EP4104020A1 - Optical system and lithography apparatus - Google Patents

Optical system and lithography apparatus

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EP4104020A1
EP4104020A1 EP21704249.8A EP21704249A EP4104020A1 EP 4104020 A1 EP4104020 A1 EP 4104020A1 EP 21704249 A EP21704249 A EP 21704249A EP 4104020 A1 EP4104020 A1 EP 4104020A1
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EP
European Patent Office
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actuator
mirror
sensor
optical system
mirror body
Prior art date
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Pending
Application number
EP21704249.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Manger
Markus Raab
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss SMT GmbH filed Critical Carl Zeiss SMT GmbH
Publication of EP4104020A1 publication Critical patent/EP4104020A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70258Projection system adjustments, e.g. adjustments during exposure or alignment during assembly of projection system
    • G03F7/70266Adaptive optics, e.g. deformable optical elements for wavefront control, e.g. for aberration adjustment or correction
    • GPHYSICS
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G03F7/70883Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature of optical system
    • G03F7/70891Temperature

Definitions

  • the present invention relates to an optical system and a lithography system with such an optical system.
  • Microlithography is used to manufacture microstructured components such as integrated circuits.
  • the microhythmia process is carried out with a lithography system which has a lighting system and a projection system.
  • the image of a mask (reticle) illuminated by means of the illumination system is projected by means of the projection system onto a substrate, for example a silicon wafer, coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection system, around the mask structure onto the light-sensitive coating of the substrate to be transferred.
  • a mask reticle
  • photoresist light-sensitive layer
  • Mirrors are known whose mirror surface can be deliberately deformed by means of appropriately arranged actuators.
  • optical imaging errors also called aberrations
  • the aberrations can have different origins, in particular temperature fluctuations can lead to mechanical stresses which can warp a holder of an optical element and / or an optical element itself, as a result of which the optical properties of the respective optical element can change.
  • Such mirrors are used, for example, in astronomy, whereby the term adaptive optics has become established.
  • the mirror surface is scanned with a measuring light and a deviation from the ideal shape is determined.
  • a control loop can therefore be set up which controls the corresponding actuators on the basis of the determined deviation, whereby the mirror surface is brought closer to its ideal shape.
  • Mirrors the surface of which can be deformed with actuators, are also used in lithography systems.
  • known lithography systems have a very cramped installation space, since many functional units, such as active or passive components, have to be arranged in a small volume. It is therefore not practical to arrange an additional optical measuring system in the lithography system in order to scan the mirror surface as explained above. A feedback control of the actuators has therefore not yet been possible or only with an economically unjustifiable effort.
  • an optical system with at least one mirror has a mirror body and a mirror surface.
  • At least one actuator device coupled to the mirror body is provided for deforming the mirror surface.
  • the actuator device comprises at least one electrostrictive actuator element for generating a mechanical tension in the mirror body for deforming the mirror surface as a function of an electrical control voltage and at least one electrostrictive sensor element for outputting a sensor signal as a function of a deformation of the Sensor element.
  • the at least one sensor element is arranged directly adjacent to the actuator element and / or is arranged on a side of the mirror body facing away from the mirror surface and separated from the mirror body by at least the actuator element and / or is arranged such that it is at least partially set up to transfer the mechanical tension generated by the actuator element to the mirror body.
  • This optical system has the advantage that it is possible, without direct scanning of the mirror surface, to detect an effect achieved by the actuator element in the mirror body. In the present case, this is advantageously possible within a physical domain, mechanically or electrically, namely the coupling between an externally applied electrical field and the deformation-dependent polarization of the material, i.e. without the actuator and sensor having to operate on different physical mechanisms. men are based.
  • This enables a uniform description and treatment of the occurring effects, which keeps the complexity of the optical system low.
  • the optical system can also be manufactured with a reduced number of different process steps, since the actuator element and the sensor element have the same class of material. In addition, for this reason the optical system is very robust, can be manufactured comparatively cheaply and is less prone to defects.
  • the optical system is designed in particular as projection optics for a lithography system. Furthermore, the optical system can be part of a beam shaping and illumination system of a lithography system. The optical system can also be used in other technical areas in which high-precision beam guidance is required or desired, such as in astronomy, in scientific devices or in military optics. Compared to known adaptive optics, the optical system has advantages in particular when a tightly limited installation space is available, when a robust system is required and / or when costs play a role.
  • the optical system comprises at least one mirror.
  • the optical system can also have further mirrors, lenses, grids, diaphragms, filters, cavities and the like, but it can also consist of the mirror with the actuator device.
  • the optical system can have a plurality of mirrors with a respective actuator device. Further optically effective elements of the optical system can also have additional or different actuators, such as electrical heating, cooling and the like.
  • the mirror surface of the at least one mirror can have an appropriate geometric shape, such as, for example, planar, convex, concave or also different in sections.
  • the mirror can be arranged at different positions in a beam path within the optical system, in particular in the area of a pupil or a hatch. Depending on the position in the beam path, different imaging errors or aberrations can be compensated for by the deformation of the mirror surface. Under a deforma- tion is understood in particular as a deviation from a basic shape of the mirror surface. For example, the mirror assumes the basic shape when it is arranged without tension in a holder and orientation provided for operation.
  • the basic shape can deviate from an ideal shape due to the mirror's own weight, for example, and the ideal shape is restored through the deformation of the mirror surface.
  • a deformation of the mirror surface is preferably understood to mean a deviation from the shape of the mirror surface when the actuator element is without charge, current or voltage.
  • the actuator device comprises at least the actuator element and the sensor element.
  • the actuator device preferably also comprises a control unit for controlling the actuator element with a control voltage.
  • the control voltage is predetermined, for example, by a control computer as a function of the mechanical tension to be achieved.
  • the mechanical stress directly determines the deformation of the mirror surface, with a functional relationship between the mechanical stress and the deformation depending, for example, on material parameters of the mirror body and on boundary conditions such as geometric factors.
  • the control computer can specify the mechanical tension to be achieved and the control unit itself determines the control voltage required for this.
  • the actuator device is coupled to the mirror body of the mirror in such a way that the mirror surface can be deformed as a function of the electrical control voltage of the actuator element.
  • the control unit includes, for example, a voltage or current source.
  • the actuator element can be operated with voltage control or charge control.
  • a charge-regulated control is advantageous.
  • the actuator element and the sensor element have electrostrictive material, which also includes, for example, piezoelectric materials become.
  • Electrostrictive materials have the property that, due to an interaction between an external electric field and dipoles present in the material, a mechanical tension or force can be generated in the material, which is expressed in a deformation of the material. Conversely, a deformation of the material leads to a change in the polarization of the material, which can be recorded using measurement technology and allows conclusions to be drawn about the amplitude of the deformation.
  • the electrostrictive material examples include ceramic compounds that contain the elements lead magnesium niobate (PMN) or lead zirconate titanate (PZT). These are preferably alloyed with platinum to improve the mechanical properties, the platinum worsening the dielectric properties, in particular the maximum polarization.
  • the alloys accordingly have a material composition that can be characterized by the alloy factor x: PMN X -Pt 1 x or PZT x Pt 1 x .
  • the electrostrictive material has a Curie temperature which is in a range of 0-40 ° C. At the Curie temperature, there is a phase transition from a first crystal structure that prevails below the Curie temperature to a second crystal structure that prevails above the Curie temperature.
  • the actuator element preferably has an active region, for example a layer, made of the electrostrictive material, which is arranged between two electrodes, an anode and a cathode.
  • an active region for example a layer, made of the electrostrictive material, which is arranged between two electrodes, an anode and a cathode.
  • the actuator element is mechanically coupled to the mirror body, so that the mechanical tension of the actuator element is transmitted to the mirror body, which is expressed in a corresponding deformation of the mirror body and therefore the mirror surface. How big the deformation achieved at a certain force depends on the strength of the material of the mirror body.
  • the sensor element preferably also has an active area made of electrostrictive material and arranged between two electrodes, for example also a layer-like structure.
  • the sensor element and the actuator element can, however, differ, for example, in their geometric dimensions and / or a material composition.
  • the sensor element preferably has an assigned measuring unit which determines the polarization of the active area of the sensor element by means of an alternating measuring voltage that is applied between the cathode and anode of the sensor element.
  • the sensor signal output by the sensor element includes, in particular, the polarization determined by the measuring unit.
  • a deformation of the active area of the sensor element can be derived from this.
  • the measurement AC voltage has, in particular, an amplitude that does not lead to any appreciable mechanical stress in the active area.
  • the measuring unit can represent an independent unit of the actuator device, the measuring unit and the sensor element being assigned to one another.
  • the term sensor element can relate to the sensor element as a whole or only to the active area of the sensor element.
  • the sensor element is mechanically coupled to the actuator element and / or to the mirror body in such a way that it is deformed when the actuator element is deformed and / or when the mirror body is deformed, for example by one of the actuator Element impressed mechanical tension.
  • the sensor element is arranged directly adjacent to the actuator element. Directly adjacent is understood to mean, for example, that there is no intermediate layer or no additional material between the actuator element and the sensor element. One can also say that the sensor element and the actuator element touch.
  • the sensor element is arranged on a side of the mirror body facing away from the mirror surface and separated from the mirror body by at least the actuator element. The sensor element is preferably arranged directly on a rear side of the actuator element, the rear side of the actuator element being the side that points away from the mirror body. It is also possible for an additional layer to be present between the actuator element and the sensor element.
  • the sensor element is arranged in such a way that it at least partially transmits the mechanical stress generated by the actuator element to the mirror body.
  • the sensor element transmits a force from the actuator element to the mirror body or it forms an operative connection between the actuator element and the mirror body.
  • the sensor element is arranged between the actuator element and the mirror body.
  • the sensor element can be embedded in a matrix next to the actuator element, the mechanical coupling between the sensor element, the actuator element and a matrix material being such that there is a mechanical tension at the transitions between Actuator element, matrix material and sensor element, at least essentially, propagated uninterrupted.
  • the matrix containing the sensor element and the actuator element viewed from the outside, essentially appears like a homogeneous body.
  • This arrangement ensures a strong mechanical coupling between the sensor element and the mirror body and the actuator element, which is why a high level of measurement accuracy can be achieved.
  • a mechanical coupling between the actuator element, sensor element and mirror body takes place in particular by means of a form-fitting connection, preferably by means of a material connection, such as, for example, gluing.
  • a calibration measurement is preferably carried out before the optical system is started up.
  • the mirror surface is illuminated with measuring light and the actuator device is caused to deform the mirror surface.
  • the measurement light can be used to determine the deformation of the mirror surface that is achieved with a specific control voltage and thus establish a corresponding correlation.
  • a correlation can be established between the deformation of the mirror surface and the sensor signal.
  • the sensor element is preferably only subjected to voltages of small magnitude, there is no hysteresis or the like, so that the dielectric properties of the sensor element are constant.
  • the properties of the actuator element can change during operation, which is why precise control based on the correlation between the control voltage and the deformation achieved during the calibration measurement is hardly possible.
  • the sensor signal can be used to check during operation whether the deformation actually achieved corresponds to the desired deformation.
  • the optical system comprises a control unit for regulating the control voltage for the actuator element as a function of the sensor signal output by the sensor element in such a way that a predetermined mechanical tension is achieved in the mirror body.
  • the regulating unit is advantageously set up to regulate the control voltage as a function of the sensor signal output by the sensor element.
  • the control unit has, for example, an evaluation unit which evaluates the output sensor signal and derives an achieved mechanical tension from it.
  • this step can be carried out in a control computer.
  • the control unit can be combined with the control unit, for example.
  • the control unit can be implemented in terms of hardware and / or software.
  • the control unit can be designed, for example, as a computer or as a microprocessor.
  • the control unit can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a program code or as an executable object.
  • the mirror surface can therefore be precisely deformed with a regulated actuator element.
  • the arrangement of the sensor element directly on the actuator element and / or on the rear side of the actuator element and / or in the direct path of action or force path from the actuator element to the mirror body ensures a high level of control accuracy.
  • the at least one actuator element and the at least one sensor element are produced monolithically.
  • the actuator element and the sensor element are made from a material of the same material class, the same manufacturing technology being used to manufacture both elements.
  • monolithic is understood to mean that the actuator and the sensor are based on the same mechanism of action.
  • the two elements are preferably produced together, for example in the same process. This has the advantage that one and the same technology is used for the actuator element and the sensor element, which keeps the complexity of the optical system low.
  • actuator-sensor arrangements in which actuation takes place electrically are not monolithic.
  • the at least one actuator element and the at least one sensor element are integrated in a layer arranged on the mirror on a side of the mirror body facing away from the mirror surface.
  • This embodiment has the advantage that individual actuator elements and individual sensor elements do not have to be arranged and attached to the mirror body; The whole is attached to the back of the mirror, that is to say on the side of the mirror body facing away from the mirror surface.
  • This layer preferably covers the entire surface of the rear side of the mirror.
  • several flat elements from the layer can also be arranged next to one another on the rear side of the mirror.
  • the at least one actuator element and the at least one sensor element are integrated in the layer is to be understood in particular as meaning that the active areas of the actuator element (the area from which the mechanical stress originates) and of the sensor element (the area whose polarization is detected) are integrated into the layer, further units, such as the measuring unit of the sensor element, not being integrated into the layer.
  • the layer preferably consists entirely of the electrostrictive material, the active areas, that is to say actuator subareas and sensor subareas, being formed by arranging electrodes.
  • the remaining material can be referred to as matrix material or as passive material.
  • the at least one sensor element is arranged at least partially between the at least one actuator element and the mirror body in a direction along a surface normal to the mirror surface.
  • the actuator element and the sensor element partially or completely overlap.
  • the sensor element is arranged closer to the mirror body and thus to the mirror surface than the actuator element, which is why the deformation or mechanical stress that can be derived from the sensor signal of the sensor element has a very high correlation the mechanical tension in the mirror body and thus the deformation of the mirror surface, whereby the control becomes more precise.
  • the at least one actuator element and the at least one sensor element each comprise at least one layer made of electrostrictive material.
  • a layer is preferably understood here to mean a geometry in which an aspect ratio of thickness to extension, ie length or width, is at least 1: 5, preferably at least IGO, preferably at least L100, preferably up to L1000. It is assumed here that the length and width are approximately the same order of magnitude.
  • the layer is between 10 gm and 500 gm thick and has a length and width of 0.5-5 cm in each case or is circular with a diameter in the range of 0.5-5 cm.
  • a layer has the advantage that the effect achieved, ie the mechanical stress or deformation achieved at a certain control voltage in the plane of the layer is greater by the factor of the aspect ratio than the effect occurring in the direction perpendicular thereto.
  • the effect achieved ie the mechanical stress or deformation achieved at a certain control voltage in the plane of the layer is greater by the factor of the aspect ratio than the effect occurring in the direction perpendicular thereto.
  • a very thin layer also has the advantage that high deformations or forces can be achieved even with low control voltages.
  • the at least one actuator element has a plurality of layers made of electrostrictive material, each layer of the plurality having an assigned cathode and an assigned anode and being controllable with a respective control voltage.
  • This multilayer structure has the advantage that a force or mechanical tension that can be achieved with the actuator element, as the sum of the force achieved by the individual layers, can be significantly increased compared to a single layer. Larger deformations are therefore possible, which is why a correction range in which aberrations can be effectively compensated for is expanded.
  • a cathode surrounded by two layers forms the common cathode of the adjoining layers and an anode surrounded by two layers forms the common anode of the adjoining layers.
  • the electric field in adjacent layers has an opposite direction.
  • One advantage of this embodiment is that the proportion of active material in the actuator element can be maximized since, for example, no insulating separating layer is required between two cathodes or anodes and since the amount of cathode material or anode material is also minimized.
  • the electric field in adjacent layers has an opposite direction.
  • An electrostrictive material is therefore advantageously chosen in which the mechanical expansion is proportional to the square of polarization, since the opposite direction of the electric field has no effect on one direction of force.
  • the at least one actuator element and the at least one sensor element form a layer stack comprising at least two layers.
  • the sensor layer is applied, for example, directly to the actuator layer, with a common electrode in between.
  • This enables a particularly compact design to be implemented, and mechanical coupling between the sensor element and the actuator element is also maximized.
  • the sensor element is deformed identically to the actuator element, which is why the control voltage of the actuator element can be regulated very precisely.
  • the actuator device has at least two sensor elements, a material composition of the electrostrictive material of the at least two sensor elements Elements is different, each of the at least two sensor elements being set up to output a sensor signal.
  • This embodiment is advantageous because, for example, temperature fluctuations can have an influence on the polarization of the active material, which can lead to measurement errors. In the case of layers of different composition, temperature fluctuations have different effects, so that the influence of temperature can be calculated out. This enables a higher level of reliability and measurement accuracy. Because of the small thickness of a layer stack made up of two sensor elements, it can be assumed, for example, that both sensor elements have the same temperature.
  • a determination unit is provided which is set up to determine a temperature in the mirror body as a function of the sensor signals output by the at least two sensor elements.
  • both the mechanical stress and the temperature can be determined by a corresponding evaluation based on a physical model that describes the underlying physics. This is particularly advantageous when optimal cooling of the mirror body in the required area is not possible or only possible with a great deal of effort.
  • the mechanical stresses in the mirror body caused by temperature fluctuations or also local temperature differences can then be taken into account when determining the current shape of the mirror surface and / or compensated for by means of the actuator device. This is advantageously possible without an additional system.
  • the temperature that can be determined here relates to the temperature in the mirror body in the area of the two sensor elements, that is to say in particular a local temperature.
  • a measuring unit is provided for applying a measuring alternating voltage to the at least two sensor elements to generate the sensor signal, a frequency of the measuring alternating voltage being different for different sensor elements.
  • the measuring unit can in particular be part of the control unit or the actuator device, but can also form an independent unit.
  • the actuator device has a plurality of M actuator elements and a plurality of N sensor elements, where M and N are integers and the actuator elements and the sensor elements are arranged alternately are.
  • a two-dimensional deformation function can advantageously be determined here, so that the actual deformation in a section somewhat remote from the actuator element can be determined or predicted more precisely, which increases the accuracy of the regulation.
  • the actuator device comprises an assignment unit which is set up to assign a value of the output sensor signal of the at least one sensor element to an achieved deformation of the mirror surface on the basis of a calibration measurement, and wherein the control unit is set up to regulate the control voltage as a function of the assigned value and a predetermined deformation of the mirror surface.
  • the assignment unit comprises a look-up table (LUT) in which sensor signal values are assigned to an achieved deformation of the mirror surface. This embodiment is particularly simple and does not require any high computing power. Intermediate values, that is to say values for the deformation in the case of values of the sensor signal that are not stored in the LUT, can be determined from the two closest values, for example, by linear interpolation.
  • a plurality of actuator devices is arranged on the at least one mirror, each of the actuator devices of the plurality being individually controllable.
  • the mirror preferably has, for example, a full-surface cover with actuator devices, so that the mirror surface can be freely deformed in a variety of ways by appropriate control of the actuator devices.
  • Each actuator device advantageously has a control unit, so that each actuator device can be controlled independently of the other actuator devices.
  • a deformation at the location of the first actuator device can lead to a slight deformation also at the location of the second actuator device, since the mechanical stresses spread throughout the mirror body. This deformation is also detected by the sensor element of the second actuator device and the actuator element can be regulated accordingly in order to counteract the deformation if this is not desired anyway.
  • a lithography system with an optical system according to the first aspect or one of the embodiments is proposed.
  • This lithography system has the advantage that imaging errors can be corrected or compensated for, with a closed control loop being available for controlling a respective actuator element. Correction of the aberrations can thus be carried out much more precisely than without such a control loop.
  • the installation space is very tight because the The optics used can be operated in a vacuum, for example, which is why classic solutions for adaptive optics cannot be used.
  • the optical system preferably forms a beam shaping and lighting system or a projection system of a lithography system or is part of such a system.
  • the use of a mirror coupled to an actuator device in an optical system is proposed.
  • the mirror has a mirror body and a mirror surface.
  • the actuator device comprises at least one electrostrictive actuator element for generating a mechanical tension in the mirror body for deforming the mirror surface as a function of an electrical control voltage and at least one electrostrictive sensor element for outputting a sensor signal as a function of a deformation of the Sensor element.
  • the at least one sensor element is arranged directly adjacent to the actuator element and / or is arranged on a side of the mirror body facing away from the mirror surface and separated from the mirror body by at least the actuator element and / or is arranged such that it is at least partially set up to transfer the mechanical tension generated by the actuator element to the mirror body.
  • the actuator device is coupled to the mirror body in such a way that the mirror surface is deformed as a function of the electrical control voltage.
  • a method for operating an optical system with at least one mirror, which has a mirror body and a mirror surface, and with at least one actuator device coupled to the mirror body for deforming the mirror surface.
  • an electrostrictive actuator element of the actuator device is controlled with an electrical control voltage, so that a mechanical tension is generated in the mirror body and the mirror surface is deformed.
  • a sensor signal is detected by means of at least one electrostrictive sensor element of the actuator device as a function of a deformation of the sensor element, the at least one sensor element being connected directly to the actuator element.
  • the deformation of the mirror surface is determined as a function of the detected sensor signal.
  • the optical system described above and below is set up to carry out the aforementioned method or to be operated according to the method.
  • a method for detecting an achieved deformation of a mirror surface of an optical system is proposed.
  • the at least one actuator element is controlled by means of a control voltage as a function of a predetermined deformation of the mirror surface.
  • a control computer determines an ideal shape of the mirror surface that deviates from the current actual shape of the mirror surface and, as a function of this, determines the required control voltage for the actuator element which is at the actuator unit is output.
  • a sensor signal is output from the at least one sensor element. This takes place in particular in that the active area of the sensor element is subjected to a measuring alternating voltage.
  • a deformation of the sensor element is determined as a function of the output sensor signal and, from this, the deformation of the mirror surface achieved.
  • the polarization of the active area of the sensor element is indicative of the existing deformation of the sensor element.
  • the deformation of the mirror surface can be determined from this by means of a mechanical model of the mirror.
  • the deformation of the mirror surface is preferably determined in advance in a calibration measurement as a function of the deformation of the sensor element and stored in an LUT.
  • the control voltage is regulated in such a way that the predetermined deformation of the mirror surface is achieved.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a first embodiment of an optical system
  • FIG. 2 shows a schematic view of a first exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device
  • 3 shows a schematic view of a second exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device
  • FIG. 4 shows a schematic view of a third exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device
  • FIG. 5 shows a schematic view of a fourth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device
  • FIG. 6 shows a schematic view of a fifth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device
  • FIG. 7 shows a schematic view of a sixth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device
  • FIG. 8 shows a schematic view of a seventh exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device having two sensor elements
  • FIG. 9 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a structure of an actuator element
  • FIG. 10 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a control of several actuator elements and sensor elements in an actuator device
  • FIG. 11 shows three diagrams of a behavior of physical quantities as a function of a control voltage
  • 13 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a closed control loop
  • 14A shows a schematic view of an embodiment of an EUV lithography system
  • FIG. 14B shows a schematic view of an embodiment of a DUV lithography system
  • 15 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for correcting an aberration in an optical system.
  • the optical system 200 here comprises a light source LS, a lens 128 which collimates the light striking it from the light source LS, two mirrors 110, 210, one further lens 128 and a wafer 124 or slide on which the light from the further lens 128 is focused.
  • the optical system 200 is an illumination system of a microscope or a lithography system 100A, 100B (see FIGS. 14A, 14B).
  • the second mirror 210 of the optical system 200 consists of a mirror body 212, on the front side of which the mirror surface 214 is arranged.
  • an actuator device 220 which is set up to deform the mirror surface 214 by coupling a mechanical tension into the mirror body 212.
  • Only one actuator device 220 is shown here and also in the following figures. It goes without saying, however, that a plurality of such actuator devices 220 can be arranged on the mirror 210 in order to deform the mirror surface 214 in a targeted manner with a high spatial resolution and / or to achieve an overall deformation of the mirror 210.
  • an aberration that is to say an imaging error
  • the imaging error is in particular dependent on an operating state of the optical system 200 and / or other optical systems that are coupled to the optical system 200. For example, spatial and / or temporal temperature differences and / or fluctuations can be compensated for by the actuator device 220.
  • the actuator device 220 preferably comprises a closed control loop for regulating the actuator element 222 (see FIGS. 2-8, 10, 13, 14A or 14B).
  • FIG. 2-7 each show a schematic view of an exemplary embodiment of an arrangement of a mirror 210 with an actuator device 220.
  • the exemplary embodiments differ in the specific arrangement of actuator device 220 and mirror 210 optical system 200 as shown in FIG. 1, 14A or 14B can be used.
  • FIG. 2 shows an actuator device 220 which is arranged between the mirror body 212 and a mirror carrier 216.
  • the mirror carrier 216 forms a mechanical fixed point, that is, it is rigid and fixed.
  • the actuator device 220 has an actuator element 222 and a sensor element 224, the sensor element 224 making mechanical contact with the mirror body 212 and the actuator element 222 being supported on the mirror carrier 216.
  • the control unit 226 also detects the sensor signal SS output by the sensor element 224.
  • the control unit 226 is preferably designed as a control unit or comprises one that controls the control voltage VS as a function of the sensor signal SS.
  • the actuation direction 223 is parallel to a normal to the surface of the mirror surface 214.
  • the actuator element 222 extends or elongates in the actuation direction 223 when a control voltage VS is applied to it.
  • An extension of the actuator element 222 leads to a bulging or displacement of the mirror surface 214 at the location of the actuator device 220, since the mirror carrier 216 is fixed.
  • the mirror body 212 is supported at one or more points with a fixed connecting element (not shown) on the mirror carrier 216.
  • a fixed connecting element fixes the distance between mirror body 212 and mirror carrier 216, for example, where it is arranged.
  • FIG 3 shows an alternative embodiment of an actuator device 220 which is arranged between the mirror body 212 and a mirror carrier 216.
  • the sensor element 224 is arranged laterally directly on the actuator element 222.
  • the sensor element 224 will exactly take part in every deformation, in particular expansion or compression, of the actuator element 222 along the actuation direction 223. The actual deformation of the actuator element 222 can therefore be determined very precisely from the sensor signal SS.
  • FIGS. 4 to 7 each show a different integration of the actuator device 220, in contrast to FIGS. 2 and 3, a transverse actuation direction 223, that is to say in the plane of the mirror body 212, being used.
  • the actuator device 220 is glued to the rear of the mirror body 212 or is firmly connected to it in a similar manner.
  • the sensor element 224 is either arranged between the actuator element 222 and mirror body 212 (FIG. 4) or arranged on the rear side of the actuator element 222 (FIG. 5). In the arrangement shown in FIG. 4, the sensor element 224 transmits any mechanical stress generated by the actuator element 222 to the mirror body 212.
  • the sensor element 224 experiences the same deformation as the actuator element 222 and the area of the mirror body 212 in direct contact with the sensor element 224.
  • the actuator element 222 and the sensor element 224 are embedded in a matrix MX.
  • the matrix MX consists in particular of a material of the same material class as the actuator element 222 and the sensor element 224, preferably of an electrostatic ceramic material.
  • the actuator element 222, the sensor element 224 and the matrix MX advantageously form an essentially homogeneous material layer 221 which is fixed flat, preferably over the entire area, on the rear side of the mirror body 212.
  • the active areas of the actuator element 222 and the sensor element 224 are defined by the arrangement of electrodes in the material MX.
  • a mechanical coupling of the actuator element 222 to the mirror body 212 is particularly strong, which has an advantageous effect on the maximum achievable deformation of the mirror surface 214.
  • FIGS. 2-7 can also be combined with one another.
  • FIG. 8 shows a schematic view of a fourth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror 210 with an actuator device 220.
  • the basic arrangement corresponds to that shown in FIG. 7, the actuator device 220 here having two sensor elements 224, which sandwich the actuator element 222.
  • the two sensor elements 224 advantageously have a different chemical composition, so that they have different dependencies on the temperature and the deformation. Then not only the deformation of the respective sensor element 224, but also the temperature can be determined from the two sensor signals SS. In the present case, this is done by a determination unit 230 specially set up for this purpose.
  • FIGS. 9 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a structure of an actuator element 222, which here consists of a plurality of individual layers L1-Ln.
  • an electrode A1 On the top layer L1 is an electrode A1 arranged, which is operated here for example as an anode.
  • a further electrode K1 which is operated as a cathode, is arranged between the uppermost layer L1 and the layer L2 arranged adjacent below it. It can be said that the anode A1 and the cathode K1 sandwich the top layer L1.
  • a control voltage VS applied between anode A1 and cathode K1 leads to the formation of an electric field in layer L1.
  • the role of anode A1 and cathode K1 can also be reversed in embodiments, in which case the direction of the electric field is reversed.
  • An electrode A2 which is operated as an anode, is again arranged between the second layer from above L2 and the third layer from above L3. It can be seen here that the cathode K1 forms a common cathode for the adjoining layers L1 and L2. The anode A2 also forms a common anode for the adjacent layers L2 and L3.
  • a terminating electrode Kn which in this embodiment is operated as a cathode, is arranged under the lowermost layer Ln.
  • the electrostrictive material is in particular one in which the mechanical expansion is proportional to the square of the polarization, so that the layers L1-Ln despite different directions of the electric field create a deformation in the same direction.
  • the electrodes A1-An, K1-Kn are to be arranged and controlled in such a way that the electric field in all layers L1-Ln points in the same direction, since the layers L1-Ln otherwise work against one another.
  • a layer thickness of the layers L1-Ln can be different for each layer L1-Ln.
  • the layer thicknesses of the different layers L1-Ln are preferably essentially the same and are selected from a range of 10 gm-500 gm.
  • a material composition can also be used for each of the layers L1-Ln can be selected differently, for example in order to achieve different electrostrictive properties.
  • a sensor element 224 has such a layer-like structure as is shown in FIG. 9 for an actuator element 222.
  • the use of different chemical compositions for different layers L1-Ln has the advantage that a comparison of the sensor signals SS of the individual layers L1-Ln can be used to infer other major influences besides the mechanical stress, in particular the temperature in the layers L1 - Ln.
  • FIG. 10 shows a schematic view of an exemplary embodiment of an actuator device 220 which comprises a plurality of actuator elements 222, a plurality of sensor elements 224 and a control unit 226.
  • actuator device 220 which comprises a plurality of actuator elements 222, a plurality of sensor elements 224 and a control unit 226.
  • three sensor elements 224 and two actuator elements 222 are provided, which form a layer stack, the actuator elements 222 here each comprising three layers L1-L3 made of electrostrictive material by way of example.
  • Two of the sensor elements 224 sandwich the entire layer stack and the third sensor element 224 divides the layer stack in the middle.
  • passive areas are in each case arranged between the sensor elements 224 and the actuator elements 222.
  • the common electrode in this case is preferably grounded, because the sensor element is advantageously operated without a bias voltage.
  • the control unit 226 here comprises a regulated voltage source for providing the control voltage VS for the actuator elements 222 and three measuring units which are set up to generate the sensor signal SS of a respective sensor element 224 by means of an AC measuring voltage VM.
  • the measurement alternating voltages VM here preferably have different frequencies in order to avoid mutual interference.
  • the plurality of actuator elements 222 can also be operated with different control voltages VS. 11 shows three diagrams of the behavior of physical quantities, the mechanical voltage s, the gradient of the deflection e achieved in relation to the control voltage VS, and the dielectric susceptibility X as a function of a control voltage VS for an exemplary electrostrictive layer which is in an actuator element 222 (see FIGS.
  • the electrostrictive material is, in particular, a material with a composition PMN x Pt 1 x. The curves shown relate to a mechanically free state of the layer, that is, without mechanical pretension and without the layer being embedded in a rigid material system .
  • the middle diagram shows the gradient of the deflection e achieved in relation to the control voltage VS as a function of the control voltage VS.
  • several curves of the dielectric susceptibility c as a function of a control voltage VS are shown in a diagram.
  • the five curves 1 - 5 shown differ with regard to a deformation of the layer.
  • curve corresponds to 3 the mechanically free or untensioned state.
  • Curves 1 and 2 correspond, for example, to a stretching of the layer in the ppm range, for example 10 ppm for curve 1 and 5 ppm for curve 2.
  • Curves 4 and 5 correspond, for example, to compression of the layer in ppm Range, for example 5 ppm for curve 4 and 10 ppm for curve 5.
  • this physical variable is particularly suitable as a measurement variable for deformation of the layer, especially in a sensor Element 224.
  • the dielectric susceptibility x can be determined by an impedance measurement by means of the measurement alternating voltage VM.
  • the control unit 226 is designed as a control unit.
  • the control unit 226 receives a predetermined mechanical setpoint tension ⁇ s from the outside, for example by a control computer (not shown), which the actuator device 220 is intended to provide or generate by means of the actuator element 222.
  • the control unit 226 then controls the actuator element 222 with the control voltage VS.
  • the control voltage VS is preferably selected such that, under good conditions, it precisely achieves the mechanical setpoint voltage ⁇ s , which is known, for example, from characterization measurements of the actuator element 222. However, due to hysteresis or various environmental influences, the actuator element 222 can slightly miss the mechanical setpoint tension ⁇ s.
  • the sensor element 224 is deformed with the actuator element 222.
  • the extent of the deformation can be determined as described above, which is represented here by the sensor signal SS.
  • the sensor signal SS is particularly characteristic of the deformation of the sensor element 224 and thus also the mechanical stress o achieved in the sensor element 224. Due to the direct coupling of the sensor element 222 to the actuator element 224, the mechanical The voltage o in the sensor element 224 is essentially that in the actuator element 222.
  • the sensor signal SS is therefore suitable as a control signal.
  • the control unit 226 is therefore Readjust the control voltage VS for the actuator element 222 on the basis of the sensor signal SS.
  • a control cycle can last, for example, in the range of 1 ms - 100 ms, corresponding to a control frequency between 10 Hz - 1 kHz.
  • EUV stands for “extreme ultraviolet” (EUV) and designates a wavelength of the work light between 0.1 nm and 30 nm.
  • EUV stands for “extreme ultraviolet” (EUV) and designates a wavelength of the work light between 0.1 nm and 30 nm.
  • the beam shaping and lighting system 102 and the projection system 200 are each Provided in a vacuum housing (not shown), each vacuum housing being evacuated with the aid of an evacuation device (not shown).
  • the vacuum housings are surrounded by a machine room, not shown, in which drive devices for mechanical movement or setting of optical elements are provided. Furthermore, electrical controls and the like can also be provided in this machine room.
  • the EUV lithography system 100A has an EUV light source 106A.
  • a plasma source (or a synchrotron) can be provided as the EUV light source 106A, for example, which emits radiation 108A in the EUV range (extreme ultraviolet range), that is, for example, in the wavelength range from 5 nm to 20 nm.
  • the EUV radiation 108A is bundled in the beam shaping and lighting system 102 and the desired operating wavelength is filtered out of the EUV radiation 108A.
  • the EUV radiation 108A generated by the EUV light source 106A has a relatively low transmissivity through air, which is why the beam guiding spaces in the beam shaping and lighting system 102 and in the projection system 200 are evacuated.
  • the beam shaping and illumination system 102 shown in FIG. 14A has five mirrors 110, 112, 114, 116, 118. After passing through the beam shaping and illumination system 102, the EUV radiation 108A is directed onto a photomask (reticle) 120.
  • the photomask 120 is also as reflective optical element and can be arranged outside of the systems 102, 104. Furthermore, the EUV radiation 108A can be directed onto the photomask 120 by means of a mirror 122.
  • the photomask 120 has a structure which is imaged on a wafer 124 or the like in a reduced size by means of the projection system 200.
  • the projection system 200 (also referred to as a projection objective) has five mirrors M1 to M5 for imaging the photomask 120 on the wafer 124.
  • individual mirrors M1 to M5 of the projection system 200 can be arranged symmetrically to an optical axis 126 of the projection system 200.
  • the number of mirrors M1 to M5 of the EUV lithography system 100A is not limited to the number shown. More or fewer mirrors M1 to M5 can also be provided.
  • the mirrors M1 to M5 are generally curved on their front side to form the beam.
  • the projection system 200 furthermore has a further mirror 210, on the rear side of which a multiplicity of actuator devices 220 are arranged, each of which can be designed as on the basis of FIGS. 2-8, 10 or 13.
  • Each actuator device 220 comprises an assigned actuator element 222 and an assigned sensor element 224.
  • a control unit 226 is for controlling the actuator elements 222 with a control voltage VS and for applying the sensor elements 224 with an alternating measurement voltage VM set up to generate a respective sensor signal SS.
  • only one control unit 226 is shown here, which controls all of the actuator elements 222 and sensor elements 224.
  • the front side of the mirror 210 can be deformed by targeted control of the actuator devices 220, which can be used to correct optical aberrations in order to increase the resolution of the lithography process.
  • the actuation takes place in a regulated manner by the actuator elements 222 in that an actually achieved deformation is detected by the sensor elements 224 and the control voltage VS can therefore be regulated by evaluating the sensor signal SS.
  • This regulation takes place individually for each actuator device 220, for reasons of clarity only one actuator device 220 and only one control voltage VS, one measuring AC voltage VM and one sensor signal SS are shown.
  • the projection system 200 or also the beam shaping and lighting system 102 can have further mirrors 210 with an associated actuator device 220.
  • DUV stands for “deep ultraviolet” (DUV) and designates a wavelength of the work light between 30 nm and 250 nm.
  • the beam shaping and lighting system 102 and the projection system 200 can - as already described with reference to FIG 14A - arranged in a vacuum housing and / or surrounded by a machine room with corresponding drive devices.
  • the DUV lithography system 100B has a DUV light source 106B.
  • An ArF excimer laser for example, which emits radiation 108B in the DUV range at, for example, 193 nm, can be provided as the DUV light source 106B.
  • the beam shaping and illumination system 102 shown in FIG. 14B guides the DUV radiation 108B onto a photo mask 120.
  • the photo mask 120 is designed as a transmissive optical element and can be arranged outside the systems 102, 104.
  • the photomask 120 has a structure which is reduced by means of the projection system 200 onto a wafer 124 or the like.
  • the projection system 200 has a plurality of lenses 128 and / or mirrors 130 for imaging the photomask 120 on the wafer 124.
  • Individual lenses 128 and / or mirrors 130 of projection system 104 can be arranged symmetrically to an optical axis 126 of projection system 200.
  • the number of lenses 128 and mirrors 130 of the DUV lithography system 100B is not limited to the number shown. It More or fewer lenses 128 and / or mirrors 130 can also be provided.
  • the mirrors 130 are generally curved on their front side for beam shaping.
  • An air gap between the last lens 128 and the wafer 124 can be replaced by a liquid medium 132 which has a refractive index> 1.
  • the liquid medium 132 can be ultrapure water, for example.
  • Such a structure is also referred to as immersion lithography and has an increased photolithographic resolution.
  • the medium 132 can also be referred to as an immersion liquid.
  • the projection system 200 furthermore has a mirror 210, on the rear side of which an actuator device 220 is arranged, which can be designed as on the basis of FIGS. 2-8, 10 or 13. Without loss of generality, only one actuator device 220 is shown here, but it goes without saying that there is preferably a plurality of actuator devices 220, each of which can be individually controlled and / or regulated.
  • the actuator device 220 comprises an assigned actuator element 222 and an assigned sensor element 224.
  • a control unit 226 is used to control the actuator elements 222 with a control voltage VS and to apply a measurement to the sensor elements 224 AC voltage VM set up to generate a respective sensor signal SS.
  • a predetermined mechanical setpoint tension ⁇ s is specified from the outside, which is to be achieved by the actuator element 222.
  • the mechanical target tension ⁇ s is determined, for example, by a control computer on the basis of a target deformation of the mirror 210 to be achieved.
  • the targeted deformation of the front side of the mirror 210 allows optical aberrations to be corrected to increase the resolution of the lithography process.
  • the actuation takes place in a regulated manner by the actuator element 222 in that an actually achieved deformation is detected by the sensor element 224 and the control voltage VS can therefore be regulated by evaluating the sensor signal SS.
  • This regulation takes place individually for each actuator device 220, only one actuator device 220 and only one control voltage VS, one measuring AC voltage VM and one sensor signal SS being shown for reasons of clarity.
  • the projection system 200 or also the beam shaping and lighting system 102 can have further mirrors 210 with an associated actuator device 220.
  • FIG. 15 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a method for correcting an aberration in an optical system 200, for example in the optical system 200 of FIG. 1, by using the mirror surface 212 (see FIGS. 1-8) of a mirror 210 ( see FIGS. 1-8 or 14A, 14B) of the optical system 200 is deliberately deformed.
  • a first step S1 the at least one actuator element 222 (see FIGS. 2-8 or 13) is activated by means of a control voltage VS (see FIGS. 2-8 or 10-13) as a function of a predetermined deformation of the mirror surface 214 (see FIG . 1 - 8) controlled.
  • a control voltage VS see FIGS. 2-8 or 10-13
  • a mechanical tension is generated in the actuator element 222, which tension is transmitted to the mirror body 212 (see FIGS. 1-8) of the mirror 210, which leads to a local deformation of the mirror surface 214.
  • the at least one sensor element 224 (see FIGS. 2-8 or 13) outputs a sensor signal SS (see FIGS. 2-8 or 13).
  • the sensor element 224 is acted upon with a measuring alternating voltage VM, as has already been described above.
  • a deformation of the sensor element 224 is determined as a function of the detected sensor signal SS.
  • An achieved deformation of the mirror surface 214 can be determined from this.
  • the control voltage VS is regulated in such a way that the predetermined deformation of the mirror surface 214 is achieved.
  • the predetermined deformation is achieved with the Deformation compared, from which it can be seen whether the drive voltage VS must be higher or lower in order to achieve the predetermined deformation.
  • the present invention has been described on the basis of exemplary embodiments, it can be modified in many ways.
  • many of the physical quantities on the basis of which the description was made are interchangeable with other quantities.
  • mechanical tension it is also possible to speak of force or mechanical elongation or deformation.
  • the sensor signal depends on the dielectric susceptibility, on the impedance, on the polarization, on the capacitance or the like, which can all be converted into one another as long as the respective material parameters are known.
  • the invention allows a large number of possible arrangements of a sensor element in relation to an actuator element in an actuator
  • control loop for regulating the control voltage can be implemented or realized in a variety of ways without the present invention being limited in a certain way.

Abstract

An optical system (200) comprises at least one mirror (210) having a mirror body (212) and a mirror surface (214), and at least one actuator device (220) coupled to the mirror body (212) and serving for deforming the mirror surface (214). The actuator device (220) comprises at least one electrostrictive actuator element (222) for generating a mechanical stress in the mirror body (212) for deforming the mirror surface (214) depending on an electrical drive voltage (VS), at least one electrostrictive sensor element (224) for outputting a sensor signal (SS) depending on a deformation of the sensor element (224), wherein the at least one sensor element (224) is arranged directly adjacent to the actuator element (222) and/or is arranged in such a way that it is configured at least partly for transferring the mechanical stress generated by the actuator element (222) to the mirror body (212).

Description

OPTISCHES SYSTEM UND LITHOGRAPHIE ANLAGE OPTICAL SYSTEM AND LITHOGRAPHY SYSTEM
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System und eine Lithographie- anlage mit einem derartigen optischen System. The present invention relates to an optical system and a lithography system with such an optical system.
Der Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 2020 201 724.7 wird durch Bezug- nahme vollumfänglich mit einbezogen (incorporation by reference). The content of the priority application DE 10 2020 201 724.7 is fully incorporated by reference (incorporation by reference).
Die Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, angewendet. Der Mikrohthogra- phieprozess wird mit einer Lithographieanlage durchgeführt, welche ein Beleuchtungs System und ein Projektionssystem aufweist. Das Bild einer mittels des Beleuchtungssystems beleuchteten Maske (Retikel) wird hierbei mittels des Projektionssystems auf ein mit einer lichtemphndlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionssystems angeordnetes Sub- strat, beispielsweise einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. Microlithography is used to manufacture microstructured components such as integrated circuits. The microhythmia process is carried out with a lithography system which has a lighting system and a projection system. The image of a mask (reticle) illuminated by means of the illumination system is projected by means of the projection system onto a substrate, for example a silicon wafer, coated with a light-sensitive layer (photoresist) and arranged in the image plane of the projection system, around the mask structure onto the light-sensitive coating of the substrate to be transferred.
Es sind Spiegel bekannt, deren SpiegeloberfLäche mittels entsprechend angeord- neter Aktuatoren gezielt deformiert werden kann. Hierdurch lassen sich optische Abbildungsfehler, auch Aberrationen genannt, korrigieren oder kompensieren. Die Aberrationen können unterschiedlichen Ursprungs sein, insbesondere kön- nen Temperaturschwankungen zu mechanischen Spannungen führen, welche eine Halterung eines optischen Elements und/oder ein optisches Element selbst verziehen können, wodurch sich optische Eigenschaften des betreffenden opti- schen Elements verändern können. Solche Spiegel werden beispielsweise in der Astronomie eingesetzt, wobei sich der Begriff adaptive Optik etabliert hat. Hier- bei wird mit einem Messlicht die Spiegeloberfläche abgetastet und so eine Ab- weichung von der idealen Form ermittelt. Es lässt sich daher ein Regelkreis auf- bauen, der auf Basis der ermittelten Abweichung die entsprechenden Aktua- toren ansteuert, wodurch die Spiegeloberfläche ihrer Idealform nähergebracht wird. Mirrors are known whose mirror surface can be deliberately deformed by means of appropriately arranged actuators. In this way, optical imaging errors, also called aberrations, can be corrected or compensated for. The aberrations can have different origins, in particular temperature fluctuations can lead to mechanical stresses which can warp a holder of an optical element and / or an optical element itself, as a result of which the optical properties of the respective optical element can change. Such mirrors are used, for example, in astronomy, whereby the term adaptive optics has become established. The mirror surface is scanned with a measuring light and a deviation from the ideal shape is determined. A control loop can therefore be set up which controls the corresponding actuators on the basis of the determined deviation, whereby the mirror surface is brought closer to its ideal shape.
Spiegel, deren Oberfläche mit Aktuatoren deformiert werden kann, sind auch in Lithographieanlagen im Einsatz. Bekannte Lithographieanlagen weisen jedoch einen sehr beengten Bauraum auf, da viele funktionelle Einheiten, wie aktive oder passive Bauelemente, in einem geringen Volumen angeordnet werden müs- sen. Daher ist es nicht praktikabel, ein zusätzliches optisches Messsystem in der Lithographieanlage anzuordnen, um die Spiegeloberfläche wie oben erläutert abzutasten. Eine rückgekoppelte Regelung der Aktuatoren ist daher bislang nicht oder nur mit wirtschaftlich nicht vertretbarem Aufwand zu realisieren. Mirrors, the surface of which can be deformed with actuators, are also used in lithography systems. However, known lithography systems have a very cramped installation space, since many functional units, such as active or passive components, have to be arranged in a small volume. It is therefore not practical to arrange an additional optical measuring system in the lithography system in order to scan the mirror surface as explained above. A feedback control of the actuators has therefore not yet been possible or only with an economically unjustifiable effort.
Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes optisches System bereitzustellen. Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved optical system.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein optisches System mit zumindest einem Spiegel vor geschlagen. Der Spiegel weist einen Spiegelkörper und eine Spiegel- oberfläche auf. Es ist zumindest eine mit dem Spiegelkörper gekoppelte Aktua- tor-Einrichtung zum Deformieren der Spiegeloberfläche vorgesehen. Die Aktua- tor-Einrichtung umfasst zumindest ein elektrostriktives Aktuator-Element zum Erzeugen einer mechanischen Spannung in dem Spiegelkörper zum Deformieren der Spiegeloberfläche in Abhängigkeit von einer elektrischen Ansteuerspannung und zumindest ein elektrostriktives Sensor-Element zum Ausgeben eines Sen- sorsignals in Abhängigkeit von einer Deformation des Sensor-Elements. Das zumindest eine Sensor-Element ist direkt an das Aktuator-Element angrenzend angeordnet und/oder ist auf einer der Spiegeloberfläche abgewandten Seite des Spiegelkörpers und durch zumindest das Aktuator-Element von dem Spiegelkör- per getrennt angeordnet und/oder ist derart angeordnet, dass es zumindest teil- weise zum Übertragen der von dem Aktuator-Element erzeugten mechanischen Spannung auf den Spiegelkörper eingerichtet ist. According to a first aspect, an optical system with at least one mirror is proposed. The mirror has a mirror body and a mirror surface. At least one actuator device coupled to the mirror body is provided for deforming the mirror surface. The actuator device comprises at least one electrostrictive actuator element for generating a mechanical tension in the mirror body for deforming the mirror surface as a function of an electrical control voltage and at least one electrostrictive sensor element for outputting a sensor signal as a function of a deformation of the Sensor element. The at least one sensor element is arranged directly adjacent to the actuator element and / or is arranged on a side of the mirror body facing away from the mirror surface and separated from the mirror body by at least the actuator element and / or is arranged such that it is at least partially set up to transfer the mechanical tension generated by the actuator element to the mirror body.
Dieses optische System weist den Vorteil auf, dass es ohne eine direkte Abtas- tung der Spiegeloberfläche möglich ist, eine durch das Aktuator-Element erzielte Wirkung in dem Spiegelkörper zu erfassen. Vorteilhaft ist dies vorliegend inner- halb einer physikalischen Domäne, mechanisch oder elektrisch, nämlich der Kopplung zwischen einem von außen angelegten elektrischen Feld und der von der Deformation abhängigen Polarisation des Materials, möglich, das heißt, ohne dass Aktuator und Sensor auf unterschiedlichen physikalischen Wirkmechanis- men beruhen. Man kann sagen, dass die Erfassung der Deformation und die Ak- tuierung mit Hilfe desselben Wirkmechanismus, wie beispielsweise elektrome- chanisch über einen Piezoeffekt, erfolgt. Damit sind eine einheitliche Beschrei- bung und Behandlung der auftretenden Effekte möglich, was die Komplexität des optischen Systems geringhält. Auch kann das optische System mit einer re- duzierten Anzahl an unterschiedlichen Prozessschritten hergestellt werden, da das Aktuator-Element und das Sensor-Element die gleiche Materialklasse auf- weisen. Zudem ist das optische System aus diesem Grund sehr robust, ver- gleichsweise günstig herstellbar und weniger defektanfällig. This optical system has the advantage that it is possible, without direct scanning of the mirror surface, to detect an effect achieved by the actuator element in the mirror body. In the present case, this is advantageously possible within a physical domain, mechanically or electrically, namely the coupling between an externally applied electrical field and the deformation-dependent polarization of the material, i.e. without the actuator and sensor having to operate on different physical mechanisms. men are based. One can say that the detection of the deformation and the actuation with the help of the same mechanism of action, such as electrome- mechanically via a piezo effect. This enables a uniform description and treatment of the occurring effects, which keeps the complexity of the optical system low. The optical system can also be manufactured with a reduced number of different process steps, since the actuator element and the sensor element have the same class of material. In addition, for this reason the optical system is very robust, can be manufactured comparatively cheaply and is less prone to defects.
Das optische System ist insbesondere als eine Projektionsoptik für eine Litho- graphieanlage ausgebildet. Weiterhin kann das optische System Teil eines Strahlformungs- und Beleuchtungssystems einer Lithographieanlage sein. Auch in anderen technischen Bereichen, in denen eine hochpräzise Strahlführung er- forderlich oder erwünscht ist, wie beispielsweise in der Astronomie, bei wissen- schaftlichen Geräten oder bei militärischen Optiken, kann das optische System angewendet werden. Gegenüber bekannten adaptiven Optiken weist das opti- sche System insbesondere dann Vorteile auf, wenn ein eng begrenzter Bauraum zur Verfügung steht, wenn ein robustes System verlangt wird und/oder wenn die Kosten eine Rolle spielen. The optical system is designed in particular as projection optics for a lithography system. Furthermore, the optical system can be part of a beam shaping and illumination system of a lithography system. The optical system can also be used in other technical areas in which high-precision beam guidance is required or desired, such as in astronomy, in scientific devices or in military optics. Compared to known adaptive optics, the optical system has advantages in particular when a tightly limited installation space is available, when a robust system is required and / or when costs play a role.
Das optische System umfasst zumindest einen Spiegel. Das optische System kann außer dem Spiegel noch weitere Spiegel, Linsen, Gitter, Blenden, Filter, Kavitäten und dergleichen mehr aufweisen, es kann aber auch aus dem Spiegel mit der Aktuator-Einrichtung bestehen. Weiterhin kann das optische System mehrere Spiegel mit einer jeweiligen Aktuator-Einrichtung aufweisen. Weitere optisch wirksame Elemente des optischen Systems können ferner zusätzliche oder andere Aktuatoren aufweisen, wie elektrische Heizungen, Kühlungen und dergleichen. The optical system comprises at least one mirror. In addition to the mirror, the optical system can also have further mirrors, lenses, grids, diaphragms, filters, cavities and the like, but it can also consist of the mirror with the actuator device. Furthermore, the optical system can have a plurality of mirrors with a respective actuator device. Further optically effective elements of the optical system can also have additional or different actuators, such as electrical heating, cooling and the like.
Die Spiegeloberfläche des zumindest einen Spiegels kann eine behebige geomet- rische Form aufweisen, wie beispielsweise planar, konvex, konkav oder auch ab- schnittsweise unterschiedlich. Der Spiegel kann an verschiedenen Positionen in einem Strahlengang innerhalb des optischen Systems angeordnet sein, insbe- sondere im Bereich einer Pupille oder einer Luke. Je nach Position in dem Strah- lengang können durch die Deformation der Spiegeloberfläche unterschiedliche Abbildungsfehler oder Aberrationen ausgeglichen werden. Unter einer Deforma- tion wird insbesondere eine Abweichung von einer Grundform der Spiegelober- fläche verstanden. Beispielsweise nimmt der Spiegel die Grundform ein, wenn er spannungsfrei in einer für den Betrieb vorgesehenen Halterung und Orientie- rung angeordnet ist. Hierbei kann die Grundform beispielsweise aufgrund des Eigengewichts des Spiegels von einer Idealform abweichen, und durch die De- formation der Spiegeloberfläche wird die Idealform wiederhergestellt. Vorzugs- weise wird unter einer Deformation der Spiegeloberfläche eine Abweichung von der Form der Spiegeloberfläche, wenn das Aktuator-Element ladungs-, strom- und spannungslos ist, verstanden. The mirror surface of the at least one mirror can have an appropriate geometric shape, such as, for example, planar, convex, concave or also different in sections. The mirror can be arranged at different positions in a beam path within the optical system, in particular in the area of a pupil or a hatch. Depending on the position in the beam path, different imaging errors or aberrations can be compensated for by the deformation of the mirror surface. Under a deforma- tion is understood in particular as a deviation from a basic shape of the mirror surface. For example, the mirror assumes the basic shape when it is arranged without tension in a holder and orientation provided for operation. In this case, the basic shape can deviate from an ideal shape due to the mirror's own weight, for example, and the ideal shape is restored through the deformation of the mirror surface. A deformation of the mirror surface is preferably understood to mean a deviation from the shape of the mirror surface when the actuator element is without charge, current or voltage.
Die Aktuator-Einrichtung umfasst zumindest das Aktuator-Element und das Sensor-Element. Vorzugsweise umfasst die Aktuator -Einrichtung weiterhin eine Ansteuereinheit zum Ansteuern des Aktuator-Elements mit einer Ansteuer- spannung. Die Ansteuerspannung wird beispielsweise durch einen Steuerrech- ner in Abhängigkeit der zu erzielenden mechanischen Spannung vorbestimmt. Die mechanische Spannung bestimmt direkt die Deformation der Spiegeloberflä- che, wobei ein funktionaler Zusammenhang zwischen der mechanischen Span- nung und der Deformation beispielsweise von Materialparametern des Spiegel- körpers und von Randbedingungen, wie geometrischen Faktoren, abhängt. Al- ternativ kann der Steuerrechner die zu erzielende mechanische Spannung vor- geben und die Ansteuereinheit ermittelt die hierzu erforderliche Ansteuerspan- nung selbst. The actuator device comprises at least the actuator element and the sensor element. The actuator device preferably also comprises a control unit for controlling the actuator element with a control voltage. The control voltage is predetermined, for example, by a control computer as a function of the mechanical tension to be achieved. The mechanical stress directly determines the deformation of the mirror surface, with a functional relationship between the mechanical stress and the deformation depending, for example, on material parameters of the mirror body and on boundary conditions such as geometric factors. Alternatively, the control computer can specify the mechanical tension to be achieved and the control unit itself determines the control voltage required for this.
Die Aktuator -Einrichtung ist derart mit dem Spiegelkörper des Spiegels gekop- pelt, dass die Spiegeloberfläche in Abhängigkeit der elektrischen Ansteuerspan- nung des Aktuator-Elements deformierbar ist. The actuator device is coupled to the mirror body of the mirror in such a way that the mirror surface can be deformed as a function of the electrical control voltage of the actuator element.
Die Ansteuereinheit umfasst beispielsweise eine Spannungs- oder Stromquelle. Je nach Anwendung kann das Aktuator-Element spannungs geregelt oder la- dungsgeregelt betrieben werden. Insbesondere bei dynamischen Anwendungen, bei denen die Lage des Aktuator-Elements mit einer hohen Frequenz verändert wird, ist eine ladungsgeregelte Ansteuerung vorteilhaft. The control unit includes, for example, a voltage or current source. Depending on the application, the actuator element can be operated with voltage control or charge control. In particular in dynamic applications in which the position of the actuator element is changed at a high frequency, a charge-regulated control is advantageous.
Das Aktuator-Element und das Sensor-Element weisen elektrostriktives Materi- al auf, worunter beispielsweise auch piezoelektrische Materialien verstanden werden. Elektrostriktive Materialien haben die Eigenschaft, dass aufgrund einer Wechselwirkung zwischen einem äußeren elektrischen Feld und in dem Material vorhandenen Dipolen eine mechanische Spannung oder Kraft in dem Material erzeugt werden kann, die sich in einer Deformation des Materials äußert. Um- gekehrt führt eine Deformation des Materials zu einer Veränderung der Polari- sation des Materials, was sich messtechnisch erfassen lässt und Rückschlüsse auf die Amplitude der Deformation zulässt. The actuator element and the sensor element have electrostrictive material, which also includes, for example, piezoelectric materials become. Electrostrictive materials have the property that, due to an interaction between an external electric field and dipoles present in the material, a mechanical tension or force can be generated in the material, which is expressed in a deformation of the material. Conversely, a deformation of the material leads to a change in the polarization of the material, which can be recorded using measurement technology and allows conclusions to be drawn about the amplitude of the deformation.
Es wird daraufhingewiesen, dass die Begriffe Kraft, mechanische Spannung o- der auch Deformation gegeneinander austauschbar verwendet werden können. It is pointed out that the terms force, mechanical tension or deformation can be used interchangeably.
Beispiele für das elektrostriktive Material sind keramische Verbindungen, die die Elemente Blei-Magnesium-Niobat (PMN) oder Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) enthalten. Diese werden vorzugsweise mit Platin zu Verbesserung der mechani- schen Eigenschaften legiert, wobei das Platin die dielektrischen Eigenschaften, insbesondere die maximale Polarisation, verschlechtert. Die Legierungen weisen demnach eine Materialzusammensetzung auf, die durch den Legierungsfaktor x charakterisiert werden kann: PMNX-Pt1 x oder PZTxPt1 x. Examples of the electrostrictive material are ceramic compounds that contain the elements lead magnesium niobate (PMN) or lead zirconate titanate (PZT). These are preferably alloyed with platinum to improve the mechanical properties, the platinum worsening the dielectric properties, in particular the maximum polarization. The alloys accordingly have a material composition that can be characterized by the alloy factor x: PMN X -Pt 1 x or PZT x Pt 1 x .
In bevorzugten Ausführungsformen des optischen Systems weist das elektro- striktive Material eine Curie-Temperatur auf, die in einem Bereich von 0 - 40°C liegt. Bei der Curie-Temperatur findet ein Phasenübergang von einer ersten Kristallstruktur, die unterhalb der Curie-Temperatur vorherrscht, hin zu einer zweiten Kristallstruktur, die über der Curie-Temperatur vorherrscht, statt. In preferred embodiments of the optical system, the electrostrictive material has a Curie temperature which is in a range of 0-40 ° C. At the Curie temperature, there is a phase transition from a first crystal structure that prevails below the Curie temperature to a second crystal structure that prevails above the Curie temperature.
Das Aktuator-Element weist vorzugsweise einen aktiven Bereich, beispielsweise eine Schicht, aus dem elektrostriktiven Material auf, welcher zwischen zwei Elektroden, einer Anode und einer Kathode, angeordnet ist. Durch Anlegen der Ansteuerspannung zwischen Anode und Kathode bildet sich ein elektrisches Feld in dem aktiven Bereich aus, was zu der mechanischen Spannung führt. The actuator element preferably has an active region, for example a layer, made of the electrostrictive material, which is arranged between two electrodes, an anode and a cathode. When the control voltage is applied between the anode and cathode, an electric field is formed in the active area, which leads to the mechanical stress.
Das Aktuator-Element ist mechanisch mit dem Spiegelkörper gekoppelt, so dass die mechanische Spannung des Aktuator-Elements auf den Spiegelkörper über- tragen wird, was sich in einer entsprechenden Deformation des Spiegelkörpers, und mithin der Spiegeloberfläche, äußert. Wie groß die erzielte Deformation bei einer bestimmten Kraft ist, hängt dabei von der Festigkeit des Materials des Spiegelkörpers ab. The actuator element is mechanically coupled to the mirror body, so that the mechanical tension of the actuator element is transmitted to the mirror body, which is expressed in a corresponding deformation of the mirror body and therefore the mirror surface. How big the deformation achieved at a certain force depends on the strength of the material of the mirror body.
Das Sensor-Element weist vorzugsweise ebenfalls einen zwischen zwei Elektro- den angeordneten aktiven Bereich aus elektrostriktivem Material auf, beispiels- weise auch einen schichtartigen Aufbau. Das Sensor-Element und das Aktuator- Element können sich allerdings beispielsweise in ihren geometrischen Abmes- sungen und/oder einer Materialzusammensetzung unterscheiden. The sensor element preferably also has an active area made of electrostrictive material and arranged between two electrodes, for example also a layer-like structure. The sensor element and the actuator element can, however, differ, for example, in their geometric dimensions and / or a material composition.
Das Sensor-Element weist vorzugsweise eine zugeordnete Messeinheit auf, wel- che mittels einer Mess-Wechselspannung, die zwischen Kathode und Anode des Sensor-Elements angelegt wird, die Polarisation des aktiven Bereichs des Sen- sor-Elements ermittelt. Das von dem Sensor-Element ausgegebene Sensorsignal umfasst insbesondere die von der Messeinheit ermittelte Polarisation. Hieraus lässt sich eine Deformation des aktiven Bereichs des Sensor-Elements ableiten. Die Mess-Wechselspannung weist insbesondere eine Amplitude auf, die nicht zu einer nennenswerten mechanischen Spannung in dem aktiven Bereich führt. Die Messeinheit kann eine selbstständige Einheit der Aktuator -Einrichtung darstel- len, wobei die Messeinheit und das Sensor-Element einander zugeordnet sind.The sensor element preferably has an assigned measuring unit which determines the polarization of the active area of the sensor element by means of an alternating measuring voltage that is applied between the cathode and anode of the sensor element. The sensor signal output by the sensor element includes, in particular, the polarization determined by the measuring unit. A deformation of the active area of the sensor element can be derived from this. The measurement AC voltage has, in particular, an amplitude that does not lead to any appreciable mechanical stress in the active area. The measuring unit can represent an independent unit of the actuator device, the measuring unit and the sensor element being assigned to one another.
Im Folgenden kann sich der Ausdruck Sensor-Element auf das Sensor-Element als Ganzes beziehen oder auch nur auf den aktiven Bereich des Sensor- Elements. In the following, the term sensor element can relate to the sensor element as a whole or only to the active area of the sensor element.
Das Sensor-Element ist mechanisch derart mit dem mit dem Aktuator-Element und/oder mit dem Spiegelkörper gekoppelt, dass es deformiert wird, wenn sich das Aktuator-Element deformiert und/oder wenn der Spiegelkörper deformiert wird, beispielsweise durch eine von dem Aktuator-Element eingeprägte mecha- nische Spannung. The sensor element is mechanically coupled to the actuator element and / or to the mirror body in such a way that it is deformed when the actuator element is deformed and / or when the mirror body is deformed, for example by one of the actuator Element impressed mechanical tension.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sensor-Element direkt an das Ak- tuator-Element angrenzend angeordnet. Unter direkt angrenzend wird bei- spielsweise verstanden, dass keine Zwischenschicht oder kein zusätzliches Mate- rial zwischen dem Aktuator-Element und dem Sensor-Element vorhanden ist. Man kann auch sagen, dass das Sensor-Element und das Aktuator-Element sich berühren. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sensor-Element auf ei- ner der Spiegeloberfläche abgewandten Seite des Spiegelkörpers und durch zu- mindest das Aktuator-Element von dem Spiegelkörper getrennt angeordnet. Be- vorzugt ist das Sensor-Element direkt auf einer Rückseite des Aktuator- Elements angeordnet, wobei die Rückseite des Aktuator-Elements diejenige Sei- te ist, die von dem Spiegelkörper wegdeutet. Es ist auch möglich, dass eine zu- sätzliche Schicht zwischen dem Aktuator-Element und dem Sensor-Element vorhanden ist. In a preferred embodiment, the sensor element is arranged directly adjacent to the actuator element. Directly adjacent is understood to mean, for example, that there is no intermediate layer or no additional material between the actuator element and the sensor element. One can also say that the sensor element and the actuator element touch. In a further preferred embodiment, the sensor element is arranged on a side of the mirror body facing away from the mirror surface and separated from the mirror body by at least the actuator element. The sensor element is preferably arranged directly on a rear side of the actuator element, the rear side of the actuator element being the side that points away from the mirror body. It is also possible for an additional layer to be present between the actuator element and the sensor element.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sensor-Element derart angeordnet, dass es zumindest teilweise die von dem Aktuator-Element erzeugte mechanische Spannung auf den Spiegelkörper überträgt. Man kann auch sagen, das Sensor-Element überträgt eine Kraft von dem Aktuator-Element auf den Spiegelkörper oder es bildet eine Wirkverbindung zwischen dem Aktuator- Element und dem Spiegelkörper. Beispielsweise ist das Sensor-Element zwi- schen dem Aktuator-Element und dem Spiegelkörper angeordnet. Alternativ kann das Sensor-Element neben dem Aktuator-Element in einer Matrix einge- bettet sein, wobei die mechanische Kopplung zwischen dem Sensor-Element, dem Aktuator-Element und einem Matrixmaterial derart ist, dass sich eine me- chanische Spannung an den Übergängen zwischen Aktuator-Element, Matrix- material und Sensor-Element, zumindest im Wesentlichen, ungebrochen fort- pflanzt. In diesem Fall kann man auch sagen, dass die das Sensor-Element und das Aktuator-Element enthaltende Matrix von außen betrachtet im Wesentli- chen wie ein homogener Körper erscheint. In a further preferred embodiment, the sensor element is arranged in such a way that it at least partially transmits the mechanical stress generated by the actuator element to the mirror body. One can also say that the sensor element transmits a force from the actuator element to the mirror body or it forms an operative connection between the actuator element and the mirror body. For example, the sensor element is arranged between the actuator element and the mirror body. Alternatively, the sensor element can be embedded in a matrix next to the actuator element, the mechanical coupling between the sensor element, the actuator element and a matrix material being such that there is a mechanical tension at the transitions between Actuator element, matrix material and sensor element, at least essentially, propagated uninterrupted. In this case, it can also be said that the matrix containing the sensor element and the actuator element, viewed from the outside, essentially appears like a homogeneous body.
Durch diese Anordnung ist eine starke mechanische Kopplung zwischen dem Sensor-Element und dem Spiegelkörper und dem Aktuator-Element sicherge- stellt, weshalb eine hohe Messgenauigkeit erreicht werden kann. This arrangement ensures a strong mechanical coupling between the sensor element and the mirror body and the actuator element, which is why a high level of measurement accuracy can be achieved.
Eine mechanische Kopplung zwischen Aktuator-Element, Sensor-Element und Spiegelkörper erfolgt insbesondere durch eine formschlüssige Verbindung, vor- zugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, wie beispielsweise Kleben. Vorzugsweise wird vor einer Inbetriebnahme des optischen Systems eine Kalib- rierungsmessung vorgenommen. Hierbei wird die Spiegeloberfläche mit Mess- licht beleuchtet und die Aktuator -Einrichtung wird zum Deformieren der Spie- geloberfläche veranlasst. Durch das Messlicht lässt sich die bei einer bestimmten Ansteuerspannung erzielte Deformation der Spiegeloberfläche bestimmen und so eine entsprechende Korrelation hersteilen. Zusätzlich lässt sich bei zeitgleichem Erfassen des Sensorsignals auch eine Korrelation zwischen der Deformation der Spiegeloberfläche und dem Sensorsignal hersteilen. Da das Sensor-Element vor- zugsweise nur mit betragsmäßig kleinen Spannungen beaufschlagt wird, findet keine Hysterese oder dergleichen statt, so dass die dielektrischen Eigenschaften des Sensor-Elements konstant sind. Demgegenüber können sich die Eigenschaf- ten des Aktuator-Elements im Betrieb verändern, weshalb eine präzise Steue- rung basierend auf der Korrelation zwischen Ansteuerspannung und der bei der Kalibrierungsmessung erzielten Deformation kaum möglich ist. Mittels des Sen- sorsignals lässt sich im Betrieb überprüfen, ob die tatsächlich erzielte Deforma- tion der erwünschten Deformation entspricht. A mechanical coupling between the actuator element, sensor element and mirror body takes place in particular by means of a form-fitting connection, preferably by means of a material connection, such as, for example, gluing. A calibration measurement is preferably carried out before the optical system is started up. The mirror surface is illuminated with measuring light and the actuator device is caused to deform the mirror surface. The measurement light can be used to determine the deformation of the mirror surface that is achieved with a specific control voltage and thus establish a corresponding correlation. In addition, when the sensor signal is detected at the same time, a correlation can be established between the deformation of the mirror surface and the sensor signal. Since the sensor element is preferably only subjected to voltages of small magnitude, there is no hysteresis or the like, so that the dielectric properties of the sensor element are constant. In contrast, the properties of the actuator element can change during operation, which is why precise control based on the correlation between the control voltage and the deformation achieved during the calibration measurement is hardly possible. The sensor signal can be used to check during operation whether the deformation actually achieved corresponds to the desired deformation.
Gemäß einer Ausführungsform des optischen Systems umfasst dieses eine Rege- lungseinheit zum Regeln der Ansteuerspannung für das Aktuator-Element in Abhängigkeit des von dem Sensor-Element ausgegebenen Sensorsignals derart, dass eine vorbestimmte mechanische Spannung in dem Spiegelkörper erreicht wird. According to one embodiment of the optical system, it comprises a control unit for regulating the control voltage for the actuator element as a function of the sensor signal output by the sensor element in such a way that a predetermined mechanical tension is achieved in the mirror body.
Die Regelungseinheit ist vorteilhaft zum Regeln der Ansteuerspannung in Ab- hängigkeit des von dem Sensor-Element ausgegebenen Sensorsignals eingerich- tet. Dies kann so verstanden werden, dass die Regelungseinheit beispielsweise eine Auswerteeinheit aufweist, die das ausgegebene Sensorsignal auswertet und eine erzielte mechanische Spannung daraus ableitet. Dieser Schritt kann alter- nativ in einem Steuerrechner erfolgen. Die Regelungseinheit kann beispielsweise mit der Ansteuereinheit kombiniert sein. The regulating unit is advantageously set up to regulate the control voltage as a function of the sensor signal output by the sensor element. This can be understood to mean that the control unit has, for example, an evaluation unit which evaluates the output sensor signal and derives an achieved mechanical tension from it. Alternatively, this step can be carried out in a control computer. The control unit can be combined with the control unit, for example.
Die Regelungseinheit kann hardwaretechnisch und/oder softwaretechnisch im- plementiert sein. Bei einer hardwaretechnischen Implementierung kann die Re- gelungseinheit zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Regelungseinheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil ei- nes Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein. The control unit can be implemented in terms of hardware and / or software. In the case of a hardware implementation, the control unit can be designed, for example, as a computer or as a microprocessor. In the case of a software implementation, the control unit can be designed as a computer program product, as a function, as a routine, as part of a program code or as an executable object.
Durch die Aktuator-Einrichtung lässt sich daher die Spiegeloberfläche mit einem geregelten Aktuator-Element präzise deformieren. Durch die Anordnung des Sensor-Elements direkt an dem Aktuator-Element und/oder rückseitig zu dem Aktuator-Element und/oder in dem direkten Wirkungsweg oder Kraftpfad von dem Aktuator-Element zu dem Spiegelkörper, ist eine hohe Genauigkeit der Re- gelung sichergestellt. By means of the actuator device, the mirror surface can therefore be precisely deformed with a regulated actuator element. The arrangement of the sensor element directly on the actuator element and / or on the rear side of the actuator element and / or in the direct path of action or force path from the actuator element to the mirror body ensures a high level of control accuracy.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems sind das zumin- dest eine Aktuator-Element und das zumindest eine Sensor-Element monoli- thisch hergestellt. According to a further embodiment of the optical system, the at least one actuator element and the at least one sensor element are produced monolithically.
Hierunter wird insbesondere verstanden, dass das Aktuator-Element und das Sensor-Element aus einem Material der gleichen Materialklasse hergestellt sind, wobei zur Herstellung beider Elemente die gleiche Fertigungstechnologie zum Einsatz kommt. Weiterhin wird unter monolithisch verstanden, dass dem Aktu- ator und dem Sensor der gleiche Wirkmechanismus zugrunde liegt. Vorzugswei- se werden die beiden Elemente gemeinsam hergestellt, also beispielsweise in dem gleichen Prozess. Dies hat den Vorteil, dass ein- und dieselbe Technologie für das Aktuator-Element und das Sensor-Element zum Einsatz kommt, was die Komplexität des optischen Systems geringhält. This is understood in particular to mean that the actuator element and the sensor element are made from a material of the same material class, the same manufacturing technology being used to manufacture both elements. Furthermore, monolithic is understood to mean that the actuator and the sensor are based on the same mechanism of action. The two elements are preferably produced together, for example in the same process. This has the advantage that one and the same technology is used for the actuator element and the sensor element, which keeps the complexity of the optical system low.
Nicht monolithisch sind insbesondere Aktuator-Sensor-Anordnungen, bei denen die Aktuierung beispielsweise elektrisch erfolgt, die Messung aber optisch. Eben- falls nicht monolithisch ist ein System, bei dem die Aktuierung elektrisch mittels eines Magnetfelds erfolgt, die Messung aber elektrisch durch eine Kapazitäts- messung oder dergleichen. In particular, actuator-sensor arrangements in which actuation takes place electrically, for example, but measurement takes place optically, are not monolithic. A system in which the actuation takes place electrically by means of a magnetic field, but the measurement takes place electrically by means of a capacitance measurement or the like, is also not monolithic.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems sind das zumin- dest eine Aktuator-Element und das zumindest eine Sensor-Element in einer auf einer der Spiegeloberfläche abgewandten Seite des Spiegelkörpers an dem Spie- gel angeordneten Schicht integriert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass nicht einzelne Aktuator-Elemente und einzelne Sensor-Elemente auf dem Spiegelkörper angeordnet und ange- bracht werden müssen, sondern es wird eine Schicht mit darin integrierten Ak- tuator-Elementen und Sensor-Elementen hergestellt, die dann als Ganzes auf die Rückseite des Spiegels, also auf der der Spiegeloberfläche abgewandten Seite des Spiegelkörpers angebracht wird. Diese Schicht bedeckt vorzugsweise die Rückseite des Spiegels vollflächig. Alternativ hierzu können auch mehrere flä- chige Elemente aus der Schicht nebeneinander auf der Rückseite des Spiegels angeordnet sein. Darunter, dass das zumindest eine Aktuator-Element und das zumindest eine Sensor-Element in der Schicht integriert sind, ist insbesondere zu verstehen, dass die aktiven Bereiche des Aktuator-Elements (der Bereich, dem die mechanische Spannung entspringt) und des Sensor-Elements (der Be- reich, dessen Polarisation erfasst wird) in die Schicht integriert sind, wobei wei- tere Einheiten, wie die Messeinheit des Sensor-Elements, nicht in die Schicht integriert sind. According to a further embodiment of the optical system, the at least one actuator element and the at least one sensor element are integrated in a layer arranged on the mirror on a side of the mirror body facing away from the mirror surface. This embodiment has the advantage that individual actuator elements and individual sensor elements do not have to be arranged and attached to the mirror body; The whole is attached to the back of the mirror, that is to say on the side of the mirror body facing away from the mirror surface. This layer preferably covers the entire surface of the rear side of the mirror. As an alternative to this, several flat elements from the layer can also be arranged next to one another on the rear side of the mirror. The fact that the at least one actuator element and the at least one sensor element are integrated in the layer is to be understood in particular as meaning that the active areas of the actuator element (the area from which the mechanical stress originates) and of the sensor element (the area whose polarization is detected) are integrated into the layer, further units, such as the measuring unit of the sensor element, not being integrated into the layer.
Die Schicht besteht vorzugsweise insgesamt aus dem elektrostriktiven Material, wobei die aktiven Bereiche, also Aktuator-Teilbereiche und Sensor-Teilbereiche, durch das Anordnen von Elektroden ausgebildet werden. Das übrige Material kann als Matrixmaterial oder als passives Material bezeichnet werden. The layer preferably consists entirely of the electrostrictive material, the active areas, that is to say actuator subareas and sensor subareas, being formed by arranging electrodes. The remaining material can be referred to as matrix material or as passive material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems ist das zumin- dest eine Sensor-Element zumindest teilweise zwischen dem zumindest einen Aktuator-Element und dem Spiegelkörper in einer Richtung entlang einer Flä- chennormalen der Spiegeloberfläche angeordnet. According to a further embodiment of the optical system, the at least one sensor element is arranged at least partially between the at least one actuator element and the mirror body in a direction along a surface normal to the mirror surface.
Man kann auch sagen, dass das Aktuator-Element und das Sensor-Element sich teilweise oder vollständig überlappen. Durch diese Anordnung ist das Sensor- Element näher an dem Spiegelkörper und damit an der Spiegeloberfläche ange- ordnet als das Aktuator-Element, weshalb die Deformation oder mechanische Spannung, die sich aus dem Sensorsignal des Sensor-Elements ableiten lässt, eine sehr hohe Korrelation mit der mechanischen Spannung in dem Spiegelkör- per und damit der Deformation der Spiegeloberfläche aufweist, wodurch die Re- gelung präziser wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems umfasst das zu- mindest eine Aktuator-Element und das zumindest eine Sensor-Element jeweils zumindest eine Schicht aus elektrostriktivem Material. It can also be said that the actuator element and the sensor element partially or completely overlap. As a result of this arrangement, the sensor element is arranged closer to the mirror body and thus to the mirror surface than the actuator element, which is why the deformation or mechanical stress that can be derived from the sensor signal of the sensor element has a very high correlation the mechanical tension in the mirror body and thus the deformation of the mirror surface, whereby the control becomes more precise. According to a further embodiment of the optical system, the at least one actuator element and the at least one sensor element each comprise at least one layer made of electrostrictive material.
Unter einer Schicht wird hier vorzugsweise eine Geometrie verstanden, bei der ein Aspektverhältnis von Dicke zu Ausdehnung, also Länge oder Breite, mindes- tens 1 :5, vorzugsweise mindestens IGO, bevorzugt mindestens L100, bevorzugt bis zu L1000, ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass Länge und Breite in etwa die gleiche Größenordnung aufweisen. Beispielsweise ist die Schicht zwi- schen 10 gm und 500 gm dick und weist eine Länge und Breite von jeweils 0,5 - 5 cm auf oder ist kreisförmig mit einem Durchmesser im Bereich von 0,5 - 5 cm. A layer is preferably understood here to mean a geometry in which an aspect ratio of thickness to extension, ie length or width, is at least 1: 5, preferably at least IGO, preferably at least L100, preferably up to L1000. It is assumed here that the length and width are approximately the same order of magnitude. For example, the layer is between 10 gm and 500 gm thick and has a length and width of 0.5-5 cm in each case or is circular with a diameter in the range of 0.5-5 cm.
Eine Schicht weist den Vorteil auf, dass der erzielte Effekt, also die erzielte me- chanische Spannung oder Deformation bei einer bestimmten Ansteuerspannung in der Ebene der Schicht um den Faktor des Aspektverhältnisses größer ist, als der in der Richtung senkrecht hierzu auftretende Effekt. Bei einer Ausdehnung aufgrund des elektrostriktiven Effekts in einer ersten Richtung ergibt sich auf- grund der Inkompressibihtät des Materials immer eine Kontraktion in einer zweiten, von der ersten unterschiedlichen Richtung. A layer has the advantage that the effect achieved, ie the mechanical stress or deformation achieved at a certain control voltage in the plane of the layer is greater by the factor of the aspect ratio than the effect occurring in the direction perpendicular thereto. In the event of expansion due to the electrostrictive effect in a first direction, due to the incompressibility of the material, there is always a contraction in a second direction different from the first.
Eine sehr dünne Schicht hat ferner den Vorteil, dass sich auch mit geringen An- steuerspannungen hohe Deformationen oder Kräfte erzielen lassen. A very thin layer also has the advantage that high deformations or forces can be achieved even with low control voltages.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems weist das zu- mindest eine Aktuator-Element eine Mehrzahl an Schichten aus elektrostrikti- vem Material auf, wobei jede Schicht der Mehrzahl eine zugeordnete Kathode und eine zugeordnete Anode aufweist und mit einer jeweiligen Ansteuerspan- nung ansteuerbar ist. According to a further embodiment of the optical system, the at least one actuator element has a plurality of layers made of electrostrictive material, each layer of the plurality having an assigned cathode and an assigned anode and being controllable with a respective control voltage.
Dieser Mehrlagen-Schichtaufbau hat den Vorteil, dass sich eine Kraft oder me- chanische Spannung, die mit dem Aktuator-Element erreichbar ist, als die Summe der von den einzelnen Schichten erreichten Kraft im Vergleich zu einer einzelnen Schicht deutlich erhöhen lässt. Daher sind größere Deformationen möglich, weshalb ein Korrekturbereich, in dem Aberrationen effektiv kompen- siert werden können, erweitert ist. In Ausführungsformen des optischen Systems bildet eine von zwei Schichten umgebene Kathode die gemeinsame Kathode der angrenzenden Schichten und bildet eine von zwei Schichten umgebene Anode die gemeinsame Anode der an- grenzenden Schichten. This multilayer structure has the advantage that a force or mechanical tension that can be achieved with the actuator element, as the sum of the force achieved by the individual layers, can be significantly increased compared to a single layer. Larger deformations are therefore possible, which is why a correction range in which aberrations can be effectively compensated for is expanded. In embodiments of the optical system, a cathode surrounded by two layers forms the common cathode of the adjoining layers and an anode surrounded by two layers forms the common anode of the adjoining layers.
In diesem Fall weist das elektrische Feld in benachbarten Schichten eine entge- gengesetzte Richtung auf. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der An- teil an aktivem Material in dem Aktuator-Element maximiert werden kann, da beispielsweise keine isolierende Trennschicht zwischen zwei Kathoden oder Anoden benötigt wird und da auch die Menge an Kathodenmaterial oder Ano- denmaterial minimiert ist. In this case, the electric field in adjacent layers has an opposite direction. One advantage of this embodiment is that the proportion of active material in the actuator element can be maximized since, for example, no insulating separating layer is required between two cathodes or anodes and since the amount of cathode material or anode material is also minimized.
Bei dieser Ausführungsform weist das elektrische Feld in benachbarten Schich- ten eine entgegengesetzte Richtung auf. Daher wird vorteilhaft ein elektrostrik- tives Material gewählt, bei dem die mechanische Dehnung proportional zum Quadrat Polarisation ist, da hierbei die entgegensetzte Richtung des elektri- schen Feldes keine Auswirkung auf eine Kraftrichtung hat. In this embodiment, the electric field in adjacent layers has an opposite direction. An electrostrictive material is therefore advantageously chosen in which the mechanical expansion is proportional to the square of polarization, since the opposite direction of the electric field has no effect on one direction of force.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems bilden das zu- mindest eine Aktuator-Element und das zumindest eine Sensor-Element einen Schichtstapel umfassend zumindest zwei Schichten. According to a further embodiment of the optical system, the at least one actuator element and the at least one sensor element form a layer stack comprising at least two layers.
Hierbei ist die Sensor-Schicht beispielsweise direkt auf die Aktuator-Schicht aufgebracht, mit einer dazwischenliegenden gemeinsamen Elektrode. Hierdurch lässt sich eine besonders kompakte Bauweise realisieren, außerdem ist eine me- chanische Kopplung zwischen Sensor-Element und Aktuator-Element maxi- miert. Es wird das Sensor-Element identisch zu dem Aktuator-Element defor- miert, weshalb eine Regelung der Ansteuerspannung des Aktuator-Elements sehr präzise erfolgen kann. Here, the sensor layer is applied, for example, directly to the actuator layer, with a common electrode in between. This enables a particularly compact design to be implemented, and mechanical coupling between the sensor element and the actuator element is also maximized. The sensor element is deformed identically to the actuator element, which is why the control voltage of the actuator element can be regulated very precisely.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems weist die Aktua- tor-Einrichtung zumindest zwei Sensor-Elemente auf, wobei eine Materialzu- sammensetzung des elektrostriktiven Materials der zumindest zwei Sensor- Elemente unterschiedlich ist, wobei jedes der zumindest zwei Sensor-Elemente zum Ausgeben eines Sensorsignals eingerichtet ist. According to a further embodiment of the optical system, the actuator device has at least two sensor elements, a material composition of the electrostrictive material of the at least two sensor elements Elements is different, each of the at least two sensor elements being set up to output a sensor signal.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da beispielsweise Temperaturschwan- kungen einen Einfluss auf die Polarisation des aktiven Materials haben können, was zu Messfehlern führen kann. Bei Schichten unterschiedlicher Zusammen- setzung wirken sich Temperaturschwankungen unterschiedlich aus, so dass sich der Einfluss der Temperatur herausrechnen lässt. Damit sind eine höhere Zu- verlässigkeit und Messgenauigkeit möghch. Es kann hierbei aufgrund der gerin- gen Dicke eines Schichtstapels aus zwei Sensor-Elementen beispielsweise davon ausgegangen werden, dass beide Sensor-Elemente die gleiche die Temperatur aufweisen. This embodiment is advantageous because, for example, temperature fluctuations can have an influence on the polarization of the active material, which can lead to measurement errors. In the case of layers of different composition, temperature fluctuations have different effects, so that the influence of temperature can be calculated out. This enables a higher level of reliability and measurement accuracy. Because of the small thickness of a layer stack made up of two sensor elements, it can be assumed, for example, that both sensor elements have the same temperature.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems ist eine Ermitt- lungseinheit vorgesehen, welche zum Ermitteln einer Temperatur in dem Spie- gelkörper in Abhängigkeit der ausgegebenen Sensorsignale der zumindest zwei Sensor-Elemente eingerichtet ist. According to a further embodiment of the optical system, a determination unit is provided which is set up to determine a temperature in the mirror body as a function of the sensor signals output by the at least two sensor elements.
Aus dem Vergleich der beiden Sensorsignale der Sensor-Elemente mit unter- schiedlicher Zusammensetzung lässt sich durch eine entsprechende Auswertung auf Basis eines physikalischen Modells, das die zugrundeliegende Physik be- schreibt, sowohl die mechanische Spannung als auch die Temperatur ermitteln. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn eine optimale Kühlung des Spiegelkör- pers in dem erforderlichen Bereich nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand mög- lich ist. Die durch Temperaturschwankungen oder auch lokale Temperaturun- terschiede hervorgerufenen mechanischen Spannungen in dem Spiegelkörper können dann bei dem Ermitteln der aktuellen Form der Spiegeloberfläche be- rücksichtigt werden und/oder mittels der Aktuator -Einrichtung ausgeglichen werden. Vorteilhaft ist dies ohne ein zusätzhches System möglich. By comparing the two sensor signals of the sensor elements with different compositions, both the mechanical stress and the temperature can be determined by a corresponding evaluation based on a physical model that describes the underlying physics. This is particularly advantageous when optimal cooling of the mirror body in the required area is not possible or only possible with a great deal of effort. The mechanical stresses in the mirror body caused by temperature fluctuations or also local temperature differences can then be taken into account when determining the current shape of the mirror surface and / or compensated for by means of the actuator device. This is advantageously possible without an additional system.
Die hierbei ermittelbare Temperatur bezieht sich auf die Temperatur in dem Spiegelkörper in dem Bereich der beiden Sensor-Elemente, ist also insbesondere eine lokale Temperatur. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems ist eine Mess- einheit zum Beaufschlagen der zumindest zwei Sensor-Elemente mit einer Mess- Wechselspannung zum Erzeugen des Sensorsignals vorgesehen, wobei eine Fre- quenz der Mess-Wechselspannung für unterschiedliche Sensor-Elemente unter- schiedlich ist. The temperature that can be determined here relates to the temperature in the mirror body in the area of the two sensor elements, that is to say in particular a local temperature. According to a further embodiment of the optical system, a measuring unit is provided for applying a measuring alternating voltage to the at least two sensor elements to generate the sensor signal, a frequency of the measuring alternating voltage being different for different sensor elements.
Dies hat den Vorteil, dass ein Übersprechen zwischen verschiedenen Leiterbah- nen zu den Sensor-Elementen bei der Auswertung nicht zu einem Messfehler führt. Man kann auch von Frequenz-Multiplexing sprechen. Die Messeinheit kann insbesondere ein Teil der Regelungseinheit oder der Aktuator -Einrichtung sein, kann aber auch eine eigenständige Einheit bilden. This has the advantage that crosstalk between different conductor tracks to the sensor elements does not lead to a measurement error during the evaluation. One can also speak of frequency multiplexing. The measuring unit can in particular be part of the control unit or the actuator device, but can also form an independent unit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems weist die Aktua- tor-Einrichtung eine Mehrzahl von M Aktuator-Elementen und eine Mehrzahl von N Sensor-Elementen aufweist, wobei M und N ganze Zahlen sind und die Aktuator-Elemente und die Sensor-Elemente alternierend angeordnet sind. According to a further embodiment of the optical system, the actuator device has a plurality of M actuator elements and a plurality of N sensor elements, where M and N are integers and the actuator elements and the sensor elements are arranged alternately are.
Vorzugsweise ist N > M, insbesondere N = M + 1, so dass jeweils ein Sensor- Element außen liegt. Beispielsweise ist N = 2 und M = 1, wobei die zwei Sensor- Elemente mit dem Aktuator-Element eine Sandwich -Struktur bilden. Hier kann vorteilhaft eine zweidimensionale Deformationsfunktion ermittelt werden, so dass die tatsächliche Deformation in einem Abschnitt etwas entfernt von dem Aktuator-Element genauer ermittelt oder vorhergesagt werden kann, was die Genauigkeit der Regelung erhöht. Man kann auch sagen, dass aufgrund einer Überbestimmtheit eine genauere Regelung möglich ist. Preferably N> M, in particular N = M + 1, so that in each case one sensor element is on the outside. For example, N = 2 and M = 1, the two sensor elements forming a sandwich structure with the actuator element. A two-dimensional deformation function can advantageously be determined here, so that the actual deformation in a section somewhat remote from the actuator element can be determined or predicted more precisely, which increases the accuracy of the regulation. One can also say that a more precise regulation is possible due to an overdetermination.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems umfasst die Ak- tuator-Einrichtung eine Zuordnungseinheit, welche zum Zuordnen eines Werts des ausgegebenen Sensorsignals des zumindest einen Sensor-Elements zu einer erzielten Deformation der Spiegeloberfläche auf Basis einer Kalibrierungsmes- sung eingerichtet ist, und wobei die Regelungseinheit zum Regeln der Ansteuer- spannung in Abhängigkeit des zugordneten Werts und einer vorbestimmten De- formation der Spiegeloberfläche eingerichtet ist. In Ausführungsformen umfasst die Zuordnungseinheit eine Look-Up -Tabelle (LUT), in der Sensorsignal- Werte einer erzielten Deformation der Spiegelober- fläche zugeordnet sind. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und benö- tigt keine hohe Rechenleistung. Zwischen werte, also Werte für die Deformation bei Werten des Sensorsignals, die in der LUT nicht hinterlegt sind, lassen sich beispielsweise durch hneare Interpolation aus den beiden nächstliegenden Wer- ten ermitteln. According to a further embodiment of the optical system, the actuator device comprises an assignment unit which is set up to assign a value of the output sensor signal of the at least one sensor element to an achieved deformation of the mirror surface on the basis of a calibration measurement, and wherein the control unit is set up to regulate the control voltage as a function of the assigned value and a predetermined deformation of the mirror surface. In embodiments, the assignment unit comprises a look-up table (LUT) in which sensor signal values are assigned to an achieved deformation of the mirror surface. This embodiment is particularly simple and does not require any high computing power. Intermediate values, that is to say values for the deformation in the case of values of the sensor signal that are not stored in the LUT, can be determined from the two closest values, for example, by linear interpolation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optischen Systems ist eine Mehr- zahl an Aktuator -Einrichtungen an dem zumindest einen Spiegel angeordnet, wobei jede der Aktuator-Einrichtungen der Mehrzahl individuell steuerbar ist. According to a further embodiment of the optical system, a plurality of actuator devices is arranged on the at least one mirror, each of the actuator devices of the plurality being individually controllable.
Vorzugsweise weist der Spiegel beispielsweise eine vollflächige Abdeckung mit Aktuator -Einrichtungen auf, so dass die Spiegeloberfläche durch entsprechende Ansteuerung der Aktuator -Einrichtungen in vielfältiger Weise frei deformierbar ist. Vorteilhaft weist jede Aktuator-Einrichtung eine Regelungseinheit auf, so dass jede Aktuator -Einrichtung unabhängig von den weiteren Aktuator- Einrichtungen geregelt werden kann. Insbesondere bei benachbarten Aktuator- Einrichtungen kann eine Deformation am Ort der ersten Aktuator -Einrichtung zu einer leichten Deformation auch am Ort der zweiten Aktuator -Einrichtung führen, da sich die mechanischen Spannungen in dem gesamten Spiegelkörper ausbreiten. Auch diese Deformation wird von dem Sensor-Element der zweiten Aktuator -Einrichtung erfasst und es kann entsprechend das Aktuator-Element geregelt werden, um der Deformation entgegenzuwirken, sofern diese nicht oh- nehin erwünscht ist. The mirror preferably has, for example, a full-surface cover with actuator devices, so that the mirror surface can be freely deformed in a variety of ways by appropriate control of the actuator devices. Each actuator device advantageously has a control unit, so that each actuator device can be controlled independently of the other actuator devices. In particular in the case of adjacent actuator devices, a deformation at the location of the first actuator device can lead to a slight deformation also at the location of the second actuator device, since the mechanical stresses spread throughout the mirror body. This deformation is also detected by the sensor element of the second actuator device and the actuator element can be regulated accordingly in order to counteract the deformation if this is not desired anyway.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Lithographieanlage mit einem optischen System gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen vorge- schlagen. According to a second aspect, a lithography system with an optical system according to the first aspect or one of the embodiments is proposed.
Diese Lithographieanlage weist den Vorteil auf, dass Abbildungsfehler korrigiert oder kompensiert werden können, wobei ein geschlossener Regelkreis zum Re- geln eines jeweiligen Aktuator-Elements vorhanden ist. Damit kann die Korrek- tur der Aberrationen deutlich genauer erfolgen, als ohne einen solchen Regel- kreis. Insbesondere bei Lithographieanlagen ist der Bauraum sehr beengt, da die verwendeten Optiken beispielsweise im Vakuum betrieben werden, weshalb klassische Lösungen für adaptive Optiken nicht eingesetzt werden können. This lithography system has the advantage that imaging errors can be corrected or compensated for, with a closed control loop being available for controlling a respective actuator element. Correction of the aberrations can thus be carried out much more precisely than without such a control loop. In particular in the case of lithography systems, the installation space is very tight because the The optics used can be operated in a vacuum, for example, which is why classic solutions for adaptive optics cannot be used.
Das optische System bildet vorzugsweise ein Strahlform ungs- und Beleuch- tungssystem oder ein Projektionssystem einer Lithographieanlage oder ist Be- standteil eines solchen Systems. The optical system preferably forms a beam shaping and lighting system or a projection system of a lithography system or is part of such a system.
Gemäß einem dritten Aspekt wird die Verwendung eines mit einer Aktuator- Einrichtung gekoppelten Spiegels in einem optischen System vor geschlagen. Der Spiegel weist einen Spiegelkörper und eine Spiegeloberfläche auf. Die Aktuator- Einrichtung umfasst zumindest ein elektrostriktives Aktuator-Element zum Er- zeugen einer mechanischen Spannung in dem Spiegelkörper zum Deformieren der Spiegeloberfläche in Abhängigkeit von einer elektrischen Ansteuerspannung und zumindest ein elektrostriktives Sensor-Element zum Ausgeben eines Sen- sorsignals in Abhängigkeit von einer Deformation des Sensor-Elements. Das zumindest eine Sensor-Element ist direkt an das Aktuator-Element angrenzend angeordnet und/oder ist auf einer der Spiegeloberfläche abgewandten Seite des Spiegelkörpers und durch zumindest das Aktuator-Element von dem Spiegelkör- per getrennt angeordnet und/oder ist derart angeordnet, dass es zumindest teil- weise zum Übertragen der von dem Aktuator-Element erzeugten mechanischen Spannung auf den Spiegelkörper eingerichtet ist. Die Aktuator -Einrichtung ist derart mit dem Spiegelkörper gekoppelt, dass die Spiegeloberfläche in Abhän- gigkeit der elektrischen Ansteuerspannung deformiert wird. According to a third aspect, the use of a mirror coupled to an actuator device in an optical system is proposed. The mirror has a mirror body and a mirror surface. The actuator device comprises at least one electrostrictive actuator element for generating a mechanical tension in the mirror body for deforming the mirror surface as a function of an electrical control voltage and at least one electrostrictive sensor element for outputting a sensor signal as a function of a deformation of the Sensor element. The at least one sensor element is arranged directly adjacent to the actuator element and / or is arranged on a side of the mirror body facing away from the mirror surface and separated from the mirror body by at least the actuator element and / or is arranged such that it is at least partially set up to transfer the mechanical tension generated by the actuator element to the mirror body. The actuator device is coupled to the mirror body in such a way that the mirror surface is deformed as a function of the electrical control voltage.
Gemäß einem vierten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems mit zumindest einem Spiegel, der einen Spiegelkörper und eine Spie- geloberfläche aufweist, und mit zumindest einer mit dem Spiegelkörper gekop- pelten Aktuator-Einrichtung zum Deformieren der Spiegeloberfläche vorge- schlagen. In einem ersten Schritt wird ein elektrostriktives Aktuator-Element der Aktuator-Einrichtung mit einer elektrischen Ansteuerspannung angesteuert, so dass eine mechanische Spannung in dem Spiegelkörper erzeugt wird und die Spiegeloberfläche deformiert wird. In einem zweiten Schritt wird ein Sensorsig- nal mittels zumindest eines elektrostriktiven Sensor-Elements der Aktuator- Einrichtung in Abhängigkeit einer Deformation des Sensor-Elements erfasst, wobei das zumindest eine Sensor-Element direkt an das Aktuator-Element an- grenzend angeordnet ist und/oder auf einer der Spiegeloberfläche abgewandten Seite des Spiegelkörpers und durch zumindest das Aktuator-Element von dem Spiegelkörper getrennt angeordnet ist und/oder derart angeordnet ist, dass es zumindest teilweise zum Übertragen der von dem Aktuator-Element erzeugten mechanischen Spannung auf den Spiegelkörper eingerichtet ist. In einem dritten Schritt wird die Deformation der Spiegeloberfläche in Abhängigkeit des erfass- ten Sensorsignals ermittelt. According to a fourth aspect, a method is proposed for operating an optical system with at least one mirror, which has a mirror body and a mirror surface, and with at least one actuator device coupled to the mirror body for deforming the mirror surface. In a first step, an electrostrictive actuator element of the actuator device is controlled with an electrical control voltage, so that a mechanical tension is generated in the mirror body and the mirror surface is deformed. In a second step, a sensor signal is detected by means of at least one electrostrictive sensor element of the actuator device as a function of a deformation of the sensor element, the at least one sensor element being connected directly to the actuator element. is arranged adjacent and / or is arranged on a side of the mirror body facing away from the mirror surface and separated from the mirror body by at least the actuator element and / or is arranged in such a way that it is at least partially used to transmit the mechanical stress generated by the actuator element the mirror body is set up. In a third step, the deformation of the mirror surface is determined as a function of the detected sensor signal.
In Ausführungsformen ist das zuvor und im Folgenden beschriebenen optische System eingerichtet das vorgenannte Verfahren durchzuführen oder gemäß dem Verfahren betrieben zu werden. In embodiments, the optical system described above and below is set up to carry out the aforementioned method or to be operated according to the method.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Erfassen einer erzielten Deformation einer Spiegeloberfläche eines optischen Systems gemäß dem ersten Aspekt oder einer der Ausführungsformen vor geschlagen. In einem ersten Schritt wird das zumindest eine Aktuator-Element miittels einer Ansteuerspan- nung in Abhängigkeit einer vorbestimmten Deformation der Spiegeloberfläche angesteuert. Beispielsweise ermittelt ein Steuerrechner in einem aktuellen Zu- stand des optischen Systems eine Idealform der Spiegeloberfläche, die von der aktuellen Ist-Form der Spiegeloberfläche ab weicht, und ermittelt in Abhängig- keit hiervon die erforderliche Ansteuerspannung für das Aktuator-Element, wel- che an die Aktuator-Einheit ausgegeben wird. In einem zweiten Schritt wird von dem zumindest einen Sensor-Element ein Sensorsignal ausgegeben. Dies erfolgt insbesondere, indem der aktive Bereich des Sensor-Elements mit einer Mess- Wechselspannung beaufschlagt wird. Aus der komplexen Impedanz des Sensor- Elements lässt sich auf die dielektrische Suszeptibilität und damit auf die Pola- risation des aktiven Bereichs schheßen. In einem dritten Schritt wird eine De- formation des Sensor-Elements in Abhängigkeit des ausgegebenen Sensor- Signals und hieraus die erzielte Deformation der Spiegeloberfläche ermittelt. Die Polarisation des aktiven Bereichs des Sensor-Elements ist indikativ für die vor- liegende Deformation des Sensor-Elements. Mittels eines mechanischen Modells des Spiegels kann hieraus die Deformation der Spiegeloberfläche ermittelt wer- den. Vorzugsweise wird die Deformation der Spiegeloberfläche in Abhängigkeit der Deformation des Sensor-Elements vorab in einer Kalibrierungsmessung er- mittelt und in einer LUT hinterlegt. In vorteilhaften Ausführungsformen des Verfahrens wird die Ansteuerspannung derart geregelt, dass die vorhestimmte Deformation der Spiegeloberfläche erzielt wird. According to a further aspect, a method for detecting an achieved deformation of a mirror surface of an optical system according to the first aspect or one of the embodiments is proposed. In a first step, the at least one actuator element is controlled by means of a control voltage as a function of a predetermined deformation of the mirror surface. For example, in a current state of the optical system, a control computer determines an ideal shape of the mirror surface that deviates from the current actual shape of the mirror surface and, as a function of this, determines the required control voltage for the actuator element which is at the actuator unit is output. In a second step, a sensor signal is output from the at least one sensor element. This takes place in particular in that the active area of the sensor element is subjected to a measuring alternating voltage. The dielectric susceptibility and thus the polarization of the active area can be deduced from the complex impedance of the sensor element. In a third step, a deformation of the sensor element is determined as a function of the output sensor signal and, from this, the deformation of the mirror surface achieved. The polarization of the active area of the sensor element is indicative of the existing deformation of the sensor element. The deformation of the mirror surface can be determined from this by means of a mechanical model of the mirror. The deformation of the mirror surface is preferably determined in advance in a calibration measurement as a function of the deformation of the sensor element and stored in an LUT. In advantageous embodiments of the method, the control voltage is regulated in such a way that the predetermined deformation of the mirror surface is achieved.
Die für das optische System beschriebenen Ausführungsformen und Merkmale gelten für das vorgeschlagene Verfahren entsprechend. The embodiments and features described for the optical system apply accordingly to the proposed method.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genann- te Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichun- gen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteihges angegeben ist. In the present case, “a” is not necessarily to be understood as restricting to exactly one element. Rather, several elements, such as two, three or more, can also be provided. Every other counting word used here is also not to be understood to mean that there is a restriction to precisely the specified number of elements. Rather, numerical deviations upwards and downwards are possible, unless otherwise stated.
Weitere möghche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht expli- zit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüghch der Ausfüh- rungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen. Further possible implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features or embodiments described above or below with regard to the exemplary embodiments. The person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the invention.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegen- stand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungs- beispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzug- ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert. Further advantageous refinements and aspects of the invention are the subject matter of the subclaims and of the exemplary embodiments of the invention described below. The invention is explained in more detail below on the basis of preferred embodiments with reference to the attached figures.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen Systems; Fig. 1 shows a schematic view of a first embodiment of an optical system;
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels mit einer Aktuator-Einrichtung; Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels mit einer Aktuator-Einrichtung; 2 shows a schematic view of a first exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device; 3 shows a schematic view of a second exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device;
Fig. 4 zeigt eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels mit einer Aktuator-Einrichtung; 4 shows a schematic view of a third exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device;
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels mit einer Aktuator -Einrichtung; 5 shows a schematic view of a fourth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device;
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels mit einer Aktuator-Einrichtung; 6 shows a schematic view of a fifth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device;
Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels mit einer Aktuator-Einrichtung; 7 shows a schematic view of a sixth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device;
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines siebten Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels mit einer Aktuator -Einrichtung aufweisend zwei Sen- sor-Elemente; 8 shows a schematic view of a seventh exemplary embodiment of an arrangement of a mirror with an actuator device having two sensor elements;
Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Aufbaus eines Aktuator-Elements; 9 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a structure of an actuator element;
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer An- steuerung mehrerer Aktuator-Elemente und Sensor-Elemente in einer Aktuator- Einrichtung; 10 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a control of several actuator elements and sensor elements in an actuator device;
Fig. 11 zeigt drei Diagramme eines Verhaltens physikalischer Größen in Abhän- gigkeit einer Ansteuerspannung; 11 shows three diagrams of a behavior of physical quantities as a function of a control voltage;
Fig. 12 zeigt in einem Diagramm mehrere Kurven der dielektrischen Suszeptibi- lität in Abhängigkeit einer Ansteuerspannung; 12 shows, in a diagram, several curves of the dielectric susceptibility as a function of a control voltage;
Fig. 13 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines geschlossenen Regelkreises; Fig. 14A zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer EUV- Lithographieanlagei 13 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a closed control loop; 14A shows a schematic view of an embodiment of an EUV lithography system
Fig. 14B zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer DUV- Lithographieanlagei und 14B shows a schematic view of an embodiment of a DUV lithography system and
Fig. 15 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Korrigieren einer Aberration in einem optischen System. 15 shows a schematic block diagram of an embodiment of a method for correcting an aberration in an optical system.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Be- zugszeichen versehen worden, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist. Ferner sollte beachtet werden, dass die Darstellungen in den Figuren nicht notwendi- gerweise maßstabsgerecht sind. In the figures, elements that are the same or have the same function have been given the same reference symbols, unless stated otherwise. It should also be noted that the representations in the figures are not necessarily to scale.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen Systems 200. Das optische System 200 umfasst hier eine Lichtquelle LS, eine Linse 128, die das von der Lichtquelle LS auf sie treffende Licht kolli- miert, zwei Spiegel 110, 210, eine weitere Linse 128 und einen Wafer 124 oder Objektträger, auf den das Licht von der weiteren Linse 128 fokussiert wird. Bei- spielsweise handelt es sich bei dem optischen System 200 um ein Beleuchtungs- system eines Mikroskops oder einer Lithographieanlage 100A, 100B (siehe Fig. 14A, 14B). 1 shows a schematic view of a first exemplary embodiment of an optical system 200. The optical system 200 here comprises a light source LS, a lens 128 which collimates the light striking it from the light source LS, two mirrors 110, 210, one further lens 128 and a wafer 124 or slide on which the light from the further lens 128 is focused. For example, the optical system 200 is an illumination system of a microscope or a lithography system 100A, 100B (see FIGS. 14A, 14B).
Der zweite Spiegel 210 des optischen Systems 200 besteht aus einem Spiegel- körper 212, auf dessen Vorderseite die Spiegeloberfläche 214 angeordnet ist. Auf der Rückseite des Spiegelkörpers 212 ist eine Aktuator -Einrichtung 220 ange- ordnet, welche dazu eingerichtet ist, die Spiegeloberfläche 214 mittels Einkop- pelns einer mechanischen Spannung in den Spiegelkörper 212 zu deformieren. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit ist hier, und auch in den folgenden Fi- guren, jeweils nur eine Aktuator-Einrichtung 220 gezeigt. Es versteht sich je- doch, dass eine Mehrzahl solcher Aktuator-Einrichtungen 220 an dem Spiegel 210 angeordnet sein können, um die Spiegeloberfläche 214 mit einer hohen Ortsauflösung gezielt zu deformieren und/oder um eine Gesamtdeformation des Spiegels 210 zu erreichen. Dadurch, dass die Spiegeloberfläche 214 des Spiegel 210 deformiert werden kann, kann eine Aberration, das heißt ein Abbildungsfehler, ausgegbchen wer- den. Der Abbildungsfehler ist dabei insbesondere abhängig von einem Betriebs- zustand des optischen Systems 200 und/oder weiterer optischer Systeme, die mit dem optischen System 200 gekoppelt sind. Beispielsweise lassen sich räumliche und/oder zeitliche Temperaturunterscheide und/oder -Schwankungen durch die Aktuator -Einrichtung 220 ausgleichen. Man kann daher auch von einem adapti- ven optischen System 200 sprechen, dessen Zustand in Bezug auf einen Refe- renzzustand geregelt oder konstant gehalten wird. Vorzugsweise umfasst die Aktuator -Einrichtung 220 einen geschlossenen Regelkreis zum Regeln des Aktu- ator-Elements 222 (siehe Fig. 2 - 8, 10, 13, 14A oder 14B). The second mirror 210 of the optical system 200 consists of a mirror body 212, on the front side of which the mirror surface 214 is arranged. Arranged on the rear side of the mirror body 212 is an actuator device 220 which is set up to deform the mirror surface 214 by coupling a mechanical tension into the mirror body 212. Without restricting the generality, only one actuator device 220 is shown here and also in the following figures. It goes without saying, however, that a plurality of such actuator devices 220 can be arranged on the mirror 210 in order to deform the mirror surface 214 in a targeted manner with a high spatial resolution and / or to achieve an overall deformation of the mirror 210. Because the mirror surface 214 of the mirror 210 can be deformed, an aberration, that is to say an imaging error, can be output. The imaging error is in particular dependent on an operating state of the optical system 200 and / or other optical systems that are coupled to the optical system 200. For example, spatial and / or temporal temperature differences and / or fluctuations can be compensated for by the actuator device 220. One can therefore also speak of an adaptive optical system 200, the state of which is regulated or kept constant in relation to a reference state. The actuator device 220 preferably comprises a closed control loop for regulating the actuator element 222 (see FIGS. 2-8, 10, 13, 14A or 14B).
Die genaue Funktionsweise der Aktuator -Einrichtung 220 wird anhand der nachfolgenden Figuren im Detail erläutert. The exact mode of operation of the actuator device 220 is explained in detail with reference to the following figures.
Die Fig. 2 - 7 zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Ausführungsbei- spiels einer Anordnung eines Spiegels 210 mit einer Aktuator -Einrichtung 220. Die Ausführungsbeispiele unterscheiden sich in der konkreten Anordnung von Aktuator -Einrichtung 220 und Spiegel 210. Jedes der Ausführungsbeispiele kann in einem optischen System 200, wie in den Fig. 1, 14A oder 14B gezeigt, verwendet werden. 2-7 each show a schematic view of an exemplary embodiment of an arrangement of a mirror 210 with an actuator device 220. The exemplary embodiments differ in the specific arrangement of actuator device 220 and mirror 210 optical system 200 as shown in FIG. 1, 14A or 14B can be used.
Fig. 2 zeigt eine Aktuator-Einrichtung 220, die zwischen dem Spiegelkörper 212 und einem Spiegelträger 216 angeordnet ist. Der Spiegelträger 216 bildet einen mechanischen Fixpunkt, ist also starr und fixiert. Die Aktuator -Einrichtung 220 weist ein Aktuator-Element 222 und ein Sensor-Element 224 auf, wobei das Sen- sor-Element 224 hierbei den mechanischen Kontakt mit dem Spiegelkörper 212 herstellt und das Aktuator-Element 222 auf dem Spiegelträger 216 abgestützt ist. Weiterhin ist eine Ansteuereinheit 226 vorhanden, welche die Ansteuer- spannung VS zum Ansteuern des Aktuator-Elements 222 bereitstellt. Weiterhin erfasst die Ansteuereinheit 226 in diesem Beispiel das von dem Sensor-Element 224 ausgegebene Sensorsignal SS. Vorzugsweise ist die Ansteuereinheit 226 als eine Regelungseinheit ausgebildet oder umfasst eine solche, die in Abhängigkeit des Sensorsignals SS die Ansteuerspannung VS regelt. Die Aktuierungs- Richtung 223 ist bei dieser Anordnung parallel zu einer Flä- chennormalen der Spiegeloberfläche 214. Das Aktuator-Element 222 führt eine Streckung oder Dehnung in der Aktuierungs -Richtung 223 durch, wenn es mit einer Ansteuerspannung VS beaufschlagt wird. Eine Streckung des Aktuator- Elements 222 führt zu einer Ausbeulung oder Verschiebung der Spiegeloberflä- che 214 am Ort der Aktuator -Einrichtung 220, da der Spiegelträger 216 fixiert ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Spiegelkörper 212 an einem oder mehreren Punkten mit einem festen Verbindungselement (nicht gezeigt) auf dem Spiegelträger 216 abgestützt ist. Ein solches festes Verbindungselement fixiert dort wo es angeordnet ist beispielsweise den Abstand zwischen Spiegel- körper 212 und Spiegelträger 216. FIG. 2 shows an actuator device 220 which is arranged between the mirror body 212 and a mirror carrier 216. The mirror carrier 216 forms a mechanical fixed point, that is, it is rigid and fixed. The actuator device 220 has an actuator element 222 and a sensor element 224, the sensor element 224 making mechanical contact with the mirror body 212 and the actuator element 222 being supported on the mirror carrier 216. There is also a control unit 226 which provides the control voltage VS for controlling the actuator element 222. In this example, the control unit 226 also detects the sensor signal SS output by the sensor element 224. The control unit 226 is preferably designed as a control unit or comprises one that controls the control voltage VS as a function of the sensor signal SS. In this arrangement, the actuation direction 223 is parallel to a normal to the surface of the mirror surface 214. The actuator element 222 extends or elongates in the actuation direction 223 when a control voltage VS is applied to it. An extension of the actuator element 222 leads to a bulging or displacement of the mirror surface 214 at the location of the actuator device 220, since the mirror carrier 216 is fixed. It can be provided here that the mirror body 212 is supported at one or more points with a fixed connecting element (not shown) on the mirror carrier 216. Such a fixed connecting element fixes the distance between mirror body 212 and mirror carrier 216, for example, where it is arranged.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Aktuator-Einrichtung 220, die zwischen dem Spiegelkörper 212 und einem Spiegelträger 216 angeordnet ist. Hierbei ist das Sensor-Element 224 seitlich direkt auf dem Aktuator- Element 222 angeordnet. In dieser Anordnung wird das Sensor-Element 224 jede Deformation, insbesondere Streckung oder Stauchung, des Aktuator-Elements 222 entlang der Aktuierungs-Richtung 223 exakt mitmachen. Aus dem Sensor- signal SS lässt daher die tatsächliche Deformation des Aktuator-Elements 222 sehr genau bestimmen. 3 shows an alternative embodiment of an actuator device 220 which is arranged between the mirror body 212 and a mirror carrier 216. Here, the sensor element 224 is arranged laterally directly on the actuator element 222. In this arrangement, the sensor element 224 will exactly take part in every deformation, in particular expansion or compression, of the actuator element 222 along the actuation direction 223. The actual deformation of the actuator element 222 can therefore be determined very precisely from the sensor signal SS.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen jeweils eine unterschiedliche Integration der Aktuator- Einrichtung 220, wobei hier im Gegensatz zu den Fig. 2 und 3 eine transversale Aktuierungs-Richtung 223, also in der Ebene des Spiegel-Körpers 212, Anwen- dung findet. In den Fig. 4 und 5 ist die Aktuator-Einrichtung 220 auf die Rück- seite des Spiegelkörpers 212 aufgeklebt oder auf eine ähnliche Weise mit diesem fest verbunden. Das Sensor-Element 224 ist dabei entweder zwischen dem Aktu- ator-Element 222 und Spiegelkörper 212 angeordnet (Fig. 4) oder auf der Rück- seite des Aktuator-Elements 222 angeordnet (Fig. 5). Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung überträgt das Sensor-Element 224 jede durch das Aktuator-Element 222 erzeugte mechanische Spannung auf den Spiegelkörper 212. Insbesondere erfährt das Sensor-Element 224 die gleiche Deformation wie das Aktuator- Element 222 und der Bereich des Spiegelkörpers 212 in direktem Kontakt mit dem Sensor-Element 224. Durch die transversale Aktuierung 223, die in Bezug auf das Aktuator-Element 222 eine Streckung oder eine Verkürzung sein kann, entsteht in dem Spiegelkörper 212 eine mechanische Spannung, wodurch die Spiegeloberfläche 214 entsprechend deformiert wird. 4 to 7 each show a different integration of the actuator device 220, in contrast to FIGS. 2 and 3, a transverse actuation direction 223, that is to say in the plane of the mirror body 212, being used. In FIGS. 4 and 5, the actuator device 220 is glued to the rear of the mirror body 212 or is firmly connected to it in a similar manner. The sensor element 224 is either arranged between the actuator element 222 and mirror body 212 (FIG. 4) or arranged on the rear side of the actuator element 222 (FIG. 5). In the arrangement shown in FIG. 4, the sensor element 224 transmits any mechanical stress generated by the actuator element 222 to the mirror body 212. In particular, the sensor element 224 experiences the same deformation as the actuator element 222 and the area of the mirror body 212 in direct contact with the sensor element 224. Through the transverse actuation 223, which can be an extension or a shortening in relation to the actuator element 222, A mechanical tension is created in the mirror body 212, as a result of which the mirror surface 214 is correspondingly deformed.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 6 und 7 sind das Aktuator-Element 222 und das Sensor-Element 224 in eine Matrix MX eingebettet. Die Matrix MX be- steht insbesondere aus einem Material der gleichen Materialklasse wie das Ak- tuator-Element 222 und das Sensor-Element 224, vorzugsweise aus einem elekt- rostriktiven Keramikmaterial. Vorteilhaft bilden das Aktuator-Element 222, das Sensor-Element 224 und die Matrix MX eine im Wesentlichen homogene Mate- rialschicht 221, die flächig, vorzugsweise vollflächig, auf der Rückseite des Spie- gelkörpers 212 fixiert ist. Durch die Anordnung von Elektroden in dem Material MX werden die aktiven Bereiche des Aktuator-Elements 222 und des Sensor- Elements 224 festgelegt. In diesen Ausführungen ist eine mechanische Kopplung des Aktuator-Elements 222 mit dem Spiegelkörper 212 besonders stark, was sich vorteilhaft auf die maximal erzielbare Deformation der Spiegeloberfläche 214 auswirkt. In the exemplary embodiments in FIGS. 6 and 7, the actuator element 222 and the sensor element 224 are embedded in a matrix MX. The matrix MX consists in particular of a material of the same material class as the actuator element 222 and the sensor element 224, preferably of an electrostatic ceramic material. The actuator element 222, the sensor element 224 and the matrix MX advantageously form an essentially homogeneous material layer 221 which is fixed flat, preferably over the entire area, on the rear side of the mirror body 212. The active areas of the actuator element 222 and the sensor element 224 are defined by the arrangement of electrodes in the material MX. In these embodiments, a mechanical coupling of the actuator element 222 to the mirror body 212 is particularly strong, which has an advantageous effect on the maximum achievable deformation of the mirror surface 214.
Die in den Fig. 2 - 7 gezeigten Ausführungsbeispiele lassen sich untereinander auch behebig kombinieren. The exemplary embodiments shown in FIGS. 2-7 can also be combined with one another.
Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels einer Anordnung eines Spiegels 210 mit einer Aktuator -Einrichtung 220. Die grund- sätzliche Anordnung entspricht der in der Fig. 7 gezeigten, wobei die Aktuator- Einrichtung 220 hier zwei Sensor-Elemente 224 aufweist, die das Aktuator- Element 222 sandwichartig umschließen. Vorteilhaft weisen die beiden Sensor- Elemente 224 eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung auf, so dass sie unterschiedliche Abhängigkeiten von der Temperatur und der Deformation aufweisen. Dann lässt sich aus den beiden Sensorsignalen SS nicht nur die De- formation des jeweihgen Sensor-Elements 224, sondern auch die Temperatur ermitteln. Dies erfolgt vorliegend durch eine speziell hierfür eingerichtete Er- mittlungseinheit 230. 8 shows a schematic view of a fourth exemplary embodiment of an arrangement of a mirror 210 with an actuator device 220. The basic arrangement corresponds to that shown in FIG. 7, the actuator device 220 here having two sensor elements 224, which sandwich the actuator element 222. The two sensor elements 224 advantageously have a different chemical composition, so that they have different dependencies on the temperature and the deformation. Then not only the deformation of the respective sensor element 224, but also the temperature can be determined from the two sensor signals SS. In the present case, this is done by a determination unit 230 specially set up for this purpose.
Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Aufbaus eines Aktuator-Elements 222, welches hier aus einer Mehrzahl von einzelnen Schichten L1 - Ln besteht. Auf der obersten Schicht L1 ist eine Elektrode A1 angeordnet, die hier beispielsweise als Anode betrieben wird. Zwischen der obersten Schicht L1 und der angrenzend darunter angeordneten Schicht L2 ist eine weitere Elektrode K1 angeordnet, die hier als eine Kathode betrieben wird. Man kann sagen, dass die Anode A1 und die Kathode K1 die oberste Schicht L1 sandwichartig umfassen. Eine zwischen Anode A1 und Kathode K1 angelegte Ansteuerspannung VS (siehe Fig. 2 - 8 oder 10 - 13) führt zur Ausbildung eines elektrischen Feldes in der Schicht L1. Die Rolle von Anode A1 und Kathode K1 kann in Ausführungsformen auch umgekehrt sein, wobei dann die Richtung des elektrischen Feldes umgekehrt wird. 9 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a structure of an actuator element 222, which here consists of a plurality of individual layers L1-Ln. On the top layer L1 is an electrode A1 arranged, which is operated here for example as an anode. A further electrode K1, which is operated as a cathode, is arranged between the uppermost layer L1 and the layer L2 arranged adjacent below it. It can be said that the anode A1 and the cathode K1 sandwich the top layer L1. A control voltage VS applied between anode A1 and cathode K1 (see FIGS. 2-8 or 10-13) leads to the formation of an electric field in layer L1. The role of anode A1 and cathode K1 can also be reversed in embodiments, in which case the direction of the electric field is reversed.
Zwischen der zweiten Schicht von oben L2 und der dritten Schicht von oben L3 ist wieder eine Elektrode A2 angeordnet, die als eine Anode betrieben wird. Es ist hier ersichtlich, dass die Kathode K1 eine gemeinsame Kathode für die an- grenzenden Schichten L1 und L2 bildet. Auch die Anode A2 bildet eine gemein- same Anode für die angrenzenden Schichten L2 und L3. An electrode A2, which is operated as an anode, is again arranged between the second layer from above L2 and the third layer from above L3. It can be seen here that the cathode K1 forms a common cathode for the adjoining layers L1 and L2. The anode A2 also forms a common anode for the adjacent layers L2 and L3.
Dieser schichtartige Aufbau setzt sich in diesem Beispiel fort, bis die gewünschte Anzahl an Schichten erreicht ist. Unter der untersten Schicht Ln ist eine ab- schließende Elektrode Kn angeordnet, die in dieser Ausführungsform als eine Kathode betrieben wird. Bei diesem alternierenden Aufbau mit gemeinsamen Elektroden A1 - An, K1 - Kn ist das elektrostriktive Material insbesondere ei- nes, bei dem die mechanische Dehnung proportional zum Quadrat der Polarisa- tion ist, so dass die Schichten L1 - Ln trotz unterschiedlicher Richtung des elektrischen Feldes eine Deformation in die gleiche Richtung erzeugen. This layer-like structure continues in this example until the desired number of layers is reached. A terminating electrode Kn, which in this embodiment is operated as a cathode, is arranged under the lowermost layer Ln. In this alternating structure with common electrodes A1-An, K1-Kn, the electrostrictive material is in particular one in which the mechanical expansion is proportional to the square of the polarization, so that the layers L1-Ln despite different directions of the electric field create a deformation in the same direction.
In anderen Ausführungsformen, bei denen ein elektrostriktives Material zum Einsatz kommt, bei dem die mechanische Dehnung proportional zur Polarisation ist, ist eine Anordnung und Ansteuerung der Elektroden A1 - An, K1 - Kn so vorzunehmen, dass das elektrische Feld in allen Schichten L1 - Ln in die gleiche Richtung zeigt, da die Schichten L1 - Ln ansonsten gegeneinander arbeiten. In other embodiments, in which an electrostrictive material is used, in which the mechanical expansion is proportional to the polarization, the electrodes A1-An, K1-Kn are to be arranged and controlled in such a way that the electric field in all layers L1-Ln points in the same direction, since the layers L1-Ln otherwise work against one another.
Eine Schichtdicke der Schichten L1 - Ln kann für jede Schicht L1 - Ln unter- schiedlich sein. Vorzugsweise sind die Schichtdicken der unterschiedlichen Schichten L1 - Ln im Wesentlichen gleich und aus einem Bereich von 10 gm - 500 gm ausgewählt. Eine Materialzusammensetzung kann hierbei ebenfalls für jede der Schichten L1 - Ln unterschiedlich gewählt sein, beispielsweise um un- terschiedliche elektrostriktive Eigenschaften zu erzielen. A layer thickness of the layers L1-Ln can be different for each layer L1-Ln. The layer thicknesses of the different layers L1-Ln are preferably essentially the same and are selected from a range of 10 gm-500 gm. A material composition can also be used for each of the layers L1-Ln can be selected differently, for example in order to achieve different electrostrictive properties.
In weiteren Ausführungsformen weist ein Sensor-Element 224 einen solchen schichtartigen Aufbau auf, wie es in der Fig. 9 für ein Aktuator-Element 222 ge- zeigt ist. Hierbei hat insbesondere die Verwendung unterschiedlicher chemischer Zusammensetzungen für unterschiedliche Schichten L1 - Ln den Vorteil, dass aus einem Vergleich der Sensorsignale SS der einzelnen Schichten L1 - Ln au- ßer der mechanischen Spannung auf weitere Einfluss großen geschlossen werden kann, insbesondere die Temperatur in den Schichten L1 - Ln. In further embodiments, a sensor element 224 has such a layer-like structure as is shown in FIG. 9 for an actuator element 222. In particular, the use of different chemical compositions for different layers L1-Ln has the advantage that a comparison of the sensor signals SS of the individual layers L1-Ln can be used to infer other major influences besides the mechanical stress, in particular the temperature in the layers L1 - Ln.
Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Aktua- tor-Einrichtung 220, die eine Mehrzahl an Aktuator-Elementen 222, eine Mehr- zahl an Sensor-Elementen 224 und eine Ansteuereinheit 226 umfasst. Hier sind drei Sensor-Elemente 224 und zwei Aktuator-Elemente 222 vorgesehen, die ei- nen Schichtstapel bilden, wobei die Aktuator-Elemente 222 hier beispielhaft je- weils drei Schichten L1 - L3 aus elektrostriktivem Material umfassen. 10 shows a schematic view of an exemplary embodiment of an actuator device 220 which comprises a plurality of actuator elements 222, a plurality of sensor elements 224 and a control unit 226. Here three sensor elements 224 and two actuator elements 222 are provided, which form a layer stack, the actuator elements 222 here each comprising three layers L1-L3 made of electrostrictive material by way of example.
Zwei der Sensor-Elemente 224 umfassen den ganzen Schichtstapel sandwichar- tig und das dritte Sensor-Element 224 teilt den Schichtstapel in der Mitte. Vor- liegend sind zwischen den Sensor-Elementen 224 und den Aktuator-Elementen 222 jeweils passive Bereiche angeordnet. Diese können in Ausführungsformen auch entfallen, wobei eine zwischen Sensor-Element 224 und Aktuator-Element 222 angeordnete Elektrode dann eine gemeinsame Elektrode darstellt. Die ge- meinsame Elektrode in diesem Fall ist vorzugsweise geerdet, denn das Sensor- Element wird vorteilhaft ohne Bias-Spannung betrieben. Two of the sensor elements 224 sandwich the entire layer stack and the third sensor element 224 divides the layer stack in the middle. In the present case, passive areas are in each case arranged between the sensor elements 224 and the actuator elements 222. These can also be omitted in embodiments, an electrode arranged between sensor element 224 and actuator element 222 then representing a common electrode. The common electrode in this case is preferably grounded, because the sensor element is advantageously operated without a bias voltage.
Die Ansteuereinheit 226 umfasst hier eine geregelte Spannungsquelle zum Be- reitstellen der Ansteuerspannung VS für die Aktuator-Elemente 222 und drei Messeinheiten, die zum Erzeugen des Sensorsignals SS eines jeweihgen Sensor- Elements 224 mittels einer Mess-Wechselspannung VM eingerichtet sind. Die Mess-Wechselspannungen VM weisen hierbei vorzugsweise unterschiedliche Frequenzen auf, um eine gegenseitige Störung zu vermeiden. In weiteren Aus- führungsformen lassen sich die mehreren Aktuator-Elemente 222 auch mit un- terschiedlichen Ansteuerspannungen VS betreiben. Fig. 11 zeigt drei Diagramme eines Verhaltens physikalischer Größen, der me- chanischen Spannung s, des Gradienten der erzielten Auslenkung e in Bezug auf die Ansteuerspannung VS, und der dielektrischen Suszeptibilität X in Abhängigkeit einer Ansteuerspannung VS für eine beispielhafte elektrostriktive Schicht, die in einem Aktuator-Element 222 (siehe Fig. 2 - 10 oder 13) oder ein Sensor-Element 224 (siehe Fig. 2 - 8, 10 oder 13) verwendet werden kann. Die Größen o, e und c sind in behebigen Einheiten angedeutet. Als Skala für die An- steuerspannung VS ist in der Einheit Volt gewählt. Es handelt sich bei dem elektrostriktiven Material insbesondere um ein Material mit einer Zusammen- setzung PMNxPt1 x Die gezeigten Kurven beziehen sich auf einen mechanisch freien Zustand der Schicht, also ohne eine mechanische Vorspannung und ohne dass die Schicht in ein steifes Materialsystem eingebettet ist. The control unit 226 here comprises a regulated voltage source for providing the control voltage VS for the actuator elements 222 and three measuring units which are set up to generate the sensor signal SS of a respective sensor element 224 by means of an AC measuring voltage VM. The measurement alternating voltages VM here preferably have different frequencies in order to avoid mutual interference. In further embodiments, the plurality of actuator elements 222 can also be operated with different control voltages VS. 11 shows three diagrams of the behavior of physical quantities, the mechanical voltage s, the gradient of the deflection e achieved in relation to the control voltage VS, and the dielectric susceptibility X as a function of a control voltage VS for an exemplary electrostrictive layer which is in an actuator element 222 (see FIGS. 2-10 or 13) or a sensor element 224 (see FIGS. 2-8, 10 or 13 ) can be used. The sizes o, e and c are indicated in corrective units. Volts is selected as the scale for the control voltage VS. The electrostrictive material is, in particular, a material with a composition PMN x Pt 1 x. The curves shown relate to a mechanically free state of the layer, that is, without mechanical pretension and without the layer being embedded in a rigid material system .
Das obere Diagramm zeigt die mechanische Spannung o (Einheit: N/m2 oder Pa), die die mit der Ansteuerspannung VS angesteuerte Schicht bereitstellt oder er- zeugt. Bei einer Ansteuerspannung VS = 0 erzeugt die Schicht keine mechani- sche Spannung o. Es ist ebenfalls erkennbar, dass eine kleine Ansteuerspannung VS nur eine sehr geringe mechanische Spannung o hervorruft. Bei geringen An- steuerspannungen VS ist die erzeugte mechanische Spannung o beispielsweise proportional zum Quadrat der Ansteuerspannung VS. The upper diagram shows the mechanical stress o (unit: N / m 2 or Pa), which the layer controlled with the control voltage VS provides or generates. With a control voltage VS = 0, the layer does not generate any mechanical stress o. It can also be seen that a small control voltage VS only causes a very low mechanical stress o. In the case of low control voltages VS, the mechanical stress o generated is, for example, proportional to the square of the control voltage VS.
Das mittlere Diagramm zeigt den Gradienten der erzielten Auslenkung e in Be- zug auf die Ansteuerspannung VS als Funktion der Ansteuerspannung VS. The middle diagram shows the gradient of the deflection e achieved in relation to the control voltage VS as a function of the control voltage VS.
Das untere Diagramm zeigt die dielektrische Suszeptibilität c als Funktion der Ansteuerspannung VS. Man erkennt, dass die dielektrische Suszeptibihtät c ein Maximum bei einer Ansteuerspannung VS = 0 aufweist. The lower diagram shows the dielectric susceptibility c as a function of the control voltage VS. It can be seen that the dielectric susceptibility c has a maximum at a control voltage VS = 0.
Wie in Fig. 12 dargestellt ist, weist die dielektrische Suszeptibilität X bei der An- steuerspannung VS = 0 ferner eine sehr hohe Sensitivität bezüglich einer me- chanischen Verspannung auf. In Fig. 12 sind in einem Diagramm mehrere Kur- ven der dielektrischen Suszeptibilität c in Abhängigkeit einer Ansteuerspan- nung VS gezeigt. Die fünf gezeigten Kurven 1 - 5 unterscheiden sich dabei be- züglich einer Deformation der Schicht. Beispielsweise entspricht die Kurve 3 dem mechanisch freien oder ungespannten Zustand. Die Kurven 1 und 2 ent- sprechen beispielsweise einer Streckung der Schicht im ppm-Bereich, zum Bei- spiel 10 ppm bei Kurve 1 und 5 ppm bei Kurve 2. Die Kurven 4 und 5 entspre- chend zum Beispiel einer Kompression der Schicht im ppm-Bereich, zum Bei- spiel 5 ppm bei Kurve 4 und 10 ppm bei Kurve 5. Aufgrund dieses Sensitivitäts- Maximums der dielektrischen Suszeptibilität X eignet sich diese physikalische Größe besonders gut als Messgröße, um eine Deformation der Schicht, insbeson- dere in einem Sensor-Element 224, zu bestimmen. Die dielektrische Suszeptibili- tät x kann dabei durch eine Impedanzmessung mittels der Mess- Wechselspannung VM bestimmt werden. As shown in FIG. 12, the dielectric susceptibility X at the control voltage VS = 0 also has a very high sensitivity with regard to mechanical stress. In FIG. 12, several curves of the dielectric susceptibility c as a function of a control voltage VS are shown in a diagram. The five curves 1 - 5 shown differ with regard to a deformation of the layer. For example, curve corresponds to 3 the mechanically free or untensioned state. Curves 1 and 2 correspond, for example, to a stretching of the layer in the ppm range, for example 10 ppm for curve 1 and 5 ppm for curve 2. Curves 4 and 5 correspond, for example, to compression of the layer in ppm Range, for example 5 ppm for curve 4 and 10 ppm for curve 5. Because of this sensitivity maximum of the dielectric susceptibility X , this physical variable is particularly suitable as a measurement variable for deformation of the layer, especially in a sensor Element 224. The dielectric susceptibility x can be determined by an impedance measurement by means of the measurement alternating voltage VM.
Fig. 13 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines geschlossenen Regelkreises in einer Aktuator -Einrichtung 220. Vorliegend ist die Ansteuereinheit 226 als eine Regelungseinheit ausgebildet. Die Regelungsein- heit 226 empfängt eine von außen, beispielsweise durch einen Steuerrechner (nicht gezeigt), vorbestimmte mechanische Soll-Spannung σs welche die Aktua- tor-Einrichtung 220 mittels des Aktuator-Elements 222 bereitstellen oder erzeu- gen soll. Die Regelungseinheit 226 steuert daraufhin das Aktuator-Element 222 mit der Ansteuerspannung VS an. Die Ansteuerspannung VS ist vorzugsweise so gewählt, dass diese bei guten Bedingungen genau die mechanische Soll- Spannung σs erzielt, was beispielsweise aus Charakterisierungsmessungen des Aktuator-Elements 222 bekannt ist. Aufgrund von Hysterese oder verschiedenen Umwelt-Einflüssen kann das Aktuator-Element 222 die mechanische Soll- Spannung σs jedoch etwas verfehlen. 13 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a closed control loop in an actuator device 220. In the present case, the control unit 226 is designed as a control unit. The control unit 226 receives a predetermined mechanical setpoint tension σ s from the outside, for example by a control computer (not shown), which the actuator device 220 is intended to provide or generate by means of the actuator element 222. The control unit 226 then controls the actuator element 222 with the control voltage VS. The control voltage VS is preferably selected such that, under good conditions, it precisely achieves the mechanical setpoint voltage σ s , which is known, for example, from characterization measurements of the actuator element 222. However, due to hysteresis or various environmental influences, the actuator element 222 can slightly miss the mechanical setpoint tension σ s.
Das Sensor-Element 224 wird mit dem Aktuator-Element 222 deformiert. Das Ausmaß der Deformation kann wie vorstehend beschrieben ermittelt werden, was hier durch das Sensorsignal SS dargestellt ist. Das Sensorsignal SS ist ins- besondere charakteristisch für die Deformation des Sensor-Elements 224 und damit auch die erzielte mechanische Spannung o in dem Sensor-Element 224. Aufgrund der direkten Kopplung des Sensor-Elements 222 an das Aktuator- Element 224, entspricht die mechanische Spannung o in dem Sensor-Element 224 im Wesentlichen derjenigen in dem Aktuator-Element 222. Daher eignet sich das Sensorsignal SS als Regelsignal. Die Regelungseinheit 226 wird daher auf Grundlage des Sensorsignals SS die Ansteuerspannung VS für das Aktuator- Element 222 nachregeln. The sensor element 224 is deformed with the actuator element 222. The extent of the deformation can be determined as described above, which is represented here by the sensor signal SS. The sensor signal SS is particularly characteristic of the deformation of the sensor element 224 and thus also the mechanical stress o achieved in the sensor element 224. Due to the direct coupling of the sensor element 222 to the actuator element 224, the mechanical The voltage o in the sensor element 224 is essentially that in the actuator element 222. The sensor signal SS is therefore suitable as a control signal. The control unit 226 is therefore Readjust the control voltage VS for the actuator element 222 on the basis of the sensor signal SS.
Ein Regelzyklus kann dabei beispielsweise im Bereich von 1 ms - 100 ms dau- ern, entsprechend einer Regelfrequenz zwischen 10 Hz - 1 kHz. A control cycle can last, for example, in the range of 1 ms - 100 ms, corresponding to a control frequency between 10 Hz - 1 kHz.
Fig. 14A zeigt eine schematische Ansicht einer EUV-Lithographieanlage 100A, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und ein optisches Sys- tem 200 umfasst, das hier als ein Projektionssystem ausgebildet ist. Dabei steht EUV für „extremes Ultraviolett“ (Engl.: extreme ultraviolet, EUV) und bezeich- net eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 0,1 nm und 30 nm. Das Strahl- formungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 200 sind je- weils in einem nicht gezeigten Vakuum -Gehäuse vorgesehen, wobei jedes Vaku- um-Gehäuse mit Hilfe einer nicht dargestellten Evakuierungsvorrichtung eva- kuiert wird. Die Vakuum -Gehäuse sind von einem nicht dargestellten Maschi- nenraum umgeben, in welchem Antriebs Vorrichtungen zum mechanischen Ver- fahren beziehungsweise Einstellen von optischen Elementen vorgesehen sind. Ferner können auch elektrische Steuerungen und dergleichen in diesem Ma- schinenraum vorgesehen sein. 14A shows a schematic view of an EUV lithography system 100A, which comprises a beam shaping and illumination system 102 and an optical system 200, which is designed here as a projection system. EUV stands for “extreme ultraviolet” (EUV) and designates a wavelength of the work light between 0.1 nm and 30 nm. The beam shaping and lighting system 102 and the projection system 200 are each Provided in a vacuum housing (not shown), each vacuum housing being evacuated with the aid of an evacuation device (not shown). The vacuum housings are surrounded by a machine room, not shown, in which drive devices for mechanical movement or setting of optical elements are provided. Furthermore, electrical controls and the like can also be provided in this machine room.
Die EUV-Lithographieanlage 100A weist eine EUV-Lichtquelle 106A auf. Als EUV-Lichtquelle 106A kann beispielsweise eine Plasmaquelle (oder ein Syn- chrotron) vorgesehen sein, welche Strahlung 108A im EUV-Bereich (extrem ult- ravioletter Bereich), also beispielsweise im Wellenlängenbereich von 5 nm bis 20 nm, aussendet. Im Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV- Strahlung 108A gebündelt und die gewünschte Betriebswellenlänge aus der EUV-Strahlung 108A herausgefiltert. Die von der EUV-Lichtquelle 106A erzeug- te EUV'Strahlung 108A weist eine relativ niedrige Transmissivität durch Luft auf, weshalb die Strahlführungsräume im Strahlformungs- und Beleuchtungs- system 102 und im Projektionssystem 200 evakuiert sind. The EUV lithography system 100A has an EUV light source 106A. A plasma source (or a synchrotron) can be provided as the EUV light source 106A, for example, which emits radiation 108A in the EUV range (extreme ultraviolet range), that is, for example, in the wavelength range from 5 nm to 20 nm. The EUV radiation 108A is bundled in the beam shaping and lighting system 102 and the desired operating wavelength is filtered out of the EUV radiation 108A. The EUV radiation 108A generated by the EUV light source 106A has a relatively low transmissivity through air, which is why the beam guiding spaces in the beam shaping and lighting system 102 and in the projection system 200 are evacuated.
Das in Fig. 14A dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 weist fünf Spiegel 110, 112, 114, 116, 118 auf. Nach dem Durchgang durch das Strahl- formungs- und Beleuchtungssystem 102 wird die EUV'Strahlung 108A auf eine Photomaske (Engl.: reticle) 120 geleitet. Die Photomaske 120 ist ebenfalls als reflektives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Weiter kann die EUV-Strahlung 108A mittels eines Spie- gels 122 auf die Photomaske 120 gelenkt werden. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 200 verkleinert auf einen Wafer 124 oder dergleichen abgebildet wird. The beam shaping and illumination system 102 shown in FIG. 14A has five mirrors 110, 112, 114, 116, 118. After passing through the beam shaping and illumination system 102, the EUV radiation 108A is directed onto a photomask (reticle) 120. The photomask 120 is also as reflective optical element and can be arranged outside of the systems 102, 104. Furthermore, the EUV radiation 108A can be directed onto the photomask 120 by means of a mirror 122. The photomask 120 has a structure which is imaged on a wafer 124 or the like in a reduced size by means of the projection system 200.
Das Projektionssystem 200 (auch als Projektionsobjektiv bezeichnet) weist fünf Spiegel Ml bis M5 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Spiegel Ml bis M5 des Projektionssystems 200 symmet- risch zu einer optischen Achse 126 des Projektionssystems 200 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Spiegel Ml bis M5 der EUV- Lithographieanlage 100A nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Spiegel Ml bis M5 vorgesehen sein. Des Weite- ren sind die Spiegel Ml bis M5 in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlfor- mung gekrümmt. The projection system 200 (also referred to as a projection objective) has five mirrors M1 to M5 for imaging the photomask 120 on the wafer 124. In this case, individual mirrors M1 to M5 of the projection system 200 can be arranged symmetrically to an optical axis 126 of the projection system 200. It should be noted that the number of mirrors M1 to M5 of the EUV lithography system 100A is not limited to the number shown. More or fewer mirrors M1 to M5 can also be provided. Furthermore, the mirrors M1 to M5 are generally curved on their front side to form the beam.
Das Projektionssystem 200 weist weiterhin einen weiteren Spiegel 210 auf, auf dessen Rückseite eine Vielzahl von Aktuator-Einrichtungen 220 angeordnet ist, von denen jede wie anhand der Fig. 2 - 8, 10 oder 13 ausgebildet sein kann. Jede Aktuator -Einrichtung 220 umfasst ein zugeordnetes Aktuator-Element 222 und ein zugeordnetes Sensor-Element 224. Eine Ansteuereinheit 226 ist zum An- steuern der Aktuator-Elemente 222 mit einer Ansteuerspannung VS und zum Beaufschlagen der Sensor-Elemente 224 mit einer Mess-Wechselspannung VM zum Erzeugen eines jeweiligen Sensorsignals SS eingerichtet. Vorliegend ist zur besseren Übersichtlichkeit lediglich eine Ansteuereinheit 226 gezeigt, die alle Aktuator-Elemente 222 und Sensor-Elemente 224 ansteuert. Durch gezielte An- steuerung der Aktuator-Einrichtungen 220 kann die Vorderseite des Spiegels 210 deformiert werden, was sich zur Korrektur optischer Aberrationen zur Er- höhung einer Auflösung des Lithographie-Prozesses einsetzen lässt. The projection system 200 furthermore has a further mirror 210, on the rear side of which a multiplicity of actuator devices 220 are arranged, each of which can be designed as on the basis of FIGS. 2-8, 10 or 13. Each actuator device 220 comprises an assigned actuator element 222 and an assigned sensor element 224. A control unit 226 is for controlling the actuator elements 222 with a control voltage VS and for applying the sensor elements 224 with an alternating measurement voltage VM set up to generate a respective sensor signal SS. For the sake of clarity, only one control unit 226 is shown here, which controls all of the actuator elements 222 and sensor elements 224. The front side of the mirror 210 can be deformed by targeted control of the actuator devices 220, which can be used to correct optical aberrations in order to increase the resolution of the lithography process.
In vorteilhaften Ausführungsformen erfolgt die Aktuierung durch die Aktuator- Elemente 222 geregelt, indem eine tatsächlich erzielte Deformation von den Sen- sor-Elementen 224 erfasst wird und durch Auswertung des Sensorsignals SS daher die Ansteuerspannung VS geregelt werden kann. Diese Regelung erfolgt individuell für jede Aktuator-Einrichtung 220, wobei aus Gründen der Übersicht nur eine Aktuator-Einrichtung 220 und nur jeweils eine Ansteuerspannung VS, eine Mess-Wechselspannung VM und ein Sensorsignal SS dargestellt ist. In advantageous embodiments, the actuation takes place in a regulated manner by the actuator elements 222 in that an actually achieved deformation is detected by the sensor elements 224 and the control voltage VS can therefore be regulated by evaluating the sensor signal SS. This regulation takes place individually for each actuator device 220, for reasons of clarity only one actuator device 220 and only one control voltage VS, one measuring AC voltage VM and one sensor signal SS are shown.
Das Projektionssystem 200 oder auch das Strahlformungs- und Beleuchtungs- system 102 können weitere Spiegel 210 mit zugeordneter Aktuator -Einrichtung 220 aufweisen. The projection system 200 or also the beam shaping and lighting system 102 can have further mirrors 210 with an associated actuator device 220.
Fig. 14B zeigt eine schematische Ansicht einer DUV-Lithographieanlage 100B, welche ein Strahlformungs- und Beleuchtungs System 102 und ein optisches Sys- tem 200, das hier als ein Projektionssystem ausgebildet ist, umfasst. Dabei steht DUV für „tiefes Ultraviolett“ (Engl.: deep ultraviolet, DUV) und bezeichnet eine Wellenlänge des Arbeitslichts zwischen 30 nm und 250 nm. Das Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 und das Projektionssystem 200 können - wie be- reits mit Bezug zu Fig. 14A beschrieben - in einem Vakuumgehäuse angeordnet und/oder von einem Maschinenraum mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen umgeben sein. 14B shows a schematic view of a DUV lithography system 100B, which comprises a beam shaping and lighting system 102 and an optical system 200, which is designed here as a projection system. DUV stands for “deep ultraviolet” (DUV) and designates a wavelength of the work light between 30 nm and 250 nm. The beam shaping and lighting system 102 and the projection system 200 can - as already described with reference to FIG 14A - arranged in a vacuum housing and / or surrounded by a machine room with corresponding drive devices.
Die DUV-Lithographieanlage 100B weist eine DUV-Lichtquelle 106B auf. Als DUV-Lichtquelle 106B kann beispielsweise ein ArF-Excimerlaser vorgesehen sein, welcher Strahlung 108B im DUV-Bereich bei beispielsweise 193 nm emit- tiert. The DUV lithography system 100B has a DUV light source 106B. An ArF excimer laser, for example, which emits radiation 108B in the DUV range at, for example, 193 nm, can be provided as the DUV light source 106B.
Das in Fig. 14B dargestellte Strahlformungs- und Beleuchtungssystem 102 leitet die DUV-Strahlung 108B auf eine Photomaske 120. Die Photomaske 120 ist als transmissives optisches Element ausgebildet und kann außerhalb der Systeme 102, 104 angeordnet sein. Die Photomaske 120 weist eine Struktur auf, welche mittels des Projektionssystems 200 verkleinert auf einen Wafer 124 oder derglei- chen ab gebildet wird. The beam shaping and illumination system 102 shown in FIG. 14B guides the DUV radiation 108B onto a photo mask 120. The photo mask 120 is designed as a transmissive optical element and can be arranged outside the systems 102, 104. The photomask 120 has a structure which is reduced by means of the projection system 200 onto a wafer 124 or the like.
Das Projektionssystem 200 weist mehrere Linsen 128 und/oder Spiegel 130 zur Abbildung der Photomaske 120 auf den Wafer 124 auf. Dabei können einzelne Linsen 128 und/oder Spiegel 130 des Projektionssystems 104 symmetrisch zu einer optischen Achse 126 des Projektionssystems 200 angeordnet sein. Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Linsen 128 und Spiegel 130 der DUV- Lithographieanlage 100B nicht auf die dargestellte Anzahl beschränkt ist. Es können auch mehr oder weniger Linsen 128 und/oder Spiegel 130 vorgesehen sein. Des Weiteren sind die Spiegel 130 in der Regel an ihrer Vorderseite zur Strahlformung gekrümmt. The projection system 200 has a plurality of lenses 128 and / or mirrors 130 for imaging the photomask 120 on the wafer 124. Individual lenses 128 and / or mirrors 130 of projection system 104 can be arranged symmetrically to an optical axis 126 of projection system 200. It should be noted that the number of lenses 128 and mirrors 130 of the DUV lithography system 100B is not limited to the number shown. It More or fewer lenses 128 and / or mirrors 130 can also be provided. Furthermore, the mirrors 130 are generally curved on their front side for beam shaping.
Ein Luftspalt zwischen der letzten Linse 128 und dem Wafer 124 kann durch ein flüssiges Medium 132 ersetzt sein, welches einen Brechungsindex > 1 aufweist. Das flüssige Medium 132 kann beispielsweise hochreines Wasser sein. Ein sol- cher Aufbau wird auch als Immersionslithographie bezeichnet und weist eine erhöhte photolithographische Auflösung auf. Das Medium 132 kann auch als Immersionsflüssigkeit bezeichnet werden. An air gap between the last lens 128 and the wafer 124 can be replaced by a liquid medium 132 which has a refractive index> 1. The liquid medium 132 can be ultrapure water, for example. Such a structure is also referred to as immersion lithography and has an increased photolithographic resolution. The medium 132 can also be referred to as an immersion liquid.
Das Projektionssystem 200 weist weiterhin einen Spiegel 210 auf, auf dessen Rückseite eine Aktuator-Einrichtung 220 angeordnet ist, die wie anhand der Fig. 2 - 8, 10 oder 13 ausgebildet sein kann. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist hier nur eine Aktuator -Einrichtung 220 gezeigt, es versteht sich jedoch, dass vorzugsweise eine Vielzahl an Aktuator -Einrichtungen 220 vorhanden ist, von denen jede individuell Steuer- und/oder regelbar ist. Die Aktuator-Einrichtung 220 umfasst ein zugeordnetes Aktuator-Element 222 und ein zugeordnetes Sen- sor-Element 224. Eine Ansteuereinheit 226 ist zum Ansteuern der Aktuator- Elemente 222 mit einer Ansteuerspannung VS und zum Beaufschlagen der Sen- sor-Elemente 224 mit einer Mess-Wechselspannung VM zum Erzeugen eines jeweiligen Sensorsignals SS eingerichtet. The projection system 200 furthermore has a mirror 210, on the rear side of which an actuator device 220 is arranged, which can be designed as on the basis of FIGS. 2-8, 10 or 13. Without loss of generality, only one actuator device 220 is shown here, but it goes without saying that there is preferably a plurality of actuator devices 220, each of which can be individually controlled and / or regulated. The actuator device 220 comprises an assigned actuator element 222 and an assigned sensor element 224. A control unit 226 is used to control the actuator elements 222 with a control voltage VS and to apply a measurement to the sensor elements 224 AC voltage VM set up to generate a respective sensor signal SS.
In der Fig. 14B ist auch gezeigt, dass eine vorbestimmte mechanische Soll- Spannung σs von außen vorgegeben wird, die durch das Aktuator-Element 222 erzielt werden soll. Die mechanische Soll-Spannung σs wird beispielsweise durch einen Steuerrechner auf Basis einer zu erzielenden Soll -Deformation des Spie- gels 210 ermittelt. Durch die gezielte Deformation der Vorderseite des Spiegels 210 lassen sich optische Aberrationen zur Erhöhung einer Auflösung des Litho- graphie-Prozesses korrigieren. In FIG. 14B it is also shown that a predetermined mechanical setpoint tension σ s is specified from the outside, which is to be achieved by the actuator element 222. The mechanical target tension σ s is determined, for example, by a control computer on the basis of a target deformation of the mirror 210 to be achieved. The targeted deformation of the front side of the mirror 210 allows optical aberrations to be corrected to increase the resolution of the lithography process.
In vorteilhaften Ausführungsformen erfolgt die Aktuierung durch das Aktuator- Element 222 geregelt, indem eine tatsächlich erzielte Deformation durch das Sensor-Element 224 erfasst wird und durch Auswertung des Sensorsignals SS daher die Ansteuerspannung VS geregelt werden kann. Diese Regelung erfolgt individuell für jede Aktuator-Einrichtung 220, wobei aus Gründen der Übersicht nur eine Aktuator-Einrichtung 220 und nur jeweils eine Ansteuerspannung VS, eine Mess-Wechselspannung VM und ein Sensorsignal SS dargestellt ist. In advantageous embodiments, the actuation takes place in a regulated manner by the actuator element 222 in that an actually achieved deformation is detected by the sensor element 224 and the control voltage VS can therefore be regulated by evaluating the sensor signal SS. This regulation takes place individually for each actuator device 220, only one actuator device 220 and only one control voltage VS, one measuring AC voltage VM and one sensor signal SS being shown for reasons of clarity.
Das Projektionssystem 200 oder auch das Strahlformungs- und Beleuchtungs- system 102 kann weitere Spiegel 210 mit zugeordneter Aktuator -Einrichtung 220 aufweisen. The projection system 200 or also the beam shaping and lighting system 102 can have further mirrors 210 with an associated actuator device 220.
Fig. 15 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Korrigieren einer Aberration in einem optischen System 200, beispielsweise in dem optischen System 200 der Fig. 1, indem die SpiegeloberfLä- che 212 (siehe Fig. 1 - 8) eines Spiegels 210 (siehe Fig. 1 - 8 oder 14A, 14B) des optischen Systems 200 gezielt deformiert wird. 15 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of a method for correcting an aberration in an optical system 200, for example in the optical system 200 of FIG. 1, by using the mirror surface 212 (see FIGS. 1-8) of a mirror 210 ( see FIGS. 1-8 or 14A, 14B) of the optical system 200 is deliberately deformed.
In einem ersten Schritt Sl wird das zumindest eine Aktuator-Element 222 (siehe Fig. 2 - 8 oder 13) mittels einer Ansteuerspannung VS (siehe Fig. 2 - 8 oder 10 - 13) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Deformation der Spiegeloberfläche 214 (siehe Fig. 1 - 8) angesteuert. Hierdurch wird in dem Aktuator-Element 222 eine mechanische Spannung erzeugt, die auf den Spiegelkörper 212 (siehe Fig. 1 - 8) des Spiegels 210 übertragen wird, was zu einer lokalen Deformation der Spiegel - oberfläche 214 führt. In a first step S1, the at least one actuator element 222 (see FIGS. 2-8 or 13) is activated by means of a control voltage VS (see FIGS. 2-8 or 10-13) as a function of a predetermined deformation of the mirror surface 214 (see FIG . 1 - 8) controlled. As a result, a mechanical tension is generated in the actuator element 222, which tension is transmitted to the mirror body 212 (see FIGS. 1-8) of the mirror 210, which leads to a local deformation of the mirror surface 214.
In einem zweiten Schritt S2 wird von dem zumindest einen Sensor-Element 224 (siehe Fig. 2 - 8 oder 13) ein Sensorsignal SS (siehe Fig. 2 - 8 oder 13) ausgege- ben. Hierzu wird das Sensor-Element 224 mit einer Mess-Wechselspannung VM beaufschlagt, wie es vorstehend bereits beschrieben wurde. In a second step S2, the at least one sensor element 224 (see FIGS. 2-8 or 13) outputs a sensor signal SS (see FIGS. 2-8 or 13). For this purpose, the sensor element 224 is acted upon with a measuring alternating voltage VM, as has already been described above.
In einem dritten Schritt S3 wird eine Deformation des Sensor-Elements 224 in Abhängigkeit des erfassten Sensor-Signals SS ermittelt. Hieraus lässt sich eine erzielte Deformation der SpiegeloberfLäche 214 ermitteln. In a third step S3, a deformation of the sensor element 224 is determined as a function of the detected sensor signal SS. An achieved deformation of the mirror surface 214 can be determined from this.
In einem vierten, optionalen Schritt S4 wird die Ansteuerspannung VS derart geregelt, dass die vorbestimmte Deformation der Spiegeloberfläche 214 erzielt wird. Hierzu wird beispielsweise die vorbestimmte Deformation mit der erzielten Deformation verglichen, woraus hervorgeht, ob die Ansteuerspannung VS höher oder geringer sein muss, um die vorbestimmte Deformation zu erreichen. In a fourth, optional step S4, the control voltage VS is regulated in such a way that the predetermined deformation of the mirror surface 214 is achieved. For this purpose, for example, the predetermined deformation is achieved with the Deformation compared, from which it can be seen whether the drive voltage VS must be higher or lower in order to achieve the predetermined deformation.
Obwohl die vorhegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrie- ben wurde, ist sie vielfältig modihzierbar. Insbesondere sind viele der physikali- schen Größen, anhand derer die Beschreibung erfolgte, durch andere Größen austauschbar. So kann anstelle von mechanischer Spannung auch von Kraft o- der mechanischer Dehnung oder Deformation gesprochen werden. Weiterhin kann man sagen, dass das Sensorsignal von der dielektrischen Suszeptibilität, von der Impedanz, von der Polarisation, von der Kapazität oder dergleichen ab- hängt, die sich alle ineinander überführen lassen, solange die jeweiligen Materi- alparameter bekannt sind. Although the present invention has been described on the basis of exemplary embodiments, it can be modified in many ways. In particular, many of the physical quantities on the basis of which the description was made are interchangeable with other quantities. Instead of mechanical tension, it is also possible to speak of force or mechanical elongation or deformation. Furthermore, it can be said that the sensor signal depends on the dielectric susceptibility, on the impedance, on the polarization, on the capacitance or the like, which can all be converted into one another as long as the respective material parameters are known.
Insbesondere lässt die Erfindung eine Vielzahl an möglichen Anordnungen eines Sensor-Elements in Bezug auf ein Aktuator-Element in einer Aktuator-In particular, the invention allows a large number of possible arrangements of a sensor element in relation to an actuator element in an actuator
Einrichtung zu. Die unterschiedlichen Positionen können dabei je nach konkre- ter Anwendung vorteilhaft sein. Zudem kann durch die Kombination verschie- dener Anordnungen in einem Aktuator-Element eine Erfassungsgenauigkeit er- höht werden. Establishment too. The different positions can be advantageous depending on the specific application. In addition, the combination of different arrangements in one actuator element increases the accuracy of the detection.
Weiterhin kann der Regelkreis zur Regelung der Ansteuerspannung in vielfälti- ger Art und Weise implementiert oder realisiert werden, ohne dass die vorhe- gende Erfindung auf eine bestimmte Weise begrenzt wäre. Furthermore, the control loop for regulating the control voltage can be implemented or realized in a variety of ways without the present invention being limited in a certain way.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
1 F unktionsverlauf 1 Functional history
2 F unktionsverlauf 2 Functional history
3 F unktionsverlauf 3 Functional history
4 F unktionsverlauf 4 Functional history
5 F unktionsverlauf 5 Functional history
100A EUV-Lithographieanlage 100A EUV lithography system
100B DUV-Lithographieanlage 100B DUV lithography system
102 Strahlformungs- und Beleuchtungssystem102 Beam shaping and lighting system
106A EUV-Lichtquelle 106A EUV light source
106B DUV-Lichtquelle 106B DUV light source
108A EUV-Strahlung 108A EUV radiation
108B DUV-Strahlung 108B DUV radiation
110 Spiegel 110 mirrors
112 Spiegel 112 mirror
114 Spiegel 114 mirrors
116 Spiegel 116 mirrors
118 Spiegel 118 mirrors
120 Photomaske 120 photo mask
122 Spiegel 122 mirrors
124 Wafer 124 wafers
126 optische Achse 126 optical axis
128 Linse 128 lens
130 Spiegel 130 mirrors
132 Medium 132 medium
200 optisches System 200 optical system
210 Spiegel 210 mirrors
212 Spiegelkörper 212 mirror body
214 Spiegeloberfläche 214 mirror surface
216 Spiegelträger 216 mirror supports
220 Aktuator - Einrichtung 220 Actuator Setup
221 Schicht 221 layer
222 Aktuator-Element 222 actuator element
223 Aktuierun gs - Richtung 224 Sensor-Element 223 Actuating Direction 224 sensor element
226 Ansteuereinheit 226 control unit
230 Ermittlungseinheit A1 Anode 230 Determination unit A1 anode
A2 Anode A2 anode
A3 Anode A3 anode
An Anode K1 Kathode Cathode at anode K1
K2 Kathode K2 cathode
K3 Kathode K3 cathode
Kn Kathode L1 Schicht Kn cathode L1 layer
L2 Schicht L2 layer
L3 Schicht L3 layer
Ln Schicht Ln layer
LS Lichtquelle LS light source
MX Matrix MX matrix
Ml Spiegel Ml mirror
M2 Spiegel M2 mirror
M3 Spiegel M3 mirror
M4 Spiegel M4 mirror
M5 Spiegel M5 mirror
51 Verfahrensschritt 51 procedural step
52 Verfahrensschritt 52 Process step
53 Verfahrensschritt 53 procedural step
54 Verfahrensschritt 54 procedural step
55 Sensorsignal VM Mess-Wechselsp annung VS Ansteuerspannung 55 Sensor signal VM measurement AC voltage VS control voltage
X dielektrische Suszeptibilität s mechanische Spannung σs mechanische Spannung X dielectric susceptibility s mechanical stress σ s mechanical stress

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Optisches System (200) mit zumindest einem Spiegel (210), welcher einen Spiegelkörper (212) und eine Spiegeloberfläche (214) aufweist, und mit zumin- dest einer mit dem Spiegelkörper (212) gekoppelten Aktuator-Einrichtung (220) zum Deformieren der Spiegeloberfläche (214), wobei die Aktuator-Einrichtung (220) aufweist: zumindest ein elektrostriktives Aktuator-Element (222) zum Erzeugen ei- ner mechanischen Spannung in dem Spiegelkörper (212) zum Deformieren der Spiegeloberfläche (214) in Abhängigkeit von einer elektrischen Ansteuerspan- nung (VS), zumindest ein elektrostriktives Sensor-Element (224) zum Ausgeben eines Sensorsignals (SS) in Abhängigkeit von einer Deformation des Sensor-Elements (224), wobei das zumindest eine Sensor-Element (224) direkt an das Aktuator- Element (222) angrenzend angeordnet ist und/oder auf einer der Spiegeloberflä- che (214) abgewandten Seite des Spiegelkörpers (212) und durch zumindest das Aktuator-Element (222) von dem Spiegelkörper (212) getrennt angeordnet ist und/oder derart angeordnet ist, dass es zumindest teilweise zum Übertragen der von dem Aktuator-Element (222) erzeugten mechanischen Spannung auf den Spiegelkörper (212) eingerichtet ist, und wobei die Aktuator-Einrichtung (220) derart mit dem Spiegelkörper (212) gekop- pelt ist, dass die Spiegeloberfläche (214) in Abhängigkeit der elektrischen An- steuerspannung (VS) des Aktuator-Elements (222) deformierbar ist. 1. Optical system (200) with at least one mirror (210), which has a mirror body (212) and a mirror surface (214), and with at least one actuator device (220) coupled to the mirror body (212) for deformation the mirror surface (214), wherein the actuator device (220) has: at least one electrostrictive actuator element (222) for generating a mechanical tension in the mirror body (212) for deforming the mirror surface (214) as a function of an electrical one Control voltage (VS), at least one electrostrictive sensor element (224) for outputting a sensor signal (SS) depending on a deformation of the sensor element (224), the at least one sensor element (224) being directly connected to the actuator - Element (222) is arranged adjacent and / or on a side of the mirror body (212) facing away from the mirror surface (214) and separated from the mirror body (212) by at least the actuator element (222) is ordered and / or is arranged in such a way that it is at least partially set up to transfer the mechanical stress generated by the actuator element (222) to the mirror body (212), and wherein the actuator device (220) is connected to the mirror body ( 212) is coupled so that the mirror surface (214) can be deformed as a function of the electrical control voltage (VS) of the actuator element (222).
2. Optisches System nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Regelungsein- heit zum Regeln der Ansteuerspannung (VS) für das Aktuator-Element (222) in Abhängigkeit des von dem Sensor-Element (224) ausgegebenen Sensorsignals (SS) derart, dass eine vorbestimmte mechanische Spannung in dem Spiegelkör- per (212) erreicht wird. 2. Optical system according to claim 1, further comprising a control unit for regulating the control voltage (VS) for the actuator element (222) as a function of the sensor signal (SS) output by the sensor element (224) such that a predetermined mechanical tension is achieved in the mirror body (212).
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zumindest eine Aktu- ator-Element (222) und das zumindest eine Sensor-Element (224) monolithisch hergestellt sind. 3. Optical system according to claim 1 or 2, wherein the at least one actuator element (222) and the at least one sensor element (224) are produced monolithically.
4. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das zumindest eine Aktuator-Element (222) und das zumindest eine Sensor-Element (224) in einer auf einer der Spiegeloberfläche (214) abgewandten Seite des Spiegelkör- pers (212) an dem Spiegel (210) angeordneten Schicht (221) integriert sind. 4. Optical system according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one actuator element (222) and the at least one sensor element (224) in a side of the mirror body (212) facing away from the mirror surface (214) on the mirror (210) arranged layer (221) are integrated.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das zumindest eine Sensor-Element (224) zumindest teilweise zwischen dem zumindest einen Aktuator-Element (222) und dem Spiegelkörper (212) in einer Richtung entlang einer Flächennormalen der Spiegeloberfläche (214) angeordnet ist. 5. Optical system according to one of claims 1 to 4, wherein the at least one sensor element (224) is at least partially between the at least one actuator element (222) and the mirror body (212) in a direction along a surface normal of the mirror surface (214 ) is arranged.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zumindest eine Aktuator-Element (222) und das zumindest eine Sensor-Element (224) je- weils zumindest eine Schicht (Ll,...,Ln) aus elektrostriktivem Material umfas- sen. 6. Optical system according to one of claims 1 to 5, wherein the at least one actuator element (222) and the at least one sensor element (224) each have at least one layer (Ll, ..., Ln) made of electrostrictive material include.
7. Optisches System nach Anspruch 6, wobei das zumindest eine Aktuator- Element (222) eine Mehrzahl an Schichten (Ll,...,Ln) aus elektrostriktivem Ma- terial aufweist, wobei jede Schicht (Ll,...,Ln) der Mehrzahl eine zugeordnete Ka- thode (K1 - Kn) und eine zugeordnete Anode (A1 - An) aufweist und mit einer jeweiligen Ansteuerspannung (VS) ansteuerbar ist. 7. Optical system according to claim 6, wherein the at least one actuator element (222) has a plurality of layers (Ll, ..., Ln) made of electrostrictive material, each layer (Ll, ..., Ln) the plurality has an assigned cathode (K1-Kn) and an assigned anode (A1-An) and can be controlled with a respective control voltage (VS).
8. Optisches System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das zumindest eine Aktuator-Element (222) und das zumindest eine Sensor-Element (224) ei- nen Schichtstapel (SL) umfassend zumindest zwei Schichten (Ll,...,Ln) bilden. 8. Optical system according to one of claims 6 or 7, wherein the at least one actuator element (222) and the at least one sensor element (224) are a layer stack (SL) comprising at least two layers (Ll, ..., Ln) form.
9. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 - 8, wobei die Aktuator- Einrichtung (220) zumindest zwei Sensor-Elemente (224) aufweist, wobei eine Materialzusammensetzung des elektrostriktiven Materials der zumindest zwei Sensor-Elemente (224) unterschiedlich ist, wobei jedes der zumindest zwei Sen- sor-Elemente (224) zum Ausgeben eines Sensorsignals (SS) eingerichtet ist. 9. Optical system according to one of claims 1-8, wherein the actuator device (220) has at least two sensor elements (224), wherein a material composition of the electrostrictive material of the at least two sensor elements (224) is different, each the at least two sensor elements (224) are set up to output a sensor signal (SS).
10. Optisches System nach Anspruch 9, wobei eine Ermittlungseinheit (230) zum Ermitteln einer Temperatur in dem Spiegelkörper (212) in Abhängigkeit der ausgegebenen Sensorsignale (SS) der zumindest zwei Sensor-Elemente (224) vorgesehen ist. 10. Optical system according to claim 9, wherein a determination unit (230) is provided for determining a temperature in the mirror body (212) as a function of the output sensor signals (SS) of the at least two sensor elements (224).
11. Optisches System nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Messeinheit zum Beaufschlagen der zumindest zwei Sensor-Elemente (224) mit einer Mess- Wechselspannung (VM) zum Erzeugen des Sensorsignals (SS) vorgesehen ist, wobei eine Frequenz der Mess-Wechselspannung (VM) für unterschiedliche Sen- sor-Elemente (224) unterschiedlich ist. 11. Optical system according to claim 9 or 10, wherein a measuring unit for applying the at least two sensor elements (224) with a measuring AC voltage (VM) for generating the sensor signal (SS) is provided, wherein a frequency of the measuring AC voltage ( VM) is different for different sensor elements (224).
12. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 — 11, wobei die Aktuator- Einrichtung (220) eine Mehrzahl von M Aktuator-Elementen (222) und eine Mehrzahl von N Sensor-Elementen (224) aufweist, wobei N und M ganze Zahlen sind und die Aktuator-Elemente (222) und die Sensor-Elemente (224) alternie- rend angeordnet sind. 12. Optical system according to one of claims 1-11, wherein the actuator device (220) has a plurality of M actuator elements (222) and a plurality of N sensor elements (224), where N and M are integers and the actuator elements (222) and the sensor elements (224) are arranged alternately.
13. Optisches System nach einem der Ansprüche 2 - 12, wobei die Aktuator- Einrichtung (220) eine Zuordnungseinheit umfasst, welche zum Zuordnen eines Werts des ausgegebenen Sensorsignals (SS) des zumindest einen Sensor- Elements (224) zu einer erzielten Deformation der SpiegeloberfLäche (214) auf Basis einer Kahbrierungsmessung eingerichtet ist, und wobei die Regelungsein- heit zum Regeln der Ansteuerspannung (VS) in Abhängigkeit des zugordneten Werts und einer vorbestimmten Deformation der SpiegeloberfLäche (214) einge- richtet ist. 13. Optical system according to one of claims 2 - 12, wherein the actuator device (220) comprises an assignment unit which is used to assign a value of the output sensor signal (SS) of the at least one sensor element (224) to an achieved deformation of the mirror surface (214) is set up on the basis of a calibration measurement, and wherein the control unit is set up to regulate the control voltage (VS) as a function of the assigned value and a predetermined deformation of the mirror surface (214).
14. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 - 13, wobei eine Mehrzahl an Aktuator-Einrichtungen (220) an dem zumindest einen Spiegel (210) ange- ordnet ist, und wobei jede der Aktuator -Einrichtungen (220) der Mehrzahl indi- viduell steuerbar ist. 14. Optical system according to one of claims 1-13, wherein a plurality of actuator devices (220) is arranged on the at least one mirror (210), and wherein each of the actuator devices (220) of the plurality is individually is controllable.
15. Lithographieanlage (110A, 100B) mit einem optischen System (200) gemäß einem der Ansprüche 1 - 13. 15. lithography system (110A, 100B) with an optical system (200) according to one of claims 1-13.
16. Verwendung eines mit einer Aktuator -Einrichtung (220) gekoppelten Spie- gels (210) in einem optischen System (200), wobei der Spiegel (210) einen Spie- gelkörper (212) und eine SpiegeloberfLäche (214) aufweist, und wobei die Aktua- tor-Einrichtung (220) aufweist: zumindest ein elektrostriktives Aktuator-Element (222) zum Erzeugen ei- ner mechanischen Spannung in dem Spiegelkörper (212) zum Deformieren der Spiegeloberfläche (214) in Abhängigkeit von einer elektrischen Ansteuerspan- nung (VS), zumindest ein elektrostriktives Sensor-Element (224) zum Ausgeben eines Sensorsignals (SS) in Abhängigkeit von einer Deformation des Sensor-Elements (224), wobei das zumindest eine Sensor-Element (224) direkt an das Aktuator- Element (222) angrenzend angeordnet ist und/oder auf einer der Spiegeloberflä- che (214) abgewandten Seite des Spiegelkörpers (212) und durch zumindest das Aktuator-Element (222) von dem Spiegelkörper (212) getrennt angeordnet ist und/oder derart angeordnet ist, dass es zumindest teilweise zum Übertragen der von dem Aktuator-Element (222) erzeugten mechanischen Spannung auf den Spiegelkörper (212) eingerichtet ist, und wobei die Aktuator -Einrichtung (220) derart mit dem Spiegelkörper (212) gekop- pelt ist, dass die Spiegeloberfläche (214) in Abhängigkeit der elektrischen An- steuerspannung (VS) deformiert wird. 16. Use of a mirror (210) coupled to an actuator device (220) in an optical system (200), the mirror (210) having a mirror body (212) and a mirror surface (214), and wherein the actuator device (220) has: at least one electrostrictive actuator element (222) for generating a mechanical tension in the mirror body (212) for deforming the mirror surface (214) as a function of an electrical control voltage (VS), at least one electrostrictive sensor element (224) for outputting a sensor signal (SS) as a function of a deformation of the sensor element (224), the at least one sensor element (224) being arranged directly adjacent to the actuator element (222) and / or on one of the mirror surfaces surface of the mirror body (212) facing away from the surface (214) and separated from the mirror body (212) by at least the actuator element (222) and / or is arranged in such a way that it is at least partially used to transmit the from the actuator element ( 222) generated mechanical tension is set up on the mirror body (212), and wherein the actuator device (220) is coupled to the mirror body (212) in such a way that the mirror surface ( 214) is deformed depending on the electrical control voltage (VS).
17. Verfahren zum Betreiben eines optischen Systems (200) mit zumindest ei- nem Spiegel (210), welcher einen Spiegelkörper (212) und eine Spiegeloberfläche (214) aufweist, und mit zumindest einer mit dem Spiegelkörper (212) gekoppel- ten Aktuator-Einrichtung (220) zum Deformieren der Spiegeloberfläche (214), mit den Schritten: 17. A method for operating an optical system (200) with at least one mirror (210), which has a mirror body (212) and a mirror surface (214), and with at least one actuator coupled to the mirror body (212). Device (220) for deforming the mirror surface (214), with the steps:
Ansteuern eines elektrostriktiven Aktuator-Elements (222) der Aktuator- Einrichtung (220) mit einer elektrischen Ansteuerspannung (VS), so dass eine mechanische Spannung in dem Spiegelkörper (212) erzeugt wird und die Spie- geloberfläche (214) deformiert wird, Controlling an electrostrictive actuator element (222) of the actuator device (220) with an electrical control voltage (VS), so that a mechanical tension is generated in the mirror body (212) and the mirror surface (214) is deformed,
Erfassen eines Sensorsignals (SS) mittels zumindest eines elektrostriktiven Sensor-Elements (224) der Aktuator-Einrichtung (220) in Abhängigkeit einer Deformation des Sensor-Elements (224), wobei das zumindest eine Sensor- Element (224) direkt an das Aktuator-Element (222) angrenzend angeordnet ist und/oder auf einer der Spiegeloberfläche (214) abgewandten Seite des Spiegel- körpers (212) und durch zumindest das Aktuator-Element (222) von dem Spie- gelkörper (212) getrennt angeordnet ist und/oder derart angeordnet ist, dass es zumindest teilweise zum Übertragen der von dem Aktuator-Element (222) er- zeugten mechanischen Spannung auf den Spiegelkörper (212) eingerichtet ist, und Detection of a sensor signal (SS) by means of at least one electrostrictive sensor element (224) of the actuator device (220) as a function of a deformation of the sensor element (224), the at least one sensor element (224) being directly connected to the actuator Element (222) is arranged adjacent and / or is arranged on a side of the mirror body (212) facing away from the mirror surface (214) and separated from the mirror body (212) by at least the actuator element (222) and / or is arranged in such a way that it is at least partially used to transmit the signals generated by the actuator element (222) generated mechanical stress is set up on the mirror body (212), and
Ermitteln der Deformation der Spiegeloberfläche (214) in Abhängigkeit des erfassten Sensorsignals (SS). Determining the deformation of the mirror surface (214) as a function of the detected sensor signal (SS).
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