WO2015162092A1 - Vorrichtung und verfahren zur regelung der positionierung einer vielzahl von verstellbaren spiegel-elementen einer vielspiegel-anordnung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur regelung der positionierung einer vielzahl von verstellbaren spiegel-elementen einer vielspiegel-anordnung Download PDF

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mirror elements
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Jan Horn
Markus Holz
Jörg Specht
Johannes Eisenmenger
Stefan Krone
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Carl Zeiss Smt Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a device and a method for controlling the positioning of a plurality of adjustable mirror elements of a multi-mirror arrangement.
  • the invention also relates to an optical component having such a device and a multi-mirror arrangement.
  • the invention relates to an illumination optical system and a lighting system for a projection exposure apparatus with at least one such component as well as to a projection exposure apparatus with a corresponding illumination optical unit.
  • the invention relates to a method for producing a micro- or nanostructured device and such a device.
  • a multi-mirror arrangement with adjustable mirror elements with a device for displacing them is known, for example, from WO 2013/120926 A1.
  • An object of the invention is to improve a device for controlling the positioning of a plurality of adjustable mirror elements of a multi-mirror arrangement. This object is achieved by a device having a control device designed separately from the multi-mirror arrangement and having at least one first data channel with a bandwidth of at least 1 kHz in a data-transmitting manner with the control unit
  • the data channel has a bandwidth which allows a control bandwidth of at least 1 kHz.
  • the bandwidth of a data channel is understood to be the upper limit frequency of the same.
  • the bandwidth represents the maximum frequency of a signal that can be transmitted over this data channel.
  • a data channel with a given Bandwidth is suitable for transmitting signals for a controller, in particular a controller, with this bandwidth.
  • control bandwidth is to be understood below to mean the frequency range of the frequencies to be regulated, in particular those to be compensated, in particular the resonance frequencies.
  • Another property of a data channel is its maximum data rate.
  • the relationship between the bandwidth of a control and the data rate of the corresponding data channel required for this purpose is determined by the sampling rate of the signal transmitted via this channel.
  • the sample rate indicates how many measurement and / or controller readings per unit of time are calculated and transported over a given data channel.
  • the sampling rate must be at least twice as high as the bandwidth. It may be required that the sampling rate be at least five times, in particular at least ten times as high as the control bandwidth.
  • the maximum required data rate of a data channel results in particular as a product of the required sampling rate and the bit depth of the signal to be transmitted.
  • the maximum data rate of a data channel is thus directly related to its bandwidth.
  • the bandwidth of the data channel which is also referred to as a fast data channel, may be at least 2 kHz, in particular at least 3 kHz, in particular at least 5 kHz, in particular at least 10 kHz.
  • the mirror elements generally have at least one degree of freedom of displacement, in particular at least two, in particular at least three degrees of freedom of displacement. These are in particular Kipp proceedingssgrade.
  • the individual mirrors can be tilted in particular by at least one, in particular at least two, linearly independent axes.
  • the individual mirrors can also be displaced linearly, in particular in the direction of their surface normals. In the following, for the sake of simplicity, reference will be made exclusively to the tilting of the individual mirrors. However, this is not to be understood as limiting.
  • the first data channel has, in particular, a bandwidth as described above for each shift degree of freedom of each of the individual mirror elements.
  • the high bandwidth makes it possible to attenuate by means of the device unwanted movements, in particular vibrations, in particular in the range of natural frequencies, in particular in the range of 100 Hz to 5000 Hz, the mirror elements.
  • One aspect of the invention therefore relates to the use of the device for damping the mirror elements.
  • the number of mirror elements being at least 100, in particular at least 10,000, in particular at least 30,000, in particular at least 100,000, in particular at least 300,000, in particular at least 1,000,000.
  • a data channel should be understood in particular to mean a constructive component for transmitting a signal from the control device to the multi-mirror arrangement.
  • Such a data channel can be formed in particular by a suitable cable.
  • wireless data transmission is also possible.
  • a data channel refers to a means of facilitating information flow. Simplified, the term data channel is also used to designate the information flow itself.
  • the first data channel has a bit depth of a maximum of 32 bits per sample, in particular a maximum of 16 bits, in particular a maximum of 8 bits, in particular a maximum of 4 bits, in particular a maximum of 2 bits. Due to the low bit depth, the overall data flow can be reduced. This reduces the complexity of data transmission. In addition, this reduces in particular the total volume of the data to be transmitted.
  • the device comprises a multiplicity of first data channels.
  • the plurality of data channels can be formed in particular by a single or a plurality of constructive components. It is in particular for each of the mirror elements at least a first data channel intended. In particular, at least one first data channel can be provided for each shift degree of freedom of each of the mirror elements.
  • the number of data channels is in particular at least as large as the number of mirror elements, in particular at least twice as large as the number of mirror elements.
  • the number of data channels is in particular at least 1000, in particular at least 10000, in particular at least 30,000, in particular at least 50,000, in particular 100,000, in particular at least 300,000, in particular at least 500,000.
  • the device comprises a control unit in which a common output signal is determined from the signals of at least two data channels.
  • control unit may in particular be a digital component. It is connected on the output side to the DAC of the multi-mirror arrangement.
  • control unit in particular the signals of the first and second data channel of a mirror element or a displacement degree of freedom thereof can be combined into a common signal.
  • the signals of the data channels can be encoded and / or compressed. Details of the coding and / or compression will be described in more detail below.
  • the data channel is connected to a digital-to-analog converter (DAC) in a signal-transmitting manner.
  • the DAC may be part of an application specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application specific integrated circuit
  • the ASIC in turn can be part of the multi-mirror array (MMA).
  • MMA multi-mirror array
  • the data channel can in particular be part of a digital control loop.
  • the device comprises at least one second data channel for signal transmission to the multi-mirror arrangement, which has a bandwidth of at most 500 Hz, in particular at most 200 Hz, in particular at most 50 Hz, in particular at most 10 Hz, in particular at most 1 Hz. Again, the bandwidth is directly related to the sampling frequency.
  • the second data channel is also called a slow data channel.
  • the at least one second data channel has a bit depth of at least 10 bits, in particular at least 16 bits, in particular at least 32 bits, in particular at least 64 bits, in particular at least 128 bits, in particular at least 256 bits, in particular at least 512 bits, in particular at least 1024 bits.
  • a second data channel can be provided for each of the mirror elements, in particular each degree of freedom of displacement of each of the mirror elements.
  • the bandwidths of the first and second data channel of a given mirror element or its displacement degrees of freedom each have a ratio of at least 2: 1, in particular at least 3: 1, in particular at least 5: 1, in particular at least 10: 1, in particular at least 30: 1, in particular at least 50: 1, in particular at least 100: 1.
  • the respective bit depths each have a ratio of at most 1: 2, in particular at most 1: 3, in particular at most 1: 5, in particular at most 1: 10, in particular at most 1 : 30, in particular at most 1:50, in particular at most 1: 100.
  • the device comprises at least one sensor device, in particular at least one external sensor device.
  • the sensor device makes it possible to detect the displacement positions of the mirror elements of the multi-mirror arrangement relative to a reference point outside the multi-mirror arrangement.
  • the device may comprise only such external sensors.
  • it can have a multiplicity of such sensors.
  • the device comprises at least one sensor device with a bandwidth of at least 1 kHz.
  • the bandwidth in particular the sampling frequency of the sensor device, may be at least 2 kHz, in particular at least 3 kHz, in particular at least 5 kHz, in particular at least 10 kHz, per controlled axis.
  • the sensor device can in particular be part of a control loop, which is referred to as a fast control loop.
  • the device comprises a multiplicity of such sensor devices.
  • it may have at least 10, in particular at least 20, in particular at least 30, in particular at least 50 sensor devices.
  • a camera in particular with a CMOS chip, can serve as sensor device.
  • the sensor device may have a bit depth of at most 1024 bits, in particular at most 512 bits, in particular at most 256 bits, in particular at most 128 bits, in particular at most 64 bits. It can also have a greater bit depth.
  • the displacement position of one or more of the mirror elements or their time derivative can be detected.
  • the sensor device may also include faster sensors and slower but more accurate sensors.
  • the bandwidths and bit depths of the faster and slower sensor devices refer to the first and second data channels.
  • the sensor system that is, the entirety of the sensor devices, allows both a very precise detection of the displacement positions of the individual mirror elements and / or their timing, as well as a very fast detection of these variables.
  • the speed of the sensor device is limited by the bandwidth, ie the sampling frequency of the fast sensors.
  • the precision is limited by the bit depth, especially the slower sensors.
  • Another object of the invention is to improve an optical device. This object is achieved by a component comprising a multi-mirror arrangement and a device according to the preceding description. By the device described above, the positioning of the mirror elements is improved. The further advantages result from those already described for the device.
  • the multi-mirror arrangement is in particular a microelectromechanical system (MEMS).
  • MEMS microelectromechanical system
  • it can be a multi-mirror arrangement for reflecting EUV radiation, in particular radiation in a wavelength range from 5 nm to 30 nm, in particular less than 14 nm.
  • the number of mirror elements of the multi-mirror arrangement is in particular at least 1000, in particular at least 10000, in particular at least 30,000, in particular at least 50,000, in particular at least 100,000, in particular at least 200,000, in particular at least 300,000, in particular at least 1,000,000.
  • the multi-mirror arrangement comprises mechanical means for damping excitations of the mirror elements in the region of at least one of their resonance frequencies.
  • the multi-mirror arrangement has in particular mechanical means for damping excitations with frequencies above 100 Hz, in particular above 200 Hz, in particular above 400 Hz, in particular above 800 Hz.
  • Such a damping can be achieved in particular by means of a suitable suspension and / or mounting of the mirror elements.
  • analog circuits are provided for the actuation of the mirror elements, which are formed without feedback.
  • the circuits are designed in particular as application-specific integrated circuits (ASIC).
  • the optical component can in particular have exclusively digital control loops. As a result, in particular the training of the ASICs is simplified. This makes the optical component as a whole simpler, in particular easier to manufacture and easier to test. Further advantages will be presented below with reference to the embodiments.
  • Another object of the invention is to improve a method of controlling the positioning of a plurality of mirror elements of a multi-mirror array. This task is solved by a procedure with the following steps:
  • the at least one first data channel has a bandwidth which is at least twice as large as a resonant frequency of one of the mirror elements.
  • the bandwidth, in particular the sampling frequency, of the first data channel is in particular at least twice as large as the smallest resonance frequency of the mirror elements.
  • the control device is, in particular, an external control device, that is to say it is not part of the multi-mirror arrangement, in particular not integrated in it, but is formed separately from the multi-mirror arrangement.
  • the control device is designed in particular digital. In particular, it has a multiplicity of data channels. The signals from at least two data channels can be combined to form a common output signal. For further details, reference is made to the preceding description and to the description of the exemplary embodiments.
  • each data channel has a maximum data flow of at most 50 kbit / s per controlled axis.
  • the maximum data flow per controlled axis of each data channel is in particular at most 30 kbit / s, in particular at most 20 kbit / s, in particular at most 10 kbit / s, in particular at most 7 kbit / s.
  • the positions of the mirror elements and / or changes thereof are detected by means of at least one sensor device, in particular by means of at least one external sensor device.
  • an external sensor device should be understood in particular to mean that the measurement of the displacement positions of the mirror elements and / or the changes thereof relative to a reference point outside the multi-mirror arrangement, in particular relative to a reference point on a frame Housing or other stationary component of the projection exposure system.
  • the sensor device is in particular formed separately from the multi-mirror arrangement.
  • the multi-mirror arrangement can also have integrated sensors, in particular on the ASICs.
  • the external sensor device is in data-transmitting connection with the control device.
  • the external sensor device is in particular part of at least one digital control loop.
  • a plurality of sensor devices can also be provided, which in particular are components of separate control loops, in particular control loops with different sampling frequencies.
  • the data channel has a channel structure with at least two communication channels.
  • the data channel has a logical subdivision into at least two, in particular into a multiplicity of communication channels.
  • the number of communication channels may in particular be just the number of mirror elements of the multi-mirror arrangement or the number of mirror elements multiplied by the number of their degrees of freedom.
  • the at least one first, fast data channel and the at least one second, slower data channel into a single data channel.
  • a multiplex For the logical subdivision of the data channels, in particular a multiplex
  • Advantageous examples of the separation of the individual communication channels are, in particular, a time-slotted separation, a frequency-sliced separation, a code division multiplex method, in particular a so-called Code Division Multiple Access
  • CDMA compact code division multiple access method
  • SPMA space division multiple access method
  • Multiplexing and Multiple Access are used interchangeably below, even if the data channels are connected to one or more transmitters or receivers at the input and output ends.
  • the data stream generated by the controller is encoded.
  • the coding can also be a compression of the Act data stream.
  • it may be provided to individually encode or compress the signals for each of the mirror elements and / or each degree of freedom thereof.
  • the coding may be one or more of the following variants: limitation of the dynamic range, in particular the bit depth, differential transmission, transmission of the steepness of the signal waveform (slew rate), non-linear quantization, vector quantization, in particular in a tilt plane, vector coding, Restriction of the frequency ranges, limitation of the information transport to signal contents with respect to other basis functions than with the Fourier decomposition or coding according to an entropy method.
  • limitation of the dynamic range in particular the bit depth
  • differential transmission transmission of the steepness of the signal waveform (slew rate)
  • non-linear quantization in particular in a tilt plane
  • vector coding Restriction of the frequency ranges
  • limitation of the information transport to signal contents with respect to other basis functions than with the Fourier decomposition or coding according to an entropy method for details of the different Codiertinen reference is made to the description of the embodiments.
  • the signals are multiplexed and / or compressed for a plurality of mirror elements or their degrees of freedom.
  • correlations between the individual mirror elements or their degrees of freedom are taken into account.
  • the amount of data to be transmitted per unit of time can be considerably reduced.
  • the signals for a plurality of mirror elements or their degrees of freedom are model-based coded and / or compressed.
  • a model-based prediction for a sample is generated in the control unit.
  • the control unit knows the current position measured value via the sensor device and can therefore calculate the prediction error of the model and transmit this prediction error via a data channel to the multi-mirror arrangement.
  • the decoding device or decompression device on the multi-mirror arrangement uses the same model for the controlled system, for example micromirrors, and can use the prediction error and a model forecast to reconstruct the current sensor value.
  • the reduction of the data rate between the control device and the multi-mirror arrangement is achieved by transmitting the prediction error at a high sampling rate with only a few bits, that is, with a low bit depth.
  • past values are taken into account in the coding and / or compression.
  • the coding / compression is especially extended to the temporal dimension. This is also referred to as "3D coding.”
  • 3D coding In the case of bundled coding, it may be particularly advantageous to reorder the channels, thereby further improving the data reduction
  • the resorting can in particular be carried out in such a way that correlations are increased, in particular maximized. In particular, it may be used to maximize compression efficiency, such as clustering, that is, a summary of the signals to mirrors having similar tilt angle setpoints, tilt angle amounts, or tilt angle directions.
  • prior knowledge and / or environmental conditions can be taken into account in the coding.
  • further measurement signals can be taken into account.
  • Further environmental conditions or further prior knowledge that can be used in the coding concern a selection from the following list: tilt angle setpoints, temperature, temperature profile, EUV excitation, EUV source triggers, waferstage movements, measurement data from dose sensors and measurement data from global acceleration sensors. Further objects of the invention are to improve an illumination optical system and a lighting system for a projection exposure apparatus as well as a projection exposure apparatus for microlithography.
  • Further objects of the invention are to improve a method for producing a micro- or nanostructured component and a device produced according to the method.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a projection exposure apparatus for microlithography with an illumination system and a projection optical system in a meridional section, a schematic representation of two adjacent mirror elements of a multi-mirror arrangement of the projection exposure apparatus according to FIG. 1, further schematic cross sections through embodiments of optical components with one DahlLite- arrangement, a schematic representation of the regulation of the positioning of mirror elements of a multi-mirror arrangement, a representation of FIG. 5 a control with two monitoring systems, another schematic representation of a scheme with separate communication channels, another illustration of a Control with compressed data transmission,
  • 9 and 10 are schematic representations of a non-linear quantization for data reduction
  • Fig. 11 is a schematic representation to illustrate a differential
  • FIG. 13 shows a schematic representation of a control with bundled coding and compression
  • FIG. 14 shows a schematic illustration of the data reduction in the case of correlated signals
  • FIG. 15 shows a schematic representation of a data compression using a resorting of the signal components
  • FIG. 15 shows a schematic representation of a data compression using a resorting of the signal components
  • FIG. 16 schematically shows the sequence of a 3D coding.
  • the basic structure of a projection apparatus 1 will first be described with reference to the figures.
  • An illumination system 2 of the projection apparatus 1 has, in addition to a radiation source 3, an illumination optics 4 for exposure of an object field 5 in an object plane 6.
  • the object field 5 can be rectangular or arcuate with an x / y aspect ratio of, for example, 13/1.
  • a reflective reticle arranged in the object field 5 and not shown in FIG. 1 is exposed, which carries a structure to be projected with the projection apparatus 1 for producing microstructured or nanostructured semiconductor components.
  • a projection optics 7 serves to image the
  • the structure is depicted on the reticle on a photosensitive layer of a arranged in the image plane 8 in the image plane 9 wafer, which is not shown in the drawing.
  • the reticle which is held by a reticle holder, not shown, and the wafer, which is held by a wafer holder, not shown, are used in the operation of the projection element.
  • system 1 synchronously scanned in the y-direction. Depending on the imaging scale of the projection optics 7, an opposite scan of the reticle relative to the wafer can also take place.
  • the reticle is imaged onto a region of a photosensitive layer on the wafer for the lithographic production of a microstructured or nanostructured component, in particular a semiconductor component, for example a microchip.
  • the reticle and the wafer are continuously synchronized in the y-direction in the scanner mode or stepwise in the stepper mode.
  • the radiation source 3 is an EUV radiation source with an emitted useful radiation in the range between 5 nm and 30 nm. It can be a plasma source, for example a GDPP source (plasma generation by gas discharge, gas discharge produced plasma), or to an LPP source (plasma generation by laser, laser produced plasma) act. Other EUV radiation sources are also possible, for example those based on a synchrotron or on a Free Electron Laser (FEL). EUV radiation 10 emanating from the radiation source 3 is bundled by a collector 11. A corresponding collector is known for example from EP 1 225 481 A. After the collector 11, the EUV radiation 10 propagates through an intermediate focus plane 12 before impinging on a field facet mirror 13 having a plurality of field facets 13a. The field facet mirror 13 is arranged in a plane of the illumination optics 4, which is optically conjugate to the object plane 6.
  • EUV radiation 10 emanating from the radiation source 3 is bundled by a collector 11.
  • a corresponding collector is known for example from EP 1 225 4
  • the EUV radiation 10 is also referred to below as useful radiation, illumination light or as imaging light.
  • the EUV radiation 10 is reflected by a pupil facet mirror 14 having a plurality of pupil facets 14a.
  • the pupil facet mirror 14 lies either in the entrance pupil plane of the illumination optics 7 or in an optically con- yuwned plane.
  • the field facet mirror 13 and the pupil facet mirror 14 are constructed from a plurality of individual mirrors which will be described in more detail below. The subdivision of the field facet mirror 13 into individual mirrors may be such that each of the field facets 13a, which illuminate the entire object field 5 for itself, is represented by exactly one of the individual mirrors.
  • the field facets 13a it is possible to construct at least some or all of the field facets 13a by a plurality of such individual mirrors.
  • the EUV radiation 10 impinges on the two facet mirrors 13, 14 at an angle of incidence, measured normal to the mirror surface, which is less than or equal to 25 °.
  • the two facet mirrors 13, 14 are thus exposed to the EUV radiation 10 in the region of a normal incidence operation. Also, a grazing incidence is possible lent.
  • the pupil facet mirror 14 is arranged in a plane of the illumination optics 4, which represents a pupil plane of the projection optics 7 or is optically conjugate to a pupil plane of the projection optics 7.
  • the pupil-facet mirror 14 and an imaging optical assembly in the form of a transmission optical system 15 with mirrors 16, 17 and 18 designated in the order of the beam path for the EUV radiation 10 the field facets of the field facet mirror 13 are imaged onto the object field 5 superimposed.
  • the last mirror 18 of the transmission optical system 15 is a "grazing incidence mirror.”
  • the transmission optical system 15, together with the pupil facet mirror 14, is also referred to as successive optics for transferring the EUV radiation 10 from the field facet mirror 13 to the object field 5
  • Illumination light 10 is guided over a plurality of illumination channels from the radiation source 3 to the object field 5.
  • a field facet 13a of the field facet mirror 13 and one pupil facet 14a of the pupil facet mirror 14 are assigned to each of these illumination channels
  • PupiUnfacettenaciouss 14 can be actuated tiltable, so that a change in the assignment of the pupil facets 14a to the field facets 13a and, accordingly, a changed configuration of the illumination channels can be achieved Discrimination of the illumination angle of the illumination light 10 on the object field 5 differ.
  • a global Cartesian xyz coordinate system is used below, among other things.
  • the x-axis in Fig. 1 is perpendicular to the plane to the viewer.
  • the y-axis extends in Fig. 1 to the right.
  • the z-axis extends in Fig. 1 upwards.
  • the field facet mirror 13 is designed as a multi-mirror or micromirror array (MMA).
  • the multi-mirror or micromirror array (MMA) is also referred to below only as a mirror array or multi-mirror arrangement 22.
  • the field facet mirror 13 is designed as a microelectromechanical system (MEMS). It has a multiplicity of individual mirrors arranged in matrix-like rows and columns in an array. The individual mirrors are also referred to below as mirror elements 23.
  • the mirror elements 23 are designed to be tiltable actuator, as will be explained below. Overall, the field facet mirror 13 has approximately 100,000 of the mirror elements 23. Depending on the size of the mirror elements 23, the field facet mirror 13 may also have, for example, 1000, 5000, 7000 or else several hundred thousand, in particular more than 200000, in particular more than 300000, in particular more than 500000 mirror elements 23.
  • a spectral filter In front of the field facet mirror 13, a spectral filter can be arranged which separates the useful radiation 10 from other wavelength components of the emission of the radiation source 3 that can not be used for the projection exposure.
  • the spectral filter is not shown.
  • the field facet mirror 13 is charged with useful radiation 10 with a power of 840 W and a power density of 6.5 kW / m 2.
  • the useful radiation 10 can also have a different power and / or power density.
  • the mirror elements 23 are arranged in a substrate 30. This is mechanically connected via a heat conduction section 31 with a mirror body 32. Part of the heat conduction section 31 is a joint body 33, which allows a tilting of the mirror body 32 relative to the substrate 30.
  • the joint body 33 may be formed as a solid-body joint, which allows a tilting of the mirror body 32 by defined tilting degrees of freedom, for example, about one or two, in particular mutually perpendicular, tilt axes.
  • the joint Body 33 has an outer retaining ring 34 which is fixed to the substrate 30. Furthermore, the joint body 33 has an internally connected to the outer retaining ring 34 inner holding body 35. This is centrally located below a reflection surface 36 of the mirror element 23. Between the central holding body 35 and the reflection surface 36, a spacer 37 is arranged.
  • an actuator pin 38 is arranged on this.
  • the actuator pin 38 may have a smaller outer diameter than the spacer 37.
  • the actuator pin 38 may also have the same or a larger diameter than the spacer 37.
  • the substrate 30 forms a sleeve surrounding the actuator pin 38.
  • a total of three electrodes 54 are integrated, which are arranged in the circumferential direction in each case approximately 120 ° overstretched against each other electrically insulated.
  • the electrodes 54 represent counterelectrodes for the actuator pin 38 designed as an electrode pin in this embodiment.
  • the actuator pin 38 can be designed in particular as a hollow cylinder. In principle, it is also possible to provide a different number of electrodes 54 per actuator pin 38. In particular, four or more electrodes 54 per actuator pin 38 may be provided.
  • an electrostatic force can be generated on the actuator pin 38 which, as exemplified in the right half of FIG. 2, results in a deflection of the mirror element 23 can lead.
  • the mirror array 22 with the mirror elements 23 and the substrate 30 has a perpendicular to a surface normal 41 extending total area. It comprises a multiplicity of mirror elements 23, which each have a reflection surface 36 and two displacement elements.
  • the mirror elements 23 have at least one displacement degree of freedom. They may also have three or more displacement degrees of freedom. In particular, they have at least one, preferably at least two tilting degrees of freedom. They can also have a translational degree of freedom.
  • the reflection surface 36 may have an extension of 0.5 mm ⁇ 0.5 mm, 1 mm ⁇ 1 mm, 4 mm ⁇ 4 mm, 8 mm ⁇ 8 mm or 10 mm ⁇ 10 mm. It can also differ from the square shape. Other dimensions of the reflective surface 36 are also possible.
  • the reflection surface 36 of the mirror elements 23 is planar. In principle, it can also be concave or convex or designed as a freeform surface.
  • the reflection surface 36 of the mirror elements 23 is in particular provided with a (multilayer
  • the multilayer coating allows, in particular, the reflection of useful radiation 10 having a wavelength in the EUV range, in particular in the range from 5 nm to 30 nm.
  • the mirror elements 23 are held by the substrate 30.
  • the substrate 30 has an edge region 42 extending in the direction perpendicular to the surface normal 41.
  • the edge region 42 is in particular arranged circumferentially around the mirror elements 23.
  • a width b in particular a maximum width b, of at most 5 mm, in particular at most 3 mm, in particular at most 1 mm, in particular at most 0.5 mm, in particular at most 0.3 mm, in particular at most 0 , 2 mm up.
  • the total area of the mirror array 22 is thus in the direction perpendicular to the surface normal 41 by a maximum of 5 mm, in particular at most 3 mm, in particular at most 1 mm, in particular at most 0.5 mm, in particular at most 0.3 mm, in particular at most 0.2 mm over the total reflection surface, that is over the outer edge, over.
  • the optical component 40 comprises a support structure 43 in addition to the mirror array 22.
  • the support structure 43 is offset in the direction of the surface normal 41, in particular adjacent to the mirror array 22. It preferably has a cross-section which is identical to that of the substrate 30 of the mirror array 22. It is generally in the direction perpendicular to the surface normal 41 at most 5 mm, in particular at most 3 mm, in particular at most 1 mm, in particular at most 0.5 mm, in particular at most 0.1 mm, in particular at most 0.05 mm, in particular not at all over that Substrate 30 and thus over the total area of the mirror array 22 via.
  • Such an arrangement is also referred to as an arrangement according to the "shadow-cast principle.” By this is meant, in particular, that the support structure 43 is arranged completely within a parallel projection of the total area of the mirror array 22 in the direction of the surface normal 41.
  • the support structure 43 is made of a ceramic and / or silicon-containing and / or aluminum-containing material. This allows a heat dissipation from the mirror array 22 at the same time high mechanical stability.
  • Examples of the material of the support structure 43 are ceramic materials, silicon, silicon dioxide, aluminum nitrite and aluminum oxide, for example Al 2 0 3 ceramic.
  • the support structure 43 may in particular be made of a wafer.
  • the support structure 43 may also be made of quartz or a glass wafer, which is provided with so-called thermal vias.
  • the support structure 43 has a recess 44 which is open on one side.
  • the recess 44 forms a receiving space open on one side for receiving further functional components.
  • the recess 44 is on its mirror array 22 opposite side in the direction of
  • the edge region 46 of the support structure 43 has a width bc in the direction perpendicular to the surface normal 41.
  • the support structure 43 is mechanically connected exclusively in this edge region 46 with the mirror array 22. Between the support structure 43 and the mirror array 22, a sealing element 40 is arranged.
  • the sealing element 40 is integrated into a metallization on the rear side 48 of the substrate 30 of the mirror array 22. It may also be formed as arranged on the edge region 46 of the support structure 43 sealing ring.
  • the receiving space formed by the recess 44 is thus at least encapsulated during the manufacture of the component 40, that is, liquid-tight, in particular sealed gas-tight.
  • a continuous intermediate layer, not shown in the figures, between the mirror array 22 and the ASICs 52 is necessary.
  • the signal lines 47 are designed as electrical vias, so-called “vias.” They are bonded directly to the rear side 48 of the mirror array 22 opposite the reflection surfaces 36. They are also on the side opposite the mirror array 22, that is, the back side
  • Each component 40 may have more than 30, in particular more than 50, in particular more than 70 signal lines 47.
  • These signal lines 47 serve inter alia for the power supply of an integrated control device 51 for the control The displacement of the mirror elements 23.
  • the control device 51 for controlling the displacement of the mirror elements 23 is integrated in the support structure 43.
  • an application-specific integrated circuit 52 (ASIC) Device 40 may include a plurality of ASICs 52. It includes at least an ASIC 52, in particular at least two, in particular at least four, in particular at least nine, in particular at least 16, in particular at least 25, in particular at least 100 ASICs 52.
  • each of the ASICs 52 is provided with at least one mirror element 23, in particular with a plurality of mirror elements 23, in particular with at least two, in particular at least four, in particular at least eight mirror elements 23 in signal connection.
  • WO 2010/049 076 A2 On the rear side 49 of the support structure 43, the component 40 has an electrical interface 55.
  • the interface 55 is in particular arranged completely on the rear side 49 of the support structure 43 opposite the mirror array 22. On lateral contacts, which are possible in principle, can be completely dispensed with. Thus, both the components of the component 40 as well as the signal and heat flux are aligned therein in the direction of the surface normal 41.
  • the component 40 therefore has a vertical integration.
  • the electrical interface 55 has a multiplicity of contact pins 56, contact pins 56 applied to the rear side 49 of the support structure 43.
  • the contact elements 50 of the electrical interface 55 may be formed flat or as integrated pins in the support structure 43.
  • vias in the support structure 43 which, for example, as a gold-filled through-hole holes are formed, partially exposed in the back 49 of the support structure 43. This can be achieved, in particular, by etching away a portion of the material of the support structure 43 surrounding the plated-through holes. The exposed portion of the vias now forms the contact element 50.
  • the support structure 43 comprises a ferromagnetic element 57.
  • an additional heat conducting element 53 may be arranged. It is also possible to provide a plurality of heat-conducting elements 53.
  • the reticle and the wafer which carries a light-sensitive coating for the illumination light 10 are provided. Subsequently, at least a portion of the label is projected onto the wafer with the aid of the projection exposure apparatus 1.
  • the reticle holder and / or the wafer holder can be displaced in the direction parallel to the object plane 6 or parallel to the image plane 9. The displacement of the reticle and the wafer can preferably take place synchronously with one another.
  • the photosensitive layer exposed to the illumination light 10 is developed on the wafer. In this way, a microstructured or nanostructured component, in particular a semiconductor chip, is produced.
  • a local control which, for example, as an analog control loop on The ASIC 52 is also referred to as an inner control loop and distinguishes an external or external control loop 62.
  • the outer control loop 62 may in particular be formed separately from the multi-mirror arrangement 22, in particular separately from the ASIC 52. In particular, it is not closed locally in the multi-mirror arrangement 22.
  • the local control loop serves primarily to dampen oscillations of the mirror elements 23, while the actual positioning, that is to say the adjustment of the displacement positions of the mirror elements 23, is carried out by means of the outer control belt 62.
  • the outer control loop 62 typically operates with a relatively low bandwidth and low sampling frequency.
  • the control device 61 comprises the outer control loop 62. It is connected to the mirror array 22 in a data-transmitting manner via a data channel 63.
  • the data channel 63 has a bandwidth of at least 1 kHz.
  • the bandwidth of the data channel 63 may in particular be at least 2 kHz, in particular at least 3 kHz, in particular at least 5 kHz, in particular at least 10 kHz.
  • the control device 61 in particular allows both the damping of vibrations of the mirror elements 23, in particular in the range of their resonance frequencies, as well as the specification and regulation of the displacement positions thereof.
  • the frequency spectrum of the mirror elements reference is made, for example, to FIG. 41 of WO 2013/120 926 A1 and the associated description.
  • the control device 61 comprises a control device 64.
  • the control device 64 can be arranged outside the illumination optics 4.
  • the control device 64 comprises a first control unit 65 and a second control unit 66.
  • the first control unit 65 is also called a fast control unit.
  • the second control unit 66 is also referred to as a slow control unit.
  • the first control unit 65 has a bandwidth of at least 1 kHz, in particular at least 2 kHz, in particular at least 3 kHz, in particular at least 3 kHz, in particular at least 5 kHz, in particular at least 10 kHz. It has a bit depth of at most 32 bits, in particular at most 16 bits, in particular at most 8 bits, in particular at most 4 bits, in particular at most 2 bits.
  • the second control unit 66 has a bandwidth of at most 500 Hz, in particular at most 300 Hz, in particular at most 200 Hz, in particular at most 100 Hz, in particular at most 50 Hz.
  • the second control unit 66 has a bit depth of at least 8 bits, in particular at least 16 bits, in particular at least 32 bits, in particular at least 64 bits, in particular at most 1024 bits, in particular at most 512 bits, in particular at most 256 bits, in particular at most 128 bits.
  • the first control unit 65 has a large bandwidth. However, it has a relatively low bit depth.
  • the second control unit 66 has a large bit depth. It has a relatively low bandwidth.
  • the data flow of the control units 65, 66 per controlled axis is in each case in each case at most 50 kbit / s, in particular at most 30 kbit / s, in particular at most 20 kbit / s, in particular at most 10 kbit / s, in particular at most 7 kbit / s.
  • the control units 65, 66 are each connected in a data-transmitting manner with a protocol generating unit 67.
  • the protocol generating unit 67 is used to generate a control data stream 68.
  • the control data stream 68 may in particular have a logical subdivision. This will be explained in more detail below.
  • the protocol generating unit 67 is connected to an electronic component 69.
  • the electronic component 69 may form an intermediate control unit which is integrated in the EUV lighting system 2.
  • the control device 61 comprises a control unit 70.
  • the electronic component 69 is connected to the control unit 70 via two data connections 71, 72.
  • the two data connections 71, 72 can also be structurally combined.
  • the data connection 71 serves to transmit the high-frequency, that is to say fast, low-bit-rate data stream.
  • the data connection 72 serves to transmit the slower, that is to say low-frequency, data stream with a greater bit depth.
  • a single common output signal is generated from the data streams transmitted by the data connections 71, 72.
  • This output signal is transmitted via the data channel 63 to a digital-to-analog converter 73 (DAC).
  • DAC digital-to-analog converter
  • the digital-to-analog converter 73 may be disposed on the ASIC 52. In particular, it may be formed as part of the ASIC 52.
  • the control signal is transmitted to a driver circuit 74.
  • the driver circuit 74 the actuators of the mirror elements 23 are activated, that is, the positioning of the mirror elements 23 is controlled or regulated.
  • the entire data transmission between the control device 64 and the mirror array 22, in particular the ASIC 52 as a data transmission channel or data transmission system or abbreviated referred to as a data channel.
  • the control device 61 also includes a monitoring system 75. It comprises in particular an electronic monitoring system 75.
  • the monitoring system 75 is in particular designed to be digital. Preferably, the entire control device 61 is formed digitally.
  • the monitoring system 75 may include, for example, one or more cameras, in particular digital cameras 76, or be in data-transmitting connection with the same. In particular, it may include a plurality of cameras 76 with a plurality of CMOS sensors.
  • the number of cameras 76, in particular the number of CMOS sensors can be in the range from 1 to 50, in particular in the range from 10 to 50.
  • the cameras 76, in particular the CMOS sensors may be separate from the control device 61. They may also form part of the control device 61.
  • the cameras 76 may in particular form part of the monitoring system 75.
  • the cameras 76 and the monitoring system 75 are part of an external sensor 79.
  • the monitoring system 75 has a high bandwidth.
  • the bandwidth of the monitoring system 75 is in particular at least half as large, in particular at least as large, in particular the same size as the largest bandwidth of the control units 65, 66.
  • the monitoring system 75 is connected in a data-transmitting manner with the control device 64, in particular with the control units 65, 66.
  • the detection of the displacement positions, in particular the tilt angle of the mirror elements 23 and / or their changes thus does not take place via a MEMS-internal sensor system, but via the external sensor system 79.
  • the external sensor system 79 By means of the external sensor system 79, the displacement positions of the mirror elements 23 and / or their changes, in particular their time derivatives, relative to an external reference point, that is to a reference point outside the mirror array 22, detected.
  • the external sensor system 79 detects the displacement positions and / or their changes relative to an external fixed point, for example the housing of the projection exposure system 1. This also makes it possible to move the entire mirror array 22, in which the mirror elements 23 and the associated ASICs 52 move in unison with each other and thus remain stationary relative to each other.
  • control device 61 can be designed such that it dampens all the vibrations and / or excitations of the mirror elements 23 to be expected during operation of the projection exposure apparatus 1 at least to a predetermined degree.
  • the mechanical design of the mirror array 22, in particular the structural details of the suspensions of the mirror elements 23, can be substantially simplified.
  • the mirror elements 23 can in particular Have special bearings, which dampen vibrations above a cutoff frequency, in particular above the lowest resonant frequency of the respective mirror element 23, in particular above 500 Hz, in particular above 1 kHz, effectively suppress.
  • the damping to be achieved by means of the device 61 can be simplified.
  • the maximum required to control the mirror elements 23 force or the maximum torque required can be reduced by a suitable mechanical suspension, in particular by a suitable mechanical damping.
  • the data flow to be transmitted from the control device 61 to the mirror array 22 can be reduced.
  • the regulation of the positioning of the mirror elements 23 by means of the outer control loop 62 has the following advantages, among others:
  • the construction of the mirror array 22 becomes easier. In particular, it can be tested more easily. This is particularly advantageous in the case of a modular construction of the mirror array 22.
  • the assembly of the mirror array 22 becomes easier and faster. As a result, in particular, the costs for producing the facet mirror as well as the illumination optics 4 and the projection exposure apparatus 1 as a whole are reduced.
  • Avoiding a control loop on ASIC 52 improves electromagnetic compatibility (EMC) and / or noise performance.
  • the ASIC 52 in particular becomes more robust, especially with respect to electromagnetic interference.
  • the power supply to the mirror array 22 becomes easier. This also reduces the construction and / or the costs of the mirror array 22.
  • Sensor elements on the ASIC 52 can be dispensed with. As a result, it is possible to dispense with terminals without ESD protection on the ASIC 52.
  • ESD electrostatic discharge, electrostatic discharge
  • An outer control loop 62 increases the possibilities of the architecture of the mirror array 22 and its arrangement. Overall, the flexibility is increased.
  • ASICs 52 no longer have to be arranged in the immediate vicinity of the mirror arrays 22.
  • they can have a distance of more than 1 mm, in particular more than 10 mm, from the mirror arrays 22.
  • the outer control loop 62 With the help of the outer control loop 62, a position control in the entire frequency range between 0 Hz and a few kHz is possible. In particular, it is possible to close a bandgap in the range between 10 Hz and the first resonance peak.
  • the outer control loop 62 and in particular its high-sampling component allows an aliasing-free position control.
  • the outer control loop 62 is more accessible for maintenance.
  • the outer control loop 62 includes programmable components. This increases the flexibility of the control.
  • the outer control loop 62 allows for improved error control and protection measures, particularly control that intermediate signals are within the expected interval. Thus, a so-called pull-in of the micro-mirror can be avoided. For example, if the tilt angle of a micromirror increases too much or too fast, the monitoring function in the digital electronics may react and turn off the actuators to protect the micromirror.
  • the regulation of the positioning of the mirror elements 23 takes place in particular over several, in particular at least two, preferably a plurality, in particular more than 10, in particular more than 100, in particular more than 1000, control channels.
  • the control channels can in particular be designed as logical data channels, that is to say as logical subdivisions, in the control data stream 68 and / or in the data channel 63.
  • At least one, in particular a plurality, in particular at least 10, in particular at least 100, in particular at least 1000, of these channels operate with a high sampling rate and a low bit depth.
  • the sampling rate of this control channel or these control channels is in particular at least twice as large as the largest relevant resonance frequency of the mirror element 23 to be controlled.
  • the data flow from the monitoring system 75 can be divided into different channels in accordance with the data flow from the control device 64 to the mirror array 22.
  • the monitoring system 75 can be connected to the control device 64, in particular to the control units 65, 66 in a data-transmitting manner, in particular by means of fast data channels having a low bit depth and by means of slower data channels having a large bit depth.
  • the bandwidths and bit depths of the fast and slow channels can correspond in particular precisely to those of the control channels between the control device 64 and the mirror arrays 22.
  • the control system shown above may each have a fast and a slow control channel for each of the mirror elements 23 to control the positioning of the mirror elements 23. It is also possible to provide 23 separate control channels for each of the displacement degrees of freedom of the mirror elements. It is also possible for each of the displacement degrees of freedom of the mirror elements 23 to generate separate control signals, in particular by means of the protocol generation unit 67, which are combined by the control unit 70 into suitable actuation signals for each of the mirror elements 23. This may be advantageous, in particular, if more than two actuation electrodes 54 are provided for positioning one of the mirror elements 23.
  • the external sensor system 79 can in particular a fast monitoring system 75a and a slow monitoring system 75b. This makes it possible to divide the monitoring, that is to say the sensing of the displacement positions of the mirror elements 23, into separate monitoring loops 77, 78.
  • the monitoring loop 77 is also called a fast loop.
  • the monitoring loop 78 is also called a slow loop.
  • the monitoring loops 77, 78 are components of the outer control loop 62. Together they form the outer control loop 62 in particular.
  • the monitoring system 75b measures the average displacement position of the respective mirror element 23, that is to say the one averaged over a sampling period. Regulation of the displacement positions of the mirror elements 23 based on measurement data relative to an external fixed point by means of the external sensor system 79 leads to a better optical performance and makes certain novel features possible in the first place.
  • the information transmitted from the control device 64 to the mirror array 22 can be divided into different data flow channels.
  • the data channel 63 can in particular be provided with a channel structure, in particular a logical channel structure.
  • the data flow from the control device 64 to the mirror Elements 23 may be provided in particular a multiplex method.
  • the control algorithm in the individual channels may differ here.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • CDMA Code Division Multiple Access
  • SDMA space division multiple access
  • the controller 64 includes a Tx channel coding unit 81.
  • the Tx channel coding unit 81 may be formed as a DSP, FPGA, CPU, ASIC or the like, or may include such components.
  • the Tx channel coding unit 81 is over the communication channels 80; connected to a corresponding Tx channel decoding unit 82.
  • the decoding unit 82 may be formed in the optical component, for example on the ASIC 52, or as part of the control unit 70. It is connected to the digital-to-analog converter 73 via the data channel 63. It may optionally include a feedback data connection 83 to an Rx channel coding unit 84.
  • the Rx channel coding unit 84 receives its input signals from the monitoring system 75, for example via an analog-to-digital converter 85.
  • the Rx channel coding unit 84 and / or the analog-to-digital converter 85 may be components of the MEMS system. In particular, they may be formed on the ASIC 52. They can also be designed as components of the external sensor system 79.
  • the Rx channel coding unit 84 is connected via communication channels 86, in particular digital communication channels 86 ;, to an Rx channel decoding unit 87 in a data-transmitting manner.
  • the Rx channel decoding unit 87 may in particular be designed as a DSP, FPGA, CPU, ASIC or the like or comprise such components. It is in particular a component of the control device 64. It is connected to the Tx channel coding unit 81 in a data-transmitting manner via a control unit 93, which is also designed in particular as a DSP, FPGA, CPU or the like or comprises such components.
  • the mode of operation of the controller architecture according to FIG. 7 will be described below.
  • the controller information that is the respective setting or measuring information, is in different
  • Communication channels 80i, 86 assigned.
  • the information sent by one or more external controller computing units, in particular from the controller 64 to the MEMS units, in particular to the mirror elements 23, is not a single data flow for each MEMS channel, but each of these MEMS channels also have a logical subdivision.
  • the logical MEMS channels are each bundled transported in communication channels.
  • FIG. 7 shows a separation of the communication channels 80; shown.
  • communication channel 80i may be the fast signal channel, that is, the high bandwidth signal, for attenuating one or more of the mirror elements 23.
  • the coding of this signal can be done by limiting the range of the signals to reduce the required bits, that is, by limiting the bit depth of that signal. For the damping effect, only very small forces / moments are generally required in comparison to the positioning forces or moments. Therefore, the range of these damping control signals can be greatly limited, and few bits are enough for transmission.
  • a second communication channel 80 2 (TxC 2 ) can transmit a slow signal for the exact position control. Since only a slow regulation takes place here, the control signal can be transmitted with full bit width, that is, with high resolution, without separate coding.
  • the communication channels 80 may, as already mentioned with reference to Figures 5 and 6, be formed as physically separate links. They can also be logically separated, as described in connection with FIG. 7. In order to realize a tilt angle control via the outer control loop 62, one or more of the following possibilities can be provided:
  • the information to be transmitted can be divided into different data flow channels.
  • the data channel 63 can be provided with a channel structure, in particular a logical channel structure.
  • a multiplex method is provided.
  • each of the mirror elements 23 Individual coding or compression of the signals to each of the mirror elements 23 occurs. This is also referred to as channel-individual coding / compression, in particular as MEMS channel-individual coding / compression. In this case, a plurality of data channels to the mirror elements 23 of one and the same MEMS mirror array 22 should be understood as a MEMS channel. It is also possible to provide coding / compression for each tilt angle axis, in particular for each degree of freedom of displacement.
  • the measurement or controller information of several MEMS channels are bundled encoded and / or compressed.
  • control via the outer control loop 62 are explained in more detail below.
  • coding for example, the restriction of the range of the control signals, in particular by limiting their bit depth, called. This was based on the recognition that for the attenuation of the mirror elements 23, the controller or control signals only have to include a very small range, since only small disturbances have to be compensated for damping. Thus, even with a few bits, that is to say with a small bit depth, a sufficiently fine quantization is given. This will be explained in more detail below.
  • the coding of the communication channels 80i, 86 can also be extended. In particular, it is possible to use further codings of the communication channels 80i, 86 instead of or in addition to limiting the bit depth. make.
  • the coding serves in particular to reduce the number of bits of the signals to be transmitted, that is to say to reduce the total data flow to be transmitted.
  • the coding is used in particular for the compression of the signals, that is to say for the compression of the data flow.
  • a controller architecture with such a compression is shown by way of example in FIG.
  • the architecture of the control device 61 essentially corresponds to the architecture of the device 61 according to FIG. 7.
  • the coding units 81, 84 are called Tx compression unit 88 or Rx
  • Compression unit 89 denotes. Accordingly, the decoding units 82, 87 are referred to as Tx decompression unit 90 and Rx decompression unit 91, respectively. In addition, it is clarified by way of example in FIG. 8 that the communication channels 80 ;, 86; may each be physically designed as a single use of data.
  • a differential transmission of the control signals may also be advantageous. This may mean that only controller errors are transmitted or that only the change is transmitted to the time-preceding value.
  • Another advantageous coding is to send only a signal to the steepness of the waveform (slew rate). This corresponds to an instruction to the decoding unit, in particular to rise rapidly, to fall fast or to remain constant, that is to say for example five states which can be represented with 3 bits.
  • a further advantageous coding consists in a non-linear quantization of the signals. This will be described in more detail below.
  • a further advantageous coding consists in a vector quantization, in particular in the xy-tilt plane.
  • Another coding can consist in a vector coding. In this case, only the information is sent which signal segments the decoding unit has to select from a catalog of signal form. This will be described in more detail below.
  • Another advantageous Codiernote is to limit the frequency ranges. This can be advantageous, in particular in the case of MEMS mirrors, since the task of MEMS in a high vacuum is usually to dampen a few resonances. By limiting it to the most important resonances, in particular by, for example, transmitting only information in the vicinity of defined Fourier coefficients, a high reduction of the bit rate can be achieved.
  • two variants can be distinguished with regard to the restriction to resonances: the restriction is made with permanently parameterized resonances, or the relevant frequencies are extracted from the signals, for example from the current power density spectrum.
  • Another advantageous coding is to limit the information transport to signal contents with respect to other basic functions than in the Fourier decomposition.
  • other functions serve as basic functions as sine or cosine functions.
  • the signal contents can be quantized with respect to the new base.
  • the basic functions can in particular be selected such that the signal has a particularly high content with respect to a given set of basic functions.
  • Further coding variants consist of coding according to the entropy method or according to a Golomb-Rice coder.
  • FIG. 9 exemplarily shows a probability density of a controller output value XR or of a measured variable XM against the corresponding controller output value x R or the measured variable XM.
  • a non-uniform, that is a non-linear, quantization is provided.
  • the quantization of the controller control values XR or the measured variable XM is adapted to the probability density within the corresponding interval.
  • the higher the probability density in a certain range the higher the resolution is provided.
  • a lower resolution is provided, provided that the probability density in this area is low.
  • the probability density illustrated by way of example in FIG. 9 corresponds, for example, to the positions of a mirror element 23, which is arranged particularly frequently in one of the positions 1 or 2, somewhat less often in a position 3 and only relatively rarely in positions deviating therefrom.
  • a non-linear quantization can also be provided multidimensionally.
  • a vector quantization with a two-dimensional probability density for x and y can be provided.
  • the quantization intervals and / or levels can be optimized. They can be optimized, for example, for a minimum error square or a maximum entropy for a given quantization step number.
  • a non-uniform or non-linear quantization is particularly advantageous if the range of the variables to be controlled is limited and / or if the probability of occurrence is very high by a few specific values and decreases very sharply outside these probable ranges. Non-linear quantization can significantly reduce the number of bits to be transmitted.
  • the current tilt angle is differentiated. With vibrations around a constant mean tilt angle and with slow drifts, this leads to the fact that the damping drive variable then fluctuates by the value 0 as the time derivative of the tilt angle. Since the vibrations are generally rather small, no particularly high driving forces are required. Higher driving forces are in other words increasingly unlikely.
  • the probability density of the control variable, for example the time derivative of the tilt angle, at 0 is highest and falls sharply towards higher amounts.
  • the probability density can, for example, as shown by way of example in FIG. 10, have the form of a Gaussian distribution. If, for example, the occurrence of certain values can be excluded, ie if the probability of these values occurring is identical to 0, the distribution can be set to 0 above a certain amount. Such values certainly do not occur or can not contribute to the regulation.
  • control difference in particular the control difference for a disturbance variable control with a fixed tilt angle, generally only takes on very small values, ie values close to zero.
  • FIG. 10 shows a non-linear quantization of the non-normalized probability density of the electrode voltage Uoamp. Illustrated by way of example is a non-linear quantization with 14 quantization intervals IInl Q, I 2n iQ... I 14nl Q. These 14 quantization intervals IiniQ can be represented with a 4-bit signal for Uoamp.
  • a time profile of a controller control value XR ( T ) or a measured variable XM ⁇ is shown by way of example.
  • the corresponding time profile XR (t) or XM (In the illustrated form, it is only necessary to send the information as to whether the signal is rising, remaining the same or falling: in other words, three states suffice This requires only two bits.
  • a similar principle is based on the so-called Slew rate coding. It is transmitted with only a few bits, the information as to whether the control signal remains the same, rises or falls. With additional bits, a few rising or falling speeds of the actuating signal can then be differentiated in order to better represent and transmit signal progressions.
  • FIG. 12 again shows, by way of example, the time characteristic of a controller manipulated variable XR (t) or a measured variable XM (four different signal forms (A, B, C, D) are shown by way of example in the upper area of Figure 12.
  • the signal forms are also used as signal segments 92A, 92B, 92C, 92D Below the time axis of the time course of x R (t) and XM (respectively, it is shown how this curve can be coded by the four signal forms A, B, C, D.
  • the shape of the signal segments 92i In particular, it is conceivable to have a catalog of signal segments 92 i which correspond to parts of sine oscillations at the resonant frequencies of the mirror elements 23. The reason for this is that in the case of vibrations often exclusively resp In most cases resonances are also excited by sinusoidal oscillations (with varying amplitude) at the resonant frequencies.
  • the MEMS channel individual coding contains the individual coding for each tilt axis, but also the combined coding of the tilt axes.
  • Vector coding in the x-y plane may also be advantageous.
  • the catalog of signal segments then consists of 2D trajectories over the time axis instead of 1 D signal waveforms over the time axis.
  • control and coding methods considered so far were limited to considering individual mirrors or individual tilt axes within the mirror array 22, it is also possible to bundle several MEMS channels in coded form. This is particularly advantageous if there are correlations between the deflections of the mirror elements 23, in particular their disturbances to be damped. If, for example, the mirror array 22 as a whole experiences a fault, it may be sufficient to transmit only a single tilt angle error for the entire mirror array 22 as controller information from the control device 64 to the mirror array 22.
  • the architecture of the control device 61 shown in FIG. 13 essentially corresponds to the architecture of the control device 61 according to FIG.
  • the control device 64 comprises, in particular, a multiplicity of control units 931... 93 n .
  • the compression algorithm processes the information, that is to say the control signals to and / or from several of the mirror elements 23, in particular all mirror elements 23 of one of the mirror arrays 22, in particular of all the mirror arrays 22, simultaneously or bundled.
  • the data flow that is to say the total amount of data to be transmitted per unit time between the control device 64 and the mirror elements 23, can be considerably reduced.
  • the information required in the decompression units 90, 91 for the regulation of the individual mirror elements 23 or their displacement degrees of freedom is completely reconstructable. It is also possible to reconstruct the information required for controlling the mirror elements 23 in the decompression units 90, 91 only partially, that is to say incompletely, if this is sufficient for the required controller performance.
  • the external sensor system 79 may include additional sensors 94 in addition to the monitoring systems 75.
  • the sensors 94 serve, in particular, for detecting one or more variables for characterizing the ambient conditions of the mirror elements 23. These variables are indicated schematically in FIG. 13 by the reference numeral 95.
  • a mean tilt angle error that is, to an average of the tilt angle errors of all the mirror elements 23, and to each of the individual mirror elements 23, respectively the individual deviation from this mean tilt angle error.
  • These deviations of the individual mirror elements 23 of the same mirror array 22 can be coded with significantly fewer bits than the overall deviations.
  • the savings in data flow volume are similar to those in differential encoding. However, here time is not differentiated, but encoded differentially over several bundled data channels. The individual deviation of each of the individual mirror elements 23 from the mean value can be represented and transmitted with a few bits.
  • FIG. 14 is shown the time course of three signals to be transmitted A ls A 2, A 3 example.
  • the signals A can again represent controller control values or measured variables.
  • a 2 B 2 .Ai + C 2 and
  • a 3 B 3 ⁇ Ai + C 3 , where Bi is a constant and is also assumed to be a constant. In general, it can be a time-dependent signal. However, the signals are generally lower in amplitude than the output signals Ai.
  • Figure 14 is merely illustrative of the basic principle of bundled compression. Alternative coding methods, for example a standard MPEG method, are also possible for compression.
  • 2D coding is conceivable.
  • Such 2D coding is based on the idea of compressing the information of all tilt angles and / or drive variables for a mirror array 22 similar to an image at a given time, that is to say in this compression step without using temporal correlations.
  • the deflate algorithm predicts the value from one pixel to the next and only stores or codes the prediction error. In regions, ie regions, with mirror elements 23 whose tilt angle differs little from that of the adjacent mirror element 23, the algorithm works very efficiently.
  • the compression can, for example, also be applied to the tilt angle or other measured variables determined by means of the sensor system 79. It can also be applied to derived controlled variables, in particular the control difference or the time derivative of the control difference. Since the mirror elements 23 with comparable displacement positions usually also experience similar disturbances, for example due to vibrations, the above-described 2D compression is also very efficiently applicable to variables which do not directly represent the tilt angles themselves, but rather from the FIGS current tipping angles are derived, for example, the time derivative or the control difference.
  • another advantageous coding method will be described.
  • An example of a disturbance variable that leads to controller errors that are highly correlated in time between individual channels and thus highly correlated communication signals are excitations due to pulses or pulse sequences of the illumination radiation 14.
  • the signal shape is structurally very similar for the various mirror elements 23 , However, it may differ in direction and amplitudes between the individual mirror elements 23. However, the direction and amplitude can be derived at least partially directly from the tilt angle setpoints. If the constant nominal values of the coding unit 81 and of the decoding unit 82 are present, it may be sufficient, for example, to transmit only a single pattern regulator signal for each mirror array 22. The decoding can then take place individually for each of the mirror elements 23, taking into account the temporally constant tilt angle setpoint value.
  • variations between the individual mirror elements 23 can also be transmitted within a mirror array 22.
  • this information can again be encoded with a few bits.
  • the temporal change of the tilt angle ie the difference of the tilt angle values at two successive points in time, is limited in the range.
  • the probability density of the changes is such that only small ranges of the possible tilt angle range have to be transmitted and thus quantized.
  • This time compression greatly reduces the number of bits required.
  • the described 2D compression can then be applied to the already reduced data set in a subsequent step.
  • Such a combination of a 2D coding with the addition of the temporal aspect, that is to say involving the temporal dimension, is also referred to as 3D coding.
  • a control sequence 99 will be described once again with reference to FIG. 16 on the basis of the sequence of a 3D coding at the sampling time n.
  • a measuring step 100 the current tilt angles of the mirror elements 23 are measured.
  • the sensor system 79 is used in particular for measuring or detecting the tilt angle.
  • the tilt angles of the x ⁇ y mirror elements 23 of the mirror array 22 at time n are denoted by a (x, y, n).
  • the differences e (x, y, n) are next calculated in a differentiation step 101.
  • a data set e qua nt (x, y, n) is calculated by limiting the value range of the differences e (x, y, n) and nonlinear quantization within the limited value range.
  • e qua nt (x, y, n) for example, suffice only 5 bits per pixel.
  • a local compression step 103 the data set e qua nt (x, y, n) is compressed by 2D image compression, in particular by a deflation algorithm.
  • the data volume can be reduced, for example, to a fifth.
  • the data set ekom P (x, y, n) is then transferred from the control device 64 to the mirror array 22 in a transfer step 104.
  • the data record ekom P (x, y, n) is in particular transmitted to the decoding unit 82 or the decompression unit 90.
  • ekom P (x, y, n) is unpacked, that is decoded and / or decompressed.
  • the compressed data set ekom becomes P (x, y, n) in a decoding step or decompression step
  • a subsequent update step 107 the values of the tilt angles ⁇ in the coding unit 81 are brought to the new values, that is to say the values at time n, that is to say the values a (x, y, n).
  • the control cycle 99 is started again with the next measuring step 100.
  • 8192 bits can be transmitted in about 0.08 ms.
  • the approximately 0.08 ms transmission time at resonance would correspond to a phase loss of about 2.88 °.
  • Such latencies can be used, for example, for tilt angle measurement and / or data compression and / or data decompression.
  • the local coordinate in this context denotes the position of the mirror element 23 in the mirror array 22.
  • Prediction means that the tilt angles at a given point in time are predicted from those of the preceding times, in particular those of the immediately preceding time, so that only prediction parameters and prediction errors have to be transmitted.
  • the receiver in particular the decoding or decompressing unit 82, 90 or the control unit 70 or the electronics on the ASIC 52, knows the prediction model and can extract the full information from the prediction parameters and the prediction error, in particular extract it loss-free.
  • the coding and decoding of the control signals can be improved.
  • Encoding and decoding do not necessarily have to be grouped according to physical units.
  • the coding / decoding packets can also be arranged by resorting in such a way that the data reduction is optimal. This can be achieved, for example, by clustering mirror elements 23 with similar tilt angle setpoints in the x and / or y direction and / or mirror elements 23 with similar tilt angle amounts and / or mirror elements 23 with similar tilt angle values. Directions happen.
  • FIG. 15 shows by way of example how a better compression efficiency can be achieved by resorting the controller signals in the coding unit.
  • the output signal is a vector 109 with the signals A ls A 2 , A 3 .. A n to be transmitted.
  • a permutation step 110 the elements of the vector 109 are permuted by means of a permutation matrix M.
  • the elements of the vector 109 are permuted in such a way that similar, in particular identical signals come to lie adjacent.
  • the permuted vector 109 thus has regions, in particular contiguous regions with similar, in particular identical signal constituents. Then, the permuted vector is compressed in a compression step 111.
  • the compressed vector is then transferred to the decompression unit 90 in a transfer step 112. In particular, it is transmitted digitally.
  • the permutation matrix M the signal A ls the constants B 2 , C 2 , B 3 , C 3 and the frequencies n ls n 2 , n 3 of the occurrence of the signals A ls A 2 , A 3 transmitted.
  • the constants Bi, Ci reference is made to the preceding description of the bundled coding of correlated signals (see FIG. 14).
  • the data is decompressed in a decompression step 113. They are then depermutated using the inverse, M "1 , of the permutation matrix M in a de-permutation step 114.
  • the vector 109 with the signal components A ls A 2 , A 3 ... A n is again in its original form. Again, it is again possible to provide lossy compression / decompression instead of lossless.
  • the abovementioned coding methods can be further improved if prior knowledge, in particular via environmental information, for example with the aid of further signals, in particular further measuring signals, is introduced for coding.
  • the data reduction can be further improved.
  • Examples of prior knowledge and / or environmental information include the tilt angle setpoints, the temperature, the temperature profile, the characteristics of the illumination radiation, in particular the activation of the radiation source 3, in particular the activation times and / or the activation frequency and / or the intensity of the emitted Illumination Radiation 10.
  • Other environmental information that can be used to advantage include wafer holder movement and / or reticle holder movement, dose sensor measurement data, and global accelerometer data.

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Abstract

Zur Regelung der Positionierung einer Vielzahl von verlagerbaren Spiegel-Elementen ist eine externe Steuereinrichtung (64) vorgesehen, welche über einen Datenkanal mit einer Bandbreite von mindestens 1 kHz pro geregeltem Verlagerungs-Freiheitsgrad mit der Vielspiegel-Anordnung (22) verbunden ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Positionierung einer Vielzahl von verstellbaren Spiegel-Elementen einer Vielspiegel- Anordnung
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 207 866.0 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung der Positionierung einer Vielzahl von verstellbaren Spiegel-Elementen einer Vielspiegel- Anordnung. Die Erfindung betrifft außerdem ein optisches Bauelement mit einer derartigen Vorrichtung und einer Vielspiegel- Anordnung. Schließlich betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage mit mindestens einem derartigen Bauelement sowie eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer entsprechenden Beleuchtungsoptik. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements sowie ein derartiges Bauelement.
Die Positionierung der Einzelspiegel einer Vielspiegel- Anordnung ist sehr aufwändig.
Eine Vielspiegel- Anordnung mit verstellbaren Spiegel-Elementen mit einer Vorrichtung zur Verlagerung derselben ist beispielsweise aus der WO 2013/120926 AI bekannt.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Regelung der Positionierung einer Vielzahl von verstellbaren Spiegel-Elementen einer Vielspiegel- Anordnung zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit einer von der Vielspiegel- Anordnung separat ausgebildeten Steuereinrichtung, welche über mindestens einen ersten Da- tenkanal mit einer Bandbreite von mindestens 1 kHz in datenübertragender Weise mit der
Vielspiegel- Anordnung verbunden ist, gelöst. Der Datenkanal weist insbesondere eine Bandbreite auf, welche eine Regelbandbreite von mindestens 1 kHz ermöglicht.
Unter der Bandbreite eines Datenkanals sei im Folgenden die obere Grenzfrequenz desselben verstanden. Die Bandbreite gibt insbesondere die maximale Frequenz eines Signals wieder, welches über diesen Datenkanal übertragen werden kann. Ein Datenkanal mit einer gegebenen Bandbreite ist dazu geeignet, Signale für eine Steuerung, insbesondere eine Regelung, mit dieser Bandbreite zu übertragen.
Weiterhin sei unter Regelbandbreite im Folgenden der Frequenzbereich der zu regelnden, insbe- sondere zu kompensierenden, Frequenzen, insbesondere der Resonanzfrequenzen, verstanden.
Eine weitere Eigenschaft eines Datenkanals ist seine maximale Datenrate. Der Zusammenhang zwischen der Bandbreite einer Regelung und der hierfür erforderlichen Datenrate des entsprechenden Datenkanals ergibt sich über die Abtastrate des über diesen Kanal übertragenen Signals. Die Abtastrate gibt an, wie viele Mess- und/oder Reglerstellwerte pro Zeiteinheit berechnet werden und über einen gegebenen Datenkanal transportiert werden.
Die Abtastrate muss mindestens doppelt so hoch sein wie die Bandbreite. Es kann verlangt werden, dass die Abtastrate mindestens fünfmal, insbesondere mindestens zehnmal so hoch ist wie die Regelbandbreite. Die maximale erforderliche Datenrate eines Datenkanals ergibt sich insbesondere als Produkt aus der erforderlichen Abtastrate und der Bittiefe des zu übertragenen Signals.
Bei einer vorgegebenen Bittiefe des Signals hängt die maximale Datenrate eines Datenkanals somit direkt mit der Bandbreite desselben zusammen.
Durch die hohe Bandbreite ist eine sehr schnelle Regelung der Positionierung der Spiegel- Elemente möglich. Die Bandbreite des Datenkanals, welcher auch als schneller Datenkanal bezeichnet wird, kann insbesondere mindestens 2 kHz, insbesondere mindestens 3 kHz, insbeson- dere mindestens 5 kHz, insbesondere mindestens 10 kHz betragen.
Die Spiegel-Elemente weisen allgemein mindestens einen Verlagerungs-Freiheitsgrad, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens drei Verlagerungs-Freiheitsgrade auf. Hierbei handelt es sich insbesondere um Kippfreiheitsgrade. Die Einzelspiegel sind insbesondere um mindestens eine, insbesondere mindestens zwei linear unabhängige Achsen verkippbar. Die Einzelspiegel können auch linear verlagerbar sein, insbesondere in Richtung ihrer Flächennormalen. Im Folgenden wird der Einfachheit halber ausschließlich auf die Verkippung der Einzelspiegel Bezug genommen. Dies sei jedoch nicht einschränkend zu verstehen.
Der erste Datenkanal weist insbesondere für jeden Verlagerungs-Freiheitsgrad jedes der einzel- nen Spiegel-Elemente eine Bandbreite wie vorhergehend beschrieben auf.
Die hohe Bandbreite ermöglicht es, mittels der Vorrichtung unerwünschte Bewegungen, insbesondere Schwingungen, insbesondere im Bereich der Eigenfrequenzen, insbesondere im Bereich von 100 Hz bis 5000 Hz, der Spiegel-Elemente, zu dämpfen. Ein Aspekt der Erfindung betrifft daher die Verwendung der Vorrichtung zur Dämpfung der Spiegel-Elemente.
Mit Hilfe der Vorrichtung ist eine Regelung der Positionierung der Spiegel-Elemente einer Vielspiegel- Anordnung möglich, wobei die Anzahl der Spiegel-Elemente mindestens 100, insbesondere mindestens 10000, insbesondere mindestens 30000, insbesondere mindestens 100000, insbesondere mindestens 300000, insbesondere mindestens 1000000 beträgt.
Unter einem Datenkanal sei insbesondere ein konstruktives Bauelement zur Übertragung eines Signals von der Steuereinrichtung zu der Vielspiegel- Anordnung verstanden. Ein derartiger Datenkanal kann insbesondere durch ein geeignetes Kabel gebildet werden. Prinzipiell ist auch eine drahtlose Datenübertragung möglich. Allgemein bezeichnet ein Datenkanal ein Mittel zur Ermöglichung eines Informationsflusses. Vereinfacht wird der Begriff Datenkanal auch zur Bezeichnung des Informationsflusses selbst verwendet.
Der erste Datenkanal weist pro Abtastwert insbesondere eine Bittiefe von maximal 32 Bit, insbe- sondere maximal 16 Bit, insbesondere maximal 8 Bit, insbesondere maximal 4 Bit, insbesondere maximal 2 Bit auf. Durch die geringe Bittiefe kann der Gesamtdatenfluss reduziert werden. Hierdurch wird die Komplexität der Datenübertragung reduziert. Außerdem wird hierdurch insbesondere das Gesamtvolumen der zu übertragenden Daten reduziert. Die Vorrichtung umfasst insbesondere eine Vielzahl von ersten Datenkanälen. Die Vielzahl der Datenkanäle kann insbesondere durch ein einziges oder mehrere konstruktive Bauelemente gebildet sein. Es ist insbesondere für jedes der Spiegel-Elemente mindestens ein erster Datenkanal vorgesehen. Es kann auch insbesondere für jeden Verlagerungs-Freiheitsgrad jedes der Spiegel- Elemente jeweils mindestens ein erster Datenkanal vorgesehen sein. Die Anzahl der Datenkanäle ist insbesondere mindestens so groß wie die Anzahl der Spiegel-Elemente, insbesondere mindestens doppelt so groß wie die Anzahl der Spiegel-Elemente. Die Anzahl der Datenkanäle beträgt insbesondere mindestens 1000, insbesondere mindestens 10000, insbesondere mindestens 30000, insbesondere mindestens 50000, insbesondere 100000, insbesondere mindestens 300000, insbesondere mindestens 500000.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Kontroll-Einheit, in welcher aus den Signalen von mindestens zwei Datenkanälen ein gemeinsames Ausgangssignal ermittelt wird.
Es können auch mehrere derartige Kontroll-Einheiten vorgesehen sein. Bei der Kontroll-Einheit kann es sich insbesondere um ein digitales Bauelement handeln. Sie ist ausgangsseitig mit dem DAC der Vielspiegel- Anordnung verbunden.
Mittels der Kontroll-Einheit können insbesondere die Signale des ersten und zweiten Datenkanals eines Spiegel-Elements bzw. eines Verlagerungs-Freiheitsgrads desselben zu einem gemein- samen Signal zusammengefasst werden.
Mittels der Kontroll-Einheit können die Signale der Datenkanäle codiert und/oder komprimiert werden. Details der Codierung und/oder Komprimierung werden nachfolgend noch näher beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Datenkanal mit einem Digital- Analog- Wandler (Digital to Analog Converter, DAC) in signalübertragender Weise verbunden. Der DAC kann insbesondere Bestandteil einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) sein. Das ASIC wiederum kann Bestandteil der Vielspiegel- Anordnung (Multi Mirror Array, MMA) sein. Für Details sei auf die WO 2013/120926 AI verwiesen. Der Datenkanal kann insbesondere Bestandteil einer digitalen Regelungsschleife sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung mindestens einen zweiten Datenkanal zur Signalübertragung zur Vielspiegel- Anordnung, welcher eine Bandbreite von höchstens 500 Hz, insbesondere höchstens 200 Hz, insbesondere höchstens 50 Hz, insbesondere höchstens 10 Hz, insbesondere höchstens 1 Hz aufweist. Die Bandbreite steht hierbei wiederum in direktem Zusammenhang mit der Abtastfrequenz. Der zweite Datenkanal wird auch als langsamer Datenkanal bezeichnet. Der mindestens eine zweite Datenkanal weist insbesondere eine Bittiefe von mindestens 10 Bit, insbesondere mindestens 16 Bit, insbesondere mindestens 32 Bit, insbesondere mindestens 64 Bit, insbesondere mindestens 128 Bit, insbesondere mindestens 256 Bit, insbesondere mindestens 512 Bit, insbesondere mindestens 1024 Bit auf. Es kann insbesondere für jedes der Spiegel-Elemente, insbesondere jeden Verlagerungs-Freiheitsgrad jedes der Spiegel-Elemente ein zweiter Datenkanal vorgesehen sein. Die Bandbreiten des ersten und zweiten Datenkanals eines gegebenen Spiegel-Elements bzw. dessen Verlagerungs-Freiheitsgrade haben jeweils ein Verhältnis von mindestens 2 : 1, insbesondere mindestens 3 : 1, insbesondere mindestens 5 : 1, insbesondere mindestens 10 : 1, insbesondere mindestens 30 : 1, insbesondere mindestens 50 : 1, insbesondere mindestens 100 : 1. Die entsprechenden Bittiefen haben jeweils ein Verhältnis von höchstens 1 : 2, insbesondere höchs- tens 1 : 3, insbesondere höchstens 1 : 5, insbesondere höchstens 1 : 10, insbesondere höchstens 1 : 30, insbesondere höchstens 1 : 50, insbesondere höchstens 1 : 100.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung mindestens eine Sensor- Einrichtung, insbesondere mindestens eine externe Sensor-Einrichtung. Die Sensor-Einrichtung ermöglicht insbesondere eine Erfassung der Verlagerungspositionen der Spiegel-Elemente der Vielspiegel- Anordnung relativ zu einem Bezugspunkt außerhalb der Vielspiegel- Anordnung. Sie ermöglicht insbesondere eine Erfassung der Verlagerungs-Positionen relativ zum Gehäuse der Projektionsbelichtungsanlage. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Vorrichtung ausschließlich derartige externe Sensoren aufweisen. Sie kann insbesondere eine Vielzahl derartiger Sensoren aufweisen. Durch die Erfassung der Verlagerungs-Positionen relativ zu einem externen Bezugspunkt wird die Regelung der Verlagerungs-Positionen der Spiegel-Elemente und damit die optische Performance der Vielspiegel- Anordnung wesentlich verbessert. Sie ermöglicht au- ßerdem neuartige Funktionen. Mit der Regelung der Spiegel der Vielspiegel- Anordnung über eine äußere Steuereinrichtung sind insbesondere neue optische Funktionen denkbar, bei denen durch gezielte aber flexible Beeinflussung der EUV-Strahlung mit Hilfe der Stellwinkel der Spiegel der Vielspiegel- Anordnung die Parameter der exakten Abbildung einer Lithografiemas- ke, insbesondere einer EUV-Lithografiemaske, auf einen Wafer optimiert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung mindestens eine Sensor- Einrichtung mit einer Bandbreite von mindestens 1 kHz. Die Bandbreite, insbesondere die Abtast-Frequenz der Sensor-Einrichtung, kann pro geregelter Achse insbesondere mindestens 2 kHz, insbesondere mindestens 3 kHz, insbesondere mindestens 5 kHz, insbesondere mindestens 10 kHz betragen. Die Sensor-Einrichtung kann insbesondere Bestandteil einer Regelungsschleife sein, welche als schnell Regelungsschleife bezeichnet wird.
Die Vorrichtung umfasst insbesondere eine Vielzahl derartiger Sensor-Einrichtungen. Sie kann insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 30, insbesondere mindestens 50 Sensor-Einrichtungen aufweisen. Als Sensor-Einrichtung kann insbesondere jeweils eine Kamera, insbesondere mit einem CMOS-Chip dienen.
Die Sensor-Einrichtung kann eine Bittiefe von höchstens 1024 Bit, insbesondere höchstens 512 Bit, insbesondere höchstens 256 Bit, insbesondere höchstens 128 Bit, insbesondere höchstens 64 Bit aufweisen. Sie kann auch ein größere Bittiefe aufweisen.
Mittels der Sensor-Einrichtung kann jeweils die Verlagerungs-Position eines oder mehrerer der Spiegel-Elemente oder deren zeitliche Ableitung erfasst werden.
Wie bei den Datenkanälen, welche die Steuereinrichtung mit der Vielspiegel- Anordnung verbinden, kann die Sensor-Einrichtung auch schnellere Sensoren und langsamere, jedoch präzisere Sensoren umfassen. Für die Bandbreiten und Bittiefen der schnelleren und langsameren Sensor- Einrichtungen sei auf die der ersten und zweiten Datenkanäle verwiesen.
Das Sensor- System, das heißt die Gesamtheit der Sensor-Einrichtungen, ermöglicht sowohl eine sehr präzise Erfassung der Verlagerungs-Positionen der einzelnen Spiegel-Elemente und/oder deren zeitlicher Ableitung, als auch eine sehr schnelle Erfassung dieser Größen. Die Geschwindigkeit der Sensor-Einrichtung wird hierbei durch die Bandbreite, d. h. die Abtast-Frequenz der schnellen Sensoren, begrenzt. Die Präzision wird hierbei durch die Bittiefe, insbesondere der langsameren Sensoren begrenzt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein optisches Bauelement zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauelement umfassend eine Vielspiegelanordnung und eine Vorrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung. Durch die vorhergehend beschriebene Vorrichtung wird die Positionierung der Spiegelelemente verbessert. Die weiteren Vorteile ergeben sich aus den bereits für die Vorrichtung beschriebenen.
Bei der Vielspiegel- Anordnung handelt es sich insbesondere um ein mikroelektromechanisches System (MEMS). Für allgemeine Details desselben sei wiederum auf die WO 2013/120926 AI verwiesen. Es kann sich insbesondere um eine Vielspiegel- Anordnung zur Reflexion von EUV- Strahlung, insbesondere von Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 5 nm bis 30 nm, insbesondere von weniger als 14 nm, handeln.
Die Anzahl der Spiegel-Elemente der Vielspiegel- Anordnung beträgt insbesondere mindestens 1000, insbesondere mindestens 10000, insbesondere mindestens 30000, insbesondere mindestens 50000, insbesondere mindestens 100000, insbesondere mindestens 200000, insbesondere mindestens 300000, insbesondere mindestens 1000000.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Vielspiegel- Anordnung mechanische Mittel zur Dämpfung von Anregungen der Spiegel-Elemente im Bereich mindestens einer ihrer Resonanzfrequenzen auf. Die Vielspiegel- Anordnung weist insbesondere mechanische Mittel zur Dämpfung von Anregungen mit Frequenzen oberhalb 100 Hz, insbesondere oberhalb 200 Hz, insbesondere oberhalb 400 Hz, insbesondere oberhalb 800 Hz auf. Eine derartige Dämpfung kann insbesondere mit Hilfe einer geeigneten Aufhängung und/oder Lagerung der Spiegel-Elemente erreicht werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind zur Aktuierung der Spiegel-Elemente analoge Schaltkreise vorgesehen, welche rückkopplungsfrei ausgebildet sind. Die Schaltkreise sind insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) ausgebildet.
Das optische Bauelement kann insbesondere ausschließlich digitale Regelungsschleifen aufweisen. Hierdurch wird insbesondere die Ausbildung der ASICs vereinfacht. Hierdurch wird das optische Bauelement insgesamt einfacher, insbesondere einfacher herzustellen und einfacher zu testen. Weitere Vorteile werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele dargestellt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Regelung der Positionierung einer Vielzahl von Spiegel-Elementen einer Vielspiegel- Anordnung zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:
Bereitstellen einer Vielspiegel- Anordnung mit einer Vielzahl von mittels Aktuatoren verlagerbaren Spiegel-Elementen,
Bereitstellen einer Steuereinrichtung zur Erzeugung von Signalen zur Betätigung der Aktuatoren zur Verlagerung der Spiegel-Elemente,
- Erzeugung eines Datenstroms mit Signalen zur Aktivierung der Aktuatoren mittels der Steuereinrichtung,
Übertragung des Datenstroms mittels mindestens eines ersten Datenkanals (63) zur
Vielspiegel- Anordnung. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine erste Datenkanal eine Bandbreite aufweist, welche mindestens doppelt so groß ist wie eine Resonanzfrequenz eines der Spiegel- Elemente. Die Bandbreite, insbesondere die Abtast-Frequenz, des ersten Datenkanals ist insbesondere mindestens doppelt so groß wie die kleinste Resonanzfrequenz der Spiegel-Elemente. Für weitere Details sei auf die vorhergehende Beschreibung der Vorrichtung zur Regelung der Positionierung der Spiegel-Elemente, insbesondere auf die Merkmale und Eigenschaften des ersten Datenkanals, verwiesen. Die Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus den vorhergehend beschriebenen.
Bei der Steuereinrichtung handelt es sich insbesondere um eine externe Steuereinrichtung, das heißt sie ist nicht Bestandteil der Vielspiegel- Anordnung, insbesondere nicht in diese integriert, sondern separat von der Vielspiegel- Anordnung ausgebildet.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere digital ausgebildet. Sie weist insbesondere eine Vielzahl von Datenkanälen auf. Die Signale von mindestens zwei Datenkanälen können zu einem gemeinsamen Ausgangssignal zusammengefasst werden. Für weitere Details sei auf die vorherge- hende Beschreibung sowie auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwiesen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist jeder Datenkanal einen maximalen Daten- fluss von höchstens 50 kbit/s pro geregelter Achse auf. Der maximale Datenfluss pro geregelter Achse jedes Datenkanals beträgt insbesondere höchstens 30 kbit/s, insbesondere höchstens 20 kbit/s, insbesondere höchstens 10 kbit/s, insbesondere höchstens 7 kbit/s.
Hierdurch wird insbesondere das pro Zeiteinheit von der Steuereinrichtung an die Vielspiegel- Anordnung zu übertragende Gesamtdatenvolumen begrenzt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Positionierungen der Spiegel-Elemente und/oder Änderungen derselben mittels mindestens einer Sensor-Einrichtung, insbesondere mittels mindestens einer externen Sensor-Einrichtung erfasst. Unter einer externen Sensor- Einrichtung sei hierbei insbesondere verstanden, dass die Messung der Verlagerungs-Positionen der Spiegel-Elemente und/oder der Änderungen derselben relativ zu einem Bezugspunkt außer- halb der Vielspiegel- Anordnung, insbesondere relativ zu einem Bezugspunkt an einem Rahmen oder einem Gehäuse oder einem anderen ortsfesten Bestandteil der Projektionsbelichtungsanla- ge, erfolgt. Die Sensor-Einrichtung ist insbesondere separat von der Vielspiegel- Anordnung ausgebildet. Die Vielspiegel- Anordnung kann auch integrierte Sensoren, insbesondere auf den ASICs aufweisen. Die externe Sensor-Einrichtung steht in datenübertragender Verbindung mit der Steuereinrichtung. Die externe Sensor-Einrichtung ist insbesondere Bestandteil mindestens einer digitalen Regelungsschleife. Wie vorhergehend bereits beschrieben, können auch mehrere Sensor-Einrichtungen vorgesehen sein, welche insbesondere Bestandteile separater Regelungsschleifen, insbesondere Regelungsschleifen mit unterschiedlichen Abtast-Frequenzen, sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Datenkanal eine Kanalstruktur mit min- destens zwei Kommunikationskanälen auf. Der Datenkanal weist insbesondere eine logische Unterteilung in mindestens zwei, insbesondere in eine Vielzahl von Kommunikationskanälen auf. Die Anzahl der Kommunikationskanäle kann insbesondere gerade der Anzahl der Spiegel- Elemente der Vielspiegel- Anordnung oder der Anzahl der Spiegel-Elemente multipliziert mit der Anzahl ihrer Freiheitsgrade betragen.
Außerdem ist es möglich, den mindestens einen ersten, schnellen Datenkanal und den mindestens einen zweiten, langsameren Datenkanal zu einem einzigen Datenkanal zusammenzufassen. Es ist insbesondere möglich, mehrere Kommunikationskanäle, das heißt den Informationsfluss von der Steuereinrichtung zu den Spiegel-Elementen, in gemeinsamen Datenkanälen, gebündelt zu übertragen. Zur logischen Unterteilung der Datenkanäle ist insbesondere ein Multiplex-
Verfahren vorgesehen. Vorteilhafte Beispiele für die Trennung der einzelnen Kommunikationskanäle sind insbesondere eine zeitgeschlitzte Trennung, eine frequenzgeschlitzte Trennung, ein Codemultiplexverfahren, insbesondere ein sogenanntes Code Division Multiple Access
(CDMA)-Verfahren oder ein Raummultiplexverfahren (englisch: Space Divison Multiple Ac- cess, SPMA).
Die Begriffe Multip lexing und Multiple Access werden im Folgenden austauschbar verwendet, auch wenn die Datenkanäle eingangs- und ausgangsseitig jeweils mit einem oder mehreren Sendern bzw. Empfängern verbunden sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der von der Steuereinrichtung erzeugte Datenstrom codiert. Bei der Codierung kann es sich insbesondere auch um eine Komprimierung des Datenstroms handeln. Es kann insbesondere vorgesehen sein, die Signale für jedes der Spiegel- Elemente und/oder jeden Freiheitsgrad derselben individuell zu codieren oder zu komprimieren.
Bei der Codierung kann es sich insbesondere um eine oder mehrere der folgenden Varianten handeln: Beschränkung des Dynamikbereichs, insbesondere der Bittiefe, differenzielle Übertragung, Übertragung der Steilheit der Signalform (Slew Rate), nicht lineare Quantisierung, Vektorquantisierung, insbesondere in einer Kippebene, Vektorcodierung, Beschränkung der Frequenzbereiche, Beschränkung des Informationstransports auf Signalinhalte bezüglich anderer Basisfunktionen als bei der Fourier-Zerlegung oder Codierung nach einem Entropieverfahren. Für Details der unterschiedlichen Codiervarianten sei auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwiesen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, die Signale für mehrere Spiegel- Elemente bzw. deren Freiheitsgrade gebündelt zu codieren und/oder komprimieren. Hierbei wer- den insbesondere Korrelationen zwischen den einzelnen Spiegel-Elementen bzw. deren Freiheitsgraden berücksichtigt. Hierdurch kann die pro Zeiteinheit zu übermittelnde Datenmenge erheblich reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, die Signale für mehrere Spiegel- Elemente bzw. deren Freiheitsgrade modellbasiert zu codieren und/oder zu komprimieren. Das heißt, dass in der Steuereinheit modellbasiert eine Prädiktion für einen Abtastwert erzeugt wird. Die Steuereinheit kennt den aktuellen Positionsmesswert über die Sensoreinrichtung und kann daher den Prädiktionsfehler des Modells berechnen, und diesen Prädiktionsfehler über einen Datenkanal zur Vielspiegel- Anordnung übertragen. Die Decodiereinrichtung bzw. Dekomprimie- reinrichtung auf der Vielspiegel- Anordnung verwendet das gleiche Modell für die Regelstrecke, beispielsweise Mikrospiegel, und kann mit dem Prädiktionsfehler und einer Modellprognose den aktuellen Sensorwert rekonstruieren. Die Reduktion der Datenrate zwischen Steuereinrichtung und Viel- Spiegelanordnung wird erreicht, indem der Prädiktionsfehler bei hoher Abtastrate nur mit wenigen Bits, das heißt mit geringer Bittiefe, übertragen wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante werden bei der Codierung und/oder Komprimierung auch vergangene Werte berücksichtigt. Die Codierung/Komprimierung wird insbesondere auf die zeitliche Dimension ausgedehnt. Dies wird auch als„3D-Codierung" bezeichnet. Bei der gebündelten Codierung kann es insbesondere vorteilhaft sein, die Kanäle umzusortieren. Hierdurch kann die Datenreduktion weiter verbessert werden. Die Umsortierung kann insbesondere derart vorgenommen werden, dass Korrelationen vergrößert, insbesondere maximiert, werden. Sie kann insbesondere zur Maximierung der Kompressionseffizienz durchgeführt werden. Möglich ist beispielsweise eine Clusterung, das heißt eine Zusammenfassung, der Signale zu Spiegeln mit ähnlichen Kippwinkel-Sollwerten, Kippwinkel-Beträgen oder Kippwinkel- Richtungen.
Des Weiteren können bei der Codierung Vorwissen und/oder Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Hierbei können insbesondere weitere Messsignale berücksichtigt werden. Wei- tere Umgebungsbedingungen oder weiteres Vorwissen, welches bei der Codierung verwendet werden kann, betrifft eine Auswahl aus folgender Liste: Kippwinkel-Sollwerte, Temperatur, Temperaturverlauf, EUV- Anregung, EUV-Quellen-Trigger, Waferstage-Bewegungen, Messdaten von Dosis-Sensoren und Messdaten von globalen Beschleunigungssensoren. Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch ein optisches Bauelement gemäß der vorhergehenden Beschrei- bung gelöst. Die Vorteile ergeben sich aus den bereits beschriebenen.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements und ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement zu verbessern.
Diese Aufgaben werden durch die Bereitstellung einer entsprechenden Projektionsbelichtungsanlage gelöst. Für die Vorteile sei wiederum auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen: eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie mit einem Beleuchtungssystem und einer Projektionsoptik im Meridionalschnitt, eine schematische Darstellung zweier nebeneinander liegender Spiegel- Elemente einer Vielspiegel- Anordnung der Projektionsbelichtungsanlage gemäß Fig. 1, weitere schematische Querschnitte durch Ausführungsformen von optischen Bauelementen mit einer Vielspiegel- Anordnung, eine schematische Darstellung der Regelung der Positionierung von Spiegel-Elementen einer Vielspiegel- Anordnung, eine Darstellung gemäß Fig. 5 einer Regelung mit zwei Monitoring- Systemen, eine weitere schematische Darstellung einer Regelung mit separaten Kommunikations-Kanälen, eine weitere Darstellung einer Regelung mit komprimierter Datenübertragung,
Fig. 9 und 10 schematische Darstellungen einer nicht linearen Quantisierung zur Datenreduktion,
Fig. 11 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung einer differenziellen
Codierung zur Datenreduktion, Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Vektorcodierung zur Datenreduktion,
Fig. 13 eine schematische Darstellung einer Regelung mit gebündelter Codierung und Kompression,
Fig. 14 eine schematische Darstellung der Datenreduktion bei korrelierten Signalen, Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Datenkomprimierung unter Anwendung einer Umsortierung der Signalbestandteile, und
Fig. 16 schematisch den Ablauf einer 3D-Codierung. Im Folgenden wird zunächst der prinzipielle Aufbau einer Projektionsbehchtungsanlage 1 anhand der Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbehchtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbehchtungsanlage 1 hat neben einer Strahlungsquelle 3 eine Beleuchtungsoptik 4 zur Belichtung eines Objektfeldes 5 in einer Objektebene 6. Das Objektfeld 5 kann rechteckig oder bogenförmig mit einem x/y- Aspektverhältnis von beispielsweise 13/1 gestaltet sein. Belichtet wird hierbei ein im Objektfeld 5 angeordnetes und in der Fig. 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbehchtungsanlage 1 zur Herstellung mikro- beziehungsweise nanostrukturierter Halbleiter- Bauelemente zu projizierende Struktur trägt. Eine Projektionsoptik 7 dient zur Abbildung des
Objektfeldes 5 in ein Bildfeld 8 in einer Bildebene 9. Abgebildet wird die Struktur auf dem Retikel auf eine lichtempfindliche Schicht eines im Bereich des Bildfeldes 8 in der Bildebene 9 angeordneten Wafers, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Das Retikel, das von einem nicht dargestellten Retikelhalter gehalten ist, und der Wafer, der von einem nicht dargestellten Waferhalter gehalten ist, werden beim Betrieb der Projektionsbeiich- tungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Pro- jektionsoptik 7 kann auch ein gegenläufiges Scannen des Retikels relativ zum Wafer stattfinden.
Mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 wird wenigstens ein Teil des Retikels auf einen Bereich einer lichtempfindlichen Schicht auf dem Wafer zur lithographischen Herstellung eines mikro- beziehungsweise nanostrukturierten Bauelements, insbesondere eines Halbleiterbauelements, zum Beispiel eines Mikrochips abgebildet. Je nach Ausführung der Projektionsbelichtungsanlage 1 als Scanner oder als Stepper werden das Retikel und der Wafer zeitlich synchronisiert in der y-Richtung kontinuierlich im Scannerbetrieb oder schrittweise im Stepperbetrieb ver- fahren.
Bei der Strahlungsquelle 3 handelt es sich um eine EUV-Strahlungsquelle mit einer emittierten Nutzstrahlung im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm. Es kann sich dabei um eine Plasmaquelle, beispielsweise um eine GDPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Gasentladung, Gas Discharge Produced Plasma), oder um eine LPP-Quelle (Plasmaerzeugung durch Laser, Laser Produced Plasma) handeln. Auch andere EUV- Strahlungsquellen, beispielsweise solche, die auf einem Synchrotron oder auf einem Free Electron Laser (Freie Elektronenlaser, FEL) basieren, sind möglich. EUV-Strahlung 10, die von der Strahlungsquelle 3 ausgeht, wird von einem Kollektor 11 gebündelt. Ein entsprechender Kollektor ist beispielsweise aus der EP 1 225 481 A bekannt. Nach dem Kollektor 11 propagiert die EUV-Strahlung 10 durch eine Zwischenfokusebene 12, bevor sie auf einen Feldfacettenspiegel 13 mit einer Vielzahl von Feldfacetten 13a trifft. Der Feldfacettenspiegel 13 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die zur Objektebene 6 optisch kon- jugiert ist.
Die EUV-Strahlung 10 wird nachfolgend auch als Nutzstrahlung, Beleuchtungslicht oder als Abbildungslicht bezeichnet. Nach dem Feldfacettenspiegel 13 wird die EUV-Strahlung 10 von einem PupiUenfacettenspiegel 14 mit einer Vielzahl von Pupillenfacetten 14a reflektiert. Der PupiUenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch kon- jugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln aufgebaut, die nachfolgend noch näher beschrieben werden. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel derart sein, dass jede der Feldfacetten 13a, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Ein- zelspiegel repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten 13a durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten 13a jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 14a des PupiUenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel gebildet sein können.
Die EUV-Strahlung 10 trifft auf die beiden Facettenspiegel 13, 14 unter einem Einfallswinkel, gemessen normal zur Spiegelfläche, auf, der kleiner oder gleich 25° ist. Die beiden Facettenspiegel 13, 14 werden also im Bereich eines normal incidence-Betriebs mit der EUV-Strahlung 10 beaufschlagt. Auch eine Beaufschlagung unter streifendem Einfall (grazing incidence) ist mög- lieh. Der Pupillenfacettenspiegel 14 ist in einer Ebene der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet, die eine Pupillenebene der Projektionsoptik 7 darstellt beziehungsweise zu einer Pupillenebene der Projektionsoptik 7 optisch konjugiert ist. Mithilfe des PupiUenfacettenspiegels 14 und einer abbildenden optischen Baugruppe in Form einer Übertragungsoptik 15 mit in der Reihenfolge des Strahlengangs für die EUV-Strahlung 10 bezeichneten Spiegeln 16, 17 und 18 werden die Feld- facetten des Feldfacettenspiegels 13 einander überlagernd in das Objektfeld 5 abgebildet. Der letzte Spiegel 18 der Übertragungsoptik 15 ist ein Spiegel für streifenden Einfall („Grazing incidence Spiegel"). Die Übertragungsoptik 15 wird zusammen mit dem Pupillenfacettenspiegel 14 auch als Folgeoptik zur Überführung der EUV-Strahlung 10 vom Feldfacettenspiegel 13 hin zum Objektfeld 5 bezeichnet. Das Beleuchtungslicht 10 wird von der Strahlungsquelle 3 hin zum Ob- jektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungs- kanäle ist eine Feldfacette 13a des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette 14a des PupiUenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel des Feldfacettenspiegels 13 und des PupiUenfacettenspiegels 14 können aktuatorisch verkippbar sein, sodass ein Wechsel der Zuordnung der Pupillenfacetten 14a zu den Feldfacetten 13a und entsprechend eine geänderte Konfiguration der Ausleuchtungskanäle erreicht werden kann. Es resultieren unterschiedliche Beleuchtungssettings, die sich in der Verteilung der Beleuchtungswinkel des Beleuchtungslichts 10 über das Objektfeld 5 unterscheiden. Zur Erleichterung der Erläuterung von Lagebeziehungen wird nachfolgend unter anderem ein globales kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x- Achse verläuft in der Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene auf den Betrachter zu. Die y- Achse verläuft in der Fig. 1 nach rechts. Die z- Achse verläuft in der Fig. 1 nach oben.
Der Feldfacettenspiegel 13 ist als Multi- beziehungsweise Mikrospiegel-Array (MMA) ausgebildet. Das Multi- beziehungsweise Mikrospiegel-Array (MMA) wird im Folgenden auch lediglich als Spiegel- Array oder Vielspiegel- Anordnung 22 bezeichnet. Der Feldfacettenspiegel 13 ist als mikroelektromechamsches System (MEMS) ausgebildet. Er weist eine Vielzahl von matrixartig zeilen- und spaltenweise in einem Array angeordneten Einzelspiegeln auf. Die Einzelspiegel werden im Folgenden auch als Spiegel-Elemente 23 bezeichnet. Die Spiegel-Elemente 23 sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt, wie nachfolgend noch erläutert wird. Insgesamt weist der Feldfacettenspiegel 13 etwa 100000 der Spiegel-Elemente 23 auf. Je nach Größe der Spiegel- Elemente 23 kann der Feldfacettenspiegel 13 auch beispielsweise 1000, 5000, 7000 oder auch mehrere hunderttausend, insbesondere mehr als 200000, insbesondere mehr als 300000, insbesondere mehr als 500000 Spiegel-Elemente 23 aufweisen.
Vor dem Feldfacettenspiegel 13 kann ein Spektralfilter angeordnet sein, der die Nutzstrahlung 10 von anderen, nicht für die Projektionsbelichtung nutzbaren Wellenlängenkomponenten der Emission der Strahlungsquelle 3 trennt. Der Spektralfilter ist nicht dargestellt.
Der Feldfacettenspiegel 13 wird mit Nutzstrahlung 10 mit einer Leistung von 840 W und einer Leistungsdichte von 6,5 kW/m2 beaufschlagt. Die Nutzstrahlung 10 kann auch eine andere Leis- tung und/oder Leistungsdichte aufweisen.
Die Spiegel-Elemente 23 sind in einem Substrat 30 angeordnet. Dieses ist über einen Wärmeleitungsabschnitt 31 mit einem Spiegelkörper 32 mechanisch verbunden. Teil des Wärmeleitungsabschnitts 31 ist ein Gelenkkörper 33, der eine Verkippung des Spiegelkörpers 32 relativ zum Substrat 30 zulässt. Der Gelenkkörper 33 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, das eine Verkippung des Spiegelkörpers 32 um definierte Kipp-Freiheitsgrade, beispielsweise um eine oder um zwei, insbesondere senkrecht zueinander angeordnete, Kippachsen zulässt. Der Gelenk- körper 33 hat einen äußeren Haltering 34, der am Substrat 30 festgelegt ist. Weiterhin hat der Gelenkkörper 33 einen gelenkig mit dem äußeren Haltering 34 verbundenen inneren Haltekörper 35. Dieser ist zentral unter einer Reflexionsfläche 36 des Spiegel-Elements 23 angeordnet. Zwischen dem zentralen Haltekörper 35 und der Reflexionsfläche 36 ist ein Abstandshalter 37 ange- ordnet.
Auf der dem Abstandshalter 37 gegenüberliegenden Seite des Haltekörpers 35 ist an diesem ein Aktuatorstift 38 angeordnet. Der Aktuatorstift 38 kann einen kleineren Außendurchmesser als der Abstandshalter 37 aufweisen. Der Aktuatorstift 38 kann auch denselben oder einen größeren Durchmesser aufweisen als der Abstandshalter 37.
Das Substrat 30 bildet eine den Aktuatorstift 38 umgebende Hülse. In der Hülse sind jeweils insgesamt drei Elektroden 54 integriert, die in Umfangsrichtung jeweils etwa knapp 120° überstreckend gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Die Elektroden 54 stellen Gegen- elektroden zum bei dieser Ausführungsform als Elektrodenstift ausgebildeten Aktuatorstift 38 dar. Der Aktuatorstift 38 kann hierbei insbesondere als Hohlzylinder ausgebildet sein. Prinzipiell ist es auch möglich, eine andere Anzahl an Elektroden 54 je Aktuatorstift 38 vorzusehen. Es können insbesondere vier oder mehr Elektroden 54 je Aktuatorstift 38 vorgesehen sein. Durch Erzeugen einer Potentialdifferenz zwischen einer oder mehrerer der Elektroden 54 und dem Ak- tuatorstift 38 lässt sich eine elektrostatische Kraft auf den Aktuatorstift 38 erzeugen, welche, wie in der rechten Hälfte der Fig. 2 exemplarisch dargestellt, zu einer Auslenkung des Spiegel- Elements 23 führen kann.
Für weitere Details insbesondere der Anordnung der Einzelspiegel 23 im Substrat 30 und deren Verschwenkbarkeit mittels der Aktuatoren sowie die Ausbildung der Gelenkkörper und Wärmeleitungsabschnitte 31 sei auf die WO 2010/049 076 A2 verwiesen.
Das Spiegel- Array 22 mit den Spiegel-Elementen 23 und dem Substrat 30 weist eine sich senkrecht zu einer Flächennormalen 41 erstreckende Gesamtfläche auf. Es umfasst eine Vielzahl der Spiegel-Elemente 23, welche jeweils eine Reflexionsfläche 36 und zwei Verlagerungs-
Freiheitsgrade aufweisen. Allgemein weisen die Spiegel-Elemente 23 mindestens einen Verlage- rungs-Freiheitsgrad auf. Sie können auch drei oder mehr Verlagerungs-Freiheitsgrade aufweisen. Sie weisen insbesondere mindestens einen, vorzugsweise mindestens zwei Kippfreiheitsgrade auf. Sie können auch einen Translationsfreiheitsgrad aufweisen. Die Reflexionsfläche 36 kann eine Ausdehnung von 0,5 mm x 0,5 mm, 1 mm x 1 mm, 4 mm x 4 mm, 8 mm x 8 mm oder 10 mm x 10 mm haben. Sie kann auch von der Quadratform abweichen. Andere Abmessungen der Reflexionsfläche 36 sind ebenfalls möglich.
Die Reflexionsfläche 36 der Spiegel-Elemente 23 ist eben ausgebildet. Sie kann prinzipiell auch konkav oder konvex oder als Freiformfläche ausgebildet sein. Die Reflexionsfläche 36 der Spiegel-Elemente 23 ist insbesondere mit einer (Multilayer-
)Beschichtung zur Optimierung ihrer Reflektivität bei der Wellenlänge der Nutzstrahlung 10 versehen. Die Multilayer-Beschichtung ermöglicht insbesondere die Reflexion von Nutzstrahlung 10 mit einer Wellenlänge im EUV-Bereich, insbesondere im Bereich von 5 nm bis 30 nm. Die Spiegel-Elemente 23 sind von dem Substrat 30 gehalten. Das Substrat 30 weist einen sich in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 erstreckenden Randbereich 42 auf. Der Randbereich 42 ist insbesondere um die Spiegel-Elemente 23 umlaufend angeordnet. Er weist in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 eine Breite b, insbesondere eine maximale Breite b, von höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,3 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm auf. Die Gesamtfläche des Spiegel- Arrays 22 steht somit in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 um höchsten 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,3 mm, insbesondere höchstens 0,2 mm über die Gesamt-Reflexionsfläche, das heißt über deren äußeren Rand, über.
Das optische Bauelement 40 umfasst neben dem Spiegel- Array 22 eine Tragestruktur 43. Die Tragestruktur 43 ist in Richtung der Flächennormalen 41 versetzt, insbesondere benachbart, zum Spiegel- Array 22 angeordnet. Sie weist vorzugsweise einen Querschnitt auf, welcher zu dem des Substrats 30 des Spiegel- Arrays 22 identisch ist. Sie steht allgemein in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 um höchstens 5 mm, insbesondere höchstens 3 mm, insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 0,5 mm, insbesondere höchstens 0,1 mm, insbesondere höchstens 0,05 mm, insbesondere überhaupt nicht über das Substrat 30 und damit über die Gesamtfläche des Spiegel- Arrays 22 über. Eine derartige Anordnung wird auch als Anordnung nach dem „Schattenwurf-Prinzip" bezeichnet. Hierunter wird insbesondere verstanden, dass die Tragestruktur 43 vollständig innerhalb einer Parallelprojektion der Gesamtfläche des Spiegel- Arrays 22 in Richtung der Flächennormalen 41 angeordnet ist.
Die Tragestruktur 43 ist aus einem keramik- und/oder siliziumenthaltenden und/oder aluminiumenthaltenden Material. Dies ermöglicht eine Wärmeabfuhr vom Spiegel- Array 22 bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität. Beispiele für das Material der Tragestruktur 43 sind keramische Werkstoffe, Silizium, Siliziumdioxid, Aluminium-Nitrit und Aluminium-Oxid, beispielsweise Al203-Keramik. Die Tragestruktur 43 kann insbesondere aus einem Wafer hergestellt sein. Die Tragestruktur 43 kann auch aus Quarz oder einem Glas- Wafer, welcher mit sogenannten thermischen Vias versehen ist, hergestellt sein.
Die Tragestruktur 43 weist eine einseitig offene Aussparung 44 auf. Die Aussparung 44 bildet einen einseitig offenen Aufnahmeraum zur Aufnahme weiterer funktioneller Bestandteile. Die Aussparung 44 wird auf ihrer dem Spiegel- Array 22 entgegengesetzten Seite in Richtung der
Flächennormalen 41 von einem Boden 45 der Tragestruktur begrenzt. Sie wird seitlich, das heißt in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 von einem Randbereich 46 der Tragestruktur 43 begrenzt. Der Randbereich 46 weist in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 41 eine Breite bc auf. Hierbei gilt 0,5 x b < bc < 2 x b. Der Randbereich 46 der Tragestruktur 43 kann insbe- sondere gerade so breit wie der Randbereich 42 des Substrats 30 sein, b = bc.
Die Tragestruktur 43 ist ausschließlich in diesem Randbereich 46 mit dem Spiegel- Array 22 mechanisch verbunden. Zwischen der Tragestruktur 43 und dem Spiegel- Array 22 ist ein Dichtungs-Element 40 angeordnet. Das Dichtungselement 40 ist in eine Metallisierung auf der Rück- seite 48 des Substrats 30 des Spiegel- Arrays 22 integriert. Es kann auch als auf dem Randbereich 46 der Tragestruktur 43 angeordneter Dichtungsring ausgebildet sein. Der von der Aussparung 44 gebildete Aufnahmeraum ist somit zumindest während der Herstellung des Bauelements 40 gekapselt, das heißt flüssigkeitsdicht, insbesondere gasdicht abgeschlossen. Prinzipiell ist es möglich, die ASICs 52 gekapselt, das heißt flüssigkeitsdicht, insbesondere gasdicht abgeschlos- sen anzuordnen. Hierfür ist noch eine in den Figuren nicht dargestellte, durchgehende Zwischenschicht zwischen dem Spiegel- Array 22 und den ASICs 52 notwendig. In die Tragestruktur 43 ist eine Vielzahl von Signalleitungen 47 integriert. Die Signalleitungen 47 sind als elektrische Durchkontaktierungen, sogenannte„Vias", ausgebildet. Sie sind direkt an die den Reflexionsflächen 36 entgegengesetzte Rückseite 48 des Spiegel- Arrays 22 gebondet. Sie sind außerdem auf der dem Spiegel- Array 22 entgegengesetzten Seite, das heißt der Rücksei- te 49 der Tragestruktur 43 mit Kontakt-Elementen 50 versehen. Jedes Bauelement 40 kann mehr als 30, insbesondere mehr als 50, insbesondere mehr als 70 Signalleitungen 47 aufweisen. Diese Signalleitungen 47 dienen unter anderem der Stromversorgung einer integrierten Steuer- Einrichtung 51 zur Steuerung der Verlagerung der Spiegel-Elemente 23. Die Steuer-Einrichtung 51 zur Steuerung der Verlagerung der Spiegel-Elemente 23 ist in die Tragestruktur 43 integriert. Sie ist insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung 52 (englisch: application specific integrated circuit, ASIC) ausgebildet. Das Bauelement 40 kann eine Mehrzahl von ASICs 52 aufweisen. Es umfasst mindestens ein ASIC 52, insbesondere mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens neun, insbesondere mindestens 16, insbesondere mindestens 25, insbesondere mindestens 100 ASICs 52. Hierbei steht jedes der ASICs 52 mit mindestens einem Spiegelelement 23, insbesondere mit einer Mehrzahl von Spiegel- Elementen 23, insbesondere mit mindestens zwei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens acht Spiegel-Elementen 23 in Signalverbindung. Für Details der Steuerung der Aktu- atoren zur Verlagerung der Spiegel-Elemente 23 sei auf die WO 2010/049 076 A2 verwiesen. Auf der Rückseite 49 der Tragestruktur 43 weist das Bauelement 40 eine elektrische Schnittstelle 55 auf. Die Schnittstelle 55 ist insbesondere vollständig auf der dem Spiegel- Array 22 gegenüberliegenden Rückseite 49 der Tragestruktur 43 angeordnet. Auf seitliche Kontakte, welche prinzipiell möglich sind, kann vollständig verzichtet werden. Das„Schattenwurf-Prinzip" ist somit auch beim Signalfluss eingehalten. Somit sind sowohl die Komponenten des Bauelements 40 als auch der Signal- und Wärmefluss in diesem in Richtung der Flächennormalen 41 ausgerichtet. Das Bauelement 40 weist daher eine vertikale Integration auf.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform weist die elektrische Schnittstelle 55 eine Vielzahl von auf die Rückseite 49 der Tragestruktur 43 aufgebrachter Kontaktstifte, Kontaktpins 56 auf. Alternativ hierzu können die Kontakt-Elemente 50 der elektrischen Schnittstelle 55 flächig oder als integrierte Pins in der Tragestruktur 43 ausgebildet sein. Hierbei sind Durchkontaktierungen (Vias) in der Tragestruktur 43, welche beispielsweise als mit Gold gefüllte Durchgangs- bohrungen ausgebildet sind, im Bereich der Rückseite 49 der Tragestruktur 43 teilweise freigelegt. Dies kann insbesondere durch Wegätzen eines Teils des die Durchkontaktierungen umgebenden Materials der Tragestruktur 43 erreicht werden. Das freigelegte Teilstück der Durchkontaktierungen bildet nun das Kontakt-Element 50.
Des Weiteren umfasst die Tragestruktur 43 ein ferromagnetisches Element 57.
Zwischen den ASICs 52 und dem Boden 45 der Tragestruktur 43, insbesondere zwischen den ASICs 52 und dem ferromagnetischen Element 57, kann ein zusätzliches Wärmeleitelement 53 angeordnet sein. Es können auch mehrere Wärmeleitelemente 53 vorgesehen sein.
Beim Einsatz der Projektionsbelichtungsanlage 1 mit einer der vorstehend beschriebenen Kollektorvarianten werden das Retikel und der Wafer, der eine für das Beleuchtungslicht 10 lichtempfindliche Beschichtung trägt, bereitgestellt. Anschließend wird zumindest ein Abschnitt des Re- tikels mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage 1 auf den Wafer projiziert. Bei der Projektion des Retikels auf den Wafer kann der Retikelhalter und/oder der Waferhalter in Richtung parallel zur Objektebene 6 bzw. parallel zur Bildebene 9 verlagert werden. Die Verlagerung des Retikels und des Wafers kann vorzugsweise synchron zueinander erfolgen. Schließlich wird die mit dem Beleuchtungslicht 10 belichtete lichtempfindliche Schicht auf dem Wafer entwickelt. Auf diese Weise wird ein mikro- beziehungsweise nanostrukturiertes Bauelement, insbesondere ein Halbleiterchip, hergestellt.
Die vorhergehende Beschreibung der Projektionsbelichtungsanlage 1 und ihre Bestandteile ist exemplarisch zu verstehen. Alternative Ausführungsformen sind möglich. Für weitere Details der Projektionsbelichtungsanlage 1, insbesondere der Vielspiegel- Anordnung 22, sei insbesondere auf die DE 10 2011 006 100 AI und die WO 2013/120 926 AI verwiesen.
Im Folgenden werden eine Vorrichtung 61 und ein Verfahren zur Regelung der Positionierung der Spiegel-Elemente 23 des Spiegel- Arrays 22 beschrieben.
Bei der Regelung der Positionierung der Spiegel-Elemente 23 des Spiegel- Arrays 22 werden üblicherweise eine lokale Regelung, welche beispielsweise als analoge Regelungsschleife auf den ASIC 52 ausgebildet ist und auch als innere Regelungsschleife bezeichnet wird, und eine externe oder äußere Regelungsschleife 62 unterschieden.
Die äußere Regelungsschleife 62 kann insbesondere separat von der Vielspiegel- Anordnung 22, insbesondere separat vom ASIC 52 ausgebildet sein. Sie wird insbesondere nicht lokal in der Vielspiegel- Anordnung 22 geschlossen.
Die lokale Regelungsschleife dient hierbei vornehmlich der Dämpfung von Schwingungen der Spiegel-Elemente 23, während mittels der äußeren Regelungsschleie 62 die eigentliche Positio- nierung, das heißt die Einstellung der Verlagerungspositionen der Spiegel-Elemente 23, vorgenommen wird. Die äußere Regelungsschleife 62 arbeitet üblicherweise mit einer relativ geringen Bandbreite und einer geringen Abtast-Frequenz.
Die Regelungsvorrichtung 61 umfasst die äußere Regelungsschleife 62. Sie ist über einen Daten- kanal 63 in datenübertragender Weise mit dem Spiegel- Array 22 verbunden. Der Datenkanal 63 weist eine Bandbreite von mindestens 1 kHz auf. Die Bandbreite des Datenkanals 63 kann insbesondere mindestens 2 kHz, insbesondere mindestens 3 kHz, insbesondere mindestens 5 kHz, insbesondere mindestens 10 kHz betragen. Mittels der Regelungsvorrichtung 61 ist insbesondere eine Regelung der Positionierung der
Spiegel-Elemente 23 über deren gesamte Bandbreite möglich. Die Regelungsvorrichtung 61 ermöglicht insbesondere sowohl die Dämpfung von Schwingungen der Spiegel-Elemente 23, insbesondere im Bereich ihrer Resonanzfrequenzen, als auch die Vorgabe und Regelung der Verlagerungspositionen derselben. Bezüglich des Frequenzspektrums der Spiegelelemente sei bei- spielsweise auf die Figur 41 der WO 2013/120 926 AI und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
Die Regelungsvorrichtung 61 umfasst eine Steuereinrichtung 64. Die Steuereinrichtung 64 kann außerhalb der Beleuchtungsoptik 4 angeordnet sein. Die Steuereinrichtung 64 umfasst eine erste Steuereinheit 65 und eine zweite Steuereinheit 66. Die erste Steuereinheit 65 wird auch als schnelle Steuereinheit bezeichnet. Die zweite Steuereinheit 66 wird auch als langsame Steuereinheit bezeichnet.
Die erste Steuereinheit 65 weist eine Bandbreite von mindestens 1 kHz, insbesondere mindestens 2 kHz, insbesondere mindestens 3 kHz, insbesondere mindestens 3 kHz, insbesondere mindestens 5 kHz, insbesondere mindestens 10 kHz auf. Sie weist eine Bittiefe von höchstens 32 Bit, insbesondere höchstens 16 Bit, insbesondere höchstens 8 Bit, insbesondere höchstens 4 Bit, insbesondere höchstens 2 Bit auf. Die zweite Steuereinheit 66 weist eine Bandbreite von höchstens 500 Hz, insbesondere höchstens 300 Hz, insbesondere höchstens 200 Hz, insbesondere höchstens 100 Hz, insbesondere höchstens 50 Hz auf. Die zweite Steuereinheit 66 weist eine Bittiefe von mindestens 8 Bit, insbesondere mindestens 16 Bit, insbesondere mindestens 32 Bit, insbesondere mindestens 64 Bit, insbesondere höchstens 1024 Bit, insbesondere höchstens 512 Bit, insbesondere höchstens 256 Bit, insbesondere höchstens 128 Bit auf.
Die erste Steuereinheit 65 weist mit anderen Worten eine große Bandbreite auf. Sie weist jedoch eine relativ geringe Bittiefe auf. Die zweite Steuereinheit 66 weist eine große Bittiefe auf. Sie weist eine relativ geringe Bandbreite auf. Hierdurch kann der Gesamtdatenfluss der beiden Steu- ereinheiten 65, 66 begrenzt werden. Der Datenfluss der Steuereinheiten 65, 66 beträgt je geregelter Achse insbesondere maximal jeweils 50 kbit/s, insbesondere höchstens 30 kbit/s, insbesondere höchstens 20 kbit/s, insbesondere höchstens 10 kbit/s, insbesondere höchstens 7 kbit/s.
Die Steuereinheiten 65, 66 sind jeweils in datenübertragender Weise mit einer Protokollerzeu- gungseinheit 67 verbunden. Die Protokollerzeugungseinheit 67 dient der Erzeugung eines Regelungsdatenstroms 68. Der Regelungsdatenstrom 68 kann insbesondere eine logische Unterteilung aufweisen. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
Die Protokollerzeugungseinheit 67 ist mit einem elektronischen Bauteil 69 verbunden. Das elektronische Bauteil 69 kann eine Zwischensteuereinheit bilden, die in das EUV- Beleuchtungssystem 2 integriert ist. Weiterhin umfasst die Regelungseinrichtung 61 eine Kontrolleinheit 70. Das elektronische Bauteil 69 ist über zwei Datenverbindungen 71, 72 mit der Kontrolleinheit 70 verbunden. Die beiden Datenverbindungen 71, 72 können konstruktiv auch zusammengefasst sein. Die Datenverbindung 71 dient der Übertragung des hochfrequenten, das heißt schnellen Datenstroms mit geringer Bittiefe. Die Datenverbindung 72 dient der Übertragung des langsameren, das heißt niederfrequenten Datenstroms mit größerer Bittiefe.
Mittels der Kontrolleinheit 70 wird aus den von den Datenverbindungen 71, 72 übertragenen Datenströmen ein einziges gemeinsames Ausgangssignal erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird über den Datenkanal 63 an einen Digital- Analog- Wandler 73 (DAC) übertragen. Der Digital- Analog- Wandler 73 kann auf dem ASIC 52 angeordnet sein. Er kann insbesondere als Bestandteil des ASIC 52 ausgebildet sein.
Vom Digital- Analog- Wandler 73 wird das Regelungssignal an einen Treiberkreis 74 übertragen. Mittels des Treiberkreises 74 werden die Aktuatoren der Spiegel-Elemente 23 aktiviert, das heißt die Positionierung der Spiegel-Elemente 23 gesteuert bzw. geregelt.
Zusammenfassend wird die gesamte Datenübertragung zwischen der Steuereinrichtung 64 und dem Spiegel- Array 22, insbesondere dem ASIC 52, als Datenübertragungskanal oder Datenüber- tragungssystem oder auch abgekürzt als Datenkanal bezeichnet.
Die Regelungsvorrichtung 61 umfasst außerdem ein Monitoring System 75. Sie umfasst insbesondere ein elektronisches Monitoring System 75. Das Monitoring System 75 ist insbesondere digital ausgebildet. Vorzugsweise ist die gesamte Regelungsvorrichtung 61 digital ausgebildet. Das Monitoring System 75 kann beispielsweise eine oder mehrere Kameras, insbesondere Digitalkameras 76, umfassen oder mit denselben in datenübertragender Verbindung stehen. Es kann insbesondere eine Vielzahl von Kameras 76 mit einer Vielzahl von CMOS-Sensoren aufweisen. Die Anzahl der Kameras 76, insbesondere die Anzahl der CMOS-Sensoren, kann im Bereich von 1 bis 50, insbesondere im Bereich von 10 bis 50 liegen. Die Kameras 76, insbesondere die CMOS-Sensoren, können separat von der Regelungsvorrichtung 61 sein. Sie können auch einen Bestandteil der Regelungsvorrichtung 61 bilden. Die Kameras 76 können insbesondere einen Bestandteil des Monitoring Systems 75 bilden. Allgemein sind die Kameras 76 und das Monitoring System 75 Bestandteil eines externen Sensors 79. Das Monitoring System 75 weist eine hohe Bandbreite auf. Die Bandbreite des Monitoring Systems 75 ist insbesondere mindestens halb so groß, insbesondere mindestens so groß, insbe- sondere genauso groß wie die größte Bandbreite der Steuereinheiten 65, 66.
Das Monitoring System 75 ist in datenübertragender Weise mit der Steuereinrichtung 64, insbesondere mit den Steuereinheiten 65, 66, verbunden. Die Erfassung der Verlagerungspositionen, insbesondere der Kippwinkel der Spiegel-Elemente 23 und/oder deren Änderungen erfolgt somit nicht über ein MEMS-internes Sensorsystem, sondern über das externe Sensorsystem 79.
Mittels des externen Sensorsystems 79 werden die Verlagerungspositionen der Spiegel-Elemente 23 und/oder deren Änderungen, insbesondere deren zeitliche Ableitungen, relativ zu einem externen Bezugspunkt, das heißt zu einem Bezugspunkt außerhalb des Spiegel- Arrays 22, erfasst. Das externe Sensorsystem 79 erfasst insbesondere die Verlagerungspositionen und/oder deren Änderungen relativ zu einem externen Fixpunkt, beispielsweise dem Gehäuse der Projektionsbe- lichtungsanlage 1. Dies ermöglicht es auch, eine Bewegung des gesamten Spiegel- Arrays 22, bei welcher sich die Spiegel-Elemente 23 und die zugehörigen ASICs 52 gleichartig miteinander bewegen und somit relativ zueinander ortsfest bleiben, zu erfassen.
Bezüglich des Monitoring Systems 75 sei auf die WO 2008/095 695 A2 verwiesen. Prinzipiell kann die Regelungseinrichtung 61 derart auslegt sein, dass sie sämtliche beim Betrieb der Projektionsbelichtungsanlage 1 zu erwartenden Schwingungen und/oder Anregungen der Spiegel-Elemente 23 mindestens bis zu einem vorbestimmten Grad dämpft. Hierdurch kann insbesondere das mechanische Design des Spiegel- Arrays 22, insbesondere die konstruktiven Details der Aufhängungen der Spiegel-Elemente 23, wesentlich vereinfacht werden. Es ist jedoch auch möglich, zumindest einen Teil der zu erwartenden mechanischen Schwingungen und/oder Anregungen durch eine geeignete Auslegung der Spiegel-Elemente, insbesondere deren Lagerungen, zu reduzieren, insbesondere zu unterdrücken. Die Spiegel-Elemente 23 können insbe- sondere Lagerungen aufweisen, welche Schwingungen oberhalb einer Grenzfrequenz, insbesondere oberhalb der niedrigsten Resonanzfrequenz des jeweiligen Spiegel-Elements 23, insbesondere oberhalb 500 Hz, insbesondere oberhalb 1 kHz, wirksam dämpfen, insbesondere unterdrücken. Hierdurch kann die mittels der Vorrichtung 61 zu erreichende Dämpfung vereinfacht wer- den. Insbesondere die zur Regelung der Spiegel-Elemente 23 maximal benötigte Kraft bzw. das maximal benötigte Drehmoment kann durch eine geeignete mechanische Aufhängung, insbesondere durch eine geeignete mechanische Dämpfung, reduziert werden. Dies führt dazu, dass der von der Regelungsvorrichtung 61 zum Spiegel- Array 22 zu übertragende Datenfluss reduziert werden kann.
Die Regelung der Positionierung der Spiegel-Elemente 23 mit Hilfe der äußeren Regelungsschleife 62 hat unter anderem folgende Vorteile:
Der Aufbau des Spiegel- Arrays 22 wird einfacher. Es kann insbesondere einfacher getestet wer- den. Dies ist insbesondere bei einem modularen Aufbau des Spiegel- Arrays 22 von Vorteil.
Der Zusammenbau des Spiegel- Arrays 22 wird einfacher und schneller. Hierdurch verringern sich insbesondere auch die Kosten für die Herstellung des Facettenspiegels sowie der Beleuchtungsoptik 4 und der Projektionsbelichtungsanlage 1 insgesamt.
Insgesamt werden durch den einfacheren Aufbau des Spiegel- Arrays 22 die Kosten desselben reduziert.
Durch die Vermeidung einer geschlossenen Regelungsschleife im Spiegel- Array 22 werden In- Stabilitäten, insbesondere während eines Test- und/oder Qualifikationsverfahrens vermieden. Hierdurch wird der Einschaltvorgang erleichtert, insbesondere verschnellert.
Durch die Vermeidung einer Regelungsschleife auf dem ASIC 52 wird die elektromagnetische Kompatibilität (EMC) und/oder das Rauschverhalten verbessert. Das ASIC 52 wird insbesondere robuster, insbesondere in Bezug auf elektromagnetische Störungen. Die Stromversorgung für das Spiegel- Array 22 wird einfacher. Auch hierdurch werden der Aufbau und/oder die Kosten des Spiegel- Arrays 22 verringert. Auf Sensor-Elemente auf dem ASIC 52 kann verzichtet werden. Dies führt dazu, dass auf dem ASIC 52 auf Terminals ohne ESD- Schutz verzichtet werden kann. Dies hat den folgenden Hintergrund: Bei ASIC Terminals zur Einbindung kapazitiver Sensoren muss oftmals auf ESD (Electrostatic Discharge, elektrostatische Entladung) Schutzeinrichtungen verzichtet werden, da die parasitären Effekte durch die ESD Schutzschaltung die Qualität der Messsignale oftmals zu stark reduzieren.
Mit einer äußeren Regelungsschleife 62 werden die Möglichkeiten der Architektur des Spiegel- Arrays 22 sowie dessen Anordnung vergrößert. Insgesamt wird die Flexibilität erhöht. Die
ASICs 52 müssen insbesondere nicht mehr in unmittelbarer Nähe der Spiegel- Arrays 22 angeordnet sein. Sie können insbesondere einen Abstand von mehr als 1 mm, insbesondere mehr als 10 mm, zu den Spiegel- Arrays 22 aufweisen. Mit Hilfe der äußeren Regelungsschleife 62 ist eine Positions-Regelung im gesamten Frequenzbereich zwischen 0 Hz und einigen kHz möglich. Es ist insbesondere möglich, eine Bandlücke im Bereich zwischen 10 Hz und dem ersten Resonanzpeak zu schließen.
Die äußere Regelungsschleife 62 und insbesondere deren hoch abtastender Anteil ermöglicht eine aliasingfreie Positionsregelung.
Die äußere Regelungsschleife 62 ist besser zugänglich für Wartungsarbeiten.
Die äußere Regelungsschleife 62 umfasst programmierbare Bestandteile. Dies erhöht die Flexibi- lität der Regelung.
Die äußere Regelungsschleife 62 ermöglicht eine verbesserte Fehler-Kontrolle und Schutzmaßnahmen, insbesondere eine Kontrolle, dass Zwischensignale im erwarteten Intervall liegen. Damit lässt sich auch ein sogenannter Pull-In des Mirkospiegels vermeiden. Beispielsweise wenn der Kippwinkel eines Mikrospiegel zu stark oder zu schnell anwächst, kann die Überwachungs- funktion in der digitalen Elektronik reagieren und die Aktuatoren zum Schutz des Mikrospiegels abschalten. Die Regelung der Positionierung der Spiegel-Elemente 23 erfolgt insbesondere über mehrere, insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise eine Vielzahl, insbesondere mehr als 10, insbesondere mehr als 100, insbesondere mehr als 1000, Regelungskanäle. Die Regelungskanäle können insbesondere als logische Datenkanäle, das heißt als logische Unterteilungen, im Regelungsdatenstrom 68 und/oder im Datenkanal 63 ausgebildet sein. Wie bereits dargestellt wurde, arbeitet mindestens einer, insbesondere mehrere, insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 100, insbesondere mindestens 1000, dieser Kanäle mit einer hohen Abtastrate und einer geringen Bittiefe. Die Abtastrate dieses Regelungskanals oder dieser Regelungskanäle ist insbesondere mindestens doppelt so groß wie die größte relevante Resonanzfrequenz des zu regelnden Spiegel-Elements 23.
Der Datenfluss vom Monitoring System 75 kann entsprechend dem Datenfluss von der Steuereinrichtung 64 zu dem Spiegel- Array 22 in unterschiedliche Kanäle aufgeteilt sein. Das Monito- ring System 75 kann insbesondere mittels schneller Datenkanäle mit geringer Bittiefe und mittels langsamerer Datenkanäle mit großer Bittiefe mit der Steuereinrichtung 64, insbesondere mit den Steuereinheiten 65, 66 in datenübertragender Weise verbunden sein. Die Bandbreiten und Bittiefen der schnellen und langsamen Kanäle können insbesondere gerade denen der Regelungskanäle zwischen der Steuereinrichtung 64 und den Spiegel- Arrays 22 entsprechen.
Die vorhergehend dargestellte Regelung kann zur Regelung der Positionierung der Spiegel- Elemente 23 jeweils einen schnellen und einen langsamen Regelungskanal für jedes der Spiegel- Elemente 23 aufweisen. Es ist auch möglich, für jeden der Verlagerungs-Freiheitsgrade der Spiegel-Elemente 23 separate Regelungskanäle vorzusehen. Es ist auch möglich, für jeden der Verlagerungs-Freiheitsgrade der Spiegel-Elemente 23 separate Regelungssignale, insbesondere mittels der Protokollerzeugungseinheit 67, zu erzeugen, welche mittels der Kontrolleinheit 70 zu geeigneten Aktuierungssignalen für jedes der Spiegel-Elemente 23 zusammengefasst werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, sofern zur Positionierung eines der Spiegel-Elemente 23 mehr als zwei Aktuierungselektroden 54 vorgesehen sind.
Wie exemplarisch in Figur 6 dargestellt ist, kann es außerdem vorteilhaft sein, zwei unterschiedliche Monitoring Systeme 75a, 75b vorzusehen. Das externe Sensorsystem 79 kann insbesondere ein schnelles Monitoring System 75 a und ein langsames Monitoring System 75b umfassen. Hierdurch ist es möglich, das Monitoring, das heißt die Sensierung der Verlagerungspositionen der Spiegel-Elemente 23 in separate Monitoringschleifen 77, 78 aufzuteilen. Die Monitoringschleife 77 wird auch als schnelle Schleife bezeichnet. Die Monitoringschleife 78 wird auch als langsame Schleife bezeichnet. Die Monitoringschleifen 77, 78 sind Bestandteile der äußeren Regelungsschleife 62. Sie bilden zusammen insbesondere die äußere Regelungsschleife 62. Mittels der separaten Monitoring Systeme 75a, 75b ist es möglich, den Datenfluss für die schnelle Regelung und den Datenfluss für die präzise Regelung der Verlagerungspositionen der Spiegel- Elemente voneinander zu trennen. Dies kann für die Signalverarbeitung vorteilhaft sein.
Es kann insbesondere vorteilhaft sein, mittels des schnellen Monitoring Systems 75a ausschließlich Änderungen der Verlagerungspositionen der Spiegel-Elemente 23, insbesondere deren zeitliche Ableitungen, gegebenenfalls mit langsameren Änderungen (Drift; hier als Störung zu verstehen) zu messen. In der schnellen Regelungsschleife dürfen langsame Drifts auftreten, da die langsame und genauere Regelungsschleife diese ausgleichen, insbesondere kompensieren, kann.
Das Monitoring System 75b misst insbesondere die mittlere, das heißt die über eine Abtastperiode gemittelte, Verlagerungsposition des jeweiligen Spiegel-Elements 23. Eine Regelung der Verlagerungspositionen der Spiegel-Elemente 23 basierend auf Messdaten relativ zu einem externen Fixpunkt mittels des externen Sensorsystems 79 führt zu einer besseren optischen Performance und macht bestimmte neuartige Funktionen überhaupt erst möglich.
Im Folgenden werden weitere Aspekte der Erfindung beschrieben.
Um eine Kippwinkelregelung über die äußere Regelungsschleife 62 zu realisieren, können die Informationen, die von der Steuereinrichtung 64 zum Spiegel- Array 22 übertragen werden, in verschiedene Datenflusskanäle eingeteilt werden. Der Datenkanal 63 kann insbesondere mit einer Kanalstruktur, insbesondere einer logischen Kanalstruktur, versehen sein. Zur Aufteilung des Datenkanals 63 und/oder des Regelungsdatenstroms 68 bzw. allgemein des Datenflusses von der Steuereinrichtung 64 zu den Spiegel- Elementen 23 kann insbesondere ein Multiplex- Verfahren vorgesehen sein. Es ist insbesondere möglich, in den verschiedenen Kommunikations-Kanälen jeweils eine angepasste, optimierte Codierung zur Reduktion der Datenrate durchzuführen. Der Regelalgorithmus in den einzelnen Kanälen kann sich hierbei unterscheiden.
Vorteilhafte Alternativen für die Trennung der einzelnen Kommunikationskanäle sind eine oder mehrere der folgenden Alternativen: zeitgeschlitzte Trennung (Time Division Multiple Access - TDMA), frequenzgeschlitzte Trennung (Frequency Division Multiple Access - FDMA), ein Co- demultiplexverfahren (Code Division Multiple Access - CDMA) oder ein Raummultiplexverfah- ren (Space Division Multiple Access - SDMA), bei welchem verschiedene Hardware-Einheiten für Kommunikations-Links vorgesehen sind.
Allgemein kann vorgesehen sein, die Reglerinformation von der Steuereinrichtung 64 zu den Spiegel- Arrays 22 in verschiedene digitale Kommunikationskanäle 80; einzuteilen. Die entspre- chende Architektur ist schematisch in Figur 7 dargestellt. Wie in Figur 7 außerdem schematisch dargestellt ist, umfasst die Steuereinrichtung 64 eine Tx-Kanalcodierungs-Einheit 81. Die Tx- Kanalcodierungs-Einheit 81 kann als DSP, FPGA, CPU, ASIC oder ähnliches ausgebildet sein oder derartige Bauteile umfassen. Die Tx-Kanalcodierungs-Einheit 81 ist über die Kommunikationskanäle 80; mit einer entsprechenden Tx-Kanaldecodierungs-Einheit 82 verbunden. Die Decodierungseinheit 82 kann im optischen Bauelement, beispielsweise auf dem ASIC 52, oder als Bestandteil der Kontrolleinheit 70 ausgebildet sein. Sie ist über den Datenkanal 63 mit dem Digital- Analog- Wandler 73 verbunden. Sie kann optional eine Feedbackdatenverbindung 83 zu einer Rx-Kanalcodierungs-Einheit 84 aufweisen. Die Rx-Kanalcodierungs-Einheit 84 erhält ihre Eingangssignale vom Monitoring System 75 beispielsweise über einen Analog-Digital- Wandler 85.
Die Rx-Kanalcodierungs-Einheit 84 und/oder der Analog-Digital- Wandler 85 können Bestandteile des MEMS-Systems sein. Sie können insbesondere auf dem ASIC 52 ausgebildet sein. Sie können auch als Bestandteile des externen Sensorsystems 79 ausgebildet sein. Die Rx-Kanalcodierungs-Einheit 84 ist über Kommunikationskanäle 86;, insbesondere digitale Kommunikationskanäle 86;, mit einer Rx-Kanaldecodierungs-Einheit 87 in datenübertragender Weise verbunden. Die Rx-Kanaldecodierungs-Einheit 87 kann insbesondere als DSP, FPGA, CPU, ASIC oder ähnliches ausgebildet sein oder derartige Bauelemente umfassen. Sie ist insbe- sondere Bestandteil der Steuereinrichtung 64. Sie ist über eine Kontrolleinheit 93, welche insbesondere ebenfalls als DSP, FPGA, CPU oder ähnliches ausgebildet ist oder derartige Bauelemente umfasst, in datenübertragender Weise mit der Tx-Kanalcodierungs-Einheit 81 verbunden.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Reglerarchitektur gemäß Figur 7 beschrieben. Die Reglerinformation, das heißt die jeweilige Stell- bzw. Messinformation, ist in verschiedene
Kommunikationskanäle 80i, 86; eingeteilt. Insbesondere die Information, die von einer oder mehreren externen Regler-Recheneinheiten, insbesondere von der Steuereinrichtung 64 zu den MEMS-Einheiten, insbesondere zu den Spiegel-Elementen 23, gesendet wird, ist nicht ein einziger Datenfluss für jeden MEMS-Kanal, sondern jeder dieser MEMS -Kanäle hat auch noch mal in sich eine logische Unterteilung. Anders ausgedrückt werden die logischen MEMS-Kanäle jeweils gebündelt in Kommunikations-Kanälen transportiert.
Exemplarisch ist in Figur 7 eine Trennung der Kommunikationskanäle 80; dargestellt. Hierbei kann es sich beim Kommunikationskanal 80i (TxCi) um den Kanal für das schnelle Signal, das heißt das Signal mit der hohen Bandbreite, für die Dämpfung eines oder mehrerer der Spiegel- Elemente 23 handeln. Die Codierung dieses Signals kann durch die Beschränkung des Range der Signale zur Reduktion der erforderlichen Bits, das heißt durch Beschränkung der Bittiefe dieses Signals, erfolgen. Für die Dämpfungswirkung sind im Allgemeinen nur sehr geringe Kräfte/Momente im Vergleich zu den Positionier-Kräften bzw. -Momenten erforderlich. Daher kann der Range dieser Dämpfungs-Stellsignale stark limitiert werden, und es reichen wenige Bits zur Übertragung aus.
Ein zweiter Kommunikationskanal 802 (TxC2) kann ein langsames Signal für die exakte Positionsregelung übertragen. Da hier nur eine langsame Regelung erfolgt, kann das Stellsignal mit voller Bitbreite, das heißt mit hoher Auflösung, ohne gesonderte Codierung übertragen werden. Die Kommunikationskanäle 80; können wie bereits unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 erwähnt, als physikalisch getrennte Links ausgebildet sein. Sie können auch wie im Zusammenhang mit der Figur 7 beschrieben, lediglich logisch getrennt sein Um eine Kippwinkelregelung über die äußere Regelungsschleife 62 zu realisieren, können einer oder mehrere der folgenden Möglichkeiten vorgesehen sein:
1. Die zu übertragende Information kann in verschiedene Datenfluss-Kanäle aufgeteilt werden.
Der Datenkanal 63 kann mit anderen Worten mit einer Kanalstruktur, insbesondere einer lo- gischen Kanalstruktur, versehen werden. Hierzu ist insbesondere ein Multiplex- Verfahren vorgesehen.
2. Es erfolgt eine individuelle Codierung oder Komprimierung der Signale zu jedem der Spiegel-Elemente 23. Dies wird auch als Kanal- individuelle Codierung/Komprimierung, insbesondere als MEMS-Kanal-individuelle Codierung/Komprimierung bezeichnet. Unter einem MEMS-Kanal sei hierbei die Vielzahl der Datenkanäle zu den Spiegel-Elementen 23 ein und desselben MEMS-Spiegel-Arrays 22 verstanden. Es kann auch eine Codierung/Komprimierung für jede Kippwinkelachse, insbesondere für jeden Verlagerungsfrei- heitsgrad, vorgesehen sein.
3. Die Mess- bzw. Reglerinformationen mehrerer MEMS-Kanäle werden gebündelt codiert und/oder komprimiert.
Die unterschiedlichen Möglichkeiten der Regelung über die äußere Regelungsschleife 62 werden im Folgenden näher erläutert. Als Codierung wurde beispielsweise die Beschränkung des Range der Reglersignale, insbesondere durch Beschränkung deren Bittiefe, genannt. Dem lag die Erkenntnis zugrunde, dass zur Dämpfung der Spiegel-Elemente 23 die Regler- bzw. Stellsignale nur einen sehr geringen Bereich umfassen müssen, da zur Dämpfung nur kleine Störungen ausgeregelt werden müssen. Es ist somit auch mit wenigen Bits, das heißt mit einer geringen Bittiefe, eine ausreichend feine Quantisierung gegeben. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert. Die Codierung der Kommunikationskanäle 80i, 86; kann auch erweitert werden. Es ist insbesondere möglich, anstelle oder zusätzlich zur Beschränkung der Bittiefe weitere Codierungen der Kommunikationskanäle 80i, 86; vorzunehmen. Die Codierung dient insbesondere der Reduktion der Anzahl der Bits der zu übermittelnden Signale, das heißt zur Reduktion des insgesamt zu übertragenden Datenflusses. Die Codierung dient insbesondere zur Komprimierung der Signale, das heißt zur Komprimierung des Datenfiusses. Eine Reglerarchitektur mit einer derartigen Komprimierung ist exemplarisch in Figur 8 dargestellt. Die Architektur der Regelungsvorrichtung 61 entspricht im Wesentlichen der Architektur der Vorrichtung 61 gemäß Figur 7. Zur Verdeutlichung der Idee, wonach die Codierung zur Komprimierung der Signale verwendet wird, werden die Codierungseinheiten 81, 84 als Tx- Komprimierungseinheit 88 bzw. Rx-
Komprimierungseinheit 89 bezeichnet. Entsprechend werden die Decodierungseinheiten 82, 87 als Tx-Decomprimierungseinheit 90 bzw. Rx-Dekomprimierungseinheit 91 bezeichnet. Außerdem ist in Figur 8 exemplarisch klargestellt, dass die Kommunikationskanäle 80;, 86; physisch jeweils als eine einzige Datenverwendung ausgebildet sein können.
Im Folgenden werden unterschiedliche Codier- bzw. Komprimiervarianten beschrieben, welche sich für die Regelung der Positionierung der Spiegel-Elemente 23 als vorteilhaft erwiesen haben: Bereits erwähnt wurde die Beschränkung des Dynamikbereichs, insbesondere der Bittiefe der Signale.
Vorteilhaft kann auch eine differenzielle Übertragung der Regelungssignale sein. Dies kann bedeuten, dass ausschließlich Reglerfehler übertragen werden oder dass lediglich die Änderung zum jeweils zeitlich vorhergehenden Wert übertragen wird. Eine weitere vorteilhafte Codierung besteht darin, lediglich ein Signal zur Steilheit der Signalform (Slew Rate) zu senden. Dies entspricht einer Anweisung an die Decodiereinheit, insbesondere schnell bzw. langsam steigen, schnell bzw. langsam fallen oder gleichbleiben, das heißt beispielsweise fünf Zustände, die mit 3 Bits dargestellt werden können. Eine weitere vorteilhafte Codierung besteht in einer nicht linearen Quantisierung der Signale. Dies wird nachfolgend noch näher beschrieben. Eine weitere vorteilhafte Codierung besteht in einer Vektor-Quantisierung, insbesondere in der x-y- Kippebene. Hierbei kann vorgesehen sein, anstatt den x- und y-Kipp getrennt zu quantisie- ren, in der x-y-Kippebene beliebige Quantisierungsregionen vorzusehen. Eine weitere Codierung kann in einer Vektor-Codierung bestehen. Hierbei wird nur die Information gesendet, welche Signalsegmente die Decodiereinheit sich aus einem Katalog von Signalform jeweils auswählen muss. Dies wird nachfolgend noch näher beschrieben.
Eine weitere vorteilhafte Codiervariante besteht darin, die Frequenzbereiche zu beschränken. Dies kann insbesondere bei MEMS-Spiegeln vorteilhaft sein, da die Aufgabe bei MEMS im Hochvakuum zumeist darin besteht, einige wenige Resonanzen zu dämpfen. Durch eine Beschränkung auf die wichtigsten Resonanzen, insbesondere beispielsweise dadurch, dass nur Informationen in der Nähe von definierten Fourier-Koeffizienten gesendet werden, kann eine hohe Reduktion der Bitrate erreicht werden. Bei der Beschränkung auf Resonanzen können insbeson- dere zwei Varianten unterschieden werden: Die Beschränkung erfolgt mit fest parametrierten Resonanzen, oder die maßgeblichen Frequenzen werden aus dem Signalen, beispielsweise aus dem aktuellen Leistungsdichtespektrum, extrahiert.
Eine weitere vorteilhafte Codierung besteht darin, den Informationstransport auf Signalinhalte bezüglich anderer Basisfunktionen als bei der Fourier-Zerlegung zu beschränken. Als Basisfunktionen dienen insbesondere weitere Funktionen als Sinus- oder Cosinusfunktionen. Die Signalinhalte können bezüglich der neuen Basis quantisiert werden. Die Basisfunktionen können insbesondere derart gewählt werden, dass das Signal bezüglich einer vorgegebenen Menge der Basisfunktionen besonders viel Inhalt aufweist.
Weitere Codiervarianten bestehen in einer Codierung nach dem Entropieverfahren oder gemäß einem Golomb-Rice Kodierer.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren 9 und 10 eine Codierung bzw. Kompri- mierung, das heißt Datenreduktion, mittels einer nicht linearen Quantisierung beschrieben. In Figur 9 ist exemplarisch eine Wahrscheinlichkeitsdichte eines Regler- Stellwerts XR bzw. einer Messgröße XM gegen den entsprechenden Regler-Stellwert xR bzw. die Messgröße XM dargestellt. Wie in der Figur 9 exemplarisch dargestellt ist, ist eine nicht-uniforme, das heißt eine nichtlineare, Quantisierung vorgesehen. Die Quantisierung der Regler-Stellwerte XR bzw. der Messgröße XM ist an die Wahrscheinlichkeitsdichte innerhalb des entsprechenden Intervalls angepasst. Es ist insbesondere eine umso höhere Auflösung vorgesehen, je höher die Wahrscheinlichkeitsdichte in einem bestimmten Bereich ist. Umgekehrt ist eine umso geringere Auflösung vorgesehen, sofern die Wahrscheinlichkeitsdichte in diesem Bereich gering ist. Die in Figur 9 exemplarisch dargestellte Wahrscheinlichkeitsdichte korrespondiert beispielsweise zu den Positionierungen eines Spiegelelements 23, welches besonders häufig in einer der Positionen 1 oder 2 angeordnet ist, etwas weniger häufig in einer Position 3 und nur relativ selten in hiervon abweichenden Positio- nen.
Eine nichtlineare Quantisierung kann auch mehrdimensional vorgesehen sein. Es kann insbesondere eine Vektor-Quantisierung mit einer zweidimensionalen Wahrscheinlichkeitsdichte für x und y vorgesehen sein.
Die Quantisierungsintervalle und/oder -stufen können optimiert werden. Sie können beispielsweise für ein minimales Fehlerquadrat oder eine maximale Entropie bei vorgegebener Quantisierungsstufenanzahl optimiert werden. Eine nicht-uniforme oder nichtlineare Quantisierung ist insbesondere vorteilhaft, sofern der Range der zu regelnden Größen beschränkt ist und/oder sofern die Auftrittswahrscheinlichkeit um einige bestimmte Werte sehr hoch ist und außerhalb dieser wahrscheinlichen Bereiche sehr stark abnimmt. Durch eine nichtlineare Quantisierung kann die Anzahl der zu übertragenden Bits erheblich reduziert werden.
Bei der aktiven Dämpfung der Spiegel-Elemente 23 wird beispielsweise der aktuelle Kippwinkel differenziert. Bei Vibrationen um einen konstanten mittleren Kippwinkel und bei langsamen Driften führt dies dazu, dass die dämpfende Ansteuerungsgröße als zeitliche Ableitung des Kippwinkels dann um den Wert 0 schwankt. Da die Vibrationen im Allgemeinen eher klein sind, sind keine besonders hohen Ansteuerungskräfte erforderlich. Höhere Ansteuerungskräfte werden mit anderen Worten immer unwahrscheinlicher. Dies äußert sich darin, dass die Wahrscheinlichkeitsdichte der Ansteuerungsgröße, beispielsweise die zeitliche Ableitung des Kippwinkels, bei 0 am höchsten ist und zu höheren Beträgen hin stark abfällt. Die Wahrscheinlichkeitsdichte kann beispielsweise, wie exemplarisch in Figur 10 dargestellt ist, die Gestalt einer Gaussverteilung haben. Wenn beispielsweise das Auftreten bestimmter Werte ausgeschlossen werden kann, das heißt wenn die Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieser Werte identisch 0 ist, kann die Vertei- lung ab einem bestimmten Betrag auf 0 gesetzt werden. Derartige Werte treten dann sicher nicht auf bzw. können dann nicht zur Regelung beitragen.
Ähnliche Überlegungen wie für die zeitliche Ableitung des Kippwinkels gelten auch für die Regeldifferenz. Die Regeldifferenz, insbesondere die Regeldifferenz für eine Störgrößenausrege- lung bei fest eingestelltem Kippwinkel, nimmt in der Regel nur sehr kleine Werte, das heißt Werte nahe 0, ein.
In Figur 10 ist eine nichtlineare Quantisierung der nichtnormierten Wahrscheinlichkeitsdichte der Elektrodenspannung Uoamp dargestellt. Exemplarisch dargestellt ist eine nichtlineare Quanti- sierung mit 14 Quantisierungsintervallen IlnlQ, I2niQ... I14nlQ. Diese 14 Quantisierungsintervalle IiniQ können mit einem 4 Bitsignal für Uoamp dargestellt werden.
Zum Vergleich ist eine lineare Quantisierung von Uoamp dargestellt, welche die gleiche Präzision im Bereich der höchsten Wahrscheinlichkeitsdichte aufweist. Für die lineare Quantisierung des dargestellten Bereichs sind 40 Quantisierungsintervalle Ii ... I40, das heißt ein 6 Bitsignal notwendig. Dieses Beispiel dient lediglich der Verdeutlichung des Potenzials der nichtlinearen Quantisierung. Das tatsächliche Potenzial der nichtlinearen Quantisierung ist sogar noch höher. Implizit wurde in Figur 10 nämlich auch bei der linearen Quantisierung bereits eine Limitierung des Range vorgenommen, was bereits eine erste Form der nichtlinearen Quantisierung darstellt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figur 11 das Prinzip der differenziellen Codierung näher erläutert. Im oberen Teil der Figur 11 ist exemplarisch ein zeitlicher Verlauf eines Reglerstellwerts XR(T) oder einer Messgröße XM© dargestellt. Im unteren Teil von Figur 1 1 ist der entsprechende Zeitverlauf XR(t) bzw. XM( dargestellt. In der dargestellten Form muss lediglich die Information gesendet werden, ob das Signal steigt, gleich bleibt oder fällt. Es genügt mit anderen Worten, drei Zustände zu codieren. Hierfür sind lediglich zwei Bits erforderlich. Ein ähnliches Prinzip liegt der sogenannten Slew-Rate-Codierung zugrunde. Es wird lediglich mit wenigen Bits die Information übertragen, ob das Stellsignal gleich bleibt, steigt oder fällt. Mit zusätzlichen Bits können dann noch wenige Steig- bzw. Fallgeschwindigkeiten des Stellsignals unterschieden werden, um Signalverläufe besser zu repräsentieren und zu übertragen.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figur 12 die Vektor-Codierung näher erläutert. Je nach Signalform kann eine Vektor-Codierung zu einer sehr effizienten Datenkompression bei gleichzeitig guter Repräsentation der Signalform führen. In Figur 12 ist wiederum exemplarisch der Zeitverlauf eines Regler- Stellwerts XR(t) oder einer Messgröße XM( dargestellt. Im oberen Bereich der Figur 12 sind exemplarisch vier Signalformen (A, B, C, D) dargestellt. Die Signalformen werden auch als Signalsegmente 92A, 92B, 92C, 92D bezeichnet. Unterhalb der Zeitachse des Zeitverlaufs von xR(t) bzw. XM( ist dargestellt, wie dieser Verlauf durch die vier Signalformen A, B, C, D codiert werden kann. Die Form der Signalsegmente 92i kann insbesondere an die zu erwartenden Zeitverläufe der Regler- Stellwerte bzw. Messgrößen angepasst sein. Denkbar ist insbesondere ein Katalog von Signalsegmenten 92i, welche Teilen von Sinusschwingungen bei den Resonanzfrequenzen der Spiegel-Elemente 23 entsprechen. Grund dafür ist, dass bei Vibrationen oftmals ausschließlich bzw. mehrheitlich Resonanzen angeregt werden. Stellgrößen sind dann zumeist auch Sinusschwingungen (mit variierender Amplitude) bei den Resonanzfrequenzen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die MEMS-Kanal- individuelle Codierung die für jede Kipp-Achse individuelle Codierung, aber auch die kombinierte Codierung der Kippachsen beinhaltet. Anstatt ein x- und ein y-Reglersignal zu senden, kann es vorteilhaft sein, das Signal nach Betrag und Richtung zu codieren und dort dann eine optimierte Quantisierung vorzunehmen. Auch eine Vektor-Codierung in der x-y-Ebene kann vorteilhaft sein. Der Katalog an Signalsegmenten besteht dann aus 2D-Trajektorien über der Zeitachse statt 1 D-Signalverläufen über der Zeitachse.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figur 13 das Prinzip der gebündelten Codierung oder Komprimierung und die zugehörige Reglerarchitektur beschrieben. Während sich die bisher betrachteten Regel- und Codierverfahren auf eine Betrachtung einzelner Spiegel bzw. einzelner Kippachsen innerhalb des Spiegel- Arrays 22 beschränkten, ist es auch möglich, mehrere MEMS-Kanäle gebündelt zu codieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Korrelationen zwischen den Auslenkungen der Spiegel-Elemente 23, insbesondere deren zu dämpfenden Störungen bestehen. Sofern beispielsweise das Spiegel- Array 22 insgesamt eine Störung erfährt, kann es genügen, nur einen einzigen Kippwinkelfehler für das gesamte Spiegel- Array 22 als Reglerinformation von der Steuereinrichtung 64 an das Spiegel- Array 22 zu übertragen. Die in Figur 13 dargestellte Architektur der Regelungsvorrichtung 61 entspricht im Wesentlichen der Architektur der Regelungsvorrichtung 61 gemäß Figur 8, auf deren Beschreibung hiermit verwiesen wird. Bei der Regelungsvorrichtung 61 gemäß Figur 13 umfasst die Steuereinrichtung 64 insbesondere eine Vielzahl von Kontrolleinheiten 931 ... 93n. Der Kompressionsalgorithmus verarbeitet die Information, das heißt die Regelungssignale zu und/oder von mehreren der Spiegel-Elemente 23, insbesondere sämtlicher Spiegel-Elemente 23 eines der Spiegel- Arrays 22, insbesondere sämtlicher Spiegel- Arrays 22, gleichzeitig bzw. gebündelt. Hierdurch kann der Datenfluss, das heißt die pro Zeiteinheit zwischen der Steuereinrichtung 64 und den Spiegel-Elementen 23 insgesamt zu übertragende Datenmenge, erheblich redu- ziert werden. Andererseits ist hierbei die für die Regelung der einzelnen Spiegel-Elemente 23 bzw. deren Verlagerungs-Freiheitsgrade, erforderliche Information in den Dekomprimierung- seinheiten 90, 91 vollständig rekonstruierbar. Es ist auch möglich, die zur Regelung der Spiegel- Elemente 23 erforderliche Information in den Dekomprimierungseinheiten 90, 91 nur teilweise, das heißt unvollständig, zu rekonstruieren, sofern dies für die geforderte Reglerperformance aus- reichend ist.
Das externe Sensorsystem 79 kann zusätzlich zu den Monitoring Systemen 75 weitere Sensoren 94 umfassen. Die Sensoren 94 dienen insbesondere der Erfassung einer oder mehrerer Größen zur Charakterisierung der Umgebungsbedingungen der Spiegel-Elemente 23. Diese Größen sind in der Figur 13 schematisch zusammengefasst mit dem Bezugszeichen 95 versehen. Beispielsweise ist es möglich, zur Datenreduktion an sämtliche der Spiegel-Elemente 23 ein Signal zu senden, welches zu einem mittleren Kippwinkelfehler, das heißt zu einem Mittelwert der Kippwinkelfehler sämtlicher der Spiegel-Elemente 23, korrespondiert und zu jedem der einzelnen Spiegel-Elemente 23 jeweils die individuelle Abweichung von diesem mittleren Kippwin- kelfehler. Diese Abweichungen der einzelnen Spiegel-Elemente 23 desselben Spiegel- Arrays 22 können mit deutlich weniger Bits codiert werden als die Gesamtabweichungen. Die Einsparungen im Datenflussvolumen sind ähnlich wie die bei der differenziellen Codierung. Allerdings wird hier nicht zeitlich differenziert, sondern differenziell über mehrere gebündelte Datenkanäle codiert. Die individuelle Abweichung jedes der einzelnen Spiegel-Elemente 23 vom Mittelwert kann mit wenigen Bits dargestellt und übertragen werden.
Anhand der schematischen Figur 14 ist dies noch einmal verdeutlicht. In der Figur 14 ist exemplarisch der Zeitverlauf dreier zu übertragender Signale Al s A2, A3 dargestellt. Die Signale A können beispielsweise wiederum Regler- Stellwerte oder Messgrößen darstellen. Zur Verdeutli- chung des Prinzips der gebündelten Codierung sei angenommen, dass die Signale A miteinander korreliert sind. Es gilt insbesondere: A2 = B2 · Ai + C2 und
A3 = B3 · Ai + C3, wobei Bi jeweils eine Konstante ist und ebenfalls als Konstante angenommen sei. Allgemein kann es sich bei um ein zeitabhängiges Signal handeln. Die Signale haben jedoch im Allgemeinen eine geringere Amplitude als die Ausgangssignale Ai. Die Figur 14 dient lediglich zur Veranschaulichung des grundlegenden Prinzips der gebündelten Komprimierung. Alternative Codierverfahren, beispielsweise ein Standard-MPEG- Verfahren, sind zur Komprimierung ebenfalls möglich.
Auch eine zweidimensionale Codierung, 2D-Codierung, ist denkbar. Eine derartige 2D- Codierung basiert auf dem Gedanken, die Informationen aller Kippwinkel und/oder Ansteue- rungsgrößen für ein Spiegel- Array 22 ähnlich einem Bild zu einem gegebenen Zeitpunkt, das heißt in diesem Kompressionsschritt ohne Nutzung zeitlicher Zusammenhänge, zu komprimieren. Bei einem Spiegel- Array 22 mit 64 · 64 Spiegel-Elementen 23, welche jeweils bezüglich zwei Achsen bzw. Positionen geregelt werden, entspricht dies einem Bild mit 64 - 64 - 2 Pixel = 8192 Pixel, welches vor dem Senden von der Steuereinrichtung 64 zum Spiegel- Array 22 komprimiert wird. Werden beispielsweise bei einer optischen Anwendung mit der Mehrheit der Spiegel-Elemente 23 eines Spiegel- Arrays 22, beispielsweise mit 3500 Spiegel-Elementen 23, eines 64 · 64 Spiegel-Elemente 23 umfassenden Spiegel- Arrays 22, die Formen von global gekrümmten optischen Elementen nachgebildet, dann stehen viele Spiegel auf einem ähnlichen Kippwinkel. Insbeson- dere stehen benachbarte Spiegel-Elemente 23 auf sehr ähnlichen Kippwinkeln. Bei einer derartigen Situation kann auch die Anwendung eines Deflate- Algorithmus, beispielsweise gemäß dem Verfahren zur Erzeugung eines Bildes im PNG-, TIFF- oder GIF-Format, verwendet werden. Der Deflate- Algorithmus prädiziert in manchen Ausprägungen unter anderem den Wert von einem Pixel zum nächsten und speichert bzw. codiert lediglich den Prädiktionsfehler. In Regionen, das heißt Bereichen, mit Spiegel-Elementen 23, deren Kippwinkel sich wenig von dem des benachbarten Spiegel-Elements 23 unterscheidet, arbeitet der Algorithmus sehr effizient. Er kann sowohl zur Kompression der Kippwinkeldaten als auch der Regeldifferenz als auch bei abgeleiteten Größen, insbesondere bei der zeitlichen Ableitung der Kippwinkel, eingesetzt werden. Aus dem Gebiet der Bildkompression sind viele weitere Verfahren bekannt, um derartige Informationen effizient zu komprimieren. Es kann sich hierbei um eine verlustfreie oder um eine verlustbehaftete Komprimierung handeln. Die reduzierte Datenmenge ermöglicht eine Übertragung der Informationen mit geringen Latenzzeiten und ermöglicht dadurch eine schnelle Regelung zur aktiven Dämpfung der Spiegel-Elemente 23.
Die Kompression kann beispielsweise auch auf die mittels des Sensorsystems 79 ermittelten Kippwinkel oder anderen Messgrößen angewendet werden. Sie kann auch auf abgeleitete Regelgrößen, insbesondere die Regeldifferenz oder die zeitliche Ableitung der Regeldifferenz, angewendet werden. Da die Spiegel-Elemente 23 mit vergleichbaren Verlagerungs-Positionen übli- cherweise auch ähnliche Störungen, beispielsweise durch Vibrationen, erfahren, ist die oben geschilderte 2D-Kompression auch auf solche Größen sehr effizient anwendbar, die nicht direkt die Kippwinkel selbst darstellen, sondern aus den aktuellen Kippwinkeln abgeleitet sind, beispielsweise die zeitliche Ableitung oder die Regeldifferenz. Im Folgenden wird ein weiteres vorteilhaftes Codierungsverfahren beschrieben. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ähnlich wie beim Schritt von einer Einzelbildkompression zur Kompression eines Videostreams auch bei der Kompression der Ansteuerungsgrößen innerhalb der äußeren Regelungsschleife 62, insbesondere innerhalb der schnellen Kippwinkelregelung, die Information aus der Vergangenheit, insbesondere die Information über die zeitliche Entwicklung der Kippwinkel, insbesondere die Information des letzten vorangegangenen Zeitpunkts, genutzt werden kann, um die aktuelle Information zu komprimieren. Es wurde insbesondere erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, die gebündelte Codierung über mehrere der Spiegel-Elemente 23 auch über die zeitliche Dimension auszudehnen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da das dynamische Verhalten der Spiegel-Elemente 23 gut mit Modellen beschreibbar ist.
Ein Beispiel für eine Störgröße, die zu zeitlich stark korrelierten Reglerfehlern zwischen einzel- nen Kanälen und damit zu stark korrelierten Kommunikationssignalen führt, sind Anregungen durch Pulse bzw. Pulsfolgen der Beleuchtungsstrahlung 14. Die Signalform ist hierbei für die verschiedenen Spiegel-Elemente 23 strukturell sehr ähnlich. Sie kann sich jedoch in Richtung und Amplituden zwischen den einzelnen Spiegel-Elementen 23 unterscheiden. Die Richtung und Amplitude lässt sich jedoch zumindest teilweise direkt aus den Kippwinkelsollwerten ableiten. Sofern die konstanten Sollwerte der Codiereinheit 81 und der Decodiereinheit 82 vorliegen, kann es beispielsweise genügen, für jedes Spiegel- Array 22 nur ein einziges Muster-Reglersignal zu übertragen. Die Decodierung kann dann unter Einbeziehung des hier zeitlich konstanten Kippwinkelsollwerts für jedes der Spiegel-Elemente 23 individuell erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform können außerdem noch Variationen zwischen den einzelnen Spiegel- Elementen 23 innerhalb eines Spiegel- Arrays 22 übertragen werden. Da dies jedoch nur geringe Modellabweichungen sind, kann diese Information wiederum mit wenigen Bits codiert werden. Diesbezüglich sei auf die vorangegangene Beschreibung der differenziellen Übertragung verwiesen. Bei einer aktiven Dämpfung der Spiegel-Elemente 23 muss sehr schnell abgetastet werden. Dies führt dazu, dass Kippwinkeländerungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten eher klein sind. Es ist daher zur Reduzierung des Datenflusses vorteilhaft, nur die Änderung der Kippwinkel von der Steuereinrichtung 64 an das Spiegel- Array 22 zu übertragen. Die zeitliche Änderung des Kippwinkels, das heißt die Differenz der Kippwinkelwerte zu zwei aufeinander- folgenden Zeitpunkten, ist im Range beschränkt. Die Wahrscheinlichkeitsdichte der Änderungen ist mit anderen Worten derart, dass nur kleine Bereiche des möglichen Kippwinkelrange übertragen und damit quantisiert werden müssen. Die vorhergehend geschilderte nichtlineare Quantisie- rung kann hier gewinnbringend angewendet werden. Durch diese zeitliche Kompression wird die Anzahl der erforderlichen Bits stark reduziert.
Um die Datenmenge weiter zu reduzieren, kann in einem nachfolgenden Schritt dann auf den bereits reduzierten Datensatz die geschilderte 2D-Kompression angewendet werden.
Eine derartige Kombination einer 2D-Codierung unter Hinzunahme des zeitlichen Aspekts, das heißt unter Einbeziehung der zeitlichen Dimension, wird auch als 3D-Codierung bezeichnet. Im Folgenden wird ein Regelablauf 99 anhand des Ablaufs einer 3D-Codierung zum Abtastzeit- punkt n noch einmal anhand der Figur 16 geschildert. Zunächst werden in einem Messschritt 100 die aktuellen Kippwinkel der Spiegel-Elemente 23 gemessen. Zur Messung bzw. Erfassung der Kippwinkel dient insbesondere das Sensorsystem 79.
Die Kippwinkel der x · y Spiegel-Elemente 23 des Spiegel- Arrays 22 zum Zeitpunkt n seien mit a(x,y,n) bezeichnet.
Für die nachfolgende Diskussion sei angenommen, die Kippwinkel α und deren Differenzen e(x,y,n): = a(x,y,n) - a(x,y,n-l) seien mit 16 Bit quantisiert. Eine hiervon abweichende Quantisierung ist selbstverständlich möglich.
Nach dem Messschritt 100 werden als nächstes die Differenzen e(x,y,n) in einem Differenzierungsschritt 101 berechnet.
Sodann wird in einem zeitlichen Kompressionsschritt 102 ein Datensatz equant(x,y,n) durch Limi- tierung des Wertebereichs der Differenzen e(x,y,n) und nichtlineare Quantisierung innerhalb des beschränkten Wertebereichs berechnet. Für den Datensatz equant(x,y,n) genügen beispielsweise lediglich 5 Bit pro Pixel.
Sodann wird in einem örtlichen Kompressionsschritt 103 der Datensatz equant(x,y,n) durch 2D- Bildkompression, insbesondere durch einen Deflatealgorithmus, komprimiert. Hierdurch lässt sich das Datenvolumen beispielsweise nochmals auf ein Fünftel reduzieren. Somit liegen nach dem zeitlichen Kompressionsschritt 102 und dem örtlichen Kompressionsschritt 103 statt 16 Bit pro Pixel im Mittel nur noch 1 Bit pro Pixel vor. Der entsprechende Datensatz sei mit
ekomb(x,y,n) bezeichnet. Das Gesamtdatenvolumen konnte somit wesentlich reduziert werden. Sodann wird der Datensatz ekomP(x,y,n) in einem Übertragungsschritt 104 von der Steuereinrichtung 64 zum Spiegel- Array 22 übertragen. Der Datensatz ekomP(x,y,n) wird insbesondere an die Decodiereinheit 82 oder die Dekomprimiereinheit 90 übertragen. Hier werden die Daten
ekomP(x,y,n) entpackt, das heißt decodiert und/oder dekomprimiert. Mit anderen Worten wird der komprimierte Datensatz ekomP(x,y,n) in einem Decodierungsschritt oder Dekompressionsschritt
105 decodiert und/oder dekomprimiert und der ursprüngliche Datensatz e(x,y,n) berechnet. Auf Grundlage des Datensatzes e(x,y,n) werden die Stellgrößen in einem Aktualisierungsschritt
106 mit neuer Information e(x,y,n) oder a(x,y,n) aktualisiert. Das heißt, es erfolgt die Ansteue- rung der Aktuatoren der Spiegel-Elemente 23 mit den aktualisierten Werten.
In einem darauffolgenden Update-Schritt 107 werden die Werte der Kippwinkel α in der Codier- einheit 81 auf die neuen Werte, das heißt die Werte zum Zeitpunkt n, das heißt auf die Werte a(x,y,n), gebracht.
Sodann wird der Regelzyklus 99 mit dem nächsten Messschritt 100 wieder begonnen. Bei einer Datenrate von 100 Mbit/s zu jedem der Spiegel- Arrays 22 lassen sich 8192 Bits in ca. 0,08 ms übertragen. Für ein Spiegel-Element 23 mit einer Resonanzfrequenz von 100 Hz würde die ca. 0,08 ms Übertragungszeit bei Resonanz einem Phasenverlust von etwa 2,88° entsprechen. Für eine aktive Dämpfung bei Resonanzfrequenz ist dies im realistischen Bereich und lässt noch etwas Spielraum für weitere Latenzzeiten in der Regelungsschleife 62. Derartige Latenzzeiten können beispielsweise für die Kippwinkelmessung und/oder die Datenkomprimierung und/oder die Datendekomprimierung verwendet werden.
Ähnlich wie bei der Bildkompression können auch Modelle zur Repräsentation der zeitlichen und örtlichen Änderungen der Kippwinkel kombiniert zum Einsatz kommen. Die örtliche Koor- dinate bezeichnet in diesem Zusammenhang die Lage des Spiegel-Elements 23 im Spiegel- Array 22. Wenn sich beispielsweise eine Art Kippwinkel-Störwelle örtlich auf dem Spiegel- Array 22 ausbreitet, kann dies als Grundlage für eine weitere Datenreduktion durch verbesserte Prädiktionen der Kippwinkel verwendet werden, ähnlich der Verschiebung von Bildblöcken bei der Bildkom- pression. Prädiktion in diesem Kontext bedeutet, dass die Kippwinkel zu einem gegebenen Zeitpunkt aus denen der vorausgegangenen Zeitpunkte, insbesondere aus denen des unmittelbar vorausgegangenen Zeitpunkts, prädiziert werden, damit nur Prädiktionsparameter und Prädikationsfehler übertragen werden müssen. Der Empfänger, insbesondere die Decodier- oder De- komprimiereinheit 82, 90 oder die Kontrolleinheit 70 oder die Elektronik auf dem ASIC 52, kennt das Prädiktionsmodell und kann aus dem Prädiktionsparametern und dem Prädiktionsfehler die volle Information extrahieren, insbesondere verlustfrei extrahieren.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figur 15 ein weiteres Verfahren beschrieben, mit welchem die Codierung und Decodierung der Reglersignale verbessert werden kann. Die Codie- rung und Decodierung muss nicht zwangsläufig nach physikalischen Einheiten gruppiert sein. Je nach Adressierungsverfahren der Datenübertragungseinrichtung können die Codier/Decodier- Pakete auch durch eine Umsortierung so arrangiert werden, dass die Datenreduktion optimal ist. Dies kann beispielsweise durch eine Clusterung von Spiegel-Elementen 23 mit ähnlichen Kippwinkel-Sollwerten in x- und/oder y-Richtung und/oder von Spiegel-Elementen 23 mit ähnlichen Kippwinkel-Beträgen und/oder von Spiegel-Elementen 23 mit ähnlichen Kippwinkel-Richtungen geschehen.
In Figur 15 ist exemplarisch erläutert, wie durch Umsortierung der Reglersignale in der Codiereinheit eine bessere Kompressions-Effizienz erreichbar ist. Als Ausgangssignal dient ein Vektor 109 mit den zu übertragenden Signalen Al s A2, A3 .. An.
In einem Permutationsschritt 110 werden die Elemente des Vektors 109 mittels einer Permutationsmatrix M permutiert. Die Elemente des Vektors 109 werden insbesondere derart permutiert, dass ähnliche, insbesondere gleiche Signale benachbart zu liegen kommen. Der permutierte Vek- tor 109 weist somit Bereiche, insbesondere zusammenhängende Bereiche mit ähnlichen, insbesondere gleichen Signalbestandteilen auf. Sodann wird der permutierte Vektor in einem Komprimierungsschritt 111 komprimiert.
Sodann wird der komprimierte Vektor in einem Übertragungsschritt 112 an die Dekomprimie- rungseinheit 90 übertragen. Er wird insbesondere digital übertragen. Bei der Übertragung wird beispielsweise die Permutationsmatrix M, das Signal Al s die Konstanten B2, C2, B3, C3 und die Häufigkeiten nl s n2, n3 des Auftretens der Signale Al s A2, A3 übertragen. Bezüglich der Bedeutung der Konstanten Bi, Ci sei auf die vorhergehende Beschreibung der gebündelten Codierung korrelierter Signale (siehe Figur 14) verwiesen. Anschließend werden die Daten in einem Dekomprimierungsschritt 113 dekomprimiert. Sie werden sodann mit Hilfe der Inversen, M"1, der Permutationsmatrix M in einem De- Permutationsschritt 114 depermutiert.
Nach der De-Permutation liegt der Vektor 109 mit den Signalbestandteilen Al s A2, A3 ... An wieder in seiner ursprünglichen Form vor. Auch hier ist es wiederum möglich, anstelle einer verlustfreien eine verlustbehaftete Komprimierung/Dekomprimierung vorzusehen.
Die vorgenannten Codierungs- Verfahren können noch weiter verbessert werden, wenn zur Codierung Vorwissen, insbesondere über Umweltinformationen, beispielsweise mit Hilfe weiterer Signale, insbesondere weiterer Messsignale, eingebracht werden. Hierdurch kann insbesondere die Datenreduktion weiter verbessert werden. Es ist insbesondere möglich, die Datenreduktion zu verbessern, indem Modelle über den Zusammenhang zwischen den Messsignalen und der Anregung der Spiegel-Elemente 23 eingesetzt werden. Derartige Modelle ermöglichen insbesondere eine bessere Prädizierung der Kippwinkel bzw. Kippwinkelfehler.
Beispiele für Vorwissen und/oder Umweltinformationen sind unter anderem die Kippwinkel- Sollwerte, die Temperatur, der Temperaturverlauf, die Charakteristika der Beleuchtungsstrahlung, insbesondere die Aktivierung der Strahlungsquelle 3, insbesondere die Aktivierungszeit- punkte und/oder die Aktivierungsfrequenz und/oder die Intensität der emittierten Beleuchtungs- Strahlung 10. Weitere Umweltinformationen, die vorteilhaft verwendet werden können, sind Bewegungen des Waferhalters und/oder Bewegungen des Retikelhalters, Messdaten von Dosis- Sensoren und Messdaten von globalen Beschleunigungssensoren. Auch wenn die vorhergehend geschilderten Codierungsverfahren teilweise losgelöst von den anderen Codierungsverfahren beschrieben wurden, ist eine Kombination der geschilderten Codierungsverfahren möglich.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (61) zur Regelung der Positionierung einer Vielzahl von verlagerbaren Spiegel- Elementen (23) einer Vielspiegel- Anordnung (22) umfassend
1.1. eine Steuereinrichtung (64), welche
1.1.1. separat von der Vielspiegel- Anordnung (22) ausgebildet ist und
1.1.2. über mindestens einen ersten Datenkanal (63) in datenübertragender Weise mit der Vielspiegel- Anordnung (22) verbunden ist, und
1.2. mindestens eine Kontroll-Einheit (70), welche in signalübertragender Weise mit mindestens zwei Eingängen (71, 72) verbunden ist und einen einzigen, gemeinsamen Ausgang (63) aufweist,
1.3. wobei der mindestens eine erste Datenkanal (63) für jedes der verlagerbaren Spiegel- Elemente (23) jeweils eine Bandbreite von mindestens 1 kHz aufweist.
2. Vorrichtung (61) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenkanal (63) mit einem Digital- Analog- Wandler (73) in signalübertragender Weise verbunden ist.
3. Vorrichtung (61) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Sensor-Einrichtung (75, 76, 79) mit einer Abtastfrequenz von mindestens 1 kHz für jeden geregelten Verlagerungs-Freiheitsgrad der Spiegel-Elemente (23) umfasst.
4. Optisches Bauelement umfassend
4.1 eine Vielspiegel- Anordnung (22) mit einer Vielzahl von Spiegel-Elementen (23) und 4.2. eine Vorrichtung (61) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
5. Optisches Bauelement gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aktuierung der Spiegel-Elemente (23) analoge Schaltkreise vorgesehen sind, wobei die analogen Schaltkreise bezüglich der Positionsregelung rückkopplungsfrei ausgebildet sind.
6. Verfahren zur Regelung der Positionierung einer Vielzahl von Spiegel-Elementen (23) einer Vielspiegel- Anordnung (22) umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Vielspiegel- Anordnung (22) mit einer Vielzahl von mittels Aktuato- ren verlagerbaren Spiegel-Elementen (23),
Bereitstellen einer Steuereinrichtung (64) zur Erzeugung von Signalen zur Betätigung der Aktuatoren zur Verlagerung der Spiegel-Elemente (23),
- Erzeugung eines Datenstroms mit Signalen zur Aktivierung der Aktuatoren mittels der
Steuereinrichtung (64),
Übertragung des Datenstroms mittels mindestens eines ersten Datenkanals (63) zur Vielspiegel- Anordnung (12),
wobei der mindestens eine erste Datenkanal (63) eine Datenrate aufweist, die eine Bandbreite unterstützt, welche mindestens doppelt so groß ist wie eine Resonanzfrequenz (fres) eines der Spiegel-Elemente (23).
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Datenkanal (63) einen maximalen Datenfluss von höchstens 40 kbit/s pro Spiegel-Element (23) aufweist.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Positionierungen der Spiegel-Elemente (23) und/oder Änderungen derselben mittels mindestens einer Sensor-Einrichtung (75, 76; 79) erfasst werden.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Datenkanal (63) eine Kanalstruktur mit mindestens zwei Kommunikationskanälen umfasst.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Steuereinrichtung (64) erzeugte Datenstrom codiert wird.
11. Beleuchtungsoptik (4) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend mindestens optisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5. 12. Beleuchtungssystem (2) für eine Projektionsbelichtungsanlage (1) umfassend
12.1. eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 11 und
12.2. eine Strahlungsquelle (3).
13. Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikro lithographie umfassend
13.1. eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 11 und
13.2. eine Projektionsoptik (7).
14. Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Substrats, auf das zumindest teilweise eine Schicht aus einem lichtempfindlichen Material aufgebracht ist,
- Bereitstellen eines Retikels (5), das abzubildende Strukturen aufweist,
- Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) gemäß Anspruch 13,
- Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels (5) auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht des Substrats mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage
(1)·
15. Bauelement hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 14.
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