Optisches Element mit einer Mehrzahl von reflektiven Facettenelementen Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Element zur Verwendung in einer Beleuchtungsoptik einer EUV Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage mit einer Mehrzahl von reflektiven Facettenelementen, eine Beleuchtungsoptik zur Verwendung in einer EUV Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage, eine derartige
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage und ein Verfahren zur Veränderung einer Beleuchtungsverteilung erzeugt mit Hilfe einer erfindungsgemäßen
Beleuchtungsoptik.
Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlagen dienen zur Herstellung von
mikrostrukturierten Bauelementen mittels eines photolithographischen Verfahrens. Dabei wird eine strukturtragende Maske, das sogenannte Retikel, mit Hilfe einer Lichtquelleneinheit und einer Beleuchtungsoptik beleuchtet und mit Hilfe einer
Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei stellt die
Lichtquelleneinheit eine Strahlung zur Verfügung, die in die Beleuchtungsoptik geleitet wird. Die Beleuchtungsoptik dient dazu, am Ort der strukturtragenden Maske eine gleichmäßige Ausleuchtung mit einer vorbestimmten winkelabhängigen
Intensitätsverteilung zur Verfügung zu stellen. Hierzu sind innerhalb der
Beleuchtungsoptik verschiedene geeignete optische Elemente vorgesehen. Die so ausgeleuchtete strukturtragende Maske wird mit Hilfe der Projektionsoptik auf eine photosensitive Schicht abgebildet. Dabei wird die minimale Strukturbreite, die mit Hilfe einer solchen Projektionsoptik abgebildet werden kann, unter anderem durch die Wellenlänge der verwendeten Strahlung bestimmt. Je kleiner die Wellenlänge der Strahlung ist, desto kleinere Strukturen können mit Hilfe der Projektionsoptik abgebildet werden. Hierbei wird hauptsächlich Abbildungsstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 193nm oder Abbildungsstrahlung im Bereich des extremen Ultravioletts (EUV), d.h. im Bereich von 5nm bis 15nm, verwendet. Bei der Verwendung von
Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 193nm kommen sowohl refraktive optische Elemente als auch reflektive optische Elemente innerhalb der
Beleuchtungsoptik und der Projektionsoptik zum Einsatz. Bei Verwendung von
Abbildungsstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 5nm bis 15nm werden dagegen ausschließlich reflektive optische Elemente (Spiegel) verwendet.
Bei einer Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage ist es erforderlich, dass während des ganzen Betriebes an der photosensitiven Schicht gleichbleibende
Einstrahlungsbedingungen vorliegen. Nur so können mikrostrukturierte Bauelemente mit gleichbleibender Qualität hergestellt werden. Daher müssen auch die
Einstrahlungsbedingungen an der strukturtragenden Maske möglichst gleichbleibend sein. Dabei müssen an der strukturtragenden Maske sowohl die Intensitätsverteilung der einfallenden Strahlung über den Ort auf der Maske als auch die winkelabhängige Intensitätsverteilung an jedem Ort der Maske vorgegebenen Bedingungen genügen. Verschiedene Einflüsse können während des Betriebs jedoch die Intensitätsverteilung und die winkelabhängige Intensitätsverteilungen an der strukturtragenden Maske verändern. Dies kann z.B. eine Erwärmung von reflektiven optischen Elementen sein, die daraufhin ihre Position oder Form geringfügig ändern. Weiterhin ist es möglich, dass die Lichtquelleneinheit Veränderungen erfährt. Hier kommen z.B.
Positionsveränderungen des Quellplasmas, von dem die Strahlung erzeugt wird, in Bezug auf einen Kollektor in Betracht. Weiterhin können z.B. auch Kontaminationen dazu führen, dass sich die Reflektivität einzelner oder aller optischen Elemente der Lichtquelleneinheit oder der Beleuchtungsoptik verändert. Alle diese Einflüsse führen zu einer Veränderung der Strahlungsverteilungen an der strukturtragenden Maske. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Beleuchtungsoptik derart auszubilden, dass diese auf einfache Weise umkonfiguriert werden kann, um auf solche beschriebenen
Systemveränderungen zu reagieren.
Es ist demnach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element zur Verwendung in einer Beleuchtungsoptik einer EUV Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage zur Verfügung zu stellen, mit dem auf einfache Weise die Richtung und/oder die Intensität zumindest eines Teils der Beleuchtungsstrahlung innerhalb der Beleuchtungsoptik verändert werden kann. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechende Beleuchtungsoptik bzw. eine entsprechend weitergebildete Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage zur Verfügung zu stellen.
Weiterhin ist es Aufgabe ein Verfahren bereitzustellen, mit dem auf einfache Weise die Richtung und/oder die Intensität zumindest eines Teils der Beleuchtungsstrahlung innerhalb der Beleuchtungsoptik verändert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein optisches Element zur Verwendung in einer Beleuchtungsoptik einer EUV Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage
umfassend eine Mehrzahl von reflektiven Facettenelementen mit jeweils mindestens einer reflektiven Fläche. Dabei ist mindestens ein Facettenelement drehbar um eine Drehachse angeordnet, wobei die Drehachse die mindestens eine reflektive Fläche dieses Facettenelementes schneidet. Dies hat den Vorteil, dass die erforderliche mechanische Aufhängung und Aktuatorik zum Drehen auf der strahlungsabgewandten Seite der reflektiven Fläche angebracht werden kann. Hierdurch wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die es ermöglicht eine große Zahl erfindungsgemäßer Facettenelemente dicht gepackt nebeneinander anzuordnen, so dass die reflektiven Flächen der einzelnen Facettenelemente einen geringen Abstand zueinander haben.
In einer Ausführungsform ist das optische Element derart ausgestaltet, dass das mindestens eine Facettenelement lediglich zwischen zwei Drehendstellungen drehbar ist. Für viele Anwendungen ist es ausreichend, wenn das Facettenelement in genau zwei Stellungen präzise eingestellt werden kann. Bei einem solchen Fall ist es vorteilhaft, wenn das Facettenelement lediglich zwischen zwei Drehendstellungen drehbar ist, da es genügt, die Drehendstellungen präzise mechanisch festzulegen und darauf verzichtet werden kann, alle möglichen Drehstellungen mit der gleichen
Genauigkeit einstellen zu können. Hierdurch wird die mechanische Realisierung vereinfacht, da zum Beispiel auf einen hochpräzisen Stellmotor verzichtet werden kann. Stattdessen wird die Präzision durch die statischen Drehendstellungen vorgegeben.
In einem Spezialfall für eine derartige Ausführungsform ist das mindestens eine
Facettenelement in einem Trägerelement drehbar angeordnet, wobei Trägerelement und Facettenelement jeweils Endanschläge aufweisen, welche die Drehendstellungen definieren. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise durch mechanisch leicht herzustellende hochpräzise Endanschläge eine ausreichende Präzision der
Drehendstellungen erreicht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des optischen Elements weist die reflektive Fläche des mindestens einen Facettenelementes einen Normalenvektor auf, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt, und der Winkel zwischen dem Normalenvektor und der Drehachse kleiner ist als 20°.
Ein Normalenvektor zu einer reflektiven Fläche ist definiert als ein Vektor der Länge 1 , der im Mittelpunkt der Fläche senkrecht auf der reflektiven Fläche steht. Damit legt die Richtung des Normalenvektors die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum fest. Durch den Winkel kleiner als 20° wird der bereits erwähnte Vorteil der kompakten Bauform noch verstärkt. Mechanische Aufhängung und Aktuatorik zum Drehen ist typischerweise im Wesentlichen entlang der Drehachse angeordnet. Bei einem Winkel zwischen dem Normalenvektor und der Drehachse, der kleiner ist als 20°, kann daher ein großer Teil der erforderlichen mechanische Aufhängung und Aktuatorik zum Drehen auf der strahlungsabgewandten Seite der reflektiven Fläche angebracht werden, so dass eine große Zahl erfindungsgemäßer Facettenelemente dicht nebeneinander gepackt werden können, ohne dass sich große Abstände der reflektiven Flächen ergeben.
In einer Ausgestaltung des optischen Elements weist die reflektive Fläche des mindestens einen Facettenelementes einen Normalenvektor auf, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt, wobei der Winkel zwischen dem Normalenvektor und der Drehachse von Null verschieden ist. Insbesondere ist der Winkel größer als 1 °, bevorzugt größer als 1 °, besonders bevorzugt größer als 2°. Dies hat den Vorteil, dass durch Drehen des Facettenelementes um die Drehachse, die Richtung des Normalenvektors und damit die Orientierung der reflektiven Fläche verändert werden kann. Die Veränderung ist umso größer je größer der Winkel zwischen Drehachse und Normalenvektor ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung umfasst das optisches Element zur Verwendung in einer Beleuchtungsoptik einer EUV Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage eine Mehrzahl von reflektiven Facettenelementen, wobei mindestens ein Facettenelement zumindest eine erste reflektive Fläche und eine zweite reflektive Fläche aufweist und um eine Drehachse drehbar angeordnet ist. Ein solches Element ermöglicht durch Drehen um die Drehachse unterschiedliche reflektive Flächen in einen Strahlengang zu bringen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung schließt dabei die Drehachse mit einem ersten Normalenvektor zur ersten optischen Fläche einen ersten Winkel ein und mit einem zweiten Normalenvektor zur zweiten optischen Fläche einen zweiten Winkel, wobei der erste und der zweite Winkel sich um mehr als 1 ° unterscheiden. Dies hat den Vorteil, dass durch Drehen um die Drehachse festgelegt werden kann, ob beim Einsatz des optischen Elementes die erste oder die zweite optische Fläche mit Strahlung
beaufschlagt wird. Dadurch, dass die Normalenvektoren der beiden reflektiven Flächen unterschiedliche Winkel mit der Drehachse einschließen, wird erreicht, dass die auftreffende Strahlung unter unterschiedlichen Reflektionswinkel reflektiert wird je nachdem, auf weiche der beiden Flächen sie trifft. Unter dem Reflektionswinkel wird dabei der Winkel zwischen einfallender und reflektierter Strahlung verstanden.
Alternativ oder ergänzend weisen die erste und die zweite reflektive Fläche eine unterschiedliche Reflektivität auf, so dass die auftreffende Strahlung mit
unterschiedlicher Intensität reflektiert wird je nachdem, auf weiche der beiden Flächen sie trifft.
In einer weiteren Variante sind sowohl die Winkel der Normalenvektoren zur Drehachse unterschiedlich als auch die Reflektivitäten der beiden reflektiven Flächen, so dass sowohl ein unterschiedlicher Reflektionswinkel als auch eine unterschiedliche Intensität der reflektierten Strahlung erreicht wird.
In einer weitergebildeten Ausführungsform ist das mindestens eine Facettenelement mit einem Aktuator zur Drehung um die Drehachse verbunden. Hierdurch lässt sich eine schnelle Änderung der Drehstellungen bewirken und es kann sehr flexibel auf
Änderungen in der Lichtquelleneinheit oder der Beleuchtungsoptik reagiert werden.
Eine Beleuchtungsoptik zur Verwendung in einer EUV Mikrolithographie- Projektionsbelichtungsanlage umfassend ein erfindungsgemäßes optisches Element hat die gleichen Vorteile, die im Hinblick auf das optische Element beschrieben wurden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Beleuchtungsoptik zur Verwendung in einer EUV Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend ein optisches Element mit einer Mehrzahl von reflektiven Facettenelementen, wobei mindestens ein Facettenelement zumindest eine erste reflektive Fläche und eine zweite
reflektive Fläche aufweist und um eine Drehachse drehbar angeordnet ist. Hierbei ist das optische Element derart ausgebildet, dass während des Betriebs der
Beleuchtungsoptik in einer ersten Drehstellung des Facettenelementes nur die erste reflektive Fläche mit Strahlung beaufschlagt wird und in einer zweiten Drehstellung nur die zweite reflektive Fläche, jedoch nicht beide reflektiven Flächen gleichzeitig. Dies hat den Vorteil, dass durch Drehen um die Drehachse einfach festgelegt werden kann, ob beim Einsatz des optischen Elementes die erste oder die zweite optische Fläche mit Strahlung beaufschlagt wird. Je nach den Eigenschaften der beiden reflektiven Flächen kann die reflektierte Strahlung auf unterschiedliche Weise beeinflusst werden.
In einer Weiterbildung weist die erste reflektive Fläche in der ersten Drehstellung einen ersten Normalenvektor auf und die zweite reflektive Fläche in der zweiten Drehstellung einen zweiten Normalenvektor. Dabei ist Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Normalevektor größer als 1 °, so dass die auftreffende Strahlung unter
unterschiedlichen Reflektionswinkel reflektiert wird je nachdem, auf weiche der beiden Flächen sie trifft.
Bei einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung weisen die die erste und die zweite reflektive Fläche eine unterschiedliche Reflektivität für die einfallende Strahlung auf. Dies ermöglicht ein gezieltes leichtes Abschwächen der Strahlungsintensität der reflektierten Strahlung, indem die reflektive Fläche mit der geringeren Reflektivität in eine Position gebracht wird, in der sie mit Strahlung beaufschlagt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Beleuchtungsoptik ein Messsystem und ein Steuersystem, das mit dem Messsystem und mit einem Aktuator zur Drehung des mindestens einen Facettenelements um die Drehachse in Signalverbindung steht, so dass der Aktuator beruhend auf einem Signal des Messsystems angesteuert werden kann. Hierdurch kann gezielt und schnell auf Änderungen, die vom Messsystem registriert werden, reagiert werden, so dass die Beleuchtungsoptik nicht bzw. nicht lange außer Betrieb genommen werden muss. Sobald die vom Messsystem an das Steuersystem gelieferten Informationen auf eine nicht zu tolerierende Änderung hinweisen, kann ein Steuersignal generiert werden, mit dem ein Aktuator angesteuert wird, der das Facettenelement um die Drehachse dreht, so dass sich eine Korrektur ergibt.
In einer weitergebildeten Form ist das Messsystem zur Messung einer
winkelabhängigen Intensitätsverteilung am Objektfeld ausgebildet. Dabei wird unter einer winkelabhängigen Intensitätsverteilung eine Funktion verstanden, die die
Intensität der einfallenden Strahlung an einem Ort in Abhängigkeit der Einfallsrichtung angibt. Dabei kann die Einfallsrichtung durch zwei Einfallswinkel parametrisiert werden. Eine derartige Ausgestaltung des Messsystems hat den Vorteil, dass eine Messgröße bestimmt wird, die direkt die Güte der nachfolgenden Abbildung beeinflusst. Außerdem steht die winkelabhängige Intensitätsverteilung in einem einfachen Zusammenhang zur Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element, da dieses üblicherweise in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik angeordnet ist. Der Einfluss einer Drehung eines Facettenelementes des zweiten optischen Elements um die Drehachse auf die winkelabhängige Intensitätsverteilung kann daher besonders gut vorhergesagt werden, so dass eine Korrektur von ungewollten Änderungen einfach vorgenommen werden kann.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Beleuchtungsoptik zur
Ausleuchtung eines Objektfeldes in einer Objektebene ein erstes optisches Element mit mindestens einem ersten und einem zweiten reflektiven Facettenelement und ein zweites optisches Element mit mindestens einem ersten und einem zweiten reflektiven Facettenelement. Dabei ist das zweite optische Element derart ausgeführt, dass mindestens eines der reflektiven Facettenelemente des zweiten optischen Elements eine erste Stellung einnehmen kann, in der es während des Betriebs der
Beleuchtungsoptik ein, von dem ersten reflektiven Facettenelement des ersten optischen Elements ausgehendes, Strahlungsbündel in Richtung auf das Objektfeld lenkt, und eine zweite Stellung, in der es während des Betriebs der Beleuchtungsoptik ein, von dem zweiten reflektiven Facettenelement des ersten optischen Elements ausgehendes, Strahlungsbündel in Richtung auf das Objektfeld lenkt. In der ersten Stellung ist das mindestens eine reflektive Facettenelement des zweiten optischen Elements somit dem ersten reflektiven Facettenelement des ersten optischen
Elementes zugeordnet und in der zweiten Stellung dem zweiten reflektiven
Facettenelement des ersten optischen Elements. Je nach Zuordnung wird somit entweder ein Strahlungsbündel, das vom ersten reflektiven Facettenelement des ersten optischen Elementes ausgeht, durch das mindestens eine reflektive Facettenelement des zweiten optischen Elements in Richtung auf das Objektfeld abgelenkt oder ein Strahlungsbündel, das vom zweiten reflektiven Facettenelement des zweiten optischen
Elementes ausgeht. Durch eine Änderung der Stellung des mindestens einen reflektiven Facettenelementes, das heißt durch eine Änderung der Zuordnung der Facettenelemente des ersten optischen Elementes zu den Facettenelementen des zweiten optischen Elements, kann somit eine Änderung der Intensitätsverteilung über das Objektfeld und der winkelabhängigen Intensitätsverteilung am Ort des Objektfeldes bewirkt werden, da je nach Stellung unterschiedliche Strahlungsbündel auf das
Objektfeld gelenkt werden.
In einer weitergebildeten Form der Beleuchtungsoptik ist zusätzlich das erste optische Element derart ausgeführt ist, dass mindestens eines der reflektiven Facettenelemente des ersten optischen Elements eine erste Stellung einnehmen kann, in der es während des Betriebs der Beleuchtungsoptik Strahlung auf ein erstes reflektives
Facettenelement des zweiten optischen Elements lenkt, und eine zweite Stellung, in der es während des Betriebs der Beleuchtungsoptik Strahlung auf ein zweites reflektive Facettenelement des zweiten optischen Elements lenkt.
Diese Weiterbildung ermöglicht es, dass ein Strahlungsbündel, das von einem ersten Facettenelement des ersten optischen Elementes ausgeht, je nach Stellung der
Facettenelemente des ersten optischen Elementes und der Facettenelemente des zweiten optischen Elementes das Objektfeld auf unterschiedlichen Wegen in der Beleuchtungsoptik erreichen kann. Hierdurch wird eine sehr flexible Anpassung der winkelabhängigen Intensitätsverteilung am Ort des Objektfeldes erreicht, da das gleiche Strahlungsbündel bei einer ersten Einstellung der Facettenelemente das Objektfeld aus einer ersten Richtung erreicht und bei einer zweiten Einstellung der Facettenelemente das Objektfeld aus einer zweiten Richtung. Auf diese Weise können Veränderungen in der winkelabhängigen Intensitätsverteilung am Ort des Objektfeldes, die zum Beispiel durch Kontaminationen von optischen Elementen während des Betriebs auftreten, zumindest teilweise korrigiert werden.
Bei einer ersten Variante der Erfindung ist das zweite optische Element derart ausgeführt, dass mindestens eines der reflektiven Facettenelemente des zweiten optischen Elements neben der beschriebenen ersten und zweiten Stellung eine dritte Stellung einnehmen kann, in der es kein Strahlungsbündel in Richtung auf das
Objektfeld lenkt.
In einer zweiten Variante der Erfindung umfasst die Beleuchtungsoptik zur Ausleuchtung eines Objektfeldes in einer Objektebene ein erstes optisches Element mit mindestens einem ersten reflektiven Facettenelement und ein zweites optischen Element mit mindestens einem ersten reflektiven Facettenelement. Dabei ist das zweite optische Element derart ausgeführt, dass mindestens eines der reflektiven
Facettenelemente des zweiten optischen Elements eine erste Stellung einnehmen kann, in der es während des Betriebs der Beleuchtungsoptik ein, von dem ersten reflektiven Facettenelement des ersten optischen Elements ausgehendes,
Strahlungsbündel in Richtung auf das Objektfeld lenkt, und eine zweite Stellung, in der es kein Strahlungsbündel in Richtung auf das Objektfeld lenkt.
Bei beiden Varianten können Veränderungen in der winkelabhängigen
Intensitätsverteilung am Ort des Objektfeldes zumindest teilweise korrigiert werden. Dies geschieht dadurch, dass in einer Stellung der Normalenvektor der reflektiven Fläche des mindestens einen reflektiven Facettenelemente des zweiten optischen Elements derart orientiert ist, dass ein Strahlbündel, das auf die reflektive Fläche trifft, nicht in Richtung auf das Objektfeld reflektiert wird sondern zum Beispiel in Richtung auf eine Blende oder auf eine Umhausung der Beleuchtungsoptik. Das Strahlbündel wird somit abgeschattet und erreicht das Objektfeld nicht. Durch einfaches Wechseln der Stellung eines Facettenelementes kann somit gezielt ein Strahlbündel abgeschattet werden. Da es bei dieser Stellung nicht auf die präzise Richtung des reflektierten Strahlbündels ankommt und damit nicht auf die präzise Richtung des Normalenvektors ankommt, kann eine solche Stellung einfach realisiert werden.
Eine Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage umfassend eine zuletzt
beschriebene Beleuchtungsoptik hat die gleichen Vorteile, die im Hinblick auf die Beleuchtungsoptik erläutert wurden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Veränderung einer
winkelabhängigen Intensitätsverteilung einer Strahlung am Ort eines Objektfeldes zur Verfügung gestellt, wobei die winkelabhängige Intensitätsverteilung mit Hilfe einer vorbeschriebenen Beleuchtungsoptik erzeugt wurde. Bei einer solchen
Beleuchtungsoptik trifft während des Betriebs Strahlung auf das erfindungsgemäße optische Element, so dass nach der Reflektion an der Mehrzahl von reflektiven
Facettenelementen sich eine Mehrzahl von Strahlungsbündeln ergibt. Durch Drehen
des mindestens einen Facettenelementes um die Drehachse ändert sich für zumindest ein Strahlungsbündel entweder der Reflektionswinkel oder die Intensität oder beides. Dies hat den Vorteil, dass durch einfaches Drehen des Facettenelementes eine flexible Änderung der winkelabhängigen Intensitätsverteilung erreicht werden kann.
In einer weitergebildeten Form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die winkelabhängige Intensitätsverteilung am Ort des Objektfeldes vermessen und dann beruhend auf dieser Messung mindestens ein Facettenelement gedreht, so dass sich die winkelabhängige Intensitätsverteilung am Ort des Objektfeldes ändert. Hierdurch können Änderungen der winkelabhängigen Intensitätsverteilung, die bei der Messung registriert werden, zumindest teilweise durch Drehen des mindestens einen
Facettenelementes korrigiert werden.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand der Zeichnungen.
Figur 1 zeigt in zwei Teilbildern eine Ausführungsform eines reflektiven
Facettenelementes In zwei Drehstellungen.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das reflektive Facettenelement nach Figur 1 .
Figur 3a zeigt eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage mit einer
Beleuchtungsoptik.
Figur 3b zeigt eine Aufsicht auf das erste optische Element. Figur 3c zeigt eine Aufsicht auf das zweite optische Element
Die Figuren 4a und 4b zeigen schematisch die Funktionsweise des erfindungsgemäßen optischen Elementes als zweites optisches Element in der Beleuchtungsoptik nach Figur 3a
Figur 4c zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen optischen Element in einer weitergebildeten Form
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform für eine mechanische Fassungstechnik eines drehbar gelagerten Facettenelementes mit einem Aktuator.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform eines reflektiven Facettenelementes mit einer Mehrzahl von reflektiven Flächen.
Figur 7 zeigt eine zweite Ausführungsform eines reflektiven Facettenelementes mit einer Mehrzahl von reflektiven Flächen.
Figur 8a zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 7, bei der eine
Mehrzahl von Facettenelementen miteinander verbunden ist.
Figur 8b zeigt eine Aufsicht auf ein optisches Element mit einer Mehrzahl von
reflektiven Facettenelementen, die entsprechend der Ausführungsform nach Figur 8a gruppenweise miteinander verbunden sind.
Die Bezugszeichen sind so gewählt, dass Objekte, die in Figur 1 dargestellt sind, mit einstelligen oder zweistelligen Zahlen versehen wurden. Die in den weiteren Figuren dargestellten Objekte haben Bezugszeichen, die drei- oder mehrstellig sind, wobei die letzten beiden Ziffern das Objekt angeben und die vorangestellte Ziffer die Nummer der Figur, auf der das Objekt dargestellt ist. Damit stimmen die Bezugsziffern von gleichen Objekten, die in mehreren Figuren dargestellt sind, in den letzten beiden Ziffern überein. Gegebenenfalls findet sich die Beschreibung dieser Objekte im Text zu einer
vorhergehenden Figur.
Figur 1 zeigt ein reflektives Facettenelement 1 , das in einem Trägerelement 3 drehbar angeordnet ist. Das reflektive Facettenelement 1 weist dabei eine reflektive Fläche 5 mit einem Normalenvektor 7 auf, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche 5 im Raum festlegt. Das reflektive Facettenelement 1 ist dabei drehbar um die Drehachse 9 angeordnet. Die Drehachse 9 schneidet zum Einen die reflektive Fläche 5 und schließt zum Anderen mit dem Normalenvektor 7 einen von 0° verschiedenen Winkel 1 1 ein. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Richtung des Normalenvektors 7 durch Drehen des reflektiven Facettenelementes 1 um die Drehachse 9 zu verändern. Insbesondere das Merkmal, dass die Drehachse 9 die reflektive Fläche 5 schneidet, hat
den Vorteil, dass die erforderliche mechanische Aufhängung und Aktuatorik zum
Drehen auf der strahlungsabgewandten Seite der reflektiven Fläche angebracht werden kann. Hierdurch wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die es ermöglicht eine große Zahl erfindungsgemäßer Facettenelemente dicht gepackt nebeneinander anzuordnen. Diese Vorteile werden noch verstärkt, wenn der Winkel zwischen dem Normalenvektor und der Drehachse kleiner ist als 20°. Bei einer Drehung des
reflektiven Facettenelementes 1 um die Drehachse 9 umschreibt der Normalenvektor 7 einen Kegel, dessen Öffnungswinkel doppelt so groß ist wie der Winkel 1 1 zwischen der Drehachse 9 und dem Normalenvektor 7. Die Spitze des Kegels liegt dabei am
Schnittpunkt zwischen der Drehachse 9 und der reflektiven Fläche 5.
Figur 1 zeigt das reflektive Facettenelement 1 in einer ersten Drehstellung 13 und in einer zweiten Drehstellung 15. Die beiden Drehstellungen 13 und 15 unterscheiden sich dabei um eine Drehung um 180°. Dies führt dazu, dass der Winkel zwischen dem Normalenvektor 7 in der ersten Drehstellung 13 und dem Normalenvektor 7 in der zweiten Drehstellung 15 doppelt so groß ist wie der Winkel 1 1 zwischen der Drehachse 9 und dem Normalenvektor 7. Dies tritt immer dann auf, wenn die Drehachse 9 parallel zur Summe der Normalenvektoren 7 in den beiden Drehstellungen ist. Um demnach zu erreichen, dass die Normalenvektoren in zwei Drehstellung sich um einen Winkel unterscheiden, der größer ist als 2°, muss der Winkel 1 1 zwischen der Drehachse und dem Normalevektor 7 größer als 1 ° gewählt werden. Ein Winkel größer als 2° ist vorteilhaft, um durch die Drehung eine ausreichende Änderung des Reflexionswinkels eines auftreffenden Strahlungsbündels zu gewährleisten wie anhand von Figur 4a und Figur 4b erläutert.
In der Ausführungsform nach Figur 1 weist das reflektive Facettenelement 1 einen Nocken 17 auf, der derart am reflektiven Facettenelement 1 angeordnet ist, dass er bei Drehung des reflektiven Facettenelementes 1 um die Drehachse 9 seine Position verändert. Das Trägerelement 3 weist dabei Anschlagflächen 19 auf, die die Bewegung des Nockens 17 bei der Drehung um die Drehachse 9 begrenzen. Auf diese Weise kann das Facettenelement 1 nicht jede beliebige Drehstellung einnehmen, sondern ist lediglich zwischen zwei Drehendstellungen drehbar. Die Drehendstellungen werden dabei durch die mechanische Anordnung des Nockens 17 und der Anschlagfläche 19, die als Endanschläge bezeichnet werden, definiert. Zur besseren Verdeutlichung ist in Figur 2 ein Schnitt durch das reflektive Facettenelement 1 im Trägerelement 3 gezeigt. Der Schnitt wurde dabei im Bereich des Nockens 17 und der Anschlagflächen 19
entlang der gestrichelten Linie 21 aus Figur 1 gemacht. Gezeigt ist die erste Drehstellung 13 aus Figur 1 . Der Nocken 217 liegt dabei direkt an der Anschlagfläche 219a an, so dass das reflektive Facettenelement 201 nur noch im Uhrzeigersinn
(angedeutet durch den Pfeil 216) gedreht werden kann, bis der Nocken 217 an die Anschlagfläche 219b stößt. Die Anschlagfläche 219b gibt somit eine erste
Drehendstellung bezüglich Drehungen im Uhrzeigersinn vor. Entsprechend definiert die Anschlagfläche 219a zusammen mit dem Nocken 217 eine zweite Drehendstellung bezüglich Drehungen gegen den Uhrzeigersinn. Da die Endanschläge (Nocken 217, Anschlagflächen 219a, 219b) sehr präzise mechanisch gefertigt werden können, können die Drehendstellungen sehr präzise vorgegeben werden. Somit ist auch die Richtung des Normalenvektors 7 (Figur 1 ) sehr genau definiert, wenn das reflektive Facettenelement 1 sich in einer Drehendstellung befindet. Das Facettenelement kann auch zusätzlich zwischen den Drehendstellungen angehalten werden, um eine weitere, dritte Stellung zu realisieren. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn durch die dritte Stellung ein Abschatten eines auftreffenden Strahlbündels erreicht werden soll.
Typischerweise kann eine solche dritte Stellung zwischen zwei Drehendstellungen nicht so präzise eingestellt werden wie eine der beiden Drehendstellungen. Dies ist jedoch auch nicht erforderlich, da es zum Abschatten eines auftreffenden Strahlbündels ausreichend ist, wenn das Strahlungsbündel in irgendeine Richtung reflektiert wird, solange es nicht in Richtung auf das Objektfeld reflektiert wird.
In der Ausführungsform nach Figur 2 unterscheiden sich die beiden Drehendstellungen um eine Drehung um die Drehachse um einen Winkel von 180°. Andere Drehwinkel als 180° können ebenfalls durch geeignete mechanische Ausführung des Nocken 217 und der Anschlagflächen 219a und 219b erreicht werden. Die Ausführung mit
Endanschlägen ist optional zu verstehen. Eine Ausführung ohne Endanschläge ist ebenfalls möglich.
Figur 3a zeigt eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Projektionsbelichtungsanlage 323 mit einer Beleuchtungsoptik 325. Die
Beleuchtungsoptik 325 umfasst dabei ein erstes optisches Element 327 mit einer Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen 329 und ein zweites optisches Element 331 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 333. Im Lichtweg nach dem zweiten optischen Element 331 sind ein erster Teleskopspiegel 335 und ein zweiter Teleskopspiegel 337 angeordnet, die beide unter senkrechtem Einfall betrieben werden, d.h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 0° und
45° auf beide Spiegel. Unter dem Einfallswinkel wird dabei der Winkel zwischen einfallender Strahlung und der Normalen zur reflektiven Fläche verstanden.
Nachfolgend ist ein Umlenkspiegel 339 angeordnet, der die auf ihn treffende Strahlung auf das Objektfeld 341 in der Objektebene 343 lenkt. Der Umlenkspiegel 339 wird unter streifendem Einfall betrieben, d.h. die Strahlung trifft unter einem Einfallswinkel zwischen 45° und 90° auf den Spiegel. Am Ort des Objektfeldes 341 ist eine reflektive strukturtragende Maske angeordnet, die mit Hilfe der Projektionsoptik 345 in die
Bildebene 347 abgebildet wird. Die Projektionsoptik 345 umfasst sechs Spiegel 349, 351 , 353, 355, 357 und 359. Alle sechs Spiegel der Projektionsoptik 345 weisen jeweils eine reflektive Fläche auf, die entlang einer um die optische Achse 360
rotationssymmetrischen Fläche verläuft.
Figur 3b zeigt eine Aufsicht auf das erste optische Element 327, das eine Mehrzahl von ersten reflektiven Facettenelementen 329 umfasst.
Figur 3c zeigt eine entsprechende Aufsicht auf das zweite optische Element 331 mit einer Mehrzahl von zweiten reflektiven Facettenelementen 333. Die Anzahl der ersten Facettenelemente 329 kann genauso groß sein wie die Anzahl der zweiten
Facettenelemente 331 . Alternativ kann die Anzahl der ersten Facettenelemente 329 auch größer oder kleiner sein als die Anzahl der zweiten Facettenelemente 331 .
Die Mikrolithographie-Projektionsbelichtungsanlage nach Figur 3a umfasst ferner eine Lichtquelleneinheit 361 , die Strahlung auf das erste optische Element 327 lenkt. Die Lichtquelleneinheit 361 umfasst dabei ein Quellplasma 365 und einen Kollektorspiegel 363. Die Lichtquelleneinheit 361 kann in verschiedenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Es kann sich dabei um eine Laserplasmaquelle (LPP) handeln, bei der ein eng begrenztes Quellplasma 365 erzeugt wird, indem ein kleines Materialtröpfchen mit einem hochenergetischen Laser bestrahlt wird. Alternativ kann es sich um eine
Entladungsquelle handeln, bei der das Quellplasma 365 mit Hilfe einer Entladung erzeugt wird. In beiden Fällen tritt ein leuchtendes Quellplasma 365 auf, das Strahlung insbesondere im Wellenlängenbereich 5nm - 15nm emittiert. Diese Strahlung wird mit Hilfe des Kollektorspiegels 363 gesammelt und auf das erste optische Element 327 gelenkt. Dabei haben der Kollektorspiegel 363 und die ersten Facettenelemente 329 eine derartige optische Wirkung, dass sich Bilder des Quellplasmas 365 an den Orten der Facettenelemente 333 des zweiten optischen Elementes 331 ergeben. Hierzu
werden einerseits die Brennweite des Kollektorspiegels 363 und der ersten Facettenelemente 329 entsprechend der räumlichen Abstände gewählt. Dies geschieht z.B. in dem die reflektiven Flächen der ersten reflektiven Facettenelemente 329 mit geeigneten Krümmungen versehen werden. Andererseits weisen die ersten
Facettenelemente 329 eine reflektive Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt, wobei die
Normalenvektoren der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente 329 derart orientiert sind, dass die von einem ersten Facettenelement 329 reflektierte Strahlung auf ein speziell zugeordnetes zweites Facettenelement 333 trifft. Diese Zuordnung zwischen ersten Facettenelementen 329 und zweiten Facettenelemente 333 ermöglicht es, die Intensitätsverteilung der Strahlung auf dem zweiten optischen Element 331 anzupassen. Typischerweise erzeugt die Lichtquelleneinheit 361 keine gleichmäßige Intensitätsverteilung auf dem ersten optischen Element 327, so dass es erste
Facettenelemente gibt, die mit Strahlung höherer Intensität bestrahlt werden als andere erste Facettenelemente. Durch die Einstellung der Orientierung der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente 329 wird vorgegeben, welche ersten Facettenelemente 329 zu welchen zweiten Facettenelementen 333 zugeordnet sind, das heißt auf weiche sie Strahlung lenken. Während somit die Intensitätsverteilung der Strahlung auf dem ersten optischen Element 327 durch die Eigenschaften der Lichtquelleneinheit bzw. möglicher weiterer optischer Elemente zwischen Lichtquelleneinheit und erstem optischen Element vorgegeben wird, kann die Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 331 durch die Wahl der Orientierungen der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente 329 eingestellt werden. Man spricht von einer Mischung der Strahlung durch die optischen Elemente 327 und 331 , da die Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 331 sich von der Intensitätsverteilung auf dem ersten optischen Element 327 unterscheidet. Die Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 331 ist von besonderer Bedeutung, da das zweite optische Element in einer Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 325 angeordnet ist und somit in einer Ebene, die optisch konjugiert zur Eintrittspupillenebene der Projektionsoptik 345 liegt. Aus diesem Grund steht die Intensitätsverteilung der Strahlung auf dem zweiten optischen Element 331 in einem einfachen Zusammenhang zur winkelabhängigen Intensitätsverteilung der Strahlung im Bereich des Objektfeldes 341 und führt zu signifikanten Einflüssen auf die Güte der Abbildung durch die Projektionsoptik 345. Daher werden die Orientierungen der reflektiven Flächen der ersten Facettenelemente 329 so eingestellt, dass sich eine gewünschte Intensitätsverteilung auf dem zweiten
optischen Element 331 ergibt. Größere Veränderungen der Intensitätsverteilung auf dem ersten optischen Element 327 führen jedoch zu Änderungen der
Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 331 . Eine Kontamination des Kollektors 363 während des Betriebes führt zum Beispiel zu signifikanten Änderungen der Intensitätsverteilung auf dem ersten optischen Element 327. Hierdurch ändert sich ebenfalls die Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 331 und weicht von der gewünschten Intensitätsverteilung ab. Diese Veränderung kann während des Betriebs erfindungsgemäß vermessen werden, indem die winkelabhängige
Intensitätsverteilung der Strahlung beispielsweise im Randbereich des Objektfeldes 341 vermessen wird. Hierzu ist nahe des Objektfeldes 341 ein Messsystem 342 angeordnet. Derartige Messsysteme sind aus der DE 10 2007 061 194 A1 bekannt. Das
Messsystem 342 steht mit einem Steuersystem 344 in Signalverbindung. Weiterhin steht das Steuersystem mit mindestens einem Aktuator 332 in Signalverbindung, der mit mindestens einem ersten Facettenelement 329 verbunden ist. Zusätzlich steht das Steuersystem 344 in Signalverbindung mit einem weiteren Aktuator 334, der mit mindestens einem zweiten Facettenelement 333 verbunden ist. Beruhend auf der Messung des Messsystems generiert das Steuersystem 344 ein Steuersignal, mit dem mindestens ein Aktuator 334 zur Drehung eines zweiten Facettenelementes 333 angesteuert wird. Weiterhin generiert das Steuersystem ein zweites Steuersignal mit dem mindestens ein Aktuator 332 zur Veränderung der Orientierung der reflektiven Fläche eines ersten Facettenelementes 329 angesteuert wird. Dabei sind die ersten Facettenelemente 329 derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil der
Facettenelemente 329 eine reflektive Fläche aufweist mit einem Normalenvektor dessen Richtung im Raum mit Hilfe eines verbundenen Aktuators 332 verändert werden kann. Hierzu sind die ersten Facettenelemente 329 drehbar oder kippbar um eine Achse oder mehrere Achsen ausgeführt. Entsprechende Facettenelemente sind z.B. aus der US2005/0174650 A1 bekannt. Hierdurch kann die von den reflektiven
Facettenelementen 329 reflektierte Strahlung nicht nur auf ein einziges vorbestimmtes zweites Facettenelement 333 gerichtet werden, sondern alternativ auf verschiedene zweite Facettenelemente 333, so dass die Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 331 und damit die winkelabhängige Intensitätsverteilung der
Strahlung am Ort des Objektfeldes verändert wird. Auf diese Weise kann eine
Abweichung der Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 331 von einer gewünschten Intensitätsverteilung zumindest teilweise korrigiert werden, weil die Beleuchtungsoptik derart ausgebildet ist, dass die Zuordnung von ersten
Facettenelementen 329 zu zweiten Facettenelementen 333 auf einfache Weise verändert werden kann.
Mit Hilfe der zweiten Facettenelemente 333 und der nachfolgenden Optik, die die Spiegel 335, 337 und 339 umfasst, werden die ersten Facettenelemente 329
überlagernd auf das Objektfeld 341 in der Objektebene 343 abgebildet. Dabei versteht man unter überlagernder Abbildung, dass Bilder der ersten reflektiven
Facettenelemente 329 in der Objektebene entstehen und dort zumindest teilweise überlappen. Hierzu weisen die zweiten Facettenelemente eine reflektive Fläche auf mit einem Normalenvektor, dessen Richtung die Orientierung der reflektiven Fläche im Raum festlegt. Für jedes zweite Facettenelement 333 ist dabei die Richtung des Normalenvektors so gewählt, dass das ihm zugeordnete erste Facettenelement 329 auf das Objektfeld 341 in der Objektebene 343 abgebildet wird. Es ergibt sich in der Objektebene somit eine Überlagerung aller Bilder der ersten Facettenelemente 329. Bei einer Änderung der Zuordnung von ersten Facettenelementen 329 zu zweiten Facettenelementen 333 durch Verkippen der ersten Facettenelemente 329 muss die Orientierung der entsprechenden zweiten Facettenelemente 333 so angepasst werden, dass die Bilder der entsprechenden ersten Facettenelemente 329 immer noch am Ort des Objektfeldes 341 entstehen. Hierzu werden die zweiten Facettenelemente 333 entsprechend der Figur 1 ausgebildet.
Da die ersten Facettenelemente 329 auf das Objektfeld 341 abgebildet werden, entspricht die Form des ausgeleuchteten Objektfeldes 341 der äußeren Form der ersten Facettenelemente 329. Die äußere Form der ersten Facettenelemente 329 wird daher üblicherweise derart bogenförmig gewählt, dass die langen Berandungslinien des ausgeleuchteten Objektfeldes 341 im Wesentlichen kreisbogenförmig um die optische Achse 360 der Projektionsoptik 345 verlaufen.
Die Figuren 4a und 4b zeigen schematisch den Einsatz des erfindungsgemäßen optischen Elementes als zweites optisches Element 431 in der Beleuchtungsoptik. Dargestellt ist ein Ausschnitt aus dem zweiten optischen Element 431 mit insgesamt fünf zweiten Facettenelementen 433. Weiterhin gezeigt ist eine Aufsicht auf das erste optische Element 427 mit den ersten Facettenelementen 429 und das Objektfeld 441 . Die genaue Funktionsweise wird beispielhaft anhand der speziellen ersten
Facettenelemente 467a bzw. 467b und den speziellen zweiten Facettenelementen 469a
bzw. 469b erläutert. Im Zustand nach Figur 4a ist die reflektive optische Fläche des ersten Facettenelementes 467a derart orientiert, dass die von der Lichtquelleneinheit auf das erste Facettenelement 467a treffende Strahlung (nicht dargestellt) in Richtung auf das zweite Facettenelement 469b reflektiert wird. Es liegt also ein Strahlungsbündel zwischen dem ersten Facettenelement 467a und dem zweiten Facettenelemente 469b vor, angedeutet durch die durchgezogenen Linie. Das zweite Facettenelement 469b befindet sich in einer ersten Drehstellung, so dass die reflektive Fläche derart orientiert ist, dass ein reflektiertes Strahlungsbündel in Richtung auf das Objektfeld 441 gerichtet ist. Auf die Darstellung zusätzlicher optischen Komponenten wie den Spiegeln 335, 337 und 339 aus Figur 3a wurde in dieser schematischen Darstellung verzichtet.
Entsprechend ist die optische Fläche des ersten Facettenelementes 467b so gerichtet, dass sich ein Strahlungsbündel ergibt, das auf das zweite Facettenelement 469a gerichtet ist. Das zweite Facettenelement 469a befindet sich dabei ebenfalls in einer ersten Drehstellung, so dass die optische Fläche des zweiten Facettenelementes 469a so gerichtet ist, dass das auftreffende Strahlungsbündel in Richtung auf das Objektfeld 441 reflektiert wird. Im Zustand nach Figur 4b ist dagegen die optische Fläche des ersten Facettenelements 467a so orientiert, das sich ein Strahlungsbündel ergibt, dass auf das zweite Facettenelement 469a gerichtet ist. Die auftreffende Strahlung auf das zweite Facettenelement 469a weist demnach im Zustand nach Figur 4b eine andere Richtung auf als im Zustand nach Figur 4a.
In dieser Stellung wird das Strahlungsbündel demnach nicht in Richtung auf das
Objektfeld 441 reflektiert, sondern trifft zum Beispiel auf eine Blende oder auf eine Umhausung der Beleuchtungsoptik. Das Strahlbündel ist in dieser Stellung somit abgeschattet.
Damit das Strahlungsbündel dennoch in Richtung auf das Objektfeld 441 reflektiert wird, muss der Reflektionswinkel zwischen einfallendem und reflektierten
Strahlungsbündel und damit die Orientierung der optischen Fläche des zweiten
Facettenelements 469a geeignet angepasst werden. Hierzu wurde das zweite
Facettenelement 469a von der ersten Drehstellung, die in Figur 4a dargestellt ist, in eine zweite Drehstellung (Figur 4b) verbracht, das heißt um eine Drehachse gedreht. Auf diese Weise wird ein vom ersten Facettenelement 467a ausgehendes
Strahlungsbündel am zweiten Facettenelement 469a in beiden Zuständen nach Figur 4a und nach Figur 4b in Richtung des Objektfeldes 441 reflektiert. Entsprechendes gilt auch für das zweite Facettenelement 469b. In der ersten Drehstellung nach Figur 4a ist die reflektive optische Fläche des zweiten Facettenelementes 469b so orientiert, dass
ein Strahlungsbündel, das vom ersten Facettenelement 467a ausgeht, in Richtung des Objektfeldes 441 reflektiert wird. Es liegt ein erster Reflektionswinkel am zweiten Facettenelement 469b vor. Im Zustand nach Figur 4b befindet sich das zweite
Facettenelement 469b in einer zweiten Drehstellung, in der die optische Fläche des zweiten Facettenelementes 469b so orientiert ist, dass ein Strahlungsbündel, das diesmal vom ersten Facettenelement 467b ausgeht, in Richtung des Objektfeldes 441 reflektiert wird. Es liegt demnach ein zweiter Reflektionswinkel vor, der sich vom ersten Reflektionswinke unterscheidet. Durch einfaches Ändern der Orientierungen der ersten Facettenelemente 429 und der Drehstellung der zweiten Facettenelemente 433 kann somit die Zuordnung zwischen den ersten Facettenelementen 429 und den zweiten Facettenelementen 433 geändert werden, um eine Intensitätsverteilung auf dem zweiten optischen Element 431 und damit eine winkelabhängige Intensitätsverteilung der Strahlung am Ort des Objektfeldes 441 zu verändern. Bei einer Anzahl von 500 ersten Facettenelementen 429 und ebenfalls 500 zweiten Facettenelementen 433 lassen sich 250 Paare aus jeweils zwei ersten und zwei zweiten Facettenelementen bilden, die wie oben beschrieben einander zugeordnet sind. Jedes dieser 250 Paare kann zwei Zustände einnehmen entsprechend den Figuren 4a und 4b, so dass sich eine Gesamtzahl von 2250 möglichen Zuordnungen der 500 ersten Facettenelemente zu den 500 zweiten Facettenelementen gibt, die durch einfaches Schalten eingestellt werden können.
Figur 4c zeigt einen Ausschnitt aus dem zweiten optischen Element 431 in einer weiteren Ausführungsform. Dargestellt sind fünf zweite Facettenelemente 401 , deren Drehachsen 409 unterschiedliche Richtungen aufweisen. Je nach gewünschtem
Reflektionswinkel in der ersten und der zweiten Drehstellung wird für jedes
Facettenelement 401 die Drehachse 409 und der Normalenvektor 407 individuell festgelegt. Dabei ergibt es sich zwangsläufig, dass mindestens zwei Facettenelemente unterschiedliche Winkel zwischen Drehachse 409 und Normalenvektor 407 aufweisen. Aufgrund der unterschiedlichen Drehachsen 409 ergibt sich ferner zwangsläufig, dass die Drehachsen 409 unter unterschiedlichen Winkeln bezüglich der Oberfläche 470 des Trägerelements 403 angeordnet sind. Im allgemeinen Fall ist der Winkel zwischen der Oberfläche 470 und der Drehachse 409 eines Facettenelementes 401 verschieden von 90°.
Figur 5 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform für eine mechanische Fassungstechnik, mit der ein erfindungsgemäßes Facettenelement drehbar um eine Drehachse gehaltert werden kann, wobei die Drehachse die reflektive Fläche schneidet. Das
Facettenelement 501 ist dabei in einem Trägerelement 503 angeordnet. Dabei steht die Drehachse 509 unterm einem Winkel zur Oberfläche 570 des Trägerelementes 503, der von 90° verschieden ist. Zwischen Trägerelement 503 und Facettenelement 501 befindet sich ein Hartmetallring 571 zur Fixierung der Position des Facettenelements 501 bezüglich des Trägerelementes 503. Dabei ermöglicht der Hartmetallring 571 gleichzeitig eine Fixierung der Position und eine Drehbarkeit um die Drehachse 509, da der rotatorische Freiheitsgrad um die Drehachse 509 nicht eingeschränkt wird. Anstelle eines Hartmetallrings 571 ist auch zum Beispiel die Verwendung eines Teflonringes möglich. Das Facettenelement 501 weist einen Schaft 573 auf, der sich entlang der Drehachse 509 von der reflektiven Fläche 505 weg erstreckt. Am Ende des Schaftes 573 ist das optische Element 501 mit einem mechanischen Ausgleichselement 575 verbunden. Hierzu weist der Schaft ein Innengewinde 579 auf und das mechanische Ausgleichselement einen entsprechenden Gewindebolzen 581 . Um sicherzustellen, dass die Drehachse 509 des optischen Elements 501 nicht gegenüber dem
mechanischen Ausgleichelement 575 versetzt ist, sind sowohl am Schaft 573 als auch an dem mechanischen Ausgleichselement 575 geeignete konische Fügeflächen 583 angeordnet. Das mechanische Ausgleichelement 575 ist über Schrauben 585 mit der Antriebsachse 587 eines Motors 589 verbunden, der als Aktuator dient, um das mechanische Ausgleichselement 575 und damit auch das verbundene Facettenelement 501 um eine Drehachse 509 zu drehen. Die Drehposition kann dabei zum Beispiel mit einem inkrementalen Messgeber (nicht dargestellt) bestimmt und überwacht werden. Zwischen Trägerelement 503 und Motor 589 ist ein Federsystem aus mehreren kombinierten Tellerfedern 591 angeordnet, die den nötigen Anpressdruck erzeugen, mit dem das optische Element 501 gegen den Hartmetallring 571 gedrückt wird. Dabei hat die Kombination von mehreren Tellerfedern 591 den Vorteil, dass die Stärke der Federkraft sehr genau eingestellt werden kann. Alternativ zu Tellerfedern 591 können auch Druckfedern verwendet werden. Um zu verhindern, dass sich die Verschraubung des optischen Elements 501 mit dem mechanischen Ausgleichselement 575 mit der Zeit löst, kann die Kontaktstelle zwischen den konischen Fügeflächen 583 nach der Verschraubung mit einem Sicherungslack versehen werden. Zur Kühlung der optischen Elemente 501 ist das Trägerelement 503 mit Kühlkanälen 577 ausgestattet, durch die eine Kühlflüssigkeit geleitet werden kann.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform eines reflektiven Facettenelementes 601 mit einer Mehrzahl von reflektiven Flächen 605 in einer ersten Drehstellung. Im vorliegenden Fall weist das Facettenelement 601 beispielhaft sechs reflektive optische Flächen 605 auf. Die reflektiven optischen Flächen 605 des Facettenelementes 601 sind dabei derart bezüglich einer Drehachse 609 angeordnet, dass sich in einer ersten Drehstellung eine erste reflektive Fläche 693 an einer aktiven Position befindet, in der ein
Strahlungsbündel 695 auf die reflektive Fläche 693 trifft, und in einer zweiten
Drehstellung eine zweite reflektive Fläche 694 an einer aktiven Position, in der ein Strahlungsbündel 695 auf die zweite reflektive Fläche 694 trifft. Dargestellt ist in der Figur nur die erste Drehstellung. Die zweite Drehstellung ergibt sich durch Drehen um die Drehachse 609 um einen Winkel von etwa 60°, so dass die zweite reflektive Fläche 694 am vorhergehenden Ort der ersten reflektiven Fläche 693 zu liegen kommt.
Während des Betriebs der Beleuchtungsoptik wird somit in einer ersten Drehstellung des Facettenelementes nur die erste reflektive Fläche 693 mit Strahlung beaufschlagt und in einer zweiten Drehstellung nur die zweite reflektive Fläche 694. Das
auftreffendes Strahlungsbündel 695 wird demnach in der ersten Drehstellung von der ersten reflektiven Fläche 693 reflektiert und in der zweiten Drehstellung von der zweiten reflektiven Fläche 694. Die reflektive Fläche 693 weist dabei einen Normalenvektor auf, der mit der Drehachse 609 einen ersten Winkel einschließt. Dagegen schließt die zweite optische Fläche 694 mit der Drehachse 609 einen zweiten Winkel ein, der sich von dem ersten Winkel um mehr als 1 ° unterscheidet. Gleiches gilt, wenn sich der Normalenvektor zur ersten reflektiven Fläche 693 in der ersten Drehstellung des Facettenelementes vom Normalenvektor der zweiten reflektiven Fläche 694 in der zweiten Drehstellung des Facettenelementes um einen Winkel unterscheidet, der größer als 1 ° ist. In beiden Fällen ergibt sich, dass das Strahlungsbündel 695 unter unterschiedlichen Reflexionswinkeln reflektiert wird, je nachdem in welcher
Drehstellung sich das Facettenelement 601 gerade befindet. Dies liegt daran, dass je nach Drehstellung das Strahlungsbündel auf eine andere reflektive Fläche 605 mit einer anderen Orientierung fällt. Alternativ können die reflektiven Flächen 605 sich auch nur in ihrer Reflektivität unterscheiden. Dies hat dann zur Folge, dass das reflektierte Strahlungsbündel 695 unterschiedliche Intensitäten aufweist, je nachdem in welcher Drehstellung sich das Facettenelement 601 befindet. Kombinationen dieser beiden Ausführungsformen sind ebenfalls möglich, d.h. dass Facettenelement 601 kann z.B.
auch so ausgeführt sein, dass zwei der reflektiven optischen Flächen 605 sich in ihren Normalenvektoren und in ihrer Reflektivität unterscheiden.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform für ein Facettenelement 701 mit zwei reflektiven Flächen 793 und 794, wobei die Beschränkung auf zwei reflektive Flächen nur zur besseren Darstellung dient. Ausführungen mit weiteren reflektiven Flächen sind ebenfalls möglich. In einer ersten Drehstellung 713 befindet sich die erste optische Fläche 793 in einer aktiven Position, in der das Strahlungsbündel 795 auf die optische Fläche 793 fällt. In einer zweiten Drehstellung 715 befindet sich stattdessen die zweite optische Fläche 794 in der aktiven Position, in der das Strahlungsbündel 795 auf die optische Fläche 794 fällt. Dabei ist das Facettenelement 701 derart ausgestaltet, dass der Normalenvektor 707a zur optischen Fläche 793 in der ersten Drehstellung sich von der Richtung des Normalenvektors 707b der zweiten optischen Fläche in der zweiten Drehstellung unterscheidet. Aus diesem Grund wird je nach Drehstellung das
Strahlungsbündel 795 unter einem anderen Reflektionswinkel reflektiert. Auch in dieser Ausführungsform können die reflektiven Flächen 793 und 794 sich in ihrer Reflektivität unterscheiden, so dass das reflektierte Strahlungsbündel 695 je nach Drehstellung unterschiedliche Intensitäten aufweist
Figur 8a zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Gruppe von Facettenelementen 801 miteinander verbunden ist, und um eine gemeinsame Drehachse 809 drehbar gelagert sind. Jedes der Facettenelemente 801 weist dabei eine Mehrzahl von reflektiven Flächen 805 auf. Jedes einzelne der Facettenelemente 801 ist dabei entsprechend der Ausführungsform nach Figur 7 ausgeführt. Durch die Verbindung von mehreren
Facettenelementen 801 und die Drehung um eine gemeinsame Drehachse 809 wird erreicht, dass eine größere Anzahl von Facettenelementen 801 mit nur einem Motor in der Drehstellung verändert werden kann.
Figur 8b zeigt eine Aufsicht auf ein optisches Element mit einer Mehrzahl von reflektiven Facettenelementen 801 , die entsprechend der Ausführungsform nach Figur 8a gruppenweise miteinander verbunden sind. Es ergibt sich eine zweidimensionale Anordnung von Facettenelementen in Reihen, wobei alle Facettenelemente 801 der gleichen Reihe ihre Drehstellung nur gemeinsam wechseln können. Bei den
Ausführungsformen nach den Figuren 8a und 8b kann eine Kühlung der drehbaren
Facettenelemente durch Kühlkanäle erreicht werden, die entlang der Drehachse durch das Zentrum der Facettenelemente verlaufen.