JP6162684B2 - マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、いずれも２０１１年４月２１に出願されたドイツ特許出願１０２０１１００７９１７．３号及び米国特許６１／４７７７４０号の優先権を主張する。これらの出願の内容は本明細書の内容となる。

本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備に関する。

マイクロリソグラフィは、例えば集積回路又はＬＣＤ等の微小構造部品を製造するために使用される。マイクロリソグラフィプロセスはいわゆる投影露光装置内で実施され、これは照明デバイス及び投影レンズを有する。照明デバイスを用いて照明されたマスク（レティクル）の像はこの場合、感光性層（フォトレジスト）でコーティングされかつ投影レンズの結像面に配設された基材（例えばシリコンウェハ）上に投影レンズを用いて投影され、これにより、マスク構造を基材の感光性コーティングに転写する。

ＥＵＶ用（即ち１５ｎｍ未満の波長を有する電磁放射用）に設計された投影露光装置では、光透過性材料が存在しないため、撮像プロセス用の光学部品としてミラーを使用する。上記ミラーはキャリアフレーム上に固定することができ、少なくとも部分的に操作可能に構成することができ、これによって各ミラーは例えば自由度６で（即ち、３つの空間的方向ｘ、ｙ、ｚへの変位及び対応する軸の周りでの回転Ｒ_x、Ｒ_y、Ｒ_zに関して）運動することができ、その結果、例えば熱の影響によって例えば投影露光装置の動作中に発生する光学特性の変化を補償することができる。

ＥＵＶシステムの動作中、例えば各要素への寄生力を抑制する場合又はシステムによって励起される振動を考慮しこれを抑制する場合、動的側面の重要性が増す。このために、寄与因子は特に、機械的構造の固有振動スペクトルが、ミラー及び支持体の増大する寸法及び測定構造に関するより低い周波数へと更に変移することであり、この寸法は開口数と共に増大する。結果として、発生する振動は、システムの性能に関する問題、及び動作位置調節をもはや安定して行うことができない又は低い制御品質でしか行うことができないという事実に関する問題の深刻化につながる。

先行技術は、望ましくない振動を抑制する又は減衰させるための様々なアプローチを開示している。この目的のために、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５を参照する。

国際公開特許第２００６／０８４６５７Ａ１号 国際公開特許第２００７／００６５７７Ａ１号 ドイツ特許第１０２００８０４１３１０Ａ１号 ドイツ特許第１０２００９００５９５４Ａ１号 米国特許第４１２３６７５号

本発明の目的は、マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備を利用可能とすることであり、この設備により、要素の位置をより高い制御品質で調節することができるようになる。

この目的は、独立請求項の特徴により達成される。

ある態様によると、本発明はマイクロリソグラフィ投影露光装置の制御ループに関し、この制御ループは：
- 投影露光装置内の要素の位置の特徴を示すセンサ信号を生成するための、少なくとも１つの位置センサ；
- 少なくとも１つのアクチュエータ；及び
- アクチュエータが位置センサからのセンサ信号に応じて要素に印加する力を調節する、閉ループコントローラ
を備え、
- 制御応答を安定させる目的で、制御ループ内に少なくとも１つのローパスフィルタが存在する。

本発明はまず、要素、より詳細にはミラーを作動させるための設備を含む制御ループにローパスフィルタを配設するという発想、及びこれを行うにあたって、系内で発生する共振及びフィルタ周波数を適切に調整することにより、要素の位置又はミラーの位置を調節する際に十分な安定性を保証するという発想に基づくものである。

以下の文では要素としてミラーを想定し、投影露光装置としてＥＵＶ用に設計されたものを想定しているが、本発明はこれに限定されない。従って、本発明をその他の（より詳細には光学）要素（例えばレンズ等）、及び／又はＤＵＶ用（即ち２００ｎｍ未満の波長、より詳細には１６０ｎｍ未満の波長用）に設計された投影露光装置に実装することもできる。

制御ループ内におけるローパスフィルタの本発明による使用は、このようなローパスフィルタが、位相プロファイルの変化、より詳細には制御ループの位相マージンの減少を引き起こす限り、明らかなものではなく；これは図５ａ〜ｂから最もよく認識できる。図５ａ〜ｂは、このようなフィルタの減衰効果を２つの異なるＱファクタに関する曲線に基づいて例示しつつ、動作−力抑制の例示的な変換関数（図５ａ）及び対応する位相応答（図５ｂ）を示す。

原則として、二次フィルタにおけるアクチュエータの力の抑制は、励起周波数とフィルタ周波数の間の相対的な間隔に左右され；これは図５ａから最もよく認識できる。フィルタ周波数未満の周波数範囲の励起は抑制されない。フィルタ周波数を上回ると、アクチュエータの力は−４０ｄＢ／ｄｅｃａｄｅによって更に抑制される。減衰が大きくなるにつれて、フィルタ周波数近傍で発生する共振の鋭さは、剛性ライン又はマスライン未満に低減される。Ｑファクタは共振ピークのサイズを記述し、図５ａは比較的弱い減衰（大きな共振ピーク、Ｑ＝２５０）及び比較的強い減衰（小さな共振ピーク、Ｑ＝０．７）に関するプロファイルを図示する。フィルタが機械的手段によって実装される場合、この場合のフィルタ周波数ｆ_Fは

によって与えられ、ここでｋは機械フィルタを形成するバネ質量系のバネ定数を表し、ｍ
は機械フィルタのフィルタ質量を表す。

図５ｂによると、共振が減衰されない又は共振の減衰が弱い場合、フィルタ周波数の近傍において出力信号から入力信号へ１８０°の位相シフト（符号の変化に対応する）が存在する。減衰がより強い場合（図５ｂのＱ＝０．７に関する破線の曲線に対応する）、０°の位相（即ち「同相の入力及び出力信号」）から１８０°の位相への、実質的により緩やかな遷移が存在し、従って、共振周波数未満の周波数について既に有意な位相変移が存在し、その結果、制御ループの所望の反応はもはや十分に迅速ではない。結果として、上述の位相プロファイルに関して、制御ループ内で比較的強い減衰特性を有するローパスフィルタは本質的に望ましくない。

これらの着想に由来して、本発明はここで、要素又はミラーを作動させるための設備を含む制御ループ内でローパスフィルタを使用できるという更なる発見に基づいており、このローパスフィルタは、５以上の比較的大きいＱファクタに対応する比較的弱い減衰特性（即ち例えば０．７のＱファクタを有し得る従来のフィルタ回路との比較）を有する。図面を参照して以下でより詳細に説明するように、実質的に低いＱファクタ又は強い減衰特性を有するローパスフィルタを用いて抑制される有意な共振は、比較的弱い減衰特性を有するこのようなローパスフィルタを使用した結果として、フィルタ周波数の近傍でゆっくりと許容される。

しかしながら発明者らは、フィルタ周波数の近傍におけるこの更なる共振は、それにもかかわらず制御ループが安定し、かつ所望の制御品質を示すように構成され得ることを発見した。言い換えると、フィルタ周波数近傍の更なる共振は、それが標的化方式で適切に構成されている限り、性能の劣化を引き起こさず、従って共振は制御ループの不安定化を引き起こさない。結果として、強い減衰特性又は低いＱファクタを有するローパスフィルタを使用する場合と異なり、ローパスフィルタは上述の望ましくない位相ロス効果を回避しながら、同時に要素又はミラーの共振周波数を抑制し続けることができる。

要素又はミラーの共振周波数、即ち要素本体又はミラー本体の柔軟な固有モードは一般に、ミラー制御ループの変換関数において弱く減衰された共振スパイクとして視認可能である。（フィルタが無い場合に関する図２において以下で見るように）これらはここで、閉ループ制御の達成可能な帯域幅即ち制御品質を制限する。

ローパスフィルタのフィルタ周波数は好ましくは、ミラーの最小固有周波数値の９５％未満、詳細には８０％未満、より詳細には６０％である。

この実施形態は、図５ａに基づいて既に説明したように、フィルタを用いてミラーの特定の共振周波数を抑制する効果が増大すると、フィルタのフィルタ周波数（即ち、機械フィルタの場合の質量バネ系の固有周波数）が低くなるため、有利である。同時に、本発明によると、制御ループの安定性を維持するために、フィルタ周波数を無作為に低く設定しない。従って、フィルタ周波数は好ましくは、少なくとも係数４〜５だけ帯域幅より高い。その結果、この場合の帯域幅は、要素又はミラーを位置決めする際に制御品質及び（例えばウェハテーブルの運動等の結果としての）外乱を制御する能力を決定する。

ローパスフィルタは、フィルタ回路として具体化することができ、より詳細には、閉ループコントローラ、位置センサ又はアクチュエータ内に電気回路又は電子回路を有することができる。

更なる実施形態では、ローパスフィルタは機械フィルタとして具体化される。

まず、質量バネ系で形成される機械フィルタは本質的に、本発明の範囲において求められるような比較的弱い減衰特性又は高いＱファクタを有する。

その上、質量バネ系の形態の機械フィルタとしてローパスフィルタを実装することには、機械フィルタが、アクチュエータに属するアクチュエータマス、例えばアクチュエータがボイスコイルモータ又はローレンツアクチュエータとして具体化されている場合はこのアクチュエータの磁石のマスを備えるよう、機械フィルタを実装することができ、このアクチュエータは、アクチュエータマスとミラーとの機械的連結と共に既に質量バネ系を形成し、対応する機械フィルタを形成する、という利点がある。このような実施形態では、対応するアクチュエータのマスは変形を伴う接着技術等を用いてミラーに取り付けられたり、又はこのような変形を遮断する役割を果たす弾性接続を用いてミラーに取り付けられたりすることはもはや無く、対応するアクチュエータはローパスフィルタを形成する質量バネ系のバネによって標的化方式でミラーから遮断される。

バネを介してミラーをアクチュエータマスに連結することによる、このアクチュエータマスのミラーからのこのような遮断は、図面を参照して以下に詳細に説明するように、ミラーの共振周波数の増大をもたらし、これは磁石マスの省略及びこれに伴う効果的に振動するマスの減少に由来するものであり、また例えばフィルタ回路として実装される同一の減衰特性を有するローパスフィルタと比較して、フィルタのフィルタ周波数は変化しないままである。

全体として、以上によりローパスフィルタの効率は再び上昇するが、これは（図５ａに基づいて既に説明したように）ローパスフィルタの抑制が、抑制されるべき周波数の値の増大又はフィルタ周波数からこの抑制されるべき周波数への間隔の増大とともに増大するためである。

本発明の実施形態では、機械フィルタは位置センサ、アクチュエータに属するアクチュエータマス又はアクチュエータマスとミラーとの機械的連結を備えることができる。その上、アクチュエータマスと要素又はミラーとの機械的連結はピンを有することができる。その上、本発明の実施形態では、アクチュエータの駆動回転軸に対する軸方向への機械的連結の剛性の、横方向の剛性に対する比は、少なくとも１００である。このために、ピンには特に２つのフレクシャーベアリングを設けることができる。

実施形態では、閉ループ制御によって制御される各アクチュエータは要素又はミラーとの固有の機械連結を有し、上記機械連結へのアクチュエータの更なる連結は有さない。この実施形態の利点は、各アクチュエータに関連する（及び例えばピンと一体となって具体化される）質量バネ系の固有周波数を独立して決定でき、これによって特に全ての固有周波数を同一の値に調整することができる点である。

本発明の更なる態様によると、マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備は：
- 機械的連結を介して要素にそれぞれ連結され、少なくとも自由度１で調節することができる力を要素にそれぞれ印加する、少なくとも２つのアクチュエータ
を有し、
- これらのアクチュエータそれぞれについて、各アクチュエータに属するアクチュエータマスは、アクチュエータと関連する機械的連結と共に質量バネ系を形成し、これはローパスフィルタとして機能し、
- これら質量バネ系の固有周波数は、これら固有周波数のうち最大のものの１０％に等しい互いからの最大偏差を有する。

このようなアプローチは、１つだけではなく（アクチュエータの異なる駆動回転軸に対する）多数の異なるフィルタ周波数が設備内に存在する場合に、必要であれば、所望の制御品質がもはや達成されていない特定の回転軸において帯域幅の調整又は低減を行わなければならないような状況に関するものである。従って、フィルタの効果と制御品質との間の可能な限りの妥協点という意味において、複数のフィルタ周波数ができる限り近いと有利である。フィルタ周波数をほぼ同一の値にチューニングすることにより、結果として、系内で発生する周波数を考慮しながら、アクチュエータ内の要素又はミラーの位置のより安定した閉ループ制御を行うことが可能となる。

２つのアクチュエータは好ましくは互いに垂直な駆動回転軸を有する。このような配置は、アクチュエータの互いに対するクエンチ効果及びこのようなクエンチ効果に伴う閉ループコントローラの不安定性を排除できるという点で有利である。

２つのアクチュエータはより詳細には、二脚架を形成できる。

ある実施形態では、ローパスフィルタを形成する質量バネ系の固有周波数はそれぞれ、要素又はミラーの最小固有周波数の値の９５％未満、詳細には８０％未満、より詳細には６０％未満である。

これは同様に、フィルタを用いて特定の共振周波数を抑制する効率が、フィルタのフィルタ周波数（即ち機械フィルタの場合の質量バネ系の固有周波数）が低いほど上昇するという発想に基づくものである。

この実施形態は、多数のローパスフィルタが存在する場合の、フィルタ周波数の上述のような可能な限りの対応とは独立して有利である。

従って更なる態様によると、本発明はまた、マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備に関し、この設備は、
- 機械的連結を介して要素に連結され、少なくとも自由度１で調節することができる力を要素に印加する、少なくとも１つのアクチュエータ
を有し、
- アクチュエータに属するアクチュエータマスは、アクチュエータと関連する機械的連結と共に質量バネ系を形成し、これはローパスフィルタとして機能し、
- 質量バネ系の固有周波数は、要素の最小固有周波数の値の９５％未満である。

この場合も、ローパスフィルタを形成する質量バネ系の固有周波数は好ましくは、要素又はミラーの最小固有周波数の値の８０％未満、詳細には７０％未満、より詳細には６０％未満、そしてより詳細には５０％未満である。

本発明で使用するローパスフィルタは代替として又は上記に加えて、制御ループ内に存在するセンサシステムによって（又はこれと共に）形成することもでき、ここでこのセンサシステムは弾性バネ要素を備える。

従って更なる態様によると、本発明はマイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備に関し、この設備は、
- 少なくとも自由度２で要素の位置及び／又は挙動を決定するための少なくとも１つのセンサ要素であって、機械的連結を介して要素又は基準構造に接続される、センサ要素
を有し、
- 少なくとも２である自由度について、センサ要素はそれぞれ機械的連結と共に、ローパスフィルタとして機能する質量バネ系を形成し、
- これら質量バネ系の固有周波数は、これら固有周波数のうち最大のものの１０％に等しい互いからの最大偏差を有する。

この態様によると、本発明は、本発明によるローパスフィルタが原理的に、（図面を参照して以下により詳細に説明するように）制御ループ内のどこにでも設置でき、即ち、制御ループが含む位置センサの場所にも設置できるという発想に由来する。例として、このような位置センサは要素又はミラーに適合したスケール又は標的を有することができ、センサヘッドはこのスケール又は標的を読み取ることができ、適切なバネ系に組付けることができ、バネの周波数で振動でき、その結果機械フィルタを同様に実装することができる。センサグレーティングマスｍが小さくなることにより、センサ接続の剛性ｋもまた小さくすることができ、これは各自由度に必要なフィルタ周波数を実装するために必要である。

更なる態様によると、本発明はマイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備に関し、この設備は、
- 少なくとも自由度１で要素の位置及び／又は挙動を決定するための少なくとも１つのセンサ要素であって、機械的連結を介して要素又は基準構造に接続される、センサ要素
を有し、
- 少なくとも１である自由度について、センサ要素は機械的連結と共に、ローパスフィルタとして機能する質量バネ系を形成し、
- この質量バネ系の固有周波数は、要素の最小固有周波数の値の９５％未満である。

ある実施形態によると、各ローパスフィルタは少なくとも５、詳細には少なくとも２０、より詳細には少なくとも５０、そしてより詳細には少なくとも８０のＱファクタを有する。このアプローチは既に上述した発見、即ちローパスフィルタの減衰特性が強過ぎる場合、低周波数範囲の位相は「失われ」、要素又はミラーは時間遅延を有してコントローラの出力に追従し、これは最終的に制御品質の劣化を招く、という発見に由来するものである。

ある実施形態によると、設備は要素又はミラーをそれぞれ自由度１で作動させるための６つのアクチュエータを有する。

本発明は更に、上述の特徴を有する設備又は制御ループを有する、マイクロリソグラフィ投影露光装置に関する。

本発明の更なる実施形態は、以下の説明及び従属請求項から知ることができる。添付の図面に示す例示的実施形態に基づいて、本発明を以下により詳細に説明する。

図１は、本発明を実装することができる制御ループの概略図である。 図２ａは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び強い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのボード線図である。 図２ｂは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び強い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのボード線図である。 図２ｃは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び強い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのナイキスト線図である。 図３ａは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び弱い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのボード線図である。 図３ｂは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び弱い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのボード線図である。 図３ｃは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び弱い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのナイキスト線図である。 図４ａは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び機械的に実装される弱い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのボード線図である。 図４ｂは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び機械的に実装される弱い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのボード線図である。 図４ｃは、ローパスフィルタを有さない制御ループ及び機械的に実装される弱い減衰特性を有するローパスフィルタに関する、開制御ループのナイキスト線図である。 図５ａは、様々な減衰レベルに関する、フィルタ周波数に対する減衰されるべき周波数の位置に応じた、フィルタのフィルタ効果を説明するための図である。 図５ｂは、様々な減衰レベルに関する、フィルタ周波数に対する減衰されるべき周波数の位置に応じた、フィルタのフィルタ効果を説明するための図である。 図６は、本発明のある実施形態を説明するための概略図である。 図７は、本発明の別の実施形態を説明するための概略図である。 図８は、本発明の別の実施形態を説明するための概略図である。 図９は、本発明の別の実施形態を説明するための概略図である。

図１はＥＵＶミラー１、ミラー位置を測定するための位置センサ２、及び少なくとも自由度１でミラーの座標を設定するためのアクチュエータ３を有する、制御ループを示す。更に、閉ループコントローラ４を概略的に図示し、ここでこの閉ループコントローラ４は位置センサ２から信号を供給される（Ｕａで表す）。閉ループコントローラ４の出力側において、アクチュエータ３を制御する信号が出力され、ここでこのコントローラの出力をＵｅで表す。

ここで、ローパスフィルタを原理的にはこの制御ループ内のいずれの位置に、例えば図１において「６」で表す位置に設置できる。このようなローパスフィルタの効果について、図２〜４を参照して、ローパスフィルタの様々な実装に関して以下に説明する。

それぞれ図１から始めて、図２〜４はまず、１つの軸に沿った（即ちミラー、位置センサ、閉ループコントローラ及びアクチュエータが直列に接続されている）閉ループ制御に関するボード線図及びナイキスト線図に基づいて、開制御ループについて説明する。図２ａ〜ｂ、図３ａ〜ｂ、図４ａ〜ｂによるボード線図では、横軸上にプロットされている周波数はそれぞれ、開制御ループの利得が１（０ｄＢに対応する）になる周波数、即ち閉ループコントローラがノイズを制御できる周波数に対応する帯域幅に関して標準化される。この帯域幅より上では、利得は１未満の値に減少し、従って閉ループコントローラはもはや有効ではない。

ボード線図はそれぞれ、図１による開制御系の周波数応答、即ち周波数に応じた入力変数と出力変数の間の時間的推移を示す。制御系の安定性を説明するために、虚部Ｉｍ（Ｕａ／Ｕｅ）及び実部Ｒｅ（Ｕａ／Ｕｅ）を示す図２ｃに示すようなナイキスト線図を用いる。

具体的には、図２ａは対数スケール上にプロットした制御ループの（閉ループコントローラの出力変数Ｕａと入力変数Ｕｅとの間の比に対応する）利得を、帯域幅に対して標準化され同様に対数スケール上にプロットされた周波数に応じて示し、ここでＵｅは位置センサ２によって確立されたミラーの位置、Ｕｅはアクチュエータ３のコントローラ出力を表す。図２ｂに、制御ループの位相をボード線図で示す。制御ループが閉状態の時に閉ループ制御を安定させるためにどのように開制御ループを構成しなければならないかを確立するために、ボード線図及びナイキスト線図を使用することができる。

まず図２ａ〜ｃを参照して、比較的強い減衰特性を有するフィルタ回路として実装されるローパスフィルタを設置することによる効果を初めに説明するが、ここでこのようなローパスフィルタに関して得られるカーブはそれぞれ実線で描かれている。ここで、図２〜４の破線はそれぞれ、ローパスフィルタを制御ループ内に設置しない場合に出現するボード線図又はナイキスト線図中のカーブを表し、従って以下の文中ではこれらは基準カーブとして使用される。

図２ａ〜ｂの実線は、比較的低いＱファクタ、即ち強い減衰特性を有するローパスフィルタを図１の制御ループ内（例えば閉ループコントローラ４とアクチュエータ３との間）に設置する場合に対応する。ここで図２ａ〜ｃについて、０．７のＱファクタを有する典型的な電子工学フィルタ（二次バターワースフィルタ）を選択した。

図２ａによると、ローパスフィルタを用いない基準カーブには、帯域幅の１０倍を丁度超えた周波数において顕著な共振が存在し、この周波数で利得が１を超える値（即ち０ｄＢを超える）に上昇する。ミラーは通常、その最小固有周波数が１ｋＨｚを超えるように設計される。アクチュエータをミラーに連結することにより、これらの固有周波数は減少し、これは制御応答に阻害効果を及ぼし得る。

ローパスフィルタを使用した結果、共振周波数近傍の利得は１未満の利得係数（０ｄＢ未満の値に対応する）にまで減少し；これは図２ａの拡大部分から識別できる。結果として、この共振に由来する制御ループの不安定性が、その位相とは無関係に回避される。

ナイキスト線図において、図２ｃは振幅の複素平面にプロットした対応する周波数プロファイルを示す。

図２ｃでは、ミラーの共振はカーブの円形部分に対応し、利得がゼロに達するまで再び増大する。このカーブがナイキスト線図のいわゆる臨界点（−１，０）を囲む場合、系が不安定な挙動を示していると予測できる。図２ｃから、選択したローパスフィルタに関して、ナイキスト線図中でカーブが点（−１，０）を囲まず、従って系はまだ安定した挙動を示していることがわかる。しかしながら、図２ｂにおいて、強い減衰特性を有するローパスフィルタの設置に対応するカーブと１８０°値との間の間隔は、帯域幅に対応する周波数において減少していることが識別できる。この間隔は「位相マージン」とも呼ばれる。位相マージンの減少は、図２ｃのナイキスト線図の点（−１、０）からの距離がより小さくなることに対応する。所望の位相マージンを復元するために、帯域幅及びこれに伴って制御ループの制御品質を低下させなければならない。

ここで、図２ａ〜ｃで使用されるローパスフィルタの強い減衰特性は、望ましくないことに、図５ｂに基づいて上述した効果に従って、共振周波数未満の周波数に関する有意な位相シフトを既に引き起こし、これにより、帯域幅未満の周波数において連続的に増大する位相損失が既に存在するため、制御ループ内の所望の反応がもはや十分に迅速ではなくなるという結果を生む。

従って、発生するミラーの共振周波数の効果的な抑制に関して、フィルタ周波数の可能な限りの最小値と、共振の鋭さが強くなりすぎるのを回避するための低いＱファクタが要求されるにもかかわらず、本発明の範囲内においてこれらの要求を伴う位相損失もまた考慮に入れなければならず、制御ループに対して適切な補償を考案しなければならない。

以下の文において、選択したより弱い減衰特性（即ちより高いＱファクタ）のローパスフィルタに対する効果を、図３ａ〜ｃに基づいて説明する。

まず、図３ａ〜ｃは、同一の基準（フィルタを用いない）に関しては図２ａ〜ｃと同様であるが、今回は有意に弱い減衰特性を有するローパスフィルタとの比較を行った線図を示す。図３ａ〜ｃでは、このＱファクタを５より大きく（好ましくは有意に大きく）選択し、典型的には例えば１００のオーダーとする。図２ａと比較して、ミラーの共振周波数の抑制は実際には変化していないが、（同様に図５ｂに基づいて上述した効果に対応する）フィルタ周波数の近傍、即ちミラーの共振周波数未満における有意な共振が存在する。図２ａの場合の有意に低いＱファクタの結果として、図２ａではこの共振は抑制されていたか、又は識別不可能であった。

しかしながらここで、フィルタ周波数の近傍におけるこのような更なる共振を、それにもかかわらず制御ループが安定及び所望の性能を示すように構成することができる。図３ｃのナイキスト線図において識別できるように、ローパスフィルタを有する制御ループに属する（実線で示した）カーブは初め、有意な位相損失が発生することなく、ローパスフィルタを有さない制御ループに関する（破線の）カーブに沿っており、ここで大きな円（これは図から無くなっているか、又は痕跡としてしか識別できない）はフィルタ周波数の近傍における共振に対応し；この円はナイキスト線図において点（−１，０）を内包せず、従って系は安定を示す。言い換えると、フィルタ周波数の近傍における更なる共振は、制御ループの位相に由来する不安定性を引き起こさない周波数におけるものであるため、問題を引き起こさない。

その結果、ミラーの共振周波数の抑制が引き続き得られ、しかしながら、図２ａ〜ｃの、強い減衰特性又は低いＱファクタを有するローパスフィルタの場合と異なり、位相損失の望ましくない効果は回避される。その結果、設置したローパスフィルタが図５ａと同様に（増大したＱファクタの結果）フィルタ周波数の近傍において強い共振の鋭さを有するという事実により、このような位相損失の回避が達成される。位相損失の低減又はその回避により、ローパスフィルタを備えた制御ループの不安定性への傾向が低下するようになる。よって本発明により、位相マージンを犠牲にすることなく、ミラーの共振周波数の抑制が達成される。

図２及び３を参照して上述したフィルタは、より詳細にはフィルタ回路として図１の制御ループ内の例えば破線で示した位置及び参照番号「６」で示したように設置することができる。

しかしながら、本発明によるフィルタは機械フィルタとして実装することもでき、質量バネ系を介してミラーに印加されるアクチュエータ３の力によって正確に実装される。ここで、アクチュエータに属するマス（例えばボイスコイルモータの磁石のマス）がマスとして作用することができ、従って、アクチュエータ３とミラーとの間にバネを追加するのみでよい。当然、このような質量バネ系で形成された機械フィルタは弱い減衰特性又は高いＱファクタを有する。

質量バネ系の形態の機械フィルタとしてフィルタを実装することには、対応するアクチュエータ部品（例えば、アクチュエータがボイスコイルモータとして実装される場合は磁石）のマスが、変形を伴う接着技術等を用いてミラーに取り付けられたり、又はこのような変形を遮断する役割を果たす弾性接続を用いてミラーに取り付けられたりすることはもはや無く、対応するアクチュエータはローパスフィルタを形成する質量バネ系のバネによって標的化方式でミラーから遮断される、という更なる利点を有する。

以下の文では、弱い減衰特性を有する機械フィルタとしてローパスフィルタを実装することによる効果を、図４ａ〜ｃに基づいて説明する。

図４ａ〜ｃは、このような機械フィルタの例示的実施形態に関する線図を示し、図２及び３と同様、図４ａ、ｂではボード線図、図４ｃではナイキスト線図を示す。

バネを用いてアクチュエータマスをミラーに連結することによって達成される、このアクチュエータのミラーからの遮断は、図４ａからわかるように、ミラーの共振周波数を（図２及び３と同様にここでも破線で示す基準カーブと比較して）より高くし、これは磁石マスの省略及びこれに伴う効果的に振動するマスの減少に由来するものである。図４ａについて、ミラーの上記共振周波数はこの場合、帯域幅に対応する周波数の１５〜２０倍のオーダーの値にまで増大する。ここで、フィルタのフィルタ周波数は図３の上述の例示的実施形態と比較して変化しないままである。帯域幅及びこれに伴って制御ループの制御品質を更に向上させることができる。

図４の例示的実施形態に関して得られる図４ｃのナイキスト線図は、ミラーの共振に対応する実線で描かれた（機械フィルタの設置に対応する）カーブの円形部分が有意に小さな半径を有する点のみが図３ｃと異なる。従って、図４の例示的実施形態におけるフィルタの有効性は図３の例示的実施形態に比べて更に向上しており、これは（図５ａからわかるように）、抑制されるべき周波数の値が増大すると共に又はフィルタ周波数からの距離が増大すると共に、フィルタの抑制が増大するためである。

上述の実施形態はそれぞれ自由度１のみの又は１つの軸のみに沿っての作動を考慮しているが、実際のミラーは自由度６を有し、この場合、このミラーはより詳細には、６つのアクチュエータを用いて作動させるか、又は調整可能な力を印加することができる。ここでこれらのアクチュエータはそれぞれ好ましくは同一の周波数で遮断される。これは、６つのアクチュエータそれぞれに独立したバネを設け、このバネを介して各アクチュエータがミラーに取り付けられ、これによってフィルタ周波数を各アクチュエータについて独立して選択でき、より詳細には、全てのフィルタ周波数を互いに対応するように選択できるようにすることによって実現できる。

図６は、ボイスコイルモータとして具体化される２つのアクチュエータのこのような実装を概略的に示し、ここで第１のアクチュエータ６２０の駆動方向は水平方向であり、第２のアクチュエータ６３０の駆動方向は垂直方向である。アクチュエータ６２０、６３０とミラーとの間に用いるバネを「６２１」及び「６３１」で示し、ピンとして具体化する。これらピンはそれぞれ２つの継手を有し、これらを「６２５」及び「６３５」で示し、これによって、ピンの駆動回転軸に沿っていない全ての力及びトルクを確実に遮断する。継手６２５、６３５は、追加の傾動継手を有する平行なバネ継手と同等に単純な可撓性のピン、カルダン継手等として具体化される。更に、継手６２５、６３５はそれぞれピンの上に一体として形成することができるか、又は別個に製造してピンに組付けることができる。更なる実施形態では、ジョイント６２５、６３５はまた、それぞれ隣接するアセンブリ内へと完全に又は部分的に変位させることができる。

別の動力学的実装形態として、図７は、適切なガイドを用いることによってアクチュエータ７２０及び／又は７３０上の継手を省略した実施形態を概略的に示す。ここで、ガイドは駆動方向に垂直な軸の周りでの傾動が封鎖又は妨害されないように具体化される。

プレテンション（長手方向の圧縮応力）によって、継手の剛性を傾動又は屈曲可能に低減できる。

図８に概略的に示す更なる実施形態では、アクチュエータのうちの１つに重量補償デバイスを一体化することもでき、その結果として、アクチュエータの所望の駆動力を比較的低く保持することができる。このために、重量補償デバイスを図８のアクチュエータ８３０に一体化する。

更なる実施形態では、本発明で使用するローパスフィルタを（代替的に又は追加として）、制御ループ内に存在するセンサシステムで形成する（又はそれと共に形成する）こともでき、ここでこのセンサシステムは弾性バネ要素を備える。

このような配置を図９ａに概略的に示す。この例示的実施形態では、適切なバネ系を介してセンサの標的又はスケール９２０をミラー９１０に組付け、これをセンサヘッド９３０が読み取ることができ、センサヘッドはミラーの位置の特徴を示す適切なセンサ信号９３１を出力する。機械フィルタは同様に、ミラー９１０上のセンサ標的又はセンサスケール９２０の弾性接続によって実現される。この機械フィルタの好ましい実施形態に関して、特に図４及び５に関連する上記の説明を参照する。

図９ｂは、機械フィルタの対応する可能な実装形態を概略図で示し、ここでセンサスケール９２０は、例えば可撓性アーム９２２の形状の多数の長手方向に曲がりやすい要素（この実施例では４つ）上にわたってミラー９１０に取り付けられ、これによってセンサスケール９２０はミラー９１０に対して振動できる。この曲がりやすい要素又は可撓性アーム９２２は、その位置及び剛性に関して、振動の共振周波数がプロットした座標系に対応するｘ方向及びｙ方向に発現するように設計される。更にまた、自由度Ｒ_zに関する共振周波数、即ちｚ軸の周りでの回転は、上述の共振周波数に対応するよう構成でき、これにより、結果として、３つの横方向の自由度（ｘ、ｙ、Ｒ_z）、即ち測定方向の平面内にある自由度において可撓性アーム９２２をほぼ同一の固有周波数から遮断できる。その結果、信号をミラー９１０の全ての偏向位置で確実にフィルタリングすることができる。

特定の実施形態に基づいて本発明を説明したが、例えば個々の実施形態の特徴を組み合わせる及び／又は交換することにより、当業者は様々な変形例及び代替実施形態を達成することができる。従って、これらの変形例及び代替実施形態もまた本発明に含まれること、並びに本発明は添付の請求項及びその均等物の意図の範囲内にのみ制限されることが当業者には理解される。

Claims (37)

1. マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備であって、
   - 機械的連結（６２１、６３１、７２１、７３１、８２１、８３１）を介して前記要素（６１０、７１０、８１０）にそれぞれ連結され、少なくとも自由度１で調節することができる力を前記要素（６１０、７１０、８１０）にそれぞれ印加する、少なくとも２つのアクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）
   を有し、
   - 前記アクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）それぞれについて、各前記アクチュエータに属するアクチュエータマスは、前記アクチュエータと関連する前記機械的連結と共に質量バネ系を形成し、前記質量バネ系はローパスフィルタとして機能し、
   - 前記質量バネ系の固有周波数は、前記固有周波数のうち最大のものの１０％に等しい最大偏差を有し、
   - 各前記ローパスフィルタは、５以上のＱファクタを有する、設備。
2. 前記２つのアクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）は、互いに垂直な駆動軸を有することを特徴とする、請求項１に記載の設備。
3. 前記２つのアクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）は、二脚架を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の設備。
4. 前記質量バネ系の前記固有周波数は、前記要素（６１０、７１０、８１０）の最小固有周波数の値の９５％未満、詳細には８０％未満、より詳細には６０％未満であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の設備。
5. マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備であって、
   - 機械的連結（６２１、６３１、７２１、７３１、８２１、８３１）を介して前記要素に連結され、少なくとも自由度１で調節することができる力を前記要素（６１０、７１０、８１０）に印加する、少なくとも１つのアクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）
   を有し、
   - 前記アクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）に属するアクチュエータマスは、前記機械的連結（６２１、６３１、７２１、７３１、８２１、８３１）と共に質量バネ系を形成し、前記質量バネ系はローパスフィルタとして機能し、
   - 前記質量バネ系の固有周波数は、前記要素（６１０、７１０、８１０）の最小固有周波数の値の９５％未満であり、
   - 各前記ローパスフィルタは、５以上のＱファクタを有する、設備。
6. 前記質量バネ系の前記固有周波数は、前記要素（６１０、７１０、８１０）の前記最小固有周波数の値の８０％未満、詳細には６０％未満であることを特徴とする、請求項５に記載の設備。
7. 少なくとも自由度１で前記要素の位置及び／又は挙動を決定するための少なくとも１つのセンサ要素を更に有し、
   前記センサ要素は、機械的連結を介して前記要素又は基準構造に連結され、
   前記センサ要素は、前記機械的連結と共に質量バネ系を形成し、前記質量バネ系はローパスフィルタとして機能する
   ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の設備。
8. マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備であって、
   - 少なくとも自由度２で前記要素の位置及び／又は挙動を決定するための少なくとも１つのセンサ要素であって、機械的連結を介して前記要素又は基準構造に接続される、センサ要素
   を有し、
   - 前記少なくとも２である自由度について、前記センサ要素はそれぞれ前記機械的連結と共に、ローパスフィルタとして機能する質量バネ系を形成し、
   - 前記質量バネ系の固有周波数は、前記固有周波数のうち最大のものの１０％に等しい最大偏差を有し、
   - 各前記ローパスフィルタは、５以上のＱファクタを有する、設備。
9. マイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素を作動させるための設備であって、
   - 少なくとも自由度１で前記要素の位置及び／又は挙動を決定するための少なくとも１つのセンサ要素であって、機械的連結を介して前記要素又は基準構造に接続される、センサ要素
   を有し、
   - 前記センサ要素は前記機械的連結と共に、ローパスフィルタとして機能する質量バネ系を形成し、
   - 前記質量バネ系の固有周波数は、前記要素の最小固有周波数の値の９５％未満であり、
   - 各前記ローパスフィルタは、５以上のＱファクタで
   ある、設備。
10. 前記質量バネ系の前記固有周波数は、前記要素の前記最小固有周波数の値の８０％未満、詳細には６０％未満であることを特徴とする、請求項９に記載の設備。
11. 各前記ローパスフィルタは少なくとも２０、より詳細には少なくとも５０、そしてより詳細には少なくとも８０のＱファクタを有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の設備。
12. 閉ループコントローラを有し、前記閉ループコントローラは、少なくとも１つの前記アクチュエータが前記要素の位置の特徴を示すセンサ信号に応じて前記要素に印加する力を調節し、制御帯域幅は１ｋＨｚ未満である
    ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の設備。
13. 前記ローパスフィルタは、前記制御ループの前記帯域幅の２〜１５倍の範囲のフィルタ周波数を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の設備。
14. 前記ローパスフィルタは、１００Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲のフィルタ周波数を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の設備。
15. 前記要素（６１０、７１０、８１０）は、５００ｇ〜５０ｋｇの範囲、より詳細には５ｋｇ〜５０ｋｇの範囲のマスを有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の設備。
16. １つ又は複数の前記アクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）は、２ｇ〜５００ｇの範囲のマスを有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の設備。
17. １つ又は複数の前記機械的連結は、ピンを有することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の設備。
18. 前記ピンは少なくとも１つのフレクシャーベアリング、より詳細には２つのフレクシャーベアリングを有することを特徴とする、請求項１７に記載の設備。
19. 少なくとも１つの前記アクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）は、ローレンツアクチュエータであることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の設備。
20. 前記設備は、前記要素（６１０、７１０、８１０）をそれぞれ自由度１で作動させるために、６つの前記アクチュエータ（６２０、６３０、７２０、７３０、８２０、８３０）を有することを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の設備。
21. 前記要素（６１０、７１０、８１０）はミラーであることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の設備。
22. 前記要素（６１０、７１０、８１０）は、ＥＵＶ用に設計されたマイクロリソグラフィ投影露光装置内の要素であることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の設備。
23. マイクロリソグラフィ投影露光装置の制御ループであって、
    - 前記投影露光装置内の要素の位置を示すセンサ信号（Ｕａ）を生成するための、少なくとも１つの位置センサ（２）；
    - 少なくとも１つのアクチュエータ（３）；及び
    - 前記アクチュエータ（３）が前記位置センサ（２）からの前記センサ信号（Ｕａ）に応じて前記要素に印加する力を調節する、閉ループコントローラ（４）
    を備え、
    - 制御応答を安定させる目的で、前記制御ループ内に少なくとも１つのローパスフィルタ（６）が存在し、
    -前記ローパスフィルタ（６）のフィルタ周波数は、前記要素の最小固有周波数の値の９５％未満、詳細には８０％未満、より詳細には６０％未満であり、
    - 各前記ローパスフィルタは、５以上のＱファクタを有する、制御ループ。
24. 前記ローパスフィルタ（６）は少なくとも２０、より詳細には少なくとも５０、そしてより詳細には少なくとも８０のＱファクタを有することを特徴とする、請求項２３に記載の制御ループ。
25. 前記ローパスフィルタ（６）は、フィルタ回路、より詳細には電気フィルタ、アナログフィルタ回路又はデジタルフィルタ回路として具体化されることを特徴とする、請求項２３〜２４のいずれか１項に記載の制御ループ。
26. 前記ローパスフィルタ（６）は、前記閉ループコントローラ（４）、前記位置センサ（２）又は前記アクチュエータ（３）内に少なくとも１つの電気又は電子回路を有することを特徴とする、請求項２５に記載の制御ループ。
27. 前記ローパスフィルタ（６）は、曲がりやすい機械的要素（バネ）及び慣性機械要素（マス）からなる機械フィルタとして具体化されることを特徴とする、請求項２３〜２４のいずれか１項に記載の制御ループ。
28. 前記機械フィルタは、前記位置センサ（２）を備えることを特徴とする、請求項２７に記載の制御ループ。
29. 前記機械フィルタは、前記アクチュエータ（３）に属するアクチュエータマスを備えることを特徴とする、請求項２７に記載の制御ループ。
30. 前記機械フィルタは、前記アクチュエータマスの前記要素（１）に対する機械的連結を備えることを特徴とする、請求項２９に記載の制御ループ。
31. 前記アクチュエータマスの前記要素（１）に対する前記機械的連結は、ピンを有することを特徴とする、請求項３０に記載の制御ループ。
32. 前記アクチュエータ（３）の駆動軸に対して軸方向における前記機械的連結の剛性の、横方向における剛性に対する比は、少なくとも１００であることを特徴とする、請求項３０又は３１に記載の制御ループ。
33. 前記ピンは２つの可撓性軸受を備えることを特徴とする、請求項３１又は３２に記載の制御ループ。
34. 前記閉ループコントローラが制御する各前記アクチュエータ（３）は、前記要素（１）のそれぞれ固有の前記機械的連結を有し、前記機械的連結上には更なる前記アクチュエータの連結は存在しないことを特徴とする、請求項２３〜３３のいずれか１項に記載の制御ループ。
35. 前記要素（１）はミラーであることを特徴とする、請求項２３〜３４のいずれか１項に記載の制御ループ。
36. 前記マイクロリソグラフィ投影露光装置は、ＥＵＶにおいて動作するよう設計されること特徴とする、請求項２３〜３５のいずれか１項に記載の制御ループ。
37. 請求項１〜２２のいずれか１項に記載の設備又は請求項２３〜３６のいずれか１項に記載の制御ループを有する、マイクロリソグラフィ投影露光装置。

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