DE102014206686A1

DE102014206686A1 - Verfahren sowie Anordnung zur Aktuierung eines Elementes

Info

Publication number: DE102014206686A1
Application number: DE102014206686.7A
Authority: DE
Inventors: Gerald Rothenhöfer; Christian Kempter
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-04-07
Filing date: 2014-04-07
Publication date: 2015-10-08
Also published as: WO2015154994A1; TW201610634A; US20170023869A1; US10025203B2; TWI684086B; JP2017513064A; JP6550398B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einem System, wobei in wenigstens einem Freiheitsgrad eine Aktuatorkraft auf das Element über wenigstens zwei Aktuatorkomponenten ausgeübt wird, wobei diese Aktuatorkomponenten zur Erzeugung der Aktuatorkraft unabhängig voneinander angesteuert werden, und wobei diese Ansteuerung derart erfolgt, dass eine aufgrund der Erzeugung der Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung (Pdiss) von einem vorgegebenen konstanten Wert um nicht mehr als 20% abweicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einem System.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist beispielsweise vorteilhaft in einem optischen System, insbesondere einem System für die Lithographie wie z.B. einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Strukturen auf einer Maske oder auch in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage (beispielsweise zur Aktuierung eines Spiegels in einer Beleuchtungseinrichtung oder in einem Projektionsobjektiv) einsetzbar. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt, sondern allgemein auch in anderen Systemen vorteilhaft einsetzbar, insbesondere in Systemen, in denen transiente thermische Lasten zu einer Beeinträchtigung der Betriebseigenschaften des Systems führen und somit eine Begrenzung dieser transienten thermischen Lasten von wesentlicher Bedeutung ist.
Stand der Technik
In Systemen, in denen die exakte Positionierung eines Elementes mit besonders hoher Genauigkeit sowie Einstellgeschwindigkeit erwünscht ist, wie beispielsweise und insbesondere in optischen Systemen, steht die exakte und schnelle Positionierung oftmals im Konflikt zu den geltenden Beschränkungen hinsichtlich der im System maximal zulässigen thermischen Lasten.
Besonders problematisch können hierbei die – z.B. mit einer Aktuierung mit variierenden Positioniergeschwindigkeiten einhergehenden – transienten (d.h. nicht konstant anfallenden bzw. instationären) thermischen Lasten sein, welche etwa über hierdurch induzierte zeitlich veränderliche mechanische Deformationen des betreffenden Elementes und/oder einer anderen Struktur innerhalb des Systems vom Betrieb des Aktuators abhängige Beeinträchtigungen der Betriebseigenschaften des Systems zur Folge haben können.
Bekannte Ansätze zur Überwindung der durch transiente thermische Lasten hervorgerufenen Probleme beinhalten z.B. eine thermische Isolierung der die betreffenden thermischen Lasten hervorrufenden Komponente(n) vom übrigen System oder die Umsetzung aktiver oder passiver Kühlstrategien. Solche Ansätze führen jedoch zu einem erhöhten konstruktiven Aufwand und gewährleisten zudem auch nicht immer eine hinreichend schnelle oder exakte Eliminierung der anfallenden transienten thermischer Lasten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einem System bereitzustellen, welche eine exakte und schnelle Positionierung unter zumindest weitgehender Vermeidung der durch transiente thermische Lasten hervorgerufenen Probleme ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Anordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aktuierung eines Elementes in einem System wird

• in wenigstens einem Freiheitsgrad eine Aktuatorkraft auf das Element über wenigstens zwei Aktuatorkomponenten ausgeübt;
• wobei diese Aktuatorkomponenten zur Erzeugung der Aktuatorkraft unabhängig voneinander angesteuert werden; und
• wobei diese Ansteuerung derart erfolgt, dass eine aufgrund der Erzeugung der Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung von einem vorgegebenen konstanten Wert um nicht mehr als 20% abweicht.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei der Aktuierung eines Elementes in einem System die Einbringung transienter thermischer Lasten in dieses System dadurch zu reduzieren oder sogar vollständig zu eliminieren, dass im Wege der Vorgabe eines konstanten Wertes für die aufgrund der Aktuierung in das System eingebrachte thermische Leistung und dadurch, dass die Ansteuerung der Aktuator-komponenten unter permanter Erzeugung dieser thermischen Leistung erfolgt, eine erhöhte konstante thermische Last (welche auch als „nominale thermische Last“ bezeichnet werden kann) in Kauf genommen wird. Dieser Ansatz geht auch von der Überlegung aus, dass das System ungeachtet einer ggf. erhöhten, dabei jedoch konstant anfallenden thermischen Last im thermischen Gleichgewicht betrieben werden kann und insoweit insbesondere keine unerwünschten und die Betriebseigenschaften beeinträchtigenden Deformationen (z.B. die optischen Eigenschaften einer mikrolithographischen Projektionsbelichtunganlage, welche auf solche Deformationen besonders empfindlich reagieren) mehr stattfinden.
Dabei soll durch das Kriterium, wonach die durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung von dem vorgegebenen konstanten Wert um nicht mehr als 20% abweicht, zum Ausdruck gebracht werden, dass auch bereits Szenarien als von der Erfindung umfasst gelten sollen, bei denen der für die in das System eingebrachte thermische Leistung vorgegebene konstante Wert nicht immer exakt eingehalten wird, wobei je nach vorgegebenem Wert der thermischen Leistung ggf. auch die zeitweise Erzeugung transienter Lasten in gewissem Maße noch toleriert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung der Aktuatorkomponenten derart, dass eine aufgrund der Erzeugung der Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung von dem vorgegebenen konstanten Wert um nicht mehr als 10%, insbesondere um nicht mehr als 5%, abweicht.
Gemäß einer Ausführungsform wird der vorgegebene konstante Wert für die durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung derart gewählt, dass diese der bei Erzeugung der maximal zulässigen Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachten themischen Leistung entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Aktuatorkomponenten Spulen, welche zur Erzeugung der Aktuatorkraft mit elektrischem Strom beaufschlagt werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung der Aktuatorkomponenten zumindest zeitweise derart, dass die Aktuatorkomponenten sich hinsichtlich ihres Beitrages zur auf das Element ausgeübten Aktuatorkraft wenigstens teilweise gegeneinander aufheben.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Ansteuerung der Aktuatorkomponenten zumindest zeitweise derart, dass die durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung eine in dem System vorhandene thermische Störung, insbesondere aufgrund einer anderenorts in dem System vorhandenen Wärmequelle, wenigstens teilweise kompensiert.
Gemäß einer Ausführungsform ist das System ein optisches System, insbesondere ein System für die Mikrolithographie.
Die Erfindung betrifft weiter auch eine Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einem System, wobei in wenigstens einem Freiheitsgrad eine Aktuatorkraft auf das Element über wenigstens zwei Aktuatorkomponenten erzeugbar ist, wobei diese Aktuatorkomponenten zur Erzeugung der Aktuatorkraft unabhängig voneinander ansteuerbar sind, und wobei diese Ansteuerung derart erfolgt, dass eine aufgrund der Erzeugung der Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung von einem vorgegebenen Wert um nicht mehr als 20% abweicht.
Die Erfindung betrifft weiter auch ein optisches System, welches eine Anordnung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweist, insbesondere ein System für die Mikrolithographie wie z.B. eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Strukturen auf einer Maske oder ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Prinzipskizze zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus einer Aktuierungsanordnung, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren realisierbar ist;
2 ein Regeldiagramm zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3–5 Diagramme zur Erläuterung der in Ausführungsformen der Erfindung möglichen Berücksichtigung von Positionsabhängigkeiten der Motorkonstanten in einer erfindungsgemäßen Aktuierungsanordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt zunächst eine schematische Prinzipskizze zur Erläuterung eines möglichen Aufbaus einer Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einem System, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren realisierbar ist.
Gemäß 1 weist eine Aktuatoranordnung 100 zur Aktuierung eines Elements 140 – bei dem es sich lediglich beispielhaft um ein optisches Element (z.B. eine Spiegel oder eine Linse) in einem optischen System handeln kann – eine erste Spule 110, eine zweite Spule 120 sowie einen Permanentmagneten 130 auf. Die Spulen 110, 120 sind unabhängig voneinander mit einem elektrischen Strom i₁ bzw. i₂ beaufschlagbar mit der Folge, dass durch die jeweilige Spule 110, 120 in einem gegebenen Freiheitsgrad jeweils eine Kraft F₁ bzw. F₂ auf den Permanentmagneten 130 bzw. das mit dem Permanentmagneten 130 mechanisch gekoppelte Element 140 ausgeübt wird.
Für die durch die Spulen 110, 120 infolge dieser Strombeaufschlagung in das System insgesamt eingebrachte Leistung, welche im Weiteren auch als „dissipierte Leistung“ P_diss bezeichnet wird, gilt dann: P_diss. = R₁i₁ ² + R₂i₂ ² (1)
Für die durch die Spulen 110, 120 auf das Element 140 insgesamt ausgeübte Kraft F gilt: F = k₁i₁ + k₂i₂ (2)
In den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) bezeichnen R₁ und R₂ die elektrischen Widerstände der Spulen 110, 120, und k₁ und k₂ bezeichnen die Motorkonstanten (oder Aktuatorkonstanten) der jeweils durch die betreffende Spule 110, 120 mit dem Permanentmagneten 130 gebildeten Aktuatorkomponente. Im Allgemeinen sind sowohl die Motorkonstanten k₁ und k₂ als auch die elektrischen Widerstände der Spulen 110, 120 temperaturabhängig, wobei die Motorkonstanten k₁ und k₂ zudem eine Positionsabhängigkeit (im Sinne einer Abhängigkeit von der aktuellen Position des aktuierten Elementes 140 bzw. des Permanentmagneten 130) aufweisen. Auf diese in der nachfolgenden Betrachtung zunächst vernachlässigten Abhängigkeiten wird noch detaillierter eingegangen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden nun die elektrischen Ströme i₁ bzw. i₂, mit denen die Spulen 110, 120 beaufschlagt werden, so gewählt (d.h. die Spulen 110, 120 werden derart angesteuert), dass die durch diese Strombeaufschlagung im System hervorgerufenen transienten thermischen Lasten reduziert oder sogar vollständig eliminiert werden, wobei ggf. eine erhöhte konstante thermische Last („nominale thermische Last“) in Kauf genommen wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird zur Ermittlung der elektrischen Ströme i₁ bzw. i₂ die dissipierte Leistung P_diss in Gleichung (1) derart vorgegeben, dass diese der zur Erzeugung der maximal zulässigen Kraft F_max der Aktuatoranordnung 100 erforderlichen Leistung P_max entspricht. Hierbei entspricht diese maximale Kraft F_max der Aktuatoranordnung 100 derjenigen Kraft, bei der im Dauerbetrieb oder auch bei Überschreitung eine bestimmten Betriebsdauer ein Ausfall der Aktuatoranordnung 100 etwa infolge eines „Abbrennens“ der Spulen 110, 120 eintritt.
Bei Auflösung des o.g. Gleichungssystems aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich:
Aus der Forderung, dass das Gleichungssystem aus (3) und (4) reale (und nicht nur imaginäre) Lösungen hat, also der jeweilige Wurzelterm größer Null ist, ergibt sich eine Begrenzung der ausgeübten Aktuatorkraft wie folgt:
woraus folgender Maximalwert und Minimalwert für die durch die Aktuatoranordnung 100 erzeugte Kraft erhalten werden:
Sofern nun von der Aktuatoranordnung 100 keine Kraft außerhalb der vorstehenden Grenzwerte bereitgestellt wird, kann die Ausübung der betreffenden Kraft vollständig ohne Erzeugung transienter thermischer Lasten im System erfolgen.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ansatz erfolgt durch die Aktuatoranordnung 100 zu jeder Zeit bzw. permanent die Einbringung der maximalen Leistung P_max (entsprechend der maximalen thermischen Last) in das System, wobei diese maximale Leistung P_max derjenigen Leistung entspricht, die zur Erzeugung der o.g. maximal zulässigen Aktuatorkraft F_max benötigt wird. Dies hat zur Folge, dass in Betriebsphasen, in denen eine im Vergleich zur maximal zulässigen Aktuatorkraft F_max geringere Kraft angefordert wird, die Spulen 110, 120 zumindest teilweise „gegeneinander arbeiten“ (also beispielsweise die erste Spule 110 eine Kraft auf das Element 140 nach links, die zweite Spule 120 hingegen eine Kraft auf das Element 140 nach rechts ausübt), wobei die hierzu erforderlichen zusätzlichen (d.h. sich hinsichtlich der jeweiligen Kraftkomponenten in ihrer Wirkung einander aufhebenden) Anteile der elektrische Ströme i₁ und i₂ zur Wärmeerzeugung verwendet werden. Diese zusätzlich erzeugte Wärme dient wiederum dazu, transiente thermische Lasten zu vermeiden, wozu erfindungsgemäß ein erhöhtes Niveau der in das System eingebrachten konstanten thermischen Last in Kauf genommen wird.
So können etwa in einem einfachen Beispiel in einer Betriebsphase, in der die Ausübung einer Aktuatorkraft auf das Element 140 in Höhe der halben maximalen Aktuatorkraft F_max gefordert wird, die Ströme i₁ und i₂ derart gewählt werden, dass die erste Spule 110 eine Kraft F₁ = 0.75·F_max und die zweite Spule 120 eine Kraft F₂ = –0.25·F_max erzeugt, wobei die sich hinsichtlich ihrer Kraftwirkung einander aufhebenden Stromanteile in den Spulen 110, 120 allein zur Wärmeerzeugung dienen, um die in das System eingebrachte thermische Last wie vorstehend beschrieben konstant zu halten.
Erfindungsgemäß wird hierbei ausgenutzt, dass aufgrund der in der Aktuatoranordnung 100 pro Freiheitsgrad vorhandenen, wenigstens zwei unabhängig voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Spulen 110, 120 unterschiedliche Möglichkeiten bestehen, eine bestimmte angeforderte Kraft auf das jeweilige Element 100 zu erzeugen, wobei sich diese Möglichkeiten hinsichtlich der Strombeaufschlagung der Spulen 110, 120 voneinander unterscheiden. Diese Strombeaufschlagung bzw. die Ansteuerung der Spulen 110, 120 erfolgt nun erfindungsgemäß in dem vorstehend beschriebenen Ansatz in solcher Weise, dass zwar die insgesamt in das System eingebrachte thermische Last ggf. erhöht wird (d.h. es wird mehr thermische Last eingebracht als zur Erzeugung der geforderten Aktuatorkraft an sich notwendig wäre), dafür jedoch eine möglichst konstante thermische Last aufrechterhalten (oder zumindest eine Verringerung des transienten Anteils der insgesamt in das System eingebrachten thermischen Last erzielt) wird.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene, zur Erzeugung der maximalen Leistung P_max (entsprechend der zur Erzeugung der maximal zulässigen Kraft F_max der Aktuatoranordnung 100 erforderlichen Leistung) beschränkt. In weiteren Ausführungsformen kann auch eine Leistung kleiner als die vorstehende maximale Leistung P_max vorgegeben werden (also entsprechend einer Kraft, welche kleiner als die maximal zulässige Kraft F_max der Aktuatoranordnung 100 ist). In diesem Falle ist eine vollständige Eliminierung transienter thermischer Lasten nur bis zu einem Schwellenwert der erzeugten Kraft (d.h. nur unter Erzeugung einer limitierten Aktuatorkraft) möglich. Bei Überschreitung dieses Schwellenwertes werden transiente thermische Lasten erzeugt. Diese transiente thermischen Lasten sind jedoch immerhin geringer als die transienten thermischen Lasten, die bei einer herkömmlichen Ansteuerung der Spulen 110, 120 ganz ohne Vorgabe einer konstanten dissipierten Leistung P_diss bzw. ohne eine sich hinsichtlich ihrer Kraftwirkung zumindest teilweise aufhebende Strombeaufschlagung der Spulen 110, 120 erzeugt würden.
Allgemein kann für die durch die Aktuatoranordnung 100 in das System eingebrachte, dissipierte Leistung P_diss auch ein beliebiger Wert vorgegeben werden, welcher kleiner ist als die maximal zulässige Leistung P_max ist (bei der ein Ausfall der Aktuatoranordnung 100 z.B. infolge eines „Abbrennens“ der Spulen 110, 120 erfolgt), wobei diese Leistung P_diss jedoch größer als die zur Erzeugung einer gewünschten Kraft minimal benötigte Leistung sein muss. Bei entsprechender Vorgabe der System eingebrachten, dissipierten Leistung P_diss weist das Gleichungssystem entsprechend den Gleichungen (3), (4) reale Lösungen auf. Wenn wie zuvor beschrieben der Wert der in das System eingebrachten, dissipierten Leistung P_diss auf die maximal zulässige Leistung P_max gesetzt wird, kann die maximal zulässige Kraft F_max erzeugt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die vorstehend beschriebene Vorgabe einer durch die Strombeaufschlagung der Spulen 110, 120 zu dissipierenden Leistung auch erfolgen, um gezielt Wärme in das System einzubringen, wobei diese Wärme zur Berücksichtigung bzw. Kompensation einer in dem System vorhandenen thermischen Störung (z.B. infolge anderer Wärmequellen im System) dienen kann. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Aktuatoranordnung 100 auch gezielt als Heizung genutzt werden, um auf diese Weise Eigenschaften des Systems zu beeinflussen und etwa thermale Störquellen im System ohne Erfordernis einer zusätzlichen Heizung regelungstechnisch zu kompensieren.
Dabei kann das erfindungsgemäße Konzept dazu genutzt werden, die zur besagten Kompensation benötigte Wärme insofern „kraftneutral“ zu erzeugen, als die geforderte Aktuatorkraft auf das Element 140 durch die Aktuatoranordnung 100 jeweils unverändert bereitgestellt wird. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ansatz der Reduzierung transienter thermischer Lasten wird die im Betrieb der Aktuatoranordnung 100 zusätzlich anfallende Wärme hier jedoch nicht lediglich in Kauf genommen (und z.B. über eine geeignete Kühleinrichtung abgeführt), sondern stellt gerade eine z.B. zur Kompensation einer an-derenorts generierten thermalen Störung genutzte und gezielt eingestellte Größe dar.
2 zeigt ein Regeldiagramm zur Erläuterung einer gemäß der Erfindung möglichen Regelung. Vorgegeben wird als Sollgröße eine Soll-Position 211 des in seiner Position zu regelnden Elements 100. Die Differenz zwischen dieser Soll-Position 211 und einer sensorgestützt ermittelten Ist-Position 212 des Elements 100 wird einem Positionsregler 201 zugeführt, welcher die erforderliche, durch die Aktuatoranordnung 100 aufzubringende Kraft F errechnet. Diese erforderliche Kraft entspricht einem notwendigen Strom, aus dem wiederum in einer Einheit 202 (unter Realisierung des erfindungsgemäßen Konzepts einer Vorgabe einer bestimmten, in das System einzubringenden konstanten Leistung P_diss) in Kenntnis der Motorkonstanten k₁, k₂, R₁ und R₂ die Werte der Ströme i₁ und i₂ berechnet werden, mit denen die Spulen 110, 120 beaufschlagt werden. Sofern die entsprechend dieser Ansteuerung bzw. Strombeaufschlagung der Spulen 110, 120 jeweils erzeugten Kräfte F₁ und F₂ von gleichem Vorzeichen sind, wirken beide Kräfte F₁ und F₂ vollständig auf eine das Element 140 aktuierbar tragende Mechanik 205 ein (d.h. werden zur Positionierung des Elementes 140 verwendet), wobei z.B. die maximale Aktuatorkraft F_max eingestellt werden kann. Wenn jedoch z.B. in einer Betriebsphase nicht die maximale Aktuatorkraft F_max auf das Element 140 angefordert wird, weist z.B. der durch die erste Spule 110 erzeugte Kraftbeitrag F₁ einen negativen Wert und der durch die zweite Spule 120 erzeugte Kraftbeitrag F₂ einen positiven Wert auf (oder umgekehrt). Infolgedessen arbeiten die Spulen 110, 120 teilweise gegeneinander, wobei nur die Differenzkraft ΔF = F₁ – F₂ in die Mechanik 205 bzw. in die Positionierung des Elementes 140 eingeht, während die sich hinsichtlich ihrer Kraftwirkung auf das Element 140 kompensierenden Anteile der Ströme i₁ und i₂ lediglich zur Wärmeerzeugung (zum Zwecke der teilweise oder vollständigen Eliminierung transienter thermischer Lasten) dienen.
Insgesamt erfolgt gemäß 2 somit eine Steuerung der Ströme i₁ und i₂ in den Spulen 110, 120 derart, dass eine gewünschte Kraft durch die Aktuatoranordnung 100 unter Einbringung einer vorgegebenen Leistung P_diss in das System ausgeübt wird.
Wie bereits erwähnt wurde und in 3 beispielhaft dargestellt ist, sind i.A. die Motorkonstanten k₁, k₂ nicht positionsunabhängig sondern weisen eine Positionsabhängigkeit hinsichtlich der aktuellen Position des aktuierten Elementes 140 bzw. des Permanentmagneten 130 auf. 3 zeigt lediglich beispielhaft eine bereichsweise lineare Positionsabhängigkeit (zwischen einer Position von –0.01 mm und einer Position von +0.01 mm), wobei in diesem Beispiel ferner die Summe der beiden Motorkonstanten k₁, k₂ konstant ist. Bei bekannter Charakteristik z.B. gemäß 3 kann eine Berücksichtigung der besagten Positionsabhängigkeit über eine entsprechend modifizierte Einstellung der Ströme i₁, i₂, d.h. Ansteuerung der Spulen 110, 120 erfolgen, indem das vorstehende Gleichungssystem für jede Position des Elementes 140 (welche im Betrieb des Systems i.d.R. ohnehin gemessen wird) gelöst wird.
Des Weiteren können thermale Einflüsse sowohl auf die Motorkonstanten k₁, k₂ als auch auf die elektrischen Widerstände R₁ und R₂ (etwa bei einem wie zuvor beschrieben möglichen, teilweisen Zulassen der Erzeugung transienter thermischer Lasten) berücksichtigt werden, indem jeweils die Temperatur gemessen und das vorstehende Gleichungssystem für jede Position und jede Temperatur gelöst wird. Eine Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der elektrischen Widerstände R₁ und R₂ sowie der Motorkonstanten k₁, k₂ ist jedoch dann entbehrlich, wenn gemäß dem zuerst beschriebenen Ansatz transiente thermische Lasten vollständig eliminiert werden, da sich dann das System permanent im thermischen Gleichgewicht befindet.
Gemäß 4 ergeben sich für die verschiedenen Positionen bei Ansteuerung der Spulen 110, 120 unterschiedliche Ströme i₁, i₂, welche jeweils zur Erzeugung einer konstanten in das System eingebrachten Leistung P_diss erforderlich sind. Das Diagramm von 4 gilt hierbei lediglich beispielhaft für die vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschriebene Positionsabhängigkeit (wobei sich bei anderer Positionsabhängigkeit selbstverständlich andere Verläufe ergeben).
Wie im Diagramm von 5 für das vorstehende Beispiel der Positionsabhängigkeit der Motorkonstanten k₁ und k₂ gezeigt ist, ergeben sich positionsabhängige Grenzen für die erreichbare maximale Kraft sowie die erreichbare minimale Kraft. In der Implementierung kann jeweils die engste Grenze (im Beispiel entsprechend einem Wertebereich der zulässigen Kraft zwischen –1.5N und +1.5N) zugrunde gelegt werden, oder es kann ein positionsabhängiger Grenzwert für die Kraft zugrunde gelegt werden mit der Folge, dass der Positionsregler 201 aus 2 zu keinem Zeitpunkt eine Kraft anfordert, die die für die betreffende Position zulässige Kraft übersteigt.
Sobald der Wurzelterm im Gleichungssystem aus den Gleichungen (3) und (4) nicht mehr positiv ist, kann entweder die vom Positionsregler 201 aus 2 geforderte höhere Kraft nicht bereitgestellt werden, oder es erfolgt ein Anstieg der Leistung P_diss mit der Folge einer Erzeugung transienter thermischer Lasten. In der Implementierung kann ferner eine ggf. kurzfristige höhere Leistungsanforderung im Vergleich zur vorgegebenen Leistung P_diss zugelassen werden (wobei in diesem Falle z.B. nach Überschreiten einer vorgegebenen Zeitspanne eine (z.B. von 1 bis 2 Minuten) eine Fehlermeldung erzeugt werden kann).
Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind, und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Aktuierung eines Elementes in einem System, • wobei in wenigstens einem Freiheitsgrad eine Aktuatorkraft auf das Element über wenigstens zwei Aktuatorkomponenten ausgeübt wird; • wobei diese Aktuatorkomponenten zur Erzeugung der Aktuatorkraft unabhängig voneinander angesteuert werden; und • wobei diese Ansteuerung derart erfolgt, dass eine aufgrund der Erzeugung der Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung (P_diss) von einem vorgegebenen konstanten Wert um nicht mehr als 20% abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ansteuerung derart erfolgt, dass eine aufgrund der Erzeugung der Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung (P_diss) von dem vorgegebenen konstanten Wert um nicht mehr als 10%, insbesondere um nicht mehr als 5%, abweicht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene konstante Wert für die durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung (P_diss) derart gewählt wird, dass diese der bei Erzeugung der maximal zulässigen Aktuatorkraft (F_max) durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachten themischen Leistung (P_max) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorkomponenten Spulen (110, 120) sind, welche zur Erzeugung der Aktuatorkraft mit elektrischem Strom beaufschlagt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ansteuerung zumindest zeitweise derart erfolgt, dass die Aktuatorkomponenten sich hinsichtlich ihres Beitrages zur auf das Element ausgeübten Aktuatorkraft wenigstens teilweise gegeneinander aufheben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Ansteuerung zumindest zeitweise derart erfolgt, dass die durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung (P_diss) eine in dem System vorhandene thermische Störung, insbesondere aufgrund einer anderenorts in dem System vorhandenen Wärmequelle, wenigstens teilweise kompensiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein optisches System ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein System für die Mikrolithographie ist.
Anordnung zur Aktuierung eines Elementes in einem System, wobei in wenigstens einem Freiheitsgrad eine Aktuatorkraft auf das Element über wenigstens zwei Aktuatorkomponenten erzeugbar ist, wobei diese Aktuatorkomponenten zur Erzeugung der Aktuatorkraft unabhängig voneinander ansteuerbar sind, und wobei diese Ansteuerung derart erfolgt, dass eine aufgrund der Erzeugung der Aktuatorkraft durch die Aktuatorkomponenten in das System eingebrachte thermische Leistung (P_diss) von einem vorgegebenen Wert um nicht mehr als 20% abweicht.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Optisches System, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Anordnung nach Anspruch 9 oder 10 aufweist.
Optisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein System für die Mikrolithographie, insbesondere eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von Strukturen auf einer Maske oder ein optisches System einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage, ist.