(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離だけ、直線に沿って、位置決め時間内に、移動させることのできる光学部品（１）を備えるリソグラフィ投影露光装置において、
前記直線が０〜９０°までの極角を有しており、
前記直線と光軸（２００）との間隔が、投影露光装置の光学部品における投影露光光束の横断面寸法よりも小さく、
光学部品（１）が、ガイド方向を有するガイドユニットにより案内され、光学部品（１）の慣性力および光学部品（１）と共に移動する構成部材の慣性力によって生成されるトルクと、駆動力により生成されガイドユニットに作用するトルクとが、１０％よりも小さい値まで互いに補償し合うように、駆動方向を有する駆動ユニット（３００）によって、駆動力によって駆動され、
ガイドユニットが、スライダ（６２）を有し、該スライダ（６２）が、ガイド（６３）によって案内され、かつガイド方向に値ＳＬだけ離間されたガイド面を有し、前記ガイド（６３）と前記スライダ（６２）とが支承遊びｙを有し、直線の方向に生じる、値ｂだけガイドから離間された光学部品（１）の振幅Ｌに、関係ＳＬ＞ｙ×ｂ／Ｌが保持されており、
前記駆動力が、前記光学部品（１）の２つの縁部領域に作用し、該縁部領域を結合する結合直線が、前記光学部品（１）と、前記光学部品（１）と共に移動する構成部材との共通の重心を通って延びる
こと特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投影露光装置において、
ガイド方向に対して垂直な方向に前記駆動ユニット（３００）によって前記ガイドユニットに伝達される力が、前記直線の方向における駆動力の１０％よりも小さい投影露光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の投影露光装置において、
前記光学部品（１）の慣性力および光学部品（１）と共に移動する構成部材の慣性力により生成されるトルクと、駆動力により生成されるトルクとがゼロとなるように加算され、ガイド方向に対して垂直な方向の力がゼロである投影露光装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
光学部品（１）の移動可能距離が、２０ｍｍ〜１０００ｍｍである投影露光装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
位置決め時間が、５ｍｓ〜５００ｍｓである投影露光装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
前記ガイド方向が、製造および調整許容公差を除いては前記直線に対して平行である投影露光装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
極角が０°であり、したがって、前記直線が垂直方向に延びている投影露光装置。
【請求項８】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
極角が９０°であり、したがって、前記直線が水平方向に延びている投影露光装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
前記直線が、光軸（２００）に平行に垂直方向に延びている投影露光装置。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
前記直線が、光軸（２００）に垂直にて垂直方向に延びている投影露光装置。
【請求項１１】
請求項１から８までのいずれか１項又は請求項１０に記載の投影露光装置において、
前記直線が、光軸（２００）と交差している投影露光装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
前記光学部品（１）が、前記直線に関して光学的にセンタリングされている投影露光装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
ガイド軸線（４６０，６０）と駆動軸線（３６０）とが一致している投影露光装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の投影露光装置において、
離間されたガイド面の値ＳＬが、光学部品（１）の重心とガイドとの距離の３倍よりも大きい、特に１０倍よりも大きい距離を有している投影露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の投影露光装置において、
前記光学部品（１）、前記スライダ（６２）および補償質量体ＭＡによって生成された慣性力が総和として、案内方向に対して垂直な方向にガイドユニットにトルクを作用させないように、前記ガイド軸線（４６０，６０）に関して前記光学部品（１）の反対側に補償質量体ＭＡが配置されている投影露光装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項に記載の投影露光装置において、
案内方向が、製造および調整許容交差を除いては、駆動方向に対して平行にずらされている投影露光装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の投影露光装置において、
駆動力が、前記光学部品（１）と、前記光学部品（１）と共に移動する構成部材との共通の重心に作用する投影露光装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の投影露光装置において、
縁部領域に作用する駆動力が、製造および調整許容交差を除いては平行な駆動方向を有する独立して制御または調整可能な駆動ユニット（３００）により生成される投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光学部品を有する半導体リソグラフィ用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の半導体リソグラフィ用光学系は、多種多様な作動形態に合わせて柔軟に設定可能であるという点において優れている。この場合、「照明設定」、すなわち、ウェーハを露光するために使用される光の空間的な強度分布を実際の要求に合わせて最適に調整することが一つの課題である。一般にウェーハに結像させるためにマスクを照明する光分布を、強度、角度および偏光に関して空間的にも時間的にも制御または調整することが望ましい。このような要求は、例えば作製すべき導体構造の種類から生じる場合がある。照明設定に関する要求は、特に１つのウェーハから別のウェーハへと次々に変化するか、または二重露光の場合には同一のウェーハまたはウェーハ上の同一の構造を露光する間にも変化する。
【０００３】
従来技術では、半導体リソグラフィ用光学系の作動形態を設定するための様々な試みを開示している。
【０００４】
米国特許出願公開第２００３／００３８９３７号明細書では、半導体リソグラフィのための対物レンズの光学特性および作動形態を変更するために、異なる光学素子、例えばダイアフラムを必要に応じて光路内に旋回させるか、または既に光路内に位置する光学素子を移動させること、特に光軸に対して傾斜させることを提案している。しかしながら、この明細書は対物レンズの作動形態のこのような変更をどのようにして素早く実施することができるのかに関しては言及していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００３８９３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、半導体リソグラフィ用光学系の作動形態を素早く変更することを可能にする装置および方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１，２１，５５および８６に記載の特徴を有する装置ならびに請求項５３に記載の特徴を有する方法により解決される。従属請求項は、本発明の有利な実施形態および変形態様を記載している。
【０００８】
本発明による半導体リソグラフィ用光学系は複数の光学部品を有しており、光学系の異なった作動形態を設定するために、少なくとも１つの光学部品を光学系の光軸に沿った所定の位置に位置決めするための少なくとも１つの作動ユニットが設けられている。この場合、作動ユニットは、光学部品の少なくとも１つの作用点に作用し、５００ｍｓ、好ましくは５０ｍｓよりも短い時間内に２つの異なる作動形態の間で切換を行うことができる。光学部品には、光学系において汎用の、それぞれ場合によってはフレームを備えた全ての光学素子、例えば、レンズ、ミラー、ダイアフラム、面平行なプレートまたは回折光学素子、例えば回折格子も含まれる。
【０００９】
この場合、光学系は、特に露光システムまたはリソグラフィ投影露光装置の投影レンズであってよい。
【００１０】
本発明の第１の有利な変形態様では、光学部品における作動ユニットの作用点は、光学部品においてモーメントが生じないように選択される。換言すれば、位置決めのために光学部品を移動させる間に光学部品の加速によって光学部品に回転または傾動モーメントが作用することはない。したがって、結果的に光学部品には線形の加速度のみが作用する。光学部品の後振動を阻止するか、または効果的に緩衝するためには、光学部品が望ましい位置に到達したらすぐに、線形の加速度により生じた慣性モーメントが補償されさえすればよい。この場合、線形の加速度は、光学部品の動的エネルギが時間的に増大する正の加速度と、光学部品の動的エネルギが時間的に減少する負の加速度または減速度を含む。例えば、光学部品の線形の加速度は、望ましい終端位置に到達する直前に光学部品を制動することにより生じる。この場合、本発明によれば、作動ユニットの力は、全ての力（慣性力も含む）のベクトル加算後に加速度に対して垂直な方向の成分を有するトルクが光学部品に作用しないように、光学部品に作用する。好ましくは、発生トルクはゼロであるか、または（慣性力を含む）力により生成される個々のトルクの最大値の１０％、好ましくは１％よりも少ない。この場合、発生トルクの下限は、とりわけ作動ユニット内に生じる摩擦にも関係している。その結果、光学部品を位置決めするために全体として必要とされる時間は、従来技術で公知の所要時間に比べて著しく短縮されている。なぜなら、上記のトルク発生を阻止することにより、光学部品の運動によって、光学部品を正確に線形に案内するための作動ユニットおよび／またはガイドユニットに対して励起される振動は、著しく低減されるか、または完全に防止されるので、光学素子に起こり得る振幅が所望の終端位置に位置する素子に作用することはないからである。これにより、半導体リソグラフィ用光学系を最短時間内に１つの作動形態から別の作動形態に切り換える可能性が生じる。
【００１１】
特に作動ユニットのまさに１つの作用点が光学部品に提供されており、この作用点が、作動ユニットによりこの作用点において光学部品に加えられる力のベクトルが光学部品の重心を通るように選択されていることにより、調節工程の間に光学部品は上記モーメントから解放される。作動ユニットは光学部品の一箇所にのみ作用し、作動ユニットから光学部品に加えられる力のベクトルは光学部品の重心を通るので、必要とされるモーメント均衡またをモーメントからの解放を、特に簡単に確保することができる。特にこの変形態様では、結果として光学部品のモーメント均衡またはモーメントから解放されるように、１つ以上の作動ユニットの異なる点で光学部品に加えられる力を調整する必要はない。この要求は、力の作用点および方向を選択することにより自ずと満たされる。
【００１２】
装置の幾何学条件に応じて、作動ユニットの２つの作用点を光学部品に設けてもよい。この場合、両方の作用点を通る直線と、光学部品に作用する力のベクトルとによって画定される面に光学部品の重心が位置するように作用点を選択することにより、光学部品の望ましい機械的動作を達成することができる。この場合、光学部品は、作用点で、位置決めのために１つの作動ユニットによって移動させても、２つの作動ユニットによって移動させてもよい。位置決めのために単一の作動ユニットを使用する場合、作用点において光学部品に作用する力の調整が、その構造自体により既に確保されているという利点が得られる。単一の作動ユニットのみが光学部品に作用するので、両方の作用点に作用する力が常に互いに等しい比率にあることが保証されている。このような比率は、異なる作動ユニットにより加えられる力によってではなく、装置の幾何学配置のみによって決定される。もちろん作動ユニットは２つよりも多い作用点を介して光学部品に作用してもよい。この場合、結果として光学部品には回転または傾動モーメントが生じないことが確保されることが望ましい。
【００１３】
この場合、作動ユニットを、少なくとも１つのローレンツリニアアクチュエータを備える構成とすることが有利であることが明らかとなった。この場合、ローレンツリニアアクチュエータとは、ローレンツ力に基づいた磁石間の力相互作用によって直接に並進的な線形運動を行うリニアモータである。この場合、磁石は、電流が流れるコイル、すなわち、電磁石として、または部分的には永久磁石として実施されていてもよい。ローレンツリニアモータを使用することの利点は、これらのアクチュエータにより素早い移動を正確に実施できることである。この場合、ローレンツリニアアクチュエータは、実質的に接触なしに、ひいては摩耗またはメンテナンスなしに作動する。さらに、ローレンツリニアアクチュエータによって加えられる力は、コイルを流れる電流にのみ依存しており、実際のアクチュエータ位置には依存していない。結果として、リニアアクチュエータを使用して、数ｃｍ、特に２０ｃｍの範囲の移動距離にわたって、５００ｍｓ、好ましくは５０ｍｓよりも短時間内にμｍ範囲の精度で光学部品を位置決めすることが可能となる。
【００１４】
ローレンツリニアアクチュエータが永久磁石を有している場合には、永久磁石は光学部品に接続されていると有利である。光学部品に永久磁石が配置されていることにより、移動させるべき光学部品を、電流が流れるコイルを使用した場合に必要となるように、ケーブル接続する不可避性が効果的に回避され、これにより、結果として光学部品の可動性がケーブル接続によって制限されていないという利点が得られる。この変形態様は、特に光学部品を比較的長い距離にわたって、特に５０ｍｍよりも長い範囲の距離にわたって位置決めする場合に有利である。
【００１５】
より短い距離にわたって光学部品を位置決めする場合には、ローレンツリニアアクチュエータがコイルを有しており、コイルが光学部品に機械的に結合されていると有利な場合もある。この手段では、コイルとの接触に必要な電気ケーブルを共に移動させる必要がある。しかしながら、この手段は、使用されるコイルが通常は永久磁石よりも重量が小さく、これにより、光学部品の加速により生じる慣性力が永久磁石を使用した場合よりも小さいという利点を有する。
【００１６】
ローレンツリニアアクチュエータの上述のような技術的特徴により、少なくとも１つのローレンツリニアアクチュエータが複数の光学部品を位置決めするために適宜に構成されていることが可能となる。電流が流れるコイルを適宜に制御することにより、同一のローレンツリニアアクチュエータによって異なる光学部品を互いに無関係に移動させることができる。このようにして、機器費用およびシステム全体の複雑さを効果的に制限することができる。
【００１７】
位置決めの間に光学部品の移動を行うためにはリニアガイドが有利であることが明らかとなった。リニアガイドは、転がり支承ガイド、空気静圧式支承部、特にガス式支承部、空気式支承部またはエアクッション式支承部として構成されていてもよい。この場合、リニアガイドは、光学素子が位置決めの間に光学系の光軸に対してずらされるか、または傾動されることがないことを保証する。ボール循環式ガイドまたはクロスローラ式ガイドの形の転がり支承部を備えるリニアガイドを使用することにより、このようなガイドを極めて堅牢に構成できるという利点が得られる。
【００１８】
空気静圧式支承部の機能様式は、互いに対して可動な２つの素子が薄いガス膜により分離され、互いに機械的に接触しないことに基づいている。このようにして、互いに対して摩耗および摩擦をもたらしにくいように素子を移動させることができ、これにより、汚染をもたらす粒子摩砕を防止することもできる。この場合、ガスの供給によりガス膜を動的に形成することができる。ガスとしては、いずれにせよ半導体リソグラフィ用光学系において使用される洗浄ガス、原則的には窒素を有利に使用することができる。
【００１９】
光学部品の位置を決定するために、測定ヘッドと基準格子とを有するエンコーダを使用することもできる。この場合、基準格子は、光学部品に接着されたプラスチックシート上の線形格子構造として実施されていてもよい。測定ヘッドは、光学部品の移動時に測定ヘッドを通過する線の数を登録し、この数から光学部品の位置を導き出す。もちろん、測定ヘッドを光学部品に配置することも可能であり、これは軸線方向の構成スペースが著しく制限されている場合に特に有利である。
【００２０】
光学部品に作用する重力を補償するために、例えばカウンタウェイトまたは間隙シールを有する摩擦のない空圧シリンダの形の補償装置が使用される。この変形態様は、流出ガスによる光学系内室の汚染を防止することができるという利点を有する。このように重力を補償することは、停止状態において作動ユニットによって光学部品を重力に抗して保持する必要がなく、ひいては停止状態における作動ユニットの加熱が抑制されるという利点を有する。作動ユニットは、光学系の光軸の方向に光学部品を位置決めするための軸線方向作動手段と、光学系の光路内外に光学部品を旋回させるための旋回手段とを有している。もちろん、旋回手段だけが結合されており、光学部品の軸線方向の運動を行わないようにすることも可能である。このような措置は、光学系の光路の外部に光学部品が位置している間に既に光学系の新しい作動形態である軸線方向位置に光学部品を移動することもできるという利点を有している。この場合、特に光学系が古い作動形態で作動している間に光学部品の軸線方向の位置決めが既に行われる。新しい作動形態を設定するためには、当該光学部品が光学系の光路内に旋回されるだけでよいので、１つの作動形態から別の作動形態への切換に必要な時間が短縮される。このためには、旋回手段と軸線方向作動手段とは、光学部品が光学系の光路から外側に旋回された場合に光学部品が軸線方向に自由に移動できるように、構成されていると有利である。
【００２１】
上述の変形態様により、光学部品を軸線方向に位置決めするために比較的長い時間、通常は１〜６秒間が設けられているので、軸線方向作動手段に対する要求は適度であるといえる。軸線方向作動手段は、特にスピンドル駆動装置、ローレンツリニアアクチュエータ、ラックギアまたは引張ケーブルとして構成されていてもよい。
【００２２】
この場合、旋回手段は回動可能な素子として構成されていてもよい。旋回手段と光学部品とからなる装置の重心は、有利には旋回手段の回転軸線の領域に位置していてもよい。このようにして、光学部品の回転振動を特に効果的に防止することができる。重心が回転軸線上に位置しいている場合には、有利には、遠心力または求心力の総和はゼロとなる。これにより、場合によっては生じる不均衡により回転軸線が負荷されることはない。したがって、回転軸線の振動励起、ひいては光学素子または光学部品の振動励起も効果的に防止され、これにより、最短時間内に光学部品を正確に位置決めすることが可能となる。さらに、振動を防止するための旋回手段を堅固かつ軽量に設計することが有利である。したがって、密度が小さく弾性係数の大きい材料、すなわち、例えばチタン合金または炭素繊維複合材が、旋回手段を構成するために適している。本発明の原理によれば、個々の光学部品が光学系の光路内に旋回されるだけなので、旋回手段のための材料を上記のように選択することにより、加速される質量、ひいては発生する慣性力は小さく、装置を激しく振動させることなしに素早い移動を行うことがきる。この場合、上記旋回工程は、５００ｍｓ以内、好ましくは５０ｍｓ以内に、現在のリソグラフィ装置では１０ｍｓ以内に行われる。本発明によれば、２つ以上の光学部品を光路内に旋回させることもでき、または１つの光学部品もしくは１つの光学部品群をリソグラフィ投影露光装置の光路内に旋回させることにより、同時に少なくとも１つの別の光学部品を光路外に旋回させることができる。したがって、例えば光学部品を投影露光装置の光路内外に旋回させるだけで、例えばズームアキシコンシステムでは、それぞれ得られる照明設定に関して２つの異なる形態を達成することができる。
【００２３】
光学部品を光路内に素早く旋回させるために、旋回手段は、予荷重素子と解除可能な保持素子とを有する形で構成すると有利であることが明らかとなった。これにより、光学部品を光路内に旋回させる前に既に保持素子に対して予荷重を加えることができる。保持素子の解除後には全ての力が即座に光学部品に加えられ、次いで光学構成素子を光路内に迅速に移動させることができる。予荷重素子は、例えば電磁石として実施されていてもよい。
【００２４】
本発明による装置の別の変形態様では、それぞれ少なくとも１つの軸線方向作動手段と、軸線方向作動手段に対応配置されたそれぞれ少なくとも１つの旋回手段とを有する少なくとも２つの作動ユニットが設けられてもよい。この場合、作動ユニットによって位置決め可能な複数の光学部品は、実質的に光学特性に関して同一であってもよいし、異なっていてもよい。作動ユニットへの光学部品の結合は、有利には上述のように、作動ユニットおよび／または光学部品を案内するためのガイドユニット、例えば回転軸線の振動励起が最小限となるように行われる。
【００２５】
本発明の別の有利な変形態様では、少なくとも１つの光学部品が、３０μｍから６０μｍまでの範囲のセンタリング許容公差を有している。したがって、位置決めすべき関連光学部品のセンタリング許容公差は、光学システム内に堅固に組み込まれた光学部品のセンタリング許容公差よりも大きい。位置決めすべき光学部品のより大きいセンタリング許容公差は、例えば、光学系の設計時に対応した変更を加えることにより得られる。位置決めすべき光学部品のセンタリング許容公差がより大きいことにより、作動ユニットおよび作動ユニットに割り当てられた機構に対する要求が低くなり、したがって、本発明による装置を構成および実施する場合のコストが減じられる。
【００２６】
さらなる可能性として、例えば、光学部品が支承点に関して旋回または回転可能に支承されている場合、寄生負荷／モーメントを減じるために光学部品は補償質量体に機械的に結合されていてもよい。この場合、補償質量体は、光学部品の質量よりも大きい質量を有していてもよく、これは、補償質量体の重心と支承点との間隔が光学部品の重心と支承点との間の間隔ｒよりも小さいことにより補償される。補償質量体は光学部品自体により形成されていてもよい。
【００２７】
上述の発明は、有利には半導体リソグラフィにおける投影露光装置のための照明システムで使用することもできる。この場合、照明システムは、光学素子、例えば照明システムの瞳面で光分布を設定する役割を果たすことができるマイクロミラーアレイを有していてもよい。光分布を設定するため、または光分布の設定を支援するために、光学部品の操作により光学素子、例えばマイクロミラーアレイの異なる領域を照明することができるように、操作可能な光学部品は、光学素子の前の光路に配置されている。
【００２８】
操作可能な光学部品は、光路内で可動な、特に変位可能または傾動可能なミラーである。同様に、光路内に移動可能な、特に挿入可能な回折光学素子、アキシコンの円錐レンズまたは屈折光学部品の使用が可能である。
【００２９】
さらに、偏光回転のための光学活性素子が光路において光学素子の前に配置されており、この光学活性素子により、光学素子の異なる領域のために異なる偏光が設定可能であると有利である。少なくとも１つの中性フィルタを光路において光学素子の前に配置することも可能である。
【００３０】
次に本発明の幾つかの実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による装置の第１実施例を示す図である。
【図２】本発明の第１変形態様を示す図である。
【図２ａ】従来技術により光学素子を移動させるための支承装置の概略図である。
【図２ｂ】終端位置にある光学部品および光学部品に生じ得る振動を示す２ａによる支承装置の図である。
【図２ｃ】光学部品を案内するためのガイド装置と、光学部品を線状に変位させるための作動ユニットまたは駆動ユニットとを備える本発明による別の変形態様を示す概略図である。
【図２ｄ】ガイド装置における摩擦を考慮して図２ｃによる実施形態を示す図である。
【図２ｅ】図２ｄによる摩擦を考慮して図２による実施形態において生じる力を概略的に示す図である。
【図２ｆ】本発明の別の実施形態において光学部品の縁部に生じる駆動力を示す図である。
【図２ｇ】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図３】光学部品、作動ユニットおよびリニアガイドからなる装置を変更する種々異なる可能性を示す図である。
【図４】リニアガイドが空気式支承部の形で実施された本発明の変化形態を示す図である。
【図５】光学部品の重量を補償する本発明による２つの代替実施形態を示す図である。
【図６】光学部品を、光学系の光軸方向の変位に加えて、光軸の領域内外に旋回させることができる、本発明による装置の別の実施形態を示す図である。
【図７】光学系の光路内外に光学部品を旋回させるための旋回手段に構成を示す図である。
【図８】補償質量体を使用する実施例を示す図である。
【図９】半導体リソグラフィ投影露光装置の照明系の一部を示す図である。
【図１０】マイクロミラーアレイの部分領域および瞳面における対応する光分布を示す図である。
【図１１】マイクロミラーアレイ上の光分布を設定するための第１の可能性示す図である。
【図１２】マイクロミラーアレイ上の光分布を設定するための第２の可能性を示す図である。
【図１３】瞳面の異なる領域で分極を選択する可能性を示す図である。
【図１４】アキシコンを使用してマイクロミラーアレイ上の光分布を設定するための付加的可能性を示す図である。
【図１５】本発明による光学系において使用するための中性フィルタを示す図である。
【図１６】線形に加速される素子なしに光分布を設定する別の可能性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、本発明による装置の第１実施例を示している。この場合、光学部品１が作動ユニット２によって光軸に沿って移動される。光軸は本実施例では図平面に対して垂直な方向に延びている。本実施例の場合、２つの作動ユニット２が、永久磁石４とコイル５とを有するローレンツリニアアクチュエータの形で実施されている。この場合、永久磁石４はそれぞれの作用点３により光学部品１に機械的に結合されている。図１に示したように、この場合に２つの作用点２を通る直線は、「Ｓ」によって示した光学部品１の重心を通過する。作用点をこのように配置するにより、作動ユニット２が少なくともほぼ同一に動作すると仮定した場合、トルクが光学部品に作用することなしに光学部品１を移動することができるという利点が得られる。このようにして、位置決めの間および位置決め後にトルクに起因する場合もある光学部品１の振動は発生し得ない。その結果、光学部品１を光軸に沿って光学系の望ましい位置に素早く移動する可能性が生じる。なぜなら、第１に、光学部品１が光学系における所定位置への到達後に停止するまでの所要時間が著しく短縮され、第２に、全般により高速で光学部品１を位置決めすることが可能になる。この場合、光軸に沿った光学部品１の移動をリニアガイド６によって安定させ、変位測定システム１２によって測定する。変位測定システム１２は、特にいわゆる「エンコーダ」であってもよく、エンコーダの測定ヘッド１５は光学系のハウジング（図１には図示していない）に固定的に結合されており、エンコーダの基準格子１６は光学部品１と共に移動する。測定ヘッド１５を光学部品１に配置し、基準格子１６を光学系のハウジングに固定的に結合することも可能である。この第２変形態様は、軸線方向の小さい構成スペースしか利用できない場合には特に有利である。エンコーダ測定システムの代わりに、必要な精度を有する異なる位置検出システムを使用することも可能である。理想的には、各ローレンツリニアアクチュエータのために位置検出システムが使用される。
【００３３】
図２は、作動ユニット２の具体的な構成に関して図１に示した実施例とは異なる本発明の変形態様を示している。図２に示した変形態様では、図１に示した実施例とは対照的に、永久磁石４ではなくコイル５が光学部品１に機械的に結合されている。すなわち、コイル５は光学部品１と共に移動する。この変形態様では、特にコイル５は一般に永久磁石４よりも小さい質量を有しており、これにより、全体として移動させる質量が減じられることが有利である。この変形態様は、特に短い調節距離を実施するために都合がよく、コイル５の電気的な接触は、例えば、ケーブル接続により問題なく行われる。
【００３４】
本発明の利点を明確にするために、従来技術で公知の作動ユニットを有する調節可能な光学部品１の技術的構成を図２ａを参照して概略的に説明する。この場合、光学部品１は光軸２００に沿って変位させられる。光学部品１のこのような線形変位をもたらすために、作動ユニットが使用される。作動ユニットは、座標軸Ｘに沿って値Ｘだけスライダ６２を移動させ、この場合、光学部品１は、実質的に同じ値Ｘだけ光軸２００に沿って移動する。図２ａに示したように、スライダ６２はガイド６３によって案内することができ、この場合、ガイド軸線６０は、機械的な製造および調整許容公差の範囲内で光軸２００に対して実質的に平行している。
【００３５】
図２ａに示した光学部品１は、結合部６４（詳細に図示していない）によってスライダ６２に結合されている。光学部品１は、例えば、多面状および／または凸状または凹状の面１０１，１０２を備えていてもよい屈折素子である。ガイド６３とスライダ６２とは、通常は、例えば上記のリニアアクチュエータによって実施することのできる被駆動式作動ユニットを形成している。この場合、例えばスライダ６２は電磁力によってガイド６３に沿って移動させられる。スライダ６２および光学部品１を加速させ、作動ユニットの摩擦力を克服するためには力Ｆが必要である。まず、摩擦力を無視した場合、光学部品１の質量ｍを考慮した力Ｆにより加速度ａ＝Ｆ／（ｍ＋ｍｓ）が生じる。この場合、スライダ６２の質量は、ｍｓにより示される。この加速度は、慣性力ＦＴを生じさせ、この慣性力ＦＴは光学部品１の重心１０３に作用し、ＦＴ＝ｍ×ａとなる。光学部品１の重心が光軸２００に沿って変位されるように光学部品１が構成されている場合には、ＦＴは光軸２００に沿って作用する。しかしながら、この実施例および以下の実施例では、光学部品１の重心または光学部品１とスライダ６２とからなるシステムの重心が光軸２００に沿って移動することは必ずしも必要ではない。上記重心は、代替的には光軸２００に対して平行に変位された軸線に沿って移動してもよい。
【００３６】
ガイド６３とスライダ６２とを備える作動ユニットのガイド軸線６０に対して垂直な方向に生じる場合のあるスライダ６２の支承遊びを無視し、同様にこの方向のガイド６３の幾何学寸法も、例えば、光軸２００とガイド軸線６０との間隔ｂがこの方向のガイド６３の寸法よりも極めて大きいので無視した場合、慣性力ＦＴは、ガイド軸線６０に対して垂直な方向に向けられたトルクＭＴ＝ｂ×ＦＴを生成する。この方向のさらなるトルクが、例えば、スライダ６２の重心がガイド６３のガイド軸線６０に位置していない場合に、スライダ６２の慣性力によって生成される。
【００３７】
上記慣性力によって生成されたトルクは、ガイド６３とスライダ６２（と光学部品１）とを動的に負荷し、これにより、これらの素子は上記トルク負荷、またはこのトルクに起因する力により強制的に振動励起される。特に光学部品１が位置Ａ（図２ａ参照）から終端位置（図２ｂ参照）へ移動された場合、光学部品１の慣性力ＦＴに基づく光学部品１の減速がトルクＭＴをもたらし、このトルクは上記振動を励起する。このような振動励起により、光学部品１の振動２０２が生じる場合があり、この場合、光軸２００に対して垂直な方向に延在する光学部品１の仮想面２０１が軸線Ｃを中心として振動する。振動軸線Ｃの位置は、図２ｂに示すようにトルクＭＴの位置および方向と一致していなくてもよい。むしろ、この回転軸線Ｃの位置と方向は、こうした強制的な振動に関係しており、この場合、回転軸線Ｃの位置は、ガイド６３およびスライダ６２の幾何学的配置により実質的に決定される。なぜなら、トルクＭＴの作用は、実質的にガイド装置６２，６３により吸収されるからである。図２ａおよび図２ｂに示した実施例では、傾斜振動もトルクＭＴにより生成される。この傾斜振動は、例えばローレンツリニア駆動装置として実施されている駆動装置により緩衝されるのではなく、主にガイド装置６２の緩衝作用により緩衝される。しかしながら、この緩衝作用は、「摩擦のない」支承の場合には極めて小さく、それ故、発明者の認識によれば、以下に詳しく説明するように、傾斜振動励起は、前記トルクにより、素早く正確な位置決めを極めて困難にするか、または不可能にさえしてしまう。
【００３８】
５００ｍｓ以内から５０ｍｓ以内まで、さらに現在のリソグラフィ装置では５ｍｓ以内に、変位の終端点Ｂに関して約１０μｍから１μｍまでの精度で光学部品１を位置決めするためには、光学部品１が光軸２００の方向に場合によっては生じる振動に関してできるだけ振動が少ない状態で終端位置に到達することが必要である。このことが必要となるのは、光軸２００の方向の振動成分２０２と１〜１０μｍまでの範囲の振幅を有するそれぞれの振動励起とが、本発明の認識によれば、上記時間内に光学部品１を位置決めすることを不可能にしてしまうからである。これは、通常、振動２０２は、光学部品１を終端位置Ｂに位置決めするために使用できる５００ｍｓ、好ましくは５０ｍｓまたは５ｍｓよりも短い時間内に、遙かにゆっくりと減衰するためである。強制的な振動が比較的ゆっくりと減衰するのは、振動周波数が数Ｈｚから数ｋＨｚまでの範囲にあるからである。
【００３９】
図１および図２に関連して上述したように、数ｍｓから５００ｍｓまでの範囲の最小限の時間内に、終端位置Ｂに対して１〜１０μｍまでの光学部品１の位置精度を、有利には本発明によりリソグラフィ投影露光装置の内部で達成することができる。
【００４０】
それ故、本発明によるリソグラフィ投影露光装置は位置決め時間内に直線に沿って所定距離だけ移動可能な光学部品を備えている。この場合、光学部品１は、場合によっては把持素子をも有する１つ以上の光学素子３４を備える。直線は、一般にさらに０〜９０°までの極角および方位角を有している。これらの角度により、光学部品１が移動できる直線または運動自由度の方向が定められる。さらに、直線と光軸との間隔は、投影露光装置の投影露光光束の横断面寸法よりも小さい。使用される光学部品によっては、直線は、投影露光装置の内部で必ずしも光軸と交差する必要はないので、直線は光軸に対しても離間されていてよい。本発明に対応して、光学部品１は、ガイド方向を有するガイドユニットまたはガイド装置（例えばリニアガイド）により案内され、駆動方向を有する駆動装置または調節ユニット（作動ユニット）によって、駆動力により駆動され、これにより、光学部品１の慣性力により、光学部品と連動する構成部材によって生成されたトルク、および駆動力により生成され、ガイドユニットに作用するトルクは１０％よりも小さい値まで補償される。この場合、完全な補償に近づけられる。しかしながら、このことは、位置決め時間および移動距離に関する要求ならびにガイドユニットの技術的な構成にも関係している。
【００４１】
光学部品１の速度が一定である場合にもガイドユニットの振動が励起されないことをできるだけ保証するために、好ましくは、駆動ユニットは、ガイド方向に対して垂直な方向にガイドユニットに伝達される力が、直線の方向あるいは移動方向の駆動力の１０％よりも小さいように構成される。ここでもこのような力は可能な限り防止され、理想的にはガイド方向に対して垂直な方向の力は作用しない。
【００４２】
リソグラフィ投影露光装置では、光学部品１の移動可能距離は、２０ｍｍ〜１０００ｍｍまでの間であり、既に述べたように、位置決め時間は５ｍｓ〜５００ｍｓである。
【００４３】
これまでの実施例から既に明らかなように、ガイド方向は、好ましくは製造および調整許容公差を除いては、光学部品１が移動する直線に対して平行に配向されている。このことは、光学構成素子１がガイドユニットに堅固に結合されることを必要とする。特に水平または垂直方向の変位を可能にする光学部品１のこのような運動が技術的に重要である。投影露光装置の光軸に沿った変位または光軸に対して垂直な方向の変位も同様に有利である。直線を光軸と交差させ、光軸と一致させることも有利な場合がある。
【００４４】
光学部品１が、例えば回転対称的な光学素子、または少なくとも部分的に投影露光光束に対して回転対称作用を有する光学素子３４を備えている場合、好ましくは、光学部品１は、自身が移動する直線に対して光学的にセンタリングされる。この場合、光学的なセンタリングとは、前記対称特性を有する光学素子３４の対称点を直線上に位置させることである。
【００４５】
図２ｃでは、本発明の別の実施例に基づきこのことを明確化し、本質的な構成部材のみを概略的に示す。この場合、例えば基板上の反射面、例えば図２ｃに示した凹状ミラーを備える光学部品１が、光軸２００に沿ってＸ方向に変位される。反射面を備える光学構成素子１は、この場合、例えば回折光学素子、例えば反射格子であってもよいし、または、例えばミラーアレイであってもよい。この場合、光学部品１はスライダ４６２とガイド４６３とにより案内され、リニアガイド４６３のガイド軸線４６０は、製造および調整許容公差の範囲内で光軸２００に対して平行に整列されている。さらに、スライダ４６２を有するガイド４６３は、光学部品１を線形駆動させる役割を果たす駆動ユニットを備えていない。この場合、ガイド４６３とスライダ４６２とは、例えばエアクッション式ガイド、磁気式ガイドまたは滑り支承または転がり支承ガイドの形で形成されていてもよい。同様にスライダ３６２とガイド３６３とを有する駆動ユニット３００により、光学部品１が駆動される。この駆動ユニット３００は、上述の調整ユニットと類似に形成されていてもよい。通常は、駆動ユニット３００は、光学素子のためのガイド４６３のガイド軸線４６０に対して平行に整列された駆動軸線３６０を有している。この場合、駆動ユニット３００は、例えば既に図１〜図２ｂの実施例に関連して述べたように、電磁式リニア駆動装置の形で構成されていてもよい。この場合、駆動スライダ３６２は、作用結合部３６４を介して、駆動力（加速または減速力）の力作用線または実質的に光学部品１の重心１０３を通過して光学素子に作用する。この場合、図２ａおよび図２ｂの構成と同様に、重心１０３は、図２ｃに例示的にのみ示したように、必ずしも光軸２００上に配置されていない。駆動ユニット３００が光学部品１のためのガイドでもある場合、光学部品１は静的に過剰に支承され、これにより力およびモーメントが光学素子に加えられるであろう。このことを阻止するために、有利には、モーメント分離素子（図２ｃには図示していない）が作用結合部３６４に取り付けられる。作用結合部３６４は、例えばボールジョイントを備えていてもよく、ボールジョイントに駆動力が作用し、ボールジョイントはこの駆動力を光学部品１に伝達する。
【００４６】
スライダ４６２の質量が光学部品１の質量に比べてもはや無視できないような質量比が、光学部品１とガイドスライダ４６２との間に生じた場合、駆動ユニット３００により加えられた力の力作用線が光学部品１およびガイドスライダ４６２全体の重心を通過するように作動結合部３６４が選択される。この場合、光学部品１とガイドスライダ４６２とを結合して所定位置に保持する、光学部品１のための把持素子も場合によっては考慮される。このように光学部品１とガイドスライダ４６２とからなるシステムに駆動力を向けることにより、加速（あるいは減速）時の駆動力と、ガイドスライダ４６２および光学部品１の質量に起因する慣性力とが、ゼロとなるように加算されるので、光軸２００またはガイド軸線４６０に対して垂直な方向の成分を有するトルクがガイドスライダ４６２を介してガイド４６３に伝達されることはない。したがって、光軸２００に沿って光学部品１を移動させる場合にガイド４６３の振動励起は抑制され、これにより、光学部品１を終端位置に素早く高精度で位置決めすることができる。
【００４７】
光学部品１の速度または加速度が極めて高い場合には、ガイド４６３およびスライダ４６２にはガイドの技術的な構成に関連して、もはや無視できない摩擦力が生じる。このような摩擦力は、図２ｃによる実施形態では同様にガイド４６３を振動させる場合もある。例えば光学部品１の速度が一定の場合にも生じる摩擦力によって、駆動ユニット３００は作用結合部３６４を介して、大きさは等しいが反対方向に向けられた力を、摩擦力に抗して作用させて前記摩擦力ＦＲを克服する。駆動ユニット３００によって加えられ作用結合部３６４を介して導入された力Ｆは、図２ｄに概略的に示すように、ガイド軸線４６０に対して垂直な方向のトルクＭＲを生成する。この場合、図２ｄは図２ｃの部分図であり、ガイド４３６とスライダ４６２との間に摩擦力が存在し、光学部品１が軸線２００に沿って、すなわち矢印方向ｘに一定に移動する場合を示している。摩擦は加速時にも生じるので、この場合にも摩擦力は付加的に克服されなければならない。したがって、駆動ユニット３００から作動結合部３６４を介して光学素子に作用する駆動力は、必要な加速度によってあらかじめ付与されている必要があるのみならず、その大きさに関しては、摩擦力ＦＲの大きさだけ増大される必要がある。この増大した駆動力の大きさは、トルクの生成に関しては慣性力ＦＴによっては補償されない。この補償されなかった力は、上述のように、同様にガイド軸線４６０に対して垂直な方向または図示の実施例では光軸２００に沿って得られる運動方向に対して垂直な方向のトルクを生成する。このトルクは、光学部品１のガイド４６３、ひいてはスライダ４６２および光学部品１を振動させ、これにより、本発明による素早く正確な位置決めを妨げる。
【００４８】
速度とはほぼ無関係な滑り摩擦が存在する場合、第１に、光学部品１の調節時に光学部品１の一様な運動を一時的に最小限にするか、または一様な運動を完全になくすことにより、摩擦力ＦＲの影響およびこれに結びついたトルクＭＲの影響を減じることができる。第２に、摩擦力ＦＲの大きさだけ減じられた駆動力Ｆに等しい慣性力ＦＴが作用するように、加速度が選択される。さらに、光学部品１に駆動力が導入される作用結合部３６４は、図２ｃとの関連で実施されているように、力作用線が光学部品１とスライダ４６２との共通の重心を通るようには設けられない。作用結合部３６４は、（光学部品１とスライダ４６２とにより生じる）共通の重心１０３に作用する慣性力およびこれに結びついたトルクＭＴが、駆動力により生成されるトルクＭＦをまさに補償するように選択される。慣性力ＦＴが存在し、駆動力Ｆが摩擦力ＦＲだけ高められているので、ＦＴ＝Ｆ−ＦＲが成り立ち、この場合、ＦＴ＜Ｆなので、上記トルクＭＴ＝ＭＦの上記補償を行うためには、ガイド軸線４６０の方向に重心１０３のずれＶが必要となる。駆動力Ｆは、この場合、ずれＶだけ変位された作用結合部３６４に導入され、これにより、力作用線は重心を通過する代わりに、ずれＶだけこれに対して平行にガイド軸線４６０の方向に変位されている。この力の状態が図２ｅに概略的に示されている。図２ｅは、共通の重心１０３に関して図２ｄで生じた力をずれＶと共に示している。投影露光装置において正確な位置決めを行う場合に使用されるガイド４６２，４６３では、摩擦力は通常は駆動力の０．００１倍よりも遙かに小さい。気体静力学式または磁気式ガイドの場合には摩擦力はゼロに向かい、これにより、ずれは極めて小さく、無視できることが多い。
【００４９】
上記構成により、本発明は、光学部品１がガイド装置によりできるだけ正確に線形に案内され、光学部品１をガイド装置に沿って線形に移動させる実施形態を含む。この場合、駆動ユニット３００または作動ユニット２により駆動力Ｆが光学部品１内に向けられ、駆動力Ｆによっては光学部品１の運動方向に対して垂直な方向成分を有する力もトルクもガイド４６３に伝達されない。この場合、光学部品１の運動方向は、製造および調整許容公差を除いては、ガイド４６３のガイド軸線４６０と一致している。これにより、本発明によれば、光学部品１のガイド４６３（ひいては光学素子１のガイド）の振動励起は、駆動ユニット３００の駆動力Ｆにより防止されるか、または、少なくとも、光学部品１が、例えば５ｍｓ〜５００ｍｓまでのｍｓ範囲の最短時間内に、高精度の線形変位を行うことが可能となる。
【００５０】
図２ｃ〜図２ｅまでに示した実施形態による透明な光学部品１を変位または位置決めするために、光学部品１において駆動力を伝達する作用結合部３６４は、例えば、光学部品１がそれぞれ縁部領域で駆動ユニットに結合され、縁部領域を通る直線が重心１０３と交差し、この場合、好ましくは前記直線は、光軸２００とガイド軸線４６０とにわたる平面に対して垂直な方向に選択されるように、構成される。このことは、図２ｆによる実施例に示されている。この場合、光軸２００に等しい運動方向に対して垂直な方向の断面図が概略的に示されており、この場合、光学部品１（または光学部品）には縁部領域１１０，１１１が設けられており、これらの縁部領域では、駆動軸線３６０を有する駆動ユニット３００の駆動スライダ３６２により生成された駆動力が適宜な作用結合部３６４を介して運動方向に加えられる。この場合、上述のように、作用結合部は、例えばボールジョイントのように、モーメント分離を可能にする素子を含んでいてもよい。上述の直線は符号１１２により示されており、光学部品１およびスライダ４６２の共通の重心１０３を上記平面に対して垂直な方向に通過する。摩擦が生じた場合には、図２ｄによる構成に対応して直線は図２ｅによる対応したずれＶを有し、このずれの分だけ図２ｆに示した直線１１２に対してガイド軸線４６０の方向に平行にずらされる。光学部品１が静的に過剰に規定されて案内されることを防止するために、駆動軸線３６０を有する駆動装置３００（図２ｃを参照）の代わりに、それぞれの駆動力により縁部領域１１０および１１１に作用する固有の駆動装置がそれぞれ設けられていてもよい。このように光学部品１に作用する駆動装置は、互いに独立して制御または調整される。この実施例は、図１に示した本発明の実施例に対応しており、製造および調整許容公差を除いて、駆動ユニットは平行な駆動方向を有している。
【００５１】
リソグラフィ装置において上記実施例に対応して光学部品１を正確かつ素早く位置決めするためには、光学部品１のガイドが駆動システムの力により振動励起されることをできるだけ防止すること、または最小限にすることが必要であるという本発明の認識において、図２ｇは、図２ａおよび図２ｂの実施例に基づく別の実施例を示している。ガイド軸線と駆動軸線とは、図２ａおよび図２ｂによる実施例の場合と同様ここでも一致する。この場合、スライダ６２に結合された光学部品１は、ガイド軸線６０の方向のスライダの長さＳＬにより光学部品１の振幅２０２がこの方向に減じられているように、スライダにより案内され、この場合、振動は実質的にガイドスライダ６２とガイド６３との間の機械的な遊びに基づき生じる。この場合、好ましくはガイドスライダは、支承遊びにより光軸２００の領域および方向に生じる可能性のある振幅がＬ＝１０μｍよりも小さいように寸法決めされている。支承遊びが典型的にｙ＝１μｍである場合、例えば、ほぼｙ／ＳＬ＝Ｌ／ｂが成り立つ。この場合、ＳＬはスリット６２の長さであり、ｂはガイド軸線６０と光軸２００との間隔である。例えば、ｂが５０ｍｍである場合、ＳＬ＝５ｍｍのスリット６２の長さが生じる。すなわち、上記支承遊びが１μｍであり、間隔ｂが約５０ｍｍである場合、この機械的な遊びをもって光学部品１を光軸の領域において１０μｍよりも良好な望ましい位置決め精度で位置決めすることができるためには、スライダ６２は少なくとも５ｍｍの長さを有していることが望ましい。一般に、上記条件は、ガイドユニットが、案内方向に値ＳＬだけ離間されたガイド面を備える、ガイドにより案内されるスライダを有しているように設定されている。この場合、ガイドとガイドスライダとは支承遊びｙを有している。さらに直線（この直線に沿って光学部品１は移動する）の方向に生じる、ガイドから値ｂだけ離間された光学部品１の振幅Ｌとの間には関係ＳＬ＞ｙ×ｂ／Ｌが保持されることが望ましい。実際には、この場合、しばしば光学部品１の重心とガイドとの間隔の３倍から１０倍までの範囲のＳＬ値が生じる。この場合、以下に詳細に説明するように、構成スペースが提供されていれば、１０倍値も超過される。
【００５２】
慣性力ＦＴにより生じるトルク作用および強制的な振動に関する慣性力ＦＴの影響が低減されることによっても、支承遊びに関する上記条件をさらに補足することができる。光学部品１の減速時に慣性力ＦＴはトルクＭＴを生成し、このトルクＭＴは、力ＦＳにより生成されたトルクにより補償される。この場合、力ＦＳは、少なくともスライダ端部の近傍に作用する。この場合、ほぼＦＳ×ＳＬ＝ＭＴが成り立つ。これは近似値にすぎない。なぜなら、スライダ６２およびガイド６３の構成に関係する支承遊びが存在する場合には、スライダ６２が慣性力により生じたトルクの分だけ回転しようとする場合の回転中心となる回転軸線は確定されていないからである。さらに正確なトルク条件は、スライダ６２に対して相対的な光学素子１の位置にも関係している。しかしながら、総じて、ガイドに作用する力ＦＳが小さければ小さいほど、ガイド６３の振動励起もそれだけ低減されるといえる。この力は、ガイドスライダ６２の長さＳＬの適宜な構成により、光学部品１の加速または減速時にスライダ６２によって生じる慣性力ＦＴの約１０％までに減じることができる。これにより、トルク均衡に基づき、式ＦＴ×ｂ＝ＦＳ×ＳＬ＝０．１×ＦＴ×ＳＬで表すことができるおおまかな寸法決め規則を規定することができる。これにより、ＳＬの決定が可能になり、この場合、ＳＬは約１０×ｂである。この場合、ｂは図２ｇに示したように、ガイド軸線６０と光軸２００との間隔である。この寸法決め規則により、一般に支承遊びに関する第１条件が満たされる。この寸法決めにおいては、一般にスライダ６２が１０ｃｍ〜５０ｃｍまでの長さを超過し、これにより、不利なことに、移動すべき質量がより大きくなり、このことが駆動能力の増大につながる。さらに、このような図２ｇによる本発明の解決法のために必要な構成スペースはしばしば提供されていない。
【００５３】
本発明の別の実施例では、図２ａ，図２ｂによる構成が変更され、ガイド軸線６０に関して、図２ｇに概略的に示すように、光学部品１に向かい合った側に補償質量体ＭＡが取り付けられている。補償質量体ＭＡはスライダ６２に堅固に結合されており、大きさおよびガイド軸線６０までの間隔に関しては、光学部品１の加速時に生じる慣性力によってトルクが生成され、このトルクＭＴが、光学部品１（および場合によってはスライダ）のトルクＭＴがちょうど補償されるように選択される。これにより、光学部品１の加速または減速時にガイド軸線６０に対して垂直な方向のトルクは生じない。このような措置により、ガイド軸線６０は光学部品１の加速時には同様に振動励起されないか、または少なくとも減じられた程度にしか振動励起されない。ここでも付加的な質量体を移動する必要があり、付加的な質量体は駆動能力を高め、付加的な構成スペースを必要とすることが不利である。
【００５４】
図３は、部分図３ａ、３ｂおよび３ｃにおいて、光学部品１と作動ユニット２とリニアガイド６とからなる装置を変更する種々異なった可能性を示している。図３Ａに示した変形態様では、両方の光学部品１がそれぞれ固有のリニアガイド６に沿って光軸方向に案内され、図示の実施例ではローレンツリニアアクチュエータとして構成された作動ユニット２が駆動装置の役割を果たす。図示の実施例では、永久磁石４が光学部品１に機械的に結合されており、光学部品１と共に移動する。コイル５が光学部品１に機械的に結合されている変形態様も同様に可能である。この場合、リニアガイド６は、例えば転がり支承ガイド、滑り支承ガイド、空気式または磁気式支承ガイドとして構成されていてもよい。
【００５５】
図３Ｂは、図３Ａの配置に対して変更された態様を示しており、この場合、リニアガイド６における光学部品１の配置は、図３Ａに示した実施例とは逆向きに実施されており、これにより、光軸に対して直交する方向に必要な構成スペースを減じることができる。
【００５６】
図３Ｃに示した変形態様では、両光学部品１が共通のリニアガイド６で案内され、これにより、同様に必要スペースが低減される。この場合、複数の光学部品により１つの磁気装置が共に使用される。しかしながら、各光学部品１におけるそれぞれの力作用点は、他の力作用点とは全く無関係に調整または制御することができる。
【００５７】
図３に示した実施例では、２つの光学部品１が、作動ユニット２の形の同じローレンツリニアアクチュエータによって移動される。これにより、ローレンツリニアアクチュエータを作動ユニットとして使用することのさらなる利点が明らかである。すなわち、純粋に電子式の制御により、同じアクチュエータによって、１回の適宜な制御を行うだけで２つの光学部品１を互いに無関係に動かすことが可能である。図４は、光軸に直交する断面図で本発明の変形態様を示している。この変形態様ではリニアガイド６は空気式支承部として実施されている。この場合、４つの空気式支承部６が、ローレンツリニアアクチュエータとして実施された両方の作動ユニット２の間に、ハウジング７の内周に沿ってそれぞれ対の形で向かい合わせに配置されている。リニアガイド６として空気式支承部を使用することは、機械的な滑り接触をなくし、これにより、機械的な構成部材の互いの摩擦が排除されるという利点を有する。このようにして、潤滑の不可避性、および、互いに摩擦を生じる機械的な構成部材の粒子摩砕を効果的に回避することができる。それ故、空気式支承部の使用は、周期数が大きい場合には特に有利である。空気式支承部に対して代替的に、転がり支承部をリニアガイドのために使用することもできる。このようなボール循環式ガイドまたはクロスローラ式ガイドは、高剛性を有する構成部材として設計することができるという利点を有する。
【００５８】
図５は、部分図５ａおよび図５ｂにおいて、本発明による装置の２つの代替的な実施例を示している。これらの実施例では、光学部品１の重量が補償される。図５ａは、この補償をカウンタウェイト９により行っている。このカウンタウェイト９は、引張ケーブル１１により、偏向ローラ１０を介してリニアガイド６の領域で光学部品１に作用する。図５ｂは、間隙シールを備える２つの空圧式シリンダ１７ａおよび１７ｂによって重力が補償される変形態様を示している。この場合、両方の空圧式シリンダ１７ａおよび１７ｂは、両方の空圧式シリンダ１７ａおよび１７ｂの作用点を通る直線が光学部品１の重心を通過し、これにより、光学部品１に付加的なモーメントが生じないように、光学部品１に配置されている。この変形態様により、光学部品１の位置決め時に移動させるべき質量が小さく保持される。光学部品１の重量を補償することにより、光学部品１を必要に応じて望ましい位置に移動させるためにのみ作動ユニットを使用することができ、作動時に光学部品１の全重量に抗して光学部品１の位置を保持するために作動ユニットを使用する必要はないという利点が得られる。上述の重量補償の使用は、特に光学系の光軸、ひいては装置の運動軸線が垂直方向に位置している場合に特に適している。換言すれば、作動ユニット２は、光学部品１を移動させるためにのみ使用することができ、重力に抗して作動させることにより作動ユニット２の著しい加熱をもたらすことはない。光軸および／または光学部品１の運動方向が、水平方向とは異なる方向である場合、運動方向の力分解およびこの運動方向に対して垂直な方向に分解された重量が運動方向に補償される。このような補償は図５ａおよび図５ｂによる手段に対応して行うことができる。これにより、光学部品を移動させるためには、慣性力と摩擦力のみを加えればよいという利点が生じる。
【００５９】
図６は本発明による装置の別の実施形態を示している。この実施形態では、光学系の光軸方向の移動に加えて、光軸の領域外へ、または光軸の領域内へ光学部品１を旋回させることができる。このために、作動ユニット２ａには、両方の軸線方向作動手段１３ａおよび旋回手段１４ａが設けられており、これらの手段により、光学部品１ａの上記運動を行うことができる。付加的に、光学系には作動手段２ｂが設けられており、この作動手段２ｂは、軸線方向作動手段１３ｂおよび旋回手段１４ｂを有している。図６では、第２の作動ユニット２ｂに結合された光学部品１ｂが、光学系の光路、すなわち、一点鎖線により示唆された光軸から外側へ旋回されている。図６に示した実施形態では、光学系の光学特性、ひいては光学系の作動形態を極めて迅速に切り換えることが可能となる。このためには、光路に位置する光学部品１ａを旋回手段１４ａにより光路外に旋回させ、これと同時に、またはこの直後に旋回手段１４ｂを用いて光学部品１ｂを光学系の光路内へ旋回させさることのみが必要である。この場合、光学部品１ｂは内側への旋回前に既に、すなわち、光学系がまだ第１の作動形態で作動している間に軸線方向作動手段１３ｂによって光軸に沿った軸線方向位置に移動され、これにより、このステップは、１つの作動形態から次の作動形態へ光学系を切り換える場合に時間損失をもたらさない。図示の実施例では、光学部品１ａは、光学系の光軸に沿った別の場所で、光学特性に関して実質的に同一の光学部品１ｂによって置き換えられる。しかしながら、作動ユニット２ａおよび２ｂによって位置決め可能な複数の光学部品１が異なった光学特性を有していることも考えられる。この場合には、光学系の可能な作動形態にはさらなる光学的な自由度が生じる。
【００６０】
図７は、図６の旋回手段１４ａ，１４ｂに対応して光学系を光路内外に旋回させるための旋回手段１４の実施形態を示している。この旋回手段１４ａ，１４ｂには、予荷重素子１８と解除可能な保持素子１９とが設けられている。この場合、予荷重素子１８は電磁石として構成されており、この電磁石は作動時には光学部品１において電磁石に向いた励磁可能部分に磁気的に作用する。図７に円形アーチ形矢印で示した軸線を中心とした光学部品１の回転が、この場合、まず解除可能な保持素子１９により阻止される。解除可能な保持素子１９が矢印方向に移動された瞬間に、光学部品１は電磁石と、光学部品１の励磁可能部分との間の磁気的な引張り力により光学成部材１が回動される。このようにして光学部品１の素早い旋回を保証することができる。場合によっては、予荷重素子１８の向かい側にも同様に電磁石（図示していない）が設けられていてもよく、この電磁石により、光学部品を元の位置へ移動させることができる。ばね素子（同様に図示していない）により光学部品１を戻すことも可能である。
【００６１】
図８は、本発明の別の実施例を示している。この実施例では、例えば図７に示したように、特に光学部品１の急速な旋回時に、相応の対応措置なしでは、例えば横方向力または傾動モーメントなどの寄生負荷／モーメントが、光学部品１が旋回される支承部に作用することを考慮している。
【００６２】
このような寄生負荷またはモーメントは、図８に示したように、光学部品１における支承点２１の向かい側に補償質量体２０が配置されていることにより効果的に最小化される。光学部品１の重心Ｓ′および補償質量体２０の重心Ｓ″の位置は、支承点２１に関して、式
ｒ／Ｒ＝Ｍ／ｍ
が成り立つように選択される。ここで、
ｒは、光学部品１の重心Ｓ′と支承点２１との間の距離であり、
Ｒは、補償質量体２０の重心Ｓ″と支承点２１との間の距離であり、
Ｍは、補償質量体２０の質量であり、
ｍは、光学部品１の質量である。
【００６３】
この場合、支承点２１は、光学部品１の重心Ｓ′の旋回／回動が行われる面と回動／旋回軸線とが交差する点である。上記条件が保持された場合、回動時に回動軸線の半径方向に支承力が最小化され、これにより、ベクトル総和がゼロに等しくない遠心力または求心力は生じない。なぜなら、装置の回転軸線は共通の重心を通るからである。したがって、光学部品１が終端位置に到達した後に終端位置付近に振動を構成する、不均衡による回転軸線の振動が励起されることはなく、したがって光学部品１の位置が光軸に対して相対的に、または光軸の方向に変化することはない。
【００６４】
装置全体の慣性モーメントＩは、支承点２１に対する２つの慣性モーメントＩの総和として計算され、
Ｉ＝ｍｒ２＋ＭＲ２＋Ｉｍ＋ＩＭ
となり、代入すると、
Ｉ＝ｍｒ２（１＋Ｒ／ｒ）＋Ｉｍ＋ＩＭとなる。
【００６５】
この場合、Ｉｍ＋ＩＭは、光学部品および補償質量体それぞれの重心を通り、上記回動／旋回軸線に対して平行に支承点２１を通過するそれぞれの回転軸線に対する、質量ｍおよび補償質量Ｍを備える光学部品１の慣性モーメントである。
【００６６】
この関連で、図８に示した変形態様は、Ｒ、すなわち、支承部２１の場所と補償質量体２０との間隔を適宜に選択した場合には、補償重量体２０を用いることにより、光学部品１と補償質量体２０とからなる装置全体の総慣性モーメントＩが、支承点２１を中心とした装置の素早い旋回を著しく困難にするような大きい値をとることなしに、支承部２１に加えられる寄生負荷を広範囲に最小化する可能性が得られる。このことは、回転軸線から補償質量体Ｍまでの半径をできるだけ小さくすること、すなわち、対抗手段として補償質量Ｍを増大させることにより達成される。したがって、図８に示した手段は、光学部品１を光学系の光路内へ素早く旋回させた後には装置全体の後振動時間が著しく短縮され、旋回後に光学系の作動準備状態がより早く得られるという効果を有している。支承点の寄生負荷を低減するための補償質量体２０の使用法は、図８に示した変形態様に限定されない。同様に、図８の原理を図１から図５に示した装置において、例えば支持手段として使用することも可能である。
【００６７】
図９は、上記の原理を有利に使用することのできる光学系を示している。
【００６８】
図９に示したシステムは、半導体リソグラフィ投影露光装置の照明システムであり、図９に実線で示した第１瞳面３１までのサブシステム３０を示している。通常は「設定」と呼ばれる瞳面３１における光分布が、視野平面のマイクロミラーアレイ（ＭＭＡ）３２によってあらかじめ均質化され、コリメートされたレーザ光線３３の光線を偏向することにより設定される。図９にまとめて符号３４で示した光学素子は、マイクロミラーアレイ３２から瞳面３１までのレーザ光線３３の経路において光線を形成する役割を果たす。光学素子については以下に明確に説明しない。
【００６９】
半導体リソグラフィで汎用のいわゆる「二重露光法」は、特に１０〜３０ミリ秒の範囲のわずかなミリ秒内に、２つの設定の間で切換を行うとい要求を露光システムに課している。この場合、切換頻度自体も同様である。この設定切換では、設定切換毎に、マイクロミラーアレイ３２に配置された数千個のマイクロミラー（図９には明確に示していない）を調節する必要がある。このような切換に結びついたマイクロミラーの機械的負荷は、特に周期数が大きい場合には、個々のミラーの機械的な故障、またはドリフトに起因する絶対的なミラー位置の再校正間隔短縮につながる。そこで上述の素早い設定切換時にマイクロミラーアレイ３２の個々のマイクロミラーの機械的な負荷を最小限にすることが課題である。
【００７０】
このことは、図９に示した実施例によれば、マイクロミラーアレイ３２が、少なくとも２つの部分領域に分割されることにより達成できる。これらの両領域のそれぞれの部分領域は、マイクロミラー全体の約半分を含み、また３つの部分領域に分割した場合にはそれぞれの部分領域はマイクロミラー全体の１／３を含む。第１の部分領域は、個々のマイクロミラーの位置に関しては、選択すべき第１の設定に構成され、これに対して第２の領域は、マイクロミラーの配置に関して第２の設定に適合される。設定切換時には、図９に示した実施例によれば、マイクロミラーアレイ３２全体の個々のマイクロミラーはもはや調整されず、マイクロミラーアレイ３２において選択される設定に適合された部分領域のみが露光される。これにより、設定切換時には、マイクロミラーアレイ３２の別の照明を選択しさえすればよいので、マイクロミラー自体を動かす必要はない。
【００７１】
図１０には図の上半部に、瞳面３１で交互に設定される２つの光分布が示されている。設定１（図左上）は、高い光強度を有する極２１０，２１２，２１３および２１４と呼ばれる場所を示しており、設定２（図右上）は、極２１５，２１６，２１７および２１８を示している。
【００７２】
設定１は、図１０に示した実施例では、マイクロミラーアレイ３２の領域１０１および１０２に位置するマイクロミラーの光線偏向により生じ、設定２は、マイクロミラーの領域１０３および１０４の照射により生じる（図の下半部参照）。
【００７３】
図１１は、部分図１１ａおよび１１ｂで、マイクロミラーアレイ３２における光分布を設定するための本発明による装置を示している。図１１の部分図１１ａおよび１１ｂに示した変形態様では、光学部品１′および１″は回折光学部品として構成されている。回折光学部品１′、１″の変わりに屈折光学部品を使用することも同様に可能であることはいうまでもない。この変形態様の一つの利点は、例えば、屈折光学部品は原則的により効率がよく、より散乱光を引き起こしにくいことである。
【００７４】
二重矢印３６の方向におけるレーザ光線３３の光路で、光学部品１′または１″がレーザ光線３３の光路に交互に位置しているように、光学部品１′および１″を変位させることにより、マイクロミラーアレイ３２における領域１０１，１０２（光学部品１′）または１０３および１０４（光学部品１″）を交互に照明することができる。光学部品１′または１″とマイクロミラーアレイ３２との間の光路に位置するレンズ３５は、この場合に光線を形成する役割を果たす。
【００７５】
図１１に示した実施形態の本質的な点は、マイクロミラーアレイ３２がレンズ３５の瞳面（図１１には示していない）に配置されており、マイクロミラーアレイ３２における光分布が、レンズ３５の前の視野平面における光学部品１′または１″の位置または設定により決定されることである。この場合、レンズ３５の焦点距離ができるだけ大きい値、有利には、ここでは特に５００ミリメータから１００ミリメータまでの範囲の値を有していると有利である。レンズ３５、光学部品１′および１″ならびにマイクロミラーアレイ３２の上記配置は、マイクロミラーアレイ３２においてほぼコリメートされた、ひいてはわずかな発散度しか示さない照明が可能であるという効果が得られる。図１〜図８に示した可能性を、光学系の光路において光学部品１を素早く交換するために利用することにより、特に素早い設定切換が可能となる。もちろん、図１から図８までに示した技術的解決法を採用せずに、図９および図１０の原理を使用することも同様に可能である。レーザ光線３３が約２０ミリメータの直径を示し、２０ミリ秒の切換時間を必要とすると仮定した場合、レーザ光線３３の光路において光学部品１′または１″を移動させる速度は、約１ｍ／秒であり、これは、機械的な観点から見て制御可能な値である。
【００７６】
図１０および図１１に示した実施形態の利点は、照明系における瞳孔の形状が、従来技術の場合のようにマイクロミラーアレイ３２なしに、例えば回折光学部品によって設定されるのではなく、マイクロミラーアレイ３２自体によって設定されることである。これにより、極端な場合には、保持すべき光学部品の数が２つに制限されていてもよいことになる。なぜなら、マイクロミラーアレイ３２は調節すべき設定に関して不可欠な柔軟性を示すからである。もちろん、領域１０１〜１０４の配置および幾何学形態は、図１０に示した形態に制限されない。簡略化した実施形態では、マイクロミラーアレイ３２において異なる領域、例えば１０１および１０２を照明するために、レーザ光線３３の光路内を往復するように摺動されるか、または傾動もされるミラーを光学部品１として使用してもよい。図１２にはこの実施形態が示されている。もちろん、プリズム、光線ディフレクタまたはその他の光学部品を使用することも可能である。
【００７７】
領域１０１，１０２および／または１０３，１０４を異なる偏光を備える下位領域に分割することにより、上記速度で偏光を変えることが可能となる。このために、偏光は、上記それぞれの領域で９０°の回転子、すなわち、光学的に活性の「扁平プレート」、いわゆる「シュスタープレート」の装置において設定される。「シュスタープレート」は、結晶軸の向きまたは厚さが互いに異なる少なくとも２つの二重屈折素子からなっている。シュスタープレートは、線形の二重屈折を利用して、第１の偏光分布を、途中で局所的に変化する第２の偏光分布に変更する。その機能形式の正確な記載はドイツ国特許第１９５３５３９２号明細書に含まれている。図１３は、偏光、マイクロミラーアレイ３２の部分領域１０１，１０２，１０３，１０４および瞳面３１における設定２１０，２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２１８の極の間で可能な対応配置を示している（図１３参照）。ｙ方向の直線偏光は、領域１０１では、この領域１０１を覆う９０°の回転子（図示していない）を使用することにより、ｘ方向の直線偏光となる。
【００７８】
対応して、領域１０３および１０４のさらなる回転子が、レーザ偏光の向きに対して４５°または−４５°だけ回転する。この場合、偏光の回転は、周知のように回転子の光学的に活性の基板の厚さに比例しており、これにより、異なる回転角度を実施することができる。
【００７９】
図１４は、特にマイクロミラーアレイ３２において回転対称的な光分布を生じさせるために適した別の変形態様を示している。この場合、マイクロミラーアレイ３２は異なる機能性を有する２つの領域１０１および１０２に分割される。図１３に示した実施例では、光学部品１は、アキシコン４０の両方の円錐状レンズのいずれか一方として実施されている。両方の円錐状レンズの一方は中空円錐体として、かつ他方は円錐体として構成されており、同一の鋭角を有している。さらに両方の円錐状レンズの間隔Ｂは互いに調節可能である。両方の円錐状レンズが互いに接触している場合には、間隔Ｂはゼロに等しく、円形の光分布が生じる。Ｂがゼロよりも大きくなると、中央に暗視野を有するリング状の光分布が生じる程に光線３３が拡開される。アキシコン４０を通過した後に、レーザ光線３３は、レンズ３７および３８からなるレンズ装置に衝突する。このレンズ装置は可変の間隔Ｄを備え、ズームレンズのように作用し、レーザ光線３３を拡開する。マイクロミラーアレイ３２に向いた光路のさらなる延在部には中性フィルタ３９が配置されている。両方のレンズ３７および３８の間隔Ｄの調節に関連してアキシコン４０の両方の円錐状レンズの間隔Ｂを調節することにより、マイクロミラーアレイ３２において交互に、または共に部分領域１０２および／または１０１を照明することが可能となる。付加的に光路において、アキシコン４０の前に光線を均質化するための装置を配置することもできる（図１３には示していない）。
【００８０】
光線は、例えば多極、セグメントなどマイクロミラーアレイ３２において任意の光分布が可能であるように処理される。このために、アキシコン４０の円錐状レンズの幾何学配置を必要に応じて適合させることができる。例えば、円錐状レンズをプリズム状に実施することも可能である。
【００８１】
マイクロミラーアレイ３２の軸線外照明も可能である。このためには、レーザ光線３３とアキシコン４０との間の相対的な配向が変更され、ｚ−ｙ面におけるアキシコン４０上のレーザ光線３３の位置がずらされる。このことは、例えば、装置に前置された傾動可能な２つのミラー（図示していない）によって行うことができる。これにより、レーザ光線３３を上方（ｚ方向）にずらすことにより、マイクロミラーアレイ３２の上方の部分領域のみを照明することが可能である。
【００８２】
マイクロミラーアレイ３２の平面において既に瞳面３１上の強度を補正するためには、例えば図１５に示した中性フィルタ３９を使用することもできる。図１５に示した中性フィルタ３９では、光が周縁領域２３２よりも中央領域２３１で著しく弱められている。この場合、領域２３１は、マイクロミラーアレイ３２の領域１０１に対応しており、領域２３２は、マイクロミラーアレイ３２の部分領域１０２に対応している。中性フィルタ３９の構成は、パラメータＤおよびＢの大きさに関係している。したがって、選択された設定に応じて異なる中性フィルタ３９を光路に挿入することが必要となる。この場合、中性フィルタの素早い交換のためには、図１〜図８に示したコンセプトを参照されたい。
【００８３】
対応して図１１、図１２および図１４に示した光学部品１，１′，１″を操作するためには、図１〜図８に示した原理を使用することができる。これとは無関係の操作ももちろん可能である。
【００８４】
システムにおいて線形に加速される質量およびこれに結びついた慣性作用を全くなしに、望ましい設定を調節するための別の可能性を、図１６を参照して以下に説明する。これによれば、光学部品１は、例えば円セクタとして構成された部分素子１′，１″を備える、回転円形ディスクとして実施されている。基本的には、光学部品１が少なくとも２つの光学部分素子を有し、これらの部分素子が、それぞれ周期的に特定の周波数ｆにより、照明のために使用される光束、例えばレーザ光線３３内に挿入可能であるように、光学部品１を形成すれば十分である。回転円形ディスクの場合には、光学部品１の回転角周波数２πｆは、照明のために使用されるレーザのパルス周波数に対応する。これにより、照明に使用される光は、回転する光学部品１の同じ光学部分素子１′または１″に常に入射することになる。ＣＷ（連続波）レーザを使用した場合、不可欠なパルスは、例えば周期的に作動されるシャッタまたはチョッパホイールを用いて生成される。使用すべき部分素子１′または１″、ひいては望ましい設定の選択は、この場合、それぞれの露光のために使用される連続レーザパルス、いわゆるバーストの開始時点により得られる。この変形態様の本質的な利点は、設定変更のために、光路、ひいてはシステムにおいて光学素子の加速的な線形または回転運動が必要とされないことである。これにより、慣性力に起因する振動がシステム内にもたらされることはない。設定の選択は、それぞれのバーストの開始時点を同期的に時間制御して選択することにより、純粋に電子的な経路において行われる。時間的に安定的な光線分布を保持するために、部分素子１′または１″により生成された光線分布がそれぞれの部分素子１′または１″が光束３３内に保持されている間に変化しない場合には有利であり、このことは、特に部分素子１′または１″の対応した幾何学形状により達成される。それぞれの部分素子１′または１″が光束３３内外へ出入する場合に不都合な作用を最小限にするために、それぞれの部分素子１′または１″の出入がパルス間の暗期の間に行われるように、パルスの長さ、開始時点および終了時点を選択することができる。換言すれば、この場合にパルス状の光束３３は完全に部分素子１′または１″のいずれかにのみ位置している。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ−２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
0005578847.tif 000006
【図２ｅ】
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【図２ｆ】
0005578847.tif 000008
【図２ｇ】
0005578847.tif 000009
【図３ａ】
0005578847.tif 000010
【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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