JP2023171474A - 位置決めデバイス、剛性低減デバイス及び電子ビーム装置 - Google Patents

位置決めデバイス、剛性低減デバイス及び電子ビーム装置 Download PDF

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Frans Janus Kremers Maarten
マリア レッカーズ，エリック
Maria Rekkers Erik
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Abstract

【課題】位置決めデバイスのステージの移動方向における有効剛性が低減されたバランスマスを有する位置決めデバイスを提供する。【解決手段】本発明は、オブジェクトを変位させるように構成された位置決めデバイスであって、オブジェクトを支持するためのステージと、ステージを基準に対して移動方向に移動させるためのアクチュエータと、アクチュエータと基準の間に配置されて、アクチュエータから基準への反力の伝達を低減するためのバランスマスと、基準とバランスマスの間に配置されて、バランスマスを支持するための支持デバイスと、基準とバランスマスの間に作用して、バランスマスに持ち上げ力を与えて、支持デバイスによりバランスマスを支持するために提供される重力支持力を低減するための重力補償器と、を備えた位置決めデバイスを提供する。【選択図】図７ａ

Description

関連出願の相互参照
[0001] この出願は、２０１８年１２月２１日出願の欧州出願１８２１５１６１．３の優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[0002] 本開示は、位置決めデバイス、剛性低減デバイス、及び電子ビーム（ｅビーム）装置に関する。
[0003] 処理ツール、例えばｅビーム検査ツールの内部で、オブジェクト、例えば基板を位置決めするのに位置決めデバイスが使用されることがある。ある実施形態では、位置決めデバイスは、オブジェクトを支持するための可動ステージを備える。ステージ及びステージに支持されたオブジェクトを、例えば基準に対して水平移動方向に移動させるためにアクチュエータが設けられることがある。基準とアクチュエータの間にバランスマス（balance mass）が配置されることがある。このようなバランスマスは、アクチュエータから基準への反力の伝達を低減するために設けられることがある。バランスマスは、バランスマスと基準の間に配置される支持デバイスを使用して基準に支持されることがある。
[0004] バランスマスは、典型的にはステージの移動とは反対の移動方向に移動する。これは、ステージが例えば水平方向に沿って正の方向に移動するとき、バランスマスは、同じ水平方向の負の方向に移動することになることを意味する。さらに、バランスマスは、典型的にはステージの重量よりもかなり重い重量を有し、例えば５：１の重量比が適用されることがある。この重量差の結果として、バランスマスとステージの移動方向の変位量の間に逆の比率が生じ、依然として基準への反力の伝達を低減しながら、ステージに比べてバランスマスの変位量が小さくなる。例えば、バランスマスとステージの重量比が５：１であれば、移動方向の変位量比は１：５になる。
[0005] バランスマスを支持するための支持デバイスは、基準とバランスマスの間に配置された複数の板バネを備えることがある。バランスマスの通常の動作中、板バネは、重力に打ち勝つためにバランスマスを垂直方向に支持するのに十分な垂直方向の剛性を提供する。板バネはさらに、板バネの剛性によりもたらされる、バランスマスの移動方向における板バネの外乱効果を減少させるために、ステージの水平移動方向に比較的低い剛性を有するように設計される。しかしながら、実際には、この移動方向の比較的低い剛性は、依然として位置決めデバイスの性能に悪影響を及ぼす剛性値を有する可能性がある。
[0006] さらに、板バネの達成可能なストロークは、位置決めデバイスの通常動作中に生じる板バネの材料のストレスや疲労に起因して制限されることがある。このストレスや疲労はバランスマスの重量を減らすことによって軽減されることがあるが、このようにバランスマスの重量を減らすことで、ステージの移動に追従するために、より大きなストロークがバランスマスに必要になる。ストロークが大きくなると、本質的にストレスが高くなり、潜在的な疲労問題を引き起こす可能性がある。
[0007] 本発明の目的は、位置決めデバイスのステージの移動方向における有効剛性が低減されたバランスマスを有する位置決めデバイスを提供することである。
[0008] ある実施形態では、オブジェクトを変位させるように構成された位置決めデバイスであって、
オブジェクトを支持するためのステージと、
ステージを基準に対して移動方向に移動させるためのアクチュエータと、
アクチュエータと基準の間に配置されて、アクチュエータから基準への反力の伝達を低減するためのバランスマスと、
基準とバランスマスの間に配置されて、バランスマスを支持するための支持デバイスと、 基準とバランスマスの間に作用して、バランスマスに持ち上げ力を与えて、支持デバイスによりバランスマスを支持するために提供される重力支持力を低減するための重力補償器と、
を備えた位置決めデバイスが提供される。
[0009] 本発明のある態様によれば、オブジェクトを変位させるように構成された位置決めデバイスであって、
オブジェクトを支持するためのステージと、
ステージを基準に対して移動方向に移動させるためのアクチュエータと、
アクチュエータと基準の間に配置されて、アクチュエータから基準への反力の伝達を低減するためのバランスマスと、
基準とバランスマスの間に配置され、移動方向の第１の剛性を有する支持デバイスと、 基準とバランスマスの間に作用し、移動方向の第２の剛性を提供する剛性低減デバイスであって、第２の剛性が第１の剛性に少なくとも部分的に対抗する負の剛性である剛性低減デバイスと、
を備えた位置決めデバイスが提供される。
[0010] 別の実施形態では、バランスマスと基準の間に配置された支持デバイスの第１の剛性を低減して、バランスマスと基準の間の移動方向の移動を可能にするための剛性低減デバイスであって、剛性低減デバイスが、移動方向の第２の剛性を提供し、第２の剛性が、第１の剛性に少なくとも部分的に対抗する負の剛性である剛性低減デバイスが提供される。
[0011] ある実施形態では、請求項１から３２のいずれかに記載の位置決めデバイスを備えたＥビーム装置であって、位置決めデバイスが、オブジェクトを電子光学系により生成されたｅビームに対して変位させるように構成されたＥビーム装置が提供される。
[0012] ある実施形態では、真空チャンバと、請求項１から３２のいずれかに記載の位置決めデバイスと、を備えた装置であって、位置決めデバイスが真空チャンバに配置された装置が提供される。
[0013] 本発明は、類似の参照番号が類似の構造要素を表す、添付の図面と併せて、以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。
[0014] 図１Ａ及び図１Ｂは、本発明のある実施形態に係るｅビーム検査ツールの概略図である。 [0015] 本発明のある実施形態に適用可能な電子光学系の概略図である。 [0015] 本発明のある実施形態に適用可能な電子光学系の概略図である。 [0016] 既知の位置決めデバイスの実施形態を概略的に示す。 [0017] 本発明のある態様に係る位置決めデバイスの第１の実施形態を概略的に示す。 [0018] 本発明のある態様に係る磁気重力補償器の実施形態の磁気アセンブリを概略的に示す。 [0019] 図６の磁気重力補償器を組み込んだ、本発明のある態様に係る位置決めデバイスの第２の実施形態を概略的に示す。 [0020] 本発明のある態様に係る位置決めデバイスの第２の実施形態の変形形態を概略的に示す。 [0021] 磁気シールドのある実施形態を概略的に示す。 [0022] 本発明のある態様に係る位置決めデバイスの第３の実施形態を概略的に示す。 [0023] 図８の位置決めデバイスの剛性低減デバイスの断面の上面図を概略的に示す。 [0024] 図８の位置決めデバイスの剛性低減デバイスの断面の上面図を概略的に示す。 [0025] 図８の実施形態の板バネ及び剛性低減デバイスの剛性プロファイルを概略的に示す。 [0026] 本発明のある態様に係る位置決めデバイスの第４の実施形態を概略的に示す。 [0027] 図１２の位置決めデバイスの剛性低減デバイス及び磁気重力補償器の上面図を概略的に示す。 [0028] 本発明のある態様に係る位置決めデバイスの第４の実施形態を概略的に示す。 [0029] 図１４の磁気重力補償器の実施形態の詳細を概略的に示す。 [0030] 図１４の磁気重力補償器の代替的な実施形態の詳細を概略的に示す。
[0031] 本発明は、様々な変形及び代替的な形態をとりうるが、その具体的な実施形態は、図面に例として示され、本明細書に詳細に記載されることがある。図面は縮尺どおりではない場合がある。しかしながら、図面及びその詳細な説明は、本発明を開示された特定の形態に限定することを意図するものではなく、むしろ、添付の請求項により規定される本発明の趣旨及び範囲に含まれる全ての変形、均等物及び代替物をカバーすることを意図していることが理解されるべきである。
[0032] これより、本発明の様々な例示的な実施形態について、本発明の一部の例示的な実施形態が示されている添付図面を参照し、さらに充分に説明する。本明細書に開示する具体的な構造的及び機能的詳細は、本発明の例示的な実施形態を説明するための典型例に過ぎない。しかしながら、本発明は多くの代替形式で実施されてよく、本明細書に記載の実施形態のみに限定されるものと解釈すべきではない。
[0033] したがって、本発明の例示的な実施形態は、様々な変更及び代替形態が可能であるが、その実施形態は例として図面に示され、本明細書で詳細に説明される。しかしながら、本発明の例示的な実施形態を開示された特定の形態に限定する意図はなく、むしろ、本発明の例示的な実施形態は、本発明の範囲に含まれる全ての変形、均等物、及び代替物をカバーするものであることが理解されるべきである。図の記載全体を通して、同様の番号が同様の要素を示す。
[0034] 本明細書で使用される「試料」という用語は、概して関心欠陥（ＤＯＩ）が位置し得るウェーハ又は任意の他の試料を指す。「試料」及び「サンプル」という用語は本明細書では交換可能に使用されているが、ウェーハについての本明細書中で説明される実施形態は、任意の他の試料（例えば、レチクル、マスク、又はフォトマスク）のために構成及び／又は使用されることがあることを理解されたい。
[0035] 本明細書で使用される「ウェーハ」という用語は、概して半導体又は非半導体材料で形成された基板を指す。そのような半導体又は非半導体材料の例としては、限定されるものではないが、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム、及びリン化インジウムが挙げられる。そのような基板は、一般的に半導体製造設備内で見られる、及び／又は処理されることがある。
[0036] 本発明では、「軸方向の」は、「装置、コラム又はレンズなどのデバイスの光軸方向の」を意味し、一方「半径方向の」は、「光軸に対して垂直な方向の」を意味する。光軸は通常、カソードが始点で試料が終点である。光軸は常に全ての図面中のｚ軸を指す。
[0037] クロスオーバーという用語は、電子ビームが集束される点を指す。
[0038] 仮想光源という用語は、カソードから放出された電子ビームを「仮想」光源まで遡れることを意味する。
[0039] 本発明に係る検査ツールは、荷電粒子源、特にＳＥＭ、ｅビーム検査ツール、又はＥビーム直接描画装置（E-Beam Direct Writer）（さらにＥＢＤＷとも呼ばれる）に適用可能なｅビーム源に関連する。ｅビーム源は、この技術分野ではｅ銃又は電子銃と呼ばれることもある。
[0040] 図面について、図は正確な縮尺率ではないことに留意されたい。特に、図の一部の要素のスケールは大いに誇張され、その要素の特徴を強調する場合がある。例えば、層及び領域の厚さは明確さのため誇張されることがある。図は同じ縮尺率ではないことにも留意されたい。２つ以上の図に示される、同様に構成され得る要素は、同じ参照番号を使用して示されている。
[0041] 図面において、各コンポーネントの及び全てのコンポーネント間の相対的な寸法は、明確さのため誇張されることがある。以下の図面の記載内で、同一又は同様の参照番号は同一又は同様のコンポーネント又はエンティティを指し、個々の実施形態に関する相違点のみが記載される。
[0042] 図１Ａ及び図１Ｂは、本発明のある実施形態に係る電子ビーム（ｅビーム）検査（electron beam (e-beam) inspection）（さらにＥＢＩとも呼ばれる）システム１００の上面図及び断面図を概略的に示している。示されている実施形態は、筐体１１０と、検査対象のオブジェクトを受け取り、検査済みのオブジェクトを出力するためのインターフェイスとしての役割を果たす１対のロードポート１２０と、を備える。示されている実施形態はさらに、オブジェクトを取り扱う及び／又はロードポートとの間で輸送するように構成された、機器フロントエンドモジュール（equipment front end module）１３０（さらにＥＦＥＭとも呼ばれる）として示されたオブジェクト搬送システムを備える。示されている実施形態では、ＥＦＥＭ１３０は、ロードポート間でオブジェクトを輸送するように構成されたハンドラロボット１４０と、ＥＢＩシステム１００のロードロック１５０と、を備える。ロードロック１５０は、筐体１１０の外側及びＥＦＥＭ内に生じる大気条件と、ＥＢＩシステム１００の真空チャンバ１６０内に生じる真空条件と、の間のインターフェイスである。示されている実施形態では、真空チャンバ１６０は、ｅビームを検査対象のオブジェクト、例えば半導体基板又はウェーハに投影するように構成された電子光学系１７０を備える。ＥＢＩシステム１００はさらに、オブジェクト１９０を電子光学系１７０により生成されたｅビームに対して変位させるように構成される位置決めデバイス１８０を備える。
[0043] ある実施形態では、位置決めデバイスは、通常動作中にオブジェクトの実質的に水平な面における位置決めを行うためのＸＹステージや、通常動作中にオブジェクトの垂直方向の位置決めを行うためのＺステージなどの複数のポジショナのカスケード接続された構成を含むことがある。
[0044] ある実施形態では、位置決めデバイスは、オブジェクトの比較的長い距離の粗動位置決めを行うように構成された粗動ポジショナと、オブジェクトの比較的短い距離の微動位置決めを行うように構成された微動ポジショナと、の組み合わせを含むことがある。
[0045] ある実施形態では、位置決めデバイス１８０はさらに、ＥＢＩシステム１００により行われる検査プロセス中にオブジェクトを保持するためのオブジェクトテーブルを備える。このような実施形態では、オブジェクト１９０は、静電クランプなどのクランプを用いてオブジェクトテーブルにクランプされることがある。このようなクランプは、オブジェクトテーブルに一体化されることがある。
[0046] 本発明によれば、位置決めデバイス１８０は、オブジェクトテーブルを位置決めするための第１のポジショナと、第１のポジショナ及びオブジェクトテーブルを位置決めするための第２のポジショナと、を備える。
[0047] 図２は、本発明に係るｅビーム検査ツール又はシステムに適用可能な電子光学系２００のある実施形態を概略的に示している。電子光学系２００は、電子銃２１０とも呼ばれるｅビーム源と、結像システム２４０と、を備える。
[0048] 電子銃２１０は、電子源２１２と、サプレッサ２１４と、アノード２１６と、１セットのアパーチャ２１８と、コンデンサ２２０と、を備える。電子源２１２は、例えばショットキーエミッタであることがある。より具体的には、電子源２１２は、セラミック基板と、２つの電極と、タングステンフィラメントと、タングステンピンと、を備える。２つの電極はセラミック基板と平行に固定され、２つの電極の反対側はタングステンフィラメントの２つの端部にそれぞれ接続される。タングステンをわずかに屈曲させてタングステンピンを配置するための先端を形成する。次に、ＺｒＯ２をタングステンピンの表面に塗布し、溶融してタングステンピンを覆う一方、タングステンピンの先端を覆わないように１３００℃まで加熱する。溶融したＺｒＯ２は、タングステンの仕事関数を低下させ、放出された電子のエネルギーバリアを減少させ、結果として電子ビーム２０２のより効率的な放出を可能にする。次に、サプレッサ２１４に負電圧を印加することによって電子ビーム２０２が抑制される。これにより、大きい広がり角を有する電子ビームは一次電子ビーム２０２に抑制され、その結果、電子ビーム２０２の輝度が高められる。アノード２１６の正電荷によって、電子ビーム２０２を抽出することができ、次に電子ビーム２０２のクーロン強制力が、アパーチャの外側の不要な電子ビームを除去するための異なるアパーチャサイズを有する調節可能なアパーチャ２１８を使用することによって制御されることがある。電子ビーム２０２を集光するために、拡大も行うコンデンサ２２０を電子ビーム２０２に適用する。図２に示すコンデンサ２２０は、例えば電子ビーム２０２を集光可能な静電レンズであることがある。一方、コンデンサ２２０は磁気レンズであってもよい。
[0049] 図３に示す結像システム２４０は、ブランカ２４８と、１セットのアパーチャ２４２と、検出器２４４と、４セットの偏向器２５０、２５２、２５４、及び２５６と、１対のコイル２６２と、ヨーク２６０と、フィルタ２４６と、電極２７０と、を備える。電極２７０は、電子ビーム２０２を遅延及び偏向させるのに使用されるとともに、上方磁極片とサンプル３００との組み合わせによる静電レンズ機能をさらに有する。さらに、コイル２６２及びヨーク２６０は磁気対物レンズを構成する。
[0050] 比較的安定した電子ビーム２０２を生成するために、通常、電子源は比較的長い時間加熱される。この安定化期間中に電子が何らのサンプルに衝突するのを回避するために、ブランカ２４８を電子ビーム２０２に適用して、電子ビーム２０２をサンプルから離れるように一時的に偏向させる。
[0051] 偏向器２５０及び２５６は、比較的大きい視野を得るために電子ビーム２０２を走査するために適用され、偏向器２５２及び２５４は、比較的小さい視野を得るために電子ビーム２０２を走査するのに使用される。全ての偏向器２５０、２５２、２５４、及び２５６は、電子ビーム２０２の走査方向を制御することがある。偏向器２５０、２５２、２５４、及び２５６は、静電偏向器又は磁気偏向器であることがある。通常動作中、ヨーク２６０の開口部はサンプル３００の方を向き、磁界をサンプル３００に浸透させる。
[0052] サンプル３００に電子ビーム２０２を照明することによって、サンプル３００の表面から二次電子が放出される。二次電子はフィルタ２４６によって検出器２４４に向けられることがある。
[0053] 図４は、位置決めデバイス１８０のある実施形態を概略的に示している。この位置決めデバイス１８０は、オブジェクト１９０、例えば基板又はウェーハを支持するように構成されたステージ１８１を備える。ステージ１８１、それと共にオブジェクト１９０を、基準１０に対して水平移動方向ｙに移動させるためにアクチュエータ１８２が設けられる。
[0054] ステージ１８１は、リニア又は平面ベアリング１８５、例えば、永久磁石や電磁石を備えた磁気ベアリング、エアベアリング又はローラベアリングによって支持される。平面ベアリング１８５は、移動方向ｙの剛性がないか又は比較的非常に低い状態で、ステージ１８１を垂直方向（ｚ方向）に支持する。
[0055] アクチュエータ１８２から基準１０への反力の伝達を低減するために、アクチュエータ１８２と基準１０の間にバランスマス１８３が配置される。基準１０は、例えば、ｅビーム検査ツール１００のベースフレーム又はメトロロジフレームなどのフレームである。
[0056] ステージ１８１がアクチュエータ１８２により作動されてステージ１８１を正のｙ方向に（例えば、図４中の右方に）移動させるとき、バランスマス１８３は、アクチュエータ１８２の反力によって、負のｙ方向に（例えば、図４中の左方に）移動することになる。典型的には、バランスマス１８３の重量はステージ１８１の重量よりかなり大きく、例えば重量比が５：１である。この重量差の結果として、バランスマス１８３の負のｙ方向の変位量は、ステージ１８１の正のｙ方向の変位量よりかなり小さくなる。例えば、バランスマス１８３の重量とステージ１８１の重量の重量比が５：１であれば、バランスマス１８３の変位量とステージ１８１の変位量の変位量比は１：５になる。
[0057] バランスマス１８３は、基準１０とバランスマス１８３の間の複数の板バネ１８４を備えた支持システムによって支持される。複数の板バネ１８４は、バランスマス５０を垂直ｚ方向に支持するように構築された弾性誘導デバイスである。すなわち、複数の板バネ１８４は、バランスマス１８３にかかる重力に対抗するための重力支持力を提供する。板バネ１８４は、通常動作中の垂直ｚ方向の持ち上げ力を提供するために、垂直方向の適切な剛性を有する。
[0058] 板バネ１８４は、バランスマス１８３の移動方向ｙへの移動に対応するために、バランスマス１８３の移動方向ｙへの変位を許容しなくてはならない。板バネ１８４はさらに、バランスマス１８の移動方向ｙの比較的低い剛性を有するように設計される。この板バネ１８４の水平移動方向の比較的低い剛性は、アクチュエータ１８２の移動方向への最小反力を基準１０に伝達するために提供される。しかしながら、バランスマス１８３の重量を支えるために、板バネ１８４は、バランスマス１８３を安定的に支持するためにある程度の移動方向ｙの剛性を有していなければならない。
[0059] 移動方向ｙの変位量を乗じたｙ方向の剛性は、バランスマス１８３に静的外乱力をもたらす。必要な場合に、バランスマス１８３を可動範囲内のある位置に保つために、具体的には、バランスマス１８３が、このような板バネ１８４の静的外乱力の結果として中心位置に戻らないようにするために、バランスマスアクチュエータ７０が設けられることがある。バランスマスアクチュエータ７０は、典型的には、バランスマス１８３の移動方向ｙの剛性を有しないか又は剛性が非常に低いアクチュエータ、例えばローレンツアクチュエータである。
[0060] 板バネ１８４のｙ方向の剛性は、バランスマス１８３の重量を減らす場合に低下することがある。しかしながら、このようなバランスマス１８３の重量の減少により、ステージ１８１の変位に反応したより大きい変位が必要になる。これによって、ストロークが大きくなることで、同様に板バネ１８４に高いストレスや潜在的な疲労がもたらされることになる。
[0061] したがって、バランスマス１８３の重量を減らす必要なく、バランスマス１８３の移動方向におけるバランスマス１８３の支持デバイスの有効剛性を低減させたいという要求がある。
[0062] 図５は、本発明のある態様に係る位置決めデバイス１８０の第１の実施形態を示している。図５の位置決めデバイス１８０では、２つの重力補償器２０が設けられる。重力補償器２０は、板バネ１８４により支持する必要があるバランスマス１８３の重量を減らすように構成される。図５の位置決めデバイス１８０の重力補償器２０は、基準１０とバランスマス１８３の間に配置されたバネ２１を備えた機械的重力補償器２０である。バネ２１は垂直方向に伸びる。バネ２１のそれぞれの上端は、ヒンジ２２において基準１０、具体的には、基準１０のバランスマス１８３より高い位置に位置する部分に接続される。バネ２１のそれぞれの下端は、ヒンジ２３においてバランスマス１８３に接続される。バネ２１は、バランスマス１８３を垂直上方向に、すなわち正のｚ方向に引っ張るようにあらかじめ張力がかけられている。バネ２１により及ぼされた垂直上方向の引張力により、バランスマスに持ち上げ力が与えられ、その結果、バランスマス１８３の全体的な質量を維持しながら、板バネ１８４により支える必要があるバランスマス１８３の重量が大幅に減少する。
[0063] 結果として、バランスマス１８３を安定的に支持するために最低限必要な板バネ１８４の垂直剛性は、図４の実施形態において必要とされる垂直剛性よりも大幅に低くなり、したがって、板バネ１８４は、垂直方向のより低い剛性を提供するように設計されることがある。その結果、バランスマス１８３の移動方向ｙにおける板バネ１８４の剛性も低くなることがある。このようにバランスマス１８３の移動方向における板バネ１８４の剛性が低くなると、ステージ１８１の作動に反応したバランスマス１８３の移動がより自在になり、アクチュエータ１８２から基準１０への反力の伝達が少なくなる。バランスマス１８３の重量が図４の実施形態と同じであり得るため、ステージ１８１の移動に追従するための最大変位量を大きくする必要はない。
[0064] ヒンジ２２、２３の使用によって、バネ２１の水平剛性は実質的にゼロになる。バネ２１の長さはまた比較的長い。したがって、バネ２１は、バランスマス１８３の可動範囲内において実質的な水平剛性を導入しない。
[0065] バネ２１の結合体により提供される持ち上げ力は、バランスマス１８３の重量から生じる重力と実質的に同じであり得るため、バランスマス１８３の重量は主にバネ２１によって支持される。しかしながら、バネ２１の持ち上げ力は、バランスマス１８３にかかる重力と全く同じである必要はない。なぜなら、バランスマス１８３にかかる重力とバネ２１により提供される持ち上げ力の差である剰余力は、板バネ１８４により与えられる重力支持力によって打ち消されることがあるためである。ただし、この剰余力はバランスマス１８３にかかる重力よりもかなり低くなる。
[0066] 例えば、バネ２１の結合体により提供される持ち上げ力がバランスマス１８３にかかる重力の９０％～１１０％である場合、重力の最大１０％が板バネ１８４によって吸収されるだけでよい。板バネ１８４により吸収されるこの力は、バネ２１がバランスマス１８３にかかる重力の１００％よりも小さい持ち上げ力を提供する場合は上向きの力であることがあり、バネ２１がバランスマス１８３にかかる重力の１００％よりも大きい持ち上げ力を提供する場合は下向きの力であることがある。
[0067] ある実施形態では、複数の板バネ１８４が結合して提供しなければならない最大押圧／引張力は、バランスマス１８３の重量によりバランスマス１８３にかかる重力の０．５倍未満、例えば、バランスマス１８３の重量によりバランスマス１８３にかかる重力の０．０８～０．２倍など、バランスマス１８３の重量によりバランスマス１８３にかかる重力の０．０５～０．４倍の範囲にある。
[0068] 代替的な実施形態では、バランスマス１８３に持ち上げ力を提供するのに他のタイプの機械的重力補償器が使用されることがある。例えば、図５の実施形態では、バランスマス１８３に持ち上げ力を提供するためにバランスマス１８３を上方に引っ張るバネ２１が設けられる。代替的に、バランスマス１８３に持ち上げ力を提供するためにバランスマス１８３を上方に押圧するバネ又はその他の機械的重力補償器が設けられることもある。
[0069] 図６は、磁気重力補償器の一部として使用され得る磁気アセンブリ３０の実施形態を示している。磁気アセンブリ３０は、隣り合って配置された３つの下方永久磁石３１と３つの上方永久磁石３２とを含む。各上方永久磁石３２は、下方永久磁石３１の１つの上に配置される。下方永久磁石３１及び上方永久磁石３２の隣接する磁石は、垂直方向、すなわちｚ方向に反対の磁化を有する。磁気アセンブリ３０の個々の磁石３１、３２の磁化方向は、図６の個々の磁石３１、３２の矢印によって示される。
[0070] 図７ａは、それぞれが図６に示す磁気アセンブリ３０を備えた、位置決めデバイス１８０用の２つの磁気重力補償器３５を示している。磁気重力補償器３５は、基準１０に装着された下方永久磁石３１と、バランスマス１８３に装着された上方永久磁石３２と、をそれぞれ備える。上方永久磁石３２とバランスマス１８３の間に、磁気重力補償器３５の磁界を位置決めデバイス１８０内の他の磁界、例えばアクチュエータ１８２の磁界から遮蔽するための磁気シールド３７が設けられる。磁気シールド３７はまた、電子光学系２００の電子ビーム２０２（図２参照）などの他の要素から磁気重力補償器３５の磁界を少なくとも部分的に遮蔽するのに使用されることがある。必要に応じて、磁気重力補償器を他の磁界から遮蔽したり、この逆を行ったりするための別の磁気シールドが設けられることがある。磁気シールドは、ステージ１８１、バランスマス１８３、基準１０、又はその他の任意の適切な場所に装着されることがある。
[0071] 周囲空間、特に磁界に敏感な領域（例えば、動きが磁界に敏感な電子ビームが照射されるオブジェクト１９０の上又は周りの領域、電子光学系１７０の周りの領域、電子ビームが通過する電子光学系１７０とオブジェクト１９０の間の領域）に磁界が漏れるのを防ぐ又は減らすために、重力補償器及び／又はあらゆる磁気コンポーネント（例えば、アクチュエータ１８２、バランスマスアクチュエータ７０）により生成される磁界を遮蔽するためのさらに別の磁気シールドが設けられることがある。図７ｂは、このようなさらに別の磁気シールド３８の実施形態を示している。さらに別の磁気シールド３８は、バランスマス１８３の中／上に配置される、重力補償器３５の永久磁石３１、３２、及び／又はアクチュエータ１８２及びバランスマスアクチュエータ７０の永久磁石１８２．１、７０．１を取り囲む。さらに別の磁気シールド３８は、バランスマス１８３の移動を可能にするのに必要なスリット及び／又は開口部を備えることがある（例えば、さらに別の磁気シールド３８のスリット又は開口部は、バランスマス１８３の動き及び板バネ１８４の変形を可能にするために板バネ１８４の周りに配置されることがある）。さらに別の磁気シールド３８の材料は、材料がさらに別の磁気シールド３８内の磁束密度レベル（＝さらに別の磁気シールド３８の位置における磁束密度レベル）で高い比透磁率を有するように選ばれることがある。さらに別の磁気シールド３８は、さらに別の磁気シールドの透磁率が高い場合により多くの磁界を遮断する。さらに別の磁気シールド３８内の磁束密度レベルに依存して、異なる材料及び／又は材料の組成が用いられることがある。ある実施形態では、材料は鉄－ニッケル合金であることがある。このようなさらに別の磁気シールドを設けるという同じ概念が、重力補償器３５がバランスマスの下方に配置される図７ａの構成などの他の構成に適用可能であることは当業者にとって明らかなはずである。
[0072] さらに別の磁気シールド３８は、１つ以上の磁気シールドを含むことがある。ある実施形態では、さらに別の磁気３８は、内側磁気シールド３８．１及び外側磁気シールド３８．２を備える。内側磁気シールド３８．１は、バランスマス１８３の中／上に配置される、重力補償器３５の永久磁石３１、３２、及び／又はアクチュエータ１８２及びバランスマスアクチュエータ７０の永久磁石１８２．１、７０．１を取り囲む。外側磁気シールド３８．２は、ギャップ３８．３を介して内側磁気シールド３８．１を取り囲む（図７ｃ）。永久磁石３１、３２、１８２．１、７０．１の磁界の大部分は、内側磁気シールド３８．１ｅ３８．１によって内側磁気シールド３８．１の外側に向かって遮蔽される。次に、ギャップ３８．３（例えば、本明細書の実施形態における真空、又は別の可能性のある実施形態における空気）の高い抵抗率によって、漏れた磁界は外側磁気シールド３８．２に引き付けられ、その結果、外側磁気シールド３８．２によって遮蔽される。ギャップ３８．３はまた、非強磁性材料、比透磁率が低い（例えば、内側及び外側磁気シールド３８．１、３８．２の透磁率よりも低い）材料、又は比透磁率が１に近い又は実質的に等しい材料によって占められることがある。内側及び外側磁気シールド３８．１、３８．２に異なる材料が選ばれることがある。内側又は外側磁気シールド３８．１、３８．２用の材料は、材料がそれぞれ内側又は外側磁気シールド３８．１、３８．２の位置の磁束密度レベルで高い比透磁率を有するように選ばれることがある。内側シールド３８．１用の材料は、内側磁気シールド３８．１内の磁束密度レベル（＝内側磁気シールド３８．１の位置における磁束密度）で高い比透磁率を有する材料が選ばれることがある。外側磁気シールド３８．２用の材料は、内側磁気シールド３８．１用の材料とは異なる材料が選ばれることがある。外側磁気シールド３８．２用の材料は、外側磁気シールド３８．２内の磁束密度レベル（＝外側磁気シールド３８．２の位置における磁束密度レベル）で高い比透磁率を有する材料が選ばれることがある。内側及び外側磁気シールド３８．１、３８．２の材料は、組成比が異なる同じ合金、例えば、異なる組成比を有する鉄－ニッケル合金であることがある。
[0073] 磁気アセンブリ３０は、下方永久磁石３１と上方永久磁石３２の間の反発力を、この反発力がバランスマス１８３にかかる重力に対抗するためのバランスマス１８３に与えられる持ち上げ力の役割を果たすように及ぼすように設計される。通常動作では、磁気アセンブリ３０は、バランスマス１８３の移動方向ｙを含む水平方向に実質的にいかなる力も及ぼすことなく、バランスマス１８３に垂直方向（ｚ方向）の持ち上げ力を及ぼすように設計される。これにより、磁気アセンブリ３０は、実質的に水平方向の剛性を与えることなく垂直方向の高い（磁気）剛性を提供し得る磁気重力補償器３５の役割を果たす。バランスマス１８３にかかる重力のかなりの部分が磁気重力補償器３５によって支えられ得るため、板バネ１８４は、大幅に低い垂直及び水平剛性を有するように設計されることがある。
[0074] 例えば、磁気重力補償器３５の結合体により与えられる持ち上げ力は、バランスマス１８３にかかる重力の９０％～１１０％であることがある。この場合、重力の最大１０％が板バネ１８４によって吸収されるだけでよい。板バネ１８４により吸収されるこの力は、磁気アセンブリ３０の結合体がバランスマス１８３にかかる重力の１００％よりも小さい持ち上げ力を提供する場合は上向きの力であり、磁気アセンブリ３０の結合体がバランスマス１８３にかかる重力の１００％よりも大きい持ち上げ力を提供する場合は下向きの力であることがある。
[0075] ある実施形態では、複数の板バネ１８４が結合して提供しなければならない最大の力は、バランスマス１８３にかかる重力の０．５倍未満、例えば、バランスマス１８３にかかる重力の０．０８～０．２倍など、バランスマス１８３にかかる重力の０．０５～０．４倍の範囲にあることがある。
[0076] 複数の板バネ１８４のより低い水平剛性のさらなる利点は、バランスマス１８３の中心からずれた位置から生じる外乱力に対抗するためにバランスマスアクチュエータ７０により必要とされ得る作動力もまた実質的に低くなることがあることである。結果として、このようなバランスマスアクチュエータ７０の熱放散もまた実質的に低くなることがある。
[0077] 磁気重力補償器３５の使用によって、その長さに対して大きい相対変位を可能にする板バネを設計することが可能である。例えば、バランスマス１８３の中心位置から移動方向ｙへの最大許容可能変位は、板バネ１８４の有効長の少なくとも０．１５倍、例えば板バネの有効長の０．２倍であることがある。板バネの有効長は、ｙｚ平面で見て、バランスマス１８３に対して固定された板バネのある点と、基準１０に対して固定された板バネのある点と、の間の距離である。
[0078] 以上で説明したように、バランスマス１８３は、アクチュエータ１８２から基準１０への反力の伝達を妨げる又は少なくとも低減するために、ステージ１８１の移動に反応して、ステージ１８１の移動方向とは反対方向に移動するように構築される。バランスマスの移動方向への移動の結果として、上方永久磁石３２は、下方永久磁石３１に対して移動方向（ｙ方向）の異なる水平位置に位置付けられることがある。下方永久磁石３２の移動方向ｙの長さは、図７ａに示した実施形態の磁気重力補償器３５が、バランスマス１８３の可動範囲内において、基準１０の位置に対するバランスマス１８３の水平位置に実質的に依存せずにバランスマス１８３に持ち上げ力を及ぼすように、上方永久磁石の移動方向ｙの長さよりも大きい。磁気重力補償器３５により提供される持ち上げ力は、例えば、バランスマス１８３の可動範囲内において、持ち上げ力が２０パーセントの最大偏差、例えば１０パーセントの最大偏差を有するときの、基準１０に対するバランスマス１８３のｙ方向の位置に実質的に依存しないと見なされることがある。
[0079] ある実施形態では、移動方向に対して垂直な水平方向、この例ではｘ方向に、バランスマス１８３のある程度の変位があることがある。この場合、図７ａに示した実施形態の磁気重力補償器３５はまた、この方向の可動範囲内において、移動方向に対して垂直な水平方向（ｘ方向）の基準１０の位置に対するバランスマス１８３の水平位置に実質的に依存せずに、バランスマス１８３に持ち上げ力を及ぼすように設計されることがある。磁気重力補償器３５により提供される持ち上げ力は、例えば、バランスマス１８３のｘ方向の可動範囲内において、持ち上げ力が２０パーセントの最大偏差、例えば１０パーセントの最大偏差を有するときの、基準１０に対するバランスマス１８３のｘ方向の位置に実質的に依存しないと見なされることがある。
[0080] 例えば、図７ａの位置決めデバイス１８０は、磁気重力補償器３５の効果が磁力に基づくため、真空環境４０、例えば内部の圧力が比較的低い真空チャンバに配置されることがある。
[0081] 図７ａの磁気重力補償器３５は、バランスマス１８３に、バランスマス１８３を上方に押圧する反発力を及ぼすように設計される。代替的な実施形態では、バランスマスを上方に引っ張るための引力をバランスマスに及ぼすために、１つ以上の磁気重力補償器が設けられることがある。このような実施形態では、磁気重力補償器３５は、例えば図５に示すヒンジ２２、２３及びバネ２１に取って代わることがある。
[0082] 図８は、本発明のある態様に係る別の実施形態による位置決めデバイス１８０を開示している。位置決めデバイスは、ステージ１８１と、アクチュエータ１８２と、板バネ１８４により基準１０に支持されるバランスマス１８３と、を備える。図４の位置決めデバイスについて説明したように、バランスマス１８３の重量は、バランスマス１８３にかかる重力に対抗するための持ち上げ力をバランスマス１８３に及ぼすために、板バネ１８４が垂直方向の最小剛性を有することを要求する。バランスマス１８３の重量とステージ１８１の重量の重量比、及びステージ１８１の所望の変位量は、板バネ１８４が可能にしなければならないバランスマス１８３と基準１０の間の最大変位を決定する。板バネ１８４の設計は、垂直方向及び水平方向の最小剛性を有するように最適化される。以上で説明したように、板バネ１８４は、バランスマス１８３を安定的に支えるために、バランスマス１８３の水平移動方向（ｙ方向）のある程度の剛性も必要とするであろう。この板バネ１８４の水平移動方向（ｙ方向）の剛性は通常、バランスマス１８３が中心位置から移動したときに、バランスマス１８３をバランスマス１８３の中心位置に押し戻す力をもたらすことになる。
[0083] 図８に示した実施形態では、基準１０とバランスマス１８３の間に作用して、板バネ１８４の水平剛性に対抗するための水平方向の負の剛性を提供する剛性低減デバイス６０が設けられる。
[0084] 剛性低減デバイス６０は、基準１０に装着された永久磁石６１と、バランスマス１８３と接触するプレートサポート６３が装着された、磁性材料又は磁化可能材料のプレート６２と、を備える。代替的な実施形態では、永久磁石は基準１０に装着されることがあり、磁性材料又は磁化可能材料のプレートは、例えばプレートサポートを用いてバランスマス１８３に装着されることがある。
[0085] 図９は、剛性低減デバイス６０の永久磁石６１及びプレート６２の断面の上面図Ａ－Ａを示している。強磁性材料などの磁性材料又は磁化可能材料から作られた板状体であるプレート６２は、永久磁石６１が配置される開口部６４を備える。永久磁石６１は、開口部６４内を移動方向（ｙ方向）、及び移動方向に対して垂直な水平方向（ｘ方向）に移動することができる。開口部６４内における永久磁石６１の可動範囲は、アクチュエータ１８２により作動されたときのステージ１８１の移動の結果であるバランスマス１８３による移動と一致する。
[0086] 図８及び図９では、バランスマス１８３がその可動範囲の中心位置にあり、永久磁石６１も開口部６４の中心位置に配置されている。開口部６４は、この開口部６４内の永久磁石６１の中心位置において、永久磁石６１の磁力とプレート６２の磁力とが移動方向ｙの正及び負の方向で実質的に等しくなるように設計及び配置されている。換言すれば、永久磁石６１とプレート６２の間に作用する磁力は互いに補償し合う。
[0087] 図１０は、プレート６２の開口部６４内の中心位置から（例えば、図１０に示すように正のｙ方向に）移動した後の永久磁石６１を示している。この移動は、バランスマス１８３の中心位置からの移動から生じる。この開口部６４に対する永久磁石６１の非中心位置において、永久磁石６１とプレート６２の間の磁力はもはや互いに補償し合わなくなる。例えば、永久磁石６１の一方の側（例えば、図１０中の右側）において、永久磁石６１とプレート６２の間の距離が短くなり、永久磁石６１とプレート６２の間の引き合う磁力が大きくなり、一方、永久磁石６１の反対側（例えば、図１０中の左側）において、永久磁石６１とプレート６２の間の距離が長くなり、永久磁石６１とプレート６２の間の引き合う磁力が小さくなる。図１０に示した位置における永久磁石６１とプレート６２の間のこのような引き合う磁力の不均衡の結果として、永久磁石６１は、実質的に永久磁石６１とプレート６２の間の磁力によって正のｙ方向に（図１０中の右方に）引っ張られることになる。この永久磁石６１にかかる引張力は、バランスマス１８３を移動方向ｙの反対の負の方向に（図１０中の左方に）開口部６４の永久磁石６１の中心位置に押し戻すことになる板バネ１８４のｙ方向の水平剛性に対抗するのに用いられ得る負の剛性として機能する。
[0088] この実施形態では、剛性低減デバイス６０により提供される負の剛性は、板バネ１８４の剛性に対抗するように構成される。負の剛性は、必ずしも材料の剛性によって生成されるわけではない。
[0089] 板バネ１８４の剛性、及び剛性低減デバイス６０により提供される負の剛性は、バランスマス１８３のサポートの結合剛性を提供する。この結合剛性は、板バネ１８４の水平剛性よりも低い剛性である。結果として、板バネ１８４の水平剛性の外乱効果は大幅に減少することがある。
[0090] 図１１は、板バネ１８４の第１の剛性プロファイルＳＬＳと、剛性低減デバイス６０の第２の剛性プロファイルＳＲＤと、第１の剛性プロファイルＳＬＳ及び第２の剛性プロファイルＳＲＤの剛性を結合した結合剛性プロファイルＣＳＰと、を示している。剛性プロファイルは、中心位置（Ｐｙ＝０）に対する移動方向ｙのバランスマス１８３の位置Ｐｙと、結果として生じるバランスマス１８３に作用する移動方向ｙの力Ｆｙとの関係を示す。結果として生じる力Ｆｙが、Ｆｙがこの文脈において、特に前の段落を考慮して正の値を有する場合は引張力であることは当業者にとって明らかなはずである。ある実施形態では、結合剛性プロファイルＣＳＰは、板バネ１８４の正の剛性と剛性低減デバイス６０の負の剛性との結合が安定したシステムをもたらすように、小さい正の剛性を提供する。
[0091] 板バネ１８４の第１の剛性プロファイルＳＬＳ及び剛性低減デバイス６０の第２の剛性プロファイルＳＲＤは、線形剛性プロファイルである。剛性低減デバイス６０の第２の剛性プロファイルＳＲＤが、所定の結合剛性プロファイルＣＳＰを得るために板バネ１８４の第１の剛性プロファイルＳＬＳに適応されることは明らかであろう。剛性低減デバイス６０の第２の剛性プロファイルＳＲＤは、所望の結合剛性プロファイルＣＳＰを得るために線形又は非線形となるように設計されることがある。剛性低減デバイス６０の第２の剛性プロファイルＳＲＤは、プレート６２の開口部６４の形状及びサイズ、永久磁石６１の形状及びサイズ、及び永久磁石６１の磁化によって決定される。
[0092] 例えば、第１の剛性プロファイルＳＬＳは、非線形剛性プロファイル、例えば、バランスマス１８３の中心位置から次第に増加する剛性を有する剛性プロファイルであることがある。第２の剛性プロファイルＳＲＤは、線形の結合剛性プロファイルＣＳＰを得るための反対方向の対応する非線形剛性プロファイルを提供することがある。別の実施形態では、結合剛性プロファイルＣＳＰは非線形剛性プロファイルであることがある。
[0093] ｘ方向、すなわち、（主）移動方向ｙに対して垂直な水平方向の板バネ１８４の正の剛性に対抗するために、剛性低減デバイス６０はまた、ｘ方向の負の剛性を提供するように構成されることがある。バランスマス１８３が、図８及び図９に示すように、そのｘ方向の可動範囲の中心位置にあるとき、永久磁石６１もまた、開口部６４のｘ方向の中心位置にあることになる。開口部６４は、この開口部６４内の永久磁石６１の中心位置において、永久磁石６１とプレート６２の間のｘ方向の正及び負の方向の磁気引力が同じ又は少なくとも実質的に同じになるように設計及び配置されることがある。換言すれば、永久磁石６１とプレート６２の間にｘ方向に作用する磁力は、永久磁石６１がｘ方向に見て開口部６４の中心位置に配置されるときに互いに補償し合う。
[0094] 開口部６４の永久磁石６１が中心位置からｘ方向に移動するとき、永久磁石６１を中心位置から実質的に引き離すことになる、永久磁石６１とプレート６２の間に作用する磁力間に不均衡が生じることになる。したがって、永久磁石６１が図９に示す中心位置から正のｘ方向に（図１０の上方に）移動するとき、永久磁石６１とプレート６２の間に作用する磁力は共に、永久磁石６１に正のｘ方向の引張力を及ぼすことになる。この永久磁石６１にかかる引張力は、バランスマス１８３をｘ方向の反対方向に（図１０の下側に）開口部６４の永久磁石６１の中心位置に押し戻すことになる、板バネ１８４のｘ方向の水平剛性に対抗する負の剛性として機能する。よって、ｘ方向においても、負の剛性が剛性低減デバイス６０によって提供されることがある。
[0095] 永久磁石６１の形状及びその磁化、並びにプレート６２の形状及びその開口部６４は、所望の負の剛性のプロファイルを提供するように選択される。ある実施形態では、この所望の負の剛性のプロファイルは、バランスマス１８３の寄生移動に適応されることがあり、その結果、寄生移動から生じるｘ方向の水平剛性は、剛性低減デバイス６０によって少なくとも部分的に補償される。
[0096] 剛性低減デバイス６０の設計において、剛性低減デバイス６０により許容される可動範囲、すなわち開口部６４の永久磁石６１の可動範囲は、一方又は両方の水平方向のバランスマス１８３の所望の可動範囲に適応されることになる。
[0097] 図８に示した実施形態では、位置決めデバイス１８０は、真空環境４０、例えば内部の圧力が比較的低い真空チャンバに配置される。剛性低減デバイス６０の効果は磁力に基づいているため、剛性低減デバイス６０は実質的に真空環境４０に適用されることがある。さらに、剛性低減デバイス６０の実施形態はさらに、剛性低減デバイス６０の磁界をその周囲から遮蔽する又は減らすための磁気シールド（図示されていないが、図７ａの磁気シールド３７と同様である）を備えることがある。
[0098] 図８には、バランスマスアクチュエータ７０が示されている。このようなバランスマスアクチュエータ７０は、必要に応じて、特にバランスマス１８３が板バネ１８４の水平剛性の結果としてバランスマス１８３の中心位置に戻らないようにするために、バランスマス１８３を可動範囲内のある位置に保つために設けられることがある。ある実施形態では、バランスマスアクチュエータ７０は、剛性低減デバイスとしての役割も果たすように設計されることがあり、バランスマスアクチュエータは、板バネ１８４の移動方向の剛性から生じる静的外乱力に対抗する作動力を能動的に提供するように構成される。
[0099] 図１２は、磁気重力補償器３５の磁気アセンブリ３０の上方永久磁石３２が、バランスマス１８３の移動方向ｙの水平剛性を減らすための剛性低減デバイスの永久磁石としても使用される、本発明のある態様に係る位置決めデバイス１８０の実施形態を示している。磁気アセンブリ３０は、図６に示した磁気アセンブリに対応する。
[00100] 図１３は、磁気アセンブリ３０の上方永久磁石３２の高さにおける位置決めデバイス１８０の断面Ｂ－Ｂを示している。
[00101] 磁気アセンブリ３０の下方永久磁石３１は基準１０に装着され、上方永久磁石３２はバランスマス１８３に装着される。磁気アセンブリ３０は磁気シールド３７の下方に配置される。下方永久磁石３１は、上方永久磁石３２と、これと共にバランスマス１８３と、に持ち上げ力を及ぼし、使用中に、バランスマス１８３により垂直方向に板バネ１８４に与えられる重力を減少させる。バランスマス１８３の重量のかなりの部分が磁気アセンブリ３０により形成された磁気重力補償器によって支えられることになるため、板バネ１８４は大幅に低減された垂直剛性を有するように設計されることがある。結果として、バランスマス１８３の移動方向ｙにおける板バネ１８４の水平剛性も低減されることがある。これは、板バネ１８４の水平剛性から生じる外乱力を実質的に低下させることになる。同様に、外乱力に対抗するための、アクチュエータ７０により提供される作動力も低くなり、アクチュエータ７０の熱放散の低下をもたらすことがある。
[00102] 板バネ１８４の水平剛性の効果をさらに減らすために、上方永久磁石３２は、プレートサポート６３によって基準１０に装着されるプレート６２の開口部６４に配置されることがある。上方永久磁石３２及びプレート６２は、剛性低減デバイスの役割を果たす。プレート６２の開口部６４は、図１２及び図１３に示すように、（バランスマス１８３に取り付けられた）上方永久磁石３２の中心位置において、上方永久磁石３２とプレート６２の間に有効な磁力が与えられないように設計される。換言すれば、上方永久磁石３２とプレート６２の間に作用する磁力は互いに補償し合う。
[00103] 開口部６４の上方永久磁石３２が中心位置から、例えば正のｙ方向に移動する場合、上方永久磁石３２は、開口部６４の一縁部により近づいて、開口部６４の反対側の縁部からより遠ざかることになる。これによって、上方永久磁石３２の一方の側とプレート６２の縁部の間に作用する磁力と、上方永久磁石３２の反対の側とプレート６２の開口部６４の反対側にあるプレート６２の縁部の間に作用する磁力と、の間に不均衡が生じる。この不均衡は、上方永久磁石３２が、永久磁石３２とプレート６２の間に作用する磁力によって中心位置から、例えば正のｙ方向に開口部６４の近い方の縁部に向かって実質的に引き離されるという結果をもたらすことになる。この上方永久磁石３２にかかる引張力は、バランスマス１８３を移動方向の反対方向に（図１３中の左方に）バランスマス１８３の中心位置に押し戻すことになる、板バネ１８４のｙ方向の水平剛性に少なくとも部分的に対抗する負の剛性として機能する。
[00104] 図８に示された実施形態に対応して、磁気アセンブリ３０の永久磁石３２と、プレート６２、具体的にはプレート６２の開口部６４と、により形成される剛性低減デバイスから生じる剛性プロファイルは、バランスマス１８３の所望の結合剛性プロファイルを生成するために、板バネ１８４の剛性プロファイルに対して適応されることがある。
[00105] 図１４は、本発明のある態様に係る位置決めデバイス１８０の第４の実施形態を概略的に示している。位置決めデバイス１８０は、１つの磁気重力補償器８０を備える。実際には、複数の磁気重力補償器が設けられることがある。磁気重力補償器８０は、サポート８２を用いてバランスマス１８３に装着された、磁化可能材料の第１の要素８１を備える。磁気重力補償器８０はさらに、どちらも（例えば、第１の要素８１の穴を通して、又は図示されていないサポートなどの他の手段によって）基準１０に装着された、磁化可能材料の第２の要素８４に配置された永久磁石８３を備える。第１の要素８１及び第２の要素８４は、永久磁石８３により提供される磁界を誘導するために設けられる。
[00106] 磁気重力補償器８０は、磁石８３が第１の要素８１に引力を与えるように構築される。この磁気重力補償器８０の引力は、バランスマス１８３を上方に引っ張る。これは、重力補償器の他の実施形態について以上で説明したように、板バネ１８４により支えなければならない力を大幅に減らすことができるという利点を有する。結果として、板バネ１８４は、移動方向ｙの外乱力を低下させ、バランスマスアクチュエータ７０の熱放散を低下させるより低い水平剛性を有するように設計することができる。
[00107] この実施形態では、磁気重力補償器８０は、第１の要素８１と、永久磁石８３と第２の要素８４の結合体と、の間の実質的に同じ引付け磁力を維持しながら、移動方向ｙ、及び必要に応じてｘ方向へのバランスマス１８３の移動を可能にするように構築される。
[00108] さらに、磁気重力補償器８０は、バランスマス１８３にかかる重力よりも大きい引付け磁力を第１の要素８１と永久磁石８３の間に提供するように構成される。これは、重力が第１の要素８１と永久磁石８３の間の引付け磁力によって完全に補償され、その結果、例えば疲労により板バネ１８４が故障した場合に、バランスマス１８３が磁気重力補償器８０によって持ち上げられることになるという利点を有する。第１の要素８１と磁石８３の間のギャップが比較的小さいため、板バネ１８３が故障してもバランスマス１８４の上方移動が小さくなるだけで、バランスマス１８４が基準１０に落下する代わりに、第１の要素８１と磁石８３の間のギャップが縮まることになる。磁気重力補償器８０のこの実施形態は、アクチュエータ１８２や、バランスマスアクチュエータ７０や、磁気シールドなどの位置決めデバイス１８０の部品の損傷を防ぐことができる。
[00109] 図１５は、第１の要素８１と、永久磁石８３と、第２の要素８４と、を備えた図１４の位置決めデバイスの詳細を示している。第２の要素８４の第１の要素８１の方を向いている表面にリム８５が設けられる。リム８５は、板バネ１８４が故障した場合に第１の要素８３が永久磁石８３に抗して移動することを防ぐ。リムによって永久磁石８３の損傷を防ぐことができる。代替手段として、バルブなどの他の突出体が、磁石８３を保護するために、第２の要素８４の第１の要素８１の方を向いている表面に設けられることがある。
[00110] 図１６は、板バネ１８４が故障した場合に、第１の要素８１が上方に移動することにより引き起こされ得る損傷から永久磁石８３が保護される、第１の要素８１、永久磁石８３、及び第２の要素８４の代替的な実施形態を示している。この実施形態では、第２の要素８４は、永久磁石８３が配置される窪み８６を備え、窪み８６の深さは、同じ方向の永久磁石８３の高さよりも大きい。結果として、永久磁石８３は窪み８６内に完全に配置される。板バネ１８４の故障後に第１の要素８１が上方に移動するとき、第２の要素８４の窪み８６を取り囲み第１の要素８１の方を向いている表面は、第１の要素８１が永久磁石８３に接触することを防ぐことになる。
[00111] 図１４の実施形態では、第１の要素８１はバランスマス１８３に装着され、永久磁石８３及び第２の要素８４は基準１０に装着される。代替的な実施形態では、第１の要素８１は基準１０に装着されることがあり、永久磁石８３及び第２の要素８４はバランスマス１８３に装着されることがある。さらに、第１の要素８１及び永久磁石８３はまた、第１の要素８１と永久磁石８３の間に、バランスマス１８３に持ち上げ力を与えるのに用いられる反発力を提供するように設計されることがある。
[00112] 以上、バランスマスの移動方向にバランスマスを支持する板バネの剛性の外乱効果が、重力補償器及び／又は剛性低減デバイスによって少なくとも部分的に補償される位置決めデバイスの様々な実施形態を説明した。このような位置決めデバイスは、任意のｅビーム装置、例えば、ｅビーム検査装置、ｅビームリソグラフィ装置、又はｅビームを用いるその他の任意の装置などに適用されることがある。
[00113] 上記の実施形態では、バランスマス１８３は、ステージ１８１の移動に追従するために１つの水平方向に移動することが意図されていた。他の実施形態では、バランスマス１８３は、２つの垂直な水平方向に移動することがある。重力補償器及び／又は剛性低減デバイスは、バランスマスが２つの水平方向の可動範囲で移動することを可能にするように設計されることがある。
[00114] 以上で説明した重力補償器及び／又は剛性低減デバイスは永久磁石を使用する。代替的な実施形態では、磁石はまた、電気エネルギにより磁化され得る電磁石であることがある。
[00115] さらに、上記の実施形態の一部では、永久磁石が基準に装着される一方、磁石と磁気的に協働するカウンタ要素がバランスマスに装着される。代替的な実施形態では、磁石はバランスマスに装着されることがある一方、カウンタ要素は基準に装着されることがある。
[00116] 重力補償器及び／又は剛性低減デバイスはまた、バランスマスの水平移動方向の剛性を有するバランスマスを支持する別の支持デバイスの外乱効果を減少させるために、ｅビーム装置の位置決めデバイスに適用されることがある。
[00117] 実施形態は以下の条項を使用してさらに記述されることがある。
１．オブジェクトを変位させるように構成された位置決めデバイスであって、
オブジェクトを支持するためのステージと、
ステージを基準に対して移動方向に移動させるためのアクチュエータと、
アクチュエータと基準の間に配置されて、アクチュエータから基準への反力の伝達を低減するためのバランスマスと、
基準とバランスマスの間に配置されて、バランスマスを支持するための支持デバイスと、
基準とバランスマスの間に作用して、バランスマスに持ち上げ力を与えて、支持デバイスによりバランスマスを支持するために提供される重力支持力を低減するための重力補償器と、
を備えた、位置決めデバイス。
２．重力補償器が、磁気重力補償器である、条項１の位置決めデバイス。
３．位置決めデバイスが、磁気重力補償器の磁界を遮蔽するための磁気シールドを備えた、条項２の位置決めデバイス。
４．重力補償器が機械的重力補償器である、条項１の位置決めデバイス。
５．重力補償器がバランスマスに引力を与えるように構成された、又は、重力補償器がバランスマスに反発力を与えるように構成された、条項１から４のいずれかの位置決めデバイス。
６．重力補償器の移動方向の剛性が、支持デバイスの移動方向の剛性よりも実質的に小さい、条項１から５のいずれかの位置決めデバイス。
７．重力補償器が、バランスマスにかかる重力の０．８倍から１．２倍の持ち上げ力を提供する、条項１から６のいずれかの位置決めデバイス。
８．位置決めデバイスが、複数の重力補償器を備え、複数の重力補償器が、全体でバランスマスにかかる重力の０．８倍から１．２倍の持ち上げ力を提供する、条項１から６のいずれかの位置決めデバイス。
９．支持デバイスが、１つ以上の弾性誘導デバイスを備えた、条項１から８のいずれかの位置決めデバイス。
１０．１つ以上の弾性誘導デバイスが、１つ以上の板バネであり、１つ以上の板バネが、バランスマスの中心位置からの移動方向の最大変位を可能にし、１つ以上の板バネが、それぞれ有効バネ長を有し、最大変位が、有効バネ長の少なくとも０．１５倍である、条項９の位置決めデバイス。
１１．支持デバイスにより提供される最大持ち上げ力が、バランスマスにかかる重力の０．５倍未満である、条項１から１０のいずれかの位置決めデバイス。
１２．重力補償器が、移動方向の基準に対するバランスマスの可動範囲にあるバランスマスに持ち上げ力を与えるように構成された、条項１から１１のいずれかの位置決めデバイス。
１３．重力補償器がさらに、移動方向に対して垂直な水平方向の基準に対するバランスマスの可動範囲にあるバランスマスに持ち上げ力を与えるように構成された、条項１２の位置決めデバイス。
１４．移動方向が、水平方向である、条項１から１３のいずれかの位置決めデバイス。
１５．重力補償器が、支持デバイスの移動方向の正の剛性に少なくとも部分的に対抗する移動方向の負の剛性を提供するように構成された、条項１から１４のいずれかの位置決めデバイス。
１６．重力補償器が、移動方向の基準に対するバランスマスの位置に依存する負の剛性を提供するように構成された、条項１５の位置決めデバイス。
１７．正の剛性及び負の剛性が、移動方向の基準とバランスマスとの結合剛性をもたらし、重力補償器が、移動方向に沿った所定の結合剛性プロファイルを提供するように設計された、条項１５又は１６の位置決めデバイス。
１８．オブジェクトを変位させるように構成された位置決めデバイスであって、
オブジェクトを支持するためのステージと、
ステージを基準に対して移動方向に移動させるためのアクチュエータと、
アクチュエータと基準の間に配置されて、アクチュエータから基準への反力の伝達を低減するためのバランスマスと、
基準とバランスマスの間に配置され、移動方向の第１の剛性を有する支持デバイスと、
基準とバランスマスの間に作用し、移動方向の第２の剛性を提供する剛性低減デバイスであって、第２の剛性が第１の剛性に少なくとも部分的に対抗する負の剛性である剛性低減デバイスと、
を備えた、位置決めデバイス。
１９．剛性低減デバイスが、移動方向の基準に対するバランスマスの位置に依存する第２の剛性を提供するように構成された、条項１８の位置決めデバイス。
２０．剛性低減デバイスの第２の剛性が、移動方向の基準に対するバランスマスの位置に線形従属している、条項１９の位置決めデバイス。
２１．剛性低減デバイスの第２の剛性が、移動方向の基準に対するバランスマスの位置に非線形従属している、条項１９の位置決めデバイス。
２２．第１の剛性及び第２の剛性が、第１の移動方向の基準とバランスマスとの結合剛性をもたらし、剛性低減デバイスが、移動方向に沿った所定の結合剛性プロファイルを提供するように設計された、条項１９から２１のいずれかの位置決めデバイス。
２３．所定の結合剛性プロファイルが、線形プロファイルである、条項２２の位置決めデバイス。
２４．所定の結合剛性プロファイルが、非線形プロファイルである、条項２２の位置決めデバイス。
２５．剛性低減デバイスが、結合剛性プロファイルを提供するように構成され、基準に対するバランスマスの位置における結合剛性が、第１の剛性の０．２倍未満の正の剛性である、条項２２から２４のいずれかの位置決めデバイス。
２６．剛性低減デバイスが、バランスマスが基準に対する中心位置にあるとき、実質的にゼロに等しい第２の剛性を提供するように構成された、条項１８から２５のいずれかの位置決めデバイス。
２７．所定の結合剛性プロファイルが、移動方向のバランスマスの中心位置から増加する次第に増加する結合剛性を有する、条項２４又は２６の位置決めデバイス。
２８．剛性低減デバイスが、基準及びバランスマスのうちの一方に装着され、基準及びバランスマスのうちの他方に装着された磁気構造又は磁化可能構造に移動方向に作用する１つ以上の磁石を備えた、条項１８から２７のいずれかの位置決めデバイス。
２９．剛性低減デバイスが、開口部と、開口部に配置された１つ以上の磁石と、を有する磁気構造又は磁化可能構造を備え、開口部及び／又は１つ以上の磁石の寸法が、移動方向の開口部に対する１つ以上の磁石の位置に依存する所定の第２の剛性を提供するように選択された、条項１８から２８のいずれかの位置決めデバイス。
３０．１つ以上の磁石が、永久磁石又は電磁石である、条項２８又は２９の位置決めデバイス。
３１．バランスマスアクチュエータが、支持デバイスの移動方向の剛性から生じる外乱力に少なくとも部分的に対抗する作動力を能動的に提供するように構成された、条項１８から３０のいずれかの位置決めデバイス。
３２．支持デバイスが、バランスマスと基準の間に配置された１つ以上の弾性誘導デバイスを備えた、条項１８から３１のいずれかの位置決めデバイス。
３３．バランスマス及び磁気重力補償器の少なくとも一部を実質的に取り囲むように構成されて、磁気重力補償器の磁界を遮蔽するための磁気シールドを備え、磁気シールドが、反力に応じてバランスマスが移動することを可能にするための開口部を備えた、条項１から３２のいずれかの位置決めデバイス。
３４．磁気シールドの材料が、磁界の効率的な遮蔽を達成するために、磁気シールド内のある磁束密度レベルにおける材料の比透磁率に基づいて選ばれる、条項３３の位置決めデバイス。
３５．アクチュエータ及び／又はバランスマスアクチュエータの動作中に磁界を生成するアクチュエータ及び／又はバランスマスアクチュエータの少なくとも一部が、バランスマスの中、上、もしくは周囲に配置されているか、又はバランスマスに接続されており、磁気シールドが、アクチュエータ及び／又はバランスマスアクチュエータの少なくとも一部を実質的に取り囲んでいる、条項３３又は３４の位置決めデバイス。
３６．磁気シールドが、第１の磁気シールド及び第２の磁気シールドを含み、第１の磁気シールドが、バランスマス、磁気重力補償器、並びにアクチュエータ及び／又はバランスマスアクチュエータの少なくとも一部のうちの１つ以上を実質的に取り囲み、第２の磁気シールドが、第１の磁気シールドを実質的に取り囲んでいる、条項３３から３５のいずれかの位置決めデバイス。
３７．磁気シールドが、第１の磁気シールドと第２の磁気シールドの間の空間、又は、第１の磁気シールドと第２の磁気シールドの間の非強磁性材料、第１及び第２の磁気シールドよりも小さい比透磁率を有する材料、及び、１に近いもしくは実質的に等しい比透磁率を有する材料、のうちの１つ以上を備えた、条項３６の位置決めデバイス。
３８．磁界の効率的な遮蔽を達成するために、第１の磁気シールドの第１の材料が、第１の磁気シールド内の第１の磁束密度レベルにおける第１の材料の第１の比透磁率に基づいて選ばれ、第１の材料と異なる、第２の磁気シールドの第２の材料が、第２の磁気シールド内の第２の磁束密度レベルにおける第２の材料の第２の比透磁率に基づいて選ばれた、条項３６又は３７の位置決めデバイス。
３９．基準とバランスマスの間に配置された支持デバイスの第１の剛性を低減して、バランスマスと基準との間の移動方向の移動を可能にするための剛性低減デバイスであって、剛性低減デバイスが、移動方向の第２の剛性を提供し、第２の剛性が、第１の剛性に少なくとも部分的に対抗する負の剛性である剛性低減デバイス。
４０．剛性低減デバイスが、基準及びバランスマスのうちの一方に装着され、基準及びバランスマスのうちの他方に装着された磁気構造又は磁化可能構造に移動方向に作用する１つ以上の磁石を備えた、条項３９に記載の剛性低減デバイス。
４１．剛性低減デバイスが、移動方向の基準に対するバランスマスの位置に依存する第２の剛性を提供するように構成された、条項３９から４０のいずれかに記載の剛性低減デバイス。
４２．第１の剛性及び第２の剛性が、第１の移動方向の基準とバランスマスとの結合剛性をもたらし、剛性低減デバイスが、移動方向に沿った所定の結合剛性プロファイルを提供するように構成された、条項３９から４１のいずれかに記載の剛性低減デバイス。
４３．条項１から３８のいずれかに記載の位置決めデバイスを備えたＥビーム装置であって、位置決めデバイスが、オブジェクトを電子光学系により生成されたｅビームに対して変位させるように構成されたＥビーム装置。
４４．ｅビーム装置が、ｅビーム検査装置、ｅビームリソグラフィ装置、又はｅビームを使用するその他の任意の装置である、条項４３のｅビーム装置。
４５．条項１から３８のいずれかに記載の位置決めデバイスを備えた、真空チャンバを有する装置であって、位置決めデバイスが真空チャンバに配置された装置。
４６．条項１から３８のいずれかに記載の位置決めデバイスを備えた装置であって、装置がリソグラフィ装置である装置。
[00118] 本発明についてその好適な実施形態に関連付けて説明したが、この後特許請求される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の変更及び変形も実施可能であることは理解されよう。可能な他の用途には、本発明の位置決めデバイスを備えた、パターンを半導体ウェーハに（例えば露光プロセスにより）転写するためのリソグラフィ装置が含まれる。

Claims (15)

  1. オブジェクトを変位させるように構成された位置決めデバイスであって、
    前記オブジェクトを支持するためのステージと、
    前記ステージを基準に対して移動方向に移動させるためのアクチュエータと、
    前記アクチュエータと前記基準の間に配置されて、前記アクチュエータから前記基準への反力の伝達を低減するためのバランスマスと、
    前記基準と前記バランスマスの間に配置されて、前記バランスマスを支持するための支持デバイスと、 前記基準と前記バランスマスの間に作用して、前記バランスマスに持ち上げ力を与えて、前記支持デバイスにより前記バランスマスを支持するために提供される重力支持力を低減するための重力補償器と、
    を備えた、位置決めデバイス。
  2. 前記重力補償器が、磁気重力補償器及び／又は機械的重力補償器である、請求項１の位置決めデバイス。
  3. 前記位置決めデバイスが、前記磁気重力補償器の磁界を遮蔽するための磁気シールドを備えた、請求項２の位置決めデバイス。
  4. 前記重力補償器が、前記バランスマスに引力を与えるように構成された、又は、
    前記重力補償器が、前記バランスマスに反発力を与えるように構成された、請求項１の位置決めデバイス。
  5. 前記重力補償器の前記移動方向の剛性が、前記支持デバイスの前記移動方向の剛性よりも実質的に小さい、請求項１の位置決めデバイス。
  6. 前記重力補償器が、前記バランスマスにかかる重力の０．８倍から１．２倍の範囲の持ち上げ力を提供する、請求項１の位置決めデバイス。
  7. 前記位置決めデバイスが、複数の重力補償器を備え、
    前記複数の重力補償器が、全体で前記バランスマスにかかる重力の０．８倍から１．２倍の範囲の持ち上げ力を提供する、請求項１の位置決めデバイス。
  8. 前記支持デバイスが、１つ以上の弾性誘導デバイスを備えた、請求項１の位置決めデバイス。
  9. 前記１つ以上の弾性誘導デバイスが、１つ以上の板バネであり、
    前記１つ以上の板バネが、前記バランスマスの中心位置からの前記移動方向の最大変位を可能にし、
    前記１つ以上の板バネが、それぞれ有効バネ長を有し、
    前記最大変位が、有効バネ長の少なくとも０．１５倍である、請求項８の位置決めデバイス。
  10. 前記支持デバイスにより提供される最大持ち上げ力が、前記バランスマスにかかる重力の０．５倍未満である、請求項１の位置決めデバイス。
  11. 前記重力補償器が、前記移動方向の前記基準に対する前記バランスマスの可動範囲にある前記バランスマスに前記持ち上げ力を与えるように構成された、請求項１の位置決めデバイス。
  12. 前記重力補償器が、前記支持デバイスの前記移動方向の正の剛性に少なくとも部分的に対抗する前記移動方向の負の剛性を提供するように構成された、請求項１の位置決めデバイス。
  13. 請求項１に記載の位置決めデバイスを備えたＥビーム装置であって、
    前記位置決めデバイスが、前記オブジェクトを電子光学系により生成されたｅビームに対して変位させるように構成され、
    前記ｅビーム装置が、ｅビーム検査装置、ｅビームリソグラフィ装置、又は、ｅビームを使用するその他の任意の装置である、Ｅビーム装置。
  14. 請求項１に記載の位置決めデバイスを備えた、真空チャンバを有する装置であって、
    前記位置決めデバイスが、前記真空チャンバに配置された、装置。
  15. 請求項１に記載の位置決めデバイスを備えた装置であって、
    前記装置が、リソグラフィ装置である、装置。
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