige Verbindung besteht.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com