JP2000201471A - アクチュエ―タおよび変換器 - Google Patents

アクチュエ―タおよび変換器

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JP2000201471A
JP2000201471A JP11317171A JP31717199A JP2000201471A JP 2000201471 A JP2000201471 A JP 2000201471A JP 11317171 A JP11317171 A JP 11317171A JP 31717199 A JP31717199 A JP 31717199A JP 2000201471 A JP2000201471 A JP 2000201471A
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JP11317171A
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Erik Roelof Loopstra
ロエロフ，ロープストラ エリク
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ASML Netherlands BV
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ASML Netherlands BV
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    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リソグラフィー装置のマスクと基板の高精度
の配置に使用するような、部品の重量を支持するための
バイアス力を熱放散なく出し、且つ非常に大きなコンプ
ライアンスのアクチュエータを提供すること。 【解決手段】 このアクチュエータは、少なくとも一つ
の永久磁石１４を有する磁石ヨーク１０ａ、１０ｂ、お
よびこの磁石が生ずる磁界の中に配置し且つこの磁石ヨ
ークに対して動き得る担体部材２０を含む。この担体部
材２０は、それと磁石ヨーク１０ａ、１０ｂの間に相対
バイアス力を生ずる補助磁性部材２８を有する。このバ
イアス力を、それが非常に大きなコンプライアンスの軸
受として作用するように、部品の重量を支持するために
使うことができる。担体部材２０は、電流を流してロー
レンツ力を生じるコイル２６も含み、このアクチュエー
タの更なる制御ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ローレンツ・アク
チュエータ（Ｌｏｒｅｎｔｚ ａｃｔｕａｔｏｒ）のよ
うな、アクチュエータに関し、および速度変換器にも関
する。
【０００２】本発明は、リソグラフィー投影装置であっ
て：放射線の投影ビームを供給するための放射システ
ム；マスクを保持するためのマスクホルダを備えるマス
クテーブル；基板を保持するための基板ホルダを備える
基板テーブル；マスクの照射した部分を基板の目標部分
上に結像するための投影システム；を含み、更に、該マ
スクテーブルおよび基板テーブルの少なくとも一つに結
合したローレンツ・アクチュエータを含む投影装置にも
関する。
【０００３】
【従来の技術】ローレンツ・アクチュエータは、磁界を
作る永久磁石、およびこの磁界の中に配置した電流要素
を含む。それらは、電気モータと同じ原理に基づいて作
動し、即ち、磁界を通過する荷電担体がローレンツ力と
して知られる、それらの速度および磁界と相互に垂直な
力を受ける。この力は、Ｊ×Ｂによって与えられ、但
し、Ｊはこれらの荷電担体の速度から生ずる電流ベクト
ルであり、Ｂは磁界ベクトルである。このローレンツ力
を使ってアクチュエータの可動部品間に運動を誘起し、
またはバイアス力を生ずる。
【０００４】リソグラフィー投影装置は、例えば、集積
回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。そのような場
合、マスク（レチクル）がこのＩＣの個々の層に対応す
る回路パターンを含んでもよく、次にこのパターンを感
光材料（レジスト）の層で覆った基板（シリコンウェー
ハ）上の目標領域（ダイ）上に結像することができる。
一般的に、単一ウェーハが隣接するダイの全ネットワー
クを含み、それを、一度に一つずつ、このレチクルを通
して逐次照射する。ある種のリソグラフィー投影装置で
は、各ダイを、全レチクルパターンをこのダイ上に一度
に露出することによって照射し；そのような装置を普通
ウェーハステッパと称する。代替装置では、各ダイを、
投影ビームをレチクルパターン上に逐次走査し、それに
よって対応するイメージをこのダイ上に走査することに
よって照射し；そのような装置をステップ・アンド・ス
キャン装置と称する。これらの装置のどちらもマスクと
基板の高度に正確な相対配置を必要とし、それを一般的
には少なくとも一つのローレンツ・アクチュエータを使
って達成する。これらの装置に関する更なる情報は、国
際特許出願ＷＯ９７／３３２０４から収集することが出
来る。
【０００５】極最近まで、この種の装置は、単一マスク
テーブルおよび単一基板テーブルを含んでいた。しか
し、少なくとも二つの独立に動き得る基板テーブルがあ
る機械が今や利用可能になった；例えば、国際特許出願
ＷＯ９８／２８６６５およびＷＯ９８／４０７９１に記
載されている多段装置参照。そのような多段装置の背後
の基本作動原理は、第１基板テーブルがそのテーブル上
にある第１基板の露出を可能にするように投影システム
の下にある間に、第２基板テーブルが載荷位置へ動き、
露出した基板を排出し、新しい基板を取上げ、この新し
い基板上で幾らかの初期整列測定を行い、および次に第
１基板の露出が完了するとすぐこの新しい基板を投影シ
ステムの下の露出位置へ移すために待機し、それからこ
のサイクルを繰返して行い；この様にして機械のスルー
プット（一定時間内の原料処理量）をかなり増すことが
可能であり、それが今度はこの機械の所有経費を改善す
る。
【０００６】現在利用できるリソグラフィー装置では、
使用する放射線が一般的に紫外線（ＵＶ）光であり、そ
れは、例えば、エキシマレーザまたは水銀灯から得るこ
とができ；そのような装置の多くは３６５ｎｍまたは２
４８ｎｍの波長を有するＵＶ光を使う。しかし、急速に
発展する電子業界は、常に高い解像度を達成できるリソ
グラフィー装置を絶えず要求し、これがこの業界を更に
短い波長の放射線、特に１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの
波長のＵＶ光の方へ向わせる。この点の先に、極ＵＶ光
（ＥＵＶ：波長５０ｎｍ以下、例えば、１３．４ｎｍま
たは１１ｎｍ）、Ｘ線、イオンビームまたは電子ビーム
の使用を含む幾つかの可能性あるシナリオがある。
【０００７】ローレンツ・アクチュエータの一つの問題
は、電流が流れないとき、可動部品間に力がないことで
ある。これを克服するために電流を流すとき、この装置
に熱放散を生ずる結果となる。これは、アクチュエータ
に、例えば、重力下の部品の重量を支持するために、バ
イアス力を出すことを要求する用途では特に問題であ
る。この重量を補償する絶え間のない要求では、基礎電
力浪費が避けられず、正確な整列を必要とする光学装置
のような、熱に敏感な装置に問題を生ずることがあり；
他方、追加の冷却力を必要とする。
【０００８】もう一つの問題は、そのようなアクチュエ
ータが隔離軸受として作用するために荷重を支持すると
き、この軸受の剛性が振動の伝達を避けるように低くあ
るべきことである。従来、そのような低剛性の隔離軸受
を用意することは困難であった。
【０００９】速度変換器も、磁界を通る部品の運動が、
測定できる電流の流れまたは結果として生ずる起電力を
誘起するという事実のために、ローレンツの原理に基づ
いて作動することができる。非常に低い振動数までの速
度を測定するためには、共振振動数が非常に低い変換器
を有することが必要であり、それは従来達成困難であっ
た。これは、非常に低剛性の変換器の生産に問題がある
からである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題の幾つかを、少なくとも部分的に、軽減すること
である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、装置
であって：少なくとも一つの主磁石を含む第１部材、お
よび上記主磁石と電磁相互作用するために、電流を通す
ための少なくとも一つの電流要素を含む第２部材、を含
む装置に於いて、上記第２部材が、更に、上記主磁石の
磁界と相互作用して上記第１部材と第２部材の間にバイ
アス力を生ずる補助磁性部材を含むことを特徴とする装
置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】補助磁性部材は、永久磁石でもよ
い。その代りに、それが強磁性材料（例えば、軟鉄部
材）を含むことができる。後者の場合、この電流要素／
補助磁性部材の運動の行程が、補助磁性部材が全組立体
の中心線の片側に片寄せられたままであるように、比較
的小さい限り（例えば、短行程リソグラフィー・アクチ
ュエータでの応用の場合に一般的であるように）、補助
磁性部材の強磁性材料を通過する磁束が所望の方向にバ
イアス力成分を生じ；永久磁性材料の場合に生ずるより
小さいが、この力で特定の用途には完全に十分だろう。
【００１３】本発明による装置は、実質的に平面または
円筒形であることができ、主磁石は、バイアス力と垂直
または平行に磁化できる。
【００１４】本装置は、更に、少なくとも一つの更なる
主磁石も含む、第３部材を含むのが好ましい。
【００１５】電流要素は、コイルでもよく、補助磁性部
材は、該コイルの二つの半分の間の実質的に中央にある
平面に位置するのが好ましい。
【００１６】本装置の有効剛性の大きさは、２００Ｎ／
ｍ以下、理想的にはゼロに近いのが有利である。
【００１７】本装置は、アクチュエータおよび／または
速度変換器として使うことができる。
【００１８】本装置は、互いに堅く結合した二つの第２
部材を含み、それらの部材を、各々に相反する寄生トル
クが発生し、それによってそれらを相殺するように配置
することができる。
【００１９】都合よく、本発明のアクチュエータおよび
／または変換器は、リソグラフィー投影装置に使うこと
ができる。そのような用途でのこの発明の大きな利点
は、それが、例えば、ウェーハ段階またはレチクル段階
でテーブル（チャック）の重量を打消すバイアス力を提
供するが、それを電流の流れに関連する熱放散なしに行
い、それで都合良く定められた、一定の局部温度を維持
する助けをすることである。これは、そのような装置に
普通要求されるナノメータの精度は、不必要な熱および
／または汚染（例えば、蒸発またはガス放出の結果とし
ての）源が非常に望ましくない、高度に管理された環境
でしか達成できないので、重要である。そのような考慮
は、真空環境では特に重要で、それを背景に、ＥＵＶ、
電子ビーム、イオンビーム、１５７ｎｍＵＶ、１２６ｎ
ｍＵＶ等のような種類の放射線と共に使用されるリソグ
ラフィー装置は、装置内の放射線経路の少なくとも一部
に沿って真空を含む可能性が最も高いことに注目すべき
である。
【００２０】本発明によるリソグラフィー投影装置を使
う製造プロセスでは、マスクの中のパターンを少なくと
も部分的にエネルギー感応材料（レジスト）の層によっ
て覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、基
板が、下塗り、レジスト塗布およびソフトベーク（ｓｏ
ｆｔ ｂａｋｅ）のような、種々の処理を受けてもよ
い。露出後、基板が、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、
ハードベークおよび結像した形態の測定／検査のよう
な、他の処理を受けてもよい。この処理列は、デバイ
ス、例えば、ＩＣの個々の層をパターン化するための基
礎として使用する。次に、そのようなパターン化した層
は、エッチング、イオン注入（ドーピング）、メタライ
ゼーション、酸化処理、 化学・機械的研磨等のよう
な、全て個々の層を仕上げることを意図した種々の処理
を受けてもよい。もし、幾つかの層が必要ならば、全処
理、またはその変形を各新しい層に繰返さねばならない
だろう。結局は、デバイスの列が基板（ウェーハ）上に
存在するだろう。次に、これらのデバイスをダイシング
または鋸引きのような技術によって互いから分離し、そ
こから個々のデバイスを担体上に取付け、ピンに接続す
ること等ができる。そのようなプロセスに関する更なる
情報は、例えば、ピータ・ヴァン・ザント著、“マイク
ロチップ製作：半導体処理への実用ガイド”、第３版、
マグロウヒル出版社、１９９７、ＩＳＢＮ０−０７−０
６７２５０−４という本から得ることができる。
【００２１】上では本発明による装置のＩＣ製造に於け
る使用を特別に参照したが、そのような装置は、多くの
他の可能性ある用途があることをはっきり理解すべきで
ある。例えば、それを集積光学システム、磁気ドメイン
メモリ用案内および検出パターン、液晶ディスプレーパ
ネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者
には、そのような代替用途の関係では、この本文での
“レチクル”、“ウェーハ”または“ダイ”という用語
のあらゆる使用を、それぞれ、より一般的な用語“マス
ク”、“基板”および“目標領域”によって置換えられ
ると考えるべきことが分るだろう。
【００２２】
【実施例】さて、本発明の実施例を、例としてだけ、添
付の概略図を参照して説明する。これらの図で、相応す
る部分は、相応する参照記号を使って示す。
【００２３】
【実施例１】図１は、本発明の第１実施例による線形ロ
ーレンツ・アクチュエータの構成を示す。それは、上部
材１０ａおよび下部材１０ｂを有する磁石ヨークを含
む。各部材は、主磁石１４を支持する背鉄１２を含む。
各主磁石は、永久磁石で、それは、例えば、強磁性体を
含んでもよい。各主磁石１４の磁化方向を矢印で示す。
各部材１０ａ、１０ｂは、１対の磁石１４を含み、それ
でこの磁石ヨークには全部で四つの磁石がある。
【００２４】上磁石ヨーク部材１０ａと下磁石ヨーク部
材１０ｂの間にあるのは、カバープレート２２、コイル
担体２４および二つの半コイル２６を含む担体部材２０
である。これらの半コイルは、一つの完全なコイル回路
を形成し、この図面に垂直な電流を通し、半コイルの一
つが他の半分と反対方向の電流を通すように設えられて
いる。担体部材２０の中央に、補助磁性部材２８があ
る。この特別な場合では、補助磁性部材２８も永久磁石
であり、例えば主磁石１４と同じ材料で作ることができ
る。この補助磁性部材２８の磁化方向は、その矢印で示
す。
【００２５】担体部材２０は、磁石ヨーク１０ａ、１０
ｂに対して可動である。図１に示す構成では、主磁石１
４と補助磁性部材２８の間の相互作用が担体部材２０を
この磁石ヨークに対して右にバイアスする力を生ずる。
このバイアス力は、これらの半コイルに電流が流れない
ときでも存在する。このコイル回路にある方向に電流が
流れるとき、右への追加の力（ローレンツ力）がこの担
体部材２０に生ずる。このコイル回路に反対方向の電流
が流れるとき、左へのローレンツ力が担体部材２０に生
ずる。担体部材２０への正味力は、この補助磁性部材の
存在によるバイアス力とコイル電流によって生ずるロー
レンツ力とに依る。
【００２６】担体部材２０がヨーク内で変位すると、垂
直方向の力が、およびトルク（主として図１の面に垂直
な軸周りの）も生ずる。これらは、この装置の作用に有
用でないので、一般的に寄生的な力およびトルクと称
し、一般的にそれらを補償しなければならない。
【００２７】ローレンツ・アクチュエータまたは変換器
も、与えられた電流レベルに対する、称呼（ｎｏｍｉｎ
ａｌ）動作位置、典型的には中心位置、からの単位変位
当りの力の変化によって与えられる有効剛性を有する。
この剛性も、特定の用途に対して、アクチュエータは理
想的にはゼロまたは最小剛性で一定の力を加えるべきで
あるので、寄生剛性と称する。
【００２８】有限要素法計算を行って、図１に示す種類
のアクチュエータの動作性能についてのデータを得た。
添付の表（図７〜１４）で、図１の面に横および縦の方
向を、それぞれ、ＸおよびＹ方向と称する。図１の面に
垂直な方向は、Ｚ方向である。この装置は、図１に示す
ように、均一な断面を有してＺ方向に伸びると考える。
この装置の磁界分布の非線形計算をしてから、磁石ヨー
ク１０に対する担体２０上の力およびトルクを、担体２
０を含む輪郭に沿うマクスウェル応力の積分によって計
算する。計算した力およびトルクは、Ｚ方向の単位長さ
当りである。ここで考えるような典型的装置は、Ｚ方向
の長さが８０ｍｍで、この数字を使って実際的装置の
力、トルクおよび有効剛性の値を得ることができる。
【００２９】以下にこの装置の三つの異なる例を議論す
るが、それらの間の違いは補助磁性部材２８の寸法だけ
で、Ｌは、Ｘ方向の長さ、およびＨは、Ｙ方向の高さ
を、共にｍｍで表す。例１で、補助磁性部材２８の寸法
（Ｌ＝１０、Ｈ＝８）は、図１に示す装置と違って、半
コイル（Ｌ＝１８、Ｈ＝８）の間の利用できる空間を全
て埋めるようになっている。例２では、補助磁性部材２
８（Ｌ＝１０、Ｈ＝２）がＹ方向に比較的薄く、ところ
が例３では、補助磁性部材２８（Ｌ＝２、Ｈ＝８）がＸ
方向に比較的狭い。全ての例で、主磁石１４（Ｌ＝２
４、Ｈ＝８）は、ネオジム・鉄・硼素合金ＲＥＳ２７５
から成り、背鉄１２（Ｌ＝５２、Ｈ＝１０）は、標準強
磁性鉄Ｎ０４１から成る。他に指示する場合を除いて、
補助磁性部材２８もＲＥＳ２７５から成る。半コイル２
６の電流密度は、１０Ａ／ｍｍ2であった。
【００３０】〔例１〕図７の表は、四つの異なる試験条
件に対する、担体部材２０に働く水平力（ｆｘ）、垂直
力（ｆｙ）、およびＺ方向の軸周りのトルク（ｔｚ）の
計算結果を示すが、全て装置の寸法は、上に例１用（Ｌ
＝１０、Ｈ＝８）として指定する通である。これら四つ
の試運転の各々に対し、担体部材２０は、この磁石ヨー
クに関して中央に位置する、その正常位置に保った。ｆ
ｘおよびｆｙの値は、Ｚ方向のｍｍ当りの、Ｎにより、
ｔｚの値は、Ｎｍによる。
【００３１】試験１および２は、補助磁性部材２８とし
てＲＥＳ２７５級の磁石を使い；試験１は、これらの半
コイルに電流を流さず、試験２は、１０Ａ／ｍｍ2の電
流密度で行った。試験３は、補助磁性部材２８をセラミ
ック材料級に落し、試験４は、補助磁性部材なしの対照
標準である。
【００３２】第１、第３および第４試験は、補助磁性部
材２８だけ、コイル２６だけ、および補助磁性部材２８
とコイル２６の組合せによってＸ方向に生ずる力を示
す。この例では、半コイルの間の利用できる空間を全て
ＲＥＳ２７５級の磁石で埋め、バイアス力が非常に大き
く―１０Ａ／ｍｍ2を通すコイルによって発生する力の
約４倍―屡々必要であるより実際に大きい。セラミック
材料級補助磁性部材では、バイアス力が電流によって発
生する力と大体等しい程減るが、この補助磁性部材が主
磁石によってその断面積の約３０％を超えて局部的に不
可逆的に消磁される。
【００３３】補助磁性部材２８から主磁石１４への磁気
結合による剛性を決めるために、担体部材２０の位置を
変えた、更なる試験を行った。永久磁石効果を分離する
ために、コイル電流を０Ａ／ｍｍ2に保った。図８の表
は、担体部材２０の種々のＸ変位（Δｘ）およびＹ変位
（Δｙ）に対するｆｘ、ｆｙおよびｔｚを示す（Δｘお
よびΔｙはｍｍで）。これらの結果から、図９の表に示
すように、ΔｘおよびΔｙの関数としてＸおよびＹ方向
の力の示差変化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｃｈａｎｇ
ｅ）（Δｆｘ、Δｆｙ）を計算することが可能である
（Δｆｘ、Δｆｙは、Ｚ方向のｍｍ当り、Ｎ／ｍで）。
【００３４】典型的アクチュエータは、Ｚ方向の長さが
８０ｍｍで、それは実際的装置に対して次の等価剛性を
与える：即ち、Ｘ方向に５．９×１０3Ｎ／ｍおよびＹ
方向に−１．２×１０4Ｎ／ｍ。アクチュエータのこれ
らの等価剛性を引用するとき使う記号規約は、以下の理
由により図７から図１４の表で使うものと異なる。単純
な機械的ばねに対しては、一方向の変位が反対方向に力
を生ずる；しかし、ばねの剛性を正の値として引用する
のが慣例である。一方向の変位がその方向の力を増すよ
うな、ばねに反対の挙動を示すような装置は、慣例上負
の剛性を有するとして引用する（変位と力の両方が同じ
方向に変化するので、表にはこれらを正の値として表す
が）。
【００３５】〔例２〕図１０および図１１の表は、それ
らが上に例２（Ｌ＝１０、Ｈ＝２）用として指定する寸
法を有する装置に属することを除いて、それぞれ、図８
および図９のものに対応する。補助磁性部材の体積が小
さいので、力の大きさは、明らかに小さい。８０ｍｍの
アクチュエータに対する等価剛性は、Ｘ方向に２．４×
１０3Ｎ／ｍおよびＹ方向に−２．０×１０4Ｎ／ｍであ
る。
【００３６】〔例３〕図１２および図１３の表は、それ
らが上に例３（Ｌ＝２、Ｈ＝８）用として指定する寸法
を有する装置に属することを除いて、それぞれ、図８お
よび図９のものに対応する。８０ｍｍのアクチュエータ
に対する等価剛性は：Ｘ方向に１．４×１０4Ｎ／ｍお
よびＹ方向に−２．９×１０4Ｎ／ｍである。
【００３７】上記の結果全てから、例２および例３で補
助磁性部材によって生ずるバイアス力が１０Ａ／ｍｍ2
の電流密度によって生ずるローレンツ力と大体同じであ
り；それで電流の方向に依って、電流密度を−１０Ａ／
ｍｍ2と＋１０Ａ／ｍｍ2（この記号は、電流の方向また
は“向き”を示す）の間で変えることによって、総合力
を約ゼロからゼロ電流に対するバイアス力の大体２倍ま
で変えられることが明らかである。例２および例３の両
方で、補助磁性部材の大きさは、コイルの中央で利用で
きる空間よりかなり小さい。
【００３８】これらの例での寄生剛性は、約１０3Ｎ／
ｍから１０4Ｎ／ｍまで変動する。８０ｍｍの装置に対
する寄生トルクは、例１のように、フルサイズの補助磁
性部材に対して約０．６Ｎｍであり、例２および例３に
対して約０．１２Ｎｍである。Ｙの最大変位でのこの寄
生トルクは、−例えば、互いに堅く結合した二つの担体
部材を使い、作動方向に変位するとき、相反する寄生ト
ルクを発生してそれらを相殺することによって−補償で
きる。
【００３９】〔実施例２〕図２（ａ）および図２（ｂ）
は、この発明の第２実施例を示す。図２（ａ）は、この
装置の半分を通る断面を示し、それは端の向きを変えた
図１の装置と本質的に似ている。この実施例の装置は、
円筒形の形状を有し、図２（ａ）を軸４０の周りに回転
して図２（ｂ）に示す装置を得る。図２（ｂ）では、明
確さのために担体部材２０を省略したが、それがある管
状領域を４２で示す。
【００４０】図２から分るように、主および補助磁性部
材は、半径方向に磁化したリングである。これらの磁石
は、ごく普通に入手できるが、特に異方性磁性材料を使
うとき、平らな磁石より製作および磁化が困難である。
【００４１】〔実施例３〕もう一つの円筒形構成を、図
３に示すこの発明の第３実施例によって意図する。図２
（ａ）のように、装置の半分だけを半径方向断面で示
し、完全な装置は、この図の軸４０周りに回転させるこ
とにより得られる。この実施例では、単一主磁石１４を
設け、それを軸方向に磁化し、従って、製造が実施例２
より幾らか簡単である。補助磁性部材２８は、まだリン
グ状で、第２実施例と実質的に同じである。図３に示す
ように、磁気回路は、磁石ヨークを作るために背鉄片１
２を使って確立する。半コイル２６をこの磁気回路の隙
間に配置する。
【００４２】〔実施例４〕半径方向に磁化した主磁石を
有する、図２に示すような装置を“タイプＩ”と称し、
軸方向に磁化した主磁石を有する、図３に示すような装
置を“タイプII”と称する。図２および図３の両方の主
磁石１４および補助磁性部材２８の磁化方向から、担体
部材２０が各図の上端に向う軸方向にバイアス力を受け
ることは明らかだろう。それで、これらの装置は、重力
下の荷重を支承するような、軸方向荷重を支持するため
に有用である（軸を垂直方向に向けて配置したとき）。
タイプＩの装置では、主磁石１４の磁化方向がこのバイ
アス力に垂直である。タイプIIの装置では、主磁石１４
の磁化方向がこのバイアス力に平行である。
【００４３】図１に示すこの発明の第１実施例による装
置の平面または線形の構成は、磁石が単一方向に磁化し
た、矩形側面を持つ固形物であるので、それらの製造が
容易であるという利点を有する。しかし、コイルの製造
およびコイル担体部材２０の案内が比較的難しいことが
ある。図２および図３に示す、実施例２および３の円筒
形構成は、単純な円形コイルを有し、コイル案内により
良い可能性をもたらす。平面構成か円筒形構成かの選択
は、特定の用途およびこれらの考慮事項間のトレードオ
フ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ／取引）に依るだろう。
【００４４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、この発明
の第２および第３実施例の装置のための例示寸法（ｍｍ
での）を示す。有限要素法解析を行い、これらの寸法の
装置の性能を計算した。これらの装置が全て軸対称であ
り、それが計算を容易化することは明らかである。タイ
プＩおよびタイプIIの構成について多数の変形を考慮し
た。図５（ａ）から図５（ｇ）は、タイプＩの装置を示
し、図６（ａ）および図６（ｂ）は、タイプIIの装置を
示す。各図は、左側にこの装置の部品の構成を、右側
に、以下に説明する結果のグラフを示す。図５（ａ）に
示す装置は、図２および図４（ａ）に示す、この発明の
第２実施例に対応する。図６（ａ）の装置は、図３およ
び図４（ｂ）に示す、この発明の第３実施例に対応す
る。更なる実施例の部品の寸法は、図５（ｂ）から図５
（ｇ）を図５（ａ）と同じ尺度で、図６（ｂ）を図６
（ａ）と同じ尺度で描いたという事実から導き出せる。
【００４５】各実施例に対し、マクスウエルの応力線積
分を使って、担体部材２０（コイル２６に加え補助磁性
部材２８）上の力を計算した。コイルは、１０Ａ／ｍｍ
2の電流密度を有すると考え、コイルの体積全体に亘っ
てＪ×Ｂを積分することによってローレンツ力を計算す
る。担体部材２０がその中央称呼位置にあるときの総合
力（ＦT）、ローレンツ力（ＦL）および補助力（ＦA）
（即ち、補助磁性部材２８によるバイアス力）を図１４
の表に示し；力値は全てＮである。パラメータＴの欄
は、試験した装置がタイプＩであるかタイプIIであるか
を示す。
【００４６】担体部材２０を上および下の両軸方向に
０．５と１．０ｍｍだけ変位して、総合軸方向力の更な
る計算を行った。正の力と正の変位が同じ方向であるよ
うに、一貫した規約を使った。全ての力および変位は、
勿論、本質的に担体部材２０と磁石ヨーク１０の間の相
対力および相対変位である。
【００４７】図５および図６に付随するグラフは、Ｘ軸
に沿ってｍで相対軸方向変位を、およびＹ軸に沿ってＮ
で総合軸方向力を表す。−１．０、−０．５、０、０．
５、および１．０ｍｍの変位に対する総合軸方向力を五
つの丸で示す。各グラフの点線は、これらの点に対する
計算した適合度曲線である。タイプＩの装置は、少なく
とも２次の力対変位曲線を有する。タイプIIの装置は、
１次（線形）の力対変位関数を有する。
【００４８】各グラフで、実線は、ゼロ変位、称呼位置
での力対変位曲線の勾配を示す。この線の勾配は、この
装置の有効剛性、即ち、変位による力の示差変化（ｄｉ
ｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｈａｎｇｅ）を示す。図５
（ａ）から図５（ｇ）で分るように、タイプＩの装置の
勾配は負で；従ってこれらは、一方向の変位が反対方向
に力の変化を生ずる点で、機械的ばねと同じ剛性を有す
る。対照的に、タイプIIのアクチュエータは、正の勾配
を有し、それで機械的ばねと同じ挙動はせず、負の等価
剛性を有する。
【００４９】軸方向有効剛性値Ｓを図１４の最後の欄に
（ｋＮ／ｍで）示す。タイプIIの装置が負の剛性を有す
るという事実は、担体部材を磁石ヨークに対して上向き
軸方向に変位するとき、この担体部材２０上の上向き力
が増すことを意味する。これは、バイアス力（補助力）
がある装置の重量を補償するとき、安定平衡位置がない
ことを意味する。しかし、これは、コイル電流を必要に
応じて制御してこの負の剛性に打ち消すことが出来るの
で、問題ではない。
【００５０】図１４の表から誘導できるように、１００
０Ｎ／ｍ以下の剛性をこれらの装置で達成でき、ある場
合には、２００Ｎ／ｍ未満の剛性が可能である。バイア
ス力および剛性は、補助磁性部材の軸方向寸法およびそ
の半径方向位置を選択することによって共に調整するこ
とができる。
【００５１】これらの装置の用途には、リソグラフィー
投影装置に於けるレチクルおよびウェーハ段階用短行程
駆動装置として、また能動軸受システムとしての使用が
ある。この発明による装置は、隔離軸受として負荷の重
量を、ベース電流による熱放散なしに、支持できるとい
う有意義な利点を有する。しかし、電流は、制御および
調整のために、または更なる負荷を支持するために、そ
れでも加えることができる。図１４の結果は、これらの
装置の例が少なくとも４０から１００Ｎの範囲でバイア
ス力を提供できることを示す。典型的リソグラフィー投
影装置では、ウェーハ段階の移動質量が約１５ｋｇのオ
ーダかも知れず；そのような場合、三つのアクチュエー
タを（例えば）使用することができ、各々約５０Ｎの重
量（即ち、５ｋｇ）を補償する。
【００５２】これらの装置のもう一つの注目すべき特性
は、例えば、４０から１００Ｎの補償バイアス力を提供
するときでも、それらが１０００Ｎ／ｍ以下の有効剛性
を有し、ある場合には２００Ｎ／ｍ未満の剛性さえも持
つことである。これは、同等の機械的アクチュエータま
たは変換器で達成することは非常に困難であろう。これ
らの装置は、本質的に非常に大きな応諾（迎合性）（小
さい剛性）の磁気軸受を構成する。
【００５３】これらの装置の更なる用途は、ローレンツ
・アクチュエータを別にして、速度変換器としてであ
る。コイル担体部材２０と磁石ヨーク１０ａ、１０ｂの
間の速度差がコイルに比例起電力を発生させる。補助磁
性部材によるバイアス力を使って、非常に小さい等価剛
性でコイル担体部材２０の重量を補償する。これは、こ
の変換器に非常に低い共振振動数を与え、それを非常に
低振動数までの速度を測るために使えるようにする。
【００５４】〔実施例５〕図１５は、この発明によるリ
ソグラフィー投影装置を概略的に描く。この発明は：放
射線の投影ビームＰＢを供給するための放射システムＬ
Ａ、Ｅｘ、ＩＮ、ＣＯ；マスクＭＡ（例えば、レチク
ル）を保持するためのマスクホルダを備えるマスクテー
ブルＭＴ；基板Ｗ（例えば、レジストを塗布したシリコ
ンウェーハ）を保持するための基板ホルダを備える基板
テーブルＷＴ；マスクＭＡの照射した部分を基板Ｗの目
標部分Ｃ（ダイ）上に結像するための投影システムＰＬ
（例えば、レンズ若しくは反射屈折光学系、ミラーグル
ープまたは１組の電磁偏向器）；を含む。ここに描くよ
うに、この装置は透過性である；しかし、反射性部品を
使う装置も構想することができる（例えば、ＥＵＶ装置
の場合のように）。
【００５５】この放射システムは、放射線のビームを作
る源ＬＡ（例えば、水銀灯若しくはエキシマレーザ、電
子若しくはイオン源、または加速器によって作った粒子
ビームの経路の周りに位置するビームウィグラ（ｂｅａ
ｍ ｗｉｇｇｌｅｒ））を含む。このビームを種々の光
学部品−例えば、ビーム成形光学素子Ｅｘ、積分器ＩＮ
およびコンデンサＣＯ−に通し、結果として生じたビー
ムＰＢがほぼ平行でその断面全体に亘って均一な強度で
あるようにする。
【００５６】次に、このビームＰＢは、マスクテーブル
ＭＴ上のマスクホルダに保持されるマスクＭＡを横切
る。このマスクＭＡを通過して（またはそれから反射さ
れて）、ビームＰＢは、投影システムＰＬを通過し、そ
のシステムがこのビームＰＢを基板Ｗの目標領域Ｃ上に
集束する。干渉計式変位および測定手段ＩＦを使って、
基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標領域Ｃをビー
ムＰＢの経路内に配置するように、正確に動かすことが
できる。
【００５７】図示する装置は、二つの異なるモードで使
用することができる：歩進モードでは、マスクテーブル
ＭＴを固定し、全マスクイメージを一度に（即ち、単一
“フラッシュ”で）目標領域Ｃ上に投影する。次に、基
板テーブルＷＴをＸおよび／またはＹ方向に動かし、異
なる目標領域Ｃが（静止）ビームＰＢによって照射され
得るようにする。走査モードでは、与えられた目標領域
Ｃを単一“フラッシュ”では露出しないことを除いて、
本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスク
テーブルＭＴが速度νで与えられた方向（所謂“走査方
向”、例えば、Ｘ方向）に可動であり、それで投影ビー
ムＰＢがマスクイメージ上を走査させられ；それと共
に、基板テーブルＷＴを同じまたは反対方向に速度Ｖ＝
Ｍνで同時に動かし、ここでＭは、投影システムＰＬの
倍率である（典型的にＭ＝１／４または１／５）。この
様にして、比較的大きい目標領域Ｃを解像度についての
妥協を必要とせずに露出できる。
【００５８】必要な精度を達成するため、および過度の
摩耗を避けるために、マスクテーブルＭＴおよび基板テ
ーブルＷＴは、ローレンツ・アクチュエータを使って、
少なくとも自由度１に（および一般的には自由度６ほど
にも）一般的に配置する。Ｚ方向（即ち、基板テーブル
ＷＴの表面に垂直）には、そのようなローレンツ・アク
チュエータがＺ作動をするために必要でないだけでな
く、作動するテーブルの重量を支持するために何か手段
も工夫しなければならない。本発明によるアクチュエー
タは、そのような支持をそれ程熱放散する必要なしに達
成できるようにし、それでこの用途で非常に有利であ
る。
【００５９】上にこの発明の特定の実施例を説明した
が、この発明を説明した以外の方法で実施できることが
分るだろう。
【００６０】上記の請求項は、括弧で囲んで参照番号を
付けた。これらの参照番号は、単に、理解度を増すよう
に、読者を支援する目的で設け；それらは、請求項の範
囲を何らかの方法で図面に描く特定の実施例に限定する
と解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を断面で示す。
【図２（ａ）】本発明の第２実施例を示す。
【図２（ｂ）】本発明の第２実施例を示す。
【図３】本発明の第３実施例を示す。
【図４（ａ）】本発明の第２実施例の特定の例の寸法を
与える。
【図４（ｂ）】本発明の第３実施例の特定の例の寸法を
与える。
【図５（ａ）】本発明の第２実施例に関連する構成を有
する更なる実施例を、計算した性能のグラフと共に示
す。
【図５（ｂ）】本発明の第２実施例に関連する構成を有
する更なる実施例を、計算した性能のグラフと共に示
す。
【図５（ｃ）】本発明の第２実施例に関連する構成を有
する更なる実施例を、計算した性能のグラフと共に示
す。
【図５（ｄ）】本発明の第２実施例に関連する構成を有
する更なる実施例を、計算した性能のグラフと共に示
す。
【図５（ｅ）】本発明の第２実施例に関連する構成を有
する更なる実施例を、計算した性能のグラフと共に示
す。
【図５（ｆ）】本発明の第２実施例に関連する構成を有
する更なる実施例を、計算した性能のグラフと共に示
す。
【図５（ｇ）】本発明の第２実施例に関連する構成を有
する更なる実施例を、計算した性能のグラフと共に示
す。
【図６（ａ）】本発明の第３実施例と同じ形式の構成を
有する更に他の実施例を、計算した性能を示すグラフと
共に示す。
【図６（ｂ）】本発明の第３実施例と同じ形式の構成を
有する更に他の実施例を、計算した性能を示すグラフと
共に示す。
【図７】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図８】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図９】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図１０】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図１１】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図１２】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図１３】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図１４】実施例で詳しく説明するデータの表を示す。
【図１５】本発明によるアクチュエータを使うリソグラ
フィー投影装置の立面図を示す。
【符号の説明】
１０ａ 第１部材 １０ｂ 第３部材 １４ 主磁石 ２０ 第２部材 ２６ 電流要素 ２８ 補助磁性部材
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｎ 15/00 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０３Ａ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 装置であって：少なくとも一つの主磁石
    （１４）を含む第１部材（１０ａ）、および上記主磁石
    （１４）と電磁相互作用するために、電流を通すための
    少なくとも一つの電流要素（２６）を含む第２部材（２
    ０）、を含む装置に於いて、上記第２部材（２０）が、
    更に、上記主磁石の磁界と相互作用して上記第１部材
    （１０ａ）と第２部材（２０）の間にバイアス力を生ず
    る補助磁性部材（２８）を含むことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１による装置に於いて、上記第１
    部材（１０ａ）および第２部材（２０）が実質的に平面
    であることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１による装置に於いて、上記第１
    部材（１０ａ）および第２部材（２０）が実質的に円筒
    形または管状であることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項１から請求項３のいずれか一項に
    よる装置に於いて、上記主磁石（１４）を上記バイアス
    力と実質的に垂直方向に磁化したことを特徴とする装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１から請求項３のいずれか一項に
    よる装置に於いて、上記主磁石（１４）を上記バイアス
    力と実質的に平行方向に磁化したことを特徴とする装
    置。
  6. 【請求項６】 請求項１から請求項５の何れか一項によ
    る装置に於いて、更に、少なくとも一つの更なる主磁石
    （１４）を含む第３部材（１０ｂ）を含むことを特徴と
    する装置。
  7. 【請求項７】 請求項１から請求項６の何れか一項によ
    る装置に於いて、上記電流要素（２６）がコイルである
    ことを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項７による装置に於いて、上記補助
    磁性部材（２８）が上記コイル（２６）の二つの半分の
    間の実質的に中央にある平面に位置することを特徴とす
    る装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から請求項８の何れか一項によ
    る装置に於いて、この装置の有効剛性の大きさが２００
    Ｎ／ｍ以下であることを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９の何れか一項に
    よる装置に於いて、それが上記電流要素（２６）に電流
    が流れると上記第１部材（１０ａ）と第２部材（２０）
    の間に制御可能な相対力を誘起するアクチュエータであ
    ることを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１から請求項９の何れか一項に
    よる装置に於いて、それが上記第１部材（１０ａ）と第
    ２部材（２０）の間の速度差を上記電流要素（２６）に
    誘起した起電力（ＥＭＦ）によって検知できる変換器で
    あることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１から請求項１１の何れか一項
    による装置であって、互いに堅く結合した二つの第２部
    材（２０）を含み、それらの部材（２０）を、使用中
    に、各々に相反する寄生トルクが発生し、それによって
    それらを相殺するように配置した装置。
  13. 【請求項１３】 リソグラフィー投影装置であって：放
    射線の投影ビームを供給するための放射システム；マス
    クを保持するためのマスクホルダを備えるマスクテーブ
    ル；基板を保持するための基板ホルダを備える基板テー
    ブル；マスクの照射した部分を基板の目標部分上に結像
    するための投影システム；を含む装置に於いて、更に、
    上記マスクテーブルと基板テーブルの少なくとも一つに
    結合した、請求項１から請求項１２の何れか一項による
    装置を含むことを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 装置製造方法であって：少なくとも部
    分的に放射線感応材料の層によって覆われた基板を用意
    する工程；パターンを含むマスクを用意する工程；放射
    線の投影ビームを使って該マスクパターンの少なくとも
    一部のイメージを上記放射線感応材料の層の目標領域上
    に投影する工程；を含む方法で：放射線の投影ビームを
    供給するための放射システム；上記マスクを保持するた
    めの可動マスクテーブル；上記基板を保持するための可
    動基板テーブル；上記マスクの上記部分を該基板の上記
    目標部分上に結像するための投影システム；を含む装置
    を使用する方法に於いて、上記マスクテーブルと基板テ
    ーブルの少なくとも一つを、請求項１から請求項１２の
    何れか一項で請求する装置を含むアクチュエータを使っ
    て、上記投影システムに対して配置することを特徴とす
    る方法。
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