[发明专利]形状稳定的镜像模块及稳定反射元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镜像模块。更具体地说，本发明涉及的镜像模块包括反射元件、附接至反射元件的基座元件以及用于传递热量至镜像模块和/或从镜像模块传递热量的热交换结构。

本发明进一步涉及一种用于稳定反射元件形状的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于稳定反射元件的方法，包括连续的步骤：测量反射元件的温度；确定测量的温度与预定温度的差；以及传递热量至反射元件和/或从反射元件传递热量以补偿温差的连续步骤。

背景技术

镜像模块被用于多种的光学系统中。镜像模块被用于投影目的(例如激光束投影机和光刻设备)以及被用于直射光束中(例如光束激光束扫描仪)。镜像模块也被用于天文仪器中，例如用于探测电磁辐射以及地球观测目的的望远镜中。

镜像的形状稳定是光学系统(例如望远镜和投影仪)中，开发者和使用者通常关注的。镜像的形状决定了反射光束的方向和聚焦、投影图像的质量、以及望远镜分辨率等等。具体地说，例如不同的环境温度或不同的热负荷引起镜像温度的变化是不稳定的来源。温度的变化导致镜像的形状的不同是由于用于构建镜像模块材料的热膨胀。

为了减小镜像模块温度的不同，这些模块通过例如冷却流体、辐射或通过热-电元素被冷却。

德国专利申请DE3339076A1公开了冷却的镜像模块。该镜像模块包括用于冷却流体的通道，该冷却流体允许远离镜像模板的热传递，更具体地是远离反射元件。热量交换通道包括分布在反射元件整个区域的多个开口，用于给反射元件的背面提供冷却流体。该结构允许反射元件相当均匀的冷却，尤其是当所有开口平行提供冷却流体时。反射元件通过轴承元件附接在刚性固体基座上。反射元件和基座间的机械连接提供了抗热变形以及，因此反射元件的变形的耐性。这是认为如果反射元件特别是比基座相比更薄。该已知镜像模块的轴承元件是薄管设计，以吸收基座和反射元件的热横向扩张中的小差异。

从DE3339076A1已知的镜像模块的缺点是，冷却方法并不允许温度的非常精确的调节。另一个缺点是，该方法在概念上基于的想法是，整个镜像模块具有均匀的温度相对冷却流体的温度。然而，热负荷瞬时变化中可能不允许在该温度下稳定模块。在模块中的温度梯度，尤其是反射元件中，将导致反射元件的变形并且在这种已知的镜像模块中不能补偿。在这种已知的镜像模块中，冷却流体与反射元件直接接触。这种冷却方法的缺点是湍流以及其流体流中的其他的不同将导致反射元件的振动。反射元件的这种振动将恶化光学仪器的光学性能，因此降低望远镜或投影光学图像的分辨率。

欧洲专利申请EP1398655A1公开了冷却光学模块，其中通过热泵来调节光学元件的温度，更具体地说是，通过珀耳帖元件(Peltier element)，其能操作地位于冷却体和环绕的几个光学元件的壳之间(本文所述的“能操作地位于...之间”的意思是，热泵联接到其能操作地位于它们之间的结构，已在这些结构之间传递热量，而不考虑热泵的物理位置)。这种已知的光学模块包括位于模块不同位置的用于测量温度的温度传感器。基于温度传感器的测量信号，控制器调节热流量，即，珀耳帖元件的冷却和加热能力，这就需要保持温度的恒定。

美国专利6098408公开了，在掩膜光刻过程中用于控制反射标线温度的系统。该系统包括用于冷却标线的热电冷却器以及，用于带走来自热电冷却器的热量的散热片。

通过热泵调节温度的缺点是，通过在固体元件中(如反射元件)的温度梯度内部所带来的瞬时压力所造成的变形是不能被补偿的。因为这种元件可能包括一块可能是几厘米厚的金属，这将在元件具有稳定的温度前需要一些时间，如果最终将获得这种稳定状态，就取决于热负荷的稳定来源等等。即使在稳定的温度，光学元件可具有显著的轴向和径向梯度，这些都是不能被补偿的。在时间范围内，温度是不均匀的，反射元件可不具有所需的形状。由于这个原因，镜像模块的形状稳定包括，无额外附加意味着对于高要求的应用将没有足够稳定性，例如在纳米尺度的半导体光刻技术。这种已知的镜像模块也将不能满足需要迅速光束强度变化的高功率激光的应用。

例如美国专利6809888B1中一种用于稳定的反射元件的形状成熟的方法，包括，测量反射元件的温度，确定所测量温度与预定温度的差异，以及传递热量至反射元件或从反射元件传递热量以补偿温差。该方法特别用于冷却反射元件，也就是承受热负荷，更特别是不同的热负荷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包括反射元件的镜像模块，该模块的形状不易受反射元件上的热负荷、更具体地说是热负荷中的无论时间上或位置上的变化和振动的影响。