JP2007040537A - リソグラフィ投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ投影装置であって、基板テーブルを動かすときの反力による振動を打消すための平衡質量を支持するために、真空中でも使える、構造簡単で安価な支持手段を提供すること。
【解決手段】リソグラフィ投影装置の平衡質量を、この平衡質量およびベースフレームに機械的に取付けてあり且つ少なくとも二つのピボット点を有する少なくとも一つの柔軟な支持要素によってベースフレーム上に支持する。この支持要素に二つ以上のピボット点があるので、この支持手段は、平衡質量ＢＭの水平運動に殆ど抵抗を示さず、平衡質量ＢＭが水平方向に自由に動け、および空気軸受を使わないので、真空中でも使える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、リソグラフィ投影装置であって：
− 放射線の投影ビームを供給するための放射線システム；
− 所望のパターンに従ってこの投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段を支持するための支持構造体；
− 基板を保持するための基板テーブル；
− このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するための投影システム；
− ベースフレーム；および
− 上記ベースフレーム上に支持され且つ上記ベースフレームに対して可動の平衡質量を含む投影装置に関する。

ここで使う“パターニング手段”という用語は、入射放射線ビームに、この基板の目標部分に創成すべきパターンに対応する、パターン化した断面を与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきであり；“光バルブ”という用語もこのような関係で使うことができる。一般的に、上記パターンは、集積回路またはその他のデバイス（以下参照）のような、この目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。そのようなパターニング手段の例には次のようなものがある：
− マスク。マスクの概念は、リソグラフィでよく知られ、それは、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型を含む。そのようなマスクを放射線ビーム中に置くと、このマスク上のパターンに従って、このマスクに入射する放射線の選択透過（透過性マスクの場合）または選択反射（反射性マスクの場合）を生ずる。マスクの場合、この支持構造体は、一般的にマスクテーブルであり、それがこのマスクを入射放射線ビームの中の所望の位置に保持できること、および、もし望むなら、それをこのビームに対して動かせることを保証する。

− プログラム可能ミラーアレイ。そのような装置の一例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックスアドレス可能面である。そのような装置の背後の基本原理は、（例えば）この反射面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当なフィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができ；この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。プログラム可能ミラーアレイの代替実施例は、極小ミラーのマトリックス配置を使用し、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使うことにより、それらの各々を軸線周りに個々に傾斜することができる。やはり、これらのミラーは、マトリックスアドレス可能で、アドレス指定したミラーが入射放射線ビームをアドレス指定されないミラーの方へ異なる方向に反射し；この様にして、反射ビームをこれらのマトリックスアドレス可能ミラーのアドレス指定パターンに従ってパターン化する。必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。上に説明した両方の場合に、パターニング手段は、一つ以上のプログラム可能ミラーアレイを含むことができる。ここで言及したようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許ＵＳ５，２９６，８９１およびＵＳ５，５２３，１９３、並びにＰＣＴ特許出願ＷＯ９８／３８５９７およびＷＯ９８／３３０９６から集めることができ、それらを参考までにここに援用する。プログラム可能ミラーアレイの場合、上記支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。

− プログラム可能ＬＣＤアレイ。そのような構成の例は、米国特許ＵＳ５，２２９，８７２で与えられ、それを参考までにここに援用する。上記同様、この場合の支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。
簡単のために、この本文の残りは、ある場所で、マスクおよびマスクテーブルを伴う例を具体的に指向するかも知れないが；しかし、そのような場合に議論する一般原理は、上に示すようなパターニング手段の広い文脈で見るべきである。

リソグラフィ投影装置は、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、パターニング手段がこのＩＣの個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応性材料（レジスト）の層で塗被した基板（シリコンウエハ）の目標部分（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像することができる。一般的に、単一ウエハが隣接する目標部分の全ネットワークを含み、それらをこの投影システムを介して、一度に一つずつ、順次照射する。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを使う現在の装置では、機械の二つの異なる種類を区別することができる。一つの種類のリソグラフィ投影装置では、全マスクパターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射し；そのような装置を普通ウエハステッパと呼ぶ。代替装置 ― 普通ステップアンドスキャン装置と呼ぶ ― では、このマスクパターンを投影ビームの下で与えられた基準方向（“走査”方向）に順次走査し、一方、一般的に、この投影システムが倍率Ｍ（一般的に＜１）であり、この基板テーブルを走査する速度Ｖが、倍率Ｍ掛けるマスクテーブルを走査する速度であるので、この基板テーブルをこの方向に平行または逆平行に同期して走査することによって各目標部分を照射する。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、ＵＳ６，０４６，７９２から収集することができ、それを参考までにここに援用する。

リソグラフィ投影装置を使う製造プロセスでは、パターン（例えば、マスクの中の）を、少なくとも部分的に放射線感応材料（レジスト）の層で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露出後、基板は、例えば、露出後ベーク（ＰＥＢ）、現像、ハードベークおよび結像形態の測定／検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、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。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。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反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレイが基板（ウエハ）上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離し、そこから個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンに接続し等できる。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・バン・ザントの“マイクロチップの製作：半導体加工の実用ガイド”、第３版、マグロウヒル出版社、1997年、ISBN0-07-067250-4という本から得ることができ、それを参考までにここに援用する。

簡単のために、この投影システムを、以後“レンズ”と呼ぶかも知れないが；この用語は、例えば、屈折性光学素子、反射性光学素子、および反射屈折性光学素子を含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。この放射線システムも放射線の投影ビームを指向し、成形しまたは制御するためにこれらの設計形式の何れかに従って作用する部品を含んでもよく、そのような部品も以下で集合的または単独に“レンズ”と呼ぶかも知れない。更に、このリソグラフィ装置は、二つ以上の基板テーブル（および／または二つ以上のマスクテーブル）を有する型式でもよい。そのような“多段”装置では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出に使ってもよい。二段階リソグラフィ装置は、例えば、ＵＳ５，９６９，４４１およびＷＯ９８／４０７９１に記載してあり、それらを参考までにここに援用する。

リソグラフィ投影装置で、もし基板テーブルを、ベースフレームに取付けたアクチュエータによって動かすならば、反力がこのベースフレームに伝わる。この反力は、基板テーブルの加速度が５ないし６０ｍ／ｓ^２のオーダであることがあり且つ基板テーブルの重さが約４０または７０ｋｇあるかも知れないので、大きいことがある。この反力は、ベースフレームの有害な振動または移動を生ずることがある。

そのような反力の影響は、自由に取付けた平衡質量を使うことによって軽減することができる。これは、位置決めアクチュエータからの反力を基板テーブルと平衡質量の間に向けて、基板テーブルがある方向に動くが平衡質量は、この反力により、基板テーブルによって動かされる距離掛ける基板テーブル対平衡質量の質量比に等しい量だけ反対方向に動かされるようにすることによって行う。この様にして、実質的反力が何もベースフレームに伝えられず、ベースフレームに対する平衡質量および基板テーブルの重心が比較的一定のままである。

この平衡質量と基板テーブルは、例えば、空気軸受を使って、無摩擦方式で、できるだけ近くに取付けて、基板テーブルが移動してもこれ以上寄生力がこのリソグラフィ投影装置のベースフレームまたはその他の部品に伝えられないようにする。

小さいサイズの形態を結像するために絶えず存在する要求を満たすためには、投影ビームに使う放射線の波長を短縮することが必要である。それで、解像度の改善は、超紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長の）を使用するリソグラフィ投影装置の開発が必要である。ＥＵＶリソグラフィ投影装置は、ＥＵＶ用の屈折性光学素子を作るのに適した材料が知られず且つビームの汚染および減衰を避けるためにこのビームを真空中に保たねばならないので、投影システムにミラーを使わねばならない。

残念ながら、投影ビームを真空中に保つという要件は、平衡質量用に空気軸受を使うことがもう実際的でないことを意味する。空気軸受を金属ベローで覆う設計品が提案されているが、この設計品は複雑で重い。

本発明の目的は、真空適合性のある平衡質量支持手段を提供することである。本発明の更なる目的は、水平方向にそれほど大きい寄生剛性なしに平衡質量の自由な運動を許容する支持体を提供することである。

これおよびその他の目的は、本発明によれば冒頭の段落で指定するリソグラフィ装置であって、上記平衡質量を、上記平衡質量におよび上記ベースフレームに機械的に取付けてあり且つ少なくとも二つのピボット点を有する少なくとも一つの柔軟な支持要素によって支持することを特徴とする装置によって達成される。

それで、この平衡質量を支持するための手段は、真空に柔軟な方法で容易に作ることができ且つ複雑で高価な空気軸受の遮蔽を必要でなくする。この支持要素は、平衡質量も案内してよい。この要素は、ヒンジ式にするかまたは稼働負荷の下で屈曲する材料で作ることによって柔軟であってもよい。

支持要素が少なくとも二つのピボット点を持つことによって、この支持手段は、平衡質量の水平運動に殆ど抵抗を示さない（好ましくは水平剛性ゼロまたはゼロ近くで）。それで平衡質量は、空気軸受上にあるときと類似の方法で動き、即ち、平衡質量をばね上に支持する場合のように、実質的に傾斜または別の平面に逸脱することなく、水平（またはどちらかの）平面を動くことができる。ある実施例では、所望の平面（ｘ、ｙおよびＲｚ）の外部への平衡質量のある動きがあることに注目すべきである。所望の平面外のそのような動きは、平衡質量に十分な垂直剛性を与えることによって最小化できる。

上記ピボット点が垂直に整列する釣合い位置から上記平衡質量が変位すると、この平衡質量の運動方向の水平力が上記平衡質量への重力の作用によって発生するように、各支持要素を、使用する際、平衡質量の下に配置するのが好ましい。これは、弾性手段と組合さって、重力によって発生する上記水平力と反対方向に上記平衡質量上に補償力をもたらし、この平衡質量が完全に近い方法で作動できるようにこの補償力を大きさがこの水平力と等しくなるように構成することによって平衡質量の水平剛性をゼロに近くすることを可能にする。ある用途（例えば、その全部を参考までにここに援用するＥＰ０２２５３９７０．４参照）では、水平方向の剛性が必要であり、これは、補償力が大きさで重力によって発生する水平力より大きくまたは小さいように、過大または過小な弾性手段を使うことによって得ることができる。

或る実施例では、支持要素が中間部；一端を上記中間部におよび他端を上記ベースフレームにピボット取付けした、少なくとも二つのベースフレーム結合部材；並びに一端を上記中間部におよび他端を上記平衡質量にピボット取付けした、少なくとも二つの平衡質量結合部材を含む。この実施例は、平衡質量をそのような支持要素上に支持するとき、平衡質量の水平方向の運動中、ベースフレームに対するこの平衡質量の傾斜または垂直運動が最小化されるという利点を有する。

この発明の更なる態様によれば、デバイス製造方法であって：
− ベースフレーム上に配置した基板テーブル上に、少なくとも部分的に放射線感応性材料の層で覆われた基板を用意する工程；
− 放射線システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程；
− この投影ビームの断面にパターンを付けるためにパターニング手段を使う工程；
− この放射線のパターン化したビームをこの放射線感応性材料の層の目標部分上に投影する工程；および
− 上記基板テーブルと上記ベースフレーム上に支持した平衡質量との間に反力を発生することによって上記ベースフレームに対して上記基板テーブルを動かす工程含み、
上記平衡質量におよび上記ベースフレームに機械的に取付けた少なくとも一つの柔軟な支持要素を使って上記平衡質量を支持することに特徴がある方法が提供される。

この本文では、ＩＣの製造に於けるこの発明による装置の使用を具体的に参照してもよいが、そのような装置は、他の多くの可能な用途があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者は、そのような代替用途の関係では、この本文で使う“レチクル”、“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“目標部分”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。

本文書では、“放射線”および“ビーム”という用語を紫外放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７または１２６ｎｍの波長の）および超紫外線（ＥＵＶ）（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含するために使用する。

次にこの発明の実施例を、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、対応する参照記号は、対応する部品を示す。

図１は、この発明の特別の実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に描く。この装置は：
− 放射線（例えば、ＥＵＶ放射線）の投影ビームＰＢを供給するための、放射線システムＥｘ、ＩＬで、この特別の場合、放射線源ＬＡも含むシステム；
− 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、且つこのマスクを部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第１位置決め手段に結合された第１物体テーブル（マスクテーブル）ＭＴ；
− 基板Ｗ（例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ）を保持するための基板ホルダを備え、且つこの基板を部材ＰＬに関して正確に位置決めするために第２位置決め手段に結合された第２物体テーブル（基板テーブル）ＷＴ；および
− マスクＭＡの被照射部分を基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に結像するための投影システム（“レンズ”）ＰＬ（例えば、ミラー集合体）を含む。
ここに描くように、この装置は、反射型である（即ち、反射性のマスクを有する）。しかし、一般的に、それは、例えば、（透過性のマスクを備える）透過型でもよい。その代りに、この装置は、上に言及した種類のプログラム可能ミラーアレイのような、他の種類のパターニング手段を使ってもよい。

この線源ＬＡ（例えば、レーザ励起プラズマまたは放電プラズマ源）は、放射線のビームを作る。このビームを直接か、または、例えば、ビーム拡大器Ｅｘのような、状態調節手段を通してから、照明システム（照明器）ＩＬの中へ送る。この照明器ＩＬは、このビームの強度分布の外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側および／またはσ内側と呼ぶ）を設定するための調整手段ＡＭを含む。その上、それは、一般的に、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含む。この様にして、マスクＭＡに入射するビームＰＢは、その断面に所望の均一性および強度分布を有する。

図１に関して、線源ＬＡは、（この線源ＬＡが、例えば、水銀灯である場合によくあることだが）このリソグラフィ投影装置のハウジング内にあってもよいが、このリソグラフィ投影装置から遠く離れていて、それが作った放射線ビームをこの装置に（例えば、適当な指向ミラーを使って）導いてもよいことに注目すべきで；この後者のシナリオは、線源ＬＡがエキシマレーザである場合によくあることである。本発明および請求項は、これらのシナリオの両方を包含する。

ビームＰＢは、次に、マスクテーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡを横切る。マスクＭＡを横断してから、ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、それがこのビームを基板Ｗの目標部分Ｃ上に集束する。第２位置決め手段（および干渉計測定手段ＩＦ）を使って、基板テーブルＷＴを、例えば、異なる目標部分ＣをビームＰＢの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクＭＡをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第１位置決め手段を使ってマスクＭＡをビームＰＢの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルＭＴ、ＷＴの移動は、図１にはっきりは示さないが、長ストロークモジュール（粗位置決め）および短ストロークモジュール（微細位置決め）を使って実現する。しかし、ウエハステッパの場合は（ステップアンドスキャン装置と違って）、マスクテーブルＭＴを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。

図示する装置は、二つの異なるモードで使うことができる：
１．ステップモードでは、マスクテーブルＭＴを本質的に固定して保持し、全マスク像を目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一“フラッシュ”で）投影する。次に基板テーブルＷＴをｘおよび／またはｙ方向に移動して異なる目標部分ＣをビームＰＢで照射できるようにする；
２．走査モードでは、与えられた目標部分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が与えられた方向（所謂“走査方向”、例えば、ｙ方向）に速度ｖで動き得て、それで投影ビームＰＢがマスク像の上を走査させられ；同時に、基板テーブルＷＴがそれと共に同じまたは反対方向に速度Ｖ＝Ｍｖで動かされ、このＭはレンズＰＬの倍率（典型的には、Ｍ＝１／４または１／５）である。この様にして、比較的大きい目標部分Ｃを、解像度について妥協する必要なく、露出できる。

図１から分るように、典型的ＥＵＶ装置は、ベースプレートＢＰを含み、その上にこのリソグラフィ投影装置の種々の部品が支持してある。

図２は、ベースプレートＢＰが大地１０に堅く結合したベースフレームＢＦから成ることを示す。基板テーブル真空室ＶＣのような、このＥＵＶ装置のある部品は、堅い方法でこのベースフレームＢＦに結合してある。投影システムＰＬは、能動的振動絶縁システム（ＡＶＩＳ）のばね５５でベースフレームＢＦに柔軟に結合してある計測フレーム５０上に取付けることによって、ベースフレームＢＦの振動から絶縁してある。

ベースフレームＢＦ上のどんな外乱力も部分的には能動的振動絶縁システム（ＡＶＩＳ）の機械的ばね５５を介して計測フレーム５０に伝えられるだろう。この結果の計測フレーム５０の運動がウエハステージＷＴのセンサおよび投影システムＰＬのあらゆる光学素子の位置センサを妨害するだろう。これは、大きな位置決め誤差、従ってオーバレイおよびＣＤ誤差を生ずる結果になるだろう。

ベースフレームＢＦ上の外乱力を最小にするために、運動量保存のニュートンの法則に従って、基板テーブルＷＴを基板テーブル支持フレームＳＦ（ベースフレームＢＦに堅く結合した）上に配置する。これは、基板テーブルＷＴと平衡質量ＢＭの間に位置決めアクチュエータ２０を設けることによって行う。基板テーブルＷＴと平衡質量ＢＭの両方は、基板テーブル支持フレームＳＦの表面に平行な水平面での並進または運動がほぼ自由であるように取付けてある。

反力を発生するために位置決めアクチュエータ２０が作動すると、基板テーブルＷＴと平衡質量ＢＭは、平衡質量対基板テーブルの質量比に依って異なる量だけ反対方向に並進する。この様にして、ニュートンの法則に基づく計算を使って基板テーブルＷＴを投影システムＰＬに対して配置することができる。

平衡質量の並進運動の平面に垂直な平面で回転可能なはずみ車をこの平衡質量上に設けてもよい。この様にして、もし基板テーブルＷＴを回転するとしたら、このはずみ車が回転する平面を変えることによって反力を平衡質量ＢＭに加えることができる。

図３は、本発明の第１実施例で平衡質量ＢＭをベースフレームＢＦに取付ける方法を概略的に示す。
この平衡質量は、少なくとも一つの支持要素１１０によってベースフレーム上に支持してある。即ち、この支持要素が平衡質量ＢＭの重さを受け且つそれを直接ベースフレームに伝える。図示する実施例では、二つのそのような支持要素があるが、実際には三つ以上が必要になりそうである。少なくとも三つの支持要素１１０が全て、使用中、平衡質量の下にあるのが好ましい。支持要素１１０は、剛く、それらを真っ直ぐにしておくために予め張力が掛けてあるのが好ましい。支持要素１１０は、両端がヒンジ１１２、１１４によってベースフレームＢＦおよび平衡質量ＢＭにピボット取付けしてある。ヒンジ１１２、１１４は、これらのヒンジが止り前方位置から撓むと、この止り前方位置の方へ小さな力が発生するように、それぞれこの剛い棒の端と平衡質量およびベースフレームとの間に伸びる弾性材料で作った弾性ヒンジであるのが好ましい。これを図４に示す。その代りに、この第１実施例では、ヒンジ１１２、１１４がゼロ剛性（即ち、非弾性）で、例えばボールベアリングで作ってもよい。

各支持要素のヒンジ１１２、１１４が垂直に整列するように平衡質量が位置するとき、平衡質量ＢＭ上に重力によって発生する力の水平成分はないだろう。しかし、支持要素１１０のヒンジ１１２、１１４が垂直に整列しないように平衡質量が位置するとき、平衡質量ＢＭに重力が作用することによって水平力が発生するだろう。これを負の剛性と呼ぶ。

この負の剛性は、弾性手段を使って平衡質量ＢＭに補償力を加えることによって補償することができる。この第１実施例ではヒンジ１１２、１１４の弾力性が十分大きくなく、それで少なくとも一つのばね１２０がベースフレームＢＦと平衡質量ＢＭの間に結合してある。弾性手段、即ち、ヒンジ１１２、１１４およびばね１２０を正しい大きさに作ることによって、平衡質量ＢＭへの重力の作用による水平力をこの弾性手段の寄生水平剛性によって生ずる力によって正確に補償することができる。ばね１２０は、両端１２４、１２６でそれぞれヒンジでベースフレームおよび平衡質量にピボット止めしてある。図４に示すように、これらのヒンジは、支持要素１１０に関連して使用したような弾性型でもよい。

この様にして、平衡質量用に長ストローク、低水平剛性（即ち、低水平固有振動数）および高垂直剛性の支持手段を設けることができる。
分るように、平衡質量ＢＭとベースフレームＢＦの間に結合した水平ばねによって寄生水平剛性も与えることができる。

図５は、弾性手段１２０を支持要素１１０に関連して設けた代替実施例を示す。この代替変形は、支持要素および弾性手段を別々に有するよりコンパクトであるいう利点を有する。長さ約３００ｍｍのばね１２０に予め張力が掛けてあり、平衡質量ＢＭとベースフレームＢＦの間に結合してある。この構成では、図３に示すように平衡質量ＢＭの上に弾性部品を配置する必要がない。ばね１２０は、任意の強く且つ弾性的材料で作ることができる。現在好ましい材料は、ばね鋼およびチタンである。
この実施例は、図３に示すものと並んで逆に、即ち、ばね１２０が平衡質量ＢＭの下にあって圧縮状態にあるように、機能することもできる。その場合、支持要素１１０は、ケーブルのような柔軟な繋ぎ材でもよい。

次にこの発明の第２実施例を図６を参照して説明する。本発明の第２実施例は、以下に説明することを除いて第１実施例と同じである。

図６で、平衡質量ＢＭは、この平衡質量ＢＭの下に配置し且つこの平衡質量ＢＭおよびベースフレームＢＦに機械的に取付けた弾性棒から成る複数の支持要素２１０によってベースフレームＢＦ上に支持されている。縦方向に垂直なこの棒の断面は、正方形であるのが好ましく、それは最大撓みでの応力がそのような細い断面に対して最も低いからである。しかし、円形またはその他の断面も可能である。

図６に示すように、これらの棒は、中央部２１２の上下で揺れるように設計してあり、この中央部は、この棒の残りより剛くても剛くなくてもよい。第１実施例と同じ原理を適用し、即ち、重力によって平衡質量上に使用する水平力を弾性手段、即ち、支持要素２１０それ自体によって補償する。重力による力の量は、平衡質量重心とピボット点の間の長さの差の関数である。この距離が大きければ大きい程、剛性、従って揺動または振子固有振動数が小さい。

この概念の背後にある理論は、柔軟な支持要素２１０の（望ましくない）正の水平剛性を補償するためにこの負の“揺動”剛性を使うことである。平衡質量ＢＭは、もしこの負の揺動剛性が柔軟な取付け台の水平寄生剛性を正確に補償するならば寄生剛性ゼロで、水平方向に自由に動ける。これは、支持要素２１０がこの支持要素２１０の中央部２１２の両側で平衡質量ＢＭの重心の下にピボット点２１４、２１６を有することを保証することによって達成する。

この負の剛性、即ち、平衡質量ＢＭ上の重力による水平力は、支持要素２１０の剛性を計算できるように、基本原理を使って容易に計算できる。そこでそれは、これら二つの力が等しいように関連する寸法および剛性を設計する問題である。もし、平衡質量ＢＭの重さが約２０００ｋｇあるならば、直径３．５ｍｍおよびピボット点間の長さ３００ｍｍ（および全長３５０ｍｍ）で、各組２５本の二組の棒が具合がいいことが分った。この場合、望ましくない、最大垂直変位は、許容機械的剛性水平方向に６ないし１０Ｎ／ｍｍおよび垂直方向に７×１０^７Ｎ／ｍｍに対して最大水平変位１２×１０^−３ｍで２４０μｍしかない。

次にこの発明の第３実施例を図７ないし図９を参照して説明する。この第３実施例は、以下に説明することを除いて第１実施例と同じである。図７の構成で、支持要素は、一つは平衡質量に近く位置し、一つはベースフレームに近いヒンジによって作られた二つのピボット点２５２を除いて剛いカルダン式ビーム２５０である。二つのヒンジ２５２は、それらが重力による平衡質量上の力を補償する力をもたらすように性質が弾性的である。図８および図９は、ヒンジ２５２の二つの実施例を示し、それらを強く弾性的であるべきむくの材料で作るのが好ましいことが分る。材料の例は、ばね鋼とチタンである。

図示する各ヒンジでは、むくの棒から材料を削り取って材料の小さい薄片だけを残し、それを本発明に関連する典型的な力によって変形できる。

図８に示すヒンジでは、むく棒に第１切込み２５４を作ってこの棒の負荷を支える縦方向に材料の薄片２５６だけを残す。第２切込み２６４は、第２薄片２６６だけを残す。縦方向の二つの薄片２５６、２６６は、薄片２５６、２６６を柔軟に結合することによってこのヒンジの２次元でのカルダン運動が可能であるように、互いに直交するように配置してある。

図９に示す実施例で、切込み２７４、２８４は、互いにこの棒の縦方向に垂直な直交角でこの棒を貫通する二組の二つ孔２７６、２８６と共同して負荷を支持する材料の二つの薄片２７８、２８８を残す。それで底部に対するこの棒の上部の２次元の運動が可能である。

図７のカルダン式システムに対して、計算によれば、１００ｍｍ掛ける１００ｍｍの正方形断面で、ピボット点間の長さ５００ｍｍおよび全長５８３ｍｍの三つのカルダン式ビームが１２×１０^−３ｍの最大水平変位に満足な結果を与えることを示す。この場合、最大垂直変位は、１４４μｍに過ぎない。

第４実施例を２次元システム、即ち、図１０の１自由度の運動を可能にするものおよび３次元システム、即ち、図１１の２自由度の運動を可能にするものを参照して説明する。この第４実施例は、以下に説明することを除いて第１実施例と同じである。

図１０ａ、図１０ｂから分るように、この第４実施例の平衡質量は、支持要素３１０によって支持されている。図示する実施例では、支持要素３１０を平衡質量ＢＭの下に配置されているように示す。しかし、実際には支持要素３１０を平衡質量ＢＭの上か下に配置してもよい。少なくとも三つの支持要素３１０があるのが好ましい。

第１および第２実施例と違って、この第４実施例でベースフレームＢＦに対する平衡質量ＢＭの垂直高さは、平衡質量が水平に動いてもそれ程変らない。これは、支持要素３１０を使うことに影響される。図１０ａおよび図１０ｂは、２次元でこれがどの様に可能かを示し、図１１および図１２は、このシステムを３次元にどの様に適合できるかを示す。

図１０ａおよび図１０ｂを参照して、各支持要素３１０は、平衡質量ＢＭとベースフレームＢＦの間（約１５０ｍｍ離れている）の間接結合に備える中間部３２０を含む。平衡質量結合部材３３０がこの平衡質量にピボット結合してあり、およびこの中間部３２０にピボット結合してある。同様に、ベースフレーム結合部材３４０がベースフレームＢＦと中間部３２０の間にピボット結合してある。これらのピボット結合は、ヒンジによってもたらされる。

中間部３２０は、図示する実施例では、Ｉ形をしている。しかし、平衡質量結合部材３３０を単一平面で中間部３２０に結合してもよく且つベースフレー結合部材もこれらの平衡質量結合部材を中間部３２０に結合する平面と別の単一平面で結合してもよい限り、どんな形を使ってもよい。全てのベースフレーム結合部材３４０の長さが同じで、全ての平衡質量結合部材３３０の長さが同じであるのが好ましい。この様にして、平衡質量ＢＭを垂直に変位することなく、この平衡質量ＢＭをベースフレームＢＦに対して水平方向に動かすことが可能である。図１０ｂから分るように、これは、中間部３２０の回転により並びにおよび平衡質量、ベースフレームおよび中間部に対するベースフレーム結合部材および平衡質量結合部材の角度の変化により起る。それで支持要素３１０の全ての部品（ヒンジを除いて）が剛性である。結合部材３３０、３４０、平衡質量ＢＭ、ベースフレームＢＦおよび中間部３２０間のピボット点、即ち、ヒンジは、平衡質量ＢＭが３０ｍｍまでのストロークで水平剛性は殆どないが高い垂直剛性で水平方向に動けるように、回転自在である。

図１０ａおよび図１０ｂに示したのと同じ２次元原理を３次元で使用するもう一つの実施例を図１１および図１２に示す。この実施例では、下半分（図１１）が中間部３２０に結合したベースフレーム結合部材３４０を含む。これは、ベースフレームＢＦの平面から平衡質量ＢＭの方へ伸び且つベースフレーム結合部材３４０が結合してある支持体３３５を設けることによって達成する。これらの支持体３３５は、結合部材３４０に張力しか掛けないことを保証する。従って、如何なる座屈効果も予想できない。図１１に示す下半分に対して、結合部材３４０は、ケーブルのような柔軟な繋ぎ材でもよい。平衡質量支持体３４５を備える類似の構成を図１２に示す上半分に使用する。ベースフレーム結合部材３４０とベースフレーム支持体３３５の間のピボット取付けは、平衡質量結合部材３３０と平衡質量支持体３４５の間のピボット結合より平衡質量に近い。それで３次元実施例用の構成は、２次元実施例のそれから反転するが、動作原理は同じである。中間部３２０が上部と下部にあり、それらの部品が平衡質量ＢＭおよびベースフレームＢＦの平面に垂直な軸の周りに互いに対して回転可能であるので、平衡質量ＢＭの回転ももたらす。

もし、中間部３２０に互いに対して回転可能な上部および下部が無いならば、ベースフレームＢＦに対する平衡質量ＢＭの回転は、小さな垂直並進になるだろう。

２次元実施例と３次元実施例の両方で、平衡質量支持要素およびベースフレーム支持要素が平衡質量ＢＭおよびベースフレームＢＦの平面に平行なある共通平面を貫通する。

第５実施例を２次元システム、即ち、１自由度の運動を可能にするが、３自由度（ｘ、ｙ、Ｒｚ）を可能にする３次元システムとしても適用できるものを参照して説明する。この第５実施例は、以下に説明することを除いて第１実施例と同じである。

図１３に示すように、平衡質量ＢＭが繋ぎ材である支持要素４００によって、即ち、それらが緊張して、ベースフレームＢＦ上に支持してある。これらの支持要素４００は、二つのピボット点４１０、４２０を有し、この支持要素４００は、少なくともこれらのピボット点で曲り得る。図示のように、ピボット点４１０、４２０は、支持要素４００がベースフレームＢＦおよび平衡質量ＢＭに取付けてある位置でヒンジである。しかし、これは、特に支持要素４００がケーブルのような柔軟な要素から成る場合には必ずしもそうではない。この場合、ヒンジを設ける必要がなく、平衡質量が端から端まで動くとこの繋ぎ材によって二つのピボット点が自然にできる。

平衡質量がその釣合い位置から一方または他方に動くと、それは、重力によりそれに心出し力を受けるだろう。この心出し力は、平衡質量がその中心位置から漂い去らないことを意味するので、ある状況では望ましい。

図１４および図１５を参照して第６実施例を説明する。この第６実施例は、以下に説明することを除いて第１実施例と同じである。
この第６実施例では、平衡質量ＢＭが少なくとも一つの平衡質量支持部材５００によって支持してある。ベースフレームＢＦ上に平衡質量ＢＭを支持する少なくとも三つの平衡質量支持部材５００があるのが好ましい。この平衡質量支持部材５００は、図示する実施例では、リングの形をした、外構造体５１０を含む。この外構造体５１０は、取付け点５１５によってベースフレームＢＦに取付けてある。

平衡質量ＢＭは、外構造体５１０内に位置する平衡質量支持部材５００の中央構造体５２０に取付けてある。図示する実施例では、この中央構造体５２０が平衡質量ＢＭに取付けてある上板５２５を有する。この上板５２５は、平衡質量ＢＭが中央構造体５２０に対して動くことを可能にするように回転に対して柔軟である。その代りに、この上板５２５は、平衡質量ＢＭを中央構造体５２０に対して回転させ、それによってＲｚ軸（光軸）周りの回転を可能にする玉継手装置で置換えることができる。

図１５で最もはっきり分るように、中央構造体５２０は、支持要素５３０によって外構造体５１０に取付けてある。平衡質量ＢＭの重さを支えるに十分強い、少なくとも三つの支持要素５３０があるのが好ましい。これらの支持要素５３０は、それらが外構造体５１０および中央構造体５２０に取付けてある位置（位置５３７、５３６）並びにこの支持要素の中央に近い位置５３５でもヒンジ結合してある。これらのピボット点５３５、５３６、５３７は、それらが結合する部品が平衡質量の動く平面と実質的に直交する軸周りに相対回転することを可能にする。これらのピボット点の間に位置する要素５３２および５３４は、それらが受ける負荷の下で曲らないように設計してある。このため、それらは扁平で、それらの主面が平衡質量ＢＭの動く平面と直交する。

支持要素５３０は、弾性ヒンジ５３５で一緒に取付けてある２枚の板ばねを含むのが好ましい。それで、中央構造体５２０が外構造体５１０に対して動くとき、支持要素５３０がピボット点５３５、５３６、５３７で曲り、これらの弾性ヒンジによって加えられる力が中央構造体５２０に小さな集中力をもたらす。これは、平衡質量ＢＭが中央釣合い位置から漂い去るのを減少できるので有利なことがある。勿論、ピボット点５３５、５３６および５３７は、近無摩擦ヒンジでもよい。

この第６実施例の支持要素５３０を製造する一つの方法は、一片の材料から平衡質量支持部材５００全体を機械加工することによる。支持要素５３０は、単品材料で作ることができ、そこではピボット部５３５、５３６、５３７を非屈曲部５３２、５３４より薄く作る。これが図１４に示すものである。

もし、平衡質量支持部材５００が直径３００ｍｍのオーダのものであれば、これは、中央部５２０がその中心位置から約１０ｍｍの運動範囲を持つことを可能にする。これは、平衡質量ＢＭが適正に機能するために十分である。その代りに、この平衡質量をベースフレームと平衡質量の間に結合した少なくとも三つの支持要素５３０によって支持してもよい。

第７実施例を図１６を参照して２次元システム、即ち、１自由度の運動を可能にするものに関して説明する。この第７実施例は、以下に説明することを除いて第１実施例と同じである。

この第７実施例は、平衡質量ＢＭを、上に図６に関して説明した支持要素２１０によって、中間フレーム６００上に支持するハイブリッド実施例である。この中間フレーム６００は、図１３を参照して先に説明したような支持要素４００でベースフレームＢＦに取付けてある。任意に、この中間フレーム６００を中間フレーム６００とベースフレームＢＦの間に結合した圧縮ばね６１０によっても部分的に支持する。

第７実施例は、上に説明した全ての実施例の特徴を互いに組合わせて使用し、それによって真空環境に適した平衡質量用の支持をもたらしてもよいことを示す。

この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を制限することを意図しない。

この発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を描く。 この発明による平衡質量の動作原理を描く。 本発明の第１実施例による平衡質量の動作原理を描く。 本発明の第１実施例の支持要素および弾性手段を描く。 本発明の第１実施例の組合わせた支持要素および弾性手段を描く。 本発明の第２実施例の動作原理を描く。 本発明の第３実施例の動作原理を描く。 本発明の第３実施例の弾性ヒンジを描く。 本発明の第３実施例の弾性ヒンジの代替設計を描く。 本発明の第４実施例の２次元での動作原理を描く。 本発明の第４実施例の２次元での動作原理を描く。 本発明の第４実施例の実際的３次元態様の下半分を詳細に描く。 本発明の第４実施例の完全な実際的３次元態様を詳細に描く。 本発明の第５実施例の動作原理を描く。 本発明の第６実施例の実際的３次元態様を描く。 本発明の第６実施例の動作原理を描く。 本発明の第７実施例の動作原理を示す。

符号の説明

１１０ 支持要素
１１２ ピボット点
１１４ ピボット点
１２０ 弾性手段
２１０ 支持要素
２１２ 中央部
２１４ ピボット点
２１６ ピボット点
２５０ 支持要素
２５２ ピボット点
３１０ 支持要素
３２０ 中間部
３３０ 平衡質量結合部材
３４０ ベースフレーム結合部材
４００ 支持要素
４１０ ピボット点
４２０ ピボット点
５３０ 支持要素
５３５ ピボット点
５３６ ピボット点
５３７ ピボット点
ＢＦ ベースフレーム
ＢＭ 平衡質量
Ｃ 目標部分
Ｅｘ ビーム拡大器
ＩＬ 照明器
ＬＡ 放射線源
ＭＡ パターニング手段
ＭＴ 支持構造体
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影システム
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (13)

1. 放射線の投影ビームを供給するための放射線システム、
   所望のパターンに従って投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段を支持するための支持構造体、
   基板を保持するための基板テーブル、
   パターン化したビームを基板の目標部分上に投影するための投影システム、
   ベースフレーム、および
   前記ベースフレーム上に支持され且つベースフレームに対して可動の平衡質量、を含むリソグラフィ投影装置であって、
   前記平衡質量を、前記平衡質量におよび前記ベースフレームに機械的に取付けてあり且つ少なくとも二つのピボット点を有する少なくとも一つの柔軟な支持要素によって支持することを特徴とするリソグラフィ投影装置。
2. 前記ピボット点が垂直に整列する釣合い位置から上記平衡質量が変位すると、この平衡質量の運動方向の水平力が上記平衡質量への重力の作用によって発生する請求項１に記載されたリソグラフィ投影装置。
3. 重力によって発生する前記水平力と反対方向に前記平衡質量上に補償力をもたらすために弾性手段をさらに含む請求項２に記載されたリソグラフィ投影装置。
4. 前記ピボット点がヒンジである請求項３に記載されたリソグラフィ投影装置。
5. 前記弾性手段が前記平衡質量と前記ベースフレームの間に取付けたばねを含む請求項３または請求項４に記載されたリソグラフィ投影装置。
6. 前記ヒンジがばねヒンジであり且つ前記ヒンジが前記弾性手段の少なくとも一部を形成する請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載されたリソグラフィ投影装置。
7. 各支持要素が前記弾性手段を提供する弾性棒部材であり、前記弾性部材は、前記少なくとも二つのピボット点が前記平衡質量から異なる距離に位置するように構成してある請求項３に記載されたリソグラフィ投影装置。
8. 前記弾性棒部材の縦中央部が前記弾性部材の残りより弾力が劣る請求項７に記載されたリソグラフィ投影装置。
9. 前記支持要素が中間部、一端を前記中間部におよび他端を前記ベースフレームにピボット取付けした、少なくとも二つのベースフレーム結合部材、及び一端を前記中間部におよび他端を前記平衡質量にピボット取付けした、少なくとも二つの平衡質量結合部材を含む請求項１に記載されたリソグラフィ投影装置。
10. 前記ベースフレーム結合部材が一つの平面で前記中間部に結合してあり且つ前記平衡質量結合部材がもう一つの別の平面で前記中間部に結合してある請求項９に記載されたリソグラフィ投影装置。
11. 前記少なくとも一つの柔軟な支持要素の少なくとも一つが緊張状態にあり且つケーブルから成る請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載されたリソグラフィ投影装置。
12. 前記少なくとも一つの柔軟な支持要素の上記ピボット点が前記平衡質量の動く平面と実質的に垂直であるピボット軸を有する請求項１に記載されたリソグラフィ投影装置。
13. デバイス製造方法であって：
    ベースフレーム上に配置した基板テーブル上に、少なくとも部分的に放射線感応性材料の層で覆われた基板を用意する工程、
    放射線システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程、
    投影ビームの断面にパターンを付けるためにパターニング手段を使う工程、
    放射線のパターン化したビームを放射線感応性材料の層の目標部分上に投影する工程、および
    前記基板テーブルと前記ベースフレーム上に支持した平衡質量との間に反力を発生することによって前記ベースフレームに対して上記基板テーブルを動かす工程、を含み、
    少なくとも二つのピボット点を有し且つ前記平衡質量におよび前記ベースフレームに機械的に取付けてある少なくとも一つの柔軟な支持要素を使って前記平衡質量を支持することを特徴とするデバイス製造方法。

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