(57)【要約】  本発明によるアクチュエータは、ハウジング（２）、および、アクチュエータ（１）の有効方向にハウジング（２）に対して移動可能な回転子（３）を備え、アクチュエータ（１）は、少なくとも一時的に回転子（３）に連結される前進ユニットを有する。前進ユニットは、少なくとも１つの変形ユニット（６）および、この変形ユニット（６）を変形する少なくとも１つのデフォーマ（５）を備える。この少なくとも１つのデフォーマ（５）は、アクチュエータ（１）の有効方向と垂直に変形ユニット（６）を変形するのに適しており、この変形の結果、変形ユニット（６）の全長が有効方向において変化するものとした。本発明は、さらに、本発明によるアクチュエータ（１）を備えた半導体リソグラフィ用の投影露光システム（３１０）および本発明によるアクチュエータ（１）の動作方法に関するものである。【選択図】図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効方向、
ハウジング（２）、および
前記有効方向に、前記ハウジング（２）に対して移動可能な可動部（３）を有するアクチュエータ（１）であって、該アクチュエータ（１）は、
少なくとも一時的に前記可動部（３）に連結される前進ユニットを有し、該前進ユニットは、少なくとも１つの変形ユニット（６，６０１，６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０，６７０，６８０）および、該変形ユニット（６，６０１，６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０，６７０，６８０）を変形する少なくとも１つのデフォーマ（５，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６）を有し、該少なくとも１つのデフォーマ（５，５０１，５０２，５０３，５０４，５０５，５０６）は、前記アクチュエータ（１）の前記有効方向に垂直なベクトル成分を用いて前記変形ユニット（６，６０１，６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０，６７０，６８０）を変形するのに適しており、該変形の結果、前記変形ユニット（６，６０１，６１０，６２０，６３０，６４０，６５０，６６０，６７０，６８０）の全長が前記有効方向において変化するようにしたことを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記ハウジング（２）は、前記変形ユニットを介して相互に連結可能な、少なくとも２つのハウジング部（２１，２２）で構成されたことを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記少なくとも２つのハウジング部（２１，２２）は、それぞれ、少なくとも１つの固定ユニット（４１，４２）を有し、前記可動部は前記固定ユニット（４１，４２）を用いて前記ハウジング部（２１，２２）のそれぞれに固定可能としたことを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）は、少なくとも１枚の板バネ（６０１）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項５】
請求項３に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）を、２枚の対向する板バネ（６０１）で構成した１対のバネとして設計したこと、および
前記１対のバネ上に少なくとも２つのデフォーマ（５）を配置し、該デフォーマにより前記板バネ（６０１）を外側から互いに向けて曲げるようにしたこと、
を特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記可動部（３）は、該可動部（３）の一部として設計される変形ユニット（６）を介して連結した第１の部分可動部および第２の部分可動部（３１，３２）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記部分可動部（３１，３２）のうちの１つを前記ハウジング（２１，２２）に対してそれぞれ固定可能な少なくとも２つの固定ユニット（４１，４２）を設けたことを特徴とする、
アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記アクチュエータ（１）は、前記可動部（３）が前記アクチュエータ（１）の前記有効方向での移動を抑制する減衰素子（７）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）は少なくとも１つの加圧可能な管（６０１）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）は、少なくとも１つの温度制御可能なバイメタル（６２０）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）は、少なくとも１つの磁気螺旋バネ（６３０）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）は、少なくとも１つの線バネ（６５０）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１〜９のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）は、断面および／または長さの異なる種々の螺旋バネ（６７０）の組み合わせを有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記変形ユニット（６）は、該アクチュエータ（１）の有効方向に、弾性特性の異なる少なくとも２つの部分（６８０，６８１）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記デフォーマ（５）は、圧電素子、特に、圧電積層体（８１０）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記デフォーマ（５）は、電磁コイル（５０２）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記デフォーマ（５）は、液圧シリンダまたは空気圧シリンダ（５０３）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記デフォーマは、空気圧ベローズ（５０４）を有することを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項に記載のアクチュエータ（１）であって、
前記デフォーマ（５）は、コンデンサ極板（５０６）を有するコンデンサとして設計され、コンデンサ極板の電界により、コンデンサ極板（５０６）の間に配置された曲げ素子（６４０）を変形させることを特徴とする、アクチュエータ。
【請求項２０】
半導体リソグラフィ用の投影露光システム（３１０）であって、
前記投影露光システム（３１０）の光学素子（１００）を、該投影露光システム（３１０）の光軸方向または該投影露光システム（３１０）の一部の光軸方向へ移動するために、請求項１〜１９に記載のアクチュエータ（１）を有することを特徴とする、投影露光システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の投影露光システム（３１０）であって、
前記光学素子（１００）を、前記アクチュエータ（１）を介して、該投影露光システム（３１０）のさらなる構成要素に排他的に連結したことを特徴とする、投影露光システム。
【請求項２２】
有効方向、ハウジング（２）、および前記ハウジング（２）に対し、前記有効方向に移動可能な、変形ユニット（６）を持つ可動部（３）を有するアクチュエータ（１）の動作方法であって、
前記可動部の移動方向から見て前記変形ユニット（６）の上流側に位置する第１の固定ユニット（４１）により、前記可動部（３）を固定するステップ、
前記可動部（３）の移動方向から見て前記変形ユニットの下流側に位置する、前記可動部（３）の第２の固定ユニット（４２）を解除するステップ、
デフォーマにより前記変形ユニット（６）を変形するステップ、
前記第２の固定ユニット（４２）により前記可動部を固定するステップ、
前記第１の固定ユニット（４１）を解除するステップ、および
前記変形ユニット（６）から前記デフォーマ（５）を取り外すステップ、
により前記可動部を移動することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高精度に位置決めおよび／または構成要素を操作するためのアクチュエータに関し、特に、半導体リソグラフィ用の投影露光システムにおける光学素子またはその他の機能素子、およびそのようなアクチュエータの動作方法に関する。ここで、用語「アクチュエータ」は、用語「最終制御要素（final controlling element）」および「駆動要素（actuating element）」と同義であり、これらの用語は同様に使用されることを理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
上述したような構成要素をナノメートル領域で位置決めおよび／または操作して、高水準システムの全体的な機能性を保証するという要求が常にある。このような状況においては、多くの場合、位置決め／操作した構成要素、またはそれらの空間配置を監視する必要があり、高分解能で、したがって高コストの、場合によっては、感受性の高い測定制御電子機器を用いる。
【０００３】
従来の技術によるシステムに基づく経験上、位置決めおよび／または操作の精度を主として左右するものは、この場合、アクチュエータ技術そのものではなく、むしろ、位置測定の正確さであることがわかっている。言い換えれば、アクチュエータは位置測定により測定することのできるステップ幅よりも小さいステップ幅を有することができる。
【０００４】
しかしながら、従来技術のアクチュエータに共通する問題として、駆動ステップ幅が、アクチュエータの可動部に作用する荷重に応じて変化してしまうことがある。その結果、出力移動量を算出することが不可能であり、移動量を測定装置により監視しなければならない。これに加え、ステップ幅のわずかな偏差が、アクチュエータの移動距離が長くなるにつれて蓄積する点も問題となる。
【０００５】
上記の問題点を、特許文献１に記載の圧電アクチュエータに基づき以下に説明する。特許文献１に記載のアクチュエータにおいて、アクチュエータ可動部（すなわち、アクチュエータの作動部分であって、通例、操作および／または位置決め対象の構成要素に作用する部分）は、可動部に垂直な１つまたはそれ以上の前進素子（「足部」）により前方に駆動される。ここで、前進素子は、可動部の方向へ、前進素子自体の長手方向とは垂直に移動する。
【０００６】
そのような足部もアクチュエータの有効方向と同一方向に一定の順応性（コンプライアンス）を示すため、足部により生成されるステップ幅も、一方では、足部自体が加えることのできる力（前進力）、および他方では足部が動作開始する際の抗力、または、アクチュエータの可動部に張力または圧力を及ぼす力に依存する。
【０００７】
その結果として、所定の前進力により足部が所定の絶対値だけ屈折するが、足部の順応性のため、この屈折に第２の屈折、すなわち、可動部への荷重により生ずる屈折が重畳する。
【０００８】
例えば、もし、力が可動部の前進方向に向かって可動部に作用すると、ステップ幅が名目上のステップ幅、すなわち、このアクチュエータの設計上のステップ幅よりも大きくなってしまう。対照的に、力が有効方向とは反対に可動部に作用すると、ステップ幅が名目上のステップ幅よりも小さくなってしまう。
【０００９】
可動部にかかる荷重がアクチュエータの移動に伴い変化する場合、ステップ幅もそれと共に変化する。したがって、付加的な高精度変位センサを用いてステップ幅を確認しなければならないが、そのことは、設計空間および操作上の理由により、必ずしも望ましい、または可能であるとは限らない。
【００１０】
高分解能ステップ駆動の別の方法として、慣性駆動がある。慣性駆動を利用して、前進素子、例えば、圧電セラミックが摩擦接触により可動部を一方向へ徐々に推進する。この過程で、可動部上の荷重および可動部の加速力は、摩擦接触により伝達可能な摩擦力よりも小さくなければならない。続いて、前進素子が急に後退し、この急な後退動作に対する可動部の所要加速力が、摩擦接触により伝達可能な摩擦力よりも大きくなる。そのため、可動部は静止し、一方で、前進素子は可動部に対して逆行する。しかしながら、このような駆動においては、わずかな力を加えることしかできないというデメリットがある。なぜなら、可動部を前進させる際、加速力（慣性力）と共に可動部にかかる力が伝達可能な摩擦力を超えないようにしなければならないからである。
【００１１】
その上、前進素子を急に後退させた際に可動部を固定することができないため、この時点で、可動部にかかる外力により可動部が「調整不十分」となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】独国特許出願公開第１００２２５２６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、大きな力が及んだ際にも、その荷重にはほとんど影響されずに、作動対象の構成要素の正確な位置決めおよび／または操作を可能とするアクチュエータを特定することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明のアクチュエータは、請求項１に明記した特徴を有し、本発明の方法は、請求項２２に明記した特徴を有する。従属項は、本発明の有利な変形および例示的な実施形態に関する。
【００１５】
本発明によれば、有効方向を有するアクチュエータは、ハウジング、および、アクチュエータの有効方向にハウジングに対して移動可能な可動部を有し、アクチュエータは、少なくとも一時的に可動部に連結される前進ユニットを有する。前進ユニットは、少なくとも１つの変形ユニットおよび、この変形ユニットを変形する少なくとも１つのデフォーマを備える。この少なくとも１つのデフォーマは、アクチュエータの有効方向と垂直なベクトル成分、特に、分力を用いて変形ユニットを変形するのに適しており、この変形の結果、変形ユニットの全長が有効方向において変化するものとした。
【００１６】
ハウジングは、変形ユニットを介して相互に連結した少なくとも２つのハウジング部で構成することができ、少なくとも２つのハウジング部は、それぞれ、少なくとも１つの固定ユニットを有することができ、前記可動部はこの固定ユニットを用いて前記ハウジング部のそれぞれに固定可能とした。
【００１７】
変形ユニットは、少なくとも１枚の板バネを有することができ、特に、２枚の対向する板バネで構成した１対のバネで構成することができ、１対のバネ上に少なくとも２つのデフォーマを配置することができ、デフォーマにより各板バネを外側から互いに向けて曲げるようにした。
【００１８】
可動部は、第１の部分可動部および第２の部分可動部を有することができ、これら２つの部分可動部を、可動部の一部として設計した変形ユニットを介して連結した。
【００１９】
この場合、部分可動部のうちの１つをハウジングに対してそれぞれ固定可能な少なくとも２つの固定ユニットを設けることができる。
【００２０】
可動部がアクチュエータの有効方向へ移動するのを抑制するため、アクチュエータは減衰素子を有することができる。
【００２１】
本発明の有利な一変形例において、変形ユニットは少なくとも１つの加圧可能な管を有することができる。
【００２２】
或いは、変形ユニットは、少なくとも１つの温度制御可能なバイメタル、磁気螺旋バネ、線バネ、または断面および／または長さの異なる種々の螺旋バネの組み合わせを有することができる。
【００２３】
デフォーマは圧電素子、特に、圧電積層体、電磁コイル、液圧シリンダまたは空気圧シリンダ、または空気圧ベローズを有することができる。追加として、デフォーマはコンデンサ極板を有するコンデンサとして設計することができ、コンデンサ極板の電界により、コンデンサ極板の間に配置した曲げ素子を変形させるようにした。
【００２４】
変形ユニットを持つ可動部を有する本発明のアクチュエータの動作方法として実行可能な方法であって、
可動部の移動方向から見て変形ユニットの上流側に位置する第１の固定ユニットにより、可動部を固定するステップ、
可動部の移動方向から見て変形ユニットの下流側に位置する、可動部の第２の固定ユニットを解除するステップ、
デフォーマにより変形ユニットを変形するステップ、
第２の固定ユニットにより可動部を固定するステップ、
第１の固定ユニットを解除するステップ、および
変形ユニットからデフォーマを取り外すステップ、
を含む。
【００２５】
この場合、個々の方法ステップ、特に、最後の２つのステップは、上記のシーケンスから分岐して行うことができる。
【００２６】
本発明のさらなる有利な改良形態および展開形態については、特許請求の範囲および以下の図面を参照して原則的に説明する例示的な実施形態により明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１ａ〜図１ｄは、本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】図２ａ〜図２ｄは、アクチュエータの移動パスを実質的に無制限とすることを可能とした場合の、本発明の変形例を示す図である。
【図３】減衰素子を用いた場合の配置を示す図である。
【図４ａ】アクチュエータの、急な動きのない（ジャークフリー：ｊｅｒｋ−ｆｒｅｅ）移動の可能性を示す図である。
【図４ｂ】アクチュエータの、急な動きのない（ジャークフリー：ｊｅｒｋ−ｆｒｅｅ）移動の可能性を示す図である。
【図４ｃ】アクチュエータの、急な動きのない（ジャークフリー：ｊｅｒｋ−ｆｒｅｅ）移動の可能性を示す図である。
【図４ｄ】アクチュエータの、急な動きのない（ジャークフリー：ｊｅｒｋ−ｆｒｅｅ）移動の可能性を示す図である。
【図４ｅ】アクチュエータの、急な動きのない（ジャークフリー：ｊｅｒｋ−ｆｒｅｅ）移動の可能性を示す図である。
【図５】パスを高精度に設定するためのアクチュエータの使用法を示す図である。
【図６】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図７】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図８】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図９】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１０】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１１】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１２】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１３】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１４】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１５】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１６】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１７】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１８】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図１９】種々の技術的原理を適用してデフォーマおよび変形素子を実施する可能性を示す図である。
【図２０】本発明の基本的な機械的原理を示す概略図である。
【図２１】本発明のアクチュエータを適用した半導体リソグラフィ用の投影露光システムのためのＺマニピュレータを示す図である。
【図２２】本発明のアクチュエータおよび／または図２１に示すようなマニピュレータを適用した半導体リソグラフィ用の投影露光システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に、本発明の第１実施形態を示す。アクチュエータ１は、図１に示す例において、ハウジング２、および可動部３を備える。可動部はハウジング内に配置され、固定ユニット４１，４２により少なくとも一時的に保持される。この場合、固定ユニット４１，４２による可動部３の保持は、必ずしも機械的接触によるものである必要はなく、例えば、電気力または磁力による非接触固定によるものとすることもできる。ハウジング２内には、また、変形ユニット６に作用するデフォーマ５を配置する。図示の例では、変形ユニット６は、可動部３の２つの部分可動部３１および３２を相互接続する２枚の板バネ６０１で構成されるように設計される。本発明のアクチュエータ１の動作モードを、概略図である図１ａ〜図１ｃを参照して、以下に説明する。
【００２９】
図１ａに、可動部３をハウジング２に対して動かす際の第１ステップを示す。図１ａに示す方法ステップにおいて、可動部３は、その部分可動部３１上に固定ユニット４１を用いて固定される。右側の部分可動部３２は自由に動くことができ、固定ユニット４２は開放している。デフォーマ５は、アクチュエータ１の有効方向に垂直に作用し、したがって、可動部３の移動方向に対して垂直であるが、このデフォーマ５もハウジング２内に格納される。
【００３０】
第２の方法ステップでは、図１ｂに示すように、２つのデフォーマ５は伸長し、互いに対向配置した板バネ６０１を互いに向けて変形し、この２つの板バネ６０１が撓むことにより可動部３を矢印７００の方向に短縮するようにする。言い換えれば、右側の部分可動部３２が、左側へ向かって左側の部分可動部３１の方向に振動する。
【００３１】
図１ｃに示す方法ステップでは、右側の部分可動部３２は、対応付けられた固定ユニット４２により固定され、一方、デフォーマ５は、再度ハウジング２内に引き込まれ、板バネ６０１を解除するが、左側の部分可動部３１を保持する固定ユニット４１はこの状態でまだ閉じたままであるため、左側の可動部３１はまだ移動することができない。
【００３２】
図１ｄに示す第４の方法ステップで、左側の固定ユニット４１が開いて部分可動部３１を開放する。その結果、部分可動部は左側へ矢印８００の方向に移動する。これにより、アクチュエータ１のハウジング２に対する、可動部３の動作に関する完全な１周期が完了する。
【００３３】
図１ａ〜図１ｄに示すステップは、原則として、アクチュエータ１の幾何学的条件、特に、板バネ６０１のアクチュエータ１の有効方向への伸張が許す限り、繰り返すことができる。図１に示すアクチュエータ１を、伸張と圧縮の両方向に動作すること、すなわち、右側の部分可動部３２または左側の部分可動部３１のどちらかを、移動対象の素子に連結することも可能である。
【００３４】
図１からわかるように、アクチュエータ１の幾何学的形状、および、特に、板バネ６０１をアクチュエータの有効方向に対して垂直（すなわち、矢印７００および矢印８００の方向に垂直）に作動することにより、有効方向にて、高減速比を達成し、さらに、アクチュエータ１の高剛性化を図ることができるという有利な効果を奏する。
【００３５】
図１に示すアクチュエータ１が加えることのできる最大力は、この場合、アクチュエータ１の圧縮動作に対する、板バネ６０１のオイラー座屈荷重に相当する。アクチュエータの伸張動作はこの制約を受けないが、作用する最大伸張力は、デフォーマ５により加えられる力および各板バネ６０１のＥモジュールにより大幅に制限される。
【００３６】
また、この超高減速比により、可動部３への荷重にかかわらず、規定ステップ幅を一定に保つことができる。変形制約を用いて、板バネ６０１の有効方向に対して垂直な比較的大きい変形を正確に規定することにより、規定ステップ幅を一定に保つことができ、その結果、有効方向へのステップ幅も、高減速比により、非常に正確に規定することができる。例えば、この変形制約は、図１ａ〜図１ｄにおいて、板バネ６０１が互いに当接するまで垂下されるという点に基づき実現することができる。
【００３７】
図２に、可動部３の移動パスを実質的に無制限とすることを可能とした場合の、本発明の変形例を示す。図２に示す変形例では、アクチュエータ１のハウジングは、２つのハウジング部２１および２２からなる２つの部分に設計され、その２つのハウジング部２１および２２は板バネ６０１により相互に連結される。この場合、第１のハウジング部２１には第１の固定ユニット４１を配置し、一方、第２のハウジング部２２内には第２の固定ユニット４２を配置する。同様に、第１のハウジング部２１内にはデフォーマ５を配置し、これらデフォーマは板バネ６０１に対し、図１に示した変形例と略同一の方法で作用する。
【００３８】
図２ａに示す第１の方法ステップにおいて、左側の固定ユニット４１は閉じていて可動部３を保持しており、一方、右側の固定ユニット４２は開放し可動部３の右側部分を解放する。デフォーマ５が第１のハウジング部２１内に引き込まれているため、板バネ６０１は弛緩している。
【００３９】
図２ｂに示す第２の方法ステップにおいて、デフォーマ５が第１のハウジング部２１か突出し、図１において既に明示した方法と同様にして板バネ６０１を変形する。その結果、右側のハウジング部２２は、固定ユニット４２が開放したまま、第１のハウジング部２１の方向へ可動部３に沿って移動する。続いて（図２ｃに示すように）、右側の固定ユニット４２が閉じて、その結果、可動部３および左側の固定ユニット４１が開く。図２ｄに示す最後の方法ステップにおいて、デフォーマ５はハウジング部２１内に引き込まれ、その結果、板バネ６０１が弛緩する。図２に示す例では、変形ユニット６、すなわち、板バネ６０１が、可動部３ではなくハウジング部２１，２２に連結されているため、可動部をハウジング部２１，２２に対して、実質的に無制限の距離にわたり移動することが可能となる。
【００４０】
特に、図１に示す本発明の例示的な実施形態において、固定ユニット４１を開放したとき、板バネ６０１が急に弛緩し、それにより、アクチュエータ１に不測の衝撃が加わることがある。この問題を軽減または回避するため、図３に示すように、ダンパ７を用いることにより板バネ６０１の弛緩及びそれに伴う可動部３の移動を制限することができ、上記の衝撃をほぼ回避することができる。ダンパ７は、例えば、浸漬コイルとして設計した油圧ダンパまたはその他の方式の電磁ダンパとして設計することができる。
【００４１】
図４は、その図４ａ〜４ｅにおいて、板バネ６０１の弛緩により発生する衝撃を防止するために実現可能な代案を示す。基本的に、図４に示す例は図１に示す例に対応する。図４ｄおよび図４ｅにそれぞれ示すように、変形ユニット４１が左側の可動部部分３１を解放してから板バネ６０１を弛緩させる点で異なる。その後、デフォーマ５を制御してハウジング２内に引き込むことにより、左側の可動部部分３１の制御を行うことができる。
【００４２】
本発明のアクチュエータ１により実施される高減速比により、図５に示すようにデフォーマ５をドープ作動することにより、可動部３またはアクチュエータ１の微調整を行うこともできる。デフォーマ５の移動パスが比較的長いため、本発明の幾何学的条件により、可動部３の移動パスが明らかに短縮される。したがって、この幾何学的条件および材料定数に関する知識に基づいてデフォーマ５の移動パスを測定するだけでよく、その後、それに対応する可動部３の移動パスを推測すればよい。本発明のこの変形例によれば、デフォーマ５の比較的長い移動パスを測定するだけでよいため、特に、低分解能の測定システムを用いて移動パスを監視することができる。デフォーマの移動パスを、結果として生じる可動部３の大幅に短い移動パスへ変換するにあたり誤差が影響することはほとんどない。なぜなら、第１に、本発明のアクチュエータによれば、高減速比を防止することができ、第２に、アクチュエータはその有効方向において確実に剛性設計され、作動対象の構成要素から加わる反力は、可動部３の有効方向への変形にほとんど影響しないからである。
【００４３】
可動部３の全ての移動パスが複数の個別ステップにより構成されるとすると、このパスは、正確に把握されているデフォーマ５と可動部３との間の減速比を考慮した変形移動の合計から求めることができる。したがって、近年必要とされているような、可動部の全移動パスの測定用の高精度の測定システムを利用する必要がなくなる。本発明によるアクチュエータを用いることにより、可動部の全ての移動パスを測定するためには、測定システムのデフォーマ５として、比較的短い、デフォーマ５の移動範囲のみをカバーするものを用いれば十分であり、また、高減速比により、従来この目的のために用いられてきた測定システムのように高い分解能を必要としない。
【００４４】
変形ユニットおよびデフォーマの実施における種々の可能性を図６〜図１９に示す。
【００４５】
このように、図６〜図９において、変形ユニット６は、複数の板バネ６０１（各例においては、１枚の板バネのみ図示）として実施される。デフォーマは、図６においては圧電素子５０１として、図７においては鉄心の電磁コイル５０２として、図８においては液圧ラムと連結した液圧シリンダ５０３、および図９においては２枚の板バネ６０１の間の空気圧ベローズ５０４として実施される。図１０において、変形ユニットは薄肉管６１０として実施され、管内部から所定の圧力を加圧することができる。管６１０は、この場合、ベローズと螺旋バネの両方の機能を兼ね備える。
【００４６】
図１１に、変形ユニット６を１対のバイメタルストリップにより実施した場合の熱駆動の可能性を示す。この場合、熱を供給または除去することにより、図１１ｂおよび図１１ｃに示すように、バイメタルストリップ６２０が撓む。図１１ａに、中立的な状態における配置を示す。同様にして、図１２に示すように、変形ユニットを、磁気螺旋バネ６３０を有する２つの磁気コイル５０５の組み合わせとして構成することもできる。
【００４７】
さらに、デフォーマをコンデンサ極板５０６を有するコンデンサとして用いることもできる。コンデンサ極板の電界により、コンデンサ極板５０６の間に配置した曲げ素子６４０が変形する。
【００４８】
図１４〜図１９に、変形素子６の形成におけるさらなる可能性を示す。図１４に、既に示した板バネ６０１の実施の可能性を示すが、図１５では線バネ６５０を用いている。図１６に示すように、変形素子６６０を、あらゆる所望の断面を有するものとすることができる。図１７に、断面形状および長さの異なる種々の螺旋バネを組み合わせて構成した変形素子を用いる場合の変形例を示す。このように構成した変形素子を用いることにより、本発明のアクチュエータを使用する際の個々の一般的な要件に、本発明のアクチュエータの作用を適合させることができる。
【００４９】
図１８に、一実施可能性として、変形ユニットが、アクチュエータの有効方向に、弾性特性の異なる少なくとも２つの部分を有する場合を示す。この構成は、剛体の中間片部６８１を螺旋バネ６８０内に配置することにより実施される。図１８には図示しないが、剛体の中間片部６８１により、デフォーマのための規定担持面を提供する。その結果、デフォーマから変形素子に力を作用させるために必要な規定条件が、可動部が横方向に移動する際も、限定した領域にわたり有効となる。
【００５０】
図１９ａ，図１９ｂ，および図１９ｃにおいて、内側から加圧することのできる薄肉管を変形素子６１０として構成する際の種々の可能性を示す。
【００５１】
図２０を参照して、荷重とはほぼ無関係な可動部のステップ幅の機能原理を説明する。
【００５２】
変形ユニットを備えた可動部を、３つのピボットジョイントにより相互連結された４つのロッドで構成した等価力学モデルによりシミュレートする。ここで、ねじりバネが中央のピボットジョイントと平行に配置されている。
【００５３】
内側のロッドの長さはそれぞれａであり、ねじりバネのねじりバネ剛性はｋφである。
【００５４】
右外側のロッドは固定ユニットにより固定され、一方、左外側のロッドは（例えば、開放した固定ユニットにより）直線的に案内される。
【００５５】
デフォーマが、中央のピボットジョイントをパスｖを経て変形させたことにより、内側のロッドは水平方向に対して角φをなすようになる。
【００５６】
左外側のロッドには力Ｆが作用し、これにより、中央のピボットジョイントには、中央のピボットジョイントを曲げようとするＭbendの曲げモーメントがかかる。曲げモーメントＭbendはパスｖのオフセットおよび力Ｆにより得られる。
【００５７】
Ｍbend  ＝  Ｆ＊ｖ
【００５８】
パスｖは、内側の各ロッドの長さａを介した中央のピボットジョイントの曲げ角度２＊φの係数である。具体的には、次のようになる。
【００５９】
ｖ＝ａ＊ｓｉｎ［（２＊φ／２］＝ａ＊ｓｉｎ（φ）
【００６０】
短いパスｖおよび角度φの近似により、線形化が可能である。より具体的には、次のようになる。
【００６１】
ｖ＝ａ＊φ
【００６２】
したがって、曲げモーメントＭbendは、中央のピボットジョイントの曲げ角度φの半分の角度の関数として表すことができる。具体的には、次のようになる。
【００６３】
Ｍbend＝Ｆ＊ａ＊φ
【００６４】
一方、ねじりバネにより、中央のピボットジョイントには、ピボットジョイントおよび可動部全体を伸長しようとする伸長モーメントＭextendがかかる。
【００６５】
この伸長モーメントＭextendは、中央のピボットジョイントの曲げ角度２＊φおよびねじりバネのバネ定数（スチフネス）ｋφにより与えられる。具体的には、次のようになる。
【００６６】
Ｍextend＝ｋφ＊２＊φ＝２＊ｋφ＊φ
【００６７】
曲げモーメントＭbendが伸長モーメントＭextendよりも小さい場合、可動部は再度完全に伸長する。具体的には、次のようになる。
【００６８】
Ｍbend＜Ｍextend
Ｆ＊ａ＊φ＜２＊ｋφ＊φ
Ｆ＊ａ＜２＊ｋφ
【００６９】
この不等式により、力Ｆに対して、力Ｆが超えることのない限界値を与えて、可動部が再度完全に伸長するようにする。
【００７０】
この限界値は、臨界力Ｆcritであり、具体的には、次のようになる。
【００７１】
Ｆ＜（２＊ｋφ）／ａ＝Ｆcrit
【００７２】
力Ｆが臨界力Ｆcritよりも小さく、そのまま維持されるという条件の下では、可動部が再度完全に伸長することができ、可動部のステップ幅は可動部の伸長動作により生ずるため、力Ｆには依存しない。
【００７３】
このステップ幅が力Ｆには依存しないことは、次のようなことから説明できる。すなわち、力Ｆが臨界力Ｆcritよりも小さい場合、可動部のゼロ位置（伸長位置）周囲にかかる伸長モーメントＭextendは、曲げモーメントＭbendよりも増加率が大きいからである。
【００７４】
実際の板バネにおいては、臨界力Ｆcritは、対応する座屈荷重の場合におけるオイラー座屈荷重に相当する。
【００７５】
さらに、変形ユニットは必ずしも弾性構成要素を備えている必要はないことに留意されたい。圧力および張力の両方を与えることのできるデフォーマにより変形ユニットを変形させることも同様に考えられる。この場合、変形そのものに必ずしも復元力を利用する必要がないことが要求される。
【００７６】
本発明のアクチュエータは、剛性が高いこと、位置決め力が高いこと、およびステップ幅が荷重とはほぼ独立していることから、次のような使用領域に適している。すなわち、極めて高精度の位置決め精度が要求されることを前提として、アクチュエータを駆動するために調整対象物の位置測定を行うことが非常に困難である場合、または、非常に大量の対象物を位置決めする必要がある場合である。
【００７７】
このような要求は、例えば、半導体リソグラフィ用のＺマニピュレータにて生ずる。すなわち、Ｚマニピュレータは、収差補正のためｚ方向においてレンズを非常に高精度に位置決めしてから動作を開始し、動作中もこれらのレンズをリアルタイムでｚ方向における各位置に関して精度よく設定し、動作環境における変動により生ずる収差を補正する。その例を、図２１に示す。
【００７８】
Ｚマニピュレータは、この場合、次のように設計する。レンズ１００を、内輪１０１に搭載し、さらに、内輪１０１は、３つの本発明によるアクチュエータ１により支持される。アクチュエータの有効方向はｚ方向に平行な向きとする。
【００７９】
これら３つのアクチュエータ１は外輪１０２に埋設され、外輪の外側領域は、対象構造物（図示せず）に対するインターフェイスを形成する。
【００８０】
駆動剛性が高いため、アクチュエータ１は、内輪１０１をレンズ１００と共に直接ｚ方向へ支持することができ、レンズ１００、内輪１０１、およびアクチュエータ１で構成したシステムが振動の影響を受けやすくなることはない。
【００８１】
中間位置１０３検出のためのセンサを用いて、電源障害の後、アクチュエータ１を略中央位置に再度設置することができる。
【００８２】
動作の前に収差を補正するため、アクチュエータ１によりレンズ１００を段階的（ステップ的）にｚ位置に動かすことができ、レンズ１００のｚ位置を正確に記録するセンサは不要である。なぜなら、ステップ幅は根本的に荷重に依存しないため、ほぼ正確に定められるからである。しかしながら、所望のｚ位置に到達するには、実施すべきステップ数をカウントする必要がある。
【００８３】
アクチュエータ１を、図５に示すような微調整モードで使用して、中央のｚ位置の変動に対応することができる。
【００８４】
図２２に、本発明のアクチュエータを使用した、半導体リソグラフィー用の投影露光システム３１０を示す。このシステムにより、基板上の構造物を露光して、例えばコンピュータチップ等の半導体構成要素を製造する。基板は、感光性材料で被覆され、通常、主にシリコンで形成され、ウエハ３２０と称する。
【００８５】
投影露光システム３１０は、この場合、主に、照射系３３０、マスクを保持し正確に位置決めするデバイス３４０、ウエハ３２０上における最終的な構造を規定するために用いられる構造を備えたいわゆるレチクル３５０、このウエハ３２０の保持、移動、および正確な位置決めを行うデバイス３６０、および結像デバイス、具体的には、投影対物レンズ３７０で構成する。投影対物レンズは、投影対物レンズ３７０の対物レンズハウジング４００内のマウント３９０を介して支持した複数の光学素子３８０を備える。
【００８６】
基本的な機能的原理によれば、この場合、レチクル３５０内に挿入した構造は、ウエハ３２０上に縮小結像される。
【００８７】
露光後、ウエハ３２０を矢印の方向にさらに移動し、同じウエハ３２０上の複数の個々の領域を露光するようにする。いずれの場合も、ウエハはレチクル３５０により規定された構造を有する。投影露光システム３１０内でウエハ３２０が段階的（ステップ毎）に前進して移動するため、多くの場合、投影露光システムはステッパとも称される。
【００８８】
照射系３３０は、例えば、光放射または同様の電磁放射等の投影ビーム４１０を生成し、レチクル３５０をウエハ３２０上に結像する。
【００８９】
レーザ等を、この放射線の源として用いることもできる。放射線は照射系３３０内で光学素子を介して整形され、投影ビーム４１０がレチクル３５０に入射する際に、直径、偏光、波面形状等に関して所望の特性を有するようにする。
【００９０】
ビーム４１０により、レチクル３５０の像を生成する。既に説明したように、像は投影対物レンズ３７０により適切に縮小されてウエハ３２０上に転写される。投影対物レンズ３７０は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、遮蔽板等の複数の独立した屈折光学素子および／または反射光学素子３８０を備える。この場合、１つまたはそれ以上の光学素子を、図２１に示すマニピュレータのように、マニピュレータ内に配置することができる。
【００９１】
本図において示すｚ方向は、図２１に一致するものとする。
【図１ａ】
2011528857.tif 000003
【図１ｂ】
2011528857.tif 000004
【図１ｃ】
2011528857.tif 000005
【図１ｄ】
2011528857.tif 000006
【図２ａ】
2011528857.tif 000007
【図２ｂ】
2011528857.tif 000008
【図２ｃ】
2011528857.tif 000009
【図２ｄ】
2011528857.tif 000010
【図３】
2011528857.tif 000011
【図４ａ】
2011528857.tif 000012
【図４ｂ】
2011528857.tif 000013
【図４ｃ】
2011528857.tif 000014
【図４ｄ】
2011528857.tif 000015
【図４ｅ】
2011528857.tif 000016
【図５】
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【図６】
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【図７】
2011528857.tif 000019
【図８】
2011528857.tif 000020
【図９】
2011528857.tif 000021
【図１０】
2011528857.tif 000022
【図１１ａ】
2011528857.tif 000023
【図１１ｂ】
2011528857.tif 000024
【図１１ｃ】
2011528857.tif 000025
【図１２】
2011528857.tif 000026
【図１３】
2011528857.tif 000027
【図１４】
2011528857.tif 000028
【図１５】
2011528857.tif 000029
【図１６】
2011528857.tif 000030
【図１７】
2011528857.tif 000031
【図１８】
2011528857.tif 000032
【図１９ａ】
2011528857.tif 000033
【図１９ｂ】
2011528857.tif 000034
【図１９ｃ】
2011528857.tif 000035
【図２０】
2011528857.tif 000036
【図２１】
2011528857.tif 000037
【図２２】
2011528857.tif 000038
【国際調査報告】
2011528857.tif 000039
2011528857.tif 000040
2011528857.tif 000041
2011528857.tif 000042