JP2018508040A - 調整可能な磁気浮力式重力補償装置 - Google Patents

Abstract

磁気式重力補償装置は、ステータ（1）、ロータ（2）、ベース（4）および調整機構（6）を備える。ステータ（1）はベース（4）上に配置され、ロータ（2）はステータ（1）に対して浮上する。ステータ（1）は、調整機構（6）によってベース（4）に固定され、少なくとも2つのアーク磁石（111）からなる中央部円筒形磁石（11）を含む。調整機構（6）は、ベース（4）に固定された第1の端部と、少なくとも2つのアーク磁石（111）に確実に接続された第2の端部とを有する。調整機構（6）は、少なくとも2つのアーク磁石（111）を中央部円筒形磁石（11）の中心軸に対して半径方向に同期移動させ、これにより、ステータ1とロータ2との間の磁気浮上力を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、フォトリソグラフィーに用いられる磁気式重力補償装置に関し、特に、調整可能な磁気浮力式重力補償装置に関する。

フォトリソグラフィーツールは、主に集積回路（IC）および他のマイクロデバイスの製造に使用されるウエハ上にマスクパターンを露光するためのデバイスである。マスクパターンの露光中、マスクおよびウエハは、投影システムおよび投影光ビームに対して同時に移動される。

大規模なICデバイスの集積化が進むにつれて、解像度が高く限界寸法が小さいフォトリソグラフィーツールが求められている。現在、フォトリソグラフィーツールは、内部と外部との世界の組み合わせにおいて進化してきた。このようなフォトリソグラフィーツールでは、ウエハステージ、マスクステージ、およびそれらの照明システムが、３つの独立した世界として減衰される。微動モジュールの場合、ウエハチャックまたはマスクチャックの効果的な減衰は、露光中に他のシステムからの影響を受けないようにするために必要である。重力補償装置は、このような状況で開発された新しい装置であり、アクティブまたはパッシブダンピング技術を用いてウエハまたはマスクチャックのレベリングおよびフォーカシングを行い、微動モジュールを独立した内部の世界として動作させる。

図１には、板ばね1'、可動底板2'及び引っ張りバネ（図示せず）で構成された垂直静的重力補償モジュールを有する機械的な重力補償構造を採用した既存の磁気式重力補償装置が示されている。この構造は、RX/RYの自由度を調整することができ、微動ステージ4'に接続されることによって微動ステージ4'を減衰させる、接続ブロック3'をさらに有する。しかしながら、この解決策は微動ステージ4'を支持するために上記のような磁気式重力補償装置を3つ必要とするので、それらの重力負荷を等しく分割することは困難である。また、この解決策は、高い構造的複雑性、高い剛性要件、低い制御性および低い精度、といった欠点も有する。

これらの問題に対処するために、図2に示すように、磁気的に重力補償が可能なボイスコイルモータが提案されている。運動成分の重力を均衡させるため、モータによって、ステータ磁石群5'とロータ磁石群6'との間に静的な力が発生させる。さらに、強力なボイスコイルモータは、スラスト力（推力）の調整を達成するように重力補償の調整が可能である。しかし、この解決策は、ボイスコイルモータによってもたらされる補償において、多量の発熱および限定された調整範囲といったような多くの問題に関連する。

上記の課題を解決するために、本発明は、多量の熱の発生を低減し、重力補償におけるより広い範囲での調整が可能な磁気式重力補償装置を提供する。

この目的を達成するために、本発明は、ステータと、ロータと、ベースと、調整機構とを備える磁気式重力補償装置を提供する。ステータはベース上に配置され、ロータはステータに対して浮上する。ステータは、調整機構によってベースに固定され、少なくとも2つのアーク磁石からなる中央部円筒形磁石を含む。調整機構は、ベースに固定された第1の端部と、少なくとも2つのアーク磁石に確実に接続された第2の端部と、を有する。調整機構は、中央部円筒形磁石とロータとの間の磁気回路を変化させ、それによってステータとロータとの間の磁気浮上力を調整するために、少なくとも2つのアーク磁石を中央部円筒形磁石の中心軸に対して放射状に同期移動させるように構成される。

さらに、ロータは、内側磁石リングおよび外側磁石リングを備え、ステータは、ボイスコイルモータのコイルをさらに備え、中央部円筒形磁石、内側磁石リング、ボイスコイルモータのコイルおよび外側磁石リングは、最も内側から最も外側に同心円状に配置されている。

さらに、内側磁石リングおよび外側磁石リングは、ロータフレームによって固定されてもよい。

さらに、ボイスコイルモータのコイルは、コイルフレームによってベースに固定されてもよい。

さらに、調整機構は、駆動部（driver）と、駆動部に接続された少なくとも2つのフォロワーと、アジャスターとを備え、駆動部はベースに接続され、少なくとも2つのフォロワーは少なくとも2つのアーク磁石に固定接続され、アジャスターは少なくとも2つのフォロワーおよび少なくとも2つのアーク磁石の位置を調整するように駆動部を作動させるように構成される。

さらに、少なくとも2つのフォロワーの数を、少なくとも2つのアーク磁石の数に対応させてもよい。

さらに、駆動部は、少なくとも2つのフォロワーがねじ螺合されるスレッデッドディスクであってもよく、アジャスターは、アジャスターと共にスレッデッドディスクを回転させ、それにより、少なくとも2つのフォロワーおよび少なくとも2つのアーク磁石が中央部円筒形磁石の中心軸に対して半径方向に同期して移動するようにベース上に配置されている。

さらに、駆動部は、円錐台であってもよく、少なくとも2つのフォロワーは、円錐台に対応するくさび形ブロックであり、アジャスターは、アジャスターの回転により、円錐台が垂直に移動し、少なくとも2つのフォロワーと、少なくとも2つのアーク磁石とを中央部円筒形磁石の中心軸に対して半径方向に同期移動させるようにベース上に配置されている。

さらに、駆動部は、中心突起を有する円筒形ベースであってもよく、少なくとも2つのフォロワーは、可動ヒンジによって駆動部に接続されたスライドブロックであり、アジャスターは、調整ナットと、調整ナットと係合するスクリューロッドを備え、スクリューロッドは、円筒形ベースの内部に配置され、その端部が可動ヒンジとベースとにそれぞれ接続されている。

さらに、中央部円筒形磁石は、6または8個のアーク磁石から構成されてもよい。

さらに、中央部円筒形磁石は、その中心軸に沿って磁化されてもよい。

さらに、少なくとも2つのアーク磁石、内側磁石リングおよび外側磁石リングのそれぞれは、NdFeBから作られてもよい。

本発明による調整可能な磁気式重力補償装置は、調整機構と、調整機構の駆動効果の下で同心円状に内側および外側に移動可能な多数のアーク磁石からなる中央部円筒形磁石とを組み込んでいる。このようにして、中央部円筒形磁石の内側半径および外側半径を変更することができ、よって中央部円筒形磁石とロータとの間の磁気回路を変更することができ、基本浮上力の調整が可能になり、これにより、磁気式重力補償装置によって、重力補償における一定範囲の機械的な調整がもたらされる。さらに、重力補償による受動的な（パッシブな）補償と、ボイスコイルモータによる能動的な（アクティブな）補償との組み合わせは、磁気式重力補償装置のより広い範囲の調整を可能にする。

既存の機械的磁気式重力補償装置の構造概略図である。 磁気重力補償が可能なボイスコイルモータの構成図である。 本発明の第1の実施形態による調節可能な磁気式重力補償装置の概略断面図である。 本発明の第1の実施形態による調節可能な磁気式重力補償装置の構造概略図である。 本発明の第1の実施形態によるアーク磁石およびフォロアの構造図である。 本発明の第1の実施形態によるアーク磁石およびフォロアの構造図である。 本発明の第1の実施形態による調整機構の構造概略図である。 本発明の第1の実施形態によるアーク磁石と内側および外側磁石リングとの間の磁力線の変化を示す。 本発明の第1の実施形態によるアーク磁石と内側および外側磁石リングとの間の磁力線の変化を示す。 本発明の第1の実施形態に係る内外輪に作用する基本浮上力の推移を示す図である。 本発明の第2の実施形態による調整機構の構造概略図である。 本発明の第3の実施形態による調整機構の構造概略図である。

図1および図2において、1'は板ばねを示し、2'は可動底板、3'は接続ブロック、4'は微動ステージ、5'はステータ磁石群、6'はロータ磁石群である。また、図3〜図10において、1はステータ、11は中央部円筒形磁石、111はアーク磁石、12はボイスコイルモータのコイル、2はロータ、201は内側磁石リング、202は外側磁石リング、203はロータフレーム、4はベース、5はコイルフレーム、6は調整機構、601は駆動部、602はフォロワー、603はアジャスター、6031は調整ナット、6032はスクリューロッド、604は可動ヒンジである。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

実施の形態１
図3に示すように、本実施形態に係る調整可能な磁気式重力補償装置は、ステータ1と、ロータ2と、ベース4と、調整機構6とを備えている。ステータはベース4上に配置され、ロータ2はステータ1に対して磁気的に浮上する。ステータ1は、ボイスコイルモータのコイル12と中央部円筒形磁石11とを含む。コイル12は、コイル枠5によってベース4に固定されており、中央部円筒形磁石11は、中央部円筒形磁石11の軸に沿って着磁された少なくとも2つのアーク磁石111からなる。アーク磁石は、ロータ2と協働して、安定でより剛性の低い基本浮上力をもたらす。調整機構6は、底部のベース4に固定されており、アーク磁石111を同心円状に、すなわち、中央部円筒形磁石11の中心に対して半径方向に、内側および外側に移動することができるように、アーク磁石111の上部に固着されている。ロータ2は半径方向に磁化されている。調整機構6によって駆動されるアーク磁石111における、中央部円筒形磁石11を中心とする同心運動は、中央部円筒形磁石11の内径および外径の変化を可能にし、それゆえ、中央部円筒形磁石11とロータとの間の磁気回路を変化させる。これにより、基本浮上力は調整可能であり、磁気式重力補償装置における磁気重力補償のある範囲内での機械的調節を可能にする。浮上力によるパッシブな補償と、ボイスコイルモータによるアクティブな補償との組み合わせは、磁気式重力補償装置のより広い範囲の調整を可能にする。

好ましくは、ロータ2は、内側磁石リング201と外側磁石リング202とを含む。図4に示すように、中央部円筒形磁石11、内側磁石リング201、ボイスコイルモータのコイル12、外側磁石リング202は、最も内側から最も外側に同心円状に配置されている。アーク磁石111、内側磁石リング201、外側磁石リング202は全てNdFeB磁石である。内側磁石リング201及び外側磁石リング202は、逆U字状の断面を有するロータフレーム203によって固定されている。内側磁石リング201と外側磁石リング202はそれぞれ、中央部円筒形磁石11と協働して、安定でより剛性の低い基本浮上力をもたらす。同時に、内側磁石リング201と外側磁石リング202との間に安定した半径方向の磁界が発生する。磁場の影響下で、コイル12は、アクティブ減衰及び重力補償効果をもたらすローレンツ力を生成する。

引き続き図3を参照すると、調整機構6は、駆動部601と、駆動部601に関連するいくつかのフォロワー602と、アジャスター603と、を含む。駆動部601は、底部においてベース4に接し、アーク磁石111に固定接続されたフォロワー602と接触している。アジャスター603は、駆動部601にフォロワー602及びアーク磁石111の位置を調整させる。フォロワー602の数は、アーク磁石111の数に対応する。アーク磁石111の同心内側及び外側への移動時における水平方向の寄生的な引っ張り剛性を低くする結果となる、良好な軸方向に磁化された円筒状の磁界を形成するためには、アーク磁石111の数は可能な限り多くする。図5aおよび図5bに示すように、6または8個のアーク磁石111を使用することができる。

図6に示すように、駆動部601は、スレッデッドディスク（threaded disc）で、フォロワー602とねじ螺合（threadedly engages）している。アジャスター603は、ベース4上に配置され、スレッデッドディスクに接続される。スレッデッドディスクはアジャスター603と共に回転し、フォロワー602およびアーク磁石111を同心円状に内側および外側に移動させる。具体的には、スレッデッドディスクはベース4内の伝達機構（図示せず）に接続され、アジャスター603はレンチやねじ回し工具などにより回転されてもよい。回転は、伝達機構によってスレッデッドディスクに伝達されてもよい。フォロワー602がスレッデッドディスクに螺合されているので、ネジディスクの回転によりフォロワー602とその上に設けられたアーク磁石111が同心円状に内側および外側に移動し、それによって、基本浮上力と同様に、中央部円筒形磁石11の内径および外径が変化する。

アーク磁石111の同心である内側および外側の移動の間に、磁気式重力補償装置における、アーク磁石111、内側磁石リング201および外側磁石リング202の間の磁気回路が構造的に変化し、その磁力線の変化を図7aおよび図7bに示す。アーク磁石111が内側磁石リング201、外側磁石リング202に向かって移動するとき、すなわち中央部円筒形磁石11の内外半径が拡大するとき、中央部円筒形磁石11と内側磁石リング201と外側磁石リングの間の部分の磁気回路が短くなり、結果として軸方向の浮上力が高くなる。その逆も同様である。

図8は、内側磁石リング201および外側磁石リング202に作用する基本浮上力と、内側磁石リング201および外側磁石リング202の軸方向移動量との関係を、アーク磁石111が同時に外側の方に2ｍｍの距離の範囲内で移動するときの内側磁石リング201および外側磁石リング202の移動の範囲−2mm〜2mmで示している。図中、dr1、dr2、dr3、dr4は、アーク磁石111が移動する距離を示している。この図から分かるように、内側磁石リング201および外側磁石リング202に作用する基本浮上力は、内側磁石リング201および外側磁石リング202が軸方向に−2mm〜2mmの範囲内で移動するときに、アーク磁石111とは異なる移動距離で変化する。したがって、調整機構6の調節能力は、浮上力によるパッシブな磁気重力補償を可能にする。

実施の形態２
図9に示すように、本実施形態は、本実施形態に係る調整機構6において、駆動部601が円錐台であり、フォロワー602が円錐台に対応するくさび形のブロックである点が異なる。アジャスター603は、ベース4上に配置され、回転すると、円錐台が上下に移動し、フォロワー602およびアーク磁石111を内側の方および外側の方に同心円状に移動させる。切頭円錐とくさびとの間の密接な適合は、より高い調整精度を可能にする。

実施の形態３
本実施形態は、図10に示すように、本実施形態に係る調整機構6において、駆動部601が中心突起を有する円筒形ベースであり、フォロワー602がスライドブロックである点が実施形態1および2と異なる。それらは、可動ヒンジ604と連結されている。アジャスター603は、調整ナット6031と、調整ナット6031に螺合するスクリューロッド6032とを備えている。スクリューロッド6032は、円筒形ベースの内部に設けられ、上下に可動ヒンジ604とベース4にそれぞれ接続されている。調整ナット6031とスクリューロッド6032との間の係合は、より柔軟性の高い調節を可能にする。

本明細書において本発明の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の精神から逸脱することなくなされた全ての省略、置換、および変更が、その範囲内に含まれることが意図される。

Claims (12)

1. ステータと、ロータと、ベースと、調整機構とを備え、前記ステータは、前記ベースに配置されて前記ステータに対して浮上し、前記ステータは、前記調整機構により前記ベースに固定され少なくとも2つのアーク磁石からなる中央部円筒形磁石を備え、前記調整機構は、前記ベースに接続された第1の端部と、前記少なくとも2つのアーク磁石に確実に接続された第2の端部と、を有し、前記調整機構は、前記中央部円筒形磁石と前記ロータとの間の磁気回路を変化させ、それによって前記ステータと前記ロータとの間の磁気浮上力を調整するために、前記少なくとも2つのアーク磁石を前記中央部円筒形磁石の中心軸に対して放射状に同期移動させるように構成される、磁気式重力補償装置。
2. 前記ロータは、内側磁石リングおよび外側磁石リングを備え、前記ステータは、ボイスコイルモータのコイルをさらに備え、前記中央部円筒形磁石、前記内側磁石リング、前記ボイスコイルモータのコイルおよび前記外側磁石リングは、最も内側から最も外側に同心円状に配置されている、請求項１に記載の磁気式重力補償装置。
3. 前記内側磁石リング及び前記外側磁石リングは、ロータフレームによって固定されている、請求項2に記載の磁気式重力補償装置。
4. 前記ボイスコイルモータのコイルは、コイルフレームによって前記ベースに固定されている、請求項2に記載の磁気式重力補償装置。
5. 前記調整機構は、駆動部と、前記駆動部に接続された少なくとも2つのフォロワーと、アジャスターとを備え、前記駆動部は前記ベースに接続され、前記少なくとも2つのフォロワーは前記少なくとも2つのアーク磁石に固定接続され、前記アジャスターは前記少なくとも2つのフォロワーおよび前記少なくとも2つのアーク磁石の位置を調整するように前記駆動部を作動させるように構成される、請求項1に記載の磁気式重力補償装置。
6. 前記少なくとも2つのフォロワーの数は、前記少なくとも2つのアーク磁石の数に対応する、請求項5に記載の磁気式重力補償装置。
7. 前記駆動部は、前記少なくとも2つのフォロワーがねじ螺合されるスレッデッドディスクであり、前記アジャスターは、前記アジャスターと共に前記スレッデッドディスクを回転させ、それにより、前記少なくとも2つのフォロワーおよび前記少なくとも2つのアーク磁石が前記中央部円筒形磁石の中心軸に対して半径方向に同期して移動するように前記ベース上に配置されている、請求項5に記載の磁気式重力補償装置。
8. 前記駆動部は、円錐台であり、前記少なくとも2つのフォロワーは、前記円錐台に対応するくさび形ブロックであり、前記アジャスターは、前記アジャスターの回転により、前記円錐台が垂直に移動し、前記少なくとも2つのフォロワーと、前記少なくとも2つのアーク磁石とを前記中央部円筒形磁石の中心軸に対して半径方向に同期移動させるように前記ベース上に配置されている、請求項5に記載の磁気式重力補償装置。
9. 前記駆動部は、中心突起を有する円筒形ベースであってもよく、前記少なくとも2つのフォロワーは、可動ヒンジによって前記駆動部に接続されたスライドブロックであり、前記アジャスターは、調整ナットと、調整ナットと係合するスクリューロッドを備え、前記スクリューロッドは、前記円筒形ベースの内部に配置され、その端部が前記可動ヒンジと前記ベースとにそれぞれ接続されている、請求項5に記載の磁気式重力補償装置。
10. 前記中央部円筒形磁石は、6または8個のアーク磁石からなる、請求項1に記載の磁気式重力補償装置。
11. 前記中央部円筒形磁石は、その中心軸に沿って磁化されている、請求項1に記載の磁気式重力補償装置。
12. 前記少なくとも2つのアーク磁石、前記内側磁石リング及び前記外側磁石リングのそれぞれは、NdFeBからなる、請求項2に記載の磁気式重力補償装置。

Images