JP5460598B2 - 光学モジュールに作用する設定可能な力を有する光学デバイス - Google Patents

光学モジュールに作用する設定可能な力を有する光学デバイス Download PDF

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Description

本発明は、光学デバイス、この種の光学デバイスを含む光学結像デバイス、及び光学デバイスの光学モジュールに対して力を作用する方法に関する。本発明は、あらゆる望ましい光学デバイス又は光学結像方法に関連して用いることができる。特に、本発明は、マイクロ電子回路の製造に使用されるマイクロリソグラフィに関連して用いることができる。
特に、マイクロリソグラフィの分野では、とりわけ、使用される可能な最高精度を有する構成要素に対してのみならず、結像デバイスの光学モジュール、すなわち、例えば、レンズ、ミラー、又は格子のような光学要素に加えて、使用されるマスク及び基板をも有するモジュールの位置及び幾何学形状を事前設定された設定値に対して作動中に可能な限り正確に設定するか又はそのような構成要素をこれらのモジュールが調節された状態の位置に保持し、相応に高い品質の像形成を提供することを可能にする必要性が存在する(光学モジュールという用語は、本発明の目的では、単独の光学要素、並びにそのような光学要素と例えば装着部品のような他の構成要素とのアセンブリの両方を意味するように意図している)。
マイクロリソグラフィの分野では、精度要件は、数ナノメートル又はそれ未満の桁の微細領域にある。これらの要件は、特に、製造されるマイクロ電子回路の小型化を推し進めるために、マイクロ電子回路の製造に使用される光学系の分解能を高めることへの絶え間ない要求の結果である。特に、分解能を高めるために高い開口数で作動する最新のリソグラフィシステムでは、高い開口数の利点を十分に利用することを可能にするために、作動は、強く偏光されたUV光を用いて実施される。従って、この場合、光が光学系を通過する間に、光の偏光を維持することは特に重要なことである。この場合、特に問題と考えられるものは、光学要素内の応力によって引き起こされる応力誘起の複屈折であり、この複屈折は、系における極性消失の実質的な部分の原因となる。
例えば、光学要素のような調節済み構成要素をそれが調節された状態の位置に保持するのに、通常は2つの異なる概念が使用される。一方では、光学要素とその支持構造体の間で堅固に接合される接続が使用される。しかし、これらの接続は、UV光の影響下で起こり得る不十分な長期接続安定性の欠点のみならず、堅固に接合される接続を作り出す段階が、光学要素における望ましくない応力、極性消失、及び従って像が形成される際の品質の劣化をもたらす寄生力を併発する可能性がある(例えば、使用される接着剤の収縮等に起因して)という欠点を間違いなく有する。
代替的に、例えば、クランプ接続のような摩擦接続は、作り出すのが特に簡単であり、特に、UV光の影響下であったとしても長期安定性に関していかなる問題も引き起こさないので、光学要素と支持構造体の間でこれらの接続が多くの場合に使用される(特に、照明系では)。この場合、一般的に、保持力は、変形された弾性部材などにおける弾性復元力によって生成される。
しかし、そのような摩擦接続には、発生させる保持力を光学要素が調節された状態で予想することができる最大脱調節力に向けて設計すべきであるという事実に根差す問題が存在する。しかし、この最大脱調節力は、当然ながら、特に、悲観的な仮定、すなわち、起こり得る最悪の関連において予想することができる最大脱調節力(場合によっては適切な安全率によって更に高まる)に基づいている。光学デバイスの通常作動中には、主にかなり低い脱調節力が予想されることになるが、一般的に、この最大脱調節力は、輸送中の衝撃の結果として、又は光学デバイスが調節された状態でこの光学デバイスの作動中に発生する異常イベントの結果として発生することが予想される力である。
従って、通常作動中のマイクロリソグラフィ装置の典型的な例では、主に3g(すなわち、地球の重力によって引き起こされる加速度の3倍)という最大加速度が構成要素に対して作用することが予想されることになり、それに対して極端な場合に対する基準として採用されるものは、7g(すなわち、地球の重力によって引き起こされる加速度の7倍)という最大加速度が構成要素に作用する衝撃となる。しかし、保持力は、この極端な場合に適するように設計すべきであるから、通常作動において結果として作用するものは、実際に必要なものよりも高い保持力である。しかし、長期にわたる必要以上に高い保持力は、光学要素内に高い応力を引き起こし、従って、極性消失及びそれに併せて像形成品質の劣化を引き起こす。
上述した関連の光学モジュールの望ましい位置及び/又は幾何学形状を得るために、同様に多くの場合に使用されるものは、構成要素に対して対応する操作力を作用する能動的マニピュレータである。特に、マイクロリソグラフィの分野では、この場合、多くの場合に使用されるものは、圧電アクチュエータ、ローレンツアクチュエータ、又は空気圧蛇腹アクチュエータなどである。しかし、これらの種類のアクチュエータの各々は、無視することができない欠点を有する。
公知の圧電アクチュエータを用いると、広範囲にわたって変更することができる操作力を容易に発生させることができることは確かであると考えられる。しかし、圧電アクチュエータは、使用される圧電要素が、一方では、比較的短い作動行程しか生じず、従って、より長い作動行程には高価な装置を必要とするという欠点を間違いなく有する。他方では、圧電要素は、比較的脆性が高く、せん断応力及び引張応力に影響を受け易く、これは、これらの要素に対して比較的精密に定められた方向にしか荷重を印加することができず、特に、衝撃荷重がある場合は高い損傷の危険性があることを意味する。最後に、圧電要素の比較的高い剛性も、ある一定の用途、特に、マイクロリソグラフィの分野では、寄生力及び寄生モーメントが構成要素に印加されるのを阻止するために、操作される構成要素からの付加的な機械的分離が必要であるという欠点に関わることを意味する。
ローレンツアクチュエータは、その剛性が非常に低いという利点を有することは確かであると考えられる。しかし、欠点は、多くの場合にローレンツアクチュエータが限られた作動行程しか持たず、低い操作力しか生じないことである。また、ローレンツアクチュエータは、比較的高い散逸電力をもたらし、それによって特に熱的に非常に影響を受け易い光学デバイスの場合に問題が生じるか、又は熱除去のための高価な付設が必要である。
空気圧蛇腹アクチュエータは、高い操作力及び必要に応じて長い作動行程をもたらすことができることは確かであると考えられる。しかし、空気圧蛇腹アクチュエータは、比較的大量の空間を占有し、また、損傷危険性を低く保つべき場合には、比較的精密に定められた方向の荷重を受けることしかできないという欠点を間違いなく有する。
会社案内「Info 501」、「Festo AG & Co.KG」(ドイツ、エスリンゲン73734)、2005年/4月
従って、本発明は、上述の欠点を持たず、又は少なくとも低い程度にしか持たず、特に、容易な方式で作動中の高品質像形成を保証する光学デバイスと、光学結像デバイスと、光学デバイスの光学モジュールに対して力を作用する方法とを提供するという目的に基づいている。
本発明は、一方では、光学モジュールに力を印加するのに、作業チャンバ内に圧力上昇があった場合に収縮を行おうとし、そうすることで強まる引張力を作用する筋肉要素方式で形成された流体力発生要素を用いることにより、特に、高い品質の像形成を容易に達成することができるという発見に基づいている。この種の筋肉要素は、一方では、躍動又は衝撃なしに作動し、従って、光学モジュールに対して特に穏やかに力を作用することを可能にするという利点を有する。これは、次に、装置の他の構成要素が、筋肉要素が作動される時に発生する可能性があるいかなる衝撃によっても影響を受けないという利点を有する。この種の流体筋肉要素の更に別の利点は、作動圧力の上昇時にこれらの要素の長手軸に沿った収縮作動原理の理由から、更に、その得られる引張力の作用の理由から、これらの要素がせん断力に依存し難く、それによって力発生デバイスの設計が大いに簡略化されるという事実にある。このようにして、そのようなせん断力を分離するのに、又は結合された構成要素の互いに対する誘導において、同様に躍動のない方式で作動する従来の流体アクチュエータ(例えば、作動圧力に上昇があった時に圧縮力を作用する従来の蛇腹アクチュエータ)と比較すると、明らかに少ない経費しか伴わない。
第1の態様によると、本発明は、従って、光学モジュール、支持構造体、及び力発生デバイスを有する特にマイクロリソグラフィのための光学デバイスに関する。力発生デバイスは、光学モジュールと支持構造体とに接続され、光学モジュールに対して力を作用するように設計される。力発生デバイスは、作動圧力を有する作動流体を印加することができる作動チャンバを有する流体力発生要素を有する。力発生要素は、第1の作動圧力で第1の引張力を作用し、第1の作動圧力に対して高められた第2の作動圧力に対する第1の引張力に対して強められた第2の引張力を作用する筋肉要素として設計される。
更に別の態様によると、本発明は、照明デバイスと、投影パターンを含むマスクを受け取るためのマスクデバイスと、光学要素群を有する投影デバイスと、基板を受け取るための基板デバイスとを有する特にマイクロリソグラフィのための光学結像デバイスに関する。照明デバイスは、投影パターンを照明するように設計され、それに対して光学要素群は、投影パターンの像を基板上に形成するように設計される。照明デバイス及び/又は投影デバイスは、支持構造体及び力発生デバイスを有する光学モジュールを含む。力発生デバイスは、光学モジュールと支持構造体とに接続され、光学モジュールに対して力を作用するように設計される。また、力発生デバイスは、作動圧力を有する作動流体を印加することができる作動チャンバを有する流体力発生要素を有する。力発生要素は、第1の作動圧力で第1の引張力を作用し、第1の作動圧力に対して高められた第2の作動圧力で、第1の引張力に対して強められた第2の引張力を作用する筋肉要素として設計される。
更に別の態様によると、本発明は、光学モジュールが支持構造体によって支持され、作動圧力を有する作動流体を印加することができる作動チャンバを備えた流体力発生要素を有して光学モジュールと支持構造体とに接続した力発生デバイスによって光学モジュールに対して力が作用される、特にマイクロリソグラフィに使用するための光学モジュールに対して力を作用する方法に関する。力発生要素として使用されるものは、第1の作動圧力で第1の引張力を作用し、第1の作動圧力に対して高められた第2の作動圧力で、第1の引張力に対して強められた第2の引張力を作用する筋肉要素として設計された要素である。
本発明は、他方では、支持構造体と光学モジュールの間のクランプ接続の場合に、制御デバイスの制御下で、特に、光学モジュールに対して作用する加速度に応じてクランプ力を変更することができる場合、この種の筋肉要素が使用されるか否かに関係なく特に高い品質の像形成を提供することができるという認識に基づいている。上述のことは、現在の作動状況がその時点でどのようなものであれ、クランプ力をその状況に適合させることができ、予想することができる最悪の場合の荷重(極めて希にしか発生しないか、又は更には決して発生することのないもの)に対して必要とされるクランプ力に恒久的に対応する必要がないという利点を有する。言い換えれば、この手段により、長期の作動にわたって、同等の従来の光学デバイスにおけるものと比較してかなり低いクランプ力しか用いない作動を行うことができる。その結果、光学モジュールに対して作用して像形成の品質低下(例えば、応力誘起の複屈折に起因するもの)を生じる可能性がある応力は、低いクランプ力に起因して、言及した種類の極端な作動条件(例えば、高い衝撃負荷など)が存在しない通常作動状況においては明らかに低いものである。
また、この手段により、クランプ力を光学モジュールに対して作用する加速度に応じて少なくともある一定の期間一定に保持し、そうすることで光学モジュールに対して作用する全体的な力(すなわち、クランプ力及び慣性力)の光学モジュールの光学特性に対する影響を可能な限り一定に保つことも可能である。このようにして、例えば、光学モジュールの加速度、及びそこから得られる高い接触力(光学モジュールに対して作用する慣性力の結果である)に起因して、光学モジュールを定位置に保持するクランプ作用の領域に低下したクランプ力のみが依然として必要とされる場合に、クランプ力の低減をもたらすことができる。
本発明のこれらの変形では、所定の加速度は、任意の自由度で、かつ必要とされるだけ多くの自由度(3次元空間では全6つの自由度まで)と共に考慮することができることは言うまでもない。
光学デバイスの作動中のクランプ力のこの能動的な変動は、クランプ力を発生させる手法に依存しないことにも言及しておきたい。必要なことは、適切な制御デバイスによって作動中にクランプ力を能動的に変更することができるという事実のみである。クランプ力の発生に対しては、あらゆる望ましい作動原理を考慮することができる。用いることができるものは、特に、十分に公知である電気又は電気機械力発生要素(例えば、圧電アクチュエータ、ローレンツアクチュエータ等)、又は流体力発生要素(例えば、ピストンアクチュエータ、振動板アクチュエータ、又は蛇腹アクチュエータ、流体筋肉要素等)である。
更に別の態様によると、本発明は、従って、光学モジュールと、支持構造体と、力発生デバイスとを有し、力発生デバイスが、光学モジュールと支持構造体とに接続され、かつ光学モジュールに対してクランプ力を作用するように設計された特にマイクロリソグラフィのための光学デバイスに関する。力発生デバイスは、それに接続した制御デバイスの制御下でクランプ力を変更するように設計される。
更に別の態様によると、本発明は、照明デバイスと、投影パターンを含むマスクを受け取るためのマスクデバイスと、光学要素群を有する投影デバイスと、基板を受け取るための基板デバイスとを有し、照明デバイスが、投影パターンを照明するように設計され、それに対して光学要素群が、投影パターンの像を基板上に形成するように設計された特にマイクロリソグラフィのための光学結像デバイスに関する。照明デバイス及び/又は投影デバイスは、支持構造体を有する光学モジュールと力発生デバイスとを含む。力発生デバイスは、光学モジュールと支持構造体とに接続され、光学モジュールに対して力を作用するように設計される。力発生デバイスは、それに接続した制御デバイスの制御下でクランプ力を変更するように設計される。
更に別の態様によると、本発明は、光学モジュールが支持構造体によって支持され、光学モジュールと支持構造体とに接続した力発生デバイスによって光学モジュールに対してクランプ力が作用され、クランプ力が制御デバイスの制御下で変更される、特にマイクロリソグラフィに使用するための光学モジュールに対して力を作用する方法に関する。
本発明の他の好ましい実施形態は、従属請求項から及び添付図面を参照する以下の好ましい実施形態の説明から明らかになるであろう。
本発明による光学デバイスを含み、かつ本発明による力を作用する方法の好ましい実施形態を実施することができる本発明による光学結像デバイスの好ましい実施形態の概略図である。 図1に示す結像デバイスの本発明による光学デバイスの好ましい実施形態の一部の大幅に一般化した概略図である。 図2に示す光学デバイスを用いて実施することができる力を作用する本発明による方法の好ましい実施形態のブロック図である。 図1に示す結像デバイスの本発明による光学デバイスの更に別の好ましい実施形態の一部の概略図である。 図4に示す光学デバイスを用いて実施することができる本発明による力を作用する方法の好ましい実施形態のブロック図である。 図1に示す結像デバイスの本発明による光学デバイスの更に別の好ましい実施形態の一部の概略図である。 図1に示す結像デバイスの本発明による光学デバイスの更に別の好ましい実施形態の一部の概略図である。 図1に示す結像デバイスの本発明による光学デバイスの更に別の好ましい実施形態の一部の概略図である。
第1の実施形態
以下では、図1から図3を参照して、マイクロリソグラフィのための本発明による光学結像デバイスに使用される本発明による光学デバイスの好ましい実施形態を以下に説明する。
図1は、UV範囲の波長193nmの光によって作動するマイクロリソグラフィ装置の形態にある本発明による光学結像デバイスの好ましい実施形態の概略図である。
マイクロリソグラフィ装置101は、照明系102,マスク台103の形態にあるマスクデバイス、光軸104.1を有する対物系104の形態にある光学投影システム、及びウェーハ台105の形態にある基板デバイスを含む。照明系102は、マスク台103上に配置されたマスク103.1を波長193nmの投影光ビーム(詳細には示していない)で照明する。マスク103.1上には、投影光ビームにより、対物系104に配置された光学要素を通じてウェーハ台105上に配置されたウェーハ105.1の形態にある基板上に投影される投影パターンが置かれる。
照明系102は、光源(示していない)以外に、特に、棒形の光学要素106.1を含む第1の光学活性構成要素群106も備える。193nmという作動波長の理由から、光学要素106.1は屈折要素である。
対物系104は、特に、例えば、光学要素107.1のような一連の光学要素を含む第2の光学活性要素群107を含む。第2の群107内の光学活性構成要素は、対物系104のハウジング104.2内に堅持される。193nmという作動波長の理由から、光学要素107.1は屈折光学要素、すなわち、レンズなどである。しかし、本発明の他の変形では、例えば、反射又は回折光学要素のようなあらゆる望ましい他の光学要素を用いることができることは言うまでもない。同様に、当然ながら、そのような光学要素のあらゆる望ましい組合せを用いることができる。
図2は、光学モジュール109,支持構造体110,及び力発生デバイス111を含む本発明による光学デバイス108の非常に概略的な図である。支持構造体110は、光学モジュール109を支持する。この目的のために、支持構造体110は(並びに必要に応じて他の支持要素も)、力発生デバイス111によって光学モジュール109に接続される。光学モジュール109は、レンズ107.1(及び必要に応じて、例えば、力発生デバイス111が係合するレンズ107.1に接続した保持デバイスのような他の構成要素)を含む。
力発生デバイス111の目的は、力Fを光学モジュール109に対して作用することである。この目的のために、力発生デバイス111は、流体力発生要素111.1を含む。この目的のために、力発生デバイス111.1は、制御デバイス112によって作動流体を印加することができる作動チャンバ111.2を有する。以下に詳細に説明するように、制御デバイス112は、力発生要素111.1によって光学モジュール109に対して作用される力Fに応じて作動チャンバ111.2に供給される作動流体の作動圧力を設定する。
力発生要素111.1は、作動チャンバ111.2内に第1の作動圧力p1が存在する時に第1の引張力F1を作用し、作動チャンバ111.2内に第1の作動圧力p1に対して高められた第2の作動圧力p2が存在する時に第1の引張力F1に対して強められた第2の引張力F1を作用する(すなわち、p1<p2に対して印加されるものは、F1<F2である)筋肉要素の方式で形成される。上述のことが機械的制約条件によって許される限り、力発生要素111.1は、作動圧力に上昇がある時にその長手軸111.3に沿って収縮を行う。従って、エネルギの給入がある時には、力発生要素111.1は、その縦方向に収縮を行い(人間の筋肉と同様に)、同時に強まる引張力Fを印加する。
作動流体は、液体媒体及び気体媒体の両方とすることができる。これらの変形の両方が、用途に依存して有利とすることができる。達成する役割を常に有する可能性があるものは、特に、光学モジュール109と支持構造体110の間の接続に必要とされる剛性である。例えば、支持構造体110への光学モジュール109の特に、剛性が高い接続が有利な場合には、好ましくは液体媒体が使用され、それに対して低い剛性を必要とする場合には、その圧縮性に起因して気体媒体が好ましい。
上述の種類の流体筋肉要素は、十分に公知であり、従って、本明細書ではこれ以上詳細に説明しないことにする。一般的に、流体筋肉要素は、ほぼ円筒形の作動チャンバであり、少なくとも1つの弾性流体密封壁と円筒軸に対して傾斜方式で配置された引張要素から成る1つのメッシュ又は織物構造体(例えば、ワイヤ、耐破損性フィラメント等)との組合せによって閉ざされた作動チャンバを含む。作動チャンバ内の圧力が高まった場合には、作動チャンバは、半径方向に膨張する(すなわち、その縦方向に対して横向きに)。この半径方向の膨張により、引張要素は、それ自体を円筒形の作動チャンバの周囲の方向によりはっきりと整列させ、これは、それによって作動チャンバの長手軸に沿って収縮が生じることを意味する。この種の流体筋肉要素の例は、「Fluidic Muscle DMSP」又は「Fluidic Muscle MAS」という名称の下で販売され、「Festo AG & Co.KG」(ドイツ、エスリンゲン73734)によって発行された会社案内「Info 501」(2005年/4月発行)内に説明されている「Festo AG & Co.KG」(ドイツ、エスリンゲン73734)によって生産される空気圧筋肉要素を代表しており、上述の文献の全開示内容は本明細書に引用によって組み込まれている。
筋肉要素111.1は、一方で、躍動又は衝撃なしに作動し、従って、光学モジュール109に対して特に穏やかに力Fを作用することが可能になるという利点を有する。これは、次に、筋肉要素111.1が作動される時に光学デバイス108の他の構成要素におけるいかなる偶発的な衝撃による影響も存在しないという利点を有する。筋肉要素111.1の更に別の利点は、作動圧力に上昇があった場合のその長手軸111.3に沿った収縮作動原理の理由から、更にその得られる引張力の作用の理由から筋肉要素111.1がせん断力に依存し難く、それによって力発生デバイス111の設計が大いに簡略化されるという事実にある。このようにして、この種のせん断力を分離するのに、又は結合された構成要素(すなわち、この場合は光学モジュール109と支持構造体110)の互いに対する誘導において、同じく躍動のない方式で作動する従来の流体アクチュエータ(例えば、作動圧力に上昇があった時に圧縮力を作用する従来の蛇腹アクチュエータ)と比較すると、明らかに少ない経費しか伴わない。
力発生要素111.1よって光学モジュール109に対して作用される力Fが能動的に影響を受けることを可能にするために、制御デバイス112に接続した感知手段113が設けられる。感知手段113は、光学デバイス108の作動状態を表す状態変数の現在値を感知する。
この状態変数は、一方では、光学モジュール109に対して力発生要素111.1の力の作用が影響を及ぼす可能性があるいずれかの望ましい変数とすることができる。この状態変数は、例えば、感知手段113によって感知され、光学モジュール109に対して力発生要素111.1の力の作用が影響を及ぼす可能性があるマイクロリソグラフィ装置101における結像誤差を表す変数とすることができる。従って、力発生要素111.1の力の作用は、例えば、レンズ107.1の位置及び/又は向き(各々が、事前設定基準に対する)、及び/又はその幾何学形状に影響を及ぼす可能性があり、これらのファクタは、更にマイクロリソグラフィ装置101における結像誤差に影響を及ぼす。しかし、同様に、この状態変数は、光学モジュール109に対して作用される力又はモーメントとすることができる。
しかし、状態変数は、力発生要素111.1の力の作用とはそれ自体が独立したいずれかの望ましい変数とすることができる。状態変数は、例えば、光学デバイスに対して作用する加速度を表す変数とすることができる。同様に、状態変数は、光学モジュール109又は支持構造体110における温度を表す変数、又は光学モジュール109及び/又は支持構造体110を取り囲む雰囲気の状態変数(例えば、圧力、温度等)を表す変数とすることができる。
感知手段113は、感知したこの状態変数の現在値を制御デバイス112に供給する。制御デバイス112は、状態変数の現在値を現在の作動状態に向けて事前設定された状態変数に対する設定値と比較し、望ましい値と実際の値の間の既存のあらゆる差が相殺されるように作動チャンバ111.2内の作動圧力を設定する。
この手順は、その上に重ね合わせられた更に別の調整回路を有することができる。従って、制御デバイス112は、例えば、力発生要素111.1の力の作用目的に依存して更に別の変数を感知して制御デバイス112へと送信するセンサデバイス112.1を有することができ、次に、制御デバイス112は、この更に別の変数を用いることによって作動チャンバ111.2内の作動圧力を設定する。
力発生要素111.1の力の作用目的が、例えば、主に正確に事前設定された力の発生であった場合は(例えば、レンズ107.1の精密に定められた変形を得るための)、センサデバイス112.1は、力発生要素111.1が光学モジュールに対して作用する力を測定するように設計することができる。従って、センサデバイス112.1は、例えば、力測定セルなどの形態を取ることができる。
しかし、力発生要素111.1の力の作用目的が、例えば、主に正確に事前設定されたシフトの発生であった場合は(例えば、レンズ107.1における精密に定められた位置及び/又は向きを得るための)、センサデバイス112.1は、力発生要素111.1の力の作用の得られるシフトを測定するように設計することができる。従って、センサデバイスは、上述のものに伴ってあらゆる望ましい原理に従って作動する適切な行程測定手段(例えば、干渉計、符号化器、容量性行程計等)とすることができる。
重ね合わせられた更に別の調整回路が存在する上述の場合には、センサデバイス112.1によって感知される更に別の変数における望ましい値は、例えば、感知手段113によって感知される状態変数の望ましい値に応じて事前設定することができる。変形において、例えば、感知手段113によって感知された結像誤差を補正するために、レンズ107.1のある一定のシフト及び/又は変形を必要とする場合には、必要とされるこのシフト及び/又は変形を重ね合わせられた調整回路のための設定値として用いることができる。別の変形では、光学モジュール109を事前設定位置に保持するために、感知手段113によって感知された光学デバイス108に対して作用する加速度に応じて、ある一定のクランプ力を力発生デバイス111によって印加することを必要とする可能性がある。この場合、この事前設定クランプ力から力発生要素111.1の事前設定力が得られ、この事前設定力をその後重ね合わせ調整回路のための設定値として用いることができる。
力発生要素111.1以外に、力発生デバイス111は、力発生デバイス111が光学モジュール109に対して作用する力を力発生要素111.1と共に定める他の力発生構成要素を含むことができる。更に、別のこの種の力発生構成要素は、能動的又は受動的構成要素とすることができる。例えば、図2に破線の外形によって示しているものは、能動的予備負荷要素111.4の形態にある能動的力発生構成要素であり、この構成要素も同様に支持構造体110に接続され、力発生要素111.1からの力Fを相殺する予備負荷力FVを光学モジュール109に対して作用する(制御デバイス112の制御の下で)。この場合、光学モジュールに対して作用される得られる力FRは、次式のように計算される(図2における力に対して示している方向が与えられたものとして)。
R=F−FV (1)
予備負荷要素(図2に示しているような)は、力発生要素111.1と運動学的に直列に配置することができる。しかし、この種の予備負荷要素を力発生要素111.1と運動学的に平行に同様に良好に配置することができることは言うまでもない。平行に配置された場合には、予備負荷要素は、光学モジュール109に対して力発生要素111.1の引張力を相殺する圧縮力を作用するように設計される。
上述のように、予備負荷要素111.4は、制御デバイス112の制御下で調節することができる予備負荷力FVを有する能動的要素である。予備負荷要素111.4は、能動的に調節することができる力を発生させるあらゆる望ましい要素とすることができる。特に、予備負荷要素111.4は、電気又は電気機械要素(例えば、圧電アクチュエータ、ローレンツアクチュエータ等)、又は前と同様に流体力発生要素(例えば、ピストンアクチュエータ、振動板アクチュエータ、又は蛇腹アクチュエータ等)であり、特に、更に別の流体筋肉要素とすることができる。
しかし、特に、単純な設計のものである本発明の変形では、予備負荷要素111.4は、例えば、単純な機械的又は空気圧バネ要素のような受動的力発生要素とすることができることは言うまでもない。
また、複数の力発生デバイス111を光学モジュール109と係合させることができることも言うまでもない。例えば、光学モジュール109の(従って、同様にレンズ107.1の)周囲を巡って分散され(好ましくは均等に)、光学モジュール109の平面内で作用し、光学モジュール109の(従って、レンズ107.1の)位置及び向きを光学モジュール109の平面内で3つの自由度(2つの平行移動自由度及び1つの回転自由度)で設定することができる3つの力発生デバイス111を設けることができる。この場合、光学モジュール109は、光学モジュール109及び支持構造体110と係合する付加的な受動的支持構造体によって誘導することができることは言うまでもない。
図3は、マイクロリソグラフィ装置101を用いて実施され、光学モジュールに対して力を作用する方法の好ましい実施形態が使用される結像工程の流れ図である。
最初に、この工程の実行は、段階115.1で始まる。次に、段階115.2では、図1に示しているマイクロリソグラフィ装置101の構成要素が、上述したマスク103.1内の投影パターンの像の形成を基板105.1上で行うことができる状態に誘導される。
結像段階115.3では、段階115.4における基板105.1の露光と平行して、上述した感知手段113による状態変数の現在値の感知、及び上述したこの現在値と現在の作動状態に向けて事前設定された望ましい値との比較が行われる。
次に、段階115.5では、制御デバイス112は、力発生デバイス111が光学モジュール109に対して適切な力を作用するように、上述の手法で力発生要素111.1を制御する。
段階115.5に続いて段階115.6では、更に別の結像段階を依然として行う必要があるか否かを判断するために検査が行われる。この必要がなかった場合には、工程の実行は、段階115.7において終了される。そうではない場合には、ジャンプが行われて段階115.3に戻る。
第2の実施形態
以下では、本発明による光学デバイスの更に別の好ましい実施形態116を図1及び図4を参照して説明する。光学デバイス116は、照明系102の一部であり、棒形の光学要素106.1の形態にある光学モジュール及び支持構造体117を含む。光学要素106.1は、力発生デバイス118によって支持構造体117に接続される。
力発生デバイス118の目的は、光学モジュール106.1に対してクランプ力FRを作用し、そうすることで、外力が光学モジュール106.1に対して作用する時でさえも、支持構造体117に対して光学モジュール106.1をその事前設定位置に保持することである。この目的のために、力発生デバイス118は、ここでもまた、流体力発生要素118.1を含む。力発生要素118.1は、制御デバイス112によって作動流体を印加することができる作動チャンバ118.2を有する。ここでもまた、制御デバイス112は、力発生要素118.1によって作用すべきである力Fに応じて作動チャンバ118.2に供給される作動流体の作動圧力を設定する。
前と同様に、力発生要素118.1は、作動チャンバ118.2内に第1の作動圧力p1が存在する時に第1の引張力F1を作用し、作動チャンバ111.2内に第1の作動圧力p1に対して高められた第2の作動圧力p2が存在する時に第1の引張力F1に対して強められた第2の引張力F1を作用する(すなわち、p1<p2に対して印加されるものは、F1<F2である)筋肉要素の方式で設計される。上述のことが機械的制約条件によって許される限り、力発生要素118.1は、作動圧力に上昇がある時にその長手軸118.3に沿って収縮を行う。従って、エネルギの給入がある時には、力発生要素118.1は、その縦方向に収縮を行い(人間の筋肉と同様に)、同時に強まる引張力Fを印加する。
作動流体は、液体媒体及び気体媒体の両方とすることができる。これらの変形の両方が、用途に依存して有利とすることができる。達成する役割を特に有する可能性があるものは、特に、光学モジュール106.1と支持構造体117の間の接続に必要とされる剛性である。例えば、支持構造体117への光学モジュール106.1の特に剛性が高い接続が有利な場合には、好ましくは液体媒体が使用され、それに対して低い剛性を必要とする場合には、その圧縮性に起因して気体媒体が好ましい。
上述の種類の流体筋肉要素は、十分に公知であり、従って、本明細書ではこれ以上詳細に説明しないことにする。上述の種の流体筋肉要素の例は、「Fluidic Muscle DMSP」又は「Fluidic Muscle MAS」という名称の下で販売され、「Festo AG & Co.KG」(ドイツ、エスリンゲン73734)によって発行された会社案内「Info 501」(2005年/4月発行)内に説明されている「Festo AG & Co.KG」(ドイツ、エスリンゲン73734)によって生産される空気圧筋肉要素によって与えられており、上述の文献の全開示内容は、本明細書に引用によって組み込まれている。
筋肉要素118.1は、一方では、躍動又は衝撃なしに作動し、従って、光学モジュール106.1に対して特に穏やかに力Fを作用することが可能になるという利点を有する。これは、次に、筋肉要素118.1が作動される時に光学デバイス116の他の構成要素におけるいかなる偶発的な衝撃による影響も存在しないという利点を有する。筋肉要素118.1の更に別の利点は、作動圧力に上昇があった場合のその長手軸118.3に沿った収縮作動原理の理由から、更に、その得られる引張力の作用の理由から筋肉要素118.1がせん断力に依存し難く、それによって力発生デバイス118の設計が大いに簡略化されるという事実にある。このようにして、この種のせん断力を分離するのに、又は結合された構成要素(すなわち、この場合は光学モジュール106.1と支持構造体117)の互いに対する誘導において、同じく躍動のない方式で作動する従来の流体アクチュエータ(例えば、作動圧力に上昇があった時に圧縮力を作用する従来の蛇腹アクチュエータ)と比較すると、明らかに少ない経費しか伴わない。
力発生要素118.1よって作用される力Fが能動的に影響を受けることを可能にするために、制御デバイス112に接続した感知手段113が設けられる。この実施形態では、感知手段113は、クランプ力FRの方向に対して横向きに光学デバイス116に対して作用する加速度aの現在値を感知する(光学デバイス116の作動状態を表す実際の状態変数値として)。
感知手段113は、感知したこの加速度の現在値を制御デバイス112へと供給する。制御デバイス112は、加速度aの現在値を用いてクランプ力に対する設定値FRSを判断し、クランプ力に対する設定値FRSとその実際の値FRの間の既存のあらゆる差が相殺されるように作動チャンバ118.2内の作動圧力を設定する。
この目的のために、クランプ力のための更に別の調整回路が設けられる。制御デバイス112は、力発生要素118.1と運動学的に直列に配置された力発生要素118.1によって作用される力Fを測定するセンサデバイス112.1を含む。従って、センサデバイス112.1は、例えば、力測定セルなど形態を取ることができる。
上述のように、クランプ力に対する設定値FRSは、制御デバイス112内で、感知手段113によって感知される加速度aに応じて事前設定される。次に、制御デバイス112は、クランプ力の実際の値FRが設定値FRSと同じになるまで作動流体の作動圧力を修正する。
力発生要素118.1以外に、力発生デバイス118は、力発生デバイス118が光学モジュール106.1に対して作用する力を力発生要素118.1と共に定める予備負荷要素118.4の形態にある更に別の力発生構成要素も備える。予備負荷要素118.4は、力発生要素118.1と運動学的に平行に配置された力発生要素118.1の長手軸118.3と共直線で延びる長手軸を有する単純な機械バネとして設計される。
力発生要素118.1及び予備負荷要素118.4の各々は、一方で門形枠118.5に接続され、他方でクランプ板118.6に接続される。装着状態では、門形枠118.5は、支持構造体117に固定され、クランプ板118.6は、光学モジュール106.1と接触状態にある。
図示の実施形態では、予備負荷要素118.4は、装着状態で圧縮され、従って、光学モジュール106.1に対して力発生要素118.1からの力Fを相殺する圧縮力FVの形態で予備負荷力を作用する圧縮バネである。この場合、上述の結果として光学モジュールに対して作用される力FRは、次式のように計算される(図4における力に対して示している方向が与えられたものとして)。
R=FV−F (2)
予備負荷要素118.4は、図示の状態で(クランプ板118.6が、光学モジュール106.1と接触状態にある)、光学モジュール106.1に対して作用される最大クランプ力FRmaxに対応する予備負荷力FVを作用するように設計される。この最大クランプ力FRmaxは、マイクロリソグラフィ装置101が組み立てられているか又は輸送されている時、又はそれが作動状態にある時に予想することができる光学モジュール106.1に対する最悪の力の作用から判断され、この最悪の力の作用において光学モジュール106.1が支持構造体117に対してシフトすることにはならないことを確実にすべきである。光学モジュール106.1に対するそのような有害な力の作用は、例えば、マイクロリソグラフィ装置101が組み立てられているか又は輸送されている時の衝撃型の荷重の結果として発生する可能性がある。
一般的に、最大クランプ力FRmaxは、地球の重力によって引き起こされる加速度の7倍(7g)に対応する力が光学モジュール106.1に対して作用する最悪の場合の状況に対して仮定すべきであるものに対して設計される。しかし、特に、光学デバイス116が組み立てられている時及び輸送されている時に、かなり高い加速度又は力が光学デバイス116に対して作用する可能性もある。従って、クランプ力FRmaxは、必要に応じてかなり高い加速度値(例えば、20gに達するまでの)に適応している。
しかし、マイクロリソグラフィ装置101の通常作動中に光学モジュール106.1に対して通常作用するものは、地球の重力によって引き起こされる加速度の3倍(3g)に対応する最大力である。力発生要素118.1の引張力Fを光学デバイス116に対して作用する加速度に応じて変更することにより、光学モジュール106.1に対する現在の動的荷重へのクランプ力FRの動的適合を有利に達成することができる。
この場合、力発生要素118.1の引張力Fは、クランプ力FRが、現在の荷重状況に必要とされるマグニチュードだけに常に限定されるように制御デバイス112によって設定される。上述の手段により、光学モジュールが常に最大クランプ力FRmaxでクランプされる従来のデバイスと比較して、クランプ力FRにおける、及び従って光学モジュール106.1に対して作用される応力における明らかな低減をマイクロリソグラフィ装置101の広範囲の作動にわたって達成することができる。上述のことは、例えば、応力誘起の複屈折のような応力誘起の影響の低減につながり、従って、マイクロリソグラフィ装置101において本発明によって達成することができる高い品質の像形成がもたらされる。このようにして、一般的には、本発明により、異常な衝撃荷重が存在しない通常作動においては、恒久的な最大クランプ力FRmaxを用いる従来のデバイスにおいて存在する値のほぼ7分の1にまで応力誘起の複屈折を低減することができる(この値は、最大クランプ力FRmaxの設計に依存して更にかなり低くすることができる)。
図4に示し、かつ上述した実施形態では、光学モジュール106.1に対して最大クランプ力FRmaxが常に作用され、従って、それぞれ制御デバイス112による給電異常、又は力発生要素118.1の供給異常があった場合、更に、その結果として引張力のゼロ値への低下があった場合には、予想することができる最悪の荷重状況においてさえも、光学モジュール106.1がその位置に留まることが保証される。
しかし、本発明の他の変形では、予備負荷要素からの予備負荷力FVを通常作動において予想することができる最大荷重状況(例えば、3gの最大加速度)だけに向けて設計し、力発生要素が、予備負荷力と同じ方向に作用する引張力Fを作用し、光学モジュールに対するクランプ力FRが力発生要素によって更に強められる結果として、この引張力Fが、かなり高い異常な荷重を吸収するようにすることができることは言うまでもない。この場合、力発生要素の機械的配列は、図4に示している配列と比較して、引張力Fが予備負荷力FVと同じ方向に作用するように修正すべきであることは言うまでもない。
輸送時でさえも、引張力F及び従ってクランプ力FRの動的適合が起こることを保証するためには、当然ながら制御デバイスも同様に輸送時において作動状態でなければならない。しかし、適切な信頼性のあるシールがある場合には、予想される最大荷重に対応する作動圧力を輸送における不測のイベントに向けて力発生要素の作動チャンバ内に簡単に発生させることができ(従って、最大クランプ力FRmaxが、光学モジュールに対して作用される)、次に、作動チャンバは、例えば、適切な弁によって密封されることは言うまでもない。次に、力発生要素は、系が適切な手法で密封される場合に、いずれかのエネルギ入力がなくても最大クランプ力FRmaxが光学モジュールに作用されることを恒久的に保証する予備負荷が印加された空気圧バネのように作用する。
予備負荷力FVを必ずしも図4に示している圧縮バネによって発生させる必要はないことは言うまでもない。圧縮バネの代わりに、図4に破線の輪郭119によって示しているように、予備負荷力FVを得る上で1つ又はそれよりも多くの引張バネを用いることができる。
予備負荷要素を制御デバイス112の制御下で調節することができる予備負荷力FVを有する能動的要素とすることができることも言うまでもない。予備負荷要素は、能動的に調節することができる力を発生させるあらゆる望ましい要素とすることができる。特に、予備負荷要素は、電気又は電気機械要素(例えば、圧電アクチュエータ、ローレンツアクチュエータ等)、又は前と同様に流体力発生要素(例えば、ピストンアクチュエータ、振動板アクチュエータ、又は蛇腹アクチュエータ等)であり、特に、更に別の流体筋肉要素とすることができる。
複数の力発生デバイス118を光学モジュール106.1と係合させることができることも言うまでもない。これは、特に、本発明による設計によってクランプされる他の設計の光学モジュールが存在する時に当て嵌まる。このようにして、例えば、回転対称な光学モジュールをクランプすべきである時に、光学モジュールの周囲を巡って分散され(好ましくは均等に)、光学モジュールを協働してクランプする複数の力発生デバイスを設けることができる。
図5は、マイクロリソグラフィ装置101を用いて実施され、光学モジュールに対して力を作用する方法の好ましい実施形態が使用される像形成工程の流れ図である。
最初に、工程の実行は、段階120.1で始まる。次に、段階120.2では、図1に示しているマイクロリソグラフィ装置101の構成要素が、上述したマスク103.1内の投影パターンの像の形成を基板105.1上で行うことができる状態に誘導される。
この場合、精密に定められたクランプ力FRを光学モジュール106.1に対して作用するのに、図4に示している配列を有利に用いることができる。この目的のために、門形枠118.5が支持構造体117に装着される前に、予備負荷要素118.4が、制御デバイス112の制御下で力発生要素118.1によって最大クランプ力FRmaxまで予備負荷が印加される。力発生要素118.1からの引張力Fは、力センサ112.1を用いることによって設定され、この場合は、それは、当然ながら最大クランプ力FRmaxに対応する。
次に、門形枠118.5は、クランプ板118.6が光学モジュール106.1と接触する時まで支持構造体117に向けて移動され、引張力Fの変化(この場合は、引張力Fの低下である)が、力センサ112.1を用いて記録される。この位置で、門形枠118.5は、支持構造体117に対して固定され、引張力Fは、現在の荷重状況に対応する必要な値へと低減される。この手順を用いると、光学モジュール106.1に対して作用するものが常に精密に定められたクランプ力FRであることが保証される。例えば、力発生デバイス118.1の引張力がゼロ値まで低減された場合には、光学モジュールは、118.4の予備負荷要素による最大クランプ力FRmaxによって精密にクランプされる。
段階120.3では、段階120.4におけるマイクロリソグラフィ装置101の作動と並行して、上述した感知手段113による加速度aの現在値の感知、及び上述したクランプ力FRの現在値とこの現在の加速度に向けて事前設定された望ましい値FRSとの比較が行われる。
次に、段階120.5では、制御デバイス112は、力発生デバイス118が光学モジュール106.1に対して適切なクランプ力FRを作用するように、上述の手法で力発生要素118.1を制御する。
段階120.5に続いて段階115.6では、マイクロリソグラフィ装置を作動し続けるべきか否かを判断するために検査が行われる。作動し続けない場合には、工程の実行は、段階120.7において終了される。そうではない場合には、ジャンプが行われて段階120.3に戻る。
第3の実施形態
以下では、光学デバイス116の代わりにマイクロリソグラフィ装置101において用いることができる本発明による光学デバイス216の更に別の実施形態を図1及び図6を参照して以下に説明する。光学デバイス216の基本の構成及び作動は、図4に示している光学デバイス116のものに対応し、従って、ここで詳述するのは相違点のみとする。特に、類似の構成要素には、値を100だけ増した参照番号を付与しており、これらの特徴に関しては上述に提供した説明を参照されたい。
光学デバイス116に対する相違点は、力発生デバイス218の設計だけにある。この力発生デバイス218は、その力発生要素として圧電要素218.1を含み、それを用いて、第2の実施形態と同様にクランプ力FRを光学デバイス216の現在の荷重状況に適合させることができる。この実施形態では(力発生要素218.1が停止している時には)、予備負荷力FVは、支持構造体117と光学モジュール106.1の間の力伝達線内に置かれた構成要素の弾性変形(及び特に門形枠218.5における弾性変形)によって得られる。この場合、予備負荷力FVは、通常作動において予想される最大荷重状況だけに対して(例えば、3gの最大加速度に対して)適応している。
作動状態では、力発生要素218.1は、予備負荷力と同じ方向に向けられた圧縮力Fを作用し、光学モジュールに対するクランプ力FRが力発生要素218.1によって更に強められる結果として、この圧縮力Fが、かなり高い異常な荷重を吸収する。この場合、圧縮力Fは、制御デバイス112の制御下で、感知手段113によって感知された現在の加速度aに応じて、更に、センサデバイス112.1によって感知されたクランプ力FRに応じて設定される。
しかし、本発明の他の変形では、ここでもまた、力発生要素が停止される時に最大クランプ力FRmaxが得られ、それぞれ力発生要素が作動されるか、又は力発生要素に電圧が印加される時にクランプ力FRの低減が得られるようにすることができることは言うまでもない。
本発明の他の変形では、あらゆる望ましい他の電気又は電気機械要素(例えば、ローレンツアクチュエータ)、又は流体力発生要素(例えば、ピストンアクチュエータ、振動板アクチュエータ、又は蛇腹アクチュエータ等)を現在荷重状況へのクランプ力FRの動的な適合を行う上で用いる力発生要素として用いることができることも言うまでもない。
第4の実施形態
以下では、本発明による光学デバイスの更に別の好ましい実施形態316を図1及び図7を参照して説明する。光学デバイス316は、対物系104の一部であり、光学要素107.1の形態の光学モジュール及び支持構造体317を含む。この実施形態では、光学要素は、レンズ107.1の形態で設計される。レンズ107.1は、その外周にステップ107.2を有する。レンズ107.1は、ステップ107.2の領域内で力発生デバイス318によって支持構造体317に接続される。
力発生デバイス318の目的は、クランプ力FRをステップ107.2に対して及び従って光学モジュール107.1に対して作用し、光学モジュール107.1に対して外力が作用する場合でさえも、このようにして光学モジュール107.1を支持構造体317に対して事前設定された位置に保持することである。この目的のために、力発生デバイス318は、ここでもまた、流体力発生要素318.1を含む。力発生要素318.1は、制御デバイス312によって作動流体が印加される作動チャンバ318.2を有する。制御デバイス312は、ここでもまた、力発生要素318.1によって作用すべきである力Fに応じて作動チャンバ318.2に供給される作動流体の作動圧力を設定する。
前と同様に、力発生要素318.1は、作動チャンバ318.2内に第1の作動圧力p1が存在する時に第1の引張力F1を作用し、作動チャンバ318.2内に第1の作動圧力p1に対して高められた第2の作動圧力p2が存在する時に第1の引張力F1に対して強められた第2の引張力F1を作用する(すなわち、p1<p2に対して印加されるものは、F1<F2である)筋肉要素の方式で形成される。上述のことが機械的制約条件によって許される限り、力発生要素318.1は、作動圧力に上昇がある時にその長手軸318.3に沿って収縮を行う。従って、エネルギの給入がある時には、力発生要素318.1は、その縦方向に収縮を行い(人間の筋肉と同様に)、同時に強まる引張力Fを印加する。
作動流体は、液体媒体及び気体媒体の両方とすることができる。これらの変形の両方が、用途に依存して有利とすることができる。達成する役割を特に有する可能性があるものは、特に、光学モジュール107.1と支持構造体317の間の接続に必要とされる剛性である。例えば、支持構造体317への光学モジュール107.1の特に剛性が高い接続が有利な場合には、好ましくは液体媒体が使用され、それに対して低い剛性を必要とする場合には、その圧縮性に起因して気体媒体が好ましい。
上述の種類の流体筋肉要素は、十分に公知であり、従って、本明細書ではこれ以上詳細に説明しないことにする。上述の種の流体筋肉要素の例は、「Fluidic Muscle DMSP」又は「Fluidic Muscle MAS」という名称の下で販売され、「Festo AG & Co.KG」(ドイツ、エスリンゲン73734)によって発行された会社案内「Info 501」(2005年/4月発行)内に説明されている「Festo AG & Co.KG」(ドイツ、エスリンゲン73734)によって生産される空気圧筋肉要素によって与えられており、上述の文献の全開示内容は、本明細書に引用によって組み込まれている。
筋肉要素318.1は、一方では、躍動又は衝撃なしに作動し、従って、光学モジュール107.1に対して特に穏やかに力Fを作用することが可能になるという利点を有する。これは、次に、筋肉要素318.1が作動される時に光学デバイス316の他の構成要素におけるいかなる偶発的な衝撃による影響も存在しないという利点を有する。筋肉要素318.1の更に別の利点は、作動圧力に上昇があった場合のその長手軸318.3に沿った収縮作動原理の理由から、更に、その得られる引張力の作用の理由から、筋肉要素318.1がせん断力に依存し難く、それによって力発生デバイス318の設計が大いに簡略化されるという事実にある。このようにして、この種のせん断力を分離するのに、又は結合された構成要素(すなわち、この場合は光学モジュール107.1と支持構造体317)の互いに対する誘導において、同じく躍動のない方式で作動する従来の流体アクチュエータ(例えば、作動圧力に上昇があった時に圧縮力を作用する従来の蛇腹アクチュエータ)と比較すると、明らかに少ない経費しか伴わない。
力発生要素318.1よって作用される力Fが能動的に影響を受けることを可能にするために、制御デバイス312に接続した感知手段313が設けられる。この実施形態では、感知手段313は、クランプ力FRの方向に対して直角に光学デバイス316に対して作用する加速度aの現在値を感知する(光学デバイス316の作動状態を表す実際の状態変数値として)。
感知手段313は、感知したこの加速度の現在値を制御デバイス312へと供給する。制御デバイス312は、加速度aの現在値を用いてクランプ力に対する設定値FRSを判断し、クランプ力に対する設定値FRSとその実際の値FRの間の既存のあらゆる差が相殺されるように作動チャンバ318.2内の作動圧力を設定する。
この目的のために、クランプ力のための更に別の調整回路が設けられる。制御デバイス312は、力発生要素318.1と運動学的に直列に配置された力発生要素318.1によって作用される力Fを測定するセンサデバイス312.1を含む。従って、センサデバイス312.1は、例えば、力測定セルなどとして設計することができる。
上述のように、クランプ力に対する設定値FRSは、制御デバイス312内で、感知手段313によって感知される加速度aに応じて事前設定される。次に、制御デバイス312は、クランプ力の実際の値FRが設定値FRSと同じになるまで作動流体の作動圧力を修正する。
力発生要素318.1以外に、力発生デバイス318は、力発生デバイス318が光学モジュール107.1に対して作用する力を力発生要素318.1と共に定める予備負荷要素318.4の形態にある更に別の力発生構成要素も備える。予備負荷要素318.4は、力発生要素318.1と運動学的に平行に配置された力発生要素318.1の長手軸318.3と共直線で延びる長手軸を有する単純な機械バネとして設計される。
力発生要素318.1及び予備負荷要素318.4の各々は、一方で接合部318.5に接続され、他方でクランプ板318.6に接続される。装着状態では、接合部318.5は、支持構造体317に固定され、クランプ板318.6は、光学モジュール107.1と接触状態にある。
図示の実施形態では、予備負荷要素318.4は、装着状態で圧縮され、従って、光学モジュール107.1に対して力発生要素318.1からの力Fを相殺する圧縮力FVの形態で予備負荷力を作用する圧縮バネである。この場合、光学モジュールに対して作用される得られる力FRは、式2に従って次式のように計算される(図7における力に対して示している方向が与えられたものとして)。
R=FV−F
予備負荷要素318.4は、図示の状態で(クランプ板318.6が光学モジュール107.1と接触状態にある)、光学モジュール107.1に対して作用される最大クランプ力FRmaxに対応する予備負荷力FVを作用するように設計される。この最大クランプ力FRmaxは、マイクロリソグラフィ装置101が組み立てられているか又は輸送されている時、又はそれが作動状態にある時に予想することができる光学モジュール107.1に対する最悪の力の作用から判断され、この最悪の力の作用において光学モジュール107.1が支持構造体317に対してシフトすることにはならないことを確実にすべきである。光学モジュール107.1に対するこの種の有害な力の作用は、例えば、マイクロリソグラフィ装置101が組み立てられているか又は輸送されている時の衝撃型の荷重の結果として発生する可能性がある。
一般的に、最大クランプ力FRmaxは、地球の重力によって引き起こされる加速度の7倍(7g)に対応する力が光学モジュール107.1に対して作用する最悪の場合の状況に対して仮定すべきであるものに対して設計される。しかし、特に、光学デバイス316が組み立てられている時及び輸送されている時に、かなり高い加速度又は力が光学デバイス316に対して作用する可能性もある。従って、クランプ力FRmaxは、必要に応じてかなり高い加速度値(例えば、20gに達するまでの)に向けて設計される。
しかし、マイクロリソグラフィ装置101の通常作動中に光学モジュール107.1に対して(すなわち、レンズ107.1に対して)通常作用するものは、地球の重力によって引き起こされる加速度の3倍(3g)に対応する最大力である。力発生要素318.1からの引張力Fを光学デバイス316に対して作用する加速度に応じて変更することにより、光学モジュール107.1に対する現在の動的荷重へのクランプ力FRの動的適合を有利に達成することができる。
この場合、力発生要素318.1からの引張力Fは、クランプ力FRが、現在の荷重状況に必要とされるマグニチュードだけに常に限定されるように制御デバイス312によって設定される。上述の手段により、光学モジュールが常に最大クランプ力FRmaxでクランプされる従来のデバイスと比較して、クランプ力FRにおける、及び従って光学モジュール107.1に対して作用される応力における明らかな低減をマイクロリソグラフィ装置101の広範囲の作動にわたって達成することができる。上述のことは、応力誘起の複屈折のような応力誘起の影響の低減につながり、従って、マイクロリソグラフィ装置101において本発明によって達成することができる高い品質の像形成がもたらされる。このようにして、一般的には、本発明により、異常な衝撃荷重が存在しない通常作動中には、恒久的な最大クランプ力FRmaxを用いる従来のデバイスにおいて存在する値のほぼ7分の1にまで応力誘起の複屈折を低減することができる(この値は、最大クランプ力FRmaxの設計に依存して更にかなり低くすることができる)。
図7に示し、かつ上述した実施形態では、光学モジュール107.1に対して最大クランプ力FRmaxが常に作用され、従って、それぞれ、制御デバイス312による給電異常又は力発生要素318.1の供給異常があった場合、更に、その結果として引張力のゼロ値への低下があった場合には、予想することができる最悪の荷重状況においてさえも、光学モジュール107.1がその位置に留まることが保証される。
しかし、本発明の他の変形では、予備負荷要素からの予備負荷力FVを通常作動において予想することができる最大荷重状況(例えば、3gの最大加速度)だけに向けて設計し、力発生要素が、予備負荷力と同じ方向に作用する引張力Fを作用し、光学モジュールに対するクランプ力FRが力発生要素によって更に強められる結果として、この引張力Fが、かなり高い異常な荷重を吸収するようにすることができることは言うまでもない。この場合、力発生要素の機械的配列を図4に示している配列と比較して、引張力Fが予備負荷力FVと同じ方向に作用するように修正すべきであることは言うまでもない。
輸送時でさえも、引張力F及び従ってクランプ力FRの動的適合が起こることを保証するためには、当然ながら制御デバイス312も同様に輸送時において作動状態でなければならない。しかし、適切な信頼性を有するシールがある場合には、予想される最大荷重に対応する作動圧力を輸送における不測のイベントに向けて力発生要素の作動チャンバ内に簡単に発生させることができ(従って、最大クランプ力FRmaxが光学モジュールに対して作用される)、次に、作動チャンバが、例えば、適切な弁によって密封されることは言うまでもない。次に、力発生要素は、系が適切な手法で密封される場合に、いずれかのエネルギ入力がなくても最大クランプ力FRmaxが光学モジュールに作用されることを恒久的に保証する予備負荷が印加された空気圧バネのように作用する。
予備負荷力FVを必ずしも図7に示している圧縮バネによって発生させる必要はないことは言うまでもない。圧縮バネの代わりに、予備負荷力FVを得る上で1つ又はそれよりも多くの引張バネを用いることができる(図4に破線の輪郭119によって示しているような配列によって行われるものと類似の手法で)。
予備負荷要素を制御デバイス312の制御下で調節することができる予備負荷力FVを有する能動的要素とすることができることも言うまでもない。予備負荷要素は、能動的に調節することができる力を発生させるあらゆる望ましい要素とすることができる。特に、予備負荷要素は、電気又は電気機械要素(例えば、圧電アクチュエータ、ローレンツアクチュエータ等)、又は前と同様に流体力発生要素(例えば、ピストンアクチュエータ、振動板アクチュエータ、又は蛇腹アクチュエータ等)であり、特に、更に別の流体筋肉要素とすることができる。
殆どの場合、複数の力発生デバイス318が光学モジュール107.1と係合することも言うまでもない。これは、特に、回転対称な従来の形態のものであるレンズの場合に当て嵌まる。このようにして、この場合に設けられるものは、一般的に、光学モジュールの周囲を巡って分散され(好ましくは均等に)、協働して光学モジュールをクランプする複数の力発生デバイスである。
更に別の変形では、力発生要素318.1によって作用される力F(光学デバイス316の作動状態を表す状態変数の更に別の現在値という形態にある)が能動的に影響を受けることを可能にするために、感知手段313は、光学デバイス316に対してクランプ力FRの方向に作用する加速度bの現在値を追加で感知することができる。
感知手段313は、感知したこの加速度bの現在値を制御デバイス312へと供給する。加速度a及びbの現在値への参照により、制御デバイス312は、クランプ力に対する設定値FRSを判断し、クランプ力に対する設定値FRSとその実際の値FRの間の既存のあらゆる差が相殺されるように、上述の調整回路を用いて作動チャンバ318.2内の作動圧力を設定する。
上述のように、クランプ力に対する設定値FRSは、制御デバイス312内で、感知手段313によって感知される加速度a及びbに応じて事前設定される。次に、制御デバイス312は、クランプ力の実際の値FRが設定値FRSと同じになるまで作動流体の作動圧力を修正する。
この場合、設定値FRSは、力発生要素318.1からの引張力Fが制御デバイス312によって設定され、一方でクランプ力FRが、現在荷重状況に必要とされるマグニチュードだけに常に限定されるように選択される。上述の手段により、光学モジュールが常に最大クランプ力FRmaxでクランプされる従来のデバイスと比較して、クランプ力FRにおける、及び従って光学モジュール107.1に対して作用される応力における明らかな低減をマイクロリソグラフィ装置101の広範囲の作動にわたって達成することができる。上述のことは、レンズ107.1における応力誘起の複屈折のような応力誘起の影響の低減につながり、従って、マイクロリソグラフィ装置101において本発明によって達成することができる高い品質の像形成がもたらされる。このようにして、一般的には、本発明により、異常な衝撃荷重が存在しない通常作動においては、恒久的な最大クランプ力FRmaxを用いる従来のデバイスにおいて存在する値のほぼ7分の1にまで応力誘起の複屈折を低減することができる(この値は、最大クランプ力FRmaxの設計に依存して更にかなり低くすることができる)。
クランプ力FR(必要に応じて、横方向加速度aに応じて上述の方式で変更される)は、軸線方向加速度bに応じて一定に保持するようにすることができる。この場合、光学モジュールに対して作用される得られる力FR(この動的な場合における)は、式2において扱った静的な場合の拡張として、更に、加速度aが一定の場合に(図7に示している力方向が与えられたものとして)、次式のように計算される。
R=FV−F−Fb=一定 (3)
ここで、Fbは、慣性力に対する反力である(レンズ107.1の加速度bから生じる)。言い換えれば、この手法によって達成することができるものは、一定の加速度aにおいて、更に、軸線方向加速度bに関係なく、得られる同じクランプ力がレンズ107.1に対して常に作用することであり、これは、クランプ力が同じであるから、レンズ107.1に対して印加されるクランプから生じる応力が一定に留まることを意味する。これは、例えば、応力誘起の複屈折のような応力誘起の影響の低減につながり、従って、高い品質の像形成がもたらされる。
図3に関連して説明した方法は、光学デバイス316を用いて等しく良好に実施することができ、かつ状態変数として感知されるものが加速度a、及び必要に応じて加速度bであり、これらの状態変数が説明された方式で考慮されることにこの時点で言及しておきたい。
第5の実施形態
以下では、光学デバイス316の代わりにマイクロリソグラフィ装置101において用いることができる本発明による光学デバイスの更に別の好ましい実施形態416を図1及び図7を参照して説明する。光学デバイス416の基本の構成及び作動は、図7に示している光学デバイス316のものに対応し、従って、ここで詳述するのは相違点のみとする。特に、類似の構成要素には、値を100だけ増した参照番号を付与しており、これらの特徴に関しては上述に提供した説明を参照されたい。
光学デバイス316に対する相違点は、一方では、力発生デバイス418の設計にあるだけであり、他方では、この実施形態ではミラーなどの形態にある反射光学要素である光学モジュール407.1にあるだけである。
力発生デバイス418は、その力発生要素として圧電要素418.1を含み、それを用いて、第3の実施形態と同様にクランプ力FRを光学デバイス416の現在の荷重状況に動的に適合させることができる。この実施形態では(力発生要素418.1が停止している時には)、予備負荷力FVは、支持構造体317と光学モジュール307.1の間の力伝達線内に置かれた構成要素の弾性変形(及び特に接合部418.5における弾性変形)によって得られる。この場合、予備負荷力FVは、通常作動において予想される最大荷重状況だけに向けて(例えば、3gの最大加速度に向けて)設計される。
作動状態では、力発生要素418.1は、予備負荷力と同じ方向に作用する圧縮力Fを作用し、光学モジュールに対するクランプ力FRが力発生要素418.1によって更に強められる結果として、この圧縮力Fは、かなり高い異常な荷重を吸収する。この場合、圧縮力Fは、制御デバイス112の制御下で、感知手段113によって感知された現在の加速度aに応じて、更に、センサデバイス112.1によって感知されたクランプ力FRに応じて設定される。
しかし、本発明の他の変形では、ここでもまた、力発生要素が停止される時に最大クランプ力FRmaxが得られ、それぞれ、力発生要素が作動されるか又は力発生要素に電圧が印加される時にクランプ力FRの低減が得られるようにすることができることは言うまでもない。
本発明の他の変形では、光学デバイス416に対して同様に加速度a及びbに応じてクランプ力の設定を行うことができることも言うまでもない(光学デバイス316に関連して上述した手法で)。
光学デバイス416を用いることができるマイクロリソグラフィ装置101は、波長193nmの光を用いるいわゆるVUV範囲内で作動する装置である。しかし、光学デバイス416は、像形成に対してあらゆる望ましい他の波長の光を用いる像形成デバイスにおいて用いることができることは言うまでもない。特に、光学デバイス416は、約5nmから20nmのいわゆるEUV波長範囲の光、特に、約13nmの波長の光で作動するいわゆるEUVシステムにおいて用いることができる。本発明を用いて達成することができる像形成誤差を招く応力誘起の影響の低減の利点が特に有利な効果を有することができるのは、まさにこれらの極めて短い波長においてである。
最後に、本発明の他の変形では、あらゆる望ましい他の電気又は電気機械力発生要素(例えば、ローレンツアクチュエータ)、又は流体力発生要素(例えば、ピストンアクチュエータ、振動板アクチュエータ、又は蛇腹アクチュエータ等)を現在荷重状況へのクランプ力FRの動的適合を行う上で用いる力発生要素において用いることができることは言うまでもない。
本発明を屈折又は反射光学要素しか用いない実施形態を参照して上述した。しかし、当然ながら、本発明は、特に、屈折光学要素、反射光学要素、又は回折光学要素を単独又はあらゆる望ましい組合せで備える光学デバイスと共に他の波長に対する像形成の場合に用いることができることを再度ここで指摘しておきたい。
また、本発明を対物系又は照明デバイスの光学活性要素のみが操作される実施形態を参照して上述した。しかし、当然ながら、本発明は、結像デバイスのいずれか他の光学活性構成要素、特に、マスクデバイス及び/又は基板デバイスの構成要素に力を印加するのに用いることができることを再度ここで指摘しておきたい。
最後に、以上は、本発明をマイクロリソグラフィの分野からの実施形態を参照して説明したものであることを指摘しておきたい。しかし、本発明は、特に、像形成に使用される光のあらゆる望ましい波長であらゆる望ましい他の用途又は結像工程において等しく良好に用いることができることは言うまでもない。
108 本発明による光学デバイス
109 光学モジュール
110 支持構造体
111 力発生デバイス

Claims (18)

  1. 光学モジュールと、
    支持構造体と、
    力発生デバイスと、
    を有し、
    前記力発生デバイスが、前記光学モジュールと前記支持構造体とに接続され、かつ該光学モジュールに対してクランプ力を作用するように設計された、
    特にマイクロリソグラフィのための光学デバイスであって、
    力発生デバイスが、光学モジュールに作用する加速度に応じて、それに接続した制御デバイスの制御の下でクランプ力を変更するように設計され、
    前記力発生デバイスは、作動圧力を有する作動流体を印加することができる作動チャンバを有する力発生要素を有し、
    前記力発生要素は、筋肉要素として設計され、該筋肉要素は、第1の作動圧力で第1の引張力を作用し、該第1の作動圧力に対して高められた第2の作動圧力で、該第1の引張力に対して強められた第2の引張力を作用する
    ことを特徴とする光学デバイス。
  2. 前記力発生デバイスに接続した制御デバイスが設けられ、かつ
    前記制御デバイスに接続した感知手段が設けられ、
    前記感知手段は、前記光学デバイスの作動の状態を表す状態変数の現在値を感知するように設計され、
    前記光学モジュールに対して作用される前記力発生デバイスの前記力に対する設定値が、前記状態変数の前記値に応じて事前設定され、
    前記制御デバイスは、前記状態変数の前記現在値から生じる現在の設定値に応じて前記クランプ力を設定するように設計され、
    特に、前記設定値は、前記状態変数の値の事前設定可能な範囲にわたって実質的に一定であるように準備される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光学デバイス。
  3. 前記状態変数は、前記光学モジュールに対して少なくとも1つの自由度で作用する力又は加速度を表す変数であることを特徴とする請求項2に記載の光学デバイス。
  4. 前記力発生デバイスは、予備負荷要素を有し、
    前記予備負荷要素は、少なくとも1つの作動状態において、前記力発生要素の前記引張力を相殺する予備負荷力を作用するように設計される、
    ことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の光学デバイス。
  5. 前記予備負荷要素は、機械バネデバイス及び/又は流体予備負荷デバイスを含むことを特徴とする請求項に記載の光学デバイス。
  6. 前記力発生要素は、前記予備負荷要素と機械的に平行に配置されることを特徴とする請求項又は請求項に記載の光学デバイス。
  7. 前記光学モジュールは、少なくとも1つの光学要素を含むことを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の光学デバイス。
  8. 前記光学モジュールは、前記光学要素を保持する保持デバイスを有し、
    前記力発生デバイスは、その力を前記保持デバイスに作用するように設計される、
    ことを特徴とする請求項に記載の光学デバイス。
  9. 前記光学要素は、
    一端で前記保持デバイスによって保持された棒形要素であり、又は
    外周を有し、かつ該外周の領域内で前記保持デバイスによって保持された要素である、 ことを特徴とする請求項に記載の光学デバイス。
  10. 前記力発生要素によって作用される前記力を測定するように設計された力測定手段が設けられることを特徴とする請求項1から請求項のいずれか1項に記載の光学デバイス。
  11. 照明デバイスと、
    投影パターンを含むマスクを受け取るためのマスクデバイスと、
    一群の光学要素を有する投影デバイスと、
    基板を受け取るための基板デバイスと、
    を有し、
    前記照明デバイスが、前記投影パターンを照明するように設計され、かつ
    前記光学要素群が、前記投影パターンの像を前記基板上に形成するように設計され、
    前記照明デバイス及び/又は前記投影デバイスが、支持構造体を有する光学モジュールと力発生デバイスとを含み、
    前記力発生デバイスが、前記光学モジュールと前記支持構造体とに接続され、かつ該光学モジュールに対してクランプ力を作用するように設計された、
    特にマイクロリソグラフィのための光学像形成装置であって、
    力発生デバイスが、光学モジュールに作用する加速度に応じて、それに接続した制御デバイスの制御の下でクランプ力を変更するように設計され、
    前記力発生デバイスは、作動圧力を有する作動流体を印加することができる作動チャンバを有する力発生要素を有し、
    前記力発生要素は、筋肉要素として設計され、該筋肉要素は、第1の作動圧力で第1の引張力を作用し、該第1の作動圧力に対して高められた第2の作動圧力で、該第1の引張力に対して強められた第2の引張力を作用する
    ことを特徴とする装置。
  12. 光学モジュールが、支持構造体によって支持され、
    クランプ力が、前記光学モジュールと前記支持構造体とに接続した力発生デバイスによって該光学モジュールに対して作用される、
    特にマイクロリソグラフィに使用するための光学モジュールに対して力を作用する方法であって、
    クランプ力が、光学モジュールに作用する加速度に応じて、制御デバイスの制御の下で変更され、
    前記力発生デバイスは、作動圧力を有する作動流体を印加することができる作動チャンバを有する力発生要素を有し、
    前記力発生要素は、筋肉要素として設計され、該筋肉要素は、第1の作動圧力で第1の引張力を作用し、該第1の作動圧力に対して高められた第2の作動圧力で、該第1の引張力に対して強められた第2の引張力を作用する
    ことを特徴とする方法。
  13. 前記光学デバイスの作動の状態を表す状態変数の現在値が感知され、
    前記光学モジュールに対して作用される前記力発生デバイスの前記クランプ力に対する設定値が、前記状態変数の前記値に応じて事前設定され、
    前記制御デバイスは、前記状態変数の前記現在値から生じる現在の設定値に応じて前記クランプ力を設定し、
    特に、前記設定値は、前記状態変数の値の事前設定可能な範囲にわたって実質的に一定であるように準備される、
    ことを特徴とする請求項12に記載の方法。
  14. 前記状態変数は、前記光学モジュールに対して少なくとも1つの自由度で作用する力又は加速度を表す変数であることを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. 前記力発生デバイスは、予備負荷要素を有し、
    前記予備負荷要素は、少なくとも1つの作動状態において、前記力発生要素の前記力を相殺する予備負荷力を作用する、
    ことを特徴とする請求項12から請求項14のいずれか1項に記載の方法。
  16. 前記力発生要素の前記力は測定され、かつ少なくとも1つの予備負荷要素には、前記力発生デバイスによる前記光学モジュールとの接触が行われる前に該力発生要素の事前設定可能な力によって予備負荷が掛けられ、
    前記力発生デバイスは、該力発生デバイスと前記光学モジュールの間の接触が、前記力発生要素の前記測定された力の事前設定可能な変化を用いて感知されるまで、該光学モジュールに向けて移動され、かつ
    前記力発生要素の前記力は、次に、事前設定可能な値まで低減される、
    ことを特徴とする請求項15に記載の方法。
  17. 前記予備負荷力は、機械的及び/又は流体的に発生されることを特徴とする請求項15又は請求項16に記載の方法。
  18. 前記光学モジュールは、保持デバイスによって保持された少なくとも1つの光学要素を含み、
    前記力発生デバイスの前記力は、前記保持デバイスに対して作用される、
    ことを特徴とする請求項12から請求項17のいずれか1項に記載の方法。
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