JP2003515249A - 精密ステージ - Google Patents

精密ステージ

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JP2003515249A JP2001535066A JP2001535066A JP2003515249A JP 2003515249 A JP2003515249 A JP 2003515249A JP 2001535066 A JP2001535066 A JP 2001535066A JP 2001535066 A JP2001535066 A JP 2001535066A JP 2003515249 A JP2003515249 A JP 2003515249A
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アンディーン，ゲリー・ビイ
リー，マーティン・イー
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イオン・ダイアグノスティックス・インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 高電圧と真空を必要とする用途に適した新規の脚のある設計を取り入れた超高精度ステージをここに開示する。このステージはベース、ベースに取り付けられたフレーム、プラットフォーム底面をもつプラットフォーム、ベースとプラットフォーム底面に結合された少なくとも３本の調節可能な肢部、およびプラットフォームとフレームに結合されたプラットフォーム移動部材を含み、各々の肢部がベースに取り付けられた持上げ部材、持上げ部材に取り付けられた第１の取付部材、脚、持上げ部材に取り付けられた脚の底端部、脚の上端部に取り付けられた第２の取付部材およびプラットフォーム底面に取り付けられた第２の取付部材を含み、プラットフォームの精密な位置決めおよび運動を提供する。取付部材はフレクシャル継手であってもよく、さらにそれらはフレクシャル・スラスト継手であってもよい。プラットフォームは運動自由度６を有して直径３００ｍｍのウェハを保持することができる。ステージの重さは１００ポンド未満にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （関連出願の相互参照） 本出願は１９９９年１１月５日出願の米国仮出願番号６０／１６３，８４６の
特典を権利主張するものである。本出願は本出願と同じ日に出願されたＭａｒｔ
ｉｎ Ｅ．Ｌｅｅによる「Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｊｏｉｎｔ」というタイトルの事
件整理番号ＩＤ００１１ＵＳの同時係属の米国特許出願に関連する。
【０００２】 （発明の背景） （発明の分野） 本発明は、精密ステージの分野に関し、詳細には、マルチカラム荷電粒子リソ
グラフィ、テスト、検査システムにおいて使用する、高電圧および高真空に適応
したステージに関する。
【０００３】 （関連技術の説明） 精密ステージに関して、着実に精密度の必要性が増大している多くの用途が見
出される。例えば半導体の主要装置では、精密ステージはリソグラフィ処理ステ
ップの間でウェハを搬送するのに必要とされる。微細回路形状構成の長さのスケ
ールが小さくなるにつれて、最近のリソグラフィはさらに高い解像度の技術、例
えば位相偏移マスク、遠紫外線（ＥＵＶ）システム、および高スループット荷電
粒子ビーム・リソグラフィへと移行している。より小さい形状構成に向かう全体
的な傾向によって、リソグラフィの光学系に関するウェハ（およびそれが乗って
いるステージのプラットフォーム）の位置決めの要求性はますます厳密になって
きた。
【０００４】 荷電粒子波長およびサブミクロン形状構成の相対的大きさに起因して、荷電粒
子（特に電子）ビーム・リソグラフィはサブミクロン形状サイズを実現するため
に重要な技術である。しかしながら、荷電粒子ビーム・リソグラフィのシステム
では、真空と高電圧を両立させることは本来的に複雑な設計である。
【０００５】 荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを加速するために、荷電粒子ビーム・シス
テムは通常は異なる構成部品間で（１００ｋＶに至る）電位差を有する。多くの
設計では、工作物ないしウェハが電気的接地に近い電位に保たれ、電子源が相対
的に高い電圧にされる。しかしながら、いくつかのシステムでは電子源が電気的
接地に近い電位で動作され、一方、工作物が相対的に高い電圧に保たれる。その
ような電子源は米国特許第５，６３７，９５１号に述べられている。
【０００６】 真空もまた、電子ビームを伝搬させるためにリソグラフィ装置内で必要とされ
る。１０−６Ｔｏｒｒ未満の圧力の高真空が通常は必要とされる。このように、
必要な精密度が必要であることに加えて、電子ビーム・リソグラフィ用のステー
ジは構成部品間の高電圧差に耐えることが可能で、かつ高真空条件下での動作に
適合しなければならない。
【０００７】 高電圧動作性については、多くの従来技術の精密ステージはいくつかの密接し
て結合した運動学的プラットフォームを備えている。範例となるこのタイプの従
来技術装置を図１に示す。しかしながら、１００ｋＶに至る電位差をアーク放電
や他の望ましくない作用なしに絶縁しなければならないシステムでは、図１に例
示したような非絶縁構成部品の密接な機械的結合は不適切であろう。
【０００８】 真空適合性については、脱ガス、粒子発生、または別の方式で真空システムを
汚染しがちなベアリング設計のせいで、多くの従来技術のステージは高真空中で
の使用に不適切である。他のベアリングのタイプと比べると、フレクシャル・ベ
アリング(flexural bearing)は真空中での使用に非常によく適合し、ステージの
円滑、精密、予測可能な動きを可能にする。そのような特性はＡｌｅｘａｎｄｅ
ｒ Ｓｌｏｃｕｍの「Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ」、
Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ、米国ニュージャージー州、１９９２年によって詳
細に検討されている。しかしながら大部分の従来技術のフレクシャル・ベアリン
グは、フレクシャル継手が圧縮荷重で歪み又は座屈を生じがちなので、スラスト
・ベアリングとして使用されると潜在的に不安定である。したがって、真空適合
性を必要とする精密ステージの用途では、フレクシャル・スラスト継手が運動自
由度を有することが必要となる。
【０００９】 さらに、精密な動きと各々の動きの後に短時間で固定位置に達すること（設定
時間）を必要とする位置決めシステムについては、精度の低いシステムでは重大
でない摂動に対して注意を払わなければならない。外部衝撃、振動またはその他
の機械的摂動の下でステージの機械的安定性を最適化するために、大部分の従来
技術の高精度リソグラフィ・ステージは重くて慣性力の大きい要素を利用する。
しかしながら、高慣性力のシステムは機械的に安定になる傾向はあるが、設定時
間が長くなるのを受容しない限り、重いステージの動きに付随する反作用がリソ
グラフィ光学系の相対的位置決めの正確さおよび精度を劣化させる可能性がある
。慎重な光学系の分離と光学系架台へのかなりの質量の追加を組み合わせること
が、この問題を克服するのに要求される。その結果生じるそのような装置の重量
と体積は望ましいものではない。それゆえ、これらの問題を回避する相対的に低
質量で高精度の精密ステージを有することが好都合であろう。さらに、そのよう
な低質量ステージは、工作物の高速処理のために頻繁に大きな加速と減速が必要
とされる、高スループットの必要性を備えた市販のリソグラフィ器具によく適合
するであろう。
【００１０】 したがって、特に荷電粒子リソグラフィ・システムに使用するために、真空適
合性であってかつ要素間の大きな電圧差に耐えることが可能でありながら、基準
（例えばリソグラフィ光学系における位置）と高精度の位置合わせを維持するこ
とが可能なステージが必要である。そのようなプラットフォームは運動自由度６
を超えて連続的かつ円滑に移動可能でなければならない。そのようなプラットフ
ォームはまた、代表長さ数１００ミリメートルの工作物、例えば３００ｍｍのシ
リコン・ウェハを保持できなければならない。
【００１１】 （発明の概要） 本発明は新式の脚部設計を組み込んだ精密ステージを含む。このステージは、
荷電粒子リソグラフィのような高電圧と真空を必要とする用途に使用することが
できる。本発明の態様によると、このステージはベース、ベースに取り付けられ
たフレーム、プラットフォーム底面を備えたプラットフォーム、ベースとプラッ
トフォーム底面に結合された少なくとも３本の調節可能な肢部、およびプラット
フォームとフレームに結合されたプラットフォーム移動部材を含み、各々の肢部
はベースに取り付けられた持上げ部材、持上げ部材に取り付けられた第１の取付
部材、脚、持上げ部材に取り付けられた脚の底端部、脚の上端部に取り付けられ
た第２の取付部材およびプラットフォーム底面に取り付けられた第２の取付部材
を含む。取付部材は運動自由度２ないし３を有し、それらはフレクシャル継手で
もフレクシャル・スラスト継手であってもよい。さらに、第１および第２の取付
部材は自由度または継手のタイプの点で互いに別のものであってもよい。プラッ
トフォーム移動部材はアクチュエータであって少なくとも３つのアクチュエータ
がプラットフォームに設けることができる。さらに、それらはプラットフォーム
に取り付けられた第１のコイル、フレームに取り付けられて第１のコイルに電磁
的に結合された第１の磁石アセンブリ、および第１のコイルに電気的に結合され
た電流制御システムを含む電磁的プラットフォーム・アクチュエータであっても
よい。さらに、冷却システムと冷却用流路がプラットフォームに取り付けられた
電磁的アクチュエータの構成部品に熱的に結合され、＋／−０．１度以内にプラ
ットフォームの温度制御を可能にする。持上げ部材は、プラットフォームの重量
に対抗する力を与える支持要素、ベースに対してプラットフォームの持ち上げ調
節を可能にする持上げアクチュエータ、および制動要素の中から選択される平行
に配列された要素の組み合わせであってもよい。支持要素は一定の力の支持体で
あって、一定力の支持体はバックルで留めた柱であってもよい。持上げアクチュ
エータは、ベースに取り付けられた第２のコイル、第１の取付部材のうちの１つ
に取り付けられて第２のコイルに電磁的に結合された第２の磁石アセンブリ、お
よび第２のコイルに結合された電流制御器を含む電磁的持上げアクチュエータで
あってもよい。
【００１２】 好ましい実施態様では、プラットフォームは運動自由度６を有し、脚は互いに
実質的に平行であり、プラットフォームは少なくとも１００ｍｍの直径のウェハ
を保持することが可能であり、プラットフォームおよび／または脚は実質的に電
気的絶縁材料でできており、かつ／またはフレームは真空チャンバであり、それ
により工作物はベースおよびフレームに対して７５ｋＶに至るまでの電位に保つ
ことができる。３００ｍｍのウェハを保持することのできるステージの実施態様
は重さ１００ポンド未満にすることができる。
【００１３】 好ましい一実施態様では、ステージはベース、ベースに取り付けられたフレー
ム、プラットフォーム底面を備えたプラットフォーム、ベースとプラットフォー
ム底面に結合された少なくとも３本の実質的に平行な調節可能な肢部、およびプ
ラットフォームとフレームに結合された４つの電磁プラットフォーム・アクチュ
エータを含み、各々の肢部は、ベースに取り付けられ、電磁持上げアクチュエー
タと平行な一定力の支持体である持上げ部材、持上げ部材に取り付けられた運動
自由度３をもつ第１のフレクシャル・スラスト継手、脚、第１のフレクシャル・
スラスト継手に取り付けられた脚の底端部、脚の上端部に取り付けられた運動自
由度２をもつ第２のフレクシャル・スラスト継手、およびプラットフォーム底面
に取り付けられた第２のフレクシャル・スラスト継手を含み、それによって持上
げアクチュエータとプラットフォーム・アクチュエータの両方が調和した動作が
自由度６をもつプラットフォームの動きと正確な位置決めを提供する。
【００１４】 （詳細な説明） 図２Ａは本発明の好ましい実施形態を示すものであるが、図を簡単にするため
に様々な構成部品は示されていない。図２Ａではステージ２００、ベース２２０
、第１の取付部材２３０、プラットフォーム２４０、ウェハ・チャック２４２、
ウェハ２４４、プラットフォーム底面２５０、第２の取付部材２６０、脚２７０
、プラットフォーム軸２８０、持上げ部材２８５、およびプラットフォーム移動
部材２９０が示されている。図２Ｂは脚ステージを通る断面を示している。図２
Ｂでは、フレーム２１０（ここでは真空チャンバとして示す）、真空ポンプ２１
５、ベース２２０、第１の取付部材２３０、第２の取付部材２６０、脚２７０、
プラットフォーム軸２８０、持上げ部材２８５、プラットフォーム移動部材２９
０、および荷電粒子光学系２９５が示されている。図２Ｃはウェハとウェハ・チ
ャックを取り除いたプラットフォームを示している。図２Ｃでは、プラットフォ
ームのビーム２４５、プラットフォーム・アクチュエータ・キャリヤ２４６、キ
ャリヤの穴２４７、ウェハ・チャック支持体２４８および脚ブラケット２４９が
示されている。
【００１５】 図２Ａに示した実施形態で、第１の取付部材２３０は持上げ部材２８５および
脚の底端部２７０に結合される。持上げ部材はベース２２０に結合される。脚は
プラットフォーム２４０を支持し、脚２７０の上端部は第２の取付部材２６０に
よってプラットフォーム底面２５０に結合される。プラットフォーム移動部材２
９０はプラットフォームに結合される。好ましい実施形態では脚は実質的に互い
に平行である。
【００１６】 図２Ｂで、フレーム２１０は真空密封されており、ベース２２０を介して実験
室の床に結合される。代替の実施形態では、フレームと実験室床との間に何らか
の振動絶縁が設けられることがある。真空ポンプ２１５は真空密封されたフレー
ム２１０に結合されて、効果的な排気（高真空に到達する）を可能にする。荷電
粒子光学系２９５は真空密封されたフレーム２１０に機械的に結合される。荷電
粒子光学系は荷電粒子のビームないし複数ビームをステージ上に向けて発生およ
び制御するように使用することができる。
【００１７】 ウェハ・チャック２４２は高電圧電源を必要とする。殆どの実施形態はステー
ジの外部で高電圧電源（図示せず）を有し、したがってステージと電源との間に
高電圧コネクタ（図示せず）を必要とする。フレームが真空密封されている場合
では、このコネクタは真空適合型であることが要求されるであろうし、高電圧電
源は真空密封されたフレームの外側に便宜的に設置されてもよい。コネクタは動
いている間に脚２７０と接触するのを回避するような方式で下からウェハ・チャ
ックに取り付けることが可能であり、コネクタを設計するときにコネクタに沿っ
た機械的衝撃および振動の伝達を最少限にするように注意を払わねばならない。
【００１８】 図２Ｃで、プラットフォーム２４０の構成が特定の実施形態について詳細に示
されている。プラットフォーム・アクチュエータ・キャリヤ２４６およびウェハ
・チャック支持体２４８はプラットフォームのビーム２４５に取り付けられる。
脚ブラケット２４９はウェハ・チャック支持体２４８に取り付けられる。脚２７
０は第２の取付部材２６０によって脚ブラケット２４９に取り付けられてもよい
。
【００１９】 ステージ２００は高精度に作業プラットフォームを位置決めできる装置である
。レーザ干渉計のような位置センサを含むコンピュータ制御システムに結合され
ると、ステージ２００は、プラットフォーム上の一点がリソグラフィ光学系２９
５の位置のような基準位置に対して少なくともマイクロメートル以内に位置決め
できるように、プラットフォーム２４０を制御可能に位置決めすることができる
。殆どの実施形態で、プラットフォーム２４０は運動自由度６を有する。図２Ａ
に示した統合システムを参照すると、プラットフォームは３つの軸（ｘ，ｙ，ｚ
）に沿って移動し、各々の軸（θｘ，θｙ，θｚ）の周りで回転することができ
る。このプラットフォームは運動自由度６を有しているが、プラットフォームの
動きが、脚２７０の長さによって決定される範囲、およびプラットフォーム移動
部材２９０と持上げ部材２８５の動き範囲によることは注目に値する。これ以降
、本発明によるステージを同義語として、その新式の脚構成ゆえに、「脚ステー
ジ」と称することもある。好ましい実施形態で、プラットフォーム移動部材２９
０が主にｘ、ｙおよびθｚの動きを制御し、持上げ部材２８５が主にｚ、θｘお
よびθｙの動きを制御することに留意されたい。
【００２０】 図２Ａで、脚２７０はプラットフォーム２４０の重量の支持要素として作用す
る。加えて、脚は、要素間で電位に大きな差異がある本発明の実施形態の中で、
電気的な絶縁のためにも好都合である。高電圧の工作物がプラットフォーム上に
ある実施形態では、脚が実質的に電気絶縁材料で構成される場合、脚は高電圧の
工作物をステージ２００の他の要素から絶縁するように作用することもある。他
の実施形態では、工作物の付加的な電気的隔離は、アルミナを主原料にしたセラ
ミックのような実質的な電気絶縁材料でプラットフォームを構成することによっ
て達成できることもあり、さらに特定すると、図２Ｃに示したプラットフォーム
のビーム２４５、プラットフォーム・アクチュエータ・キャリヤ２４６およびウ
ェハ・チャック２４８が絶縁材料で作製されてもよい。プラットフォーム移動部
材２９０を高電圧の工作物が載るプラットフォームの中心から離して配置するこ
ともやはり、好ましい実施形態での電気的絶縁の１つの態様である。
【００２１】 図２Ａで、プラットフォーム２４０はフレーム２１０に対して自由に動く。こ
の動きの態様はプラットフォーム移動部材２９０で達成される。
【００２２】 ステージ２００をリソグラフィに適用する際、プラットフォーム２４０の一部
であるウェハ・チャック２４２はリソグラフィ処理の間でウェハ２４４を保持す
るために使用される。
【００２３】 ステージのプラットフォーム２４０および脚２７０をアルミナベースのセラミ
ックのような軽量の材料を使用して構成することは、低質量で高精度のステージ
を達成するのに重要な貢献をするものであり、設計もまた重量を軽減するように
最適化され、例えばアルミナの脚が中空にされ、アルミナのプラットフォーム・
ビーム２４５が断面をＵ形状にされ、アルミナのプラットフォーム・アクチュエ
ータ・キャリヤ２４６がキャリヤ穴２４７を有してもよい。図２Ｃに示した実施
形態はそのような軽量設計を示している。
【００２４】 図３Ａ〜３Ｅは本発明の好ましい実施形態のためのプラットフォーム移動部材
２９０を描いたものである。プラットフォーム移動部材は、フレーム２１０に対
するプラットフォーム２４０を制御可能に平面運動させる。図３Ａ〜３Ｅに示さ
れる好ましい実施形態では、このプラットフォーム移動部材は４つのプラットフ
ォーム・アクチュエータ、さらに特定すると４つの電磁的プラットフォーム・ア
クチュエータで構成される。
【００２５】 図３Ａでは、フレーム２１０、プラットフォーム２４０、磁石３３０および磁
石支持体３３５が示されている。図３Ｂは図３ＡのＡＡ’平面から見た断面であ
る。図３Ｂでは、フレーム２１０、プラットフォーム２４０、第１のコイル３１
０、冷却用流路３２５、磁石３３０、磁石支持体３３５および電磁的プラットフ
ォーム・アクチュエータ３３７が示されている。図３Ｃおよび３Ｄは好ましい実
施形態のためにプラットフォーム移動部材に一体化したシステムの平面図を示し
ている。図３Ｃでは、プラットフォーム２４０、電流制御システム３４０、第１
のコイル３１０および第１のコイルを接続するケーブル３１６が示されている。
図３Ｄでは、プラットフォーム２４０、冷却用流路３２５および冷却システム３
５０が示されている。図３Ｅでは、第１のコイル３１０のうちの１つ、第１のコ
イルを接続するケーブル３１６、磁石３３０、第１のコイルの脚３１２、第２の
コイルの脚３１４および磁石寸法３２２が示されている。
【００２６】 図３Ａおよび３Ｂで、磁石３３０はＮとＳ極がよく知られている原理に従って
磁気回路を形成するように配置されて磁石支持体３３５に取り付けられる。この
磁石構成と磁石支持体を一緒にして第１の磁石アセンブリと称する。磁石支持体
はフレーム２１０に取り付けられる。第１のコイル３１０はプラットフォーム２
４０に取り付けられ、電流制御システム３４０（図３Ｃ参照）に電気的に結合さ
れる。第１の磁石アセンブリに起因する磁場の存在下で、第１のコイルを通る電
荷の流れは、磁場によって第１のコイルにはたらくローレンツ力（ｄＦ＝Ｉｄｌ
×Ｂ、ここでｄＦは電流Ｉを搬送する第１のコイル要素ｄｌに対して磁場Ｂによ
って及ぼされる微分ローレンツ力）を生じさせる。第１のコイルはプラットフォ
ームに取り付けられているので、フレームに対するプラットフォームの連続的か
つ精密に制御可能な（ｘ，ｙ）平面の動きは選択された第１のコイル内で電流を
精密に制御することによって達成できる。コイルに提供される電流の微分制御が
、ｚ軸の周りにプラットフォームを回転させることができる。異なる磁石アセン
ブリおよび対応する第１のコイルは異なるサイズの磁石と第１のコイルを含むか
、または異なる電流を搬送し得るということは注目すべきである。磁石、第１の
コイルのサイズと位置、および第１のコイルを流れる電流の大きさは、動きの特
定の方向に必要とされる力と行程によって決定される。
【００２７】 図３Ｃは本発明の態様によるプラットフォーム２４０上の第１のコイル３１０
の構成を描いている。図３Ｃの特定の実施形態に関して、第１のコイル３１０の
構成はプラットフォーム２４０の中心で磁場の強さを最小にする。上述したよう
に、プラットフォームが荷電粒子リソグラフィ・システム内の要素である実施形
態では、プラットフォームに全体の磁場の強さに対する注意が大切である。その
ようなシステムでは、漂遊磁場は荷電粒子を偏向させるようにはたらく可能性が
あり、レジスト材料の荷電粒子により形成される所望のパターンを破壊しかねな
い。漂遊磁場強度を受容限界内に留めるためには何らかの磁場シールド（図示せ
ず）を導入することが必要なこともある。漂遊磁場が重要でない場所での脚ステ
ージ２００の実施形態では、プラットフォーム上の第１のコイルを図３Ｃに示し
たのと異なる配置にすることが有利になることがある。例えば、同様のサイズの
コイルを図３Ｃのように直径方向に反対にするのではなくて互いに対面するよう
に、第１のコイルを鏡像構成で配置することができる。また、コイルはステージ
の重心に対してモーメントを最小にするように配置することも可能であろう。
【００２８】 第１のコイルの電気的抵抗値３１０はそれらに提供される電気エネルギーの一
部を消費してそれを顕熱に変換する。冷却システム３５０は第１のコイルによっ
て発生した熱を取り除き、プラットフォームの中心で摂氏＋／−０．１度よりも
良好な範囲内に所望の基準温度を維持する。冷却システム３５０は冷却剤流のた
めの閉流路、ポンプ、および冷却剤の温度を調節する装置を含んいる。範例とな
る実施形態による冷却剤流路３２５を図３Ｄに示す。その他の冷却技術は当業者
にとって容易に明確となる。
【００２９】 殆どの実施形態で、電流制御システム３４０および冷却システム３５０は便宜
的にフレーム２１０の外側に配置される。フレーム２１０が真空密封される場合
では、冷却用流路３２５および第１のコイルの接続ケーブル３１６は真空適合性
であることが必要となるであろう。この流路およびケーブルはステージの動きの
間に脚２７０の動きを損なうことを回避するような方式で下からウェハ・チャッ
クに取り付けることができる。流路およびケーブルを設計するときに流路および
ケーブルに沿った機械的衝撃および振動の伝達を最小にするように、注意を払わ
なければならない。
【００３０】 図３Ｅは磁石３３０と第１のコイル３１０との重ね合わせを示している。コイ
ルに対する推進力はコイルの第１および第２のコイル辺を流れる電子に作用する
ローレンツ力である。図３Ｅから、対向する第１コイル辺３１２へのローレンツ
力は実質的に互いにキャンセルし合うであろうことは明らかである。これは、同
様の磁場により作用を受ける対抗する第１のコイル辺の電流径路が反対方向にあ
るという理由による場合である。したがって、磁石に対するコイルの動きの範囲
は幅３２２によって決定される。図３Ｅに示した範例の実施形態が非整流モータ
を示すことに注目すべきである。動きの範囲を制限することが必要な用途では、
非整流モータが好ましい。しかしながら、はるかに大きな動きの範囲を必要とす
る用途では、当該技術でよく知られている整流型のリニア電磁モータを使用する
こともある。
【００３１】 プラットフォーム移動部材がリニア・アクチュエータである実施形態に関して
は、したがって以上で考察したように自由度３の動きを提供するために最低３つ
のそのようなアクチュエータが必要となるであろう。
【００３２】 図４に、ステージ２００（図２Ａ、図３Ｃ、および図６Ｂ参照）用の一体型制
御システムとして電流制御システム３４０の１つの好ましい実施形態のブロック
図を示す。図４には、電流制御システム３４０と、軌道発生器３６０と、変換マ
トリックス３６２と、フィードフォワード制御装置３６４と、フィードバック制
御装置３６６と、重力補償装置３６８と、予測器３７０と、加算器およびステア
リング・マトリックス３７２と、電流増幅器３７４と、ステージ・センサ３８０
と、ステージ・アクチュエータ３９０とが示されている。ステージ・アクチュエ
ータは、プラットフォーム移動部材２９０と、持上げアクチュエータ４３０とを
備える（図２Ａ参照）。
【００３３】 電流制御システム３４０は、入力としてステージ・センサ３８０からステージ
位置データを受信し、出力としてステージ・アクチュエータ３９０用の駆動電流
を送達する制御システムを備える。情報の流れの方向が図４に示されている。
【００３４】 電流制御システム３４０は、ステージ・センサ３８０から入力されたデータを
受信し、変換マトリックス３６２によってデータを感知されたステージ位置を表
す（ｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）座標に変換する。これらの値が、重力補償
装置３６８と、フィードバック制御装置３６６と、予測器３７０とに送信される
。軌道発生器３６０は、記憶されている値から、時間に応じて所望の座標（ｘ，
ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，θｚ）を指定する。これらの値のセットは、フィードフォ
ワード制御装置３６４と、フィードバック制御装置３６６とに送信される。
【００３５】 上述したように、実際の、感知された位置に関する座標のセットがフィードバ
ック制御装置３６６に供給され、フィードバック制御装置３６６は、所望の位置
と感知位置とを比較して、ステージの位置を調節するための補正信号を計算する
。軌道発生器の座標はフィードフォワード制御装置３６４に入力されており、フ
ィードフォワード制御装置３６４は、プラットフォーム加速度を求め、プラット
フォームを所望の座標に駆動するための補正信号を発生する。特定の実施形態で
は、フィードフォワード制御装置は適応性をもち、この場合、入力が変換マトリ
ックス３６２から受信される。重力補償装置３６８は、感知された座標を受信し
、プラットフォーム２４０の逆立ち振り子挙動を補償する信号を発生する。補償
器３６８をフィードフォワード制御装置３６４の一部とみなすことができる。予
測器３７０は、感知された座標を受信し、リソグラフィ・パターンを正確に配置
することができるようにプラットフォーム２４０の位置を予想するための書込み
偏向システムへの信号を発生する。
【００３６】 図４において、フィードフォワード制御装置３６４が正確である場合、フォー
ドバック制御装置３６６がヌル（ｎｕｌｌ）補正信号を発生する。そうでない場
合は、補正制御信号が組み合わされ、電流増幅器３７４に送信される信号は加算
器およびステアリングマトリックス３７２によって発生される。電流増幅器は、
ステージ・アクチュエータ３９０を駆動するための制御信号に比例する電流を発
生する。位置感知のプロセスは時間がかかるので、任意の時間に、プラットフォ
ーム２４０の実際の位置とその感知位置との間に予測可能な誤差があることは注
目に値する。この誤差は、プラットフォーム２４０の位置を予想する予測器３７
０によって克服できるものである。また、特定の実施形態で、ステージ・アクチ
ュエータの電流制御（電圧制御ではない）が、ステージに対して振動を絶縁する
ことも注目に値する。
【００３７】 図５に、ステージ・センサ３８０の１つの好ましい実施形態を示す。図５には
、レーザ干渉計３８２と、レーザ・ビーム３８４と、反射側面３８５と、反射上
面３８６と、プラットフォーム中心３８８と、レーザ・トライアンギュレータ３
８３とが示されている。ウェハを配置することができるプラットフォーム中心３
８８は反射性をもたない。１つの好ましい実施形態では、反射上面３８６および
反射側面３８５が、石英ガラスまたはＺｅｒｏｄｕｒ（商標）ガラスなどの材料
の一部片からなり、プラットフォーム２４０と一体化されており、全ての干渉計
３８２およびトライアンギュレータ３８３が共通の支持構造（図示せず）に取り
付けられている。支持構造は、荷電粒子光学系（図２Ｂの２９５参照）に取り付
けられている。１つの好ましい実施形態では、３８５および３８６を形成する材
料の一部片の後面を除去することで、ステージの重量を低減する。
【００３８】 図５において、レーザ干渉計３８２がレーザ・ビーム３８４を発生する。この
ビームがウェハ・チャック２４２（図２Ａ参照）の反射側面３８５で反射する。
反射したレーザ・ビームは、入射ビームと組み合わされて干渉パターンを発生し
、これによりプラットフォーム２４０の位置の変化を正確に求めることができる
。レーザ・トライアンギュレータ３８３は、トライアンギュレータとプラットフ
ォーム２４０の反射上面３８６との間の絶対距離の尺度を提供する。プラットフ
ォームの位置は、全ての干渉計およびトライアンギュレータが取り付けられてい
る支持構造を基準として、すなわち荷電粒子光学系を基準として求められる。
【００３９】 干渉計を使用して相対運動を測定するための、水平面内のプラットフォームの
開始位置を求めるためには、プラットフォームとリソグラフィ光学系との位置合
わせ手順に従わなければならない。半導体リソグラフィの当業者によく知られた
、ここで使用することができる様々な位置合わせ手順がある。
【００４０】 図２Ａに例示されるように、プラットフォーム２４０は、脚２７０によってベ
ース２２０に取り付けられており、ベースはフレーム２１０に固定されている。
図２Ａに示される実施形態では、プラットフォーム移動部材２９０がプラットフ
ォームをフレームに対して連節するとき、脚が一定の長さを有するのでベースに
対するプラットフォームの高さの変化が生じる。プラットフォーム高さのこの変
化を補償するために、ステージ２００がプラットフォーム持上げ部材を組み込む
。また、プラットフォーム持上げ部材の差動作用が、ｘおよびｙのプラットフォ
ーム軸２８０の周りでのプラットフォームの回転をもたらす場合もある。
【００４１】 図６Ａは、持上げ部材の一実施形態の概略図である。図６Ａには、脚２７０の
１つと、ベース２２０と、第１の取付部材２３０と、持上げ部材２８５と、支持
要素４１０と、減衰要素４２０と、持上げアクチュエータ４３０とが示されてい
る。図６Ａでは、持上げ部材２８５と、支持要素４１０と、減衰要素４２０と、
持上げアクチュエータ４３０とがベースと取付部材に取り付けられている。１つ
のそのような実施形態では、ベースが実験室の床（図示せず）に結合されている
。
【００４２】 図６Ａに示される特定の実施形態では、支持要素４１０が、第１の取付部材２
３０とベース２２０の間の離隔距離に応じた支持力を与える。一般に、支持要素
によって提供される力は、持上げアクチュエータが担持する必要がある荷重を低
減することによって持上げアクチュエータの制御性能を高めることができる。減
衰要素４２０は、取付部材とベースの相対位置の時間変化率に比例するそれらの
相対運動とは反対の力を提供する。この実施形態では、支持要素および減衰要素
が受動要素である。持上げアクチュエータ４３０は、コンピュータ制御システム
（図示せず）と組み合わせた能動制御可能要素である。図６Ａは、移動がｚ方向
で可能であり、他の全方向で制限されている場合を示す。持上げ部材が直線状に
移動するように制限されているとき、少なくとも３本の脚が必要であり、１つの
そのような持上げ部材が各脚に取り付けられて、上述した３つの自由度を有する
動きを与える。
【００４３】 代替実施形態では、支持要素４１０は、第１の取付部材２３０とベース２２０
の離隔距離とは無関係の支持力（一定の力の支持）を提供することができる。支
持要素および減衰要素を、粘弾性ビームなどの単一要素にすることもできる。１
つの好ましい実施形態では、米国特許第５３１０１５７号に教示されるように、
支持要素および減衰要素が、弾性安定点（例えば座屈されたカラム）に近づく程
度まで荷重を受ける弾性構造を備える単一要素である。この好ましい実施形態の
低い構造剛性も、プラットフォーム２４０を振動から絶縁するという面で有利で
ある。代替実施形態は、単に、持上げアクチュエータ、並列した支持要素と持上
げアクチュエータ、または並列した減衰要素と持上げアクチュエータからなって
いてよい。
【００４４】 図６Ｂに、電磁持上げアクチュエータである持上げアクチュエータの一実施形
態を示す。図６Ｂには、脚２７０の１つと、ベース２２０と、第１の取付部材２
３０と、持上げアクチュエータ４３０と、第２の磁石支持部４４０と、第２の磁
石４５０と、第２のコイル４６０と、電気ケーブル３１７と、電流制御システム
３４０とが示されている。
【００４５】 図６Ｂでは、持上げアクチュエータ４３０がベース２２０および第１の取付部
材２３０に取り付けられている。１つのそのような実施形態では、ベース２２０
を実験室の床（図示せず）に結合することができる。第２の磁石４５０は第２の
磁石支持部４４０に取り付けられ、Ｎ極およびＳ極が、周知の原理に従って磁気
回路を形成するように配置されている。この磁石構成と磁石支持部を合わせて第
１の磁石アセンブリと呼ぶ。磁石支持部４４０は第１の取付部材２３０に取り付
けられている。第２のコイル４６０はベースに取り付けられ、電気ケーブル３１
７によって電流制御システム３４０に電気的に結合されている。上述した周知の
原理によれば、コイル内の電流が、磁場によって取付部材に及ぼされるローレン
ツ力をもたらす。このようにして、ベースに対する脚２７０の１つの連続な、か
つ精密に制御可能な動きが、第２のコイル内の電流の精密な制御によって達成さ
れる。コイル内の電流の制御は上述したように行われる（図４参照）。プラット
フォーム移動部材２９０と組み合わさって、持上げアクチュエータが、プラット
フォーム２４０の精密な位置決めおよび移動を可能にする（図２参照）。
【００４６】 図６Ｃおよび６Ｄに、持上げ部材２８５の別の実施形態を示す。図６Ｃおよび
６Ｄでは、持上げアクチュエータがボイスコイル・アクチュエータである。図６
Ｃおよび６Ｄには、ベース２２０と、ボイスコイル磁石５１０と、ボイスコイル
５２０と、シャフト５３０と、細いビーム５４０と、剛性支持部５５０と、電気
ケーブル３１７と、電流制御システム３４０とが示されている。
【００４７】 図６Ｃでは、持上げアクチュエータがベース２２０に取り付けられており、ボ
イスコイル磁石５１０およびボイスコイル５２０を備える。ボイスコイルはシャ
フト５３０に取り付けられている。シャフト５３０は第１の取付部材２３０（図
示せず）に結合されている。細いビーム５４０は剛性支持部５５０に取り付けら
れ、剛性支持部はベースに取り付けられている。シャフト５３０は、細いビーム
５４０を通過し、しかしビームに固定されてはいない。
【００４８】 図６Ｃを参照すると、ボイスコイル５２０は、電流がそれを流れるときにｚ方
向に移動する。コイル５２０を通過する電流は、上述したのと同様の様式で電流
制御システム３４０によって制御される。シャフトの移動は、可撓性の細いビー
ム５４０と剛性支持部５５０とにより、ｚ方向以外の全ての方向で制限される。
ばね（図示せず）を、ボイスコイル磁石と細いビームとの間に、ばねの軸をシャ
フト５３０と同軸にして組み込むことができる。
【００４９】 持上げ部材の１つの好ましい実施形態は、本明細書に参照により組み込む米国
特許第５１７８３５７号、第５３１０１５７号、第５３７０３５２号、第５３９
０８９２号、第５５４９２７０号、第５６６９５９４号、第５７９４９０９号、
および第５８３３２０４号における設計および教示を使用して製造される、Ｍｉ
ｎｕｓ ｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．が製造するＮａｎｏ−ｋ（商標）
振動絶縁体モデルｎｏ．ＳＰ１０１４およびシリアル番号３１７、３１８、およ
び３１９を、本明細書に参照により組み込む米国特許第５３４５２０６号におけ
る設計および教示を使用して製造されるＢＥＬ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ移動コ
イル・アクチュエータ・モデルｎｏ．ＬＡ２５−４２−０００Ａと並列に組み合
わせたものである。移動コイル・アクチュエータ内で金属コイル・キャリアを使
用すると、キャリア内での渦電流の誘発によって望みの量よりも大きな減衰が生
じる場合があり、そのような場合、非金属コイル・キャリアを使用してこの望ま
しくない減衰をなくすることができることに留意されたい。持上げ部材のこの好
ましい実施形態は、水平誘導を提供するばね定数が非常に低い支持部であり、こ
れはまた、垂直方向での動きの自然周波数が非常に低く、そのため良好な振動絶
縁を提供する。持上げ部材のこの好ましい実施形態は、垂直運動に関する調節可
能なばね定数も有し、ステージの自然周波数を様々な動作条件下で最小限に抑え
られるようにする。例えば、いくつかの実施形態で、ウェハと荷電粒子光学系と
の間に静電引力が存在する。この力は、ウェハと荷電粒子光学系の離隔距離に関
して非線形に変化する。離隔距離が変わるときにばね定数を変更することによっ
てこれを補償することができる。
【００５０】 図２Ａに示されるように、プラットフォーム２４０の動きは、脚２７０の両端
にある第１の取付部材２３０および第２の取付部材２６０によって制限される。
本発明の様々な実施形態では、第１の取付部材２３０および第２の取付部材２６
０が、２つまたは３つの運動自由度を有することができる。好ましい実施形態で
は、取付部材および第２の取付部材がフレクシャル継手である。フレクシャル継
手は、滑らかな、連続的な、かつ高い再現性のある動きを可能にするものとして
当技術分野でよく知られている。
【００５１】 図７に、運動自由度が２のフレクシャル継手の１つの好ましい実施形態を示す
。図７に示されるフレクシャル継手は、第１の取付部材２３０または第２の取付
部材２６０として適している。図７には、第１の継手要素６１０と、第２の継手
要素６２０と、第３の継手要素６３０と、第１の撓みストリップ６４０と、第２
の撓みストリップ６５０と、第１の撓み軸６６０と、第２の撓み軸６７０と、撓
みストリップ固定具穴６８０と、ノッチ６８５とが示されている。
【００５２】 図７では、撓みストリップ６４０および６５０が、固定具（図示せず）を穴６
８０に挿入した状態で定位置に保持されている。ノッチ６８５は、撓みストリッ
プが挿入される溝に平行に延びている。固定具がノッチ６８５の壁に圧力を加え
、それにより湾曲部を溝内の定位置に保持し、溝の壁と接触する湾曲部の領域全
体にわたって力が分散する。第１の継手要素６１０と第２の継手要素６２０が第
１の撓みストリップ６４０によって結合され、第１の撓み軸６６０を特定する。
同様に、第２の継手要素６２０と第３の継手要素６３０が第２の撓みストリップ
６５０によって結合され、第２の撓み軸６７０を特定する。第１および第２の撓
み軸は、その周りで継手要素およびそれに接続する撓みストリップのヒンジ式動
きを行うことができる軸である。１つの好ましい実施形態では、第１の撓み軸と
第２の撓み軸が直交する。好ましい実施形態では、第１の継手要素がプラットフ
ォーム底面６５０に固着されており、第３の継手要素６３０が脚２７０の１つに
固着されている。好ましい実施形態では、第１の撓みストリップおよび第２の撓
みストリップが、約０．０１０インチの厚さを有し、ばね鋼、ベリリウム／銅合
金、またはＡＳＴＭグレード３０４のステンレス鋼からなる。
【００５３】 上述したように、持上げアクチュエータ２８５は、ベース２１０に対するプラ
ットフォーム２４０の高さを変化させることができる（図２Ａ参照）。１つの好
ましい実施形態では、持上げ動きを達成するために、第１の取付部材２３０が推
力を伝える。第１の取付部材２３０が３つの運動自由度を有することもできる。
図７に例示するような運動自由度が２のフレクシャル・ベアリングは、所望の運
動自由度がないだけでなく、フレクシャル継手が歪曲または座屈しやすいのでス
ラスト・ベアリングとして不適切な場合もある。しかし、第１の撓みストリップ
６４０および第２の撓みストリップ６５０（図７参照）を堅く短いものにするこ
とができることは注目に値する。これにより、継手を圧縮下で許容可能に動作さ
せることができる。
【００５４】 図８Ａに、運動自由度が３のフレクシャル継手の一実施形態の概略平面図を示
す。図８Ａには、運動自由度が３のフレクシャル継手７００と、第１の継手要素
７１０と、第２の継手要素７２０と、第３の継手要素７３０と、第２の湾曲部７
４０と、第１の湾曲部７５０と、第２の撓み軸７６０と、第１の撓み軸７７０と
、第３の撓み軸７８０と、固定具７９０とが示されている。第１および第２の撓
み軸は、その周りで継手要素およびそれに関連する湾曲部がヒンジ式動きを行う
ことができる軸であり、第３の撓み軸の周りでの回転は、第１の湾曲部、第２の
湾曲部、または第１および第２の湾曲部の捩れによるものであることに留意され
たい。
【００５５】 図８Ａでは、第１の継手要素７１０と第３の継手要素７３０が第２の湾曲部７
４０によって結合されている。同様に、第３の継手要素７３０と第２の継手要素
７２０が第１の湾曲部７５０によって結合されている。これにより、第２の撓み
軸７６０と、第１の撓み軸７７０と、第３の撓み軸７８０との周りの回転に関し
て３つの運動自由度が得られ、この実施形態ではこれらの軸が全て直交している
。本発明による運動自由度が３のフレクシャル継手が湾曲ヒンジを２つだけ備え
ていることは注目に値する。１つの好ましい実施形態では、運動自由度が３のフ
レクシャル継手を固定具７９０を用いてベース２２０に固定し、かつ脚２７０の
１つに固着することができる（図２Ａ参照）。第１の継手要素７１０は、ベース
から間隔を空けて配置し、継手（図示せず）のヒンジ動きを可能にするようにベ
ースに取り付けることができることに留意されたい。
【００５６】 図８Ｂおよび図８Ｃに、それぞれ第２の湾曲部７４０および第１の湾曲部７５
０の１つの断面図を示す。図８Ｂおよび図８Ｃには、第１の継手要素７１０と、
第２の継手要素７２０と、第３の継手要素７３０と、第２の撓みストリップ７０
５と、第１の撓みストリップ７１５と、固定具７２５と、キャップ７３５と、脚
２７０の１つとが示されている。
【００５７】 図８Ｂでは、第１の継手要素７１０と第３の継手要素７３０が第２の撓みスト
リップ７０５によって結合されている。第２の撓みストリップがストリップ固定
具７２５によって第１および第３の継手要素に取り付けられて、第２の湾曲部７
４０を形成している。キャップ７３５を使用して、固定具からの力を湾曲部の端
部全体にわたって均等に広げる。同様に、図８Ｃは、第１の撓みストリップ７１
５によって結合された第２の継手要素７２０と第３の継手要素７３０を示す。第
１の撓みストリップがストリップ固定具７２５によって第２および第３の継手要
素に取り付けられて、第１の湾曲部７５０を形成している。キャップ７３５を使
用して、固定具からの力を湾曲部の端部全体にわたって均等に広げる。図８Ｂお
よび図８Ｃから、運動自由度が３のフレクシャル継手７００が、第１の継手要素
７１０に取り付けられた持上げ部材２８５から脚２７０に推力を伝えるときに、
第２の撓みストリップ７０５および第１の撓みストリップ７１５が引張応力を受
けることを理解することができる。図８Ｂおよび図８Ｃにおいて、第１および第
２の撓みストリップの長さ、剛性、および他の特性を、特定の実施形態において
異なるものにできることは注目に値する。好ましい実施形態では、撓みストリッ
プは、約０．０１０インチの厚さを有し、ばね鋼、ベリリウム／銅合金、または
ＡＳＴＭグレード３０４のステンレス鋼から作成することができる。
【００５８】 図９Ａに、運動自由度が３のフレクシャル継手の１つの好ましい実施形態の分
解斜視図を示す。図９Ａには、第１の継手要素８１０と、固定具クリアランス穴
８１２と、第１の撓みストリップ取付面８１４と、第１の荷重支持面８１６と、
第１の方向８１８と、第２の継手要素８２０と、第２の湾曲部取付面８２４と、
第２の荷重支持面８２６と、第２の方向８２８と、第３の継手要素８３０と、上
側の第３の湾曲部取付面８３３と、下側の第３の湾曲部取付面８３５とが示され
る。図を見やすくするために、図９Ａで撓みストリップおよび固定手段は省略し
てある。
【００５９】 １つの典型的な実施形態では、第１の継手要素８１０が持上げ部材２８５（図
２Ａ参照）に結合されている。第２の継手要素８２０は、２つの第１の撓みスト
リップによって、脚２７０の１つおよび第３の継手要素８３０に結合されている
。第３の継手要素８３０は、２つの第２の撓みストリップによって第１の継手要
素８１０に結合されている。第２の継手要素８２０に結合された脚２７０は各継
手要素の中心を通過する。全ての撓みストリップが、撓みストリップ取付面８１
４、８２４、８３３、および８３５に固定される。第１の荷重支持面８１６は第
１の継手要素８１０の底面である。荷重支持面は、１つの典型的な実施形態では
持上げ部材２８５に接触する。第１の方向８１８は第１の荷重支持面に垂直な方
向である。第２の荷重支持面８２６は、第２の継手要素８２０の凹んだ面であり
、１つの典型的な実施形態ではそこに脚２７０が位置する。第２の方向８２８は
第２の荷重支持面に垂直な方向である。第２の方向は第１の方向と逆向きである
。
【００６０】 図９Ｂに、脚軸が傾いている運動自由度が３のフレクシャル継手の１つの好ま
しい実施形態を示す。図９Ｂには、第１の継手要素８１０と、第２の継手要素８
２０と、第３の継手要素８３０と、第１の撓みストリップ取付面８１４と、キャ
ップ８１５と、固定具８１７と、第１の撓みストリップ８２２と、第２の撓みス
トリップ取付面８２４と、上側の第３の湾曲部取付面８３３と、下側の第３の湾
曲部取付面８３５と、脚軸８６５とが示されている。図を見やすくするために、
脚２７０および第２の撓みストリップ８２４、ならびにそれらのキャップおよび
固定具は省略してある。
【００６１】 図９Ｂでは、継手要素が、図９Ａに関して上述したのと同様に接続される。さ
らに、第１の撓みストリップ８２２が、キャップ８１５および固定具８１７によ
って、第２の撓みストリップ取付面８２４、および上側の第３の湾曲部取付面８
３３に固定される。第２の継手要素と第３の継手要素が、正反対の位置にある２
つの第１の撓みストリップによって接続されており（図９Ａ参照）、第１の撓み
ストリップの１つのみを図９Ｂで見ることができることに留意されたい。
【００６２】 図９Ｂは、継手の１つの運動自由度を例示する。第１の撓みストリップ８２２
が曲がるとき、第２の継手要素８２０が傾く。図示したように、この動きにより
脚軸８６５が移動することに留意されたい（荷重の下での撓みストリップ歪曲性
質により、上述した傾きに加え、１つの継手要素が隣の要素に対して若干ずれる
場合があることに留意されたい）。同様に、第２の運動自由度は、第２の撓みス
トリップ（図示せず）の湾曲によるものである。
【００６３】 図９Ｃに、脚軸８６５の周りで回転する運動自由度が３のフレクシャル継手の
１つの好ましい実施形態を示す。図９Ｃには、第１の継手要素８１０と、第２の
継手要素８２０と、第３の継手要素８３０と、固定具クリアランス穴８１２と、
第１の撓みストリップ取付面８１４と、キャップ８１５と、固定具８１７と、第
２の湾曲部取付面８２４と、上側の第３の湾曲部取付面８３３と、第２の撓みス
トリップ８３４と、下側の第３の撓みストリップ取付面８３５と、脚軸８６５と
が示されている。図を見やすくするために、脚２７０および第１の撓みストリッ
プ８２４、ならびにそれらのキャップおよび固定具は省略してある。図９Ｃに示
される要素は、図９Ａおよび図９Ｂのものと同様である。
【００６４】 図９Ｃでは、継手要素が、図９Ａに関して上述したのと同様に接続される。さ
らに、第２の撓みストリップ８３４が、キャップ８１５および固定具８１７によ
って、第１の撓みストリップ取付面８１４、および下側の第３の湾曲部取付面８
３５に固定される。第１の継手要素と第３の継手要素が、正反対の位置にある２
つの第２の撓みストリップによって接続されており（図９Ａ参照）、第２の撓み
ストリップの１つのみを図９Ｃで見ることができることに留意されたい。
【００６５】 図９Ｃに、継手の第３の運動自由度を示す。例えば脚軸８６５の周りでのトル
クに対する反応として第２の撓みストリップ８３４が曲がり、捩れるとき、脚軸
８６５の周りで第２の継手要素８２０が回転運動をする（荷重の下での撓みスト
リップ歪曲性質により、上述した回転に加えて、１つの継手要素が隣の要素に対
して若干ずれる場合があることに留意されたい）。
【００６６】 したがって、図９Ｂおよび図９Ｃに例示したように、継手は３つの運動自由度
を有する。上記で、撓みストリップの長さまたは材料性質を変えることによって
継手の剛性を変更することができることは注目に値する。継手の回転移動が撓み
ストリップの両方の対の捩れおよび曲げによって生じ、しかし捩れおよび曲げの
相対量は撓みストリップの２対の長さおよび剛性に応じることにも留意されたい
。好ましい実施形態では、ほとんどの捩れが、より長い第２の撓みストリップで
生じる（ストリップの両方のセットが同じ剛性を有する）。
【００６７】 図９Ａ〜９Ｃに、運動自由度が３のフレクシャル継手の１つの好ましい実施形
態を示す。継手要素がどちらも同心かつ同軸である図８Ａに示される実施形態と
比べると、この好ましい実施形態の継手要素は同軸であるが、同心でない。この
ため、より長い撓みストリップを見込むことによって脚軸の周りの回転の自由に
寄与する。脚軸の周りでの所与の自由度に関して、図９Ａ〜９Ｃに示される好ま
しい実施形態は、継手要素が同心かつ同軸である図８Ａに示される実施形態より
も軽く、小型にすることができる。また、いくつかの適用例では、運動自由度が
３であり、かつ図９Ａ〜９Ｃに示されるフレクシャル継手の構成を有する第１の
取付部材２３０および第２の取付部材２６０（図２Ａ参照）を有することが望ま
しい場合もある。
【００６８】 図９Ａ〜９Ｃに示される運動自由度が３の継手に関して用いられる一般的な設
計概念を、運動自由度が２の継手を与えるように簡略化することができる。この
運動自由度が２の継手は図１０Ａ〜１０Ｃに示されている。この継手は、運動自
由度２だけ必要とする場合に使用することができる。
【００６９】 図１０Ａに、運動自由度が２のフレクシャル継手の一実施形態の分解斜視図を
示す。図１０Ａには、第１の継手要素８１０と、固定具クリアランス穴８１２と
、第１の撓みストリップ取付面８１４と、第１の荷重支持面８１６と、第１の方
向８１８と、第２の継手要素８２０と、第２の湾曲部取付面８２４と、第２の荷
重支持面８２６と、第２の方向８２８とが示されている。全ての撓みストリップ
が、撓みストリップ取付面８１４および８２４に固定されている（図を見やすく
するために、図１０Ａでは撓みストリップおよび固定手段は省略してある）。第
１の荷重支持面８１６は第１の継手要素８１０の底面である。第１の方向８１８
は第１の荷重支持面に垂直な方向である。第２の荷重支持面８２６は、第２の継
手要素８２０の凹んだ面である。第２の方向８２８は、第２の荷重支持面に垂直
な方向である。第２の方向は第１の方向と逆向きである。
【００７０】 図１０Ｂに、脚軸が傾いている運動自由度が２のフレクシャル継手の一実施形
態を示す。図１０Ｂには、第１の継手要素８１０と、第２の継手要素８２０と、
第１の撓みストリップ取付面８１４と、キャップ８１５と、固定具８１７と、第
１の撓みストリップ８２２と、第２の撓みストリップ取付面８２４と、軸８６５
とが示されている。
【００７１】 図１０Ｂで、継手要素は、図１０Ａに関して上述したのと同様に接続される。
さらに、第１の撓みストリップ８２２は、キャップ８１５および固定具８１７に
よって、第２の撓みストリップ取付面８２４および第１の撓みストリップ取付面
８１４に固定される。第１の継手要素と第２の継手要素が、正反対の位置にある
２つの第１の撓みストリップによって接続されており（図１０Ａ参照）、第１の
撓みストリップの１つのみを図１０Ｂで見ることができることに留意されたい。
【００７２】 図１０Ｂに、運動自由度１の継手を例示する。第１の撓みストリップ８２２が
曲がるとき、第２の継手要素８２０が傾く。図示したように、この動きにより軸
８６５が移動することに留意されたい（荷重の下での撓みストリップ歪曲性質に
より、上述した傾きに加え、１つの継手要素が隣の要素に関して若干ずれる場合
があることに留意されたい）。
【００７３】 図１０Ｃに、軸８６５の周りで回転する運動自由度が２のフレクシャル継手の
一実施形態を示す。図１０Ｃには、第１の継手要素８１０と、第２の継手要素８
２０と、固定具クリアランス穴８１２と、第１の撓みストリップ取付面８１４と
、キャップ８１５と、固定具８１７と、第２の湾曲部取付面８２４と、第１の撓
みストリップ８２２と、軸８６５とが示されている。図１０Ｃに示される要素は
、図１０Ｂのものと同様である。
【００７４】 図１０Ｃは、継手の第２の運動自由度を例示する。例えば軸８６５の周りでの
トルクに対する反応として第１の撓みストリップ８２２が曲がり、捩れるとき、
軸８６５の周りで第２の継手要素８２０が回転運動をする（荷重の下での撓みス
トリップ歪曲性質により、上述した回転に加え、１つの継手要素が隣の要素に関
して若干ずれる場合があることに留意されたい）。第１の継手要素と第２の継手
要素が、正反対の位置にある２つの第１の撓みストリップによって接続されてお
り（図１０Ａ参照）、第１の撓みストリップの１つのみを図１０Ｃで見ることが
できることに留意されたい。
【００７５】 したがって、図１０Ｂおよび図１０Ｃに例示されるように、継手は２つの運動
自由度を有する。撓みストリップの長さまたは材料性質を変更することによって
継手の剛性を変化させることができることは注目に値する。
【００７６】 図２Ｂに、真空システム（真空封止フレーム２１０および真空ポンプ２１５）
、および荷電粒子ビーム発生器（荷電粒子光学系２９５）と結合された本発明の
一実施形態からなる荷電粒子ビーム・リソグラフィ・システムを示す。荷電粒子
は、１つの好ましい実施形態では電子とし、他の実施形態ではイオンとすること
ができる。
【００７７】 図２Ｂにおいて、真空システムは、真空封止フレーム内部のガス密度を維持し
、大きな荷電粒子散乱を伴わずに荷電粒子ビームが伝播できるようにする。荷電
粒子ビーム・リソグラフィ・システムは、少なくとも１つの荷電粒子ビームを発
生して制御し、半導体ウェハ上にパターンを書き込み、少なくとも１つの荷電粒
子ビームの位置をウェハに関して制御する。少なくとも１つの荷電粒子ビームの
ウェハに関する位置決めの一態様は、本発明によるステージ２００の連節要素を
含む。本発明のステージは特に複数カラム、複数電子ビーム・リソグラフィ・シ
ステム（各カラムが複数の電子ビームを有する）によく適しており、カラムはウ
ェハの領域全体にわたって分散されており、ステージの最小限の移動のみを伴う
リソグラフィを可能にしていることに留意されたい。
【００７８】 プラットフォームの上面は、少なくとも１００ｍｍの直径、好ましくは３００
ｍｍの直径を有する半導体ウェハを収容することができるようにすべきである。
【００７９】 １つの好ましい実施形態では、３００ｍｍウェハを保持することができる低質
量高精度ステージの重量が１００ ｌｂｓ未満である。これは、工学的設計を最
適化し、軽量な材料を使用することによって達成される。アルミナベースのセラ
ミックをプラットフォーム２４０および脚２７０に使用し、プラットフォームの
反射上面（３８６）および側面（３８５）の後面を除去することは上述した。
【００８０】 上述したステージの好ましい実施形態は、フレームに関してウェハを５０ｋＶ
にして動作され、１２０ｋＶ以上で動作することもできる。
【００８１】 本発明の様々な実施形態の前述の説明は、例示および説明のために提示した。
開示した厳密な形態に本発明を限定する意図はない。多くの修正形態および等価
な構成が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のステージを示す図である。
【図２Ａ】 脚ステージの好ましい実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】 図２Ａの脚ステージのＸ−Ｘ’を含む垂直面の断面図であって、第２のプラッ
トフォーム移動部材、真空チャンバ、および荷電粒子光学系をもまた示す図であ
る。
【図２Ｃ】 ウェハおよびウェハ・チャックを取り除いたプラットフォームの平面図である
。
【図３Ａ】 磁石構成を示す、プラットフォーム移動部材の線図式の平面図である。
【図３Ｂ】 磁石とコイルの相対的配置を示す、図３Ａのプラットフォーム移動部材のＡ−
Ａ’に沿った線図式の断面図である。
【図３Ｃ】 駆動コイルと電流制御システムの図式化した表現を示す、ステージ・プラット
フォームの平面図である。
【図３Ｄ】 冷却ラインと冷却回路の図式化した表現を示す、ステージ・プラットフォーム
の平面図である。
【図３Ｅ】 磁石と第１のコイルの重なり合いを図式的に描いた概略図である。
【図４】 電流制御システムの好ましい実施形態のブロック図である。
【図５】 ステージ・センサの好ましい実施形態の線図である。
【図６Ａ】 持上げ部材の概略図である。
【図６Ｂ】 持上げアクチュエータの第１の設計の線図である。
【図６Ｃ】 側面図として示した、持上げアクチュエータの第２の設計の線図である。
【図６Ｄ】 上面図として示した、持上げアクチュエータの第２の設計の線図である。
【図７】 運動自由度２のフレクシャル継手を示す図である。
【図８Ａ】 運動自由度３のフレクシャル継手の実施形態の線図式の平面図である。
【図８Ｂ】 図８Ａの第２の撓みヒンジの線図式の断面図である。
【図８Ｃ】 図８Ａの第１の撓みヒンジの線図式の断面図である。
【図９Ａ】 運動自由度３のフレクシャル継手の好ましい実施形態の拡大透視図である。
【図９Ｂ】 脚軸に傾斜のある、運動自由度３のフレクシャル継手の好ましい実施形態を示
す図である。
【図９Ｃ】 脚軸について回転する、運動自由度３のフレクシャル継手の好ましい実施形態
を示す図である。
【図１０Ａ】 運動自由度２のフレクシャル継手の実施形態の拡大透視図である。
【図１０Ｂ】 脚軸に傾斜のある、運動自由度２のフレクシャル継手の実施形態を示す図であ
る。
【図１０Ｃ】 脚軸について回転する、運動自由度２のフレクシャル継手の実施形態を示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 リー，マーティン・イー アメリカ合衆国・95070・カリフォルニア 州・サラトガ・ビッグ ベイシン ウェ イ・24100 Ｆターム(参考） 5C001 AA07 CC06 5F031 CA02 HA02 HA03 HA38 HA53 HA55 JA06 JA14 JA22 JA32 KA06 KA07 KA08 LA01 LA07 LA08 NA05 5F056 CB21 EA14

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベースと、 前記ベースに取り付けられたフレームと、 プラットフォーム底面をもつプラットフォームと、 前記ベースおよび前記プラットフォーム底面に結合された少なくとも３つの調
    節可能な肢部とを含むステージであって、各肢部は前記ベースに取り付けられた
    持上げ部材、前記持上げ部材に取り付けられた第１の取付部材、脚、前記持上げ
    部材に取り付けられた前記脚の底端部、前記脚の上端部に取り付けられた第２の
    取付部材および前記プラットフォーム底面に取り付けられた前記第２の取付部材
    を含み、 前記プラットフォームおよび前記フレームに結合されたプラットフォーム移動
    部材を含むステージ。
  2. 【請求項２】 前記第１の取付部材の各々が運動自由度２を有する請求項１
    に記載のステージ。
  3. 【請求項３】 前記第１の取付部材の各々が運動自由度３を有する請求項１
    に記載のステージ。
  4. 【請求項４】 前記第２の取付部材の各々が運動自由度３を有する請求項１
    に記載のステージ。
  5. 【請求項５】 前記第２の取付部材の各々が運動自由度３を有する請求項２
    に記載のステージ。
  6. 【請求項６】 前記第２の取付部材の各々が運動自由度２を有する請求項１
    に記載のステージ。
  7. 【請求項７】 前記第２の取付部材の各々が運動自由度２を有する請求項３
    に記載のステージ。
  8. 【請求項８】 前記第１の取付部材がフレクシャル継手である請求項１に記
    載のステージ。
  9. 【請求項９】 前記第１の取付部材がフレクシャル・スラスト継手である請
    求項１に記載のステージ。
  10. 【請求項１０】 前記第２の取付部材がフレクシャル継手である請求項１に
    記載のステージ。
  11. 【請求項１１】 前記第２の取付部材がフレクシャル・スラスト継手である
    請求項１に記載のステージ。
  12. 【請求項１２】 前記第２の取付部材がフレクシャル継手である請求項８に
    記載のステージ。
  13. 【請求項１３】 前記第２の取付部材がフレクシャル・スラスト継手である
    請求項９に記載のステージ。
  14. 【請求項１４】 前記プラットフォーム移動部材が少なくとも３つのプラッ
    トフォーム・アクチュエータを含む請求項１に記載のステージ。
  15. 【請求項１５】 前記プラットフォーム・アクチュエータのうちの少なくと
    も１つが電磁プラットフォーム・アクチュエータである請求項１４に記載のステ
    ージ。
  16. 【請求項１６】 前記電磁的プラットフォーム・アクチュエータが、 前記プラットフォームに取り付けられた第１のコイルと、 前記フレームに取り付けられて前記第１のコイルに電磁気学的に結合された第
    １の磁石アセンブリと、 前記第１のコイルに電気的に結合された電流制御システムと を含む請求項１５に記載のステージ。
  17. 【請求項１７】 前記コイルに熱的に結合された冷却システムおよび冷却用
    流路をさらに含む請求項１６に記載のステージ。
  18. 【請求項１８】 前記冷却システムと冷却用流路がプラットフォームの基準
    温度を摂氏＋／−０．１度以内に維持する請求項１７に記載のステージ。
  19. 【請求項１９】 前記持上げ部材が支持要素であって前記プラットフォーム
    の重量に対抗する力を提供する請求項１に記載のステージ。
  20. 【請求項２０】 前記支持要素が一定力の支持体である請求項１９に記載の
    ステージ。
  21. 【請求項２１】 前記一定力の支持体がバックルで留めた柱である請求項２
    ０に記載のステージ。
  22. 【請求項２２】 前記持上げ部材が持上げアクチュエータであって前記ベー
    スに対する前記プラットフォームの上昇の調節を可能にする請求項１に記載のス
    テージ。
  23. 【請求項２３】 前記持上げアクチュエータのうちの少なくとも１つが電磁
    持上げアクチュエータである請求項２２に記載のステージ。
  24. 【請求項２４】 前記電磁的持上げアクチュエータが、 前記ベースに取り付けられた第２のコイルと、 前記第１の取付部材のうちの１つに取り付けられて前記第２のコイルに電磁気
    学的に結合された第２の磁石アセンブリと、 前記第２のコイルに電気的に結合された電流制御器と を含む請求項２３に記載のステージ。
  25. 【請求項２５】 前記持上げ部材が制動要素である請求項１に記載のステー
    ジ。
  26. 【請求項２６】 各々の持上げ部材が持上げアクチュエータと平行になった
    支持要素である請求項１に記載のステージ。
  27. 【請求項２７】 各々の持上げ部材が制動要素と平行になった支持要素であ
    る請求項１に記載のステージ。
  28. 【請求項２８】 各々の持上げ部材が持上げアクチュエータと平行になった
    制動要素である請求項１に記載のステージ。
  29. 【請求項２９】 各々の持上げ部材が支持要素、制動要素および持上げアク
    チュエータであってすべてが平行である請求項１に記載のステージ。
  30. 【請求項３０】 前記脚が実質的に互いに平行である請求項１に記載のステ
    ージ。
  31. 【請求項３１】 前記プラットフォームが実質的に電気絶縁性である請求項
    １に記載のステージ。
  32. 【請求項３２】 前記脚が実質的に電気絶縁性である請求項１に記載のステ
    ージ。
  33. 【請求項３３】 前記フレームが真空チャンバである請求項１に記載のステ
    ージ。
  34. 【請求項３４】 前記プラットフォームが、少なくとも１００ｍｍの直径の
    ウェハを保持することのできる上面を有する請求項１に記載のステージ。
  35. 【請求項３５】 前記プラットフォームが、少なくとも３００ｍｍの直径の
    ウェハを保持することのできる上面を有する請求項１に記載のステージ。
  36. 【請求項３６】 ステージの重量が１００ｌｂｓよりも少ない請求項３５に
    記載のステージ。
  37. 【請求項３７】 ベースと、 前記ベースに取り付けられたフレームと、 プラットフォーム底面をもつプラットフォームと、 前記ベースおよび前記プラットフォーム底面に結合された３つの実質的に平行
    な調節可能の肢部とを含むステージであって、各々の肢部は、前記ベースに取り
    付けられて電磁持上げアクチュエータと平行になった一定力の支持体である持上
    げ部材、前記持上げ部材に取り付けられて運動自由度３をもつ第１のフレクシャ
    ル・スラスト継手、脚、前記第１のフレクシャル・スラスト継手に取り付けられ
    た前記脚の底端部、前記脚の上端部に取り付けられて運動自由度２をもつ第２の
    フレクシャル・スラスト継手および前記プラットフォーム底面に取り付けられた
    前記第２のフレクシャル・スラスト継手を含み、 前記プラットフォームと前記フレームに結合された４つの電磁プラットフォー
    ム・アクチュエータを含み、それによって持上げアクチュエータとプラットフォ
    ーム・アクチュエータの両方の調和した動作が前記プラットフォームの自由度６
    の精密な位置決めおよび動きを提供するステージ。
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