DE102008050446B4

DE102008050446B4 - Verfahren und Vorrichtungen zur Ansteuerung von Mikrospiegeln

Info

Publication number: DE102008050446B4
Application number: DE102008050446A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. 89075 Horn; Christian 89426 Kempter
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: WO2010040506A1; EP2340456A1; US20130088698A1; JP5325301B2; EP3193203A1; TW201019051A; US10061202B2; US20110188017A1; CN102177460A; EP2340456B1; KR101233900B1; US8345224B2; CN104267495A; TWI502282B; DE102008050446A1; CN104267495B; KR20110067156A; JP2012505533A; EP3193203B1

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines Mikrospiegels (24), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Mikrospiegelarrays (22), das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist und den Mikrospiegel (24) enthält, wobei der Mikrospiegel (24) um jeweils einen Verkippungswinkel (αx, αy) um zwei Kippachsen (x, y) verkippbar ist und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E1, E2, E3) zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale (U1, U2, U3) ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen; b) Vorgeben zweier Stellgrößen (SGx, SGy), von denen jede einer Kippachse (x, y) zugeordnet ist und die ungestörten Verkippungswinkeln (αx, αy) zugeordnet sind; c) Für beliebige Kombinationen der beiden Stellgrößen (SGx, SGy) Auswahl einer der drei Aktoren (E1), dessen Steuersignal (U1) auf einen konstanten Wert gesetzt wird, in Abhängigkemmen der Steuersignale (U1, U2, U3) derart, dass beim Anlegen der Steuersignale...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Ansteuerung von Mikrospiegeln, die in einem Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage verwendet werden, um die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts zu beeinflussen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In jüngster Zeit wird bei Beleuchtungssystemen von mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen die Verwendung sogenannter Multi-Mirror-Arrays (MMAs, auch Mikrospiegelarrays oder Mikrospiegelmatrizen genannt) in Betracht gezogen, die eine Vielzahl von individuell ansteuerbaren Mikrospiegeln aufweisen, um einzelne Teilbündel des Projektionslichts des Beleuchtungssystems in unterschiedliche Richtungen abzulenken. Beispielsweise können so mit Hilfe der Mikrospiegel die jeweiligen Teillichtbündel des Projektionslichts auf unterschiedliche Orte in einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems gerichtet werden. Da die Intensitätsverteilung in einer Pupillenfläche des Beleuchtungssystems die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts maßgeblich beeinflusst, kann infolge der individuellen Ansteuerbarkeit der Mikrospiegel die Beleuchtungswinkelverteilung flexibler vorgegeben werden. Insbesondere im Zusammenhang mit sogenannten nichtkonventionellen Beleuchtungssettings, bei denen in der Pupillenfläche ein ringförmiger Bereich oder mehrere Pole ausgeleuchtet werden, ermöglicht die Verwendung von MMAs, die Beleuchtungswinkelverteilung an die jeweiligen Umstände, und zwar insbesondere an die zu projizierende Maske, anzupassen, ohne dass z. B. diffraktive optische Elemente ausgetauscht werden müssen.
Häufig werden solche MMAs als mikroelektromechanische Systeme (MEMS) mittels lithographischer Verfahren hergestellt, wie sie aus der Halbleitertechnologie bekannt sind. Die typischen Strukturgrößen betragen dabei teilweise wenige Mikrometer. Bekannte Vertreter solcher Systeme sind beispielsweise MMAs, deren Mikrospiegel digital zwischen zwei Endpositionen um eine Achse verkippt werden können. Solche digitalen MMAs werden häufig in Digital projektoren für die Wiedergabe von Bildern oder Filmen verwendet.
Für die Anwendung im Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage sollten die Mikrospiegel des MMAs jedoch in der Lage sein, quasi-kontinuierlich jeden Verkippungswinkel innerhalb eines Winkelarbeitsbereichs einzunehmen. Insbesondere sollten die Mikrospiegel um zwei Kippachsen verkippbar sein. So sind beispielsweise Mikrospiegel bekannt, deren Spiegelfläche um zwei senkrecht aufeinanderstehende Kippachsen in einer Art kardanischen Aufhängung gelagert und mit Hilfe von Aktoren verkippbar sind. Die Aktoren können dabei z. B. als elektrostatische oder elektromagnetische Aktoren ausgeführt sein. Bei einer bekannten Anordnung mit elektrostatischen Aktoren ist der Mikrospiegel mit seinen zwei Kippachsen über vier Steuerelektroden gelagert und weist auf seiner Rückseite eine Gegen- oder Spiegelelektrode auf. Wird zwischen einer Steuerelektrode und der Gegenelektrode eine Spannung angelegt, so entsteht zwischen diesen aufgrund der elektrostatischen Anziehung eine anziehende Kraftwirkung. Jeder Kippachse sind zwei gegenüberliegende Steuerelektroden zugeordnet, und der Mikrospiegel kann, je nachdem, welche Elektrode angesteuert wird, in die eine oder andere Richtung verkippt werden. Über verschiedene Kombinationen von Verkippungen um die beiden Kippachsen kann der Spiegel innerhalb seines Winkelarbeitsbereichs in eine beliebige Lage verkippt werden.
Für die Ansteuerung der einzelnen Aktoren benötigt jeder Aktor seine eigene Spannungs- oder Stromversorgungsleitung und die damit verbundenen Ansteuerungsschaltkreise. Um diesen Aufwand gering zu halten und um eine möglichst hohe Packungsdichte der Mikrospiegel in einem MMA zu ermöglichen, schlägt die US 2003/0189389 A1 daher ein System vor, bei dem nur drei Aktoren verwendet werden. Da bei der Verwendung von drei Aktoren die Ansteuerung der einzelnen Aktoren jedoch nicht mehr unabhängig auf eine einzige Kippachse wirkt, kommt dort ein Verfahren zur Anwendung, mit dem die drei Steuersignale der Aktoren aus zwei Stellgrößen für die Verkippungen um die beiden Kippachsen bestimmt werden können Bei diesem Verfahren werden mit einem linearen Gleichungssystem die drei Steuersignale aus den beiden Stellgrößen berechnet. Die Lösungsmenge des Gleichungssystems wird dabei durch verschiedene Nebenbedingungen eingeschränkt So ist eine der Anforderungen an diese Umsetzung, dass die beiden Stellgrößen jeweils unabhängig voneinander eine Verkippung um die zugehörigen Kippachsen hervorrufen Eine andere Nebenbedingung ist, dass die Gesamtkraft, die die drei Aktoren auf den Mikrospiegel ausüben, konstant gehalten wird.
Da die Anwendung von Mikrospiegeln in Beleuchtungssystemen von mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlagen sehr hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Spiegelausrichtung stellt, müssen Signalverstarker wie beispielsweise Hochspannungsendstufen, die die Aktoren mit variierbaren Steuersignalen versorgen, auch bei dem dortigen System höchsten Anforderungen in Bezug auf Signalstabilität und Reproduzierbarkeit entsprechen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Verfahren und Vorrichtungen zur Ansteuerung eines Mikrospiegels anzugeben, mit deren Hilfe sich der Aufwand zur Ansteuerung der Aktoren des Mikrospiegels weiter verringern lässt.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Mikrospiegelarray bereitgestellt wird, das in einem Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist und den Mikrospiegel enthält. Der Mikrospiegel ist dabei um jeweils einen Verkippungswinkel um zwei Kippachsen verkippbar. Außerdem sind dem Mikrospiegel drei Aktoren zugeordnet, die jeweils durch Steuersignale ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel um die beiden Kippachsen zu verkippen. Danach werden zwei Stellgrößen vorgegeben, von denen jede einer Kippachse zugeordnet ist und die ungestörten Verkippungswinkeln zugeordnet sind. Als nächstes wird für beliebige Kombinationen der beiden Stellgrößen in Abhängigkeit von den beiden Stellgrößen einer der drei Aktoren ausgewählt, dessen Steuersignal auf einen konstanten Wert, insbesondere Null, gesetzt wird. Die Steuersignale werden dann derart bestimmt, dass beim Anlegen der Steuersignale an die beiden übrigen Aktoren der Mikrospiegel die ungestörten Verkippungswinkel in Abhängigkeit von den beiden Stellgrößen einnimmt. Schließlich werden die Steuersignale an die Aktoren angelegt.
Erfindungsgemäß wird also bei einem Mikrospiegel, der mit drei Aktoren um zwei Kippachsen verkippbar ist, die UmSetzung der beiden Stellgrößen, die den Verkippungswinkeln um die Kippachsen zugeordnet sind, auf die drei Steuersignale so gewählt, dass immer einer der Aktoren ein auf Null oder zumindest auf einen konstanten Wert gesetztes Steuersignal erhält. Dadurch werden zur Ansteuerung einer bestimmten Verkippungswinkelkombination jeweils nur zwei Signalverstärker benötigt, die entsprechend variierte Steuersignale generieren und an den beiden anderen Aktoren anlegen. Der Aktor, dessen Steuersignal auf einen konstanten Wert, insbesondere Null, gesetzt wird, kann beispielsweise mittels einer einfachen Multiplexschaltung auf einen vordefinierten Wert gesetzt werden Dieser vordefinierte Wert kann von einem Signalverstärker für alle oder Gruppen von Mikrospiegeln des Mikrospiegelarrays gleich gewählt werden, so dass in der Summe jeder einzelne Mikrospiegel weniger als drei Signalverstärker benötigt.
Vorzugsweise werden die Stellgrößen den ungestörten Verkippungswinkeln linear zugeordnet, da durch eine solche Zuordnung die Ansteuerung des Mikrospiegels über die drei Aktoren bezüglich vorgelagerter Schritte wie beispielsweise einem Steuerungs- und Regelungsalgorithmus, einfacher gehalten wird.
Die Auswahl des Aktors, dessen Steuersignal auf einen konstanten Wert, insbesondere Null, gesetzt wird, kann dadurch erfolgen, dass den beiden Stellgrößen, die den ungestörten Verkippungswinkeln um die beiden Kippachsen zugeordnet sind, ein zweidimensionaler Stellgrößenvektor mit einer Richtung zugeordnet wird. Des Weiteren wird jedem einzelnen Aktor ein Wirkverkippungsvektor zugeordnet und dann derjenige Aktor ausgewählt dessen Wirkverkippungsvektor eine Richtung hat, die zu der Richtung des Stellgrößenvektors nicht unmittelbar benachbart ist. Dadurch wird es möglich, den zweidimensionalen Stellgrößenvektor als eine Linearkombination der beiden unmittelbar benachbarten Wirkverkippungsvektoren darzustellen. Auf den Wirkverkippungsvektor, der nicht unmittelbar benachbart ist und eine Komponente hat, die dem Stellgrößenvektor entgegenwirkt, wird somit bei der Linearkombination verzichtet. Die nicht unmittelbar benachbarte Richtung der Wirkverkippungsvektoren soll auch Fälle umfassen, bei welchen der Stellgrößenvektor und ein Wirkverkippungsvektor zusammenfallen und daher beide übrigen Steuersignale der Aktoren zu Null gesetzt werden.
Die oben genannten Wirkverkippungsvektoren eines Aktors ergeben sich dabei aus den Stellgrößen, die den ungestörten Verkippungswinkel zugeordnet sind, die der Mikrospiegel einnimmt, wenn ausschließlich dieser Aktor angesteuert wird. Der Wirkverkippungsvektor repräsentiert somit, wie, d. h. wie stark und in welche Richtung, jeder einzelne Aktor auf die Verkippung des Mikrospiegels wirkt.
Anstatt die Wirkverkippungsvektoren aus Konstruktionsdaten zu bestimmen, kann es vorteilhaft sein, die Wirkverkippungsvektoren durch Messen zu bestimmen. Dadurch werden Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Mikrospiegel und den jeweils zugeordneten Aktoren erfasst Bei den oben genannten Verfahren wird die Richtung des Stellgrößenvektors und der Wirkverkippungsvektoren vorzugsweise nach
bestimmt wobei SG_x und SG_y die den ungestörten Verkippungswinkel um die jeweilige Kippachse zugeordneten Stellgrößen sind und θ den Winkel angibt, den der jeweilige Vektor mit einer Richtung y einschließt, die mit einer der beiden Kippachsen zusammenfällt.
Prinzipiell können die drei Aktoren beliebig angeordnet und beispielsweise im Fall von elektrostatischen Aktoren beliebig geformt sein, so lange deren Wirkverkippungsvektoren alle gegebenen Stellgrößenvektoren mittels einer positiven Linearkombinationen erzeugen können, d. h. so lange sich jeder Stellgrößenvektor mit positiven Vielfachen der Wirkverkippungsvektoren darstellen lässt. Für eine optimale Verteilung der Kräfte ist es jedoch vorteilhaft, dass die Aktoren in dreizähliger Symmetrie angeordnet sind.
Damit ergibt sich für den vorhergehenden Fall, dass der Wirkverkippungsvektor eines ersten Aktors eine Richtung hat, die bis auf einen Ausrichtungswinkel φ mit der Richtung y zusammenfällt, der Wirkverkippungsvektor eines zweiten Aktors mit dem Wirkverkippungsvektor des ersten Aktors im Wesentlichen einen Winkel von 120° einschließt und der Wirkverkippungsvektors eines dritten Aktors mit dem Wirkverkippungsvektor des zweiten Aktors im Wesentlichen einen Winkel von 120° einschließt. Nachdem die Richtung θ des Stellgrößenvektors bestimmt wurde, wird dann
für θ ∊ [φ, 120° + φ[ der dritte Aktor (E₃),
für θ ∊ [120° + φ, 240° + φ[ der erste Aktor (E₁) und
für θ ∊ [240° + φ, 360° + φ[ der zweite Aktor (E₂) ausgewählt.
Um die Verkippungswinkel des Mikrospiegels noch genauer einstellen zu können, ist es vorteilhaft, dass bei dem Verfahren die beiden Stellgrößen in dem Schritt, in dem diese vorgegeben werden, durch einen Steuerungsalgorithmus, einen Regelungsalgorithmus oder einen kombinierten Steuerungs- und Regelungsalgorithmus aus Sollverkippungswinkeln bestimmt werden.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, dass dazu Zielverkippungswinkel vorgegeben werden und eine Trajektorie bestimmt wird, die eine Abfolge von Sollverkippungswinkeln umfasst. Diese Trajektorie überführt Istverkippungswinkel, um die der Mikrospiegel momentan verkippt ist, in die Zielverkippungswinkel.
Vorzugsweise werden beim Bestimmen der Sollverkippungswinkel Kalibrationsdaten berücksichtigt. Dadurch werden übergeordnete Systeme frei von der Notwendigkeit, eventuelle Fehlstellungen der Spiegel zu korrigieren.
Ein Regelungsalgorithmus zum Bestimmen der beiden Stell größen kann dabei so ausgestaltet sein, dass die beiden Stellgrößen von dem Regelungsalgorithmus vorgegeben oder von diesem korrigiert werden, wobei der Regelungsalgorithmus eine Regeldifferenz erhält. Die Regeldifferenz wird aus den Sollverkippungswinkeln und einer negativen Rückkopplung der von einem Überwachungssystem gemessenen Istverkippungswinkeln, um die der Mikrospiegel momentan verkippt ist, bestimmt. Durch einen solchen Regelungsalgorithmus können Störungen, die sich auf die Istverkippungswinkel auswirken, ausgeregelt werden.
Vorteilhaft kann auch ein Steuerungsalgorithmus vorgesehen sein, durch den die beiden Stellgrößen vorgegeben werden, indem diese mit Hilfe eines Vorsteuerungsalgorithmus, der ein inverses Systemdynamikmodell verwendet, den Sollverkippungswinkeln zugeordnet werden.
Des Weiteren umfassen die Schritte des Verfahrens, in denen der Aktor ausgewählt wird, dessen Steuersignal zu Null gesetzt wird, und in denen die beiden übrigen Steuersignale bestimmt werden, vorzugsweise die Möglichkeit, dass die Steuersignale bei gegebenen Stellgrößen aus einer Zuordnungstabelle bestimmt werden. Dadurch müssen die Steuersignale nicht aus Berechnungsvorschriften bestimmt werden. Allerdings kann vorteilhaft eine Interpolation, insbesondere eine bilineare oder bikubische Interpolation, zum Einsatz kommen, um aus der Zuordnungstabelle Zwischenwerte zu bestimmen oder um eine stetige Funktion zur Bestimmung der Steuersignale zu erhalten.
Die Zuordnungstabelle zwischen den beiden Stellgrößen und den drei Steuersignalen wird dabei so erstellt, dass in einer Parametrisierungsphase durch Anlegen verschiedener Steuersignale an die Aktoren, Messen der daraus resultierenden Verkippungswinkel und anschließendem linearen Zuordnen der beiden Stellgrößen zu den resultierenden Verkippungswinkeln die Zuordnungstabelle erstellt wird. Dabei wird bereits beim Anlegen der Steuersignale jeweils ein Steuersignal konstant, insbesondere Null, gehalten.
Bei einer anderen vorteilhaften Möglichkeit, die Steuersignale zu bestimmen, werden bei gegebenen Stellgrößen die Steuersignale anhand einer Berechnungsvorschrift, die einen Parametervektor verwendet, bestimmt. Da bei dieser Möglichkeit auf eine Interpolation verzichtet werden kann, kann dies zu genauer bestimmten Steuersignalen führen.
Der verwendete Parametervektor kann dabei aus Konstruktionsdaten bestimmt werden. Vorzugsweise wird der Parametervektor jedoch in einer Parametrisierungsphase durch Schätzen aus mindestens 3 Zuordnungen zwischen Verkippungswinkeln und Steuersignalen der drei Aktoren bestimmt. Diese mindestens sechs Zuordnungen werden dabei durch Anlegen verschiedener Steuersignale an die Aktoren und Messen daraus resultierender Verkippungswinkel bestimmt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Mikrospiegels angegeben, bei dem zunächst ein Mikrospiegelarray bereitgestellt wird, das in einem Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, und das den Mikrospiegel enthält, wobei der Mikrospiegel um jeweils einen Verkippungswinkel um zwei Kippachsen verkippbar ist. Dem Mikrospiegel sind dabei drei Aktoren zugeordnet, die jeweils durch Steuersignale ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel um die beiden Kippachsen zu verkippen. In einem zweiten Schritt wird eine Zuordnungstabelle zwischen den Verkippungswinkeln und den Steuersignalen der drei Aktoren durch Anfahren und Messen mehrerer Verkippungswinkel des Mikrospiegels und Speichern der dafür angelegten Steuersignale der drei Aktoren erstellt. Danach werden zwei Stellgrößen vorgegeben, von denen jede einer Kippachse zugeordnet ist und die ungestörten Verkippungswinkeln linear zugeordnet sind. Nun werden Steuersignale bestimmt, die eine Verkippung des Mikrospiegels um die ungestörten Verkippungswinkel bewirken, indem die beiden Stellgrößen entsprechend der Zuordnung im vorherigen Schritt den Verkippungswinkeln der Zuordnungstabelle linear zugeordnet und die diesen Verkippungswinkeln zugeordneten Steuersignale aus der Zuordnungstabelle ausgelesen werden. Schließlich werden die Steuersignale an die Aktoren angelegt. Der Vorteil des soeben beschriebenen Verfahren ist, dass durch Erstellen der Zuordnungstabelle keine weiteren Überlegungen zum Zusammenhang zwischen den Steuersignalen, den Stellgrößen und den Verkippungswinkeln gemacht werden müssen und das Verfahren damit sehr einfach auszulegen ist. Insbesondere treten dabei keine Fehler auf, die auf vereinfachenden Modellannahmen beruhen. Auch bei diesem Verfahren kann in Verbindung mit der Zuordnungstabelle eine Interpolation, insbesondere eine bilineare oder bikubische Interpolation, zum Einsatz kommen
Anstatt ein Verfahren zu verwenden, bei dem wie eben beschrieben eine Zuordnungstabelle erstellt wird, wird gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung eines Mikrospiegels angegeben, bei dem zunächst ein Mikrospiegelarray bereitgestellt wird, das in einem Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, und das den Mikrospiegel enthält, wobei der Mikrospiegel um jeweils einen Verkippungswinkel um zwei Kippachsen verkippbar ist. Dem Mikrospiegel sind dabei drei Aktoren zugeordnet, die jeweils durch Steuersignale ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel um die beiden Kippachsen zu verkippen. Als nächstes werden mindestens 3 Zuordnungen zwischen den Verkippungswinkeln und den Steuersignalen der drei Aktoren durch Anfahren und Messen verschiedener Verkippungswinkeln des Mikrospiegels und den dafür angelegten Steuersignalen der drei Aktoren bestimmt. Aus den im vorherigen Schritt gewonnenen Zuordnungen wird dann ein Parametervektor geschätzt. Danach werden zwei Stellgrößen vorgegeben, von denen jede einer Kippachse zugeordnet ist. Mit Hilfe einer Berechnungsvorschrift, die den geschätzten Parametervektor verwendet, werden dann die Steuersignale beigegebenen Stellgrößen bestimmt. Schließlich werden die Steuersignale an die Aktoren angelegt.
Bei den eben beschriebenen Verfahren, die einen Parametervektor verwenden, wird dieser, da der Parametervektor bei mehr als 3 Zuordnungen überbestimmt ist, beispielsweise mit einem Least-Squares-Schätzer geschätzt, um den hauptsächlich durch Messunsicherheiten bedingten Fehler zu reduzieren.
Jedes der oben beschriebenen Verfahren arbeitet vorzugsweise mit einem Mikrospiegel, der um die Kippachsen jeweils mindestens drei unterschiedliche Verkippungswinkel annehmen kann Dadurch wird es möglich, zumindest neun unterschiedliche Orte der Pupillenfläche mit Projektionslicht auszuleuchten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Mikrospiegel quasi kontinuierlich alle Winkel in seinem Winkelarbeitsbereich annehmen kann.
Vorrichtungsmäßig werden die obigen Verfahren mit Hilfe einer Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung eines Mikrospiegels durchgeführt, der in einem Mikrospiegelarray enthalten ist, das in einem Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist. Dabei hat der Mikrospiegel zwei Kippachsen und dem Mikrospiegel sind drei Aktoren zugeordnet. Die drei Aktoren sind jeweils durch Steuersignale ansteuerbar, um den Mikrospiegel um die beiden Kippachsen zu verkippen. Die Ansteuerungselektronik weist einen Umsetzer mit einem Eingang für Stellgrößen auf, die ungestörten Verkippungswinkeln um die beiden Kippachsen zugeordnet sind. Außerdem weist die Ansteuerungselektronik zwei Signalverstärker, die über den Umsetzer steuerbar sind, und eine Schalteinheit auf, über welche die drei Aktoren mit Steuersignalen beaufschlagbar sind. Dabei ist in Abhängigkeit der an dem Eingang des Umsetzers anliegenden Stellgrößen mit Hilfe des Umsetzers und der Schalteinheit das Steuersignal von einem der drei Aktoren auf einen konstanten Wert, insbesondere Null, setzbar. Die beiden übrigen Steuersignale sind mit Hilfe des Umsetzers, der Schalteinheit und der beiden Signalverstärker so an den Aktoren anlegbar, dass der Mikrospiegel die den Stellgrößen zugeordneten ungestörten Verkippungswinkel um die beiden Kippachsen einnimmt.
Um die Verkippungswinkel um die beiden Kippachsen noch genauer einzustellen, ist der Eingang für Stellgrößen des Umsetzers vorzugsweise mit einem Steuerungssystem, einem Regelungssystem oder einem kombinierten Steuerungs- und Regelungssystem verbunden, mit dem die Stellgrößen aus Sollverkippungswinkeln bestimmbar sind.
Weiter von Vorteil ist, wenn der Umsetzer einen Speicher für eine Zuordnungstabelle aufweist, aus der die Steuersignale der drei Aktoren in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzers anliegenden Stellgrößen bestimmbar sind. Vorteilhaft können dabei Mittel vorgesehen sein, die eine Interpolation, insbesondere eine bilineare oder bikubische Interpolation der Steuersignale ermöglichen.
Bei einer anderen vorteilhaften Realisierung eines Umsetzers weist dieser eine Berechnungseinheit auf, mit der anhand einer Berechnungsvorschrift, die einen Parametervektor verwendet, die Steuersignale der drei Aktoren in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzers anliegenden Stellgrößen berechenbar sind.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist eine Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung eines Mikrospiegels, der in einem Mikrospiegelarray enthalten ist, das in eifern Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel zwei Kippachsen hat und dem Mikrospiegel drei Aktoren zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel um die beiden Kippachsen zu verkippen, einen Umsetzer mit einem Eingang für Stellgrößen auf. Die Stellgrößen sind dabei ungestörten Verkippungswinkeln um die beiden Kippachsen zugeordnet sind. Ferner weist die Ansteuerungselektronik Signalverstärker auf, die über den Umsetzer steuerbar und direkt oder indirekt mit den Aktoren verbunden sind. Dadurch sind die Aktoren mit den Steuersignalen beaufschlagbar. Der Umsetzer weist nun einen Speicher für eine Zuordnungstabelle auf aus der die Steuersignale der drei Aktoren in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzers anliegenden Stellgrößen bestimmbar sind. Auch hier können vorteilhaft Mittel vorgesehen sein, die eine Interpolation, insbesondere eine bilineare oder bikubische Interpolation, der Steuersignale ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung eines Mikrospiegels, der in einem Mikrospiegelarray enthalten ist, das in einem Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel zwei Kippachsen hat und dem Mikrospiegel drei Aktoren zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel um die beiden Kippachsen zu verkippen, einen Umsetzer mit einem Eingang für Stellgrößen auf. Die Stellgrößen sind dabei ungestörten Verkippungswinkeln um die beiden Kippachsen zugeordnet. Ferner weist die Ansteuerungselektronik Signalverstärker auf, die über den Umsetzer steuerbar und direkt oder indirekt mit den Aktoren verbunden sind. Dadurch sind die Aktoren mit den Steuersignalen beaufschlagbar. Der Umsetzer weist nun eine Berechnungseinheit auf, mit der anhand einer Berechnungsvorschrift, die einen Parametervektor verwendet, der in einer Parametrisierungsphase schätzbar ist, die Steuersignale der drei Aktoren in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzer anliegenden Stellgrößen berechenbar sind.
Vorzugsweise werden die obigen Ansteuerungselektroniken mit einem Mikrospiegel, der in einem Mikrospiegelarray enthalten ist, das in einem Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, zu einem Mikrospiegelsystem kombiniert. Dabei hat der Mikrospiegel zwei Kippachsen und dem Mikrospiegel sind drei Aktoren zugeordnet, um den Mikrospiegel um die Kippachsen zu verkippen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen Darin zeigen:
1 einen vereinfachten Meridionalschnitt durch das Beleuchtungssystem einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage mit einem Multi-Mirror-Array;
2 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Multi-Mirror-Arrays, bei dem die einzelnen Mikrospiegel eine quadratische Außenkontur haben;
3 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Mikrospiegels mit kreisförmiger Außenkontur sowie eine Ansteuerungselektronik zu dessen Ansteuerung,
4 eine schematische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Orientierung und Wirkung der Aktoren und der Verkippung des Mikrospiegels verdeutlicht,
5 ein Diagramm der an die Aktoren angelegten Steuersignale (oben) und eine daraus resultierende Kraftwirkung auf den Mikrospiegel (unten) gemäß einer aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung,
6 ein Diagramm der an die Aktoren angelegten Steuersignale (oben) und eine daraus resultierende Kraftwirkung auf den Mikrospiegel (unten) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung des Mikrospiegels,
7 eine schematische Darstellung eines Steuerungs- und Regelungssystems zur Ansteuerung des Mikrospiegels.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 1 zeigt in einem stark vereinfachten Meridionalschnitt ein Beleuchtungssystem 10 einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage. Das Beleuchtungssystem 10 dient dazu, eine Maske 12, die abzubildende lithographische Strukturen trägt, geeignet auszuleuchten. Meist wird dabei eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung der Maske 12 mit Projektionslicht gewünscht, damit die Strukturen auf der Maske 12 möglichst gleichmäßig auf einen mit einem Resist beschichteten Wafer übertragen werden Neben der auf einem Maskenpunkt auftreffenden Gesamtintensität ist ein anderer Faktor, der die Abbildungseigenschaften einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage maßgeblich beeinflusst, die Beleuchtungswinkelverteilung des Projektionslichts. Darunter versteht man die Verteilung der Gesamtintensität des auf einen Maskenpunkt auftreffenden Lichts auf die unterschiedlichen Einfallswinkel, unter denen das Licht auf den Maskenpunkt fällt. Insbesondere ist es wünschenswert die Beleuchtungswinkelverteilung an die Art der zu beleuchtenden Strukturen anzupassen, um eine möglichst optimale Abbildung zu erreichen.
Das Beleuchtungssystem 10 weist hierzu in seinem Strahlengang eine Vielzahl optischer Elemente auf, die in 1 meist nur sehr vereinfacht oder gar nicht wiedergegeben sind. Das von einem Laser 14 oder einer anderen Lichtquelle erzeugte Projektionslicht wird zunächst von einer ersten Optik 16 aufgeweitet und über einen Planspiegel 18 auf ein Mikrolinsenarray 20 gerichtet. Der Planspiegel 18 dient hauptsächlich dazu, die Außenabmessungen des Beleuchtungssystems 10 kompakt zu halten.
Dem Strahlverlauf weiter folgend trifft das Projektionslicht auf ein sogenanntes Multi-Mirror-Array 22, das unten mit Bezug auf 2 näher erläutert wird Das Multi-Mirror-Array 22 weist eine Vielzahl von Mikrospiegeln 24 auf, die über eine Ansteuerungseinrichtung 26, vorzugsweise individuell, verkippbar sind. Dabei fokussiert das vorgelagerte Mikrolinsenarray 20 einzelne Teillichtbündel des Projektionslichts auf die Mikrospiegel 24.
Mit Hilfe der Ansteuerungseinrichtung 26 lassen sich die einzelnen Mikrospiegel 24 so verkippen, dass die Teillichtbündel des Projektionslichts über eine zweite Optik 28 an frei wählbaren Orten durch eine Pupillenfläche 30 hindurchtreten. Ein nahe dieser Pupillenfläche 30 angeordneter Fliegenaugen-Integrator 32 erzeugt in der Pupillenfläche 30 eine Vielzahl von sekundären Lichtquellen, die über eine dritte Optik 34 eine Zwischenfeldebene 35 gleichmäßig ausleuchten, in der verstellbare Blendenelemente 37 angeordnet sind. Die dritte Optik 34 erzeugt dabei eine Zuordnung zwischen Winkeln in der Pupillenfläche 30 und Orten in der Zwischenfeldebene 35. Letztere wird von einem Objektiv 36 auf eine Maskenebene abgebildet, in der die Maske 12 angeordnet ist. Die Intensitätsverteilung in der Pupillenfläche 30 bestimmt somit die Beleuchtungswinkelverteilung nicht nur in der Zwischenfeldebene 35, sondern auch in der Maskenebene.
Durch unterschiedliche Verkippungen der einzelnen Mikrospiegel 24 des Multi-Mirror-Array 22 lassen sich somit unterschiedliche Beleuchtungswinkelverteilungen sehr flexibel einstellen. Bei geeigneter Ansteuerung der Mikrospiegel 24 kann die Beleuchtungswinkelverteilung sogar während einer Belichtung verändert werden.
2 zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Multi-Mirror-Arrays 22, bei dem die einzelnen Mikrospiegel 24 plan sind und eine quadratische Kontur haben. Um ein auftreffendes Teillichtbündel, das von dem im Strahlengang vorhergehenden Mikrolinsenarray 20 erzeugt wird, auf beliebige Orte innerhalb der Pupillenfläche 30 zu richten, ist jeder Mikrospiegel 24 um zwei Kippachsen x und y verkippbar gelagert. Die eigentliche Verkippung um die Kippachsen x, y ist dabei über Aktoren steuerbar, wobei jedem Mikrospiegel 24 möglichst sein eigener Satz von Aktoren zugeordnet sein sollte, damit die Mikrospiegel 24 individuell ansteuerbar sind. Daher bildet jeder Mikrospiegel 24 so mit den zugehörigen Aktoren eine Spiegeleinheit 38, die sich über das Multi-Mirror-Array 22 hinweg wiederholt.
Je größer die Anzahl der Spiegeleinheiten 38 in einem Multi-Mirror-Array 22 ist, desto feiner lässt sich die Intensitätsverteilung in der Pupillenfläche 30 auflösen. In Betracht kommen Multi-Mirror-Arrays 22 mit mehreren Tausend um zwei Kippachsen x, y verkippbare Mikrospiegel 24. Solche Multi-Mirror-Arrays 22 können beispielsweise in MEMS-Technologie gefertigt werden.
In 3 ist in einer stark schematisierten perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Spiegeleinheit 38 gezeigt, bei der der Mikrospiegel 24, anders als bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, eine kreisförmige Kontur hat. Eine Ansteuerungselektronik, die Teil der Ansteuerungseinrichtung 26 ist und mit der dieser Mikrospiegel 24 ansteuerbar ist, ist mit 39 bezeichnet.
Hauptbestandteil der Spiegeleinheit 38 ist der Mikrospiegel 24, der einen ebenen Spiegelträger hat, dessen Spiegeloberfläche 40 eine für das verwendete Projektionslicht, z. B. VUV-Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm, reflektierende Beschichtung trägt. Der Spiegeloberfläche 40 kann eine Oberflächennormale 42 zugeordnet werden, gegenüber der sich Einfallswinkel und Ausfallswinkel des auf den Mikrospiegel 24 auftreffenden Projektionslichts definieren lassen. Im Falle einer gekrümmten Spiegeloberfläche 40 kann hierzu eine mittlere Oberflächennormale 42 definiert werden.
Der Mikrospiegel 24 ist über eine kardanische Aufhängung (nicht gezeigt) um die beiden Kippachsen x und y, die in 3 gestrichelt dargestellt sind, verkippbar gelagert. Die kardanische Aufhängung, die zwei Rotationsfreiheitsgrade ermöglicht, übt über zur Lagerung verwendete elastische Festkörpergelenke ein Rückstellmoment auf den Mikrospiegel 24 aus und hält ihn so in einer, stabilen Grundstellung.
Auf der Rückseite des Mikrospiegels 24 ist eine Spiegelelektrode 44 angebracht die beispielsweise durch Aufdampfen einer metallischen Schicht hergestellt wird. Dieser Spiegelelektrode 44 und damit dem gesamten Mikrospiegel 24 gegenüberliegend sind eine erste Steuerelektrode E₁, eine zweite Steuerelektrode E₂ und eine dritte Steuerelektrode E₃ auf dem Substrat der Spiegeleinheit 38 aufgebracht, die als Kreisscheibensegmente mit einem Öffnungswinkel von 120° ausgeführt sind. Die Anschlüsse der drei Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ sowie der Spiegelelektrode 44 werden für jede Spiegeleinheit 38 des Multi-Mirror-Arrays 22 aus der MEMS-Einheit herausgeführt und mit der zugehörigen Ansteuerungselektronik 39 verbunden.
Durch Anlegen verschiedener Spannungen U₁, U₂ und U₃ zwischen der Spiegelelektrode 44 und den Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ wird die Spiegelelektrode 44 aufgrund elektrostatischer Anziehung von den einzelnen Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ angezogen. Diese Anziehungskraft zwischen den Elektroden wird dabei von der kardanischen Aufhängung in eine Verkippung des Mikrospiegels 24 um die beiden Kippachsen x und y umgesetzt. Die Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ wirken somit als Aktoren zur Verkippung des Mikrospiegels 24.
Der jeweilige Verkippungswinkel ergibt sich im Wesentlichen aus dem Zusammenspiel der unterschiedlichen Spannungen U₁, U₂ und U₃ und den von den Festkörpergelenken der kardanischen Aufhängung festgelegten Rückstellmomenten. Andere Kräfte wie beispielsweise Gravitationskräfte, die auf den Mikrospiegel 24 wirken, können in diesem Ausführungsbeispiel vernachlässigt werden, da der Mikrospiegel 24 hier sehr klein sein soll. Kräfte, die von Einflüssen wie beispielsweise Gehäuseschwingungen, Luftströmungen oder thermischen Effekten herrühren können jedoch einen erheblichen Anteil an der tatsächlichen Stellung des Mikrospiegels 24 haben.
Um eine möglichst einfache Ansteuerung des Spiegeleinheit 38 zu erreichen, werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ansteuerungselektronik 39 Stellgrößen SG_x und SG_y übergeben, die gewünschten, ungestörten Verkippungswinkeln α_x und α_y um die Kippachsen x und y vorzugsweise linear zugeordnet sind. Zur Umsetzung dieser Stellgrößen SG_x, SG_y in die Spannungen U₁, U₂ und U₃ weist die Ansteuerungselektronik 39 einen Umsetzer 46, einen Multiplexer 48 sowie zwei Signalverstärker in Form zweier steuerbarer Hochspannungsendstufen 50 und 52 auf. Der Umsetzer 46 erhält die beiden Stellgrößen SG_x und SG_y an zwei Eingangsleitungen und bestimmt mittels eines Speichers 45 und/oder einer Berechnungseinheit 47 die Werte der drei Spannungen U₁, U₂ und U₃, die an die Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ angelegt werden. Dabei wird in Abhängigkeit von den Stellgrößen SG_x, SG_y nach einem unten anhand der 4 bis 6 erläuterten Verfahren jeweils eine Steuerelektrode E₁, E₂ oder E₃, beispielsweise die erste Steuerelektrode E₁, ausgewählt, deren Spannung U₁ gegenüber der Spiegelelektrode 44 über den Multiplexer 48 auf Null gesetzt wird, d. h. auf gleiches Potential wie die Spiegelelektrode 44 gelegt wird Über zwei Steuerleitungen, die von dem Umsetzer 46 zu den Hochspannungsendstufen 50 und 52 führen, setzt der Umsetzer 46 dann die beiden anderen Spannungen U₂ und U₃ auf Werte, die eine gewünschte Verkippung des Mikrospiegels 24 bewirken. Der Multiplexer 48, der diese beiden Spannungen U₂ und U₃ erhält und seinerseits von dem Umsetzer 46 angesteuert wird, setzt die ausgewählte Steuerelektrode Ei auf Null und beaufschlagt die anderen beiden Steuerelektroden E₂ und E₃ mit den zugehörigen Spannungen U₂ und U₃.
Auf diese Weise werden zu jedem Zeitpunkt nur zwei Signalverstärker zur Ansteuerung der drei Aktoren benötigt, um eine gewünschte Verkippung des Mikrospiegels 24 um die beiden Kippachsen x, y zu erreichen. Aufgrund der Vielzahl an Spiegeleinheiten 38 in einem Multi-Mirror-Array 22 reduziert sich damit der Aufwand an Hardware, die zur Ansteuerung der Mikrospiegel 24 benötigt wird, erheblich.
Kommen in einer anderen Ausführungsform anstatt der elektrostatischen Steuerelektroden E₁, E₂ oder E₃ beispielsweise elektromagnetische Aktoren zum Einsatz, könnten die Steuersignale, die hier durch die verschiedenen Spannungen U₁, U₂ und U₃ gebildet werden, beispielsweise durch Konstantstromquellen anstatt den Hochspannungsendstufen 50 und 52 erzeugt werden. Insbesondere können die von dem Umsetzer 46 vorgegebenen Signale auch in rein digitaler Form an die verwendeten Signalverstärker übergeben werden, wie dies bei Digital-Analog-Wandler mit integrierter Leistungsendstufe möglich ist.
Benötigen die verwendeten Aktoren ein bestimmtes Ruhesignal, so kann, anstatt das Steuersignal des ausgewählten Aktors auf Null zu setzen, mittels des Multiplexers 48 auch ein Steuersignal angelegt werden, das über mehrere Spiegeleinheiten 38 des Multi-Mirror-Arrays 22 konstant ist. Auf diese Weise kann auch in diesem Fall im Mittel über das Multi-Mirror-Array 22 die Anzahl der benötigten Signalverstärker pro Spiegeleinheit 38 reduziert werden.
Im Folgenden soll anhand der 4 bis 6 ein Berechnungsverfahren beschrieben werden, mit dem die drei Steuersignale, die an die Aktoren der Spiegeleinheit 38 angelegt werden, bestimmt werden können.
Ausgangspunkt des Verfahrens sind die beiden Stellgrößen SG_x und SG_y die beispielsweise von dem Ausgang eines Steuerungs- und Regelungsalgorithmus an den Umsetzer 46 übergeben werden und die Wunschwinkeln, d. h. ungestörten Verkippungswinkeln α_x und α_y des Mikrospiegels 24 um die jeweilige Kippachse x, y, zugeordnet sind. Das Verfahren muss daher in der Lage sein, bei gegebenen Stellgrößen SG_x und SG_y die Spannung U₁, U₂ und U₃ möglichst präzise zu bestimmen, die die Verkippung des, Mikrospiegel 24 in die entsprechenden ungestörten Verkippungswinkel α_x und α_y bewirken.
In einer ersten Näherung können im Falle elektrostatischer Aktoren die Drehmomente, mit denen die Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ auf den Mikrospiegel 24 wirken, als proportional zum Quadrat der jeweiligen Spannung U₁, U₂ und U₃ angenommen werden. Die von den Festkörpergelenken der kardanischen Aufhängung verursachten Rückstellmomente, die mit diesen Drehmomenten im Gleichgewicht stehen, sind näherungsweise proportional zur Verkippung des Mikrospiegels 24, solange man sich im elastischen Bereich der Festkörpergelenke bewegt. Die Proportionalitätskonstanten der Rückstellmomente, die auch als Drehfederkonstanten bezeichnet werden, können in Richtung der Kippachsen x und y unterschiedlich angesetzt werden. Mit Hilfe dieser Drehfederkonstanten, die hier einer einfacheren Formelschreibweise halber mit ihrem reziproken Wert als c_x und c_y angegeben sind, lässt sich somit folgendes einfaches Modell für die Abhängigkeit der ungestörten Verkippungswinkel α_x und α_y von den angelegten Spannungen U₁, U₂ und U₃ formulieren:
Dabei sind e₁ = (e_1x, e_1y)^T, e₂ = (e_2x, e_2y)^T und e₃ = (e_3x, e_3y)^T Proportionalitätsgrößen im Koordinatensystem der Kippachsen x, y, die durch Multiplikation mit den quadrierten Spannungen U₁ ², U₂ ² und U₃ ² das Drehmoment ergeben, das von den einzelnen Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ bewirkt wird. Daher fließen beispielsweise unterschiedliche Orientierungen oder Ausgestaltungen der Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ und der Spiegelelektrode 44, aber auch Fertigungstoleranzen bei deren Herstellung in diese Proportionalitätsgrößen mit ein. Für den hier angenommenen Fall, dass die Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ ideal in dreizähliger Symmetrie positioniert und identisch sind, können für e₁, e₂ und e₃ jeweils um 120° verdrehte Vektoren angesetzt werden, deren Länge der Kraftwirkung der Elektroden entspricht.
Durch Zusammenfassen der Koeffizienten und Umbenennen lässt sich Gleichung (1) vereinfacht umschreiben auf:
Die Einträge der Matrix T, die die Modellparameter p_1x, p_1y, p_2x, p_2y, p_3x, p_3y der Spiegeleinheit 38 darstellen, können entweder aus Konstruktionsdaten oder über ein Messverfahren gewonnen werden. Ein beispielhaftes solches Messverfahren wird unten genauer erläutert werden.
Falls, bedingt durch eine andere Ausführungsform beispielsweise der Elektrodenform, keine quadratische Abhängigkeit des Drehmoments von den jeweiligen Spannungen U₁, U₂ und U₃ vorliegt, kann in obigem Modell der Vektor mit den quadratischen Spannungen jederzeit durch beliebige Funktionen f_i(U_i) ersetzt werden.
Das Gleichungssystem (2) hat unendlich viele Lösungen, die teilweise dadurch eingeschränkt werden können, dass die Spannungen U₁, U₂ und U₃ der Einfachheit halber größer gleich Null sein sollten, da die elektrostatische Anziehungswirkung zwischen zwei Elektroden unabhängig von der Polarität der verwendeten Spannung ist und damit die Hochspannungsendstufen 50, 52 auf einen Spannungsbereich mit nur einer Polarität ausgelegt werden können.
Wird nun eine der Spannungen U₁, U₂ und U₃ gleich Null gesetzt, so wird das Gleichungssystem (2) eindeutig lösbar, da nur noch zwei Unbekannte zu bestimmen sind. Für eine bestimmte Verkippung des Mikrospiegels 24 um die beiden Kippachsen x und y kann jedoch nicht eine beliebige Spannung U₁, U₂ oder U₃ auf Null gesetzt werden. Daher muss in einem ersten Schritt diejenige Steuerelektrode E₁, E₂ und E₃ ausgewählt werden, deren Spannung U₁, U₂ oder U₃ auf Null gesetzt werden kann.
Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, spannen die Stellgrößen SG_x und SG_y einen Stellgrößenraum auf, der dem Raum der ungestörten Verkippungswinkel α_x und α_y um die Kippachsen x und y zugeordnet ist. Prinzipiell kann diese Zuordnung oder Koordinatentransformation beliebig geartet sein, wobei die Stellgrößen SG_x und SG_y vorzugsweise unabhängig voneinander und linear ihrem jeweiligen Verkippungswinkel zugeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird von einer identischen Zuordnung zwischen den Stellgrößen SG_x, SG_y und den ungestörten Verkippungswinkeln α_x, α_y ausgegangen. Die Koordinatenachsen der beiden Räume entsprechen sich daher, wie in 4 angedeutet ist. In dem Stellgrößenraum lassen sich nun verschiedene Kombinationen von Stellgrößen SG_x, SG_y als verschiedene Stellgrößenvektoren SGV auftragen.
Zudem lassen sich, wie in 4 durch die Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ und zu diesen gehörige Wirkverkippungsvektoren w₁, w₂ und w₃ angedeutet ist, auch die Wirkungen der Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃, die diese auf den Mikrospiegel 24 haben, in diesem Stellgrößenraum erfassen. Der jeweilige Wirkverkippungsvektor w₁, w₂ oder w₃ einer Steuerelektrode E₁, E₂ oder E₃ ergibt sich dabei aus den Stellgrößen SG_x, SG_y, die jenen ungestörten Verkippungswinkeln α_x, α_y zugeordnet sind, die der Mikrospiegel 24 einnimmt, wenn ausschließlich diese Steuerelektrode E₁, E₂ oder E₃ mit einer Art Normspannung angesteuert wird.
Die Wirkverkippungsvektoren w₁, w₂ oder w₃ entsprechen daher bis auf eine Multiplikation mit einer Normspannung und der Darstellung im Stellgrößenraum den Einträgen, genauer gesagt den Spalten, der Matrix T, welche die Modellparameter p_1x, p_1y, p_2x, p_2y, p_3x, p_3y der Spiegeleinheit 38 in Gleichung (2) darstellen. Damit wird im Ausführungsbeispiel mit in dreizähliger Symmetrie angeordneten Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ auch ein Ausrichtungswinkel φ zwischen der ersten Steuerelektrode E₁ und der Kippachse y erfasst, der beispielsweise durch Fertigungstoleranzen bedingt ist.
Trägt man nun eine gewünschte Kombination ungestörter Verkippungswinkel α_x und α_y, genauer gesägt die diesen zugeordneten Stellgröße SG_x, SG_y, als Stellgrößenvektor SGV in das Diagramm der 4 ein, so kann dieser durch eine Linearkombination der drei Wirkverkippungsvektoren w₁, w₂ oder w₃ der drei Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ dargestellt werden.
Nach dem Stand der Technik wurde das Gleichungssystem der Gleichung (2) bisher, wie in 5 gezeigt, unter der zusätzlichen Nebenbedingung, dass die Gesamtkraft F_z, die auf das Spiegelelement 14 wirkt, konstant gehalten wird, gelöst. Das heißt, dass die Summe U₁ ² + U₂ ² + U₃ ² für jeden Stellgrößenvektor SGV gleich groß sein sollte. Daraus ergaben sich beispielsweise die in 5 oben gezeigten Spannungsverläufe von U₁ (durchgezogen), U₂ (gestrichelt) und U₃ (punktiert) für eine vollständige Rotation eines gegeben Stellgrößenvektors SGV um den Ursprung des Diagramms in 4, was einer Bewegung der Oberflächennormalen 42 des Mikrospiegels 24 auf einem Kegelmantel mit einem gegebenen Öffnungswinkel entspricht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird aber auf die Nebenbedingung, dass die Gesamtkraft F_z auf den Mikrospiegel 24 konstant gehalten wird, verzichtet und stattdessen, eine der drei Steuerelektrode E₁, E₂ oder E₃ ausgewählt, deren Spannung U₁, U₂ oder U₃ auf Null gesetzt wird. Zwar kann dann nicht ausgeschlossen werden, dass der Mikrospiegel 24 kleinere Hubbewegungen in Richtung senkrecht zu den Kippachsen ausführt. Für die optische Funktion sind derartige Hubbewegungen jedoch im allgemeinen unschädlich, da sich die Hubbewegungen bei ebenen Mikrospiegeln 24 nicht auf die Richtungen auswirken, in die das Projektionslicht abgelenkt wird.
Hierzu wird zuerst die Orientierung des Stellgrößenvektors SGV bezüglich der Wirkverkippungsvektoren w₁, w₂ oder w₃ der drei Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ ermittelt. Dabei kann die Gleichung θ = arctan( SGy / SGx) (3) unter Beachtung des jeweiligen Quadranten verwendet werden, um den Winkel θ zu bestimmen.
Liegt der Winkel θ im Winkelbereich [φ, 120° + φ[, d. h. der Stellgrößenvektor SGV zwischen dem Wirkverkippungsvektor w₁ der ersten Steuerelektrode E₁ und dem Wirkverkippungsvektor w₂ der zweiten Steuerelektrode E₂, so wird das Steuersignal der dritten Steuerelektrode E₃, d. h. U₃ = 0 gesetzt und der Stellgrößenvektor SGV als Linearkombination der Wirkverkippungsvektoren w₁ und w₂ erzeugt. Daraus folgt für die Lösung des linearen Gleichungssystems:
Diese Gleichung ist eindeutig durch
lösbar, wenn man eine positive Lösung für die Wurzel wählt. Die Wurzel in Gleichung (5) ist als komponentenweises Wurzelziehen zu verstehen.
Falls der Winkel θ in den Winkelbereich [120° + φ, 240° + φ[ fällt, so wird, wie aus 4 ersichtlich, U₁ = 0 gesetzt und die beiden anderen Spannungen nach
bestimmt. Für θ innerhalb [240° + φ, 360° + φ[ wird entsprechend U₂ = 0 gesetzt und U₁ und U₃ nach
bestimmt.
In obigen Lösungen können jetzt die beiden ungestörten Verkippungswinkel α_x und α_y allgemein mit Zuordnungsfunktionen α_i = f(SG_i) durch die Stellgrößen SG_x, SG_y ersetzt werden Damit ist für alle Stellgrößenvektoren SGV ein Berechnungsverfahren der drei Spannungen U₁, U₂ und U₃ aus den Stellgrößen SG_x und SG_y gegeben.
Der obere Teil der 6 verdeutlicht den Verlauf der Spannungen U₁ (durchgezogen), U₂ (gestrichelt) und U₃ (punktiert) und zeigt, dass bei dem hier verwendeten Verfahren unter anderem geringere Maximalspannungen nötig sind, um eine bestimmte Verkippung zu erreichen, da jeweils die Steuerelektrode E₁, E₂ oder E₃, deren Wirkverkippungsvektor w₁, w₂ oder w₃ eine Komponente enthält, die dem Stellgrößenvektor SGV entgegenwirken würde, auf Null gesetzt wird Damit kann der Arbeitsbereich der Hochspannungsendstufen 50, 52 kleiner gewählt werden, wodurch sich kleinere Quantisierungsstufen für die einzelnen Spannungen und damit verbunden kleinere Fehler realisieren lassen. Im unteren Teil der 6 ist zudem die Veränderung der Gesamtkraft F_z gezeigt, die bei dem hier beschriebenen Verfahren auftritt und zu den oben bereits erwähnten Hubbewegungen führt.
Wie oben bereits angedeutet, kann zur Bestimmung der Modellparameter p_1x, p_1y, p_2x, p_zy, p_3x, p_3y, d. h. der Einträge der Matrix T, ein Messverfahren eingesetzt werden, um Prozessstreuungen bei der Herstellung der Spiegeleinheiten 38 zu erfassen. Bei einem solchen Messverfahren werden verschiedene Spannungen U₁, U₂ und U₃ angelegt und die daraus resultierenden Verkippungswinkel α_x und α_y gemessen. Um dies zu verdeutlichen, lässt sich das Gleichungssystem (2) in
umschreiben. Diese Schreibweise veranschaulicht nunmehr, dass die ursprünglichen Einträge p_1x, p_1y, p_2x, p_2y, p_3x, p_3y der Matrix T in Form eines Spaltenvektors p → die Unbekannten eines Gleichungssystems mit zwei Gleichungen darstellen.
Mit nur einer Messung ließen sich die Modellparameter p_1x, p_1y, p_2x, p_2y, p_3x, p_3y nicht bestimmen, da das Gleichungssystem der Gleichung (8) noch nicht hinreichend bestimmt wäre. Mit N Messpunkten, wobei N ≥ 3 sein muss, d. h. N-mal eine Zuordnung von den drei Spannungen U₁, U₂, und U₃ auf die beiden Verkippungswinkel α_x und α_y vorliegt, lässt sich Gleichung (8) jedoch N-mal aufstellen:
Der Vektor e → steht dabei für die jeder Messung innewohnende Messunsicherheit. Werden nun die Spannungen U₁₁ bis U_3N so gewählt, dass die Matrix H vollen Rang hat, so können die unbekannten Modellparameter p_1x, p_1y, p_2x, p_2y, p_3x, p_3y aus Gleichungssystem (9) bestimmt werden.
Der Parametervektor p → wird dabei durch p→ = (H^TH)^–1H^Tα → (10) beispielsweise mit einem Least-Squares-Schätzer oder eifern anderen Schätzer geschätzt, um durch die größere Anzahl an Messungen den Fehler des Parametervektors, genauer gesagt den Einfluss der Messunsicherheiten, so weit wie möglich zu eliminieren.
Eine etwas andere Methode, die Spannungen U₁, U₂ und U₃ zu bestimmen, besteht darin, anstatt den Zusammenhang zwischen den angelegten Spannungen U₁, U₂ und U₃ und den daraus resultierenden ungestörten Verkippungswinkeln α_x, α_y in einem Berechnungsmodell zu modellieren, diesen einfach aus einer sogenannten Look-Up-Tabelle auszulesen, die vorher bestimmt wurde.
Dazu werden in einer Messreihe N² ungestörte Verkippungswinkel α_x, α_y innerhalb der Winkelbereiche der beiden Kippachsen x, y angefahren und diese zusammen mit den dazu benötigten Spannungen U₁, U₂ und U₃ in einer Tabelle, vorzugsweise in einem elektronischen Speicher, abgelegt. Sinnvollerweise werden dabei die N² Messpunkte gleichmäßig auf einem N × N Raster innerhalb der Winkelbereiche der beiden Kippachsen x, y verteilt. Das Anfahren der einzelnen Verkippungswinkel kann beispielsweise mit Hilfe eines, Regelungsalgorithmus erfolgen, dem die gemessenen Verkippungswinkel wieder zugeführt werden. Die einzelnen Verkippungswinkel α_x, α_y der Messreihe können aber auch nur mit einem Steuerungsalgorithmus angefahren werden, bei dem, schließlich die tatsächlichen Verkippungswinkel gemessen und mit den zugehörigen Spannungen U₁, U₂ und U₃ in der Tabelle abgelegt werden.
Mit Hilfe einer gegebenen Zuordnung zwischen den Stellgrößen SG_x, SG_y und den ungestörten Verkippungswinkeln α_x, α_y können zu jeder Kombination von Stellgrößen SG_x, SG_y und der Look-Up-Tabelle die zugehörigen Spannungen U₁, U₂ und U₃ während des Betriebs ausgelesen und an die Steuerelektroden E₁, E₂ Und E₃ angelegt werden. Da die Werte der Spannungen U₁, U₂ und U₃ nur an den Stellen der N × N Verkippungswinkel α_x, α_y vorliegen, können Zwischenwerte durch Interpolation, beispielsweise bilinear oder bikubisch, berechnet werden.
Diese soeben geschilderte Vorgehensweise kann zudem damit kombiniert werden, eine der Spannungen U₁, U₂ oder U₃, wie oben erläutert, auf Null zu setzen, indem bereits bei der Erstellung der Look-Up-Tabelle, genauer gesägt beim Anfahren der N² Verkippungswinkel α_x, α_y, eine der Spannungen U₁, U₂ oder U₃ auf Null gesetzt wird. Damit kann auch hier der Aufwand an Signalverstärkern gering gehalten werden.
Da die Spiegeleinheiten 38 in realen Systemen immer gewissen Störungen z unterworfen sind, wird im Folgenden anhand 7 ein Steuerungs- und Regelungssystem 54 erläutert, das tatsächliche Istverkippungswinkel des Mikrospiegels 24 entsprechend vorgegebener Zielverkippungswinkel einstellt.
Hierzu zeigt die 7 ein Schema des Steuerungs- und Regelungssystems 54 als Teil der Ansteuerungseinrichtung 26, dessen verschiedene Komponenten einzeln als Vorrichtungen realisiert sein können. Vorzugsweise jedoch werden die Funktionen des Steuerungs- und Regelungssystems 54 von digitalen Algorithmen übernommen, die beispielsweise in einem Digitalen Signalprozessor (DSP) ausgeführt werden. Deshalb sollen im Folgenden Ausführungen zu verschiedenen Komponenten sich auch auf Realisierungen in Form von Algorithmen beziehen. Verschiedene Ausführungsbeispiele können dabei gegebenenfalls nur einzelne Teile dieser Steuerungs- und Regelungskomponenten enthalten.
Die gestrichelt dargestellte Regelstrecke, auf die die Störung z wirkt, umfasst die Spiegeleinheit 38 einschließlich des Mikrospiegels 24 und der zugehörigen Ansteuerungselektronik 39. Wurde für die Zuordnung der Stellgrößen SG_x, SG_y zu den ungestörten Verkippungswinkeln α_x, α_y des Mikrospiegels 24 um die beiden Kippachsen x, y eine lineare, vorzugsweise identische, Zuordnung gewählt, so bleiben aufgrund der Ansteuerungselektronik 39 die Überlegungen zu den Steuerungs- und Regelungskomponenten frei von den komplexeren Abhängigkeiten der ungestörten Verkippungswinkel α_x, α_y von den drei Steuersignalen der Aktoren, die hier in Form der Spannungen U₁, U₂ und U₃ an die Steuerelektroden E₁, E₂ und E₃ der Spiegeleinheit 38 angelegt werden. Damit wird die Logik der Steuerungs- und Regelungskomponenten einfach gehalten, was unter anderem deren Auslegung vereinfacht.
Am Eingang des Steuerungs- und Regelungssystems 54 erhält eine Trajektorienbestimmungseinheit 56 von einem übergeordneten System oder dem Benutzer die Zielwinkel, um die der Mikrospiegel 24 letztlich verkippt sein soll. Die Trajektorienbestimmungseinheit 56 bestimmt dann aus diesen Zielverkippungswinkeln eine Abfolge von Sollverkippungswinkel, die die Istverkippungswinkel, um die der Mikrospiegel 24 momentan verkippt ist, in die Zielverkippungswinkel überführt. Dies ermöglicht beispielsweise ein sanftes Anfahren der Zielverkippungswinkel. Der Trajektorienbestimmungseinheit 56 können dabei außerdem Kalibrationsdaten übergeben werden, die verwendet werden können, um die Istverkippungswinkel bezüglich übergeordneter Systeme anzupassen.
Die Abfolge der Sollverkippungswinkel wird an einen Regler 58, übergeben, der die Stellgrößen SG_x, SG_y bestimmt oder korrigiert, die an die Ansteuerungselektronik 39 der Spiegeleinheit 38 übergeben werden. Hierzu verwendet der Regler 58 die Regeldifferenz e, die sich aus den Sollverkippungswinkeln zum jeweiligen Zeitpunkt und einer negativen Rückkopplung der von einem Überwachungssystem 60 gemessenen Istverkippungswinkel ergeben. Ein als einfacher PID-Regler ausgeführter Regler 58 kann entsprechend den Regelcharakteristiken der Regelstrecke parametrisiert sein.
Zusätzlich ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vorsteuerung 62 vorgesehen, die ein inverses Systemdynamikmodell der Regelstrecke enthält und so der Reaktion des Mikrospiegels 24 auf eine Änderung der Stellgrößen SG_x, SG_y vorausgreift. Insbesondere aufgrund der Vielzahl von einzelnen Spiegeleinheiten 38 bietet sich eine solche Lösung an, da die Regelungsfrequenz des geschlossenen Regelkreises über den Regler 58, mm Wesentlichen durch die limitierte Bandbreite des Überwachungssystems 60 bedingt, relativ gering sein kann.
Die Vorsteuerung 62, umfasst somit die vorhersehbare Reaktion der Regelstrecke, und der Regler 58 korrigiert die von der Vorsteuerung 62 vorgegebenen Stellgrößen SG_x, SG_y, um die auf die Regelstrecke wirkende Störung z und Fehler der Ansteuerungselektronik 39 auszugleichen.
Die so bestimmten und gegebenenfalls korrigierten Stellgrößen SG_x, SG_y werden dann von der Ansteuerungselektronik 39 gemäß den oben gezeigten Verfahren in Steuersignale umgesetzt und diese an die Aktoren der Spiegeleinheit 38 angelegt.
Alle die oben aufgeführten Verfahren und Vorrichtungen zur Ansteuerung eines Mikrospiegels 24 in einem MultiMirror-Array 22 können auch in Beleuchtungssystemen zum Einsatz kommen die für die Verwendung von EUV-Licht, d. h. Licht mit einer Wellenlänge im Bereich weniger Nanometer, beispielsweise 13,6 nm, geeignet sind.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines Mikrospiegels (24), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Mikrospiegelarrays (22), das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist und den Mikrospiegel (24) enthält, wobei der Mikrospiegel (24) um jeweils einen Verkippungswinkel (α_x, α_y) um zwei Kippachsen (x, y) verkippbar ist und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale (U₁, U₂, U₃) ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen; b) Vorgeben zweier Stellgrößen (SG_x, SG_y), von denen jede einer Kippachse (x, y) zugeordnet ist und die ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) zugeordnet sind; c) Für beliebige Kombinationen der beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) Auswahl einer der drei Aktoren (E₁), dessen Steuersignal (U₁) auf einen konstanten Wert gesetzt wird, in Abhängigkeit von den beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y); d) Bestimmen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) derart, dass beim Anlegen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) an die beiden übrigen Aktoren (E₂, E₃) der Mikrospiegel (24) die ungestörten Verkippungswinkel (α_x, α_y) in Abhängigkeit von den beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) einnimmt; e) Anlegen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) an die Aktoren (E₁, E₂, E₃).
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößen (SG_x, SG_y) den ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) linear zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) der Aktor (E₁), dessen Steuersignal (U₁) auf einen konstanten Wert gesetzt wird, dadurch ausgewählt wird, dass den beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y), die den ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) um die beiden Kippachsen (x, y) zugeordnet sind, ein zweidimensionaler Stellgrößenvektor (SGV) mit einer Richtung (θ) zugeordnet wird, dass jedem einzelnen Aktor (E₁, E₂, E₃) ein Wirkverkippungsvektor (w₁, w₂, w₃) zugeordnet wird, und dass dann derjenige Aktor (E₁) ausgewählt wird, dessen Wirkverkippungsvektor (w₁) eine Richtung (θ) hat, die zu der Richtung (θ) des Stellgrößenvektors (SGV) nicht unmittelbar benachbart ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkverkippungsvektor (w₁, w₂, w₃) eines Aktors (E₁, E₂, E₃) sich aus den Stellgrößen (SG_x, SG_y) ergibt, die den ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) zugeordnet sind, die der Mikrospiegel (24) einnimmt, wenn ausschließlich dieser Aktor (E₁, E₂, E₃) angesteuert wird
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverkippungsvektoren (w₁, w₂, w₃) durch Messen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Stellgrößenvektors (SGV) und der Wirkverkippungsvektoren (w₁, w₂, w₃) nach
bestimmt wird, wobei SG_x und SG_y die den ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) um die jeweilige Kippachse (x, y) zugeordneten Stellgrößen (SG_x, SG_y) sind und θ den Winkel angibt, den der jeweilige Vektor mit einer Richtung y einschließt, die mit einer der beiden Kippachsen (x, y) zusammenfällt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (E₁, E₂, E₃) in dreizähliger Symmetrie angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 6 und nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkverkippungsvektor (w₁) eines ersten Aktors (E₁) eine Richtung hat, die bis auf einen Ausrichtungswinkel φ mit der Richtung y zusammenfällt, der Wirkverkippungsvektor (w₂) eines zweiten Aktors (E₂) mit dem Wirkverkippungsvektor (w₁) des ersten Aktors (E₁) einen Winkel von 120° einschließt, und der Wirkverkippungsvektor (w₃) eines dritten Aktors (E₃) mit dem Wirkverkippungsvektor (w₂) des zweiten Aktors (E₂) einen Winkel von 120° einschließt, und dass die Richtung θ des Stellgrößenvektors (SGV) bestimmt wird und dann für θ ∊ [φ, 120° + φ[ der dritte Aktor (E₃), für θ ∊ [120°+ φ, 240° + φ[ der erste Aktor (E₁) und für θ ∊ [240° + φ, 360 + φ[ der zweite Aktor (E₂) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) in Schritt b) durch einen Steuerungsalgorithmus (62), einen Regelungsalgorithmus (58) oder einen kombinierten Steuerungs- und Regelungsalgorithmus (54) aus Sollverkippungswinkeln bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Zielverkippungswinkel vorgegeben werden und eine Trajektorie bestimmt wird, die eine Abfolge von Sollverkippungswinkeln umfasst, die Istverkippungswinkel, um die der Mikrospiegel (24) momentan verkippt ist, in die Zielverkippungswinkel überführt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestimmen der SollverkippungsWinkel Kalibrationsdaten berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) von einem Regelungsalgorithmus (58) vorgegeben oder von diesem korrigiert werden, wobei der Regelungsalgorithmus (58) eine Regeldifferenz erhält, die aus den Sollverkippungswinkeln und einer negativen Rückkopplung der von einem Überwachungssystem (60) gemessenen Istverkippungswinkeln, um die der Mikrospiegel (24) momentan verkippt ist, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) vorgegeben werden, indem diese mit Hilfe eines Vorsteuerungsalgorithmus (62), der ein inverses Systemdynamikmodell verwendet, den Sollverkippungswinkel zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c) und d) folgenden Schritt umfassen: Bestimmen, der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) bei gegebenen Stellgrößen (SG_x, SG_y) aus einer Zuordnungstabelle.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Parametrisierungsphase durch Anlegen verschiedener Steuersignale (U₁, U₂, U₃) an die Aktoren (E₁, E₂, E₃), Messen der daraus resultierenden Verkippungswinkel (α_x, α_y) und anschließendem linearen Zuordnen der beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) zu den resultierenden Verkippungswinkeln (α_x, α_y) die Zuordnungstabelle zwischen den beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) und den drei Steuersignalen (U₁, U₂, U₃) erstellt wird, wobei beim Anlegen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) jeweils ein Steuersignal (U₁, U₂, U₃) konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) folgenden Schritt umfasst: Bestimmen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) bei gegebenen Stellgrößen (SG_x, SG_y) anhand einer Berechnungsvorschrift, die einen Parametervektor verwendet.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Parametrisierungsphase durch Schätzen aus mindestens 3 Zuordnungen zwischen Verkippungswinkeln (α_x, α_y) und den Steuersignalen (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) der Parametervektor bestimmt wird, wobei die mindestens 3 Zuordnungen durch Anlegen verschiedener Steuersignale (U₁, U₂, U₃) an die Aktoren (E₁, E₂, E₃) und Messen daraus resultierender Verkippungswinkel (α_x, α_y) bestimmt werden.
Verfahren zur Ansteuerung eines Mikrospiegels (24), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Mikrospiegelarrays das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist und den Mikrospiegel (24) enthält, wobei der Mikrospiegel (24) um jeweils einen Verkippungswinkel (α_x, α_y) um zwei Kippachsen (x, y) verkippbar ist und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale (U₁, U₂, U₃) ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen; b) Erstellen einer Zuordnungstabelle zwischen den Verkippungswinkeln (α_x, α_y) und den Steuersignalen (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) durch Anfahren und Messen mehrerer Verkippungswinkel (α_x, α_y) des Mikrospiegels (24) und Speichern der dafür angelegten Steuersignale (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃); c) Vorgeben zweier Stellgrößen (SG_x, SG_y), von denen jede einer Kippachse (x, y) zugeordnet ist und die ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) linear zugeordnet sind; d) Bestimmen von Steuersignalen (U₁, U₂, U₃), die eine Verkippung des Mikrospiegels (24) um die ungestörten Verkippungswinkel (α_x, α_y) bewirken, indem die beiden Stellgrößen (SG_x, SG_y) entsprechend der Zuordnung in Schritt c) den Verkippungswinkeln (α_x, α_y) der Zuordnungstabelle linear zugeordnet und die diesen Verkippungswinkeln (α_x, α_y) zugeordneten Steuersignale (U₁, U₂, U₃) aus der Zuordnungstabelle ausgelesen werden; e) Anlegen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) an die Aktoren (E₁, E₂, E₃).
Verfahren zur Ansteuerung eines Mikrospiegels (24), mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Mikrospiegelarrays (22), das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist und den Mikrospiegel (24) enthält, wobei der Mikrospiegel (24) um jeweils einen Verkippungswinkel (α_x, α_y) um zwei Kippachsen (x, y) verkippbar ist und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale (U₁, U₂, U₃) ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen; b) Bestimmen von mindestens 3 Zuordnungen zwischen den Verkippungswinkeln (α_x, α_y) und den Steuersignalen (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) durch Anfahren und Messen verschiedener Verkippungswinkeln (α_x, α_y) des Mikrospiegels (24) und den dafür angelegten Steuersignale (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃); c) Schätzen eines Parametervektors aus den in Schritt b) gewonnen Zuordnungen; d) Vorgeben zweier Stellgrößen (SG_x, SG_y), von denen jede einer Kippachse (x, y) zugeordnet ist; e) Bestimmen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) bei gegebenen Stellgrößen (SG_x, SG_y) mit Hilfe einer Berechnungsvorschrift, die den geschätzten Parametervektor verwendet; f) Anlegen der Steuersignale (U₁, U₂, U₃) an die Aktoren (E₁, E₂, E₃).
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Parametervektor mit einem Least-Squares-Schätzer geschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrospiegel (24) um die Kippachsen (x, y) jeweils mindestens 3 unterschiedliche Verkippungswinkel (α_x, α_y) annehmen kann.
Ansteuerungselektronik (39) zur Ansteuerung eines Mikrospiegels (24), der in einem Mikrospiegelarray (22) enthalten ist, das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel (24) zwei Kippachsen (x, y) hat und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) zugeordnet sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen, und die Ansteuerungselektronik (39) aufweist: a) einen Umsetzer (46) mit einem Eingang für Stellgrößen (SG_x, SG_y), die ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) um die beiden Kippachsen (x, y) zugeordnet sind, b) zwei Signalverstärker (50, 52), die über den Umsetzer (46) steuerbar sind, und c) eine Schalteinheit (48), über welche die drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) mit Steuersignalen (U₁, U₂, U₃) beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass d) in Abhängigkeit der an dem Eingang des Umsetzers (46) anliegenden Stellgrößen (SG_x, SG_y) mit Hilfe des Umsetzers (46) und der Schalteinheit (48) das Steuersignal (U₁, U₂, U₃) von einem der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) auf einen konstanten Wert setzbar ist, und e) die beiden übrigen Steuersignale (U₁, U₂, U₃) mit Hilfe des Umsetzers (46), der Schalteinheit (48) und der beiden Signalverstärker (50, 52) so an den Aktoren (E₁, E₂, E₃) anlegbar sind, dass der Mikrospiegel (24) die den Stellgrößen (SG_x, SG_y) zugeordneten ungestörten Verkippungswinkel (α_x, α_y) um die beiden Kippachsen (x, y) einnimmt.
Ansteuerungselektronik (39) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang für Stellgrößen (SG_x, SG_y) des Umsetzers (46) mit einem Steuerungssystem (62), einem Regelungssystem (58) oder einem kombinierten Steuerungs- und Regelungssystem (54) verbunden ist, mit dem die Stellgrößen (SG_x, SG_y) aus Sollverkippungswinkeln bestimmbar sind.
Ansteuerungselektronik (39) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer (46) einen Speicher (45) für eine Zuordnungstabelle aufweist, aus der die Steuersignale (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzers (46) anliegenden Stellgrößen (SG_x, SG_y) bestimmbar sind.
Ansteuerungselektronik (39) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzer (46) eine Berechnungseinheit (47) aufweist, mit der anhand einer Berechnungsvorschrift, die einen Parametervektor verwendet, die Steuersignale (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzers (46) anliegenden Stellgrößen (SG_x, SG_y) berechenbar sind.
Ansteuerungselektronik (39) zur Ansteuerung eines Mikrospiegels (24), der in einem Mikrospiegelarray (22) enthalten ist, das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel (24) zwei Kippachsen (x, y) hat und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale (U₁, U₂, U₃) ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen, und die Ansteuerungselektronik (39) aufweist: a) einen Umsetzer (46) mit einem Eingang für Stellgrößen (SG_x, SG_y), die ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) um die beiden Kippachsen (x, y) zugeordnet sind, und b) Signalverstärker (50, 52), die über den Umsetzer (46) steuerbar und direkt oder indirekt mit den Aktoren (E₁, E₂, E₃) verbunden sind, wodurch die Aktoren (E₁, E₂, E₃) mit den Steuersignalen (U₁, U₂, U₃) beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass c) der Umsetzer (46) einen Speicher (45) für eine Zuordnungstabelle aufweist, aus der die Steuersignale (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzers (46) anliegenden Stellgrößen (SG_x, SG_y) bestimmbar sind.
Ansteuerungselektronik zur Ansteuerung eines Mikrospiegels (24), der in einem Mikrospiegelarray enthalten ist, das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel (24) zwei Kippachsen hat und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) zugeordnet sind, die jeweils durch Steuersignale (U₁, U₂, U₃) ansteuerbar sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen, und die Ansteuerungselektronik (39) aufweist: a) einen Umsetzer (46) mit einem Eingang für Stellgrößen (SG_x, SG_y), die ungestörten Verkippungswinkeln (α_x, α_y) um die beiden Kippachsen (x, y) zugeordnet sind, b) Signalverstärker (50, 52), die über den Umsetzer (46) steuerbar und direkt oder indirekt mit den Aktoren (E₁, E₂, E₃) verbunden sind, wodurch die Aktoren (E₁, E₂, E₃) mit den Steuersignalen (U₁, U₂, U₃) beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass c) der Umsetzer (46) eine Berechnungseinheit (47) aufweist, mit der anhand einer Berechnungsvorschrift, die einen Parametervektor verwendet, der in einer Parametrisierungsphase schätzbar ist, die Steuersignale (U₁, U₂, U₃) der drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) in Abhängigkeit von den an dem Eingang des Umsetzers (46) anliegenden Stellgrößen (SG_x, SG_y) berechenbar sind.
Mikrospiegelsystem mit einer Ansteuerungselektronik nach einem der Ansprüche 22 bis 27 und einem Mikrospiegel (24), der in einem Mikrospiegelarray (22) enthalten ist, das in einem Beleuchtungssystem (10) einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel (24) zwei Kippachsen (x, y) hat und dem Mikrospiegel (24) drei Aktoren (E₁, E₂, E₃) zugeordnet sind, um den Mikrospiegel (24) um die beiden Kippachsen (x, y) zu verkippen.