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Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie mit einem Mittel zur mechanischen Aktuierung eines optischen Elements. Üblicherweise werden optische Elemente in Projektionsbelichtungsanlagen beispielsweise mittels Lorentzaktuatoren oder auch mittels Piezoaktuatoren mechanisch aktuiert, also beispielsweise bewegt, deformiert oder auch gelagert. Allerdings sind diese aus dem Stand der Technik bekannten Aktuatoren nicht für alle Einsatzbereiche optimal geeignet. So ist der Einsatz der genannten Aktuatoren in der Regel mit einer erheblichen Wärmeentwicklung verbunden, welche sich durch die damit verbundene thermische Deformation der verwendeten Komponenten nachteilig auf die optischen Eigenschaften des übergeordneten Systems auswirken kann. Daneben ist die maximale Aktuatorkraft in Bezug auf das für den Aktuator beanspruchte Volumen ebenfalls nicht immer für die jeweilige Anwendung ausreichend.
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Ausgehend von der hier geschilderten Problematik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem mechanisch aktuierten optischen Element anzugeben, wobei in einem vergleichsweise kleinen Raumbereich eine erhebliche Aktuatorkraft bei gleichzeitig geringer Wärmeentwicklung erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage für die Halbleiter-Lithographie weist mindestens ein optisches Element auf, wobei mindestens ein Mittel zur mechanischen Aktuierung des optischen Elementes vorhanden ist. Dabei ist das Mittel zur mechanischen Aktuierung als Fluidaktuator ausgebildet, welcher dazu geeignet ist, einen Fluidstrom auf das optische Element zu lenken. Unter "mechanischer Aktuierung" ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung wie bereits oben erwähnt insbesondere eine Lagerung an einer definierten Position, eine Bewegung des optischen Elementes oder auch eine lokale Deformation des optischen Elementes zu verstehen. Durch das Auftreffen des Fluidstromes auf bestimmte Bereiche des optischen Elementes können in vorteilhafter Weise Kräfte in dieses eingeleitet werden. Insbesondere gestattet es die Verwendung eines Fluidstromes, bei geringem Platzbedarf für die Aktuatorik lokal vergleichsweise große Kräfte in das optische Element einzuleiten. Der geringe Platzbedarf der erfindungsgemäßen Lösung rührt im Wesentlichen daher, dass für die Realisierung des Fluidaktuators lediglich eine druckbeaufschlagte Zuleitung mit einer entsprechend ausgerichteten Mündung geschaffen werden muss. Die zur Schaffung des gewünschten Fluidstromes erforderlichen Drücke können dann dort erzeugt werden, wo der erforderliche Bauraum zur Verfügung steht. Im Unterschied zu konventionellen Lösungen wie beispielsweise der Verwendung von Tauchspulen oder Piezoaktuatoren ist darüber hinaus der Wärmeeintrag in den aktuierten Bereich des optischen Elementes oder dessen Umgebung vergleichsweise gering bzw. kann dieser durch eine geeignete Temperierung des Aktuatorfluids aktiv beeinflusst werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das optische Element mindestens bereichsweise plattenförmig und Mittel zur mechanischen Aktuierung in der Weise ausgebildet sein, dass ein Fluidstrom sowohl auf einer Plattenoberseite als auch auf einer Plattenunterseite auf das optische Element gelenkt werden kann. Auf diese Weise kann eine bereichsweise Auslenkung des optischen Elementes beziehungsweise des von dem Fluidstrom beaufschlagten Bereiches um einen Nulllage herum in beide Richtungen erreicht werden.
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Weiterhin von Vorteil ist es, wenn der Fluidaktuator einen rohrförmigen Abschnitt aufweist, durch welchen das Fluid in Richtung des optischen Elements geführt werden kann und wobei der rohrförmige Abschnitt eine Mündung aufweist, welche dem optischen Element zugewandt sein kann. Dadurch, dass der Fluidaktuator vergleichsweise simpel mit einem rohrförmigen Abschnitt mit einer auf das optische Element ausgerichteten Mündung ausgebildet ist, kann erreicht werden, dass zur Einstellung gewünschter Deformationen oder Bewegungen der Fluidaktuator vergleichsweise schnell angesteuert werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, die üblicherweise für Luftlager bestimmte Drossel wegzulassen, damit die im vorliegenden Fall zur Aktuierung erwünschten Druckschwankungen des Fluids schnell auf das optische Element weitergegeben werden können. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Fluidaktuator eine Mehrzahl von Einzelkanälen auf, von welchen mindestens eine Teilmenge mit ihrer Mündung in Richtung auf das optische Element ausgerichtet sein kann. Die Einzelkanäle können diskret ausgeführt sein oder in Form einer porösen Platte.
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Als Fluid kann beispielsweise ein Gas oder ein Gasgemisch, insbesondere Luft oder Stickstoff verwendet werden.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn Senkelemente zur Abführung des zur Aktuierung verwendeten Mediums aus der Umgebung des aktuierten Bereiches vorhanden sind. Unter Senkelementen können insbesondere Mündungen von Absaugrohren verstanden werden, welche ihrerseits mit einem unter Unterdruck stehenden Volumen verbunden sind, so dass das zur Aktuierung verwendete Medium unverzüglich aus dem Bereich des aktuierten Bereiches abgeführt wird und damit die optische Leistungsfähigkeit des optischen Elements (etwa durch Schlierenbildung oder ähnliches) nicht beeinträchtigen kann.
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Der Fluidaktuator weist in einer vorteilhaften Variante der Erfindung mindestens einen Austrittskanal für das zur Aktuierung verwendete Fluid auf, wobei der Austrittskanal einen mit dem optischen Element verbundenen Fortsatz aufnimmt oder wobei der Austrittskanal von einem Fortsatz, welcher mit dem optischen Element verbunden ist, umgeben ist. Ebenfalls denkbar ist, dass das optische Element eine Ausnehmung aufweist, in welche der Austrittskanal münden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann zwischen dem Austrittskanal und dem Fortsatz ein Strömungsspalt, insbesondere ein zylindrischer Strömungsspalt ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann der genannte zylindrische Strömungsspalt dadurch ausgebildet werden, dass der Fortsatz als zylindrischer Stutzen ausgebildet ist, welcher über einen bestimmen Längenabschnitt in einen rohrförmig ausgebildeten Austrittskanal ragt. Alternativ kann auch der Fortsatz rohrfömig ausgebildet sein und den Austrittskanal über einen bestimmten Längenabschnitt umschließen. In beiden Fällen tritt im Strömungsspalt eine Drosselfunktion auf und Druckschwankungen im Fluid werden direkt umgesetzt. Allerdings kann in diesem Fall der Aktuator eine etwas größere Bauhöhe beanspruchen. Um die Reaktionsgeschwindigkeit des Aktuators zu erhöhen, ist es vorteilhaft, in der Fluidzuleitung eine Austrittsöffnung für das Fluid vorzusehen, so dass sich der in dem Aktuator und der Zuleitung vorhandene Druck im Falle eines Regelvorgangs insbesondere bei abfallendem Druck schnell einstellen bzw. schnell reduzieren kann.
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Ferner gewährleistet eine derartige Anordnung eine zusätzliche mechanische Grobfixierung des optischen Elementes, was für einige Anwendungssituationen von Vorteil sein kann. Diese Anordnung hat insbesondere die Wirkung, dass die Breite des Strömungsspaltes nicht von der Auslenkung des optischen Elementes im beaufschlagten Bereich abhängt.
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Insbesondere kann das optische Element mit einer Dicke zwischen 1 mm und 5 mm, insbesondere mit einer Dicke zwischen 2,5 mm und 3 mm im von dem Fluidstrom beaufschlagten Bereich um einen maximalen Weg je nach Dicke zwischen +/–28 µm und +/–6 µm, insbesondere zwischen +/–11 µm und +/–9 µm ausgelenkt werden; ferner kann durch den Fluidaktuator eine maximale Kraft im Bereich von 1,3 N bis 95 N, insbesondere von 10 N bis 30 N aufgebracht werden.
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Die Fläche des beaufschlagten Bereiches kann beispielsweise bis zu 25 mm2 betragen; daneben kann der Fluidaktuator geeignet sein, die Auslenkung des optischen Elements mit einer Frequenz von bis zu 100 Hz zu verändern.
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Die vorliegende Erfindung macht sich insbesondere die vorteilhafte Eigenschaft von Fluidaktuatoren zunutze, einen einmal erreichten Gleichgewichtszustand praktisch selbsttätig wieder einzustellen. So ändert sich mit einer Änderung der Spaltbreite zwischen der Austrittsöffnung des Fluids und der aktuierten bzw. gelagerten Oberfläche des optischen Elements die von dem Aktuator auf das optische Element ausgeübte Kraft genau in der Weise, dass das System bestrebt ist, wieder in die Gleichgewichtslage zurückzukehren.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Projektionsbelichtungsanlage;
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2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fluidaktuators;
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2a eine Detaildarstellung eines Mündungsbereiches eines Austrittskanals eines erfindungsgemäßen Fluidaktuators;
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3 eine schematische Darstellung einer Variante der Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung,
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5 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante der Erfindung; und
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6 einen Manipulator, in welchem das erfindungsgemäße Prinzip zur Anwendung kommen kann.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsanlage 1 dargestellt. Diese dient zur Belichtung von Strukturen auf ein mit photosensitiven Materialien beschichtetes Substrat, welches im allgemeinen überwiegend aus Silizium besteht und als Wafer 2 bezeichnet wird, zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z.B. Computerchips.
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Die Projektionsbelichtungsanlage 1 besteht dabei im Wesentlichen aus einer Beleuchtungseinrichtung 3, einer Einrichtung 4 zur Aufnahme und exakten Positionierung einer mit einer Struktur versehenen Maske, einem sogenannten Reticle 5, durch welches die späteren Strukturen auf dem Wafer 2 bestimmt werden, einer Einrichtung 6 zur Halterung, Bewegung und exakten Positionierung eben dieses Wafers 2 und einer Abbildungseinrichtung, nämlich einem Projektionsobjektiv 7, mit mehreren optischen Elementen 8, die über Fassungen 9 in einem Objektivgehäuse 40 des Projektionsobjektives 7 gehalten sind.
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Das grundsätzliche Funktionsprinzip sieht dabei vor, dass die in das Reticle 5 eingebrachten Strukturen auf den Wafer 2 abgebildet werden; die Abbildung wird in der Regel verkleinernd ausgeführt.
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Die Beleuchtungseinrichtung 3 stellt einen für die Abbildung des Reticles 5 auf dem Wafer 2 benötigten Projektionsstrahl 11 in Form elektromagnetischer Strahlung bereit. Als Quelle für diese Strahlung kann ein Laser, eine Plasmaquelle oder dergleichen Verwendung finden. Die Strahlung wird in der Beleuchtungseinrichtung 3 über optische Elemente so geformt, dass der Projektionsstrahl 11 beim Auftreffen auf das Reticle 5 die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Durchmesser, Polarisation, Form der Wellenfront und dergleichen aufweist.
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Über die Strahlen 11 wird ein Bild des Reticles 5 erzeugt und von dem Projektionsobjektiv 7 entsprechend verkleinert auf den Wafer 2 übertragen, wie bereits vorstehend erläutert wurde. Dabei können das Reticle 5 und der Wafer 2 synchron verfahren werden, so dass praktisch kontinuierlich während eines sogenannten Scanvorganges Bereiche des Reticles 5 auf entsprechende Bereiche des Wafers 2 abgebildet werden. Das Projektionsobjektiv 7 weist eine Vielzahl von einzelnen refraktiven, diffraktiven und/oder reflexiven optischen Elementen 8, wie z.B. Linsen, Spiegeln, Prismen, Abschlussplatten und dergleichen auf, wobei diese optischen Elemente 8 beispielsweise mittels eines Fluidaktuators mechanisch aktuiert werden können. Der Fluidaktuator ist dabei nicht zwingend Teil des Projektionsobjektives. Er kann auch vor einem ersten Element des Projektionsobjektives, insbesondere an einer optischen Korrekturplatte, angeordnet sein.
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In 2 ist in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßer Fluidaktuator abgebildet. Der Fluidaktuator 100 weist vorliegend eine Zufuhrleitung 12 auf, durch welche ein Fluid geleitet wird. Diese Zufuhrleitung 12 wird in zwei Austrittskanäle 12.1 und 12.2 für das zur Aktuierung verwendete Fluid aufgeteilt, wobei die Austrittskanäle 12.1 und 12.2 derart angeordnet sind, dass der erste Austrittskanal 12.1 oberhalb und der zweite Austrittskanal 12.2 unterhalb eines zu aktuierenden Elements, hier ein optisches Element 8, mündet. Das optische Element 8 ist im gezeigten Beispiel vollständig von erfindungsgemäßen Fluidaktuatoren 100 gelagert, wozu eine ausreichende Anzahl an Aktuatoren so verteilt wird, dass eine definierte Lagerung möglich ist. Zur Verdeutlichung ist in der Figur ein weiterer, gegenüberliegender Fluidaktuator 100' angedeutet. Der Fluidaktuator 100 weist weiterhin in dem Bereich, wo sich die Zufuhrleitung 12 in zwei Austrittskanäle 12.1 und 12.2 aufteilt, ein Umschaltventil 14 auf. Durch eine geeignete Ansteuerung des Umschaltventils 14 ist es möglich, einen Fluidstrom zu erzeugen, der beliebig zu und abgeschaltet werden kann, zeitlich alternierend durch jeweils eine der beiden Mündungen der Austrittskanäle 12.1 oder 12.2 ausströmt oder durch lediglich eine der beiden Austrittskanäle 12.1 oder 12.2 gelenkt wird. Als Mündung 12.1' und 12.2' ist der Endbereich des Austrittskanals 12.1 und 12.2 zu verstehen. Durch den Austritt des Fluidstroms aus der Mündung oder den Mündungen der Austrittskanäle 12.1 und/oder 12.2 kann das optische Element 8 gezielt entsprechend lokal ausgelenkt und damit insgesamt deformiert werden, ohne das ein direkter Kontakt mit den Elementen des Fluidaktuators nötig ist. Der Bereich, in welchem das ausströmende Fluid auf das optische Element 8 trifft, wird im Folgenden als beaufschlagter Bereich 13.1 und 13.2 bezeichnet. Das aus den Mündungen 12.1' und 12.2' der Austrittskanäle 12.1 und 12.2 ausgetretene Fluid kann wiederum mittels Senkelementen 15.1 und 15.2, welche eine Mündung im Bereich des beaufschlagten Bereiches 13.1 und 13.2 aufweisen, abgesaugt werden. Weiterhin kann durch das Umschaltventil 14 auch ein unterschiedlich starker Fluidstrom auf die Austrittskanäle 12.1 und 12.2 verteilt werden, so dass der beaufschlagte Bereich 13.1 oberhalb des optischen Elementes 8 beispielsweise eine größere Kraft erfährt als der beaufschlagte Bereich 13.2 unterhalb des optischen Elementes 8 oder umgekehrt.
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In der Teilfigur 2a ist der Bereich der Mündung 12.1' und 12.2' der Austrittskanäle 12.1 oder 12.2, aus welcher das Fluid strömt, noch einmal im Detail dargestellt. Diese Darstellung verdeutlicht, dass zwischen Austrittskanal 12.1 und 12.2 und optischen Element 8 kein Berührungskontakt besteht, sondern sich vielmehr ein Luftspalt ausbildet.
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Im gezeigten Beispiel macht sich die vorliegende Erfindung insbesondere die vorteilhafte Eigenschaft von Fluidaktuatoren zunutze, einen einmal erreichten Gleichgewichtszustand praktisch selbsttätig wieder einzustellen. So ändert sich mit einer Änderung der Spaltbreite zwischen der Mündung 12.1' und 12.2' und der aktuierten bzw. gelagerten Oberfläche des optischen Elements 8 die von dem Aktuator auf das optische Element 8 ausgeübte Kraft genau in der Weise, dass das System bestrebt ist, wieder in die Gleichgewichtslage zurückzukehren.
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3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei welcher die Mündung 12.1' oder 12.2' der Austrittskanäle 12.1 oder 12.2 über einen an dem optischen Element 8 befestigten Fortsatz 17 gestülpt wird, wobei der Fortsatz 17 derart ausgebildet ist, dass sich zwischen der Mündung 12.1' oder 12.2' der Austrittskanäle 12.1 oder 12.2 und Fortsatz 17 stets ein im Wesentlichen hohlzylindrischer Strömungsspalt 18 bildet, durch welchen das Fluid nach außen dringen kann. Durch die Bildung eines derartigen Strömungsspaltes 18 können Druckschwankungen effizient umgesetzt werden. Ferner gewährleistet die gezeigte Anordnung eine zusätzliche mechanische Grobfixierung des optischen Elementes 8, was für einige Anwendungssituationen von Vorteil sein kann. Die gezeigte Anordnung hat insbesondere die Wirkung, dass die Breite des Luftspaltes nicht von der Auslenkung des optischen Elementes 8 im beaufschlagten Bereich abhängt. Im Vergleich zu der in 2 gezeigten Lösung hängt die durch den Fluidaktuator aufgebrachte Kraftdifferenz ΔF bei einer gegebenen Druckdifferenz ΔP damit in geringerem Maße von der Auslenkung des optischen Elementes 8 im beaufschlagten Bereich 13.1 und 13.2 ab.
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Die Bildung des Strömungsspaltes 18 kann auch realisiert werden, indem das optische Element 8.1 eine Ausnehmung 19 aufweist, in welche der Austrittskanal 12.1 oder 12.2 mündet, wie in 4 dargestellt ist.
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5 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, in welcher der Fortsatz 17.1 als Hohlkörper ausgebildet ist und dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Austrittskanals 12.1 und 12.2, so dass der Austrittskanal 12.1 oder 12.2 innerhalb des Fortsatzes 17.1 mündet.
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In 6 ist in einer perspektivischen Darstellung schematisch ein Manipulator 200 dargestellt, in welchem das erfindungsgemäße Prinzip zur Anwendung kommen kann. Der gezeigte Manipulator 200 kann dabei insbesondere vor dem ersten optischen Element eines Projektionsobjektives zur Korrektur von Wellenfronten zum Einsatz kommen. Der Manipulator 200 ist dabei über einen Grundrahmen 104 mit der Fassung 103 eines ersten optischen Elementes 8 des Projektionsobjektives verbunden, insbesondere verschraubt. Der Grundrahmen 104 ist im vorliegenden Beispiel durch eine 3-Punkt-Verbindung mit dem Projektionsobjektiv verbunden, was eine leichte reproduzierbare Tauschbarkeit ermöglicht. Eine Funktion des Grundrahmens 104 besteht im gezeigten Beispiel darin, sowohl einen Sensorrahmen 105 als auch einen Tragrahmen 106 aufzunehmen, auf welche nachfolgend detaillierter eingegangen werden wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Grundrahmen 104 eine mechanische Entkopplung zwischen dem Trag- und dem Sensorrahmen 105, 106 leistet, d. h. es soll gewährleistet sein, dass Deformationen des Tragrahmens 106 keine mechanischen Auswirkungen auf den Sensorrahmen 105 haben. Ferner muss der Grundrahmen 104 die beiden vorgenannten Rahmen 105 und 106 relativ zum Projektionsobjektiv halten und Deformationen aus dem Tragrahmen 106 gegenüber der Umgebung entkoppeln. Daneben nimmt der Grundrahmen 104 auch die erforderlichen Schnittstellen nach außen, wie z.B. Stecker, Abdeckungen o.ä. auf. Der Grundrahmen 104 ist vorteilhafterweise aus einem nichtmagnetischen Material wie bspw. Titan, einem nichtmagnetischen Stahl oder einer Keramik hergestellt, um Einflüsse, welche von den magnetischen Lorentzantrieben der Reticlestage herrühren könnten, so weit wie möglich zu minimieren. Ebenfalls erkennbar in der 2 sind Nuten 107 zum Führen von Kabeln, Fasern oder ähnlichem.
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Der Tragrahmen 6 trägt über die Aktuiereinheiten 100, wie beispielsweise Fluidaktuatoren 100, das optische Element 8 des Manipulators 200 und nimmt – neben der Gewichtskraft des optischen Elementes 8 – diejenigen Kräfte auf, die von den Aktuiereinheiten 100 insbesondere im Falle einer (gewollten) Deformation des optischen Elementes 8 ausgehen.
