CN111356956A - 定位系统和相对于框架定位子平台或平台的方法 - Google Patents

Abstract

一种相对于参考物体定位由主平台(5)支撑的子平台(9)的方法，所述子平台能够沿着方向(7)相对于所述主平台在第一位置和第二位置之间移动。所述方法包括通过使用无源力系统来定位第一平台，所述无源力系统通过定位所述主平台被激活。所述无源力系统包括两个磁体系统(119，121)，每个磁体系统配置成以非接触的方式沿着所述方向相对于第二平台向第一平台施加力，所述力导致由所述无源力系统沿着所述方向施加到所述第一平台的合力。所述合力的量值和/或方向取决于所述第一平台相对于所述第二平台的位置，所述第一平台具有在所述第一位置和第二位置之间的零力位置，所述合力在所述零力位置为零。

Description

定位系统和相对于框架定位子平台或平台的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年11月15日提交的欧洲申请17201865.7的优先权，该欧洲申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及一种定位系统，尤其涉及一种用于光刻设备的定位系统，和一种相对于框架定位子平台或平台的方法。

背景技术

光刻设备是一种将所期望的图案施加到衬底(通常是在衬底的目标部分)上的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成于IC的单层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或几个管芯)上。典型地，经由将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。常规的光刻设备包括所谓的步进器和所谓的扫描器，在步进器中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来辐照每个目标部分；在扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案，同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步扫描衬底来辐照每个目标部分。也有可能通过将图案压印到衬底上而将图案从图案形成装置转印到衬底上。

光刻设备可以包括定位系统，该定位系统相对于参考物体(例如，量测框架或主框架)定位可移动物体(诸如子平台)。所述子平台可以是或包括保持衬底或图案形成装置的支撑结构。

通常，定位系统包括能够相对于框架沿移动方向移动的主平台，其中，子平台能够相对于主平台沿移动方向在第一位置和第二位置之间移动。所述子平台可以由主平台支撑。通常，长行程致动器作为第一致动器设置在框架和主平台之间，以沿移动方向相对于框架向主平台施加力，而短行程致动器作为第二致动器设置在主平台和子平台之间，以沿移动方向相对于主台向子平台施加力。长行程致动器用于主平台和子平台的粗略定位，短行程致动器用于子平台相对于主平台的精细定位。短行程致动器可以是移动的磁体系统，在所述移动的磁体系统中，定子(即，主平台的一部分)包括由动子(即，子平台的一部分)围绕的线圈系统，其包括结合在导磁率高的金属中的磁体，以便获得高的磁场密度。

利用这种构造，当长行程致动器以一定的加速度使主平台加速时，短行程致动器还必须在子平台和主平台之间施加力以使子平台以相同的量加速。实际上，使得子平台加速的力被产生了两次，一次是由长行程致动器产生，一次是由短行程致动器产生。结果，短行程致动器是根据这些要求而设计的，从而导致相对较大且较重的短行程致动器，并且因而产生了较高的子平台质量，从而必须产生甚至更大的力来加速子平台。而且，当子平台以一定量加速时，子平台中或附近的短行程致动器会产生大量的热量，这会导致结构变形，从而导致例如位置测量准确度的损失和子平台顶部上的图案形成装置或衬底的变形。

为了冷却子平台，可以在子平台与主平台或框架之间设置输送冷却流体的软管，由此引入力干扰，所述力干扰限制了定位系统的位置准确度。

还可以注意到，在驱动主平台方面，可以识别出类似的冷却和力问题。特别地，在已知的布置中，典型地使用相对较大的、功率大的线性电机来驱动光刻设备中的主平台，这些电机需要强烈的冷却。

发明内容

期望提供一种改良的定位系统。

根据本发明的实施例，提供了一种相对于参考物体定位子平台的方法，具有：

主平台，能够沿移动方向相对于框架移动，子平台能够相对于主平台沿移动方向在第一位置和第二位置之间移动；

在所述主平台和框架之间的主致动器，用于沿移动方向相对于框架向主平台施加力；和

在子平台和主平台之间的无源力系统，包括至少两个磁体系统，每个磁体系统配置成以非接触的方式沿着所述移动方向相对于主平台向子平台施加力，所述力导致由所述无源力系统沿着所述移动方向施加到所述子平台的合力，

其中所述合力的量值和/或方向取决于所述子平台相对于所述主平台的位置，且其中所述子平台具有在所述第一位置和第二位置之间的零力位置，所述合力在所述零力位置具有零的量值，

和其中通过利用所述主致动器将主平台相对于框架定位来利用所述无源力系统而相对于参考物体将所述子平台定位在期望的位置处或期望的位置附近。

根据本发明的又一实施例，提供了一种定位系统，包括：

主平台，能够沿着移动方向相对于框架移动；

子平台，能够相对于主平台沿着移动方向在第一位置和第二位置之间移动；

主致动器，沿所述移动方向相对于所述框架向主平台施加力；

在子平台和主平台之间的无源力系统，包括至少两个磁体系统，每个磁体系统配置成以非接触的方式沿着移动方向相对于主平台向子平台施加力，所述力导致由所述无源力系统沿着移动方向施加到所述子平台的合力，

其中所述合力的量值和/或方向取决于子平台相对于主平台的位置；

其中子平台在第一位置和第二位置之间具有零力位置，合力在零力位置具有零的量值，所述定位系统还包括：

控制系统，配置成通过利用所述主致动器将主平台相对于框架定位来利用所述无源力系统而相对于参考物体将所述子平台定位在期望的位置处或期望的位置附近。

根据本发明的第二方面，提供了一种定位系统，包括：

框架；

平台，能够沿着移动方向相对于所述框架在第一位置和第二位置之间移动；

磁力系统，配置成沿着所述移动方向驱动所述平台，所述磁力系统包括至少两个磁体系统，每个磁体系统配置成以非接触的方式沿着所述移动方向来向所述平台施加排斥力；所述排斥力导致由所述磁力系统沿着所述移动方向施加到所述平台的合力，其中所述合力的量值和/或方向取决于所述平台相对于所述框架的位置，其中所述平台具有在所述第一位置和第二位置之间的零力位置，所述合力在所述零力位置具有零的量值；

由此每个磁体系统包括：

第一磁体组件，安装到所述平台和框架中的一个；和

第二磁体组件，安装到所述平台和框架中的另一个；

其中所述第一磁体组件包括第一磁体，所述第二磁体组件包括具有间隙的磁路，所述磁路的间隙配置成在使用期间至少部分地容纳所述第一磁体；

其中所述第二磁体组件配置成产生跨越所述间隙的磁通量，其中，所述定位系统还包括电磁电机或致动器，配置成沿着所述移动方向相对于所述框架驱动所述平台。

附图说明

现在将参考示意性附图仅通过举例方式来描述本发明的实施例，在附图中对应的附图标记指示对应的部件，且在附图中：

图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备；

图2描绘了根据本发明的又一实施例的定位系统；

图3描绘了图2的定位系统的无源力系统的实施例；

图4描绘了图2的定位系统的无源力系统的另一实施例；

图5描绘了图2的定位系统的无源力系统的又另一实施例；

图6描绘了图2的定位系统的无源力系统的再一实施例。

图7(a)和7(b)描绘了能被应用于根据本发明的定位系统中的无源力系统的另一实施例。

图8a和8b描绘了能被应用于根据本发明的定位系统中的无源力系统的另一实施例。

图9示意性地描绘了图8a的无源力系统的力特性，所述力特性作为在移动方向上主平台和子平台的相对位置的函数。

图10-13描绘了能被应用于根据本发明的定位系统中的力系统的另一实施例。

图14示意性地描绘了图13的力系统的力特性，所述力特性作为在移动方向上平台和框架的相对位置的函数。

图15描绘了能被应用于根据本发明的定位系统中的磁体组件的另一实施例。

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备。所述设备包括照射系统(照射器)IL，配置成调节辐射束B(例如UV辐射束或任何其它合适的辐射)；和图案形成装置支撑件或掩模支撑结构(例如掩模台)MT，构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置成根据某些参数准确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连。所述设备还包括衬底台(例如，晶片台)WT或“衬底支撑件”，构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置成根据某些参数准确地定位衬底的第二定位装置PW相连。所述设备还包括投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。

照射系统可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，用以引导、成形、或控制辐射。

所述图案形成装置支撑件以取决于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如例如图案形成装置是否保持在真空环境中等其它条件的方式来保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要是固定的或可移动的。所述图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置(例如相对于投影系统)位于期望的位置上。本文使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

本文使用的术语“图案形成装置”应该被广义地解释为表示能够用于在辐射束的横截面上赋予辐射束图案以便在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应注意，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则被赋予至辐射束的图案可以不完全对应于衬底的目标部分中的所期望的图案。通常，被赋予至辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。

所述图案形成装置可以是透射型的或反射型的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜能够单独地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

本文使用的术语“投影系统”应该被广义地解释为包括任何类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统、反射折射光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和静电光学系统或其任意组合，例如视所使用的曝光辐射、或者对于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素的情况而定。本文使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”同义。

如这里所描绘的，所述设备属于透射型(例如，采用透射式掩模)。可替代地，所述设备可以属于反射型(例如，采用如上文所提及类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多衬底台或“衬底支撑件”(和/或两个或更多的掩模台或“掩模支撑件”)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行地使用附加的台或支撑件，或可以在一个或更多个台或支撑件上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台或支撑件用于曝光。

光刻设备也可以是这样一种类型：其中衬底的至少部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充介于投影系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如介于图案形成装置(例如掩模)和投影系统之间的空间。浸没技术可用于增加投影系统的数值孔径。本文使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底之类的结构必须浸没在液体中；相反，“浸没”仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。

参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当所述源为准分子激光器时，所述源和光刻设备可以是单独的实体。在这种情况下，所述源并不被认为形成光刻设备的一部分，且辐射束被借助于包括(例如)适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，例如当所述源为汞灯时，所述源可以是所述光刻设备的组成部分。可以将源SO和照射器IL以及需要时设置的束传递系统BD一起称为辐射系统。

所述照射器IL可以包括配置成调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如，积分器IN和聚光器CO。所述照射器可以用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所期望的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到被保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由所述图案形成装置来图案化。在已跨越图案形成装置(例如掩模)MA的情况下，辐射束B传递通过投影系统PS，所述投影系统将所述束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库进行机械获取之后，或在扫描期间，可以将第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确描绘出)用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置(例如掩模)MA。

可以通过使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记Pl、P2来对准图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W。尽管所图示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于介于多个目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)中。类似地，在将多于一个的管芯被设置在图案形成装置(例如，掩模)MA上的情况下，图案形成装置对准标记可以位于所述管芯之间。

所描绘出的设备可以用于下列模式中的至少一种：

1.在步进模式中，在将图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT或“掩模支撑件”和衬底台WT或“衬底支撑件”被保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT或“衬底支撑件”沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中被成像的目标部分C的大小。

2.在步进模式中，在将图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT或“掩模支撑件”和衬底台WT或“衬底支撑件”同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT或“衬底支撑件”相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT或“掩模支撑件”的速度和方向可以由投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大的大小限制了单一动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了目标部分的高度(沿扫描方向)。

3.在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT或“掩模支撑件”保持为基本静止，并且在所述衬底台WT或“衬底支撑件”被移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在此模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT或“衬底支撑件”的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式能够易于应用于运用可编程图案形成装置(诸如，上文所提及类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。

也可采用上文所描述的使用模式的组合和/或变形，或完全不同的使用模式。

现在将参考图2-6更详细地描述第一定位装置PM和/或第二定位装置PW的实施例。这些实施例不限于第一定位装置PM和第二定位装置PW，而是用作也可以应用于其它应用的示例。

图2示出了根据本发明的实施例的定位系统1的示意图。定位系统1包括框架3，框架3可以是图1的光刻设备的支撑框架或底架。

定位系统1还包括：主平台5，主平台5能够相对于框架3沿移动方向7移动；和子平台9，子平台9能够相对于主平台5沿移动方向7在第一位置11与第二位置13之间移动。子平台9相对于主平台5的位置由子平台9的重心15的位置指示。第一位置11和第二位置13因此在主平台5上指示，并且限定了子平台9的重心15可能的行程。为了更容易看到重心15相对于主平台5的相对位置，绘制了通过重心15的虚线25。

子平台9可以是衬底或图案形成装置支撑件，并且在此实施例中由主平台5支撑。然而，也可以设想其中子平台9和主平台5两者都由框架3支撑的实施例。子平台9和主平台5可以分别广义地称为第一平台和第二平台。

在主平台5和框架3之间设置有主致动器17，以沿移动方向7相对于框架3向主平台5施加力F。主致动器17可以是移动的磁体系统，具有与永磁体系统协同工作的线圈系统，其中例如，线圈系统位于框架3上，并且永磁体系统位于主平台5上。主致动器17也可以是移动的线圈系统，其中，线圈系统位于主平台5上，且永磁体系统位于框架3上。在实施例中，所述主致动器17也可以是根据本发明第二方面的定位系统，如将进一步论述。

在主平台5和子平台9之间设置有无源力系统，所述无源力系统包括两个磁体系统19、21，其中每个磁体系统19、21被配置为以非接触的方式沿着移动方向相对于主平台5向子平台9施加力。磁体系统19、21的力产生合力，即，由无源力系统沿移动方向施加到子平台9上的力的矢量和，其中合力的量值和/或方向取决于子平台9相对于主平台5的位置。

子平台9在第一位置11和第二位置13之间具有零力位置23，在零力位置23合力具有零的量值。零力位置23也被指示位于主平台5上。在图2中，子平台9被示出在零力位置23中。

在本发明的实施例中，在第一位置和第二位置之间产生的合力可以在第一位置附近和第二位置附近具有相对较大的幅度，并且具有跨越作为介于第一位置和第二位置之间的范围的一部分的子范围的相对较低的幅度。在实施例中，该子范围可以例如是第一位置和第二位置之间的范围的大约50％。典型地，合力相对较低的子范围(也称为低力子范围)将实质上在第一位置和第二位置之间的范围的中间。

定位系统1还包括控制器或控制系统27，该控制器或控制系统27配置成：通过利用主致动器17相对于框架3定位所述主平台5，来利用所述无源力系统相对于参考物体2将子平台9定位在期望的位置中或附近。期望的位置可以是相对于参考物体2的任何位置，并且还可以被定义为期望的轨迹或期望的速度、加速度、加加速度(jerk)等。参考物体2可以被连接到框架3或可以是单独的物体，例如，框架3可以是底架，且参考物体可以是量测框架。

控制系统27可以包括至少一个传感器，以测量子平台和/或主平台的位置量，其中，控制系统27被配置为基于期望的位置量和至少一个传感器的输出来向所述主致动器提供驱动信号。优选地，至少一个传感器测量所述子平台和所述主平台相对于参考物体2的位置量，因为这也提供了子平台相对于主平台的位置的度量。然而，还可以设想，相对于所述子平台，测量所述主平台的位置量。但是，组合也是可行的。

在实施例中，磁体系统19、21包括无源磁性元件，诸如永磁体和/或包括可磁化材料的元件。在这种实施例中，所述力系统因而可以被认为是无源力系统。注意，下面将论述替代实施例，由此所应用的磁体系统也可以包括电磁体。在这种实施例中，所述无源力系统将被称为磁力系统，由此所述磁力系统包括至少两个磁体系统，并且其中磁体系统可以是包括永磁体的无源磁体系统、包括电磁体的有源磁体系统、或它们的组合。

在所示的实施例中，磁体系统19、21的无源磁性元件能够实现将所述子平台9移位。通过利用主致动器将主平台5例如在图2中向右移动，子平台9将相对于主平台5朝向第一位置移动。这将在子平台9上生成非零的合力，该合力能够用于相对于参考物体2定位所述子平台。因为可以通过设定所述子平台相对于所述主平台的适当的相对位置来调节合力的量值和/或方向，所以可以建立针对所述子平台的相对于参考物体2的位置的完全控制。

以无源方式定位子平台的一个益处在于，为了产生力而在子平台内或附近产生的热量较少，从而减少了子平台的、以及位于子平台顶部上的部件(如衬底和图案形成装置)的变形。由于在子平台上没有产生热量或至少产生较少的热量，因此也可以省去或减少冷却装置(诸如，载运冷却流体的软管)，从而导致较少的力干扰，且因而实现了有所改良的位置准确度。

另一个益处可以是，相对于使用有源磁线圈系统的情况，降低了主平台和/或子平台的总质量。针对相同的能量输入，较低的质量导致更快的定位系统。

为了准确定位，定位系统1可以在子平台和主平台之间包括第二致动器18，以在移动方向上相对于主平台5向子平台9施加力F2。无源力系统的益处在于，第二致动器18可以设计得相对较小，因为它只需施加力F2来精细定位所述子平台和抑制干扰，该力小于用于粗略定位的力，并且由无源力系统施加。这里明确指出，第二致动器18的存在对于本发明不是必需的。

无源力系统的刚度，是关于所述子平台相对于所述主平台的位置变化(即沿移动方向)，合力的量值的变化率。在实施例中，磁体系统被设计成使得在零力位置中的刚度的量值小于在第一位置或第二位置附近的刚度的量值，即，刚度的量值在零力位置中是最小的，并且朝着第一位置和第二位置增加。这意味着，当第二致动器用于零力位置的精细定位时，第二致动器与无源力系统之间的干扰在零力位置会最小化，而第一位置和第二位置附近的较大刚度能够有利地用于粗略定位。在本发明的实施例中，在第一位置和第二位置之间产生的合力可以在第一位置附近和第二位置附近具有相对较大的幅度，并且具有跨越作为介于第一位置和第二位置之间的范围的一部分的子范围的相对较低的幅度。在实施例中，该子范围可以例如是第一位置和第二位置之间的范围的大约50％。典型地，合力相对较低的子范围(也称为低力子范围)将实质上在第一位置和第二位置之间的范围的中间。

图3-5现在将更详细地示出图2的定位系统的无源力系统的替代实施例。

图3描绘了在三种情况A、B、C中从上方观察的图2的定位系统1的部分，尤其是主平台5和子平台9。无源力系统包括两个磁体系统19、21，其中每个磁体系统19、21包括附接到主平台5的主平台磁体组件30和附接到子平台9的子平台磁体组件32。

每个主平台磁体组件和子平台磁体组件分别包括永磁体30a-30d和32a-32d的一维阵列。永磁体的磁极化由每个永磁体内部绘制的箭头指示。阵列中的相邻永磁体以相反的磁极化与例如永磁体30a和32a相比，正如以主平台磁体组件的永磁体和子平台磁体组件的相关联的相反的永磁体与例如永磁体30a和32a相比。每个磁体系统19、21的主平台磁体组件30和子平台磁体组件32因而配置成彼此推斥或排斥。能够注意到，两个磁体系统的施加(例如作用在平台的相反两侧)产生推斥力或排斥力，从而导致平台在零力位置达到平衡。在本发明的实施例中，在无源力系统或更一般的磁力系统中所施加的磁体系统是在主平台与子平台之间(或者如下文将要解释的在框架与平台之间)产生排斥力或推斥力的磁体系统。在本发明的实施例中，在第一位置和第二位置之间所产生的合力可以在第一位置附近和第二位置附近具有相对较大的幅度，并且具有跨越作为介于第一位置和第二位置之间的范围的一部分的子范围的相对较低的幅度。在实施例中，所述子范围可以例如是介于第一位置和第二位置之间的范围的大约50％。典型地，合力相对较低的子范围(也称为低力子范围)将实质上在第一位置和第二位置之间的范围的中间。

这里要注意的是，具有二维阵列的实施例也是可能的，其中相邻的永磁体具有相反的磁极化。为了简单起见，这里以线性阵列实施例为例进行描述。

每个磁体系统19、21的主平台磁体组件30和子平台磁体组件32在移动方向7上彼此相反地定向。特别地，当子平台处于零力位置23时，磁体系统19和21关于子平台的一条线(在此情况下即，穿过子平台的重心15的线25)对称。磁体系统19沿因此移动方向7的正方向(即，图3中向右)向子平台施加力，该力与由磁体系统21施加到子平台上的力相反。该力的量值取决于所述子平台相对于所述主平台的相对位置。

在情况A中，所述子平台相对于所述主平台处于零力位置，从而，介于磁体系统19的主平台磁体组件30与子平台磁体组件32之间的间隙34等于介于磁体系统21的主平台磁体组件30与子平台磁体组件32之间的间隙36，从而由磁体系统施加到所述子平台的力在移动方向上彼此平衡，并且在移动方向上的合力具有零的量值，即不存在合力。

在情况B中，主平台5已由控制系统定位，使得子平台9位于介于第一位置11与零力位置23之间的位置，如由通过所述子平台的重心15的线25指示。结果，间隙34小于间隙36，从而磁体系统19的推斥力大于磁体系统21的推斥力。结果，合力Fr沿着移动方向朝向零力位置被施加到子平台。通过将子平台相对于主平台定位在此位置，能够将子平台向右(即移动方向的正方向)加速。

在情况C中，主平台5已由控制系统定位，使得子平台9位于介于零力位置23与第二位置13之间的位置，如由穿过所述子平台的重心15的线25指示。结果，间隙36小于间隙34，从而磁体系统19的推斥力小于磁体系统21的推斥力。结果，合力Fr沿着移动方向朝向零力位置被施加到子平台。通过将子平台相对于主平台定位在此位置，能够将子平台向左(即移动方向的负方向)加速。

根据图3的实施例的益处在于，间隙34、36可以相对较小，同时保持所述零力位置中的所述无源力系统的刚度的量值为最小。这是由磁体组件中相邻磁体的相反极化所导致的。小的间隙34、36是优选的，因为这需要所述主致动器的较少的力来将所述主平台相对于所述框架定位，使得期望的合力被施加到所述子平台。当需要期望的力时，仅很小的相对运动就足够了。零力位置中的最小刚度有益于所述子平台相对于所述框架的精细定位，因为在所述无源力系统与预期用于对所述子平台进行精细定位的可能的第二致动器之间存在较小的干扰。由于较小的位置误差将不会导致施加到子平台的较大的力误差，因此这也允许主平台相对于子平台的不太准确的定位。

通过设置其中相邻的磁体具有相反极化的磁体组件30、32，则相对于例如极化平行的情况，位于磁体组件的一定距离处的磁场强度减小，从而对于零力位置中相同量值的刚度，间隙34、36能够制作得更小。

刚度的量值还可能够受磁体的大小、特别是磁极间距的影响。可以通过设定所述磁体的厚度来调整对退磁或消磁的灵敏度和力的量值。因而，本领域技术人员能够设计磁体构造，使得对退磁的灵敏度较低，并且将刚度的量值设定为系统所需的尽可能低的量值。

作为本发明的可能的实施例，如图3所示的磁体系统19和21的配置指示2乘4个磁体，但是每个磁体堆叠的磁体数目和定子极距(如由参考标记34、36指示)可以在对如上所述的不同的设计参数进行优化的同时被改变。有限元模拟在改变每个磁体堆叠的磁体数目和定子极距的同时，根据这种具体要求指示了例如其它有利的配置。对于具体配置的要求可能取决于所需的最大合力(Fr)、与子平台9和主平台5之间的相对运动相关的定子极距、在最大力距离情况下的所述磁性系统的期望刚度(参见图3B和图3C)以及在零力距离情况下的所述磁性系统的期望刚度(参见图3A)。在下表中示出了可能配置和基于有限元模拟得出的最终设计参数的一些示例，但其它磁体堆叠配置也是有可能的：

每堆叠4个磁体(最大力为680[N])
					定子极距[mm]	22	32	42	62
在最大力距离情况下的刚度[N/m]	2.3E5	2.3E5	2.3E5	2.3E5
					在零力距离情况下的刚度[N/m]	13000	2700	770	150
每堆叠10个磁体(最大力为520[N])
					定子极距[mm]	12	22	32	42
在最大力距离情况下的刚度[N/m]	3.2E5	3.2E5	3.2E5	3.2E5
					在零力距离情况下的刚度[N/m]	11150	650	180	80
每堆叠12个磁体(最大力为430[N])
					定子极距[mm]	12	22	32	42
在最大力距离情况下的刚度[N/m]	3.2E5	3.2E5	3.2E5	3.2E5
					在零力距离情况下的刚度[N/m]	5500	400	125	51

磁体系统的图3的配置也可以被适配为使得主平台磁体组件30和子平台磁体组件32彼此吸引。结果是，情况B和C下的合力与所示的合力相反，且因而，对于情况B和C，合力Fr的方向分别朝向第一位置和第二位置。由于此系统是固有地不稳定的，这需要配置用于不稳定系统的控制方案(如控制领域的技术人员所知)以使整个系统稳定。

图4示出了无源力系统的另一替代实施例。由于总体工作原理与图3的实施例相似，因此仅示出了在零力位置的子平台。此实施例的无源力系统包括三个磁体系统19-21，每个磁体系统都包括附接到子平台9的子平台磁体组件32、和附接到主平台5的主平台磁体组件30。磁体系统20的主平台磁体组件30和子平台磁体组件32配置成彼此推斥。磁体系统19、21的主平台磁体组件30和子平台磁体组件32配置成彼此吸引。

磁体系统19-21关于穿过重心15的线26对称地定位，从而由磁体系统施加到子平台上的力将不会导致所述子平台的围绕与绘制平面垂直的轴线的旋转。上述对称性不是强制性的，特别是如果期望发生旋转、或由于例如引导系统的存在而使得旋转没有问题时，则上述对称性不是强制性的。

由于介于磁体系统19、21与磁体系统20之间的间隙不同，则当子平台相对地朝向第一位置11移动时，磁体系统20的推斥力将比磁体系统19、21的吸引力增加得更多，从而指向零力位置的合力于是被施加到子平台。当子平台相对地朝向第二位置移动时，磁体系统20的排斥力将比磁体系统19、21的吸引力减小得更多，从而指向零力位置的合力被施加到子平台。

同样对于此配置，磁体系统可以被适配为使得例如磁体系统19、21施加推斥力，磁体系统20施加吸引力。也可以改变介于主平台磁体组件30与子平台磁体组件32之间的间隙，使得磁体系统20的间隙大于磁体系统19、21的间隙。当例如所述系统变得不稳定时，这些适配还可能需要改变所述磁体系统的永磁体的强度和/或所述控制系统的另一控制方案。

图5描绘了根据本发明的无源力系统的替代实施例。无源力系统包括两个磁体系统19、21，每个磁体系统配置为以非接触的方式沿着移动方向相对于主平台5向子平台9施加力。每个磁体系统19、21包括附接到主平台5的主平台磁体组件30、和附接到子平台9的子平台磁体组件33。在此实施例中，磁体系统19、21的子平台磁体组件被集成(即，组合)为一个单一的子平台磁体组件33。在此示例中，磁体组件30、33包括一个永磁体，其中磁体的磁极化由在永磁体内部所绘制的箭头指示。磁体组件因而配置成彼此推斥。然而，磁体组件也可以配置成与图3的磁体组件类似且包括多个磁体，其中相邻的磁体具有相反的极化。

子平台磁体组件33经由连杆42附接到子平台9。如图5所示的类似的无源力系统也可以设置在沿着移动方向观察到的子平台9的相反侧上。

设置引导件40以引导所述子平台磁体组件33的移动以及因而引导子平台9的移动。在引导件40与子平台磁体组件33或连杆42之间，可以设置轴承，诸如空气轴承。这也可能有益于抑制所述磁体系统在与移动方向垂直的方向上的刚度。

图6描绘了根据本发明的无源力系统的又一替代实施例。示出了主平台5和能够相对于主平台5移动的子平台9。所述无源力系统包括两个磁体系统19、21，每个磁体系统位于沿与移动方向7垂直的方向所观察到的子平台9的相反的两侧上。每个磁体系统包括附接到主平台5的主平台磁体组件30，该主平台磁体组件30具有例如五个永磁体30a-30e，其中永磁体30a-30e的磁极化由磁体中的箭头指示。每个磁体系统还包括附接到子平台9的子平台磁体组件32，该子平台磁体组件32具有例如三个永磁体32a-32c，其中永磁体32a-32c的磁极化由磁体中的箭头指示。

子平台9被示出为相对于主平台5处于零力位置。磁体组件被配置为在此位置彼此推斥。这里需注意的是，磁体配置导致不稳定的零力位置，从而当子平台稍微向左或向右移动时，磁体组件将使得它们自身对准至它们相互吸引的位置。趋于对准所述磁体组件的沿移动方向的力能够用来相对于所述框架3定位所述子平台9。实际上，图3-5中所示的每个系统在实质上垂直于移动方向的方向上也可以具有类似的行为，从而无源力系统也可以用于将子平台9定位在另一个方向上。因此，在不改变无源力系统的结构特征的情况下，也可以进行二维定位。所述控制系统的配置可能必须针对二维情况而被调适，因为在那种情况下，主致动器可能也必须在两个方向上定位所述主平台。对于此实施例，期望将子平台的移动范围限制为磁极间距，以便保持相对简单的对于位置的控制。

图7示意性地示出了能被应用到根据本发明的定位系统中的无源力系统的又再一实施例。图7(a)示意性地示出了在竖直平面中的无源力系统的横截面视图，而图7(b)示意性地示出了在水平面中的无源力系统的横截面视图，特别是沿着如图7(a)所指示的A-A’平面的横截面。

图7(a)示意性地示出了主平台5和能够相对于主平台5移动的子平台9。无源力系统包括两个磁体系统119、121，每个磁体系统位于子平台9的相反两侧上。每个磁体系统包括附接到主平台5的主平台磁体组件130、和附接到子平台9的子平台磁体组件132。在所示的实施例中，主平台磁体组件130和子平台磁体组件132中的每一个都包括包括交替地极化(由磁体中的箭头指示)的四个永磁体的阵列，由此，形成磁体系统的磁体阵列130和132被配置成使得在移动方向或移动方向7上产生排斥力。

图7(b)示意性地示出了主平台5、子平台9和磁体系统119、121的横截面视图。可以看出，应用于磁体系统119和121的磁体是在X方向上伸长的。

包括如图7(a)和7(b)所示的磁体系统119、121的无源力系统基本上以与图3的无源力系统相同的方式操作。将磁体系统19、21和磁体系统119、121相比，本领域技术人员可以容易地评估出，磁体系统19、21与磁体系统119、121相比仅具有不同的定向。在两种情况下，每个磁体系统都产生排斥力，由沿移动方向7在主平台5和子平台9之间的箭头140、150指示。以与上面论述类似的方式，则由磁体系统119、121所产生的排斥力或推斥力140、150的幅度取决于介于形成所述磁体系统的主平台磁体组件130和子平台磁体组件132之间的距离或间隙。特别地，由磁体系统119、121中的任何一个所产生的排斥力与介于协同工作的磁体组件130、132之间的距离或间隙145、155成反比。结果，在间隙145小于间隙155的情况下，排斥力140将大于排斥力150。结果，将产生沿负Y方向指向的合力。在间隙145大于间隙155的情况下，排斥力140将小于排斥力150。结果，将产生沿正Y方向指向的合力。

图8a示意性地示出了能被应用于根据本发明的定位系统中的又再一无源力系统。图8a示意性地示出了主平台5和能够相对于主平台5移动的子平台9的横截面视图。无源力系统包括两个磁体系统219、221，每个磁体系统位于子平台9的相反两侧上。每个磁体系统包括附接到主平台5的主平台磁体组件230和附接到子平台9的子平台磁体组件232。在所示的实施例中，主平台磁体组件包括一对磁体230.1、230.2，它们在与移动方向或移动7方向垂直的方向上具有相同的磁极化。磁体230.1、230.2彼此间隔开距离d，该距离d是沿由磁体230.1、230.2中的箭头指示的极化方向截取的。在所示的实施例中，磁体230.1、230.2安装到磁轭233，该磁轭配置成形成连接所述磁体230.1、230.2的磁路。所示的磁轭在连接磁体230.1、230.2的路径中具有低磁阻。结果，在磁体230.1、230.2之间的长度为d的间隙中可以产生相对较高的磁场。如图8a示意性示出的磁轭具有C形横截面，且因而可以被称为C形芯。

在所示的实施例中，子平台磁体组件232包括磁体232.1，该磁体232.1具有与磁体230.1、230.2的磁极化相反的磁极化。

在实施例中，磁体组件219、212的子平台磁体组件可以被组合成由两个磁体组件219、212共享的一个子平台磁体组件。对于下面描述的磁体组件也是如此。

这种实施例在图8b中示意性地示出，由此，使用与图8a中相同的附图标记。图8b的顶部示意性地示出了能被应用于根据本发明的定位系统中的无源力系统的侧视图(YZ视图)，而底部示意性地示出了通过由线A-A'所指示的平面的无源力系统的横截面视图。图8b示意性地示出了主平台5和能够相对于主平台5移动的子平台9。所述无源力系统包括两个磁体系统219、221，每个磁体系统位于子平台9的相反两侧上。每个磁体该系统包括附接到主平台5的主平台磁体组件230。此外，磁体系统219和221共享附接到子平台9的子平台磁体组件232。在所示的实施例中，子平台磁体组件232包括如在横截面XY视图中可以看到的两个磁体232，两个磁体232布置在平行于ZY平面的主平台5的两侧上。当主平台5朝向左移动时，磁体232将与主平台磁体组件的磁体230.1和230.2相互作用，而当主平台5朝向右移动时，磁体232将与主平台磁体组件的磁体230.3和230.4相互作用。在所示的实施例中，主平台磁体组件包括一对磁体230.1、230.2，它们在与移动方向或移动方向7垂直的方向上具有相同的磁极化。磁体230.1、230.2彼此间隔开距离d，该距离d是沿由磁体230.1、230.2中的箭头指示的极化方向截取的。在所示的实施例中，磁体230.1、230.2安装到磁轭233，该磁轭配置成形成连接所述磁体230.1、230.2的磁路。以类似的方式，磁体230.3、230.4彼此间隔开距离d，该距离d是沿由磁体230.3、230.4中的箭头指示的极化方向而截取的。在所示的实施例中，磁体230.3、230.4安装到磁轭233，该磁轭配置成形成连接所述磁体230.3、230.4的磁路。所示的磁轭在连接磁体230.3、230.4的路径中具有低磁阻。结果，在磁体230.3和230.4之间的长度为d的间隙中可以产生相对较高的磁场。如图8b示意性示出的磁轭233具有C形横截面，且因而可以被称为C形芯。在所示的实施例中，如从图8b的底部处的横截面视图可以看出，每个磁体系统219、221包括两个C形芯，它们在X方向上间隔开，使得当磁体232与主平台磁体组件的磁体相互作用时平台5可以布置在两个C形芯之间。

发明人已经设计出，对于给定的可用体积，这种磁体系统配置能够实现产生更高得多的排斥力。特别地，当磁体232.2被部分地插入介于所述主平台磁体组件230的磁体230.1和230.2之间的间隙中时，可以产生沿移动方向7作用的高的排斥力。

图9示意性地示出了指示出当两个磁体系统(诸如磁体系统219或221)例如布置在平台的相反两侧(例如如图8a所示)时该两个磁体系统的所产生的组合排斥力的曲线图Fr。图9示意性地描绘了当子平台9沿着Y方向移位时在Y方向上作用在子平台9上的所产生的力F(如图8a所示)，由此位置y＝0对应于其中将磁体系统219的子平台磁体组件232的磁体232.1插入磁体系统219的主平台磁体组件230的间隙中的位置，位置y＝T对应于其中磁体系统221的子平台磁体组件232的磁体232.1插入磁体系统221的主平台磁体组件230的间隙中的位置。从曲线图Fr可以看出，当磁体系统219的子平台磁体组件232的磁体232.1部分地插入磁体系统219的主平台磁体组件230的间隙中时，产生相对较大的正的力Fr；当磁体系统221的子平台磁体组件232的磁体232.1被部分地插入磁体系统221的主平台磁体组件230的间隙中时，产生相对较大的负的力Fr。

由磁体系统219和221产生的排斥力可以归因于以下特征：

磁体系统219和221各自具有：第一磁体组件，例如上文称为主平台磁体组件，其形成具有间隙的磁路，由此第一磁体组件配置成在所述间隙中产生磁通量；和第二磁体组件，例如上文称为子平台磁体组件，包括至少一个磁体，由此第一磁体组件和第二磁体组件配置为协同工作以产生排斥力，并且由此第一磁体组件和第二磁体组件配置为使得第二磁体组件的至少一个磁体可以至少部分地插入间隙中。参考图7和图8，可以指出，第一磁体组件可以被安装到子平台而不是被安装到主平台，第二磁体组件可以被安装到主平台而不是被安装到子平台。

为了在第一磁体组件和第二磁体组件之间产生排斥力，也可以考虑如图3至图8所示的其它实施例。能够被应用于根据本发明的定位系统中的磁体系统的另外实施例在下文进行更详细地说明。

特别地，与图8a或8b所示的主平台磁体组件230相比，图10示意性地示出了具有修改后的主平台磁体组件330的无源力系统319、321的实施例。在所示的实施例中，无源力系统319和321的子平台磁体组件232与图8a中的相同。在所示的实施例中，主平台磁体组件330形成具有间隙的磁路，每个磁体组件330包括永磁体330.1和用于引导磁通量的磁轭330.2，以便在磁路的间隙340中产生磁通量335。

如本领域技术人员将理解的，也可以考虑磁轭和一个或更多个永磁体的各种其它布置，以便产生跨越磁路的间隙的磁通量。

由于使用永磁体产生排斥力或推斥力，因此应用于到目前为止所论述的根据本发明的定位系统中的无源力系统的实施例可以被认为是无源系统。

图11和12示意性地示出了力系统的实施例，所述力系统被称为磁力系统，所述磁力系统包括磁体组件，所述磁体组件包括诸如电磁体之类的有源部件。

图11示意性地示出了磁力系统的实施例，该磁力系统包括磁体组件419、421，磁体组件419、421被布置成在子平台9和主平台5之间施加力，与如图10所示的主平台磁体组件330相比，该磁体组件具有修改后的主平台磁体组件430。在所示的实施例中，磁力系统419和421的子平台磁体组件232与图8a中的相同。在所示的实施例中，主平台磁体组件430形成具有间隙440的磁路，每个磁体组件430包括围绕用于引导磁通量的磁轭330.2而缠绕的线圈330.1，以便在磁路的间隙440中产生磁通量435。通过使用这种磁力系统，可以控制在主平台磁体组件430与子平台磁体组件232之间所产生的排斥力或推斥力的幅度。

图12示意性地示出了包括磁体组件519、521的磁力系统的实施例，由此，主平台磁体组件530可以被视为主平台磁体组件330和430的组合。特别地，在所示的实施例中，主平台磁体组件530形成具有间隙540的磁路，每个磁体组件530包括围绕用于引导磁通量的磁轭530.2而缠绕的线圈530.1。磁路还包括永磁体530.3，该永磁体布置成在磁轭530.2中产生磁通量。在所示的实施例中，线圈530.1和永磁体530.3两者因而都可以对在磁路的间隙540中产生磁通量535作出贡献。

如上所论述的无源力系统和磁力系统可以例如根据本发明的一方面被应用于驱动子平台，所述子平台例如是被配置成保持诸如图案形成装置或衬底之类的物体的子平台。

为了产生所需的磁通量，则应用于磁力系统的任一无源力系统中的磁体系统例如可以包括永磁体和/或电磁体。也可以考虑使用超导线圈来产生主平台磁体组件或子平台磁体组件中的任一个的磁通量。

根据本发明的第二方面，如上所论述的无源力系统或磁力系统也可以应用于诸如上述的定位装置PW和PM之类的定位装置中，例如用以驱动图案形成装置支撑件或衬底支撑件。在这种布置中，无源力系统或磁力系统可以替代或补充典型地被应用来驱动这种支撑件的长行程致动器或电机的操作。如上面已经指示的，为了驱动光刻设备中的主平台，典型地在框架(例如底架)与主平台之间设置一个或更多个长行程致动器或电机，以便在较大距离上驱动主平台。

作为示例，在如上所述的图案形成装置支撑件PM的情况下，可以将一个或更多个线性电机作为长行程致动器而应用，以便例如在150mm或更大的范围上移动所述图案形成装置支撑件PM。但是，驱动这种平台所需的功率可能很大，因而也导致了很大的损耗，这需要通过冷却将这种很大的损耗去除。

在本发明的实施例中，因而设置了一种定位系统，包括无源力系统或磁力系统，所述定位系统可以被应用来驱动平台或促成对于平台的驱动，所述平台例如是光刻设备中的支撑件，例如图案形成装置支撑件PM或衬底支撑件PW。

图13示意性地示出了这种定位系统的实施例。定位系统500包括框架510和平台520。在所示的实施例中，设置了轴承525，以能够实现平台520相对于框架510至少在移动方向7(即，平行于Y方向)上的实质上无摩擦的移位。定位系统500还包括磁力系统，该磁力系统包括一对磁体系统619、621。该对磁体系统中的每个磁体系统包括第一磁体组件630和第二磁体组件632。在所示的实施例中，第一磁体组件630和第二磁体组件632具有与图8a所示的主平台磁体组件和子平台磁体组件230和232相似的构造。如将理解的，也可以应用如图10-12所应用的磁体组件。但是需注意，与图8、10-12所示的布置相比，磁力系统被布置在框架510和平台520之间，且磁力系统配置为促成所述平台在相对较大距离(例如150mm或以上)上的移位。也如上所述，在实施例中，磁体组件619、612的子平台磁体组件可以被组合成由两个磁体组件619、612共享的一个子平台磁体组件。在这样的实施例中，因而可能存在一个子平台磁体组件，该子平台磁体组件具有一个或更多个磁体，当平台520处于最左侧的位置时，所述一个或更多个磁体可以至少部分地布置在磁体组件619的主平台磁体组件630的间隙中，并且当平台520处于最右侧的位置时，所述一个或更多个磁体可以至少部分地布置在磁体组件621的主平台磁体组件630的间隙中。

在实施例中，磁力系统被配置为在大约300mm的距离或范围(例如，在第一位置和第二位置之间)上使平台移位，由此，在所述范围的部分或子范围期间，所产生的合成排斥力的幅度是相对较低的。需注意的是，在图2至图12中所描述的主平台5相对于子平台9的所需移位典型地将会小得多，例如，小于10mm。

还可以注意到，与根据本发明的定位系统的实施例相比，由此在主平台和子平台之间应用所述磁力系统或所述无源力系统，在定位系统500中所应用的框架510不是由长行程致动器或电机驱动。而是，框架510可以例如是包括定位系统的设备的底架，或者也可以安装到这种底架上。在后一种情况下，框架510可以例如经由诸如空气轴承或磁轴承之类的轴承将其安装到这种底架(未示出)上，以便在所述平台520沿着移动方向7平移时所述框架510用作平衡质量。如此，与图2所示的定位系统相比，定位系统500的框架510典型地将不会由长行程致动器驱动。

如此，为了使平台520相对于框架510在移动方向7上移位，需要致动器或电机。根据本发明第二方面的定位系统500因而包括电机或致动器550，例如电磁线性电机，以沿移动方向7相对于框架510驱动所述平台520。这种电机或致动器可以例如是线性电机，其被配置为在平台520的操作范围的至少一部分内相对于框架510驱动所述平台520。在实施例中，电磁电机可以包括安装在平台520上的第一构件和安装在框架510上的第二构件，第一构件和第二构件配置成协同工作以产生用于在移动方向上驱动所述平台的驱动力。在实施例中，第一构件可以例如包括磁体阵列，而第二构件包括线圈或线圈阵列。

参考图13，平台相对于框架510的操作范围可以被认为是第一位置和第二位置之间的距离，在第一位置中，磁力系统619的磁体组件532被插入具有距离d的磁力组件619的磁体组件530d的间隙中；在第二位置中，磁力系统621的磁体组件532被插入具有距离d的磁力组件621的磁体组件530的间隙中。

定位系统500可以用以下方式操作。从如图13示意性所示的中间或零力位置开始，其中磁体系统619和621在平台520上的合力实质上为零，则可以由电机550向平台520沿着正的Y方向施加力。这将导致平台520沿正的Y方向移位。由于此移位，磁体系统619和621在平台520上的合力将不再为零，而是将产生在负的Y方向上的合力，从而使平台520变慢。一旦平台520反转方向，即开始沿负的Y方向移动，就可以反转电机力，即现在电机力也沿负的Y方向起作用。然后，由于电机力和合力在负的Y方向上，所以平台将接着朝向磁力系统619的磁体组件630沿负的Y方向移动到超过中间位置。在超过中间位置的某一点处，平台520将再次反转方向，即，将开始沿正的Y方向移动。一旦平台520反转方向，即再次开始沿正的Y方向移动，则可以反转电机力，即，现在电机力也再次沿正的Y方向起作用。通过重复此过程，平台520将逐渐以增加的速率开始来回移动(沿正的Y方向和负的Y方向)。在每次移动期间，只要所施加的电机力超过施加在平台520上的摩擦力，则由电机550施加的电机力将提高平台520的速率。如此，在具有相对小的电机力的情况下，相对较大的平台能够被布置成在在相对大的距离(例如，150mm或以上)上来回/往返移动。

这种磁力系统可以有利地应用在用于将图案形成装置定位在光刻设备中的定位系统中。在这种实施例中，磁力系统因而可以被施加以用于在衬底的曝光过程期间反转所述图案形成装置的方向。通过使用根据本发明的第二方面的定位系统，实质上可以在长行程致动器中没有损耗的情况下实现这种反转，即，使平台减速并且沿相反方向加速平台。

特别地，在平台520达到其期望速率的情况下，仅需要电机550维持该速率，即补偿作用在平台上的摩擦力。

在本发明的实施例中，电机550还被配置为控制所述平台520的速率。在将所述定位系统500应用于光刻设备中以对具备图案形成装置的平台进行驱动的情况下，在利用辐射束对图案形成装置进行扫描期间控制所述图案形成装置的速率是有利的。特别地，在图案形成装置以恒定速率移动的同时执行图案形成装置的扫描可能是有利的。

如此，在本发明的实施例中，在定位系统500中所应用的用于对具备图案形成装置的平台进行驱动的电机550可以被配置为控制所述平台以实质上恒定的速率在由图案形成装置所需扫描范围所限定的操作范围内移动。这种扫描操作范围典型地将会仅是磁力系统的整个操作范围的一部分，即，如上所述的在第一位置和第二位置之间的操作范围。

为了在这种扫描操作范围内维持恒定的速率，电机550可以配置成补偿在所述扫描操作范围内所述磁体系统619和621的合力。

这在图14中示意性地图示出。图14示意性地示出了例如由图13中的磁力系统619、621在上面描述的第一位置(在Y＝0处)和第二位置(在Y＝T处)之间的操作范围内所产生的力Frep。图13还示出了所需的扫描操作范围Sr，所述扫描操作范围是所述操作范围的一部分。图14还示意性地示出了表示待跨越所述扫描操作范围而产生的电机力的曲线图M，以便跨越整个扫描操作范围的扫描期间维持所述平台5处于实质上恒定的速率。如可以看出，所需的电机力M可以实质上小于需要使平台(例如，图13所示的平台520)的方向反向所需要的合成排斥力Fr。图14还示意性地示出了在扫描操作范围内作用在平台上的合力Fr+M。

如从图14可以看出，通过适当设计所应用的磁体组件，可以获得磁力系统的操作范围的子范围(即，在Y＝0的第一位置和Y＝T的第二位置之间)，所述子范围具有相对较低的合成排斥力Frep。如此，为了使合力Frep+M跨越所述子范围实质上为零，则将会仅需要较小的电机力。典型地，所需的电机力M可以比能够产生的最大排斥力小10到20倍。

通过使用根据本发明的第二方面的定位系统，例如，用于将平台定位在光刻设备中的长行程定位装置的损耗可以大幅度减少。

如上所指示，应用于磁力系统中的磁体组件还可以包括有源部件，诸如电磁体。这种有源磁体组件(例如，磁体组件430或530)可有利地以按以下方式应用。

有源磁体组件可以实现加速所述定位系统的启动过程，所述启动过程是指通过使用电机550来逐渐增加速率，如上所述。这可以如下理解为：通过控制流过线圈430.1或530.1的电流，可以控制排斥力的幅度，所述力是平台停止和反转方向的主要原因。通过控制流过线圈的电流，可以使平台在停止之前移动更靠近第一位置或第二位置。如从力的曲线图Frep可以得出，这能够实现平台在随后沿相反方向移动期间进一步加速。在如图11或12所示的磁力系统将会被应用来相对于框架510驱动所述平台520的情况下，可以执行以下操作：首先假定，当将名义电流Inom施加于磁体组件的线圈(例如线圈430.1或530.1)时，能够生成如图14所示的力特性Frep。在平台5沿正的Y方向移动的情况下，可以减小平台5右侧的磁体组件中的电流，并且(可选地)增加平台左侧的磁体组件中的电流。结果，平台将会进一步向右移动。当平台反转方向时，可以增加平台5右侧的磁体组件中的电流，例如增加至高于电流Inom的值，并且将平台左侧的磁体组件中的电流减小为低于名义电流Inom的值。这样，可以缩短启动顺序。在这种实施例中，即，在应用了有源磁体组件的情况下，可以通过控制供给有源磁体组件的线圈的电流来控制零力位置或中间位置。如此，在这种实施例中，不需要实施单独的电机550来驱动所述平台远离中间位置或远离低力区。

有源磁体组件(例如如图11或12所示的磁体组件430或530)也可以有利地被应用于控制合成的排斥力Frep。在合成的排斥力根据被供给至所述有源磁体组件的电流而确定的情况下，可以确定适当的电流以实现在扫描操作范围内实质上为零的合力。

图8、10-12示意性地示出了能够应用于根据本发明的定位系统中的无源力系统和磁力系统的基本实施例。如本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对基本实施例进行各种修改。

这种修改可以例如是旨在是增加所产生的排斥力或推斥力。所产生的力的这种增加例如可以是通过应用额外的磁体(例如沿Z方向堆叠的额外的磁铁)或通过利用所谓的海尔贝克(Halbach)磁体来补充所示的基本磁体来获得的。

这种修改还可以旨在控制合成的排斥力特性的形状，例如特性Frep，以便在施加时便于对电机550的控制。

仅作为图示，图15示意性地示出了能够应用于磁力系统中的磁体组件700，特别是能够应用于根据本发明的定位系统中的无源磁力系统。图15示意性示出了磁体组件700，包括第一磁体组件710和第二磁体组件720。在实施例中，第一磁体组件710可以例如安装到主平台上，即作为主平台磁体组件，而第二磁体组件可以安装到子平台上，例如作为子平台磁体组件。替代地，如参考图13所论述的，第一磁体组件710可以例如安装到框架(例如框架510)上，而第二磁体组件可以安装到平台(例如平台520)上。第一磁体组件710形成具有两个间隙730的磁路，该间隙被配置为容纳第二磁体组件720的两个磁体720.1、720.2。第一磁体组件710包括磁轭710.1、安装到磁轭710.1的上部的第一磁体组710.2、安装到磁轭710.1的下部的第二磁体组710.3、以及中间磁体710.4。如可以看出的，第一磁体组710.2和第二磁体组710.3具有Halbach配置，因而能够实现增加所产生的力并且减小磁体组件外部的磁通量。

若干磁体组件已经被示出为单个永磁体(图5)和一维阵列，但是还可以设想使用其它配置，诸如包括Halbach配置的二维阵列。还应注意，子平台磁体组件的配置不一定必须与主平台磁体组件的配置相同。子平台磁体组件和主平台磁体组件之一可以具有Halbach配置，而另一个可以不具有Halbach配置。

理论上已经示出了，一种具备一维阵列的配置具有的益处在于，在移动方向上维持良好的特性的同时，可以使在实质上垂直于移动方向的至少一个方向上的刚度最小化。

还应注意，针对特定实施例而描述的特征也可以有益地应用于其它实施例，并且所示实施例不限于具体的设计选择。作为示例，所示的实施例在大多数时间上关于穿过重心的线是对称的。尽管这可能是优选的，但是对于本发明不是必需的。这适用于所示出的间隙，由于选择了具有相似特性的磁体，则所述间隙在大多数情况下都是相等的。但是，还可以设想这样的系统：其中磁体具有不同的特性，从而导致磁体之间的间隙不同。

虽然可以在本文具体提及了光刻设备在IC的制造中的使用，但是，应该理解，本文所描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如集成光学系统的制造、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员将了解，在这种替代应用的情境下，本文使用的任何术语“晶片”或“管芯”可以被认为分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。本文所指的衬底可以在曝光之前或之后例如在涂覆显影系统或轨道(一种典型地将抗蚀剂层施加到衬底上并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检查工具中进行处理。在适用的情况下，可以将本文的公开内容应用于这种和其它衬底处理工具中。另外，所述衬底可以被处理一次以上，例如以便用于产生多层IC，使得本文所使用的术语“衬底”也可以指代已经包含多个已处理层的衬底。

尽管上文已经具体提及了在光学光刻术的情境中使用本发明的实施例，但是应当了解，本发明可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在所述情境允许的情况下，不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上所创建的图案。图案形成装置的形貌可以被压制到被供给至衬底的抗蚀剂层中，于是抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或者它们的组合而被固化。在抗蚀剂被固化之后所述图案形成装置被移出抗蚀剂，在其中留下图案。

本文使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长或具有约为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5nm至20nm的范围内的波长)以及诸如离子束或电子束之类的粒子束。

在所述情境允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性式的、电磁式的和静电式的光学部件。

虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是应当了解，本发明可以以与上述不同的方式来实践。例如，本发明可以采取包含一个或更多个描述上述方法的机器可读指令序列的计算机程序或其中储存有该计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。

以上的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员将明白，在不背离下面阐述的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims (31)

1.一种相对于参考物体定位第一平台的方法，所述第一平台能够相对于第二平台移动，通过使用布置于所述第二平台和所述框架之间的主致动器所述第二平台能够沿着移动方向相对于框架移动以用于沿着所述移动方向相对于所述框架向所述第二平台施加力，所述第一平台能够沿着所述移动方向相对于所述第二平台在第一位置和第二位置之间移动，所述方法包括：

通过使用无源力系统相对于所述参考物体将所述第一平台定位在期望的位置处或期望的位置附近，所述无源力系统通过利用所述主致动器将所述第二平台相对于所述框架定位而被激活，

其中，所述无源力系统布置在所述第一平台和第二平台之间，所述无源力系统包括至少两个磁体系统，每个磁体系统配置成以非接触的方式沿着所述移动方向相对于所述第二平台向所述第一平台施加力，所述力导致由所述无源力系统沿着所述移动方向施加到所述第一平台的合力，其中所述合力的量值和/或方向取决于所述第一平台相对于所述第二平台的位置，其中所述第一平台具有在所述第一位置和第二位置之间的零力位置，所述合力在所述零力位置具有零的量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，定位所述第一平台包括以下中的至少一个：

将所述第二平台定位成使得所述第一平台位于介于所述第一位置和零力位置之间的、且其中所述合力指向所述零力位置的位置；

将所述第二平台定位成使得所述第一平台位于介于所述零力位置和第二位置之间的、且其中所述合力指向所述零力位置的位置；和

将所述第二平台定位成使得所述第一平台处于所述零力位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，定位所述第一平台包括以下中的至少一个：

将所述第二平台定位成使得所述第一平台位于介于所述第一位置和零力位置之间的、且其中所述合力指向所述第一位置的位置；

将所述第二平台定位成使得所述第一平台位于介于所述零力位置和第二位置之间的、且其中所述合力指向所述第二位置的位置；和

将所述第二平台定位成使得所述第一平台处于所述零力位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，磁体系统配置成向所述第一平台施加与由另一磁体系统施加到所述第一平台的力相反的力。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无源力系统用于相对于所述参考物体粗略定位所述第一平台，第二致动器配置成相对于所述第二平台向所述第一平台施加力用于相对于所述参考物体精细定位所述第一平台。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二平台是主平台，所述第一平台是所述主平台的子平台。

7.一种定位系统，包括：

第一平台和第二平台，所述第二平台能够沿移动方向相对于框架移动，所述第一平台能够相对于所述第二平台沿所述移动方向在第一位置和第二位置之间移动；

主致动器，配置成沿所述移动方向相对于所述框架向所述第二平台施加力；

无源力系统，布置在所述第一平台和第二平台之间，所述无源力系统包括至少两个磁体系统，每个磁体系统配置成以非接触的方式沿着所述移动方向相对于所述第二平台向所述第一平台施加力，所述力导致由所述无源力系统沿着所述移动方向施加到所述第一平台的合力，其中所述合力的量值和/或方向取决于所述第一平台相对于所述第二平台的位置，且其中所述第一平台具有在所述第一位置和第二位置之间的零力位置，所述合力在所述零力位置具有零的量值，和

控制器，配置成通过使用所述无源力系统相对于参考物体将所述第一平台定位在期望的位置处或期望的位置附近，所述无源力系统通过利用所述主致动器将所述第二平台相对于所述框架定位而被激活。

8.根据权利要求7所述的定位系统，其中，所述控制器配置成相对于所述框架定位所述第二平台，使得所述第一平台位于下列位置中的一个：

在所述第一位置和零力位置之间的、且其中所述合力指向所述零力位置的位置；

在所述零力位置和第二位置之间的、且其中所述合力指向所述零力位置的位置；和

所述零力位置。

9.根据权利要求7所述的定位系统，其中，所述控制器配置成相对于所述框架定位所述第二平台，使得所述第一平台位于下列位置中的一个：

在所述第一位置和零力位置之间的、且其中所述合力指向所述第一位置的位置；

在所述零力位置和第二位置之间的、且其中所述合力指向所述第二位置的位置；和

所述零力位置。

10.根据权利要求6所述的定位系统，其中，每个磁体系统包括：附接到所述第一平台的第一平台磁体组件；和附接到所述第二平台的第二平台磁体组件。

11.根据权利要求10所述的定位系统，其中，所述第一平台磁体组件和第二平台磁体组件配置成彼此吸引。

12.根据权利要求7所述的定位系统，其中，所述第一平台磁体组件和第二平台磁体组件配置成彼此推斥。

13.根据权利要求10所述的定位系统，其中，所述至少两个磁体系统中的所述第一平台磁体组件和第二平台磁体组件在所述移动方向上彼此相反地定向。

14.根据权利要求11所述的定位系统，其中，所述至少两个磁体系统中的所述第一平台磁体组件和第二平台磁体组件各自包括至少一个永磁体。

15.根据权利要求7所述的定位系统，其中，至少一个磁体系统配置成沿着与由另外的至少一个磁体系统施加到所述第一平台的力相反的方向来向所述第一平台施加力。

16.根据权利要求7所述的定位系统，其中，第二致动器设置在所述第一平台和第二平台之间，以沿着所述移动方向相对于所述第二平台向所述第一平台施加力，用于相对于所述参考物体精细定位所述第一平台。

17.根据权利要求7所述的定位系统，其中，所述第一平台包括用于所述光刻设备的衬底或图案形成装置的支撑结构。

18.根据权利要求7所述的定位系统，其中，所述无源力系统的刚度对应于所述合力的量值相对于所述第一平台相对于所述第二平台的位置的变化的变化率，其中在使用时，所述刚度的量值在所述零力位置是最小的并且朝向所述第一位置和第二位置增加。

19.根据权利要求7所述的定位系统，其中，所述第一平台由所述第二平台支撑。

20.根据权利要求7所述的定位系统，其中，所述第二平台是主平台，所述第一平台是所述主平台的子平台。

21.一种定位系统，包括：

框架；

平台，能够沿着移动方向相对于所述框架在第一位置和第二位置之间移动；

磁力系统，配置成沿着所述移动方向驱动所述平台，所述磁力系统包括至少两个磁体系统，每个磁体系统配置成以非接触的方式沿着所述移动方向来向所述平台施加排斥力；所述排斥力导致由所述磁力系统沿着所述移动方向施加到所述平台的合力，其中所述合力的量值和/或方向取决于所述平台相对于所述框架的位置，其中所述平台具有在所述第一位置和第二位置之间的零力位置，所述合力在所述零力位置具有零的量值；

由此每个磁体系统包括：

第一磁体组件，安装到所述平台和框架中的一个；和

第二磁体组件，安装到所述平台和框架中的另一个；

其中所述第一磁体组件包括第一磁体，所述第二磁体组件包括具有间隙的磁路，所述磁路的间隙配置成在使用期间至少部分地容纳所述第一磁体；

其中所述第二磁体组件配置成产生跨越所述间隙的磁通量，其中，所述定位系统还包括电磁电机或致动器，配置成沿着所述移动方向相对于所述框架驱动所述平台。

22.根据权利要求21所述的定位系统，其中所述第一磁体包括永磁体。

23.根据权利要求21或22所述的定位系统，其中所述磁路包括配置成引导所述磁通量的磁轭。

24.根据权利要求21所述的定位系统，其中所述磁路包括用于产生所述磁通量的第二磁体。

25.根据权利要求21所述的定位系统，其中所述第二磁体包括永磁体。

26.根据权利要求24或25所述的定位系统，其中所述第二磁体包括电磁体。

27.根据权利要求21-26中任一项所述的定位系统，其中，至少两个磁体系统中的两个磁体系统沿着所述移动方向布置在所述平台的相反两侧上。

28.根据权利要求21-27中任一项所述的定位系统，还包括：

电磁电机，配置成沿着所述移动方向相对于所述框架驱动所述平台。

29.根据权利要求28所述的定位系统，其中所述电磁电机包括安装在所述平台上的第一构件和安装在所述框架上的第二构件；所述第一构件和第二构件配置成协同工作以产生用于在所述移动方向上驱动所述平台的驱动力。

30.根据权利要求21-28中任一项所述的定位系统，其中所述合力在所述第一位置附近和第二位置附近具有相对较大的幅度，所述合力具有跨越作为所述第一位置和第二位置之间的范围的一部分的子范围的相对较低的幅度。

31.根据权利要求30所述的定位系统，其中所述子范围实质上是所述范围的50％。

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