DE102014202755A1 - Verfahren zur Verlagerung mindestens eines optischen Bauelements - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Verlagerung eines optischen Bauelements, bei welchem die bei der Verlagerung des Bauelements maximal benötigte elektrische Leistung kleiner ist als die Summe der elektrischen Maximalleistungen der mindestens zwei zur Verlagerung eingesetzten Aktuatoren.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlagerung mindestens eines optischen Bauelements. Die Erfindung betrifft weiterhin eine optische Baugruppe und ein Verfahren zur Auslegung einer optischen Baugruppe. Außerdem betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements und ein entsprechend hergestelltes Bauelement.
• Aus der DE 10 2011 006 100 A1 ist eine Projektionsbelichtungsanlage bekannt, welche eine Vielspiegelanordnung mit aktuatorisch verlagerbaren Einzelspiegeln aufweist.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verlagerung mindestens eines optischen Bauelements zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, zur Verlagerung eines oder mehrerer optischer Bauelemente mit mindestens zwei Verlagerungs-Freiheitsgraden eine Maximal-Gesamtleistung, welche insgesamt von sämtlichen Aktuatoren bei der Verlagerung aufgenommen werden darf, vorzugeben, ein entsprechendes Ansteuerungsprotokoll zur Verlagerung des oder der optischen Bauelemente zu ermitteln und das oder die optischen Bauelemente gemäß dem Ansteuerungsprotokoll zu verlagern.
• Durch die Vorgabe der maximalen Leistungsaufnahme bei der Verlagerung wird die maximal bereitzustellende elektrische Leistung begrenzt. Dies ist für die Auslegung der Baugruppe mit dem optischen Bauelement vorteilhaft. Eine Begrenzung der maximalen Leistungsaufnahme führt insbesondere zu einer Verbesserung des Wärmehaushalts der optischen Baugruppe, insbesondere zu einer vereinfachten Auslegung der Mittel zur Wärmeabfuhr.
• Die Ermittlung des Ansteuerprotokolls, insbesondere die Ermittlung einer oder mehrerer Verlagerungstrajektorien erfolgt insbesondere unter Einhaltung der vorgegebenen Maximal-Leistung P_max. Die vorgegebene Maximal-Leistung P_max bildet mit anderen Worten eine Randbedingung bei der Ermittlung des Ansteuerprotokolls, insbesondere bei der Ermittlung der Verlagerungstrajektorien.
• Unter Leistung sei im Folgenden, soweit nicht explizit anders angegeben, die elektrische Leistungsaufnahme einer der Aktuator-Einrichtungen, welche bei der Positionierung oder Verlagerung des optischen Bauelements von dieser aufgenommen wird, bezeichnet. Eine Aktuator-Einrichtung bezeichnet hierbei die Gesamtheit der Aktuatoren zur Positionierung oder Verlagerung eines einzelnen optischen Bauelements. Die Aktuator-Einrichtung umfasst insbesondere mindestens zwei Aktuatoren. Unter Gesamtleistung sei entsprechend die Summe der elektrischen Leistungsaufnahme sämtlicher Aktuator- Einrichtungen, welche zur Verlagerung des optischen Bauelements dienen, verstanden. Im Falle von einer Vielzahl von zu verlagernden Bauelementen, insbesondere von unabhängigen, d.h. elektrisch vollständig abgeschirmten, Bauelementen wird die Summe der jeweiligen Gesamtleistungen auch als Gesamtsystemleistung bezeichnet. Die Konzepte zur Reduzierung der Gesamtleistung lassen sich zur Reduzierung der Gesamtsystemleistung von einer Baugruppe mit einem einzelnen zu verlagernden Bauelement auf ein System mit einer Vielzahl zu verlagernden Bauelemente übertragen.
• Eine Begrenzung der maximalen Leistungsaufnahme führt auch zu einem reduzierten Verkabelungs- und Schaltungsaufwand für die Bereitstellung von elektrischer Leistung in der optischen Baugruppe.
• Unter einem Ansteuerungsprotokoll zur Verlagerung des oder der optischen Bauelemente sei insbesondere der zeitliche Verlauf der gesteuerten Aktivierung sämtlicher Aktuator-Einrichtungen zur Verlagerung der optischen Bauelemente der optischen Baugruppe verstanden. Dieser zeitliche Verlauf bestimmt den zeitlichen Verlauf der Gesamtleistungsaufnahme der Baugruppe.
• Allgemein bildet die optische Baugruppe ein mechatronisches System oder einen Bestandteil eines solchen. Das mechatronische System umfasst insbesondere mindestens ein mechanisches Bauelement, insbesondere in Form eines optischen Bauelements, insbesondere in Form eines Spiegels. Außerdem umfasst das mechatronische System elektronische Komponenten sowie, insbesondere mindestens zwei Aktuatoren zur Verlagerung des mechanischen Bauelements.
• Für jedes aktuierte mechanische Element des Systems bezeichnet die jeweilige Verlagerungstrajektorie den geometrischen Pfad einer durch die Aktuierung herbeigeführten Lageveränderung im Raum von einer Start- zu einer Zielposition. Die Verlagerungstrajektorie kann einerseits vollständig als eine stetige Funktion der Raumkoordinaten definiert sein. Sie kann aber auch nur durch ausgewählte Stützstellen, d.h. diskrete Raumkoordinaten, die bei der Lageveränderung in einer vorgegebenen Reihenfolge eingenommen werden müssen, definiert sein. In jedem Fall umfasst jede Verlagerungstrajektorie die diskreten Raumkoordinaten der Start- und Zielposition.
• Die Gesamtheit der geometrischen Pfade, die sich bei der räumlichen Lageveränderung mehrerer aktuierter mechanischer Elemente eines Systems ergibt, wird als Ensemble der Verlagerungstrajektorien der aktuierten mechanischen Elemente bezeichnet.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, bei der Ermittlung des Ansteuerprotokolls vorgegebene Randbedingungen für den Verlauf der Verlagerungstrajektorien zu berücksichtigen. Es ist insbesondere möglich, für jede einzelne der Verlagerungstrajektorien erlaubte Bereiche, in welchen die Verlagerungstrajektorie verlaufen darf, und/oder verbotene Bereiche, in welchen die Verlagerungstrajektorie nicht verlaufen darf, vorzugeben. Derartige Bereiche können beispielsweise anhand einer Fläche, welche die erforderliche Leistungsaufnahme der Aktuatoren für die möglichen Verlagerungspositionen wiedergibt ermittelt werden. Hierbei kann es sich um eine höher dimensionale Fläche handeln. Es kann sich insbesondere um eine (K∙n)-dimensionale Fläche handeln, wobei K die Anzahl der Aktuatoren der einzelnen mechanischen Einrichtungen bezeichnet und n die Anzahl der zu verlagernden mechanischen Einrichtungen. Mit anderen Worten können die erlaubten und/oder verbotenen Bereiche nicht nur für die einzelnen Verlagerungstrajektorien sondern auch für die Ensemble-Verlagerungstrajektorie vorgegeben werden.
• Die für die Realsisierung von Verlagerungstrajektorie erforderlichen Aktuierungen der mechanischen Elements des Systems mittels elektrischer Signale, insbesondere einer Abfolge elektrischer Signale, wird als Ansteuerung der jeweils aktuierten mechanischen Elemente bezeichnet.
• Dabei wird zwischen der Ansteuerung eines einzelnen mechanischen Elements und der Ansteuerung des Ensembles aller aktuierten mechanischen Elemente des Systems unterschieden. Die gesteuerten, insbesondere geregelten elektrischen Signale der Ansteuerung werden als Ansteuersignale oder Ansteuerungssignale bezeichnet. Die Gesamtheit der elektronischen Schaltungen, die im System zur Ansteuerung von (mindestens) einem aktuierten mechanischen Element verwendet werden, werden als Ansteuerelektronik oder Ansteuerungselektronik bezeichnet. Für jene Fälle, in welchen die Ansteuerelektronik während des Systembetriebes rekonfiguriert werden kann, schließen die Ansteuersignale die Signale für eine mögliche Rekonfiguration der Ansteuerelektronik mit ein.
• Die Reihenfolge der Werte der Ansteuersignale, die für ein mechanisches Element einzustellen sind, um eine bestimmte Verlagerungstrajektorie zu realisieren, wird als Ansteuerschema oder Ansteuerungsschema für dieses mechanische Element bezeichnet.
• Die zeitliche Abfolge der Werte aller Ansteuersignale, die zur Realsierung eines Ensembles von Verlagerungstrajektorien der aktuierten mechanischen Elementes eines Systems erforderlich sind, wird als Ansteuerprotokoll oder Ansteuerungsprotokoll für die aktuierten mechanischen Elemente bezeichnet. Das Ansteuerungsprotokoll umfasst somit die Gesamtheit aller Ansteuerungsschemata.
• Der Kern der Erfindung besteht insbesondere in der kombinierten elektronischen Ansteuerung mehrerer Aktuatoren in einem mechatronischen Gesamtsystem, insbesondere für mehrdimensional aktuierte Spiegel, insbesondere in einer EUV- oder DUV-Lithografieanlage, derart, dass die elektrische Spitzenleistung des Gesamtsystems bei der Aktuierung im Vergleich zu einer Worst-Case-Auslegung reduziert, insbesondere minimiert wird. Die Aktuatoren können auch derart angesteuert werden, dass die Verlustleistung des Gesamtsystems bei der Aktuierung im Vergleich zu einer Worst-Case-Auslegung reduziert, insbesondere minimiert wird. Die Reduzierung, insbesondere die Minimierung der Verlustleistung, insbesondere der mittleren Verlustleistung, des Gesamtsystems kann auch als Nebenbedingung bei der Reduzierung, insbesondere der Minimierung der elektrischen Spitzenleistung des Gesamtsystems in Betracht gezogen werden.
• Hierbei kann die mechanische Ausrichtung der mechanischen Elemente, insbesondere der mehrdimensional aktuierbaren Spiegel, derart angepasst, insbesondere optimiert, werden, dass die elektrische Spitzenleistung und/oder die Verlustleistung bei der Aktuierung, insbesondere bei bestimmten, vorgegebenen Ansteuerungsprotokollen, minimiert wird. Auch hierbei kann die Reduzierung, insbesondere die Minimierung der Verlustleistung, als Nebenbedingung bei der Reduzierung, insbesondere der Minimierung der elektrischen Spitzenleistung in Betracht gezogen werden. Die vorgegebenen Ansteuerrungsprotokolle bezeichnen hierbei insbesondere die Ansteuerungssignale für sämtliche Aktuatoren, welche notwendig sind, um bestimmte, vorgegebene Settings der Spiegel zu erreichen, wobei ein Setting die Gesamtheit der Verlagerungspositionen sämtlicher Spiegel bezeichnet.
• Die Erfindung ist allgemein für ein mechatronisches System mit mehreren Aktuatoren, die zur elektronischen Einstellung und Regelung der Position von mindestens einem me- chanischen Element, insbesondere mehreren mechanischen Elementen, eingesetzt werden, vorteilhaft. Bei den mechanischen Elementen kann es sich insbesondere um Spiegel, insbesondere Einzelspiegel eines Feldfacettenspiegels, insbesondere Einzelspiegel einer Vielspiegelanordnung (Multi Mirror Array, MMA) handeln. Es kann sich insbesondere um Mikrospiegel handeln. Die mechanischen Elemente sind an ein Gesamtsystem angebunden, wobei bei ihrer Aktuierung elektrische Energie in kinetische Energie und/oder Lageenergie umgesetzt wird.
• Das mechatronische System umfasst elektrische, insbesondere elektronische, Bauelemente. Es umfasst insbesondere elektrische Treiberverstärker. Es kann digitale Logikbausteine umfassen. Es kann weitere elektronische Bauteile, beispielsweise Positionssensoren, zur Steuerung oder Regelung der zu aktuierenden mechanischen Elemente aufweisen.
• Im Folgenden wird der Einfachheit halber zunächst auf die Verlagerung eines einzelnen der optischen Bauelemente Bezug genommen. Die dargestellten Aspekte sind jedoch insbesondere bei der Verlagerung mehrerer Bauelemente, insbesondere bei der Verlagerung von Gruppen von Bauelementen, insbesondere bei einer Verlagerung mehrerer optischer Bauelemente im Verbund, d. h. einer verbundweise übereinstimmenden Verlagerung mehrerer optischer Bauelemente, vorteilhaft.
• Das Ansteuerungsprotokoll kann insbesondere in Abhängigkeit der vorgegebenen Maximal-Leistung (P_max) ermittelt werden. Die vorgegebene Maximal-Leistung (P_max) ist insbesondere kleiner als die Summe (S) der Maximalleistungen ( P i / max ), welche von den einzelnen Aktuator-Einrichtungen des optischen Bauelements aufgenommen werden kann. Es gilt insbesondere: P_max: S < 1, insbesondere P_max: S < 0,8, insbesondere P_max: S < 0,6.
• Das Ansteuerungsprotokoll wird insbesondere in Abhängigkeit von P_max bestimmt. Es wird insbesondere an P_max angepasst. Es kann nach Vorgabe von P_max optimiert werden. Es kann insbesondere mittels eines Optimierungs-Verfahrens, insbesondere eines iterativen Verfahrens, optimiert werden. Es kann auch aus einer Anzahl unterschiedlicher Protokolle ausgewählt werden.
• Durch das Ansteuerungsprotokoll wird ein Verlagerungs-Weg, welcher auch als Verlagerungstrajektorie des optischen Bauelements für die Verlagerung von einer ersten Verlagerungs-Position in eine zweite Verlagerungs-Position bezeichnet wird, vorgegeben. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Leistungsaufnahme der Aktuator-Einrichtungen, insbesondere die Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Aktuator-Einrichtungen zur Verlagerung des optischen Bauelements, von der Verlagerungs-Trajektorie, insbesondere vom Anfang- und Endpunkt derselben abhängt. Insbesondere der Spitzenwert der Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Aktuator-Einrichtungen ist von der Verlagerungstrajektorie, insbesondere dem Ensemble der Verlagerungstrajektoiren abhängig. Durch eine gezielte Auswahl der Verlagerungstrajektorien lässt sich dieser Spitzenwert reduzieren, insbesondere minimieren. Die Leistungsaufnahme der Aktuator-Einrichtungen ist insbesondere positions- und/oder wegabhängig. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich daher bei einem System mit mindestens zwei Aktuator-Einrichtungen die Leistungsaufnahme bei der Verlagerung des optischen Bauelements durch Auswahl und/oder Anpassung der Verlagerungs-Trajektorie und/oder durch gezielte Anpassung der Ansteuerungsschemata der einzelnen Aktuator-Einrichtungen und/oder deren konstruktive Ausrichtung, insbesondere relativ zum optischen Bauelement, insbesondere dessen mechanischer Lagerung, optimieren lässt.
• Durch eine geeignete Auswahl eines Ansteuerungsschemas, d.h. der Steuerung, insbesondere der Reihenfolge, der Ansteuerungssignale, die für ein einzelnes gegebenes mechanisches Element einzustellen sind, um eine bestimmte Verlagerungstrajektorie zu realisieren, kann die Leistungsaufnahme der Aktuator-Einrichtungen dieses Bauelements beeinflusst, insbesondere reduziert, insbesondere minimiert werden.
• Durch eine geeignete Auswahl eines Ansteuerungsschemas kann außerdem sichergestellt werden, dass vorgegebene Randbedingungen für die Verlagerungstrajektorien und/oder Verlagerungspositionen berücksichtigt werden. Es kann insbesondere sichergestellt werden, dass Verlagerungspositionen, die nicht angefahren werden dürfen, vermieden werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass Beschädigungen der mechanischen Elemente und/oder deren Aktuator-Einrichtungen ausgeschlossen werden.
• Inbesondere bei einem mechatronischen System mit einer Mehrzahl von zu verlagernden Elementen lässt sich die Gesamtleistungsaufnahme auch durch das Ansteuerungsprotokoll, d.h. die zeitliche Abfolge der Werte aller Ansteuersignale, die zur Realisierung eines Ensembles von Verlagerungstrajektorien der aktuierten mechanischen Elemente erforderlich sind, beeinflussen, insbesondere minimieren.
• Bei dem optischen Bauelement handelt es sich insbesondere um einen Spiegel, insbesondere um einen Einzelspiegel einer Vielspiegel-Anordnung. Es kann sich insbesondere um einen Einzelspiegel eines Facettenspiegels einer Beleuchtungsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, insbesondere für die EUV- oder DUV- Lithographie, handeln. Es kann sich insbesondere um einen Mikrospiegel eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) einer Vielspiegel-Anordnung (englisch: Multi Mirror Array, MMA) handeln. Bei dem optischen Bauelement kann es sich auch um eine andere mechatronisch-aktuierte optische Komponente einer Projektionsbelichtungsanlage, insbesondere einer EUV-Lithographieanlage, handeln. Es kann sich insbesondere auch um einen Einzelspiegel eines Feldfacettenspiegels oder eines Pupillenfacettenspiegels handeln. Für eine allgemeine Darstellung des Aktuatorprinzips sei auf die DE 10 2011 007 917 A1 verwiesen, die hiermit Bestandteil der vorliegenden Anmeldung sein soll.
• Die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere die unterschiedlichen Realisierungsvarianten, bieten insbesondere folgende Vorteile:
  Die elektrische Spitzenleistung und/oder die mittlere elektrische Verlustleistung wird im Vergleich zu einer Worst-Case-Auslegung, insbesondere einer nicht-Verlustleistungsoptimierten, unabhängigen Ansteuerung der einzelnen Aktuatoren reduziert.
• Die mechanische und/oder thermische Systemauslegung wird vereinfacht. Es wird insbesondere der Kühlaufwand reduziert.
• Die Systemlebensdauer wird erhöht. Dies ist insbesondere auf eine reduzierte Verlustleistung und damit geringere erzeugte Wärme zurückzuführen.
• Der Dynamikbereich der Aktuatoren wird vergrößert. Hierdurch wird eine Vergrößerung des Bereichs der aktuierbaren Auslenkung der mechanischen Elemente bei gleicher Leistungsaufnahme verglichen mit einer Worst-Case-Auslegung, ermöglicht.
• Die Positionsregelung wird vereinfacht. Es wird insbesondere die Positionsregelung in hysteresebehafteten Systemen vereinfacht.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, zur Ermittlung des Ansteuerungsprotokolls die Verlagerungstrajektorie, insbesondere des Ensembles der Verlagerungstrajektorie, und/oder ein Aktivierungsschema der Aktuator-Einrichtungen zu ermitteln, insbesondere aus einer Liste auszuwählen und/oder anzupassen, und das Ansteuerungsprotokoll und/oder Ansteuerungsprotokoll in Abhängigkeit von dieser Verlagerungstrajektorie, bzw. diesem Ensemble der Verlagerungstrajektorie, und/oder diesem Aktivierungsschema zu ermitteln. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass zur Ermittlung eines vorteilhaften Ansteuerungsprotokolls zum einen die Verfahrwege, d. h. die Verlagerungstrajektorien, der optischen Bauelementeangepasst, insbesondere optimiert werden können, sowie zum anderen dass die Ansteuerung der Aktuator-Einrichtungen optimiert werden kann. Das Aktivierungsschema der Aktuator-Einrichtungen kann hierbei einerseits die Abfolge der Ansteuerungssignale der Aktuator-Einrichtungen, d. h. zeitliche Elemente, umfassen. Es kann auch einen Verlauf der Amplituden, insbesondere der maximal möglichen Amplituden der Ansteuerungssignale, insbesondere der Versorgungsspannungen der Verstärkerstufen der einzelnen Aktuatoren, umfassen.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, die Verlagerungstrajektorie derart zu wählen und/oder bestimmen, dass sie zu Beginn des Verlagerungsvorgangs in eine vorbestimmte Richtung weist. Hierbei kann insbesondere ausgenutzt werden, dass ein optisches Bauelement mit mindestens zwei Verlagerungs-Freiheitsgraden eine richtungsabhängige mechanische Steifigkeit aufweist, d. h. dass die mechanische Steifigkeit der Lagerung des Bauelements eine Richtungsabhängigkeit aufweist. Die Verlagerungstrajektorie wird insbesondere derart gewählt, dass sie zu Beginn des Verlagerungsvorgangs in Richtung der geringsten Steifigkeit weist.
• Bei einer Richtungsabhängigkeit der Haftreibung des optischen Bauelements kann auch vorgesehen sein, die Verlagerungstrajektorie derart zu wählen, dass sie zu Beginn des Verlagerungsvorgangs in Richtung der minimalen Haftreibung weist. Diese Richtung muss nicht notwendigerweise mit der direkten Richtung von der ersten zur zweiten Verlagerungsposition übereinstimmen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Verlagerungstrajektorie in mindestens zwei Punkten in unterschiedliche Richtungen. Das optische Bauelement wird mit anderen Worten nicht entlang einer geradlinigen Trajektorie von der ersten in die zweite Verlagerungs-Position verlagert. Die Verlagerungstrajektorie kann abschnittsweise geradlinig ausgebildet sein. Sie kann insbesondere zwei oder mehr geradlinige Abschnitte aufweisen. Die geradlinigen Abschnitte können parallel zu bestimmten Vorzugsrichtungen verlaufen. Sie können insbesondere parallel zu den durch die Aktuatoren definierten Vorzugsrichtungen verlaufen. Sie können auch parallel zu durch die mechanische Lagerung des optischen Bauelements definierten Vorzugsrichtungen verlaufen.
• Die Verlagerungstrajektorie kann auch gekrümmt ausgebildet sein. Sie kann insbesondere einen konstanten Krümmungsradius aufweisen.
• Eine Kombination aus einer abschnittsweise geraden und einer gekrümmten Verlagerungstrajektorie ist ebenfalls möglich.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung verläuft die Verlagerungstrajektorie von der ersten Verlagerungs-Position zunächst in eine Null-Position und sodann von dieser in die zweite Verlagerungs-Position. Unter der Null-Position sei hierbei die Position des optischen Bauelements verstanden, welche die minimale elektrische Gesamtleistung erfordert. Die Null-Position ist insbesondere die Position, welche das optische Bauelement einnimmt, wenn keine der zugehörigen Aktuator-Einrichtungen aktiviert wird, d. h. wenn die elektrische Gesamtleistung zur Verlagerung des optischen Bauelements identisch null ist. Es kann sich insbesondere um eine Neutral-Position des optischen Bauelements handeln. Hierbei kann es sich insbesondere um die Position handeln, welche das optische Bauelement spontan einnimmt, wenn keiner der Aktuatoren aktiviert wird.
• Es ist auch möglich, eine kurze Verweildauer in der Null-Position vorzusehen. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, in der Null-Position eine Hysterese auszugleichen und/oder auszuregeln. Dies ermöglicht es, die zweite Verlagerungs-Position, d. h. die Zielposition, stets von einer reproduzierbaren Bezugsposition aus ohne Hysterese anzusteuern. Hierdurch lässt sich eine stabile Positionsregelung deutlich vereinfachen.
• Ein Verweilen in der reproduzierbaren Null-Position lässt sich auch gleichzeitig zur Kalibrierung, insbesondere zur Rekalibrierung, von Sensoren, welche für die Positionsregelung des optischen Bauelements eingesetzt werden, nutzen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Ansteuerung der Aktuator- Einrichtungen, insbesondere das Aktivierungsschema derselben, verbessert, insbesondere optimiert.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, unterschiedliche Aktuator- Einrichtungen asynchron zu aktivieren oder deren Aktivierung zu steuern. Es ist insbesondere vorgesehen, unterschiedliche Aktuator-Einrichtungen zumindest teilweise sequenziell zu aktivieren oder deren Aktivierung zu steuern. Die Aktivierung der Aktuator- Einrichtungen kann überlappend sein. Es ist mit anderen Worten möglich, mehr als eine Aktuator-Einrichtung gleichzeitig zu aktivieren oder deren Aktivierung zu steuern. Die Aktivierung der Aktuator-Einrichtungen oder deren Steuerung kann auch streng sequenziell, d. h. nicht überlappend, sein. In diesem Fall wird zu jedem Zeitpunkt maximal ein einziger Aktuator aktiviert oder dessen Aktivierung gesteuert. Die Aktivierung der Aktuator-Einrichtungen kann zeitlich verschachtelt sein. Es ist insbesondere möglich, die Aktuator-Einrichtungen desselben Bauelements zeitlich verschachtelt zu aktivieren. Es ist auch möglich, die Aktuator-Einrichtungen unterschiedlicher Bauelemente zeitlich verschachtelt zu aktivieren. Hierdurch lässt sich die Gesamtsystemleistung reduzieren. Es ist möglich, die Aktuator-Einrichtungen desselben Bauelements jeweils in einer vorgegebenen Reihenfolge zu aktivieren oder dessen Aktivierung zu steuern. Es ist auch möglich, jede der Aktuator-Einrichtungen jeweils in vorgegebenen Intervallen eines von der Steuereinrichtung vorgegebenen Taktes zu aktivieren oder deren Aktivierung zu steuern.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Ermittlung des Ansteuerungsprotokolls ein Aktivierungs-Schema ermittelt, bei welchem die Versorgungsspannung mindestens eines Aktuator-Treiberverstärkers adaptiv angepasst wird. Die adaptive Anpassung der Versorgungsspannung kann insbesondere auch gruppenweise für mehrere Aktuatoren, insbesondere für Aktuatoren unterschiedlicher Bauelemente, gleichzeitig vorgenommen werden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei der Bestimmung des Ansteuerungsprotokolls eine mögliche Speicherung elektrischer Energie in einem lokalen Speicher und/oder ein elektromagnetisches Übersprechen zwischen Aktuator-Einrichtungen von mindestens zwei mechanischen Einrichtungen berücksichtigt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es möglich ist, dass bei einer Verlagerung eines oder mehrerer der Bauelemente elektrische Energie frei wird, welche lokal gespeichert werden kann. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Bauelement von einer Position, deren Einstellung eine hohe elektrische Energie oder Leistung benötigt, in eine Position verlagert wird, deren Einstellung einen geringeren Betrag elektrischer Energie oder Leistung erfordert. Die lokal gespeicherte elektrische Energie kann zur Verlagerung desselben Bauelements und/oder zur Verlagerung eines anderen Bauelements genutzt werden.
• Außerdem wurde erkannt, dass es zu einem elektromagnetischen Übersprechen zwischen unterschiedlichen Aktuatoren, insbesondere zwischen unterschiedlichen Aktuator- Einrichtungen unterschiedlicher Bauelemente kommen kann. Ein derartiges elektromagnetisches Übersprechen kann konstruktiv ausgenutzt werden.
• Bei der Ermittlung des Ansteuerungsprotokolls gibt es unterschiedliche Möglichkeiten der Optimierung. Beispielsweise kann zunächst eine Verlagerungstrajektorie oder ein Ensemble von Verlagerungstrajektorien bestimmt oder vorgegeben werden, sodann ein Ansteuerungsschema für die Aktuator-Einrichtungen der einzelnen mechanischen Elemente bestimmt oder vorgegeben werden und zuletzt das Ansteuerungsprotokoll, d.h. die zeitliche Abfolge der Werte aller Ansteuerungssignale zur Realisierung des Ensembles von Verlagerungstrajektorien bestimmt werden. Hierbei können unterschiedliche Vorgaben, beispielsweise für den möglichen Verlauf der Verlagerungstrajektorien und/oder Vorgabe oder Ausschluss bestimmter Ansteuerungsschemata, als Randbedingungen berücksichtigt werden. Für unterschiedliche Varianten und Details dieser Konzepte sei auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwiesen. Die hierin exemplarisch dargestellten Varianten können im Wesentlichen beliebig miteinander kombiniert werden.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine optische Baugruppe zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch eine optische Baugruppe mit mindestens einer mechanischen Einrichtung in Form eines optischen Bauelements mit mindestens zwei Verlagerungs- Freiheitsgraden, mindestens zwei elektrischen Aktuator-Einrichtungen zur Verlagerung der mindestens einen mechanischen Einrichtung und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Verlagerung gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass mindestens eine der Einrichtungen derart an mindestens eine Verlagerungstrajektorie angepasst ist, dass die maximale Gesamtleistungsaufnahme der Aktuator-Einrichtungen bei der Verlagerung der mechanischen Einrichtung entlang dieser Verlagerungstrajektorie höchstens so groß ist wie ein vorgegebener Maximalwert (P_max). Der Maximalwert P_max ist hierbei kleiner als die Summe S der Maximal-Leistungen P i / max , welche von den einzelnen Aktuator-Einrichtungen aufgenommen werden kann. Es gilt insbesondere: P_max: S ≤ 0,9, insbesondere P_max: S ≤ 0,8, insbesondere P_max: S ≤ 0,7, insbesondere P_max: S ≤ 0,6, insbesondere P_max: S ≤ 0,5.
• Vorzugsweise umfasst die optische Baugruppe eine Vielzahl derartig angepasster aktuatorisch verlagerbarer mechanischer Einrichtungen.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die mechanische Einrichtung, insbesondere das optische Bauelement mindestens zwei Rotationsachsen und die Aktuator-Einrichtung mindestens zwei Aktuierungsachsen auf, wobei die Rotationsachsen um einen Winkel φ>0° gegen die Aktuierungsachsen verdreht sind. Die Aktuierungsachsen fallen mit anderen Worten nicht mit den Rotationsachsen des zu verlagernden Bauelements zusammen. Dies führt im Allgemeinen dazu, dass die Aktivierung einer einzelnen Aktuator- Einrichtung zu einer Verschwenkung des Bauelements führt, welche eine Kombination zweier Verschwenkungen um die beiden Rotationsachsen ist.
• Die Rotationsachsen des zu verschwenkenden Bauelements sind üblicherweise durch die konstruktiven Details desselben, insbesondere dessen mechanischer Lagerung, vorgegeben. Eine Verdrehung oder Verschwenkung der Aktuierungsachsen relativ zu den Rotationsachsen der mechanischen Einrichtung ist beispielsweise durch eine gezielte Anordnung der Aktuatoren relativ zum optischen Bauelement möglich. Dies kann insbesondere beim Systementwurf, d.h. bei der Auslegung des Systems, insbesondere der optischen Baugruppe, insbesondere vor Inbetriebnahme desselben, berücksichtigt werden.
• Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, den Winkel φ um welchen die Rotationsachsen des optischen Bauelement gegen die Aktuierungsachsen verdreht sind, derart zu wählen, dass die zur Einstellung sämtlicher vorgegebener Verlagerungspositionen des optischen Bauelements benötigte elektrische Spitzenleistung reduziert, insbesondere minimiert wird.
• Diese Auswahl kann im Rahmen einer komplexen Minimum-Maximum-Optimierungsaufgabe getroffen werden. Hierbei wird zunächst für eine vorgegebene Menge von Verlagerungspositionen und/oder Verlagerungstrajektorien die zur Einstellung in derselben benötigte maximale elektrische Gesamtleistung bestimmt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass dieses Maximum im Allgemeinen abhängig ist vom Winkel φ, d.h. von der relativen Positionierung der Aktuierungsachsen zu den Rotationsachsen. Der bevorzugte Winkel φ ist ein solcher, welcher zu einer Minimierung dieses Maximums führt.
• Gemäß einer vereinfachten Alternative kann vorgesehen sein, lediglich die Verlagerungsposition zu ermitteln die maximale mechanische Wirkleistung erfordert, und den Winkel φ derart zu wählen, dass die hierfür abgefragte elektrische Gesamtleistung, welche insbesondere die nicht-nutzbare Verlustleistung bei der Aktuierung mit einschließt reduziert, insbesondere minimiert wird. Hierbei wird die relative Ausrichtung der Aktuierungsachsen zueinander fest vorgegeben.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die mechanische Einrichtung derart angeordnet, dass sie eine Null-Position aufweist, welche derart gewählt ist, dass die zur Einstellung sämtlicher vorgegebener Verlagerungspositionen der mechanischen Einrichtung benötigte elektrischen Spitzenleistung minimiert wird.
• Die Null-Position bezeichnet hierbei die Position, welche die mechanische Einrichtung, d.h. das optische Bauelement, in Abwesenheit einer Aktivierung der Aktuatoren annimmt. Die Null-Position kann vorteilhafterweise mit einer bevorzugten Verlagerungsposition des optischen Bauelements, insbesondere mit einer Verlagerungsposition, welche zu einem bestimmten optischen Setting korrespondiert, übereinstimmen. Die Null- Position kann insbesondere auch als Mittelwert, insbesondere als gewichteter Mittelwert unterschiedlicher, insbesondere sämtlicher, vorgesehenen Verlagerungspositionen des optischen Bauelements entsprechen. Die Gewichtung kann hierbei in Abhängigkeit von der Häufigkeit mit welcher eine gegebene Verlagerungsposition eingestellt werden soll und/oder in Abhängigkeit von dem hierfür benötigen Gesamtleistungsbedarf bestimmt werden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die optische Baugruppe eine Speichereinrichtung zur lokalen Speicherung elektrischer Energie. Die Speichereinrichtung kann insbesondere einen Speicherkondensator oder mehrere Speicherkondensatoren umfassen. Es ist insbesondere möglich, jede der Aktuator-Einrichtungen mit einem entsprechenden Speicherkondensator zu versehen. Es ist auch möglich einen gemeinsamen Speicherkondensator für mehrere Aktuator-Einrichtungen, insbesondere für mehrere optische Bauelemente, vorzusehen. Es kann insbesondere vorteilhaft sein, für vorbestimmte Gruppen der zu verlagernden Bauelemente jeweils einen eigenen Speicherkondensator vorzusehen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Auslegung einer optischen Baugruppe zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch das oben bereits beschriebene Minimum-Maximum-Optimierungsverfahren gelöst.
• Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, eine Beleuchtungsoptik und ein Beleuchtungssystem für eine Projektionsbelichtungsanlage sowie eine Projektionsbelichtungsanlage zu verbessern. Diese Aufgaben werden durch eine Beleuchtungsoptik, ein Beleuchtungssystem bzw. eine Projektionsbelichtungsanlage mit einer optischen Baugruppe gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst.
• Die Vorteile ergeben sich aus denen der optischen Baugruppe.
• Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements und ein derartig hergestelltes Bauelement zu verbessern.
• Diese Aufgaben werden durch das Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage mit einer optischen Baugruppe gemäß der vorhergehenden Beschreibung gelöst.
• Die Vorteile ergeben sich aus denen der Baugruppe.
• Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie in einem Meridionalschnitt,
• 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer optischen Baugruppe mit einem aktuatorisch verlagerbaren Spiegel,
• 3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aktuatorprinzips bei einem verlagerbaren Spiegel mit elektromagnetischen Aktuatoren,
• 4 eine Darstellung gemäß 3 mit einer Anordnung der Aktuatoren, bei welcher die Aktuierungs-Achsen gegen die Rotationsachsen des Spiegels verdreht sind,
• 5 eine Darstellung gemäß 4 eines Bauelements mit elektrostatischen Aktuatoren,
• 6 eine verallgemeinerte Darstellung der Varianten gemäß einer der 4 und 5,
• 7 eine verallgemeinerte Darstellung des Aktuatorprinzips, wobei mechanische und elektromagnetische Koppelmechanismen schematisch dargestellt sind,
• 8 eine Darstellung einer positionsabhängigen Leistungsaufnahme der Aktuator-Verstärker und eine mögliche Verlagerungstrajektorie zur Verlagerung des Spiegels von einer ersten Position in eine zweite Position,
• 9 eine Darstellung entsprechend 8 mit einer alternativen Verlagerungstrajektorie,
• 10 schematisch ein Leistungs-Auslenkungs-Diagramm bei einem Wechsel der Verlagerungsposition in einem System ohne Hysteresekorrektur,
• 11 eine Darstellung entsprechend 10 bei einem System mit Hysteresekorrektur,
• 12 eine schematische Darstellung der Leistungsaufnahme der Aktuatoren eines verlagerbaren Spiegels,
• 13 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Anpassung der Verlagerungstrajektorie an die mechanischen Eigenschaften des zu verlagernden Spiegels,
• 14 eine schematische Darstellung einer Verstärkerschaltung zur adaptiven Begrenzung der Versorgungsspannung der Aktuator-Treiberverstärker,
• 15 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Versorgungsspannung der beiden Gruppen an Aktuator-Treiberverstärkern gemäß 14 bei einer adaptiven Regelung,
• 16 eine schematische Darstellung des Systemaufbaus und Realisierungskonzepts zur Minimierung der elektrischen Spitzenleistung,
• 17 eine schematische Darstellung der algorithmischen Umsetzung der Spitzenleistungsreduktion während des Systembetriebs,
• 18 schematische Diagramme, welche den Energiebedarf zweier Aktuatoren bei einem Positionswechsel sowie die in einem Speicherkondensator speicherbare Energie bei diesem Positionswechsel und die extern insgesamt zuzuführende Energie bei diesem Positionswechsel veranschaulichen,
• 19 schematische Diagramme, welche den Effekt des Ausnutzens elektromagnetischen Übersprechens zwischen zwei Aktuatoren verdeutlichen,
• 20 eine schematische Darstellung einer Schaltungsrealisierung für eine Ausführungsvariante mit Pulsweiten-modulierter Aktuator-Ansteuerung in einer ersten Schalterstellung,
• 21 eine schematische Darstellung der Schaltung gemäß 20 in einer zweiten Schalterstellung und
• 22 eine schematische Darstellung einer Verstärkerschaltung mit einem Multiplexer für die Versorgungsspannungen der Verstärkerstufen.
• Im Folgenden wird zunächst der prinzipielle Aufbau einer Projektionsbelichtungsanlage 1 anhand der Figuren beschrieben. Die Erfindung wird insbesondere im Zusammenhang mit einer derartigen Projektionsbelichtungsanlage 1 beschrieben. Sie findet jedoch allgemein auf mechatronische Systeme Anwendung, deren mechanische Elemente in regelmäßigen Abständen ihre Verlagerungspositionen wechseln. Sie ist insbesondere für mechatronische Systeme von Interesse, deren mechanische Elemente ihre Verlagerungspositionen im Verbund wechseln sollen. Hierbei kann es sich bei den mechanischen Elementen insbesondere um Spiegelelemente, beispielsweise einer Vielspiegel-Anordnung (Multi Mirror Array, MMA), insbesondere mit Mikrospiegeln handeln.
• 1 zeigt schematisch in einem Meridionalschnitt eine Projektionsbelichtungsanlage 1 für die Mikrolithografie. Ein Beleuchtungssystem 2 der Projektionsbelichtungsanlage 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 1 nicht dargestelltes reflektierendes Retikel, das eine mit der Projektionsbelichtungsanlage 1 zur Herstellung mikrobeziehungsweise 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 Projektionsbelichtungsanlage 1 synchron in der y-Richtung gescannt. Abhängig vom Abbildungsmaßstab der Projektionsoptik 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 verfahren.
• 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. Bei der Strahlungsquelle 3 kann es sich auch um eine DUV-Strahlungsquelle oder allgemein um eine Strahlungsquelle zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung in einem anderen Wellenlängenbereich handeln. Die Erfindung hat sich insbesondere für Anwendungen in der EUV- und DUV-Lithographie als vorteilhaft erwiesen.
• 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 konjugiert 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 Pupillenfacettenspiegel 14 mit einer Vielzahl von Pupillenfacetten 14a reflektiert. Der Pupillenfacettenspiegel 14 liegt entweder in der Eintrittspupillenebene der Beleuchtungsoptik 7 oder in einer hierzu optisch konjugierten Ebene. Der Feldfacettenspiegel 13 und der Pupillenfacettenspiegel 14 sind aus einer Vielzahl von Einzelspiegeln 23 aufgebaut, die nachfolgend noch näher beschrieben werden. Dabei kann die Unterteilung des Feldfacettenspiegels 13 in Einzelspiegel 23 derart sein, dass jede der Feldfacetten 13a, die für sich das gesamte Objektfeld 5 ausleuchten, durch genau einen der Einzelspiegel 23 repräsentiert wird. Alternativ ist es möglich, zumindest einige oder alle der Feldfacetten 13a durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel 23 aufzubauen. Entsprechendes gilt für die Ausgestaltung der den Feldfacetten 13a jeweils zugeordneten Pupillenfacetten 14a des Pupillenfacettenspiegels 14, die jeweils durch einen einzigen Einzelspiegel 23 oder durch eine Mehrzahl derartiger Einzelspiegel 23 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 möglich. 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 Pupillenfacettenspiegels 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 Feldfacetten 13a 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 Objektfeld 5 über eine Mehrzahl von Ausleuchtungskanälen geführt. Jedem dieser Ausleuchtungskanäle ist eine Feldfacette 13a des Feldfacettenspiegels 13 und eine dieser nachgeordnete Pupillenfacette 14a des Pupillenfacettenspiegels 14 zugeordnet. Die Einzelspiegel 23 des Feldfacettenspiegels 13 und des Pupillenfacettenspiegels 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.
• Die Spiegelelemente 23 der Beleuchtungsoptik 4 sind vorzugsweise in einer evakuierbaren Kammer angeordnet. Sie sind mechanisch weitestgehend ungedämpft, so dass sie sehr empfindlich auf Störungen durch Vibrationen reagieren.
• Im Folgenden wird der Aufbau des Feldfacettenspiegels 13, insbesondere der Einzelspiegel 23 desselben näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Allgemein sind die Einzelspiegel 23 Bestandteile einer optischen Baugruppe 25.
• Die Einzelspiegel 23 werden im Folgenden auch als Spiegelelemente 23 bezeichnet. Sie sind aktuatorisch verkippbar ausgelegt, wie nachfolgend noch erläutert wird. Insgesamt weist der Feldfacetten-Spiegel 13 mindestens 300, insbesondere mindestens 1000, insbesondere mindestens 10000, insbesondere mindestens 100000 Einzelspiegel 23 auf.
• Bei den Spiegelelementen 23 kann es sich insbesondere um sogenannte Mikrospiegel handeln. Sie weisen insbesondere Abmessungen im Bereich von 10^–8 m² bis 10^–4 m², insbesondere im Bereich von 10^–7 m² bis 10^–5 m² auf. Es kann sich prinzipiell auch um makroskopische Spiegel mit größeren Abmessungen handeln.
• Bei dem in 2 dargestellten Prinzip sind die Spiegelelemente 23 auf einer ersten Tragestruktur 19 angeordnet. Diese ist über einen Wärmeleitungsabschnitt mit einem Spiegelkörper 20 eines der Spiegelelemente 23 mechanisch verbunden. Teil des Wärmeleitungsabschnitts ist ein Gelenkkörper 21, der eine Verkippung des Spiegelkörpers 20 relativ zur ersten Tragestruktur 19 zulässt. Der Gelenkkörper 21 kann als Festkörpergelenk ausgebildet sein, das eine Verkippung des Spiegelkörpers 20 um definierte Kippachsen, beispielsweise um eine oder zwei, insbesondere senkrecht zueinander angeordnete, Kippachsen zulässt. Für Details der verkippbaren Anordnung der Spiegelelemente 23, insbesondere deren Anordnung in der ersten Tragestruktur 19, sei auf die DE 10 2011 006 100 A1 und die WO 2010/049 076 A2 verwiesen, die hiermit vollständig Bestandteil der vorliegenden Anmeldung sein sollen.
• Das Spiegelelement 23 ist jeweils mechanisch mit einem Aktuatorstift 22 verbunden. Der Aktuatorstift 22 bildet eine mechanisch mit dem Spiegel verbundene Elektrode, welche im Folgenden auch als Spiegelelektrode bezeichnet wird.
• Die erste Tragestruktur 19 bildet jeweils eine den Aktuatorstift 22 umgebende Hülse. In der Hülse sind jeweils Aktuatorelektroden 24 integriert. Es ist jeweils mindestens eine Aktuatorelektrode 24 je Kippfreiheitsgrad vorgesehen. Vorzugsweise sind jeweils zwei Aktuatorelektroden 24 je Kippfreiheitsgrad vorgesehen. Es können auch drei Aktuatorelektroden 24 zur Verkippung des Spiegelelements 23 mit zwei Kippfreiheitsgraden vorgesehen sein. Die drei Aktuatorelektroden 24 sind vorzugsweise in Umfangsrichtung jeweils um 120° gegeneinander versetzt angeordnet. Eine hiervon abweichende Anordnung ist ebenso möglich.
• Durch Erzeugen einer Potentialdifferenz zwischen einer oder mehrerer der Aktuatorelektroden 24 und dem Aktuatorstift 22 lässt sich eine elektrostatische Kraft auf den Aktuatorstift 22 erzeugen, welche zu einer Verkippung des Spiegelelements 23 führen kann. Allgemein werden die Aktuatorelektroden 24 zur Verkippung des Spiegelelements 23 mit einer Aktuatorspannung V_Akt beaufschlagt.
• Anstelle von elektrostatischen oder kapazitiven Aktuatoren, die gemäß dem in 2 dargestellten Prinzip eingesetzt werden, können zur Verkippung der Spiegelelemente 23 auch elektromagnetische Aktuatoren, insbesondere Lorentz-Aktuatoren oder Reluktanzaktuatoren vorgesehen sein. Für Details sei beispielsweise auf die WO 2010/049 076 A2 verwiesen.
• Zur Beaufschlagung der Aktuatorelektroden 24 mit der Aktuatorspannung V_Akt sind Verstärkerstufen 30 vorgesehen, welche mittels einer Steuereinrichtung 29 angesteuert werden.
• In der 2 ist außerdem schematisch eine zweite Tragestruktur 26 dargestellt. Die zweite Tragestruktur 26 dient insbesondere der Anordnung und/oder Aufnahme weiterer funktioneller Bestandteile, insbesondere elektrischer Bestandteile. Sie dient insbesondere der Aufnahme einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (englisch: Application specific integrated circuit, ASIC) 27. Über das ASIC 27 können insbesondere die Aktuatorelektroden 24 angesteuert werden. Auf dem ASIC 27 können Sensoren 28 zur Erfassung der Verlagerungsposition des Einzelspiegels 23 angeordnet sein. Für weitere Details des konstruktiven Aufbaus der optischen Baugruppe 25 sei insbesondere auf die DE 10 2011 006 100 A1 und die WO 2010/049 076 A2 sowie die WO 2013/120 926 A1 und die DE 10 2012 218 219.5 verwiesen, die hiermit ebenfalls vollständig Bestandteil der vorliegenden Anmeldung sein soll.
• Wie bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße Konzept zur Aktuierung der Spiegelelemente 23 nicht auf elektrostatische Aktuatoren beschränkt. Es ist insbesondere auch auf eine optische Baugruppe 25 mit elektromagnetischen Aktuatoren, insbesondere mit Lorentzaktuatoren oder mit Reluktanzaktuatoren, anwendbar. Exemplarische Realisierungsvarianten werden im Folgenden anhand der 3 bis 7 erläutert. Die hierin beschriebenen Prinzipien lassen sich wiederum auf andere Realisierungen der Aktuatoren übertragen. Sofern nicht anders angegeben ist, soll die Bezugnahme auf einen bestimmten Aktuatortyp nicht beschränkend wirken. Die Aktuator-Einrichtungen 45 der dargestellten Ausführungsbeispiele können insbesondere elektrostatische Aktuatoren oder elektromagnetische Aktuatoren, insbesondere Lorentzaktuatoren oder Reluktanzaktuatoren umfassen. Die dargestellten Konzepte zur Ausrichtung, Auslegung und Ansteuerung der Aktuatoren sind nicht an einen bestimmten Aktuatortyp gebunden, sondern lassen sich auf andere Typen übertragen.
• In den 3 bis 6 sind die mechanischen Details der optischen Baugruppe 25, insbesondere des Einzelspiegels 23 der Einfachheit halber nicht detailliert dargestellt. Für derartige Details sei auf die vorgenannten Druckschriften verwiesen.
• Gemäß der in den 3 und 4 dargestellten Variante umfasst die Aktuator-Einrichtung 45 elektromagnetische Aktuatoren 47, insbesondere in Form von Lorentzaktuatoren oder Reluktanzaktuatoren.
• Der Einzelspiegel 23 weist Rotationsachsen A, B auf. Der Einzelspiegel 23 ist um die Rotationsachsen A, B verschwenkbar.
• Die Aktuatoren 47 definieren Aktuierungsachsen X, Y. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Aktuierungsachsen X, Y identisch mit den Rotationsachsen A, B des Einzelspiegels 23. Die Aktuierungsachse X fällt mit der Rotationsachse A zusammen. Die Aktuierungsachse Y fällt mit der Rotationsachse B zusammen.
• Die Aktuatoren 47 sind jeweils mittels separater Verstärkerstufen 30 ansteuerbar. Die Verstärkerstufen 30 werden entsprechend auch als X-Treiberverstärker und Y-Treiberverstärker bezeichnet. Ihre jeweilige Leistungsaufnahme ist in den 3 bis 7 schematisch als P_{V_X} bzw. P_{V_Y} dargestellt. Die gesamte Leistungsaufnahme P_ges der Treiberverstärker 30 der Aktuatoren 47 des Einzelspiegels 23, welche die Verlagerungsposition bzw. den Verlagerungsweg des Einzelspiegels 23 vorgeben, ergibt sich aus der Summe der Leistungsaufnahmen P_{V_X} und P_{V_Y} der einzelnen Treiberverstärker 30, P_ges = P_{V_X} + P_{V_Y}.
• Die zur Aktuierung der Aktuatoren 47 vorgesehenen, steuerbaren elektrischen Ströme sind schematisch als I_X bzw. I_Y die entsprechenden elektrischen Spannungen als U_X bzw. U_Y dargestellt.
• Die Treiberverstärker sind eingangsseitig mit der Steuereinrichtung 29 verbunden. Sie erhalten insbesondere Steuer- bzw. Treibersignale S_X bzw. S_Y für die Aktuierungsrichtungen X und Y.
• Die Steuereinrichtung 29 kann eingangsseitig über einen ersten Signaleingang 52 mit den Sollwerten für die Verlagerungspositionen des Einzelspiegels 23 versorgt werden.
• Die Steuereinrichtung 29 kann eingangsseitig über einen zweiten Signaleingang 53 mit den Ist-Werten der Verlagerungspositionen des Einzelspiegels 23 versorgt werden. Bei der Steuereinrichtung kann es sich somit insbesondere um eine Regeleinrichtung handeln.
• Eine Beaufschlagung des X-Aktuators mit einem elektrischen Strom I_X und einer elektrischen Spannung U_X führt über die Kräfte F_X zu einem Moment M_X in x-Richtung, welches zu einer Rotation R_X des Einzelspiegels 23 um die Aktuierungsachse X führt.
• Eine Beaufschlagung des Y-Aktuators mit einem elektrischen Strom I_Y und einer elektrischen Spannung U_Y führt über die Kräfte F_Y zu einem Moment M_Y in y-Richtung, welches zu einer Rotation R_Y des Einzelspiegels 23 um die Aktuierungsachse Y führt.
• Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel stimmen die Aktuierungsachsen X, Y nicht mehr mit den Rotationsachsen A, B des Einzelspiegels 23 überein. Die Aktuatoren 47 sind derart ausgerichtet, dass die Aktuierungsachsen X, Y um einen Winkel φ > 0 relativ zu den Rotationsachsen A, B des Einzelspiegels 23 verdreht sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Winkel φ zwischen der Aktuierungsachse X und der Rotationsachse A eingezeichnet. Der Betrag des Winkels φ liegt insbesondere im Bereich von 0° bis 90°, insbesondere im Bereich von 1° bis 45°, insbesondere im Bereich von 5° bis 30°. Er kann insbesondere größer als 10°, insbesondere größer als 20° sein.
• Durch eine Verschwenkung der Aktuierungsachsen X, Y relativ zu den Rotationsachsen A, B des Einzelspiegels 23 und/oder eine Verschwenkung der Aktuierungsachsen X, Y relativ zueinander lässt sich der Gesamtleistungsbedarf P_ges, welcher zur Verlagerung des Einzelspiegels 23 in eine bestimmte Verlagerungsposition notwendig ist, beeinflussen.
• Die Aktuierungsachsen X, Y können senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Sie können auch einen spitzen Winkel einschließen. Es kann auch vorgesehen sein, mehr als zwei Aktuatoren zur Verlagerung des Einzelspiegels 23 vorzusehen. Die Aktuatoren weisen insbesondere Aktuierungsachsen auf, welche in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die Aktuierungsachsen der Aktuatoren schneiden sich insbesondere in einem einzigen Punkt.
• Durch die Ausrichtung der Aktuierungsachsen X, Y relativ zu den Rotationsachsen A, B kann insbesondere die erforderliche Spitzenleistung und/oder die Verlustleistung, insbesondere die mittlere Verlustleistung, bei der Verlegung der Einzelspiegel 23, insbesondere des Gesamtsystems bei der Aktuierung der Einzelspiegel 23 reduziert, insbesondere minimiert werden. Hierzu kann ein Optimierungsverfahren vorgesehen sein, welches nachfolgend noch näher beschrieben wird.
• Die in der 5 schematisch dargestellte Ausführungsform entspricht der gemäß 4, wobei anstelle der elektromagnetischen Aktuatoren 47 elektrostatische Aktuatoren 57 vorgesehen sind.
• Die in der 6 schematisch dargestellte Ausführungsform entspricht der gemäß 4, wobei anstelle der elektromagnetischen Aktuatoren 47 nicht näher spezifizierte Aktuatoren 58 vorgesehen sind. Bei den Aktuatoren 58 kann es sich um beliebige, elektrisch betätigbare Aktuatoren 58 handeln.
• Die in den 4 und 5 dargestellten Varianten sind mit anderen Worten Spezialfälle der in 6 dargestellten allgemeinen Ausführungsform.
• Eine verallgemeinerte Darstellung des Aktuatorprinzips zusammen mit einer Veranschaulichung der mechanischen und elektromagnetischen Koppelmechanismen ist in 7 schematisch dargestellt. Die auf den Einzelspiegel 23 wirkenden Momente M_X, M_Y sind Funktionen G_X bzw. G_Y der von den Treiberverstärkern 30 bereitgestellten Ströme I_X, I_Y und Spannungen U_X, U_Y sowie gegebenenfalls weiterer physikalischer Größen. In den Funktionsausdrücken G kann die elektromagnetische Koppelung berücksichtigt werden.
• Die mechanische Koppelung, welche in der Rotation R_A bzw. R_B relativ zu den Rotationsachsen A bzw. B des Einzelspiegels 23 zu berücksichtigen ist, wird durch die Funktionen F_A bzw. F_B abgebildet. Die Funktionen F_A bzw. F_B können insbesondere vom Winkel φ abhängig sein.
• Weitere Möglichkeiten, die Verlustleistung des Gesamtsystems zu reduzieren, insbesondere minimieren, bzw. die nutzbare mechanische Leistung zu steigern, insbesondere zu maximieren, bestehen darin, die Einzelspiegel 23 und/oder deren Aktuator-Einrichtungen 45 gezielt auszurichten und/oder deren Ausrichtung aneinander anzupassen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, die Aktuatoren 58 der Einzelspiegel 23 derart auszurichten, dass die Richtung, in welcher die maximale mechanische Leistung benötigt wird, mit der minimalen relativen Gesamtverlustleistung des Esembles der zugehörigen Treiberverstärker 30 (bezogen auf diese maximale mechanische Leistung) zusammenfällt.Dies kann insbesondere durch eine geeignete Anordnung der Aktuatoren 58 relativ zum jeweiligen Einzelspiegel 23 erreicht werden.
• Es kann auch vorgesehen sein, die Aktuatoren derart auszurichten, dass die minimale relative Gesamtverlustleistung des Ensembles der Treiberverstärker 30 (bezogen auf die benötigte Wirkleistung) mit der häufigsten Bewegungsrichtung der Einzelspiegel 23 zu- sammenfällt. Die Aktuierungsrichtung wird hierbei durch die mindestens zwei Aktuatoren 58 vorgegeben. Über die räumliche Ausrichtung des Einzelspiegels 23 relativ zu den Aktuatoren 58 ergibt sich dessen Bewegungsrichtung bei einer Ansteuerung der Aktuatoren 58. Je nach Auswahl der einzustellenden Verlagerungspositionen des optischen Bauelements kann es sein, dass bestimmte Bewegungsrichtungen häufiger auftreten oder benötigt werden als andere.
• Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Aktuatoren 58 derart auszurichten, dass die niedrigste Steifigkeit der Aktuatoren 58, insbesondere der niedrigste Gesamtleistungsbedarf der zugehörigen Verstärkerstufen 30, mit der häufigsten Bewegungsrichtung des Einzelspiegels 23 zusammenfällt.
• Im Folgenden werden unterschiedliche Aspekte eines Verfahrens zur Verlagerung der Einzelspiegel 23 beschrieben. Allgemein bilden die Einzelspiegel 23 jeweils eine mechanische Einrichtung in Form eines optischen Bauelements. Sie weisen jeweils mindestens zwei Verlagerungs-Freiheitsgrade, insbesondere mindestens zwei Kipp-Freiheitsgrade, auf. Sie sind mittels einer Aktuator-Einrichtung 45, insbesondere mittels mindestens zweier Aktuatoren 58, in unterschiedliche Verlagerungs-Positionen verlagerbar. Die Aktuator-Einrichtung 45 kann weitere Bestandteile umfassen. Sie kann insbesondere eine Steuer- oder Regelschaltung umfassen. Sie umfasst insbesondere weitere elektronische Bestandteile. Allgemein bilden die Einzelspiegel 23 als mechanische Bauteile zusammen mit den zugehörigen Aktuator-Einrichtungen 45 als elektronischen Bauteilen ein mechatronisches System.
• Zur Verlagerung bzw. Positionierung eines der Einzelspiegel 23 in eine bestimmte Verlagerungs-Position werden die zu diesem Einzelspiegel 23 zugehörigen Aktuatoren 58 mittels zugehöriger Verstärkerstufen 30 aktiviert. Die Verstärkerstufen 30 stehen in signalübertragender Weise mit einer Steuereinrichtung 29 in Verbindung. Die Verstärkerstufen 30 können einen Bestandteil der Aktuator-Einrichtung 45 bilden.
• Für allgemeine Details der Verlagerung der Einzelspiegel 23 sei auf die DE 10 2011 007 917 A1 verwiesen, die hiermit als Bestandteil der vorliegenden Anmeldung in diese integriert ist.
• Die Verstärkerstufen 30 können insbesondere als Bestandteil des ASIC 27 ausgebildet sein. Sie können auch separat vom ASIC 27 ausgebildet sein.
• Die Steuereinrichtung 29 ist vorzugsweise separat vom ASIC 27 ausgebildet. Sie kann insbesondere separat zur optischen Baugruppe 25 ausgebildet sein. Sie ist insbesondere über eine Schnittstelle 31 mit der optischen Baugruppe 25 verbunden.
• Die Steuereinrichtung 29 kann auch zumindest teilweise in das ASIC 27 integriert sein. Zur Verlagerung des Einzelspiegels 23 in eine bestimmte Verlagerungs-Position wird für die zu diesem Einzelspiegel 23 zugehörigen Verstärkerstufen 30 jeweils eine bestimmte elektrische Leistung Pⁱ bereitgestellt. Die bereitzustellende Gesamtleistung P_ges, welche der Summe der elektrischen Leistungen Pⁱ der zu dem Einzelspiegel 23 zugehörigen Verstärkerstufen 30 entspricht, ist abhängig von der Verlagerungs-Position des Einzelspiegels 23. Es gibt mit anderen Worten mindestens zwei unterschiedliche Verlagerungs- Positionen des Einzelspiegels 23, in welchen sich die Summe P_ges der Leistungsaufnahmen Pⁱ der zugehörigen Verstärkerstufen 30 voneinander unterscheidet. Es gibt mit anderen Worten mindestens eine Position, bei welcher die elektrische Leistungsaufnahme des Gesamtsystems höher ist als bei anderen Positionen. Da die Verlagerungsposition und richtung auch durch die Vorzeichen von Strom und/oder Spannung, die von den Verstärkerstufen 30 abgegeben werden, bestimmt werden, kann sich auch für unterschiedliche Strom-/Spannungskonfigurationen dieselbe Gesamtleistung P_ges ergeben, obwohl sich aufgrund von unterschiedlichen Vorzeichen von Strom und Spannung unterschiedliche Verlagerungspositionen einstellen. Mit anderen Worten können unterschiedliche Verlagerungspositionen einer identischen elektrischen Leistungsaufnahme P_ges des Gesamtsystems assoziiert sein.
• Es wurde erkannt, dass die unterschiedlichen Verlagerungspositionen, welche zu einer identischen elektrischen Leistungsaufnahme des Gesamtsystems gehören, auf geschlossenen Kurven bzw. – im Falle von mehr als zwei Aktuatoren – auf geschlossenen Flächen liegen. Die Verlagerungstrajektorien, insbesondere das Ensemble der Verlagerungstrajektorien kann vorzugsweise derart gewählt werden, dass diese, soweit möglich, entlang einer derartigen Isolinie oder Isofläche verlaufen. Die Verlagerungstrajektorien können insbesondere derart gewählt werden, dass sie innerhalb des Bereichs verlaufen, welcher durch die beiden Isokurven bzw. Isoflächen, welche durch die Endpunkte der Verlagerungstrajektorie vorgegeben werden, begrenzt wird. Es ist auch möglich, einen Maximalwert anzugeben, um welchen die Verlagerungstrajektorien von diesem – im Allgemeinen höher dimensionalen – Bereich entfernt sein dürfen.
• Eine Verlagerungs-Position des Einzelspiegels 23, welche eine minimale elektrische Gesamtleistung P_min erfordert, wird im Folgenden auch als Null-Position 36 bezeichnet. Die Null-Position 36 ist insbesondere durch die mechanischen Eigenschaften der Lagerung des Einzelspiegels 23, insbesondere des Gelenkkörpers 21, gegeben. Die Null-Position 36 wird insbesondere eingenommen, wenn keiner der Aktuatoren 58 betätigt wird, d. h. wenn die Gesamtleistungsaufnahme P_ges der Verstärkerstufen 30 identisch 0 ist, P_ges = 0.
• Die zur Verlagerung des Einzelspiegels 23 in eine bestimmte Verlagerungs-Position erforderliche elektrische Gesamtleistung P_ges ist insbesondere vom Abstand der Verlagerungs-Position zur Null-Position 36, insbesondere vom Betrag des Verkippwinkels, und/oder von der Richtung der Verlagerung, insbesondere der Verkippung, abhängig.
• Zur Positionierung bzw. Verlagerung der Einzelspiegel 23 werden die zugehörigen Aktuator-Einrichtungen 45, insbesondere die zugehörigen Aktuatoren 58, gesteuert aktiviert. Zur Ansteuerung der einzelnen Aktuator-Einrichtungen 45 wird jede derselben, insbesondere von deren Verstärkerstufe 30, mit einer Stromstärke Iⁱ und einer Spannung Uⁱ beaufschlagt. Die instantan abgefragte elektrische Leistung Pⁱ ergibt sich aus dem Produkt dieser Stromstärke Iⁱ und dieser Spannung Uⁱ, Pⁱ = Iⁱ·Uⁱ. Die abgefragte Leistung Pⁱ ist somit ein Resultat der eingestellten Werte von Strom Iⁱ und Spannung Uⁱ. Die zur Positionierung bzw. Verlagerung eines der Einzelspiegel 23 abgefragte Gesamtleistung P_ges ergibt sich dann als Summe der Leistungen Pⁱ sämtlicher Aktuatoren 58 desselben. Für die Auslegung des mechatronischen Systems sind insbesondere die Spitzenleistungen P i / max der Aktuator-Einrichtungen 45, insbesondere die Spitzen-Gesamtleistung P_gesmax, sowie eine gemittelte Verlustleistung, insbesondere eine zeitlich gemittelte Verlustleistung, relevant. Hierbei gibt die Verlustleistung die Differenz zwischen der von den Aktuator-Einrichtungen 45 abgefragten elektrischen Leistung und der mechanischen Wirkleistung an.
• Zur Positionierung bzw. Verlagerung des Einzelspiegels 23 steht eine maximale elektrische Leistung, P_max, zur Verfügung. Die maximal verfügbare elektrische Leistung P_max wird u. a. durch die Anzahl und/oder Ausführungsstärke der elektrischen Zuleitungen 32 zu den Aktuator-Einrichtungen 45 begrenzt.
• Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine sogenannte Worst-Case-Auslegung hinsichtlich der verfügbaren Leistung, d. h. eine Auslegung des mechatronischen Systems, insbesondere der Anzahl und/oder Ausführungsstärke der elektrischen Zuleitungen derart, dass sämtliche Aktuator-Einrichtungen 45, insbesondere deren Verstärkerstufen 30, gleichzeitig die maximale elektrische Leistung P i / max abrufen können, nicht unbedingt notwendig ist, und zu einer Überdimensionierung des mechatronischen Systems, insbesondere der Anzahl und/oder Ausführungsstärke der elektrischen Zuleitungen, d. h. zu einer unnötigen Platzverschwendung führt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Anzahl und/oder Ausführungsstärke der elektrischen Zuleitungen zu reduzieren. Dies führt zu einer vereinfachten mechanischen Systemauslegung. Außerdem kann hierdurch die Reinheit im evakuierten System verbessert werden.
• Durch Anwendung eines der nachfolgend näher beschriebenen Verfahren zur Verlagerung mindestens eines der Einzelspiegel 23, insbesondere zur Verlagerung sämtlicher Einzelspiegel 23 der optischen Baugruppe 25, ist es ausreichend, das mechatronische System derart auszulegen, dass eine maximal mögliche Leistungsaufnahme sämtlicher Aktuator-Einrichtungen 45, insbesondere deren Verstärkerstufen 30, höchstens so groß ist wie eine vorgegebene Maximal-Leistung P_max, welche kleiner ist als die Summe S der Maximal-Leistungen P i / max sämtlicher Aktuator-Einrichtungen 45, Pmax < S. Die optische Baugruppe 25 ist insbesondere derart ausgelegt, dass gilt:
  P_max: S ≤ 0,9, insbesondere P_max: S ≤ 0,8, insbesondere P_max: S ≤ 0,7, insbesondere P_max: S ≤ 0,6, insbesondere P_max: S ≤ 0,5.
• Zur Verringerung der Leistungsaufnahme der einzelnen Aktuator-Einrichtungen 45 können die Verstärkerstufen 30 jeweils als Verstärker mit einem Wirkungsgrad von mindestens 70%, insbesondere mindestens 80%, insbesondere mindestens 90%, ausgebildet sein. Die Verstärkerstufen 30 können insbesondere als Schalt- oder Class-D-Verstärker ausgebildet sein.
• Außerdem kann die erforderliche elektrische Leistung durch mechanische Konzepte, insbesondere durch eine geeignete Lagerung der Einzelspiegel 23, verringert werden.
• Die erfindungsgemäße Auslegung der Leistungsversorgung der Aktuator-Einrichtungen 45 führt u. a. auch dazu, dass die Auslegung der Wärmeabfuhr für die Verlustleistung vereinfacht werden kann.
• Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich jeweils für sich oder auch in Kombination miteinander realisieren.
• Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 8 und 9 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Verlagerung mindestens eines der Einzelspiegel 23 beschrieben. Wie in den 8 und 9 exemplarisch dargestellt ist, erfordert die Positionierung eines der Einzelspiegel 23 eine positionsabhängige Aktivierung der Aktuator-Einrichtungen 45. Sie erfordert somit insbesondere eine positionsabhängige Leistungsaufnahme der jeweiligen Aktuator-Einrichtungen 45.
• Dargestellt sind in den 8 und 9 exemplarisch jeweils eine zur Positionierung eines der Einzelspiegel 23 benötigte Gesamtleistungsaufnahme P_ges der Aktuator-Einrichtungen 45, wobei die beiden Achsen jeweils ein Maß für die durch die Aktivierung der Aktuatoren 58 bewirkte Rotation R_x, R_y des Einzelspiegels 23 um die jeweiligen Aktuierungsachsen x, y angeben. Zur Verdeutlichung sind Bereiche zunehmender Gesamtleistungsaufnahmen durch zunehmend dichtere Schraffierungen gekennzeichnet. Die 8 und 9 sind exemplarisch zu verstehen. Die im Allgemeinen mehrdimensionale Landschaft der Gesamtleistungsaufnahme, welche mit den unterschiedlichen Verlagerungspositionen der Einzelspiegel 23 assoziiert sind, kann auch eine andere Form annehmen als die in den 8 und 9 dargestellte.
• Der Einfachheit halber ist in den 8 und 9 eine Positionierung eines der Einzelspiegel 23 in einer x-y-Ebene dargestellt, wobei jeweils ein Aktuator für die Auslenkung in xund y-Richtung verwendet wird. Die elektrische Gesamtleistung P_ges ist aufgrund des Aktuierungsprinzips für Positionen in der diagonalen zwischen der x- und y-Achse besonders hoch.
• Wie in den 8 und 9 exemplarisch dargestellt ist, kann der Einzelspiegel 23 entlang unterschiedlicher Verlagerungswege 33 ₁, 33 ₂ von einer ersten Verlagerungsposition 34 in eine zweite Verlagerungsposition 35 verlagert werden. Die Verlagerungstrajektorie 33 ₁ stellt insbesondere die direkte Verbindung zwischen der ersten Verlagerungsposition 34 und der zweiten Verlagerungsposition 35 dar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Einzelspiegel 23 nicht entlang der Verlagerungstrajektorie 33 ₁, sondern entlang einer anderen Verlagerungstrajektorie, insbesondere der Verlagerungstrajektorie 33 ₂, zu verlagern.
• Allgemein können auch mehr als zwei Aktuatoren 58 für die Verlagerung des Einzelspiegels 23 vorgesehen sein. Die Verlagerungstrajektorien 33 verlaufen allgemein in einem mindestens zweidimensionalen Raum, welcher die Gesamtleistungsaufnahme der Aktuatoreinrichtungen repräsentiert. Dieser Raum kann auch höherdimensional sein. Insbesondere bei der Verlagerung mehrerer Einzelspiegel 23 kann die Verlagerungstrajektorie 33 die Verlagerung sämtlicher Einzelspiegel 23 repräsentieren. Die beschriebenen Aspekte sind auf diesen Fall ebenfalls anwendbar.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Verlagerungstrajektorie 33 derart zu wählen, dass sie Bereiche, welche nur mit einer hohen Gesamtleistung P_ges zu erreichen sind, möglichst vermeidet. Es ist insbesondere vorgesehen, die Aktuator-Einrichtungen 45, insbesondere die Aktuatoren 58, derart anzusteuern, dass bei der Verlagerung des Einzelspiegels 23 von der ersten Verlagerungsposition 34 in die zweite Verlagerungsposition 35 die durch die einzelnen Aktuator-Einrichtungen 45 bewirkten Aktuierungsrichtungen, d. h. die durch die einzelnen Aktuator-Einrichtungen 45 bewirkten Verlagerungswege, nicht unabhängig voneinander gewählt werden, sondern so aufeinander abgestimmt sind, dass die gemeinsame elektrische Leistungsaufnahme der verwendeten Aktuator-Einrichtungen 45 während der Positionsänderung reduziert, insbesondere minimal ist. Die Verlagerungstrajektorien 33 werden insbesondere an einen vorbestimmten Maximalwert P_max der Gesamtleistungsaufnahme angepasst. Die Vorgabe des Maximalwertes P_max definiert anschaulich gesprochen Bereiche in dem abstakten Raum, welcher die Gesamtleistungsaufnahme der Aktuatoren 58 repräsentiert, welche von den Verlagerungstrajektorien 33 nicht durchlaufen werden dürfen. Die Verlagerungstrajektorien 33 können insbesondere im Hinblick auf die bereitzustellende Gesamtleistung P_ges optimiert werden.
• Bei der Anpassung der Verlagerungstrajektorien 33 können insbesondere auch die mechanischen Details der Lagerung des zu verlagernden Elements, insbesondere der Einzelspiegel 23, berücksichtigt werden. Die Verlagerungstrajektorie 33 kann insbesondere so gewählt werden, dass möglichst wenig Kraft bzw. Leistung auf dem Weg von der ersten Verlagerungsposition 34 in die zweite Verlagerungsposition 35 aufgebracht werden muss.
• Es kann besonders vorteilhaft sein, wie in 9 dargestellt, bei der Verlagerung von der ersten Verlagerungsposition 34 in die zweite Verlagerungsposition 35 durch die Null- Position 36 zu gehen. Die Null-Position 36 erfordert die minimale Leistungsaufnahme.
• Die Verlagerungstrajektorie 33 kann mit anderen Worten derart gewählt werden, dass sie durch die Null-Position 36 führt.
• Es kann vorgesehen sein, in der Null-Position 36 kurz zu verweilen, d. h. die Verlagerung kurzzeitig zu unterbrechen. Dies kann dazu genutzt werden, eine Hysterese auszugleichen oder auszuregeln. Hierdurch lässt sich eine stabile Positionsregelung deutlich vereinfachen.
• Weist die Leistungs-Auslenkungs-Kennlinie (P-R-Kennlinie) der Aktuator-Einrichtung 45 eine Hysterese auf, so ist ohne die Kompensation der Hysterese in der Null-Position 36, an welcher P = 0 W gilt, der zu generierende Strom für die Auslenkung in die zweite Verlagerungsposition 35 nicht nur abhängig von dieser zweiten Verlagerungsposition 35, sondern auch von der vorhergehenden ersten Verlagerungsposition 34 und der hierfür erforderlichen Leistungsaufnahme der Aktuatoren 58 der jeweiligen Aktuator- Einrichtung 45. Dies ist exemplarisch und schematisch in 10 veranschaulicht. Hierin kennzeichnen R_1a, R_1b zwei unterschiedliche Ausgangspositionen und P_1a, P_1b die zur Einstellung dieser Ausgangspositionen jeweils benötigte elektrische Leistung, wohingegen R_2a, R_2b und P_2a, P_2b eine identische Zielposition und die zur Einstellung dieser Zielposition benötigten elektrischen Leistungen kennzeichnet.
• Die genannte Abhängigkeit der Leistungsaufnahme von der ersten Verlagerungsposition 34 (= R₁) erfordert eine aufwändige Regelung der statischen sowie dynamischen Auslenkung der Aktuatoren 58, insbesondere dann, wenn durch eine optimierte Aktuierung die Spitzenleistung des Gesamtsystems reduziert werden soll. Unter einer dynamischen Auslenkung sei hierbei der Wechsel zwischen statischen Auslenkungen gemeint.
• Durch Kompensation der Hysterese in der Null-Position 36 kann die Regelung der statischen und dynamischen Auslenkung der Aktuatoren 58 erheblich vereinfacht werden, indem sichergestellt wird, dass der für die Zielposition R₂, d. h. die zweite Verlagerungsposition 35, einzustellende Leistung P₂ durch die Aktuatoren 58 unabhängig von deren vorherigen Verlagerungsposition 34 ist. Das lässt sich dadurch erreichen, dass beim Wechsel zwischen jeweils zwei statischen Auslenkungen, d. h. zwischen zwei Verlagerungspositionen 34, 35, jeder Aktuator stets zunächst auf die Null-Position 36 mit R = 0 und P = 0 W zurückgeregelt wird, bevor die dann fest definierte Leistung P für die Zielposition R₂ eingestellt wird. Das Zurückregeln auf die Null-Position 36 kann dabei durch Einregeln von R = 0 und anschließendes Reduzieren der Leistung auf P = 0 W erfolgen. Dies ist in 11 für die in 10 dargestellten Beispiele schematisch veranschaulicht.
• Wie aus den 10 und 11 qualitativ hervorgeht, ist die für die Zielposition R₂ einzustellende Leistung P mit Korrektur der Hysterese in der Null-Position 36 geringer als ohne Hysteresekorrektur. Mit anderen Worten bietet die Hysteresekorrektur zusätzlich den Vorteil, die Spitzen- und Verlustleistung des Gesamtsystems weiter zu reduzieren. Die Hysteresekompensation führt insbesondere zu einer Reduktion der benötigten Spitzenleistung. Sie führt insbesondere zu einer Reduktion der Verlustleistung des Gesamtsystems.
• Außerdem lassen sich in der Null-Position 36, welche insbesondere eindeutig, und/oder reproduzierbar ist, unter anderem auch die Sensoren 28, welche für die Positionsregelung des Einzelspiegels 23 eingesetzt werden, kalibrieren, insbesondere rekalibrieren.
• Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der bereitzustellenden Gesamtleistung P_ges ist in der 12 dargestellt. In 12 ist die individuelle Leistungsaufnahme Pⁱ zweier Aktuatoren 58 sowie die zugehörige Gesamtleistungsaufnahme P_ges = P¹ + P² dargestellt. Exemplarisch angezeigt sind in der 12 außerdem jeweils die Startzeit t₁ und Endzeit t₂ des Verlagerungsvorgangs.
• Wie in der linken Hälfte der 12 dargestellt ist, führt eine zeitlich parallele, d. h. eine synchronisierte Aktivierung der Aktuatoren 58 zu einer besonders hohen Gesamtleistung P_ges. Gemäß dem in 12, rechte Seite, dargestellten Ausführungsbeispiel ist daher vorgesehen, die Aktuatoren 58 zur Verlagerung des Einzelspiegels 23 zeitlich verschachtelt, beispielsweise auch komplett sequenziell, anzusteuern. Hierdurch kann der Spitzenwert der Gesamtleistung P_ges im Vergleich zu einer gleichzeitigen Aktuierung reduziert werden. Diese Möglichkeit schließt auch ein Vorgehen ein, bei welchem die Verlagerungstrajektorien 33 der aktuierten Einzelspiegel 23 in mehrere Teilabschnitte untergliedert werden. Die Teilabschnitte lassen sich dann zur Reduktion des Spitzenwertes der Gesamtleistung P_ges geeignet kombinieren.
• Dieses Ausführungsbeispiel kann besonders vorteilhaft mit dem vorhergehend beschriebenen kombiniert werden. Eine sequenzielle Ansteuerung der Aktuatoren 58 kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Verlagerungstrajektorie 33 ₂ aufgrund von zeitlichen Maximalvorgaben für die Verlagerung nicht durch die Null-Position 36 führen kann, sondern einem kürzeren Weg folgen muss.
• Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Wird der Einzelspiegel 23 zumindest kurzzeitig stationär in der ersten Verlagerungsposition 34 gehalten, kann es zu Beginn eines Verlagerungsvorgangs zu Haftreibungseffekten kommen. Derartige Haftreibungseffekte können eine Richtungsabhängigkeit aufweisen. Gemäß dem in 13 dargestellten Verfahren ist daher vorgesehen, die Verlagerungstrajektorie 33 ₂ derart zu wählen, dass sie zu Beginn des Verlagerungsvorgangs, d. h. in der ersten Verlagerungsposition 34, in eine Richtung minimaler Haftreibung 37 weist. Hierbei kann auch eine richtungsabhängige Steifigkeit der Lagerung des Einzelspiegels 23 ausgenutzt werden. Im Ergebnis wird hierdurch wiederum die erforderliche elektrische Leistung, insbesondere zu Beginn eines Verlagerungsvorgangs, reduziert, insbesondere minimiert.
• Die Richtungsabhängigkeit der Haftreibung kann vorab durch Experimente oder Messungen bestimmt werden. Sie kann beispielsweise in einem systeminternen Speicher hinterlegt werden. In dem Speicher können insbesondere die Messwerte für die gemessenen Richtungen und/oder deren Ableitungen oder ein numerisches Modell, welches aus den Messwerten ermittelt wurde und welches die Berechnungen der Haftreibung während des Systembetriebs für beliebige Startrichtungen der Aktuierung erlaubt, hinterlegt werden.
• Die Verlagerungstrajektorie 33 ₂ kann insbesondere in der ersten Verlagerungsposition 34 in Richtung der Null-Position 36 weisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Einzelspiegel 23 und/oder die zugehörigen Aktuatorelektroden 24 derart ausgerichtet sind, dass die maximale Rückstellkraft stets in Richtung der Null-Position 36 zeigt. In diesem zeigt auch die Richtung minimaler Haftreibung 37 in Richtung der Null-Position 36.
• Wie in der 13 exemplarisch dargestellt ist, kann die Verlagerungstrajektorie 33 ₂ gekrümmt ausgebildet sein. Sie kann insbesondere einen konstanten Krümmungsradius aufweisen.
• Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Gesamtleistung P_ges bei der Verlagerung der Einzelspiegel 23 besteht in der lokalen Speicherung elektrischer Energie und/oder kinetischer Energie an mindestens einem Aktuator 58. Diese Energie kann bei einer Positionsänderung des aktuierten mechanischen Elements, insbesondere des Einzelspiegels 23, zurückgewonnen, insbesondere wiederverwendet werden. Sie kann insbesondere in demselben und/oder in anderen Aktuatoren 58 des Systems wiederverwendet werden.
• Zur Speicherung elektrischer Energie dient eine Speichereinrichtung 59. Die Speichereinrichtung 59 umfasst beispielsweise ein oder mehrere lokale Kondensatoren 56.
• Die Rückgewinnung dieser Energie kann beispielsweise durch Kondensatorentladung und/oder durch eine Spannungsinduktion, insbesondere an Spulen, erreicht werden. Eine Ausführungsform, bei welcher die lokale Speicherung elektrischer Energie zur Reduzierung der benötigen elektrischen Spitzenleistung verwendet wird, ist in den 20 und 21 dargestellt. Bei dieser Variante ist eine Pulsweiten-modulierte (PWM)-Aktuator- Ansteuerung vorgesehen. Bei einer derartigen Ansteuerung wird eine mittlerer Leistungsaufnahme des Aktuators 58 durch periodische Zu- und Abfuhr von Energie realisiert. Die mittlere Leistung kann durch Steuerung der Zufuhr-Perioden bzw. Abfuhr- Perioden gesteuert werden. Wird diese Zu- und Abfuhr allein über eine externe Spannungsquelle 54 realisiert, ergibt sich aufgrund der Verlustleistung in den elektrischen Zuleitungen 55 eine höhere Spitzenleistung als wenn lokal gespeicherte Energie zur Aktuierung wiederverwendet werden kann. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, zur Reduzierung der Spitzenleistung einen Teil der zur Aktuierung bereitgestellten Energie lokal zu speichern. Die Speicherung von Energie kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die dem Aktuator 58 von der externen Spannungsquelle 54 in einem Aktuierungsintervall t_a1 zugeführte Energie (in 20 dargestellt) nicht zur Spannungsquelle 54 zurück, sondern in einen lokalen Speicherkondensator 56 abgeführt wird. Dies ist bei der in 21 dargestellten Schalterstellung der Fall. Die in dem Kondensator 56 gespeicherte Energie kann dann in einem nachfolgenden Aktuierungsintervall t_a2 entweder demselben Aktuator 58 oder über ein Schaltnetzwerk auch anderen Aktuatoren 58 zur Verfügung gestellt werden.
• Durch eine Paralellschaltung mehrerer dieser Aktuatoren 58 und zugehörigen Schalter an den Zuleitungen 55 und Verwendung eines gemeinsamen Speicherkondensators 56 kann die beschriebene und nachfolgend in 18 veranschaulichte Wiederverwendung von elektrischer Energie zwischen mindestens zwei Aktuatoren 58 realisiert werden. Durch konstruktive Überlagerung der Energieaufnahme und -abgabe von mindestens zwei Aktuatoren 58 kann möglichst viel Energie im System gehalten werden, was eine Reduktion der Verlustleistung auf elektrischen Zuleitungen ermöglicht. Ein exemplarisches Beispiel des Energiebedarfs zweier Aktuatoren E_A1, E_A2 zur Verlagerung eines Einzelspiegels 23 vor, während und nach einem Positionswechsel ist in der obersten Zeile der 18 exemplarisch dargestellt.
• In der oberen Zeile der 18 ist schematisch der Energiebedarf zweier Aktuatoren E_A1, E_A2 in willkürlichen Einheiten vor, während und nach dem Positionswechsel dargestellt.
• Der zu verlagernde Einzelspiegel 23 befindet sich hierbei bis zum Zeitpunkt T₁ in einer ersten Verlagerungsposition 34, wird daraufhin im Intervall [T₁, T₂] entlang einer Verlagerungstrajektorie 33 in eine zweite Verlagerungsposition verlagert und anschließend in dieser zweiten Verlagerungsposition gehalten.
• In der mittleren Zeile der 18 ist schematisch die in einem Speicherkondensator 56 während des Positionswechsels gespeicherte Energie E_SK dargestellt.
• In der untersten Zeile der 18 ist als Kurve O die extern zuzuführende Energie bei einem System ohne Speicherkondensator und als Kurve M die entsprechende Energiemenge bei einem System mit einem Speicherkondensator 56 dargestellt. Hierbei ist der Einfachheit halber angenommen, dass die gesamte im Speicherkondensator 56 gespeicherte Energie (siehe mittlere Zeile der 18) wiederverwendbar ist.
• Zur weiteren Minimierung der Verlustleistung kann hierbei beispielsweise auch die Stromflussrichtung und/oder die Spannungspolarität an den Aktuatoren 58 geeignet variiert und/oder kombiniert werden.
• Eine mögliche Realisierung dieses Konzepts besteht in der Verwendung eines Speicherkondensators 56 jeweils für eine Gruppe von Aktuatoren 58, für die bei mindestens zwei unterschiedlichen Verlagerungspositionen eine unterschiedliche Gesamtenergie vorzuhalten, d. h. bereitzustellen ist. Die bereitzustellende Energie kann dann bei einer Positionsänderung von einem Aktuator 58 dieser Gruppe zu einem anderen transferiert werden. Diese Variante ist schematisch für ein System mit zwei Aktuatoren 58 in 18 veranschaulicht.
• Gemäß einer weiteren Variante ist vorgesehen, die Aktuatoren 58 des Systems nicht, wie in der oberen Zeile der 18 exemplarisch dargestellt ist, sequenziell anzusteuern, sondern, soweit möglich, gleichzeitig. In diesem Fall kann die Energie direkt von einem Aktuator zum anderen transferiert werden.
• Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Gesamtleistung P_ges bei der Verlagerung der Einzelspiegel 23 besteht darin, das elektromagnetische Übersprechen zwischen mindestens zwei Aktuatoren konstruktiv auszunutzen. Konstruktiv sei hierbei im Sinne von „nicht destruktiv“, d.h. mit positivem Nutzen, verstanden. Dies ist insbesondere bei magnetischen, induktiven und kapazitiven Aktuatoren möglich. Das Übersprechen kann insbesondere beim Halten einer statischen Position und/oder bei zeitlich parallelen Positionswechseln ausgenutzt werden.
• Es ist insbesondere möglich, das elektrische Übersprechen von phasenangepassten Pulsweiten-modulierten Treiberverstärker-Signalen konstruktiv auszunutzen.
• Als Regelung kann eine sogenannte „Multiple-Input-Multiple-Output-Regelung“ (MIMO-Regelung) vorgesehen sein, bei welcher ein Übersprechen zwischen Aktuatoren nicht unbedingt reduziert wird, sondern bei welcher die erforderliche elektrische Gesamtleistung P_ges minimiert wird. Hierzu kann die parasitäre Verlustleistung, beispielsweise die in einer elektromagnetischen Aktuator-Abschirmung umgesetzte Wärmeleistung, als Wirkleistung genutzt werden.
• Bei dieser Variante kann es beispielsweise sinnvoll sein, bewusst auf eine elektromagnetische Abschirmung zwischen verschiedenen Aktuatoren zu verzichten.
• Die Effekte eines Übersprechens können modellbasiert, insbesondere mithilfe einer Matrix mit Kopplungsfaktoren, bestimmt werden.
• Die Vorteile dieser Variante sind schematisch in 19 veranschaulicht. Während in der linken Spalte jeweils eine Situation dargestellt ist, bei welcher das Übersprechen zwischen den Aktuatoren 58 nicht ausgenutzt wird, ist in der rechten Spalte der 19 eine Situation dargestellt, bei welcher das Übersprechen zwischen zwei Aktuatoren 58 ausgenutzt wird. In der oberen Zeile der 19 ist mit P_A1 eine Wirkleistung eines ersten Aktuators 58 dargestellt. In der linken Spalte ist außerdem eine parasitäre Verlustleistung P_V1 und die benötigte elektrische Leistung P_B1 des Aktuators 1 dargestellt. In der rechten Spalte ist exemplarisch eine Übersprechleistung P_Ü21 von Aktuator 2 auf Aktuator 1 dargestellt. Außerdem ist in der rechten Spalte ebenfalls die insgesamt benötigte elektrische Leistung P_B1 des Aktuators 1 dargestellt. Sie ist geringer als die benötigte elektrische Leistung P_B1 im Falle, dass das Übersprechen nicht ausgenutzt wird.
• In der mittleren Zeile sind die entsprechenden Verhältnisse für den Aktuator 2 ohne bzw. mit Ausnutzen von Übersprechen von Aktuator 1 dargestellt.
• In der unteren Zeile der 19 ist jeweils die insgesamt benötigte Leistung P_ges = P_B1 + P_B2 dargestellt. Es konnte gezeigt werden, dass durch ein konstruktives Ausnutzen des Übersprechens zwischen unterschiedlichen Aktuatoren 58 die Gesamtleistung P_ges reduziert werden kann.
• Bei Positionswechseln kann es auch sinnvoll sein, die elektrische Spitzenleistung P_max zu reduzieren, insbesondere zu minimieren, indem Aktuatoren 58 bei konstruktivem Übersprechen zeitlich parallel und bei destruktivem Übersprechen zeitlich sequenziell angesteuert werden.
• Ein Übersprechen zwischen den Aktuatoren 58 kann durch einen Verzicht auf eine elektromagnetische Abschirmung oder eine Abschwächung einer derartigen Abschirmung erreicht werden. Es konnte gezeigt werden, dass die erforderliche elektrische Spitzenleistung P_max bei einer Ausnutzung des Übersprechens maximal so groß ist wie ohne eine derartige Ausnutzung. Die maximal erforderliche elektrische Spitzenleistung kann durch Ausnutzen von Übersprechen insbesondere reduziert werden. Die Reduktion kann insbesondere mindestens 1 %, insbesondere mindestens 3 %, insbesondere mindestens 5 % der ohne Ausnutzen von Übersprechen erforderlichen elektrischen Spitzenleistung P_max betragen.
• Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Gesamtleistung P_ges bei der Verlagerung der Einzelspiegel 23 umfasst eine adaptive Begrenzung der Versorgungsspannung der Verstärkerstufen 30. Ein entsprechender zeitlicher Verlauf eines tatsächlichen Versorgungsbedarfs 38 _i zweier Gruppen 40 ₁, 40 ₂ von Verstärkerstufen 30 und der zugehörigen, angepassten bereitgestellten Versorgung 39 _i dieser Gruppen bei der Verlagerung einer ersten Gruppe der Einzelspiegel 23 in einem Zeitintervall t₁ bis t₂ und einer Verlagerung einer weiteren Gruppe der Einzelspiegel 23 in einem Verlagerungsintervall t₃ bis t₄, ist in 15 dargestellt. Ein zugehöriges Schaltungskonzept zur Ansteuerung der Aktuatoren 58 der ersten Gruppe 40 ₁ und der zweiten Gruppe 40 ₂, ist in 14 dargestellt.
• Die Gruppen 40 ₁, 40 ₂ umfassen jeweils mindestens einen Aktuator 58. Für jede der Gruppen 40 ₁, 40 ₂ erfolgt getrennt voneinander eine adaptive Begrenzung der Versorgungsspannung. Die Versorgungsspannung jeder der Gruppen 40 ₁, 40 ₂ kann beispielsweise mittels eines regelbaren DC/DC-Converters 42 ₁, 42 ₂ adaptiv eingestellt werden.
• Die Gesamtheit der Einzelspiegel 23 und/oder der zugehörigen Aktuatoren 58 kann auch in mehr als zwei Gruppen 40 ₁, 40 ₂ unterteilt werden, für die eine adaptive Begrenzung der Versorgungsspannung getrennt voneinander erfolgt.
• Zur adaptiven Begrenzung der Versorgungsspannung wird zunächst die maximal benötigte Versorgungsspannung in Abhängigkeit von den ersten Verlagerungspositionen 34 und/oder den zweiten Verlagerungspositionen 35 der zu verlagernden Einzelspiegel 23, d. h. von den Start- und/oder Zielpositionen der zu verlagernden Einzelspiegel 23, und/oder der hierfür vorgesehenen Verlagerungstrajektorien 33 ₂ ermittelt.
• Außerdem ist in der 14 schematisch die Steuereinrichtung 29 dargestellt. Sie versorgt die Verstärkerstufen 30 über datenübertragende Zuleitungen 41 jeweils mit den zu verstärkenden Signalen.
• Des Weiteren ist eine Versorgungsspannungsquelle 43 und eine Einrichtung 44 zur Steuerung der Versorgungsspannung der Verstärkerstufen 30 vorgesehen. Diese werden im Folgenden zusammen als Versorgungsspannungsregelung 46 bezeichnet.
• Die Versorgungsspannung der Verstärkerstufen 30 wird mittels der Versorgungsspannungsregelung 46 geregelt.
• Die Verstärkerstufen 30 sind ausgangsseitig jeweils mit einer der Aktuator-Einrichtung 45, insbesondere mit den Aktuatoren 58, verbunden.
• Die DC/DC-Converter 42 _i weisen eine hohe Effizienz und eine geringe Großsignal- Bandbreite auf. Die Effizienz der DC/DC-Konverter 42 _i kann insbesondere im Bereich von 90% bis 95% liegen. Unter der Großsignal-Bandbreite der DC/DC-Konverter 42 _i sei hierbei der unterstütze Frequenzumfang derselben bei vollem Leistungshub verstanden. Sie beträgt insbesondere weniger als 10 Hz. Die Verstärkerstufen 30 weisen jeweils eine geringe Effizienz und eine höhere Großsignal-Bandbreite als die DC/DC-Konverter auf. Die Effizienz der Verstärkerstufen 30 ohne die DC/DC-Konverter 42 _i kann im Bereich von 50% bis 95% liegen.
• Es kann insbesondere vorgesehen sein, die Eingangsleistung der Verstärkerstufen 30 zu regeln. Die Versorgungsspannung der Verstärkerstufen 30 kann insbesondere derart gesteuert, insbesondere geregelt werden, dass sie an die Ausgangsleistung der Verstärkerstufen 30 angepasst wird. Hierdurch kann der Wirkungsgrad der Verstärkerstufen 30 vergrößert werden. Die Verstärkerstufen 30 können auf diese Weise insbesondere besser ausgesteuert werden. Es ist insbesondere möglich, die Aussteuerung der Verstärkerstufen 30 zu maximieren. Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, die Versorgungsspannung und damit die Eingangsleistung der Verstärkerstufen 30 derart zu regeln, dass das Verhältnis von Eingangsleistung zu Ausgangsleistung im Bereich von 0,1 bis 10, insbesondere im Bereich von 0,3 bis 3, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2 liegt.
• Die Frequenzbandbreite der Verstärkerstufen 30 kann insbesondere mindestens 10 Hz, insbesondere mindestens 50 Hz, insbesondere mindestens 100 Hz, insbesondere mindestens 500 Hz, insbesondere mindestens 1000 Hz betragen.
• Die Steuereinrichtung 29 kann auch in datenübertragender Weise mit der Versorgungsspannungsregelung 46 verbunden sein. Mittels der Versorgungsspannungsregelung 46, insbesondere mittels der Steuereinrichtung 29 kann die Versorgungsspannung, insbesondere die optimale Versorgungsspannung, für die Verstärkerstufen 30 der Gruppen 40 ₁, 40 ₂ ermittelt und eingestellt werden.. Die Versorgungsspannung wird insbesondere in Abhängigkeit des vorgegebenen Verfahrsettings, d. h. der vorgegebenen Verlagerungstrajektorie 33 _i, ermittelt.
• Gemäß einer schematisch in der 22 dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungsform kann zur Ansteuerung der Verstärkerstufen 30 ein Multiplexverfahren vorgesehen sein. Hierdurch ist es insbesondere möglich, je nach Verfahrsetting, d. h. je nach gewünschter Verlagerungstrajektorie 33 _i, Verstärkerstufen 30 mit gleicher oder ähnlicher Anforderung an die maximale Versorgungsspannung zu Gruppen zusammenzufassen. Die Gruppierung der Verstärkerstufen 30 zu Gruppen 40 _i erfolgt in diesem Fall nicht statisch in der Systemauslegung, sondern adaptiv. Sie erfolgt insbesondere während des Betriebs des Systems. Sie erfolgt durch eine Konfiguration der Verstärkerelektronik, insbesondere durch eine schaltbare Bereitstellung der generierten Versorgungsspannungen an den Verstärkerstufen mittels eines Multiplexers 50 für die Versorgungsspannung. Zur Auswahl der Versorgungsspannungen kann der Multiplexer 50 von einer Steuereinrichtung 51 mit Steuersignalen gesteuert werden. Die Steuereinrichtung 51 kann in die Steuereinrichtung 29 integriert sein oder Bestandteil derselben sein.
• Die unterschiedlichen vorhergehend beschriebenen Realisierungsvarianten und Ausführungsbeispiele sind für beliebige Kombinationen von Aktuatoren 58 und Verstärkerstufen 30, die in der optischen Baugruppe 25 im Verbund eingesetzt werden, möglich. Dies schließt insbesondere auch die gleichzeitige Verwendung von verschiedenen Aktuatoren 58 und/oder Verstärkerstufen 30 ein. Hierbei ist es möglich, nur einen Teil der Aktuatoren 58 und/oder Verstärkerstufen 30 nach einer oder mehrerer der vorhergehend beschriebenen Varianten anzupassen, insbesondere zu optimieren. Es ist auch möglich, unterschiedliche Aktuatoren 58 und/oder Verstärkerstufen 30 gemäß unterschiedlicher der vorhergehend beschriebenen Möglichkeiten auszubilden.
• Zur Ermittlung optimaler Verlagerungstrajektorien 33 ₂ und/oder optimaler Positionskorrekturen für statisch zu haltende Verlagerungspositionen 34, 35 mit Aktuatoren im Verbund können unterschiedliche numerische Verfahren aus dem Bereich mehrdimensionaler Optimierungsprobleme eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Verfahren im Wege einer modellbasierten geschlossenen Lösung, beispielsweise mittels eines Pseudo- Invers-Verfahrens oder einer Lagrange-Optimierung, ermittelt werden. Ein Pseudo- Invers-Verfahren eignet sich insbesondere bei einer Gleichheitsbedingung für das Leistungsmaximum. Eine Lagrange-Optimierung eignet sich insbesondere bei einer Kleiner/Gleich-Bedingung für das Leistungsmaximum.
• Es ist auch möglich, die optimale Verlagerungstrajektorie 33 ₂ und/oder optimale Positionskorrektur durch Abtesten aller möglichen Alternativen zu ermitteln (sogenannte Brute-Force-Search).
• Als numerisches Verfahren zur Ermittlung optimaler Verlagerungstrajektorien 33 ₂ und/oder optimaler Positionskorrekturen eignen sich beispielsweise sogenannte Steepest- Descent-Algorithmen, Simplex-Algorithmen oder Cutting-Plane-Algorithmen. Alternative Algorithmen sind ebenfalls möglich.
• Zur Bestimmung der Optimierungsparameter kann insbesondere ein zweistufiges Verfahren vorgesehen sein. Hierbei ist vorgesehen, die Verlagerungstrajektorie 33 _i durch eine monotone Funktion zu modellieren. Die Verlagerungstrajektorie 33 _i wird insbesondere durch eine monotone Funktion modelliert, welche sich durch überlagerte Basisfunktionen, insbesondere Polynome oder Sinusschwingungen unterschiedlicher Frequenz, d. h. durch eine Summe derartiger Funktionen darstellen lässt. Die Funktion zur Modellierung der Bewegungstrajektorie 33 _i erlaubt insbesondere die Berechnung der notwendigen elektrischen Leistungen in jedem Punkt der Verlagerungstrajektorie 33 _i.
• Sodann werden in einem zweiten Schritt die Koeffizienten der Basisfunktionen bestimmt. Hierfür ist eine geschlossene oder eine numerische Optimierung vorgesehen.
• Für eine adaptive Optimierung der Verlagerungstrajektorien 33 ₂ und/oder der Positionskorrekturen können diese Verfahren in einer externen, separaten Steuereinheit, insbesondere in einer externen Recheneinheit, realisiert und ausgeführt werden. Sie können auch in Aktuator-naher Logik realisiert und ausgeführt werden. Kombinationen einer teilweise externen Realisierung und teilweise Aktuator-nahen Logik sind ebenfalls möglich. Gleiches gilt für die Realisierung der elektronischen Ansteuerung der Aktuatoren 58.
• Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Konzept noch einmal allgemein mit anderen Worten anhand der 16 und 17 beschrieben. In der 16 ist schematisch der Systemaufbau und das Realisierungskonzept zur Minimierung der elektrischen Spitzenleistung bei der Verlagerung eines mechanischen, insbesondere eines optischen Bauelements 61 eines mechantronischen Systems 62 mit Hilfe mindestens zweier Aktuatoren 58 dargestellt.
• Auf der linken Seite der 16 ist schematisch ein Verfahrensschritt 64 dargestellt, welcher den Systementwurf und die Systemoptimierung repräsentiert. Dieser Verfahrensschritt betrifft erfindungsgemäß eine Auswahl aus folgenden, schematisch angedeuteten Teilkonzepten: Die mechanische Systemauslegung 65, die elektronische Systemauslegung 66 sowie die algorithmische Systemauslegung 67.
• Gemeint ist insbesondere die Auslegung der mechanischen und elektronischen Systemkomponenten. Dabei meint die Auslegung der elektronischen Komponenten, die Auswahl und Zusammenschaltung dieser, so dass die angestrebte elektrische Funktionalität des Systems erreicht wird.
• Beim Systementwurf und der Systemoptimierung werden eine Reihe unterschiedlicher Anforderungen und Randbedingungen 68 _i berücksichtigt. Die Randbedingung 68 ₁ kann beispielsweise für die Menge aller möglichen Verlagerungspositionen des Bauelements 61 stehen. Die Randbedingung 68 ₂ kann für die maximal erlaubte elektrische Spitzenleistung stehen.
• Die erfindungsgemäß vorgesehenen Varianten adressieren eine Auswahl aus der algorithmischen, elektronischen und mechanischen Systemauslegung 65, 66, 67 vor der Inbetriebnahme des mechatronischen Systems 62 sowie die zugehörige adaptive Systemkonfiguration und Realisierung von optimalen Aktuierungstrajektorien während des Systembetriebs. Die unterschiedlichen Möglichkeiten können vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
• Die Aktuierungstrajektorien, insbesondere die optimalen Aktuierungstrajektorien, die Ansteuerungsschemata und/oder die zugehörigen Ansteuerungsprotokolle können vor dem Systembetrieb ermittelt und in einem Speicher 69 abgelegt werden. Der Speicher 69 kann unterschiedliche Teilbereiche 70, 71 zur Abspeicherung möglicher Konfigurationen der Verstärkerstufen 30 und der Verlagerungstrajektorien 33 aufweisen.
• Die Verlagerungstrajektorien 33 können auch während der Systemlaufzeit von der Steuereinrichtung 29 in einer entsprechenden Algorithmik bestimmt werden.
• Der Speicher 69 ist in datenübertragender Weise mit der Steuereinrichtung 29 verbunden. Die Steuereinrichtung 29 umfasst die Algorithmik zur Minimierung der elektrischen Spitzenleistung P_max bei der Aktuierung des Bauelements 61. Die Steuereinrichtung 29 ist über eine oder mehrere Steuer- und/oder Regeleinheiten 72 mit den Verstärkerstufen 30 verbunden. Die Steuereinrichtung 29 kann insbesondere über ein oder mehrere Datenübertragungselemente 73 Soll-Positionen an die Steuer- und/oder Regeleinheiten 72 weitergeben.
• Die Steuereinrichtung 29 weist einen Dateneingang 74 auf, welcher der Vorgabe von Ziel-Verlagerungspositionen dient.
• Die Steuereinrichtung 29 ist über ein weiteres Datenübertragungselement 75 direkt mit den Verstärkerstufen 30, insbesondere deren Konfigurationselektronik 76, in datenübertragender Weise verbunden.
• Außerdem umfasst das mechatronische System 62 ein oder mehrere Sensorelemente 77. Die Sensorelemente 77 dienen der Ermittlung der Verlagerungspositionen der zu verlagernden Bauelemente 61. Die ermittelten Positionen werden über eine oder mehrere datenübertragende Verbindungen 78 an die Steuereinrichtung 29 und/oder die Steuerund/oder Regeleinheiten 72 weitergegeben.
• Die Verstärkerstufen 30 mit ihrer Konfigurationselektronik 76 bilden zusammen mit den zu verlagernden Bauelementen 61 und den Sensorelementen 77 aktuatornahe Komponenten 79.
• Der Speicher 69, die Steuereinrichtung 29 und die Steuer- und/oder Regeleinheiten 72 können als eine oder mehrere separate Baugruppen 80 ausgebildet sein. Die separaten Baugruppen 80 können als aktuatornahe Baugruppen 80 realisiert sein. Sie können auch als externe Baugruppen 80, insbesondere als externe digitale Logikbaugruppen realisiert sein.
• In 17 ist schematisch die algorithmische Umsetzung der Spitzenleistungsreduktion während des Betriebs des mechatronischen Systems 62 dargestellt. In einem ersten Schritt 81 werden Ziel-Positionen, insbesondere neue Ziel-Positionen, vorgegeben. Es kann sich hierbei um die zweiten Verlagerungspositionen 35 handeln.
• Sodann werden in einem Messschritt 82 die Ist-Positionen der Bauelemente 61 gemessen. Bei den Ist-Positionen kann es sich um die ersten Verlagerungspositionen 34 handeln.
• Auf den Messschritt 82 zur Bestimmung der Ist-Positionen folgt zum Einen ein Bestimmungsschritt 83, bei welchem die zu den Ist- und Ziel-Positionen gehörenden Verlagerungstrajektorien 33 bestimmt werden. Dies kann entweder durch Auslesen der entsprechenden Verlagerungstrajektorien 33 aus dem Speicher 69, insbesondere dem Teilbereich 71, oder durch Optimierung der Verlagerungstrajektorien 33 während des Systembetriebs geschehen. Kombinationen dieser beiden Möglichkeiten sind ebenfalls möglich.
• Zum Anderen kann zur Bestimmung der Verlagerungstrajektorien 33 zusätzlich auch ein Bestimmungsschritt 84 zur Bestimmung der zu den Ist- und Ziel-Positionen gehörenden Treiberverstärker-Konfigurationen vorgesehen sein. Diese lassen sich ebenfalls durch Lesen aus dem Speicher 69, insbesondere aus dessen Teilbereichen 70, oder durch Optimierung während des Systembetriebs bestimmen. Kombinationen dieser beiden Möglichkeiten sind ebenfalls möglich. Auf den Bestimmungsschritt 84 folgt ein Konfigurationsschritt 85 zum Konfigurieren der Verstärkerstufen 30.
• Schließlich werden in einem Vorgabeschritt 86 die Sollwerte für die Aktuierung der mechanischen Elemente mittels der über die Treiberverstärker betriebenen Aktuatoren 58 entsprechend den Verlagerungstrajektorien 33 vorgegeben.
• Beim Einsatz der beschriebenen erfindungsgemäßen Komponenten und Verfahren der Projektionsbelichtungsanlage 1 werden ein Retikel und der Wafer, der eine für das Beleuchtungslicht 10 lichtempfindliche Beschichtung trägt, bereitgestellt. Anschließend wird zumindest ein Abschnitt des Retikels 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.
• Auch wenn die Erfindung anhand einer Projektionsbelichtungsanlage 1 beschrieben wurde, ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts nicht hierauf beschränkt. Grundsätzlich ist sie auch auf andere mechantronische Systeme übertragbar, bei welchen die Position mindestens eines mechanischen Elements durch elektronische Ansteuerung von mindestens zwei Aktuatoren 58 einzustellen und/oder zu regeln ist. Sie ist insbesondere für mechatronische Systeme vorteilhaft, deren mechanische Elemente gruppen- oder verbundweise verlagert werden sollen. Sie ist insbesondere für Systeme von Interesse, deren mechanische Elemente wiederholt, insbesondere zu vorgegebenen Zeitpunkten, beispielsweise periodisch, verlagert werden sollen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102011006100 A1 [0002, 0103, 0109]
• DE 102011007917 A1 [0029, 0136]
• EP 1225481 A [0095]
• WO 2010049076 A2 [0103, 0107, 0109]
• WO 2013120926 A1 [0109]
• DE 102012218219 [0109]

Claims (19)

1. Verfahren zur Verlagerung mindestens einer mechanischen Einrichtung (23) in Form eines optischen Bauelements mit mindestens zwei Verlagerungs-Freiheitsgraden umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines mechatronischen Systems mit mindestens einer mechanischen Einrichtung (23), welche mittels mindestens zweier elektrischer Aktuatoren (47; 57; 58) von einer ersten Verlagerungs-Position (34) in eine zweite Verlagerungs- Position (35) verlagerbar ist, – Vorgabe einer Maximal-Leistung (P_max), welche von sämtlichen Aktuatoren (47; 57; 58) zusammen zu einem beliebigen Zeitpunkt während der Verlagerung der mechanischen Einrichtung (23) aufgenommen werden darf, wobei die Maximal-Leistung (P_max) kleiner ist als die Summe (S) der Maximal-Leistungen ( P i / max ) sämtlicher der einzelnen Aktuatoren (47; 57; 58), – Ermittlung eines Ansteuerprotokolls zur Verlagerung der mindestens einen mechanischen Einrichtung (23) von der ersten Verlagerungs-Position (34) in die zweite Verlagerungs-Position (35) entlang einer Verlagerungs-Trajektorie (33) unter Einhaltung der vorgegebenen Maximal-Leistung (P_max), – Verlagerung der mechanischen Einrichtung (23) mittels Ansteuerung der Aktuatoren (47; 57; 58) gemäß dem Ansteuerungsprotokoll.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Ansteuerungsprotokolls folgende Schritte umfasst: 2.1. Vorgabe der Verlagerungstrajektorien (33) sämtlicher mechanischer Einrichtungen des mechatronischen Systems, 2.2. Vorgabe oder Ermittlung eines Ansteuerungsschemas für jede der mechanischen Einrichtungen (23) in Abhängigkeit von der jeweiligen Verlagerungstrajektorie (33), 2.3. Ermittlung einer zeitlichen Abfolge der Verlagerungen der einzelnen mechanischen Einrichtungen (23).
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungstrajektorie (33) zu Beginn des Verlagerungsvorgangs in eine vorbestimmte Richtung (37) weist.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungstrajektorie (33) in mindestens zwei Punkten in unterschiedliche Richtungen weist.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungstrajektorie (33) durch eine Null-Position (36) der mechanischen Einrichtung (23) führt.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Aktuator-Einrichtungen (24) zumindest teilweise sequenziell aktiviert werden.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Ansteuerprotokolls ein Aktivierungs-Schema ermittelt wird, bei welchem eine Versorgungsspannung mindestens eines Aktuator-Treiberverstärkers (30) adaptiv angepasst wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Ansteuerungsprotokolls eine mögliche Speicherung elektrischer Energie in einem lokalen Speicher und/oder ein elektromagnetisches Übersprechen zwischen Aktuator-Einrichtungen (24) von mindestens zwei mechanischen Einrichtungen (23) berücksichtigt wird.
9. Optische Baugruppe (25) umfassend 9.1. ein mechatronisches System mit 9.1.1. mindestens einer mechanischen Einrichtung (23) in Form eines optischen Bauelements mit mindestens zwei Verlagerungs-Freiheitsgraden, 9.1.2. mindestens zwei elektrischen Aktuator-Einrichtungen (45) zur Verlagerung der mindestens einen mechanischen Einrichtung (23) von einer ersten Verlagerungs-Position (34) in eine zweite Verlagerungs-Position (35) entlang einer Verlagerungstrajektorie (33), und 9.2 eine Steuereinrichtung (29) zur Steuerung der Verlagerung der mechanischen Einrichtung (23) mittels der Aktuator-Einrichtungen (45), 9.3. wobei die mechanische Einrichtung (23) durch gesteuerte Aktivierung der Aktuator-Einrichtungen (45) in eine vorgegebene Menge an Verlagerungspositionen und/oder entlang einer vorgegebenen Menge von Verlagerungstrajektorien verlagert werden kann, 9.4. gekennzeichnet durch eine Auslegung des mechatronischen Systems derart, dass eine maximale Gesamtleistungsaufnahme der Aktuator-Einrichtungen (45) bei der Verlagerung der mechanischen Einrichtung (23) in die vorgegebenen Verlagerungspositionen und/oder entlang der vorgegebenen Verlagerungstrajektorien höchstens so groß ist wie eine vorgegebene Maximal-Leistung (P_max), wobei die Maximal-Leistung (P_max) kleiner ist als die Summe (S) der Maximal- Leistungen ( P i / max ) sämtlicher der einzelnen Aktuator-Einrichtungen.
10. Optische Baugruppe (25) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Einrichtung (23) mindestens zwei Rotationsachsen (A, B) und die Aktuator-Einrichtung (45) mindestens zwei Aktuierungs-Achsen (X, Y) aufweist, wobei die Rotationsachsen (A, B) um einen Winkel φ>0° gegen die Aktuierungs-Achsen (X, Y) verdreht sind.
11. Optische Baugruppe (25) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel φ, um welchen die Rotationsanchsen (A, B) gegen die Aktuierungs-Achsen (X, Y) verdreht sind, derart gewählt ist, dass die zur Einstellung einer Verlagerungs- position, welche eine maximale mechanische Wirkleistung erfordert, benötigte elektrische Leistung minimiert wird.
12. Optische Baugruppe (25) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Einrichtung (23) derart angeordnet ist, dass sie eine Null-Position (36) aufweist, welche derart gewählt ist, dass die zur Einstellung sämtlicher vorgegebener Verlagerungspositionen der mechanischen Einrichtung (23) benötigte elektrische Spitzenleistung minimiert wird.
13. Optische Baugruppe (25) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichereinrichtung (56) zur lokalen Speicherung elektrischer Energie vorgesehen ist.
14. Verfahren zur Auslegung einer optischen Baugruppe (25) mit mindestens einem verlagerbaren optischen Bauelement mit mindestens zwei Rotationsachsen (A, B) und einer Aktuator-Einrichtung (45) mit mindestens zwei Aktuatoren mit Aktuierungs- Achsen (X, Y) zur Verlagerung des optischen Bauelements umfassend die folgenden Schritte: – Vorgabe möglicher Verlagerungspositionen und/oder Verlagerungstrajektorien zur Verlagerung des optischen Bauelements, – Bestimmung der elektrischen Spitzen-Gesamtleistung, welche zur Einstellung sämtlicher dieser Verlagerungspositionen und/oder Verlagerungstrajektorien erforderlich ist, – Bestimmung eines Minimums dieser Spitzen-Gesamtleistung in Abhängigkeit eines Winkels φ, um welchen die Rotationsachsen (A, B) gegen die Aktuierungs-Achsen (X, Y) verdreht sind, – Ausrichtung der Aktuator-Einrichtung (45) relativ zum optischen Bauelement derart, dass die Rotationsachsen (A, B) um den Winkel φ gegen die Aktuierungs-Achsen (X, Y) verdreht sind.
15. Beleuchtungsoptik (4) umfassend einen ersten Facettenspiegel (13) mit mindestens einer optischen Baugruppe (25) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13.
16. Beleuchtungssystem (2) umfassend a. eine Beleuchtungsoptik (4) gemäß Anspruch 15 und b. eine Strahlungsquelle (3).
17. Projektionsbelichtungsanlage (1) für die Mikrolithographie umfassend c. ein Beleuchtungssystem (2) gemäß Anspruch 16 und d. eine Projektionsoptik (7).
18. 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, das abzubildende Strukturen aufweist, – Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage (1) gemäß Anspruch 17, – Projizieren wenigstens eines Teils des Retikels auf einen Bereich der lichtempfindlichen Schicht des Substrats mit Hilfe der Projektionsbelichtungsanlage (1).
19. Bauelement hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 18.

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