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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator zum Betätigen, Halten oder Bewegen von Bauteilen sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem entsprechenden Aktuator bzw. allgemein eine Vorrichtung, die eine Druckänderungseinrichtung aufweist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung entsprechende Betriebsverfahren.
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STAND DER TECHNIK
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In der Technik werden vielfältig Aktuatoren zum Betätigen, Halten, Fixieren oder Bewegen von Bauteilen eingesetzt, wobei unterschiedlichste Technologien Verwendung finden. Neben mechanischen Aktuatoren, bei denen Signale von Steuerungs- und/oder Regelungseinheiten über beispielsweise elektrische Motoren in mechanische Bewegungen umgesetzt werden, sind vielfältige andere Aktuatorprinzipien bekannt, die auf elektrochemischen oder elektromechanischen Vorgängen bzw. Werkstoffänderungen beruhen. Beispiele hierfür sind Piezo- Aktuatoren oder Formgedächtnislegierungen.
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Neben diesen Aktuatoren sind auch hydraulische und pneumatische Aktuatoren bekannt, bei denen über Flüssigkeiten oder Gase bewegliche Elemente eines Aktuators bewegt werden, indem beispielsweise Flüssigkeit oder gasförmige Medien in den Aktuator gepumpt oder aus diesem abgesaugt werden. Entsprechend müssen bei derartigen hydraulischen oder pneumatischen Aktuatoren Versorgungseinrichtungen vorhanden sein, die das entsprechende Medium zur Betätigung des hydraulischen oder pneumatischen Aktuators zur Verfügung stellen.
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Dies führt dazu, dass derartige Aktuatoren sehr aufwändig bei der Herstellung und im Betrieb sind. Darüber hinaus können derartigen Aktuatoren unter bestimmten Einsatzbedingungen Nachteile aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz auf dem Gebiet der Mikrolithographie zur Erzeugung von mikro- oder nanostrukturierten Bauteilen. Hierbei werden Projektionsbelichtungsanlagen eingesetzt, die sehr hohe optische Auflösungen erzielen und deshalb sehr anfällig gegenüber jeglichen Einflüssen aus der Umgebung und insbesondere gegenüber Erschütterungen, Vibrationen und dergleichen sind. Bei einem Einsatz von Aktuatoren in Projektionsbelichtungsanlagen kann es durch die Betätigung von Aktuatoren und die Bewegung des Aktuators zu Vibrationen kommen, die sich nachteilig auf die Abbildungseigenschaften der Projektionsbelichtungsanlage auswirken können. Entsprechend sind Bewegungen von hydraulischen Flüssigkeiten oder pneumatischen Gasen zur Betätigung der Aktuatoren zusätzliche Quellen für Vibrationen und Schwingungen, die negative Einflüsse auf die hochempfindlichen Projektionsbelichtungsanlagen erzeugen können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen einfach aufgebauten und einfach betreibbaren Aktuator bereit zu stellen, der insbesondere auch für hochempfindliche Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie Verwendung finden kann.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aktuator mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Druckvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8, einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11, einem Verfahren zum Betrieb eines Aktuators mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einem Verfahren zum Betrieb einer Projektionsbelichtungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung stellt einen Aktuator bereit, der autark betrieben werden kann, also keine Versorgungsleitungen oder Signalleitungen benötigt und deshalb in seinem Aufbau extrem einfach ist. Der Aktuator kann in jeder Umgebung verwendet werden, in der der Druck veränderbar ist, wobei sich der Aktuator zu Nutze macht, dass er indirekt durch die Veränderung des Umgebungsdrucks steuerbar ist. Entsprechend weist der Aktuator eine Hülle und ein Medium auf, wobei die Hülle das Medium vollständig umschließt und das von ihr eingeschlossene Volumen veränderbar ist. Darüber hinaus ist das Medium so gewählt, dass das Medium in Abhängigkeit des Drucks sein Volumen ändert. Damit ist es möglich durch Veränderung des Umgebungsdrucks eine Betätigung des Aktuators zu bewirken, da das Medium sein Volumen in Abhängigkeit des Drucks ändert und die Hülle diese Volumenänderung ermöglicht, sodass eine Bewegung des Aktuators zumindest in Bezug auf einen Teil seiner Hülle gegeben ist, die zur Betätigung des Aktuators genutzt werden kann. Um den Aktuator an einem Bauteil anordnen zu können, ist weiterhin ein Befestigungselement vorgesehen.
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Das Medium kann jedes geeignete Medium sein, welches aufgrund der veränderten äußeren Druckbedingungen sein Volumen ändert. Hier bieten sich insbesondere gasförmige Medien an. Aber auch andere Medien, wie beispielsweise flüssige Medien, oder Medien mit gemischten Aggregatszuständen, wie beispielsweise flüssig/gasförmig können eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein flüssiges Medium vorgesehen sein, welches bei äußerem Druckabfall verdampft, sodass ein Teil des Mediums gasförmig wird, während bei Druckanstieg wieder eine Kondensation erfolgt.
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Entsprechend kann die Hülle gasdicht ausgebildet sein, sodass das eingeschlossene Medium die Hülle nicht verlassen kann, um so die gewünschte Volumenänderung des von der Hülle eingeschlossenen Volumens zu bewirken. Allerdings kann die Hülle Öffnungen aufweisen, durch die ein Nachfüllen des Mediums oder dergleichen möglich ist. Allerdings ist es nicht erforderlich, dass der Aktuator während des Betriebs mit dem Medium versorgt wird.
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Die Hülle kann zur Veränderung des von der Hülle eingeschlossenen Volumens zumindest teilweise aus flexiblem, insbesondere dehnbarem Material gebildet sein oder entsprechend faltbare, klappbare, zueinander verschiebbare oder teleskopierbare Wandbereiche umfassen. Beispielsweise kann eine Hülle aus einem elastischen Material, wie einer gummiartigen Folie oder aus einem Faltenbalg gebildet sein oder in Form eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders aufgebaut sein.
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Die Hülle des Aktuators kann insbesondere so gestaltet sein, dass bei einer Volumenänderung des von der Hülle umschlossenen Volumens eine gerichtete Bewegung zumindest eines Teils der Hülle erfolgt, wie dies beispielsweise bei einem pneumatischen Zylinder gegeben ist.
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Entsprechend können insbesondere die Seitenwände, die das Befestigungselement und ein gegenüber dem Befestigungselement angeordnetes Betätigungselement verbinden, in ihrer Länge veränderbar ausgebildet sein, sodass in Richtung des Betätigungselements eine lineare Bewegung ermöglicht wird, die auch eine entsprechende Bewegung des Betätigungselements verursacht. Diese Bewegung kann als Betätigungsbewegung des Aktuators genutzt werden.
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Der Aktuator kann weiterhin ein Gegenelement umfassen, welches mit dem Betätigungselement zusammenwirkt, um so beispielsweise eine Halterung oder ein Klemmelement zu verwirklichen, mit dem ein Bauteil in einfacher Weise geklemmt oder gehalten werden kann. Das Gegenelement kann entsprechend gegenüber dem Betätigungselement mit Abstand angeordnet werden, wobei durch Betätigung des Aktuators der Abstand verkleinert und vergrößert werden kann.
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Der erfindungsgemäße Aktuator kann insbesondere in einer Druckvorrichtung eingesetzt werden, bei welcher in einem Gehäuse ein Druck einstellbar ist bzw. eine entsprechende Anordnung zur Einstellung des Drucks im Gehäuse vorhanden ist. Hier sind insbesondere Vakuumeinrichtungen zu nennen, die unter Vakuum betrieben werden, wobei unter Vakuum technisches Vakuum verstanden wird. Bei derartigen Einrichtungen kann zumindest zwischen dem Atmosphärendruck bei ausgeschalteter Einrichtung und dem Vakuum, bei dem die Einrichtung betrieben wird, umgeschaltet werden, sodass der Aktuator betätigt werden kann. Darüber hinaus kann der Aktuator auch in Einrichtungen betrieben werden, die bei Überdruck arbeiten, so dass beispielsweise die Druckveränderungen zwischen Normaldruck und Überdruck für die Betätigung des Aktuators genutzt werden.
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Insbesondere kann der Aktuator auch bei einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie eingesetzt werden, da eine Projektionsbelichtungsanlage Komponenten umfasst, die ebenfalls bei reduziertem Druck betrieben werden, wie beispielsweise das Projektionsobjektiv, oder zum Schutz vor Kontaminationen unter Überdruck gesetzt werden. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Aktuator für Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie vorteilhaft, da durch den einfachen Aufbau und den einfachen Betrieb mögliche Störeinflüsse durch den Betrieb des Aktuators auf die Projektionsbelichtungsanlage vermieden werden können.
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Eine entsprechender Aktuator, insbesondere in Form eines Klemmelements für eine Projektionsbelichtungsanlage kann in einfacher Weise dadurch betrieben werden, dass der Aktuator für unterschiedliche Druckbedingungen eingestellt wird, sodass durch die Veränderung des Drucks in der Umgebung, also beispielsweise im Gehäuse einer Projektionsbelichtungsanla- ge, eine Betätigung des Aktuators erfolgt. Dadurch kann der Aktuator beispielsweise zum Fixieren von optischen Elementen verwendet werden, wenn beispielsweise der Aktuator so ausgebildet wird, dass bei Atmosphärendruck das zu fixierende optische Element geklemmt und somit festgesetzt wird, während bei Vakuumbedingungen, unter denen zum Beispiel das Projektionsobjektiv betrieben wird, der Aktuator durch die Volumenänderung des Mediums sich soweit ausdehnt, dass er z.B. im Zusammenwirken mit einem Klemmmechanismus das optische Element freigibt. Die Druckabsenkung im Gehäuse der Projektionsbelichtungsanlage führt also dazu, dass sich die Hülle des Aktuators ausdehnt und eine Bewegung verursacht, die einen Klemmmechanismus löst. Damit ist das optische Element beispielsweise beim Transport oder einer Wartung in einfacher Weise fixiert, während bei einer Entlüftung des Gehäuses und einem Absenken des Drucks auf ein Vakuumniveau für den Betrieb der Aktuator bzw. seine Hülle expandiert wird und so einen Klemmmechanismus betätigt, der das optische Element freigibt.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage;
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2 eine teilweise Querschnittansicht einer Anordnung mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aktuators; und in
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3 eine teilweise Querschnittansicht eines Projektionsobjektivs einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels deutlich. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage.
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Die Projektionsbelichtungsanlage umfasst eine Beleuchtungsoptik 1 sowie ein Projektionsobjektiv 2. Zwischen der Beleuchtungsoptik 1 und dem Projektionsobjektiv 2 ist eine Maske, das sogenannte Retikel 5 angeordnet, welches die Mikrostrukturen aufweist, die verkleinert auf den Wafer 7 abgebildet werden sollen, um dort eine lichtempfindliche Schicht zu beleuchten.
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Eine entsprechende Projektionsbelichtungsanlage umfasst weiterhin eine Lichtquelle 3, die das Licht zur Abbildung des Retikels 5 auf den Wafer 7 bereitstellt.
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Die Belichtungsoptik 1 sowie das Projektionsobjektiv 2 umfassen mehrere (in 1 nicht näher dargestellte) optische Elemente, wie Linsen, Spiegel, Strahlteiler und/oder dergleichen.
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Die optischen Elemente sind jeweils in einem Gehäuse 9 der Beleuchtungsoptik 1 bzw. des Projektionsobjektives 2 aufgenommen, welches in der 1 jeweils durch ein Rechteck dargestellt ist. Dies ist selbstverständlich lediglich eine schematische Darstellung, so dass das Gehäuse jegliche andere geeignete Form aufweisen kann.
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An dem Gehäuse, welches ansonsten gasdicht abschließbar ausgebildet ist, sind Absaugöffnungen 4 vorgesehen, über die das Gehäuse entsprechend abgepumpt werden kann. Über die Öffnungen 4 ist auch ein Befüllen des Gehäuses mit Gas mit Überdruck möglich, um beispielsweise Kontaminationen zu verhindern.
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An den Absaugöffnungen 4 sind nicht näher dargstellte Evakuierungseinrichtungen oder Absaugvorrichtungen vorgesehen, wie Vakuumpumpstände, die es ermöglichen, die Gehäuse jeweils soweit abzupumpen, dass ein technisches Vakuum vorliegt. Alternativ können Gasversorgungseinrichtungen angeschlossen werden.
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Durch die Druckveränderung im Projektionsobjektiv 2 kann ein erfindungsgemäßer Aktuator betätigt werden, ohne dass zusätzliche Versorgungseinrichtungen für den Aktuator notwendig sind, sondern vielmehr ist es möglich den Aktuator autark zu betreiben.
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Die 2 zeigt in einer teilweisen Querschnittansicht die Wirkungsweise des Aktuators. An der Wand 10 des Gehäuses 9 des Projektionsobjektivs 2 aus 1 ist ein Aktuator 20 mittels eines Befestigungselementes 22 in Form einer Befestigungsplatte angeordnet. Die Befesti- gungsplatte 22 kann beispielsweise durch Schraubverbindungen an der Wand 10 des Gehäuses 9 befestigt sein.
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Der Aktuator 20 umfasst weiterhin eine Hülle 21, die bezüglich des von ihr eingeschlossenen Volumens veränderbar ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein zylindrischer Balg mit gefalteten Seitenwänden vorgesehen, sodass der Balg entlang der Längsachse des Zylinders durch Entfalten der Seitenwände in seiner Länge vergrößert bzw. umgekehrt verkleinert werden kann.
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Gegenüberliegend der Befestigungsplatte 22 ist ein Betätigungselement 23 in Form eines teilkugelförmigen Druckelements angeordnet, welches in sich starr ausgebildet ist, jedoch eine gewisse Elastizität aufweisen kann, um beim Anliegen an ein entsprechendes Bauteil ohne Beschädigungen zu verursachen eine entsprechende Auflagefläche ausbilden zu können.
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Das Betätigungselement 23 des Aktuators 20 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel dazu verwendet, ein Bauteil 30 gegenüber einer Lagerung 31 durch Klemmen zu fixieren. Entsprechend ist ein Gegenelement 24 ebenfalls in Form einer teilsphärischen Platte 24 ähnlich dem Betätigungselement 23 vorgesehen, das gegenüberliegend dem Betätigungselement 23 an der Lagerung 31 befestigt ist. Die entsprechende Halterung für das Gegenelement 24 ist hier nicht näher dargestellt, kann aber beispielsweise durch eine Klebefläche oder dergleichen ausgebildet sein.
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In der Hülle 21 des Aktuator 20 ist ein Medium 25 eingeschlossen, welches beispielsweise durch ein Gas gebildet sein kann. Entsprechend ist die Hülle 21 allseitig gasdicht geschlossen, sodass das Gas 25 nicht aus der Hülle 21 entweichen kann.
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Das Gas 25 wird in einer bestimmten Menge bei einem bestimmten Volumen der Hülle 21 unter einem bestimmten Druck in die Hülle 21 eingeführt und anschließend wird die Hülle 21 gasdicht verschlossen, sodass das Gas in der Hülle eingeschlossen ist.
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Befindet sich der Aktuator 20 mit dem in der Hülle 21 eingeschlossenen Gas 25 nunmehr im Gehäuse 9 des Projektionsobjektivs 2 so wird bei den Bedingungen, unter denen der Aktuator 20 hergestellt worden ist, also bei entsprechendem Druck und Temperatur der Aktuator 20 ein Volumen einnehmen, wie er es bei der Herstellung hatte. Wird jedoch der Umgebungsdruck im Gehäuse 9 verändert, also beispielsweise erhöht oder verringert, so wird sich das Volumen, das von der Hülle 21 umschlossen ist, verändern. Bei einer Druckerhöhung wird sich das von der Hülle 21 umschlossene Volumen verringern und bei einer Druckerniedrigung wird sich das von der Hülle 21 umschlossene Volumen vergrößern. Da die Seitenwände zwischen dem Befestigungselement 22 und dem Betätigungselement 23 als Faltenbalg ausgebildet sind, ergibt sich eine gerichtete Bewegung entlang des Pfeils, der mit F gekennzeichnet ist bzw. in umgekehrter Richtung. Dadurch wird eine gerichtete Bewegung des Betätigungselements 23 erzeugt.
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Durch eine entsprechende Einstellung des Umgebungsdrucks im Gehäuse 9 kann nunmehr das Betätigungselement 23 in Kontakt mit dem Bauteil 30 gebracht werden oder das Bauteil 30 kann frei gegeben werden.
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Im gezeigten Zustand der 2 ist der Druck im Gehäuse bei nahezu 0 bar, entsprechend eines technischen Vakuums, und der Druck des Gases 25, das von der Hülle 21 umschlossen ist, liegt bei einem bar, sodass das Betätigungselement 23 mit einer entsprechenden Kraft F gegen das Bauteil 30 und gegen das Gegenelement 24 drückt und dadurch das Bauteil fixiert.
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Wird der Druck im Gehäuse 9 wieder erhöht, so wird ein Gegendruck gegen die Hülle 21 von außen erzeugt und die Kraft F mit der das Betätigungselement 23 gegen das Bauteil 30 drückt wird reduziert, bis sich das Volumen, das von der Hülle 21 umschlossen wird, durch den Gegendruck reduziert und das Betätigungselement 23 von dem Bauteil 30 abgehoben wird, sodass dieses freigegeben ist.
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Damit ist ein Aktuator gegeben, der ohne zusätzliche Versorgung alleine durch die Veränderung des Umgebungsdrucks betätigt wird.
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Die 3 zeigt den Einsatz eines autarken Aktuators 20 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Der Aktuator 20 ist mit der Befestigungsplatte 22 an einer Halterung 50 angeordnet, die auch ein Lagerelement 41 für ein optisches Element 40, wie beispielsweise eine Linse, einen Spiegel, einen Filter oder dergleichen, abstützt. Gegenüberliegend der Halterung 50 ist eine Halterung 51 vorgesehen, an der ein Klemmmechanismus 35 angeordnet ist und der mit dem Aktuator 20 sowie dem optischen Element 40 zusammenwirkt. Der Klemmmechanismus 35 umfasst Federelemente 36, beispielsweise in Form von Spiralfedern, die eine Klemmplatte 37 mit einem Klemmelement 38 von der Halterung 51 wegdrücken. Gegen die Klemmplatte 37 liegt das Betätigungselement 23 des Aktuators 20 an und gleichzeitig ist das Klemmelement 38 an der Klemmplatte 37 so angeordnet, dass es gegenüber der Lagerung 41 des optischen Elements 40 am optischen Element 40 anliegen kann und zusammen mit der Lagerung 41 das optische Element 40 klemmen kann. Herrscht beispielsweise in der Umgebung ein hoher Druck, so ist der autarke Aktuator 20 mit der Hülle 21 in Form eines Faltenbalges zusammengedrückt und das im Faltenbalg 21 enthaltene Gas 25 ist komprimiert. Entsprechend drücken die Federn 36 die Klemmplatte 37 mit dem Klemmelement 38 gegen das optische Element 40 und klemmen dieses gegenüber der Lagerung 41. Wird jedoch in der Umgebung der Druck erniedrigt, so expandiert das Gas 25 in der Hülle 21 und die Hülle dehnt sich entsprechend dem Kraftpfeil F aus und drückt mit dem Betätigungselement 23 gegen die Klemmplatte 37, sodass diese bei ausreichender Druckerniedrigung angehoben und das Klemmelement 38 von dem optischen Element 40 gelöst wird. Entsprechend ist einem derartigen Zustand das optische Element 40 freigegeben, während bei einem hohen Druck das optische Element 40 durch das Klemmelement 38 aufgrund der Federkräfte der Federn 36 gegenüber der Lagerung 41 festgeklemmt ist. Somit kann in einfacher Weise das optische Element 40 beim Betrieb des Projektionsobjektivs 2, bei dem niedriger Druck im Projektionsobjektiv herrscht, frei auf der Lagerung 41 gelagert werden, während bei hohem Druck, also beispielsweise bei Überdrück während eines Transports oder dergleichen, das optische Element 40 durch die Federkräfte der Federn 36 in der Lagerung 41 durch das Klemmelement 38 fixiert ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass andersartige Kombinationen der vorgestellten Merkmale verwirklicht werden oder dass einzelne Merkmale weggelassen werden, ohne dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche verlassen wird. Insbesondere umfasst die Offenbarung der vorliegenden Erfindung sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale.
