JP2016536536A - ハルバッハ配列及び該ハルバッハ配列を採用する磁気浮遊式ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列であって、前記ハルバッハ配列の幅方向に沿って交互に配列される第一磁気ユニットと第二磁気ユニッを含み、更に、各第一磁気ユニットは前記ハルバッハ配列の長さ方向に沿って交互に配列される第一磁石群と第一磁気カラムを含み、各第一磁石群は２×２列に配列された四個の第一磁気バーを含む；各第二磁気ユニットは前記長さ方向に沿って交互に配列される第二磁気カラムと第二磁石群を含み、各第二磁石群は２×２列に配列される四個の第二磁気バーを含む；各前記第一磁気カラムの磁化方向は前記ハルバッハ配列の高さ方向であり、各前記第二磁気カラムの磁化方向は前記高さ方向と逆方向である。本出願は更に磁気浮遊式ダンパーを含み、該ダンパーは前記ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列が高さ方向に沿って積層されることにより高さ方向に磁力が発生し、磁気の吸着力又は磁気の反発力を介して振動減衰作用を発揮する。ハルバッハ配列の片側磁束密度は従来のＮＳ配列の√２倍であることから、最大エネルギー積が等しい状況においてより大きな荷重支持能力を実現し、かつ片側の磁界が最大エネルギー積を最大限に利用するという特性を有すると同時に、ＮＳ配列の磁気漏れという磁気干渉問題を有効に減少させる。

Description

本発明は半導体製造分野、特にリソグラフィ用の高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーに関わるものである。

リソグラフィは主に光源（現在、主流のリソグラフィには波長１９３ｎｍのＡｒＦ深紫外（ＤＵＶ）エキシマレーザーが採用される）、光学照明システム、投影レンズ、レチクルを支持するレチクルステージ、シリコンウェハを支持するウエアステージ等によって構成される。測定システム、露光システム、ゼロ位置センサ、位置合わせセンサ、光強度センサ等の数多くの重要部品への振動による干渉を可能な限り低減し、重要なモジュールを「静か」な環境に置くことが要求される。振動による干渉は測定フレームにも伝わり、測定フレームに不要な動作を引き起こし、これによりウェハステージ、レチクルステージの測定システムが干渉を受け、最終的にウェハステージ、レチクルステージ、鏡面の誤差に影響を及ぼし、オーバーレイの誤差及び特性線幅の誤差の増大を引き起こすおそれがあるため、ダンパーは集積回路の製造性能を保証するための重要な装置の一つであり、通常ダンパーを採用し、リソグラフィ内部の重要部品を、基本的なフレーム等といったその他の構造の外部領域から独立させて形成された独立した内部領域を形成している。

リソグラフィのダンパーには早期においてゴムダンパーが使用されており、８０年代初頭、振動減衰用空気バネ理論の確立に伴い、リソグラフィのダンパーに空気ばねをベースとするパッシブ制振技術が使用され始めた。現在、主流のリソグラフィのダンパーには空気バネをベースとするアクティブ制振方法が主に使用され、アクティブコントローラーによるアクティブ制御戦略が採用されており、速度センサ（Ｇｅｏｐｈｏｎｅｓセンサ）を介して速度測定を実現し減衰のフィードバック補償を行い、位置センサを介して防振プラットフォームのリアルタイム位置を測定し、ボイスコイルモーターを利用して高帯域幅応答の補償を実現することで、防振プラットフォームの精密な位置決め補償能力を実現している。また防振プラットフォームを支持する重力補償部分には空気圧制御弁が採用され、リアルタイムでエアバッグ内の圧縮空気の気圧が補償されることで、ダンパーの大荷重支持能力と有効なエア駆動による防振減衰を実現している。

リソグラフィ装置の内部ダンパーの代表的な配置方法はその多くが三組のダンパーを使用するものであり、各組のダンパー上には垂直補償モーターと水平補償モーターとが配置されると同時に、垂直測定センサと水平測定センサとが配置されることで、防振プラットフォームの６自由度における振動減衰防振と浮遊によるポジショニングを実現する。

ダンパーの研究は、高い荷重支持能力、低い剛性、低い共振周波数、高い減衰率を実現することによって相対的に低い振動伝達率を実現し、内部領域に対する外部干渉の影響の最小化を実現することを目的とするものである。しかし、リソグラフィの解像度が高まり続けるのに伴い、リソグラフィの特性線幅の誤差に関する指標への要求も高まり続け、またリソグラフィの生産力が向上するに伴い、リソグラフィ装置内部のウェハステージとレチクルステージの動作速度や加速度も向上し続け、リソグラフィ内部の各モジュールシステムはますます複雑化し、装置全体の重量は２トン〜１４トンと多岐にわたり、また、ＴＦＴリソグラフィでは４０トンに達するものも存在するため、リソグラフィの「安静」な環境に関する振動減衰性能の要求は一層厳しいものとなりつつある。以上より、ダンパーの大荷重支持能力を実現する必要があると共に、業界内では更に「負剛性（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）」という技術コンセプトが提唱され、海外の一部研究者は磁気浮遊軸受技術に基づき幾つかの新型振動減衰方式を開示している。

２００３年、ドイツＩＤＥ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＤｙｎａｍｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）社は負剛性（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）を備えた磁気浮遊式ダンパーの特許出願（アメリカ特許番号ＵＳ７２９０６４２）を行っており、図１に示す通り、該特許は三個の永久磁石の磁極を採用すると同時に、隣り合う二個の磁極間に磁気の吸着力浮遊方式を採用し、振動減衰プラットフォームの双方向の剛性を実現する設計のダンパーを初めて開示したものであった。

２００９年、オランダのアイントホーフェン工科大学（ＴＵ／ｅ）のＬｏｍｏｎｏｖａ教授は永久磁石列によって浮遊するパッシブ型ダンパーを開示した。該装置は二層配列構造を採用し、各層の磁路構造にはいずれも平面ＮＳ配列による位相構造を採用するものである。更に、上面二層の磁石配列は磁気の吸着力による浮遊方式を利用し、振動減衰プラットフォームのフレームを上方に向かって引っ張り上げるための引上力を発生させ、下面二層の磁石配列は磁気の反発力による浮遊方式を利用して、振動減衰プラットフォームのフレームを上方に向かって押し上げるための押上力を発生させる。該浮遊装置は数千キログラムの荷重重力補償を実現することができ、垂直方向の荷重を支持するスプリングの剛性は数十ニュートン／ｍｍに達し、これにより相対的に低い共振周波数を実現する。

これらパッシブ型磁気浮遊式ダンパーは従来の空気浮遊式ダンパー技術から大きな進化を遂げたものの、パッシブ型磁気浮遊式ダンパーには永久磁石の最大エネルギー積が等しいという条件下において磁気浮遊を充分に有効利用できず、かつ相対的に大きな磁気漏れが存在するため、リソグラフィを使用する環境に対して著しい悪影響を及ぼす。

本発明要が解決しようとする技術の課題は、最大エネルギー積が等しい状況下においてより大きな荷重支持能力を実現し、かつ片側の磁界が最大エネルギー積を最大限に利用するという特性を有する高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーを提供することにある。

この技術の課題を解決するため、本発明は、ハルバッハ配列の幅方向に沿って交互に配列される第一磁気ユニットと第二磁気ユニッを含み、更に各第一磁気ユニットは前記ハルバッハ配列の長さ方向に沿って交互に配列される第一磁石群と第一磁気カラムを含み、各第一磁石群は２×２列に配列された四個の第一磁気バーを含み、各第二磁気ユニットは前記長さ方向に沿って交互に配列される第二磁気カラムと第二磁石群を含み、各第二磁石群は２×２列に配列された四個の第二磁気バーを含み、各前記第一磁気カラムの磁化方向は前記ハルバッハ配列の高さ方向であり、各前記第二磁気カラムの磁化方向は前記高さ方向と逆方向であるハルバッハ配列を提供する。

前記第一と第二磁石群中における各磁気バーの磁化方向は本体の対角線に沿い、同一磁石群中における四個の磁気バーの磁化方向が前記高さ方向の成分の方向と一致し、かつ前記幅方向及び長さ方向によって構成される平面内の成分の方向がそれぞれ異なる。

各前記第一磁石群中における四個の磁気バーの磁化方向と各前記第二磁石群中における四個の磁気バーの磁化方向が逆方向である。

各第一磁気バーの磁化方向と前記幅方向及び長さ方向によって構成される平面の夾角範囲が３０から６０度であり、各第二磁気バーの磁化方向と前記幅方向及び長さ方向によって構成される平面の夾角範囲が３０から６０度である。

各前記第一磁気カラムと第二磁気カラムの断面形状が長方形、円形等の規則的な形状である。本発明は更に高さ方向に沿って積層されることにより高さ方向に磁力が発生する一対の前記ハルバッハ配列を含み、更に、前記一対のハルバッハ配列の第一層の磁気配列中の各前記磁気カラムと前記一対のハルバッハ配列の第二層の磁気配列中の各前記磁気カラムが重なり合う磁気浮遊式ダンパーを提供する。

前記第一層の磁気配列中の磁気カラムの磁化方向と前記第二層の磁気配列中における対応位置の磁気カラムの磁化方向が同じ方向である。

前記第一層の磁気配列中の磁気カラムの磁化方向と前記第二層の磁気配列中における対応位置の磁気カラムの磁化方向が逆方向である。

前記磁気浮遊式ダンパーは更に前記一対のハルバッハ配列の片側に固定的に設置されることで、前記一対のハルバッハ配列の長さ方向に磁力を発生させる第二の対の前記ハルバッハ配列と、前記一対のハルバッハ配列の他側に固定的に設置されることで、前記一対のハルバッハ配列の幅方向に磁力を発生させる第三の対の前記ハルバッハ配列を含む。

前記磁力は磁気の吸着力又は磁気の反発力である。

本発明は平面ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列をベースとする高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーを開示するものであり、ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列の片側磁束密度が従来のＮＳ配列の√２倍であることから、最大エネルギー積が等しい状況においてより大きな荷重支持能力を実現し、かつ片側の磁界が最大エネルギー積を最大限に利用するという特性を有すると同時に、ＮＳ配列の磁気漏れという磁気干渉問題を有効に減少させる。

図１は従来の技術が提供するダンパーの構造を示す図である。
図２は本発明が提供する高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーの構造を示す図である。
図３は本発明の実施例１が提供する磁気浮遊式ダンパーの構造を示す図である。
図４は本発明の実施例１が提供する磁気浮遊式ダンパーの構造を示す別図である。
図５は図４が示す磁気浮遊式ダンパーの構造を示す別図である。
図６は本発明の実施例１が提供する磁石群の構造を示す図である。
図７は本発明の実施例１が提供する高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーの浮遊高さが−１．５から０ミリメートルまでの磁気浮遊荷重変化曲線である。
図８は本発明の実施例１が提供する高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーの浮遊剛性変化曲線である。
図９は本発明の実施例１が提供する高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーの浮遊共振周波数変化曲線である。
図１０は本発明の実施例２が提供する磁気浮遊式ダンパーの構造を示す図である。
図１１は本発明の実施例３が提供する磁気浮遊式ダンパーの構造を示す図である。
図１２と図１３は本発明の実施例４が提供する磁気浮遊式ダンパーの構造を示す図である。

以下、図２から図１３を参照し、４つの実施例を通じて本発明が提供する高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーについて詳細に説明する。これらの実施例はいずれも本発明の任意の実施例であって、本分野の技術者ならば、本発明の精神と内容の範囲から逸脱することなく変更と改良を加えることができると理解されるべきである。

本発明のハルバッハ配列は各種の高精密磁気浮遊式ダンパーに応用することができ、リソグラフィを例に挙げる。図２を参照するに、本実施例はウェハステージの振動減衰のためにハルバッハ配列を採用する高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーを提供するものであり、前記高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーには磁気浮遊式ダンパー、振動減衰フレーム、測定モジュール、アクチュエーターモジュール及び制御システムが含まれ、前記ウェハステージは前記振動減衰フレーム上に配置され、前記振動減衰フレームは前記磁気浮遊式ダンパーを介して支持及び浮遊時の振動減衰を実現し、前記磁気浮遊式ダンパーは少なくとも二層のハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列を含み、かつ前記二層のハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列を介して前記振動減衰フレームの支持及び浮遊時の振動減衰を実現し、前記測定モジュールとアクチュエーターモジュールはいずれも前記振動減衰フレームと固定的に連接され、前記制御システムはそれぞれ前記測定モジュールとアクチュエーターモジュールとに連接される。

本実施例は平面ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列をベースとする高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーを開示するものであり、ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）の片側磁束密度が従来のＮＳ配列の√２倍であることから、最大エネルギー積が等しい状況においてより大きな荷重支持能力を実現し、かつ片側の磁界が最大エネルギー積を最大限に利用するという特性を有すると同時に、ＮＳ配列の磁気漏れという磁気干渉問題を有効に減少させる。この他、本発明は更に測定モジュール、アクチュエーターモジュール、制御装置モジュールを利用して三重のループ制御を構成し、振動減衰フレームに対する動的補償を実現する。

前記制御システムは前記測定モジュールの情報を収集し、収集した情報に基づき前記アクチュエーターモジュールを制御して、前記振動減衰フレーム位置の動的補償を実現する。前記測定モジュールは位置センサと加速度センサを含み、いずれも前記振動減衰フレームと固定的に連接され、前記振動減衰フレーム上の対応する位置ポイントの水平方向、垂直方向の位置と運動加速度を測定するために用いられる。前記アクチュエーターモジュールは水平方向のボイスコイルモーターと垂直方向のボイスコイルモーターを含み、前記振動減衰フレームの水平方向の３自由度と垂直方向の３自由度の位置における動的補償をそれぞれ実現するために用いられる。

具体的には、本実施例における前記高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーは振動減衰フレームを含み、四セットの磁気浮遊式ダンパー（少なくとも３セットを含む）によって支持され振動減衰が行われ、振動減衰フレームはリソグラフィのウェハステージに適合し、かつこれを支持するためのインターフェースを備え、ウェハステージは振動減衰フレームの上方に取り付けられる。

前記ダンパーは更に、
各セットの磁気浮遊式ダンパーが位置センサと加速度センサを備え、それぞれその取り付け位置ポイントの水平方向と垂直位置、加速度の測定に用いられる測定モジュールと、
各セットの磁気浮遊式ダンパーが水平方向のボイスコイルモーターと垂直方向のボイスコイルモーターを備え、それぞれ前記振動減衰フレームの水平方向の３自由度と垂直方向の３自由度の補償を実現するために用いられるアクチュエーターモジュールと、
制御基板、制御ボックス、パワーアンプ、測定調整ボード、インターフェース接続等を含む制御システムを含む。

稼働時、磁力線回路は上下二層のハルバッハ配列の平面空間構造の違いによって磁束密度及びその均一性が異なるという事態を引き起こすことから、まず異なる構造のダンパーの磁場を分析し、配列の最大エネルギー積の特性、磁気ギャップ（浮遊高さ）、荷重、振動減衰剛性、共振周波数、磁束面積と寸法等の制約条件を検討し、磁気浮遊式ダンパーの構造と寸法パラメータを確定する。またリソグラフィ中の磁気漏れに関する要求は極めて高いため、構造設計と磁路解析を行う時に磁気浮遊式ダンパーの周辺磁場問題について考慮しなければならない。防振荷重、浮遊高さ、振動減衰構造と寸法パラメータが確定された後、静的磁気の反発力方程式を確立し、磁束、磁気ギャップ、平面磁気配列次元の変化が磁気の反発力と荷重重力に及ぼす影響についての分析を行い、以下の磁気浮遊ダンパーに関するパラメータと情報を入手する。
（１）平面磁気配列の各重要寸法パラメータ。
（２）定格荷重下における磁気の反発力と浮遊高さの間の関係。
（３）浮遊剛性と荷重の間に構築された関係。
（４）ダンパー動剛性と干渉の間に構築された関係。

本発明のダンパーは三重のループ制御を採用する。
（１）位置制御ループ。複数の位置センサを介して各磁気浮遊式ダンパー上の相対位置変化量を測定し、センサアレイを介して物理上の軸の位置を理論上の軸の位置に変換し、更に制御システムを調整した後、アクチュエーターアレイを介して各物理的アクチュエーター上のパワー出力電力信号に変換し、該電流信号はＤ／ＡとＰＡ機能を介して水平方向のボイスコイルモーターと垂直方向のボイスコイルモーターに入力されて位置の動的補償を実現する。

（２）慣性フィードバックループ。複数の加速度センサを介して振動減衰フレーム上の加速度信号を測定し、正規化、調整、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換を行った後、理論軸上の加速度に変換し、制御装置と補償器の調整を介して位置制御ループ中に入力する。

（３）フィードフォワードループ。リソグラフィ中のウェハステージとレチクルステージの動作において生じた反力が磁気浮遊式ダンパーの性能に影響を及ぼすおそれがあり、或いは、ウェハステージとレチクルステージの動作によって振動減衰フレームの全体的な重心に変化が生じるおそれがあるために、振動減衰フレームの動作位置をフィードフォワードを通じ、磁気浮遊式ダンパーによって重心の補償を行う必要がある。

図３を参照するに、前記二層のハルバッハ配列はそれぞれ第一層平面磁気配列構造５０２と第二層平面磁気配列構造５０３であって、前記第一層平面磁気配列構造５０２は前記振動減衰フレームと固定的に連接され、前記第二層平面磁気配列構造５０３はグランド又はステータ部分（グランド支持の一部分、又はその他の支持部品でも良い）と固定的に連接され、前記第一層平面磁気配列構造５０２と前記第二層平面磁気配列構造５０３は両者間の磁気の反発力又は磁気の吸着力を介して前記振動減衰フレームの支持及び浮遊時の振動減衰を実現する。前記第一層平面磁気配列構造５０２と前記第二層平面磁気配列構造５０３はそれぞれ二個の背鉄部材５０１と５０４を介して前記振動減衰フレームとグランド又はステータ部分と固定的に連接される。第一層平面磁気配列構造５０２と第二層平面磁気配列構造５０３はいずれも前記振動減衰フレームのある平面に平行に設置される。通例、該平面は水平面である。前記背鉄部材５０１は第一層平面磁気配列構造５０２の第三の方向に沿って上側に積層され、前記背鉄部材５０４は第二層平面磁気配列構造５０３の第三の方向に沿って側に積層される。前記背鉄部材５０１と５０４の厚み寸法の特徴は２ｍｍから２０ｍｍの間であって、高透磁率の材料によって構成される。

前記第一層平面磁気配列構造５０２と前記第二層平面磁気配列構造５０３はいずれも第一磁気ユニットと第二磁気ユニットが第二方向に沿って交互に配置されて形成される。前記第一磁気ユニットは磁石群と磁気カラムが第一方向に沿って交互に配置されて形成され、前記第二磁気ユニットは磁気カラムと磁石群が第一方向に沿って交互に配置されて形成される。また前記第一磁気ユニット中の磁石群と磁気カラムは第二方向に沿ってそれぞれ前記第二磁気ユニット中の磁気カラムと磁石群に対応するように連接されて設置される。前記磁石群と前記磁気カラムの寸法は整合し、前記第一方向と第二方向は相互に直交し、かついずれも水平面に配置される。前記磁石群は四個の寸法が同じ磁気バーが２×２列の形式にて緊密に配置されて形成される。本実施例において、磁気バーの端面は正方形であり、かつ本体対角線と水平面の夾角範囲が３０から６０度である。

本実施例において、第一層平面磁気配列構造５０２と第二層平面磁気配列構造５０３はハルバッハ配列に類似する位相構造を採用し、各層の磁性鋼配列は全て磁気ユニットの第一方向と第二方向に向かって延びるように形成される。第一方向を水平Ｘ方向と定義し、第二方向を水平Ｙ方向と定義し、第三方向を垂直Ｚ方向、即ち垂直方向と定義することができる。本実施例では、第一層平面磁気配列構造５０２と第二層平面磁気配列構造５０３は、逆向きの磁気分布配列を採用する。

具体的には、図３を参照するに、第一層平面磁気配列構造中の第一磁気ユニットにおいて、磁石群５０５と磁気カラム５０６はＸ方向に沿って交互に配置され、図中の磁石群５０５（２）と磁石群５０５（１）は同一の磁石群であり、磁気カラム５０６（１）と磁気カラム５０６（２）は同一の磁気カラムである。具体的な実施例においては交互に配列される磁石群５０５と磁気カラム５０６は必ずしも２個とは限らず、Ｘ軸方向に沿って引き続き交互に配置することができ、これにより第一磁気ユニットが形成されることは言うまでもない。第一層平面磁気配列構造中の第二磁気ユニットにおいて、磁気カラム５１０と磁石群５１１はＸ方向に沿って交互に配置され、図中の磁石群５１１（２）と磁石群５１１（１）は同一の磁石群であり、磁気カラム５１０（１）と磁気カラム５１０（２）は同一の磁気カラムである。具体的な実施例においては交互に配列される磁石群５１１と磁気カラム５１０は必ずしも２個である必要はなく、Ｘ軸方向に沿って引き続き交互に配置することができ、これにより第二磁気ユニットが形成され、第二磁気ユニット中の磁石群５１１はＹ方向に沿って磁気カラム５０６に対応し、第二磁気ユニット中の磁気カラム５１０はＹ方向に沿って磁石群５０５に対応し、第一磁気ユニットと第二磁気ユニットはＹ方向に沿って交互に配置され、これにより第一層平面磁気配列構造が形成される。

第二層平面磁気配列構造５０３において、第一磁気ユニットとその中の磁気カラム５０８と磁石群５０７は第一層平面磁気配列構造５０２中の第一磁気ユニットと対応し、第二磁気ユニットとその中の磁気カラム５０９と磁石群５１２もまた第一層平面磁気配列構造５０２中の第二磁気ユニットと対応する。

本実施例において、図３と併せて図４を参照するに、第一層平面磁気配列構造を例に挙げれば、前記第一磁気ユニットと第二磁気ユニット中の磁気カラムの磁化方向は垂直下向きに設定される。即ち、図中の磁気カラム６０１（又は図３中の５０６）の磁化方向はいずれも垂直下向きに設定される。また前記第一磁気ユニット中の磁気バーの磁化方向はいずれも本体対角面に沿って斜め下向きに設定される。即ち、図中の磁石群６００（又は図３中の５０５）中の磁気バーはいずれも本体対角面に沿って斜め下向き設定される。具体的な状況については図６の磁石群６００を参照されたい。図４と図５には磁石群中における磁気バーの磁化方向の水平面における方向の成分のみが示されるものであり、前記第二磁気ユニット中の磁気カラムと磁気バーの磁化方向はそれぞれ前記第一磁気ユニット中の磁気カラムと磁気バーの磁化方向と逆方向である。即ち、図４中の磁気カラム６０２と磁気カラム６０１の磁化方向は逆方向であり、磁石群６０３中の磁気バーの磁化方向と磁石群６００中の磁気バーの磁化方向は逆方向である。その具体的な方向についても図６の磁石群６００と６０３の比較を参照されたい。

図６を参照するに、同一磁石群内の四個の磁気バーの磁化方向の水平面上における方向の成分はそれぞれ異なる四方向を指向し、磁気バーの磁化方向は本体対角面に沿って設定されることから、その水平面上における方向の成分は必然的に端面の対角線に沿った方向となり、端面の二本の対角線は四種の方向を得ることができるため、同一磁石群内の四個の磁気バーの水平面上における方向の成分はそれぞれこれら四方向を指向する。この条件さえ満たせば、本特許の精神と内容の範囲に適合するのは言うまでもなく、特に四種の方向の具体的な分布を設定する必要はなく、図４又は図５が示す分布形式は具体的な分布の一例である。

本実施例において、前記第一層平面磁気配列構造中の磁気カラムと磁気バーの磁化方向はそれぞれ前記第二層平面磁気配列構造中における対応位置の磁気カラムと磁気バーの磁化方向と同じであるため、二層の平面磁気配列構造の間に磁気の反発力を発生させる。

図４を参照するに、本実施例において、前記第一磁気ユニットと第二磁気ユニットの第一方向に沿った周期長はλであって、前記第一磁気ユニットの第一磁石群６００の幅はλ／８からλ／４までであり、前記第一磁気ユニットの第二磁気カラム６０１の幅はλ／４から３λ／８までである。また前記第二磁気ユニットの第一磁石群６０３の幅はλ／８からλ／４までであり、前記第一磁気ユニットの第二磁気カラム６０２の幅はλ／４から３λ／８までである。図４に示される各磁石群と磁気カラムの幅はλ／４であって、かつ磁気カラムの断面形状は正方形であるが、本発明は、これによって限定されるものではなく、各磁気カラムの断面形状は長方形、円形等の規則的な形状であっても良く、図５は磁石群の幅がλ／８で、磁気カラムの幅が３λ／８の場合を示したものであり、この時の、磁気カラムの断面形状は長方形である。

図４に示される実施例中の高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーを実装する場合、シミュレーション計算によって以下のパラメータを得ることができる。磁束密度パラメータは１．２４Ｔであって、前記第一磁気ユニットと第二磁気ユニットの第一方向に沿った周期長は４０ｍｍであり、第一磁石群６００と６０３、第二磁気カラム６０１と６０２はいずれもλ／４に従って割り当てられる。シミュレーションによって得られたデータは第一層平面磁気配列と第二層平面磁気配列の間に単一の磁性体表面の磁束密度を遥かに超える磁場強度が発生することを明らかにするものである。

図７はパラメータ条件設定下において第一層平面磁気配列と第二層平面磁気配列の間の浮遊高さが０から１．５ミリメートルまで変化した時に支持することが可能な磁気浮遊荷重変化曲線を示すものであり、該パラメータ条件下において８．６０キロニュートンから１０．３８キロニュートンの荷重支持能力を実現できる。対応する浮遊剛性変化は図８に示す通りであり、平均浮遊剛性は１．１３Ｅ６Ｎ／ｍである。対応する浮遊共振周波数は図９に示す通りであり、支持する荷重が８．６ＫＮから１０．３ＫＮまで変化する時、共振周波数は５〜６Ｈｚの範囲で安定的である。防振プラットフォームに相対的に低い共振周波数が提供される。

本実施例と実施例１の主な相違点は以下の通りである。図１０を参照するに、上層が第一層平面磁気配列構造であり、下層が第二層平面磁気配列構造であって、前記第一層平面磁気配列構造中における磁気カラムと磁気バーの磁化方向が、それぞれ前記第二層平面磁気配列構造中において対応する位置の磁気カラムと磁気バーの磁化方向と、同一方向であり、磁気の吸着力を利用して浮遊時の振動減衰を実現する。また二層平面磁気配列の具体的な構造と配置、測定モジュール、アクチュエーターモジュール、制御装置モジュールはいずれも図２を参考にして得られ、かつ実施例１と類似する。

本実施例における高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーを実装する場合、シミュレーション計算によって以下のパラメータを得ることができる。磁束密度パラメータは１．２４Ｔであって、前記第一磁気ユニットと第二磁気ユニットの第一方向に沿った周期長は４０ｍｍであり、第一磁石群、第二磁気カラムはいずれもλ／４に従い割り当てられる。シミュレーションによって得られたデータは第一層平面磁気配列と第二層平面磁気配列の間に単一の磁性体表面の磁束密度を遥かに超える磁場強度が発生することを明らかにするものである。

本実施例は実施例１をベースに改良を加えたものであり、具体的には、図１１を参照するに、前記第一層平面磁気配列構造の二個の隣り合う辺縁の外側に第一方向の第一配列８０３と第二方向の第一配列８０１が固定的に設置され、前記第二層平面磁気配列構造中における対応位置の辺縁の外側に第一方向の第二配列８０４と第二方向の第二配列８０２が設置され、前記第一方向の第一配列８０３と前記第一方向の第二配列８０４は第一方向に沿ってのみ磁気の吸着力又は磁気の反発力を発生させ、前記第二方向の第二配列８０２と前記第二方向の第一配列８０１は第二方向に沿ってのみ磁気の吸着力又は磁気の反発力を発生させる。更に、磁気配列８０１−８０４と配列８００の構造は同一であり、配置の方向のみが異なる。本実施例においては、第一方向をＸ方向と定義し、第二方向をＹ方向と定義する。該磁気の吸着力又は磁気の反発力は外部領域における水平方向の振動からの振動減衰フレームの隔離を実現する。

本実施例において、前記第二層平面磁気配列構造は背鉄部材を介してグランド又はステータ部分に固定的に連接され、前記第一方向の第二配列と第二方向の第二配列は背鉄部材上に固定的に設置される。これにより空間が形成され、水平方向の振動からの隔離が実現される。

図１２と図１３を参照するに、第一層平面磁気配列構造９０１と第二層平面磁気配列構造９０２はいずれも前記振動減衰フレームのある平面に対して傾斜して設置される。前記第一層平面磁気配列構造は前記振動減衰フレーム上に取り付けられ、前記第一層平面磁気配列構造は９０１（１）、９０１（２）、９０１（３）、９０１（４）を含む。前記第二層平面磁気配列構造はステータ又はグランド上に取り付けられ、前記第二層平面磁気配列構造は９０２（１）、９０２（２）、９０２（３）、９０２（４）を含む。本実施例は実施例１をベースに改良が加えられたものであり、実施例１においては、二層の平面磁気配列構造は前記振動減衰フレームと平行に設置されており、いずれも水平面に沿って設置されると見なすことができ、一方、本実施例では実施例１における二層の平面磁気配列構造が傾斜して設置され、傾斜させた後、更にそれぞれが振動減衰フレームとステータ又はグランドとに固定的に連接されると見なすことができる。本実施例における高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーについても図２を参考にして類似するものが得られ、その相違は磁気浮遊式ダンパーとその他部品の連接方式が異なるのみであり、磁気浮遊式ダンパーの内部構造につてもまた実施例１乃至３を参考にして得られる。

図１３を参照するに、Ｘ方向、Ｙ方向、即ち実施例１の第一方向と第二方向は、水平面に位置し、Ｚ方向は垂直方向である。本実施例において、各組の磁気浮遊式ダンパーは振動減衰フレームの４角上に傾斜して配置される。各組の磁気浮遊式ダンパーとＸ方向は９０度未満の夾角を形成し、各組振動減衰ダンパーとＹ方向は９０度未満の夾角を形成する。上下二層の平面磁気配列構造が発生させる浮遊力Ｆｚと第一層平面磁気配列構造９０１の上表面は相互に直交し、前記浮遊力Ｆｚの方向とＸ方向は９０度未満の夾角を、前記浮遊力Ｆｚの方向とＹ方向は９０度未満の夾角を、前記浮遊力Ｆｚの方向とＺ方向は９０度未満の夾角をそれぞれ形成する。

以上をまとめれば、様々な実施例において本発明は二層の配列で構築された振動減衰構造を提供するものであり、各層は同一方向の磁気分布配列によって構築された磁気の吸着力を介した浮遊時振動減衰構造を採用することができ、更に各層は逆方向の磁気分布配列によって構築された磁気の反発力を介した浮遊時振動減衰構造を採用することもできる。本発明は磁気の吸着力を発生させる配列又は磁気の反発力を発生させる配列を用いて構築された水平振動隔離補助装置を提供する。本発明はボイスコイルモーターを振動減衰フレームの精密な補償制御のためのオープンループフィードフォワード駆動機構として提供し、振動減衰フレームの位置を精密に補償できるのみならず、更にリソグラフィ内部のウェハステージ、レチクルステージの動作によって生じる重心位置のドリフトの補償を実現する。本発明は更に加速度センサ、速度センサ、位置センサをリソグラフィ振動減衰プラットフォームの精密な制御と補償を測定するための装置として採用し、各自由度の剛性、振動減衰の補償を実現する。

本実施例が開示する平面ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列をベースとする高精度磁気浮遊型アクティブ式ダンパーは、更に以下の優位性を有する。
（１）小体積、大荷重、ナノ精度のリソグラフィ装置の大荷重、低剛性、高精度なポジショニングの要求を満たす。
（２）ハルバッハ（Ｈａｌｂａｃｈ）配列の片側磁束密度は従来のＮＳ配列の√２倍であるという優位性を活用し、最大エネルギー積が等しい状況においてより大きな荷重支持能力を実現する。
（３）片側の磁界が最大エネルギー積を最大限に利用するという特性を有すると同時に、磁気漏れという磁気干渉問題を有効に減少させる 。
（４）ボイスコイルモーターをオープンループフィードフォワード駆動機構として採用し、振動減衰フレームの位置を精密に補償すると同時に、リソグラフィ内部のウェハステージ、レチクルステージの動作によって引き起こされる重心位置のドリフトの補償を実現する。

Claims (10)

1. ハルバッハ配列であって、
   前記ハルバッハ配列の幅方向に沿って交互に配列される第一磁気ユニットと第二磁気ユニッを含み、更に
   各第一磁気ユニットは前記ハルバッハ配列の長さ方向に沿って交互に配列される第一磁石群と第一磁気カラムを含み、各第一磁石群は２×２列に配列される四個の第一磁気バーを含み、
   各第二磁気ユニットは前記長さ方向に沿って交互に配列される第二磁気カラムと第二磁石群を含み、各第二磁石群は２×２列に配列される四個の第二磁気バーを含み、
   各前記第一磁気カラムの磁化方向は前記ハルバッハ配列の高さ方向であり、
   各前記第二磁気カラムの磁化方向は前記高さ方向と逆方向である、ハルバッハ配列。
2. 前記第一及び第二磁石群中における各磁気バーの磁化方向が本体の対角線に沿い、同一磁石群中における四個の磁気バーの磁化方向が前記高さ方向の成分の方向と一致し、かつ前記幅方向及び長さ方向によって構成される平面内の成分の方向がそれぞれ異なる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のハルバッハ配列。
3. 各前記第一磁石群中における四個の磁気バーの磁化方向と各前記第二磁石群中における四個の磁気バーの磁化方向が逆方向である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のハルバッハ配列。
4. 各第一磁気バーの磁化方向と前記幅及び長さの方向が構成する平面の夾角範囲が３０から６０度であり、各第二磁気バーの磁化方向と前記幅方向及び長さ方向が構成する平面の夾角範囲が３０から６０度である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のハルバッハ配列。
5. 各前記第一磁気カラムと第二磁気カラムの断面形状が長方形、円形等の規則的な形状である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のハルバッハ配列。
6. 高さ方向に沿って積層されることにより高さ方向に磁力が発生する一対の請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載されるハルバッハ配列を含み、
   更に、
   前記一対のハルバッハ配列の第一層の磁気配列中の各前記磁気カラムと、
   前記一対のハルバッハ配列の第二層の磁気配列中の各前記磁気カラムとが、アライメントされる、
   磁気浮遊式ダンパー。
7. 前記第一層の磁気配列中の磁気カラムの磁化方向と前記第二層の磁気配列中における対応位置の磁気カラムの磁化方向が同じ方向であることを特徴とする請求項６に記載の磁気浮遊式ダンパー。
8. 前記第一層の磁気配列中の磁気カラムの磁化方向と前記第二層の磁気配列中における対応位置の磁気カラムの磁化方向が逆方向であることを特徴とする請求項６に記載の磁気浮遊式ダンパー。
9. 前記一対のハルバッハ配列の片側に固定的に設置されることで、前記一対のハルバッハ配列の長さ方向に磁力を発生させる第二の対の前記ハルバッハ配列と、
   前記一対のハルバッハ配列の他側に固定的に設置されることで、前記一対のハルバッハ配列の幅方向に磁力を発生させる第三の対の前記ハルバッハ配列を、更に含む、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のハルバッハ配列を用いた、
   請求項６に記載の磁気浮遊式ダンパー。
10. 前記磁力が磁気の吸着力又は磁気の反発力である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の磁気浮遊式ダンパー。
    

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