(57)【要約】      （修正有）【課題】温度差が存在する場合に光学エレメントに収差が生じないようにする。【解決手段】  内側リング（３）は、マニピュレータ（１０）を備える少なくとも２つの調整ジョイント（５）及び少なくとも１つの旋回ジョイント（６）により外側マウント（１）に接続される。上記少なくとも２つの調整ジョイント（５）及び少なくとも１つの旋回ジョイント（６）には内側リング（３）に対して少なくとも略接線方向に延びるジョイントアーム（８）が設けられる。これらジョイントアームにより内側リング（３）は外側マウント（１）に弾性的に接続される。ジョイントアーム（８）の端部は内側リング（３）に対して、ジョイントアーム（８）の温度に誘起される長さの変化が外側マウント（１）に対する内側リング（３）の前記光学エレメントの中心の廻りの一定の回転方向に変換されるように、関節結合される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光学エレメントを有する対物レンズであって、前記光学エレメントは内側リングに取り付けられ、該内側リングは外側マウントに接続されて接続部を形成し、前記接続部は前記内側リングに対して概ね接線方向の関節結合されたアームを有し、前記関節結合されたアームの温度に誘起された長さの変化が前記外側マウントに対する前記内側リングの回転となり、該回転が概ね前記光学エレメントの中心の廻りのものであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
少なくとも１つの光学エレメントを有する対物レンズであって、前記光学エレメントは内側リングに取り付けられ、該内側リングは外側マウントに接続されて弾性接続部を弾性的に形成し、前記弾性接続部はマニピュレータ及び少なくとも１つの旋回ジョイントを有し、前記マニピュレータは前記内側リングを少なくとも１つの方向に変位させることができると共に少なくとも２つの関節結合されたジョイントを有し、前記少なくとも２つの関節結合されたジョイント及び前記少なくとも１つの旋回ジョイントには関節結合されたアームが設けられ、該関節結合されたアームは前記内側リングに対して概ね接線方向であると共に前記弾性接続部を形成し、前記関節結合されたアームの温度に誘起された長さの変化が前記外側マウントに対する前記内側リングの回転となり、該回転が概ね前記光学エレメントの中心の廻りのものであることを特徴とする対物レンズ。
【請求項３】
請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記内側リングが光軸に対して垂直な方向に変位されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記少なくとも１つの旋回ジョイントも、同様に、マニピュレータ要素を備える調整ジョイントとして形成されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項５】
請求項４に記載の対物レンズにおいて、３つの調整ジョイントが設けられ、これらジョイントが前記内側リングの周部の周りに分散されるように配されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項６】
請求項５に記載の対物レンズにおいて、前記調整ジョイントは、これらジョイントが前記周部の周りに１２０°の間隔で分散されるように配されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項７】
請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記少なくとも１つの旋回ジョイントが、マニピュレータ要素及びジョイントアームを備える調整ジョイントとして形成されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項８】
請求項７に記載の対物レンズにおいて、前記調整ジョイントの前記ジョイントアームが板バネとして形成されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項９】
請求項８に記載の対物レンズにおいて、前記各調整ジョイントには少なくとも２つの板バネが設けられ、これら２つの板バネの間には調整部が位置することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１０】
請求項９に記載の対物レンズにおいて、第１の板バネが前記内側リングに対して関節結合され、第２の板バネが前記外側マウントに対して関節結合されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の対物レンズにおいて、前記２つの板バネが互いに対して少なくとも略平行に位置することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１２】
請求項１０に記載の対物レンズにおいて、前記調整ジョイント及びこれら調整ジョイントのジョイントアームには、離散的な固体関節が設けられていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の対物レンズにおいて、第１の固体関節が前記内側リングに対して関節結合され、第２の固体関節が前記外側マウントに対して関節結合されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の対物レンズにおいて、前記固体関節が狭窄部として各々形成されていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１５】
請求項１に記載の対物レンズにおいて、前記変位装置が前記外側マウントに配設されたマニピュレータ要素であることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の対物レンズにおいて、前記マニピュレータ要素が調整部に各々作用することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の対物レンズにおいて、前記マニピュレータ要素には調整ネジが設けられ、これら調整ネジは前記外側マウントに配設されると共に前記調整部に作用することを特徴とする対物レンズ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の対物レンズにおいて、前記調整部には、前記調整ネジの調整方向に抗して作用する戻しエレメントが設けられていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の対物レンズにおいて、前記戻しエレメントがバネ要素として形成されていることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２０】
請求項１又は請求項２に記載の対物レンズにおいて、該対物レンズがマイクロリソグラフィにおける投影対物レンズとして形成されることを特徴とする対物レンズ。
【請求項２１】
請求項１又は請求項２に記載の対物レンズにおいて、前記光学エレメントがレンズ又はミラーとして形成されることを特徴とする対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの光学エレメントを備える対物レンズであって、上記光学エレメントは内側リングに装着され、該内側リングは外側マウントに接続され、当該対物レンズは前記光学エレメントを少なくとも光軸に対して垂直に又は何らかの所望な角度で位置する方向に変位させるためのマニピュレータ装置を備え、前記内側リングは前記外側マウントにマニピュレータ要素を備える少なくとも２つの調整ジョイント及び少なくとも１つの旋回ジョイントにより接続され、該２つの調整ジョイント及び上記少なくとも１つの旋回ジョイントには、前記内側リングに対して少なくとも略接線方向に延びるジョイントアームが設けられ、該アームにより前記内側リングが前記外側マウントに弾性的に接続されるような対物レンズに関する。
【０００２】
マニピュレータ装置を備えるこの種の対物レンズは、ドイツ国特許出願公開第DE19901295A1号から既知である。
【背景技術】
【０００３】
この種のマニピュレータ装置を用いて、対物レンズの光学画像品質を改善することが意図されている。対物レンズにおける製造誤差を補償するために、光学エレメントは、力の流束（flux of force）及び剛性に対して最適化された構造により光軸に対して垂直に又は何れかの所望の角度で位置する方向に且つ経路が制御された規定された態様で変位される。
【０００４】
この場合、特には内側リングと外側マウントとが一体のものである場合、外側マウント、内側リング及びマニピュレータ装置がユニットを形成する。マニピュレータ部材により、外側マウントと内側リングとの間に弾性的又は柔軟（compliant）な接続を形成することができ、柔軟性又はｘ及びｙ方向の変位の可能性を達成すると同時に、ｚ方向（即ち、光軸の方向）には大きな剛性が存在するようにする。
【０００５】
例えばレンズ等の光学エレメントが温度上昇した場合、ジョイントアームを介しての外側マウントに対する少ない又は狭い接続点のために、当該熱は僅かにしか放散され得ないという問題が存在する。このことは、内側マウントを伴う当該光学エレメントと外側マウントとの間に温度差が生じ、これが結像品質に悪影響を有し得るということを意味する。特に、温度変化による前記ジョイントアームの長さの変化は、外側マウントに対する内側リングのｘ−ｙ面内での相対変位につながる。この変位は、本質的に、内側リングに対する調節ジョイントのジョイントアームの関節結合及び斯かるジョイントアームの長さ方向の延在に基づくものである。結果としてのｚ軸に対して垂直方向の内側リングの変位は、特にコマ収差等の収差につながる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明は、少なくとも１つの光学エレメントを備える対物レンズを、収差が生じないように、特に温度差が存在する場合に収差が生じないように、上記光学エレメントを適切に取り付けることにより改善するという目的に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明によれば、少なくとも１つの光学エレメントを有する対物レンズであって、前記光学エレメントが内側リングに取り付けられ、該内側リングは外側マウントに接続されて接続部を形成し、該接続が上記内側リングに対して概ね接線方向の関節結合されたアームを有し、該関節結合されたアームの温度により誘起された長さ変化が前記外側マウントに対する前記内側リングの回転となり、該回転が概ね前記光学エレメントの中心の廻りとなるような対物レンズにより達成される。
【０００８】
本発明の好ましい実施例においては、この目的は、少なくとも１つの光学エレメントを有する対物レンズであって、前記光学エレメントは内側リングに取り付けられ、該内側リングは外側マウントに接続されて弾性接続部を弾性的に形成し、前記弾性接続部はマニピュレータ及び少なくとも１つの旋回ジョイント（swivel joint）を有し、前記マニピュレータは前記内側リングを少なくとも１つの方向に変位させることができると共に少なくとも２つの関節結合されたジョイントを有し、前記少なくとも２つの関節結合されたジョイント及び前記少なくとも１つの旋回ジョイントには関節結合されたアームが設けられ、該関節結合されたアームは前記内側リングに対して概ね接線方向であると共に前記弾性接続部を形成し、前記関節結合されたアームの温度に誘起された長さの変化が前記外側マウントに対する前記内側リングの回転となり、該回転が概ね前記光学エレメントの中心の廻りのものであるような対物レンズにより達成される。
【０００９】
前記マニピュレータによる前記内側リングの変位は、光軸に対して垂直、即ちｘ−ｙ面内とすることができる。
【００１０】
本発明による前記ジョイントアーム及び斯かるジョイントアームの前記内側リングに対する関節結合の構成は、温度差が存在する場合の不可避な長さの変化が、最早、前記光学エレメントの変位にはつながらず、当該レンズの中心の廻りの回転だけになるという効果を有する。ｚ軸に対する変位と比較して、光学エレメントの単なる回転は一般的に問題となることが非常に少ない。前記光学エレメントとしてのレンズの場合、回転は、対物レンズの結像品質に関して通常は如何なる品質の損失にもつながらない。
【００１１】
本発明の非常に有利で且つ自明でない発展例においては、前記少なくとも１つの旋回ジョイントも同様にマニピュレータ要素を備える調整ジョイントとして形成されるようにすることができる。この場合、全ての調整ジョイントは、有利には、前記内側リングの周部の周りに対称的に、特には１２０°の間隔で分散させることができる。
【００１２】
３つの全てのジョイントの調整ジョイントとしての形成は、一層良好な調整の可能性を提供する。更に、この場合は如何なる優先的方向も最早存在しない。これは、全体の系が一層剛性的に、正確には全ての方向に対して一層均一になることを意味する。
【００１３】
上記３つの調整ジョイントが指定された態様で又は対称的に配置された場合、操作時の回転中心は各々ｚ軸から遙かに遠く離れて、従って当該光学エレメントの遙か外側に位置する。この結果、著しく大きな調整半径となり、これは、マイクロメータ範囲内であるような小さな調整経路による大きな直線性という効果を有する。
【００１４】
有利な発展例及び構成は、残りの従属請求項及び主に図面に基づいて説明される実施例により提示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、対物レンズ２のハウジング内に配設された外側マウント１を平面図で示し、対物レンズ２は点線により原理的にのみ表されている。当該対物レンズはヨーロッパ特許出願第EP0660188B1号に開示されているように半導体チップの製造のためのマイクロリソグラフィにおける投影対物レンズとして形成することができ、上記文献は本明細書に組み込まれると共に、本出願の開示内容も同様に構成する。外側マウント１内には内側リング３が存在し、該内側リングは、詳細には示さない方法で光学エレメントとしてのレンズ４を支持する。内側リング３と外側マウント１との間の接続は、対向して配置された２つの調整ジョイント５、及び旋回ジョイント（スイベル継手）６により行われる。旋回ジョイント６は単一のジョイントアームしか有さず、該アームの２つの端部が内側リング３及び外側マウント１に各々接続されるようになっているが、上記２つの調整ジョイント５は各々が２つのジョイントアーム７及び８を有し、これらジョイントアームは２つの自由端において調整部９により互いに接続されている。ジョイントアーム７及び８の上記調整部９から各々遠い側の端部により、上記アームは内側リング３及び外側マウント３に各々接続されている。
【００１６】
外側マウント１に対する内側リング３の変位のために、図１においては矢印により簡略化された形でのみ表されたアクチュエータ１０が、前記調節部９に作用する。
【００１７】
上記ジョイントアームの構成は、接続点の接線が交差する点において２つの回転中心を生成する。上記調整部が駆動された場合、内側リング３は、各々対応する回転中心の廻りで回転し、マイクロメータ範囲での小さな調整経路及び大きな半径は、当該回転を上記光学エレメントの直線運動と見なすことができることを意味する。
【００１８】
更なる詳細に関しては、ドイツ国特許出願第DE19901295A1号を参照されたいが、該文献も同様に本出願の開示内容を構成するものとする。
【００１９】
従来技術による構成の場合、２つのジョイントアーム８は、これらアームが一端で関節結合された内側リング３から同一の方向に（選択された図示の場合、負のｘ方向に）延びている。この場合、レンズ４と該レンズに接続された内側リング３との間の温度差がジョイントアーム８の長さの変化につながると、これは、外側マウント１に対する内側リング３のｘ方向の変位につながる（矢印Ａ参照）。これは、結果として収差及びコマ収差を生じさせる。
【００２０】
対照的に、図２は、ジョイントアーム８の内側リング３に対する接続であって、外側マウント１に対する内側リング３の変位が発生せず、光学エレメントの中心の廻りの矢印Ｂ方向の回転のみが生じるような接続を示している。
【００２１】
見られるように、２つのジョイントアーム８の（内側リング３上の各接続点から開始する）長手方向の延在は反対方向となっている。図における上側ジョイントアーム８は内側リング３上の接続点から調整部９ａに向かって左に延びている一方、図における下側ジョイントアーム８は内側リング３上の接線方向接続部から正のｘ方向に、調整部９ｂの方向に延びている。更に、ジョイントアーム６は内側リング３上の接続点から外側マウント３に向かって上方に延びている。ジョイントアーム８の長さ及び典型的な温度分布に応じてジョイントアーム６の長さを適切に設定することにより、温度変化があった場合に内側リング３が当該光学エレメントの中心の廻りで回転し、横方向には変位されないような効果を達成することが可能である。
【００２２】
図３ａは、本発明の非常に有利な発展例を示す。見られるように、図１及び２による旋回ジョイント６は、この場合は、同様に２つのジョイントアーム７及び８並びにこれらの間に位置した調整部９ｃを備えるような調整ジョイント５として形成される。同時に、３つの調整ジョイント５の分散は周部の周りに１２０°の間隔で対称的に実施されている。
【００２３】
外側マウント１に対する内側リング３の調整は、図２の場合におけるのと同様の態様ではあるが、最早如何なる優先的な方向も存在しないように行われる。例えば、２つの調整部９ｂ及び９ｃが定位置に保持される場合、内側リング３に対して一時的な回転中心Ａは、従来技術による取付けの場合におけるのと同様に得られる。調整レバー９ａ上へのマニピュレータ１０の駆動により、内側リング３のｖ１方向の変位を付与することができる。調整部９ａ及び９ｂが定位置に保持される場合は、内側リング３に対して回転中心Ｂが回転中心Ａと同様の態様で得られる。調整部９ｃに対するマニピュレータ１０の駆動により、結果的に内側リング３のｖ２方向の変位を達成することができる（図３ｂ参照）。調整部９ａ及び９ｃが定位置に保持される場合は、内側リング３に対して一時的な回転中心Ｃが回転中心Ａ及びＢと同様の態様で得られる。調整部９ｂに対するマニピュレータ１０により、内側リング３に対してｖ３の方向の変位を付与することができる（図３ｂ参照）。
【００２４】
図３ｂからは、半径ｓの円形調整領域を有するような六角形をベクトル加算で形成するためには、上記変位ベクトルｖ１、ｖ２及びｖ３はｓ／(２・cos３０°)≒０.５８・ｓに達するだけでよいことも分かる。
【００２５】
ジョイントアーム８における応力及び変形を決定する調整部９ａ上の調整経路Ｐ１は、必要とされる最小減少比ｉmin及び変位ベクトルｖ１から決定することができる。
Ｐ１／ｖ１＝ｉmin（従来のｘｙマニピュレータ）
Ｐ１＝ｉmin・ｓ／(２・cos３０°)≒０.５８・ｉmin・ｓ
（図３ａ、３ｂに示されるようなｘｙマニピュレータ）
調整部９ａに対する調整経路Ｐ１は、従来のｘｙマニピュレータに対する調整経路の約６０％である。同じことが、調整部９ｂ及び９ｃに対する調整経路Ｐ２及びＰ３にも当てはまる。
【００２６】
ジョイントアーム８に従来技術におけるのと同じ応力が許される場合、該ジョイントアーム８の長さは既存の値の約０.５８に短縮することができ、これにより、内側リング接続部の横方向剛性は既存の値の少なくとも１.７倍に増加される。
【００２７】
この方策は、外側マウント１に対して内側リング３がレンズ４と一緒に振動する固有振動数の上昇も可能にする。
【００２８】
上述した２つの効果に加えて、変位の間におけるジョイントアーム８の負荷が一層有利になる。何故なら、例えば調整部９ａに関しては、内側リング３に対するジョイントアーム８の作用点Ｄに関する変位は、該作用点Ｄから内側リング３に関する一時的回転中心Ａへの接続直線に対して垂直に生じるからである。従って、ジョイントアーム８は、従来技術による解決策の場合にそうであるような、付加的な横方向の変形という負荷を受けることがない。
【００２９】
作用点Ｅ及びＦに関して一時的回転中心Ｂ及びＣの廻りの回転が存在する場合、調整部９ｂ及び９ｃのジョイントアーム８に対しても同じことが当てはまる。
【００３０】
見られるように、回転中心Ａ、Ｂ及びＣは従来技術による解決策と比較して遙かに遠く外側に位置し、結果として大幅に大きな半径を生じる。このことは、外側マウント１に対する内側リング３の変位の場合における準直線性も同様に大幅に増加されることを意味する。
【００３１】
調整がされる場合に、最早、如何なる優先的方向も存在しないという事実は、全体の系が固有振動に対して一層剛性的であるということを意味する。
【００３２】
温度変化があった場合の外側マウント１に対する内側リング３のｚ軸に垂直な方向の従来技術の変位と比較して、ジョイントアームの長さの変化の一定の回転方向への変換は、上述したように、変位無しに外側マウント１に対する内側リング３の光学エレメントの中心の廻りの対応する回転だけが存在するようになるという効果を有する。しかしながら、この種の回転は一般的に収差にはつながらず、特に前記光学エレメントとしてレンズの場合には全く収差にはつながらない。
【００３３】
非常に有利な態様において、本発明による取り付けの光学エレメント４は、半導体素子の製造のためのマイクロリソグラフィにおける投影対物レンズの場合に使用することができる。
【００３４】
ジョイントアーム７及び８は、各々、板バネとして形成することができ、斯かる板バネの自由端には調整部９ａ、９ｂ及び９ｃが存在し、該調整部により２つの板バネ７及び８が互いに接続される。
【００３５】
図２に示した実施例の場合におけるのと同様の態様において、図３ａ／３ｂに示す実施例の場合におけるジョイントアーム（即ち板バネ）８は、こでは内側リング３上に、ジョイントアーム８の長さの変化が外側マウント１に対する内側リング３の一定の回転方向に変換されるように関節結合される。図３ａに示された実施例においては、このことは、内側リング３に対する作用点Ｄ、Ｅ及びＦ、即ち接続点が、斯かる接続点からジョイントアーム８が内側リング３から時計方向に向かって接線方向に離れるように向けられる如くに選定されることを意味する。逆の配置も可能であることは言うまでもなく、その場合、３つの全ジョイントアームは、勿論、同一の方向を有さねばならない。
【００３６】
マニピュレータ１０は、各々、調整ネジ１１を有し、該調整ネジは外側マウント１に螺入される。調整ネジ１１は自由端により調整部９ａ、９ｂ及び９ｃに作用し、既述したように、調整ネジ１１の対応する調整があった場合は、これら調整部の対応する変位につながる。バネエレメント１２は調整部９ａ、９ｂ及び９ｃのための戻しエレメントとして作用する。これらバネエレメント１２は、調整ネジ１１とは反対側において調整部９ａ、９ｂ及び９ｃに作用し、他方の側においては外側マウント１により支持される。
【００３７】
図４には、調整ジョイント５の詳細が拡大図として示されており、ジョイントアーム７及び８は、板バネの形態の代わりに、離散的な固体関節７’及び８’を備えるジョイントアームとして形成されている。見られるように、ジョイントアーム８’は２つの狭窄部１３及び１４を有し、これら狭窄部は互いから或る距離離れて配設されている。狭窄部１３は内側リング３との関節結合を表す一方、狭窄部１４は外側マウント１に対する接続をなす。同様にして、ジョイントアーム７を形成する板バネは、離散的関節を備えるジョイントアーム７’により置換されている。ジョイントアーム７’は、同様に、２つの狭窄部１３’及び１４’を有し、一端において外側マウント１に接続される一方、他端において調整部９に接続される。２つの狭窄部１３及び１４は、これらの小さな断面積のため、関節結合を呈する。
【００３８】
板バネと比較した上記離散的固体関節１３、１３’、１４及び１４’の利点は、半径方向の動きの大きな自由度は同時に生成されるが、接線方向の大きな剛性が達成される点にある。ジョイントアーム７’及び８’が長いほど、又は２つの狭窄部１３、１３’及び１４、１４’が遠く離れるほど、半径方向の動きの自由度が大きくなるが、接線方向における剛性の損失は生じない。他の利点は、関節結合点としての狭窄部１３又は１３’及び１４又は１４’を、板バネとしてのジョイントアーム７及び８に比較して一層薄くすることができ、これにより高い接線方向剛性を備える半径方向の柔軟な接続を同時に達成することができる点にある。
【００３９】
図４に示した実施例の場合においては、両ジョイントアーム７’及び８’に狭窄部１３又は１３’及び１４又は１４’の形態の固体関節が設けられている。しかしながら必要なら、２つのジョイントアームのうちの一方のみ（例えば内側ジョイントアーム８）が固体関節８’により置換される一方、ジョイントアーム７は板バネとして形成されたままとすることも可能であることは言うまでもない。また、各ジョイントアームに対して１個のみの狭窄部が設けられることも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、従来技術による取付部を備えた対物レンズの光学エレメントとしてのレンズの概略平面図を示す。
【図２】図２は、本発明による取付部を備えた、図１に示す対物レンズの光学エレメントとしてのレンズを示す。
【図３ａ】図３ａは、本発明による第２の取付部を備える対物レンズの光学エレメントを示す。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａに示した光学エレメントを示し、変位ベクトルが図示されている。
【図４】図４は、離散的な固体関節を備える型式の取付部の拡大図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【外国語明細書】
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2005250495.tif 000010
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