JP3524107B2 - 力が補償されるマシンフレームを有する光リソグラフ装置 - Google Patents

力が補償されるマシンフレームを有する光リソグラフ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ系と位置決め装
置とを有する光リソグラフ装置に係り、前記レンズ系が
z方向に平行である垂直光学主軸を有するとともに光リ
ソグラフ装置のマシンフレームに固定されており、前記
位置決め装置が、レンズ系の下に位置し、かつ該位置決
め装置に結合された支持部材の、前記z方向に対して直
角に延在する、ガイド面上で前記レンズ系に対してオブ
ジェクトテーブルの変移を可能とする構成の前記光リソ
グラフ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】前記光リソグラフ装置は米国特許第47
37823号によって公知である。この既知の光リソグ
ラフ装置の場合、支持部材は、光リソグラフ装置のマシ
ンフレームの基礎となる長方形の花崗岩スラブである。
z方向に延在するマシンフレームの4本の柱は、花崗岩
スラブの上面が形成するガイド面に固定されている。こ
のレンズ系は花崗岩スラブより或る距離だけ上にある水
平マウント板によって4本の柱に固定されている。花崗
岩スラブの下側には各々スプリング部材とダンピング部
材を備えた下側フレーム支持体が設けられている。この
既知の光リソグラフ装置のマシンフレームは、この装置
が下側フレーム支持体によって位置づけられている底面
に対してz方向に平行な方向とz方向を横切る方向とに
振動数の低いスプリングで配設されていて、マシンフレ
ームと下側フレーム支持体とにより形成されているマス
スプリング系は2〜4Hzの機械的固有振動数を有す
る。下側フレーム支持体の使用により、好ましくない高
振動数の底面振動が下側フレーム支持体を介してマシン
フレームに伝達されることが防止される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この既知の光リソグラ
フ装置の欠点は、マシンフレームと下側フレーム支持体
によって形成されるマススプリング系の機械的固有振動
数が、装置の運転中、位置決め装置によって与えられる
交互の駆動力の下で、オブジェクトテーブルによって実
行される段階的な動きの周波数よりも低い点である。駆
動力によって定まり且つ位置決め装置によってマシンフ
レームに加えられる交互反力により、マシンフレームが
底面に対して揺動し、これが光リソグラフ装置の精度に
悪影響を及ぼす。
【0004】本発明の目的は前述した欠点を可能な限り
除去した光リソグラフ装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】この目的に対
して、本発明光リソグラフ装置の特徴点は、光リソグラ
フ装置の基準フレームに固定されていてかつフィードフ
ォワード制御システムによって制御される力アクチュエ
ータシステムが、光リソグラフ装置に設けられていて、
装置の運転中、置決め装置により前記支持部材に同時
に発生する反力の方向と反対の方向でかつ当該反力の値
に実質的に等しい値で、力アクチュエータシステムが
シンフレームに補償力を発生させる点である。本発明の
光リソグラフ装置は、以下の構成を有する。z方向に平
行な垂直光学主軸を有するレンズ系と、該レンズ系の下
にある位置決め装置とを具備する光リソグラフ装置であ
り、レンズ系が光リソグラフ装置のマシンフレームに固
定され、前記位置決め装置によって、オブジェクトテー
ブルが、前記位置決め装置に結合されている支持部材の
ガイド面上で前記レンズ系に対して変移可能になされて
おり、支持部材のガイド面が、前記z方向に対して直角
に延在している構成の光リソグラフ装置であり、支持部
材が、マシンフレームに対して固定され、マシンフレー
ムが、光リソグラフ装置の基準フレームと固定関係にあ
るベース上に設けた高周波振動遮断支持体によって支持
されており、光リソグラフ装置が力アクチュエータシス
テムを具備し、力アクチュエータシステムが、基準フレ
ームに固定され、かつ、フィードフォワード制 御システ
ムによって制御されるようになっており、光リソグラフ
装置の運転中に、力アクチュエータシステムが、前記位
置決め装置によって支持部材に同時に働く反力の方向と
反対方向で且つ前記反力の値と実質的に等しい値の補償
力を支持部材に加えるようになっている光リソグラフ装
置。かかる構成によれば、位置決め装置が支持部材に与
える反力によるマシンフレームの動きは力アクチュエー
タシステムの使用により可及的に阻止される。基準フレ
ームは光リソグラフ装置が載置される底面に対して固定
位置に配置されている。補償力の値に関して使用される
用語「実質的に」は、装置の機械部品および電気部品の
両者における許容度の結果として補償力と反力との間に
現実に発生する差を考慮する時に使用される。用語「等
しい」は、以後、この関連で使用される時は、常に前記
のとおり「実質的に等しい」を意味するものと解すべき
である。
【0006】レンズ系の下部がマシンフレームに属する
マウント部材に固定されていて、補償力が実際的かつ効
果的な位置でマシンフレーム(z方向で見てコンパクト
な構成になっている)に加えられるようになされた本発
明光リソグラフ装置の別の実施態様では、マウント部材
から懸吊されているキャリアに対して力アクチュエータ
システムが補償力を加え、位置決め装置と支持部材がユ
ニットとしてキャリアに配設される点に特徴がある。
【0007】前記制御システムの大きなバンド幅と安定
かつ正確な動作を与える本発明光リソグラフ装置の特別
な実施態様の特徴点は、制御システムが加速度の負帰還
を有し、力アクチュエータシステムが、加速度トランス
デューサによって測定されるマシンフレームの加速度に
よって決定される値と方向を有する制御力を支持部材
加える点である。さらに、加速度の負帰還の使用によ
り、オブジェクトテーブルに対して位置決め装置から加
わる力(例えば、ハンドリング力のような駆動力以外の
力)によって生じるマシンフレームの動きを防ぐことが
できる。
【0008】本発明光リソグラフ装置の別の実施態様の
特徴点は、力アクチュエータシステムが、前記光学主軸
に対して直角である前記位置決め装置の第一変移方向と
平行に各々動作する第一および第二力アクチュエータ
と、前記第一変移方向に対して直角であって且つ前記光
学主軸に対して直角である前記位置決め装置の第二変移
方向に対して平行に動作する第三力アクチュエータとを
有する点である。3つの力アクチュエータを備えたこの
ような力アクチュエータシステムの使用により、位置決
め装置の2つの変移方向におけるマシンフレームの望ま
しくない動きが防止されるだけでなく光学主軸に平行で
ある回転軸についてのマシンフレームの望ましくない回
転も防止される。
【0009】前記力アクチュエータシステムの簡単な構
成を提供する本発明光リソグラフ装置の更に別の実施態
様の特徴点は、前記基準フレームに固定された電気モー
タを前記力アクチュエータの各々に設け、かつ関連する
変移方向に平行に延在する結合ロッドを設け、第一のロ
ッド端を電気モータの出力軸に偏心的にピボット支持
(回転可能に支持)し、かつ第二のロッド端をマシンフ
レームにピボット支持する点である。
【0010】機械的摩耗のない強固な力アクチュエータ
システムを提供する本発明光リソグラフ装置の特別な実
施態様の特徴点は、力アクチュエータシステムが磁束密
度センサを有する少なくとも1つの電磁石を有し、この
電磁石の発生力を制御することのできる電子制御回路の
電気入力端に前記磁束密度センサの電気出力端が接続さ
れている点である。このような力アクチュエータシステ
ムの使用により、望ましくない機械的振動が基準フレー
ムを介してマシンフレームに伝達されることが防止され
る。
【0011】本発明光リソグラフ装置の別の実施態様の
特徴点は、前記制御回路に電子平方根エクストラクタを
設け、電子平方根エクストラクタの入力信号が、前記制
御回路の入力信号によって形成されるとともに、前記電
磁石に発生させるべき所望の電磁力によって決定される
値を有する点である。電子平方根エクストラクタの使用
により、電磁石は線形力アクチュエータを形成し、電磁
石によって与えられる電磁力は制御回路の入力信号に比
例する値を有する。
【0012】
【実施例】以下、添付図面を見ながら、図1〜図3に示
本発明の実施例について説明する。なお、図4〜図8
に示すものは参考例である。
【0013】図1〜図3に示す光リソグラフ装置の一
例では、長方形の花崗岩スラブとして構成されている
支持部材3を有するマシンフレーム1を具備する。この
支持部材3は、図1、図2に示される垂直z方向に対し
て直角に延在する上面5を有する。マシンフレーム1の
4本の柱7は、各々z方向に平行に上面5に固定されて
いる。図1には2本の柱しか示されていないが、図3に
は4本の柱7の断面が示されている。柱7は、支持部材
3から或る距離で、z方向に横切って延在する長方形の
板として構成されているマウント部材9に固定されてい
る。さらに、この光リソグラフ装置には、図1、図2に
輪郭線のみが示され、z方向に一致する光学主軸13を
有するとともに下側でマウント部材9に固定された光学
レンズ系11が配置されている。
【0014】レンズ系11の上端近傍において、光リソ
グラフ装置には、レンズ系11に対してマスク17を位
置決めし支持するためのマスクマニュプレータ15が配
置されている。装置の運転中、光源19からの光ビーム
が、鏡21,23により、例えば集積回路のパターンを
有するマスク17に誘導され、かつ光リソグラフ装置の
オブジェクトテーブル27上に置かれている、例えば半
導体基板25の様な基板上に、レンズ系11によって焦
点づけされる。この様にして、当該パターンが半導体基
板25上に縮小し画像化される。オブジェクトテーブル
27は、z方向に直角である図1、図3におけるx方
向、およびz方向とx方向に直角であるy方向で変移可
能である。半導体基板25は、x方向およびy方向と平
行に様々な照射位置でオブジェクトテーブル27を段階
的に変移させることによって、多数の同一集積回路に対
応する多数位置で照射を行うことができる。
【0015】図1に示されるように支持部材3には、光
リソグラフ装置が平坦なベース面に位置決めされる様に
4つのフレーム支持体31が下面29に設けられてい
る。図1に2つの下側フレーム支持体31のみが示され
ている。光リソグラフ装置は、ベース面(すなわち、ベ
ース)100に対して、z方向に平行とz方向を横切る
方向とに、下側フレーム支持体31によって低振動数で
スプリング支持されている。これら下側フレーム支持体
の各々には、図1において詳細に示されていないスプリ
ング部材とダンピング部材が設けられていて、マシンフ
レーム1と下側フレーム支持体31によって形成される
マススプリング系は、1〜約20Hzの間に6つの機械
的固有振動数を有する。このようにして光リソグラフ装
置の正確な動作に悪影響を与えるベース面の望ましくな
い高い振動数の振動が、下側フレーム支持体31を介し
てマシンフレーム1とレンズ系11とに伝達することが
防止される。
【0016】図2に示されるようにオブジェクトテーブ
ル27は、静的ガス支持手段が設けられているいわゆる
静的空気脚33により支持部材3の上面5に沿って案内
される。オブジェクトテーブル27は、3つのリニア電
気モータ37、39、41を有する位置決め装置35に
より上面5に沿って移動可能である。図2に示されるよ
うにシニアモータ37は、x方向に平行に延在するx
ステータ43とオブジェクトテーブル27をx方向に平
行にxステータ43に沿って変移可能とするオブジェク
トテーブル27に固定されているxトランスレータ45
とを有する。リニアモータ39と41は、xステータ4
3の第一端49に固定されているyトランスレータ51
を有するy方向に平行に延在するyステータ47と、x
ステータ43の第二端55に固定されているyトランス
レータ57を有するy方向に平行に延在するyステータ
53とを各々有する。yステータ47と53はマウント
ブロック59、61、マウントブロック63、65によ
り各々支持部材3の上側面5に固定されている。オブジ
ェクトテーブル27は、y方向に平行に変移可能でかつ
リニアモータ39および41の手段によりz方向に平行
に延在する回転軸について非常に限定された角度回転可
能である。静的空気脚33と互いにH型に配置されてい
るリニアモータ37、39、41を有する位置決め装置
35それ自身は、米国特許第4737823号で知られ
ている。
【0017】動作中、前述したようにオブジェクトテー
ブル27は位置決め装置35によりx方向とy方向に段
階的に変移する。この段階的な変移は2Hz〜4Hzの
振動数で行われる。これにより、位置決め装置35のリ
ニアモータ37、39、41は、マシンフレーム1の支
持部材3にリニアモータ37、39、41がオブジェク
トテーブル27に与える駆動力に対向する低振動数の反
力を発生させる。前述したように光リソグラフ装置は、
下側フレーム支持体31によりベース面に対して低振動
数のスプリングで支持されているので、当該反力は新た
な手段が講じられない限り、下側フレーム支持体31に
マシンフレーム1の振動数の低い正しくダンプ(防振)
されていない揺れを発生させる。マシンフレーム1のこ
のような動きは位置決め装置30の精度に悪影響を与え
る。
【0018】図1〜図3の光リソグラフ装置の場合、前
述したマシンフレーム1の揺れは、図2と図3に線図的
に示されている力アクチュエータシステム67の使用に
より防止できる。力アクチュエータシステム67には、
各々x方向に平行に動作する第一および第二力アクチュ
エータ69、71とy方向に動作する第三の力アクチュ
エータ73とが設けられている。図2が示すように力ア
クチュエータ69、71、73の各々には、z方向に平
行に延在しかつ一端の近くでトランクアーム79が設け
られている出力軸77を有するブラッシュレス電気サー
ボモータ75が設けられている。第一および第二力アク
チュエータ69、71のクランクアーム79はy方向に
平行に向けられていて、第三の力アクチュエータ73ク
ランクアーム79はx方向に平行に向けられている。サ
ーボモータ75は、ベース面に対して固定された位置を
占める基準フレーム83の一部分を形成するマウントブ
ロック81に各々固定されている。更に第一および第二
力アクチュエータ69、71には各々x方向に平行に延
在する結合ロッド85が設けられていて、第三の力アク
チュエータ73には実質上y方向に延在する結合ロッド
87が設けられている。結合ロッド85、87の各々の
第一端89は支持部材3にピボット支持されていて、結
合ロッド85、87の各々の第二端91はヒンジピン9
3にピボット支持されていて、これは出力軸77に対し
て偏芯させて対応するサーボモータ75のクランクアー
ム79に固定されている。
【0019】動作中、力アクチュエータ69、71、7
3を有する力アクチュエータシステム67は、図3に線
図的に示されているフィードフォワード制御システム9
5によりその値と方向が制御されている補償力を支持部
材3上に発生させる。制御システム95には入力信号u
xsetおよびuyset(電圧信号)を有する第一電子コント
ローラ97が設けられている。これらの値がxおよびy
方向でレンズ系11に対しオブジェクトテーブル27の
所望の変移の値に比例していてかつ(図3に示されてい
ない)装置のリソグラフ工程を制御する装置のコンピュ
ータシステムにより供給される信号uxsetおよびuyset
は、各々動作中増幅ユニット101、増幅ユニット10
3および増幅ユニット105を介して位置決め装置35
のリニアモータ37、39、41を制御する電子制御ユ
ニット99に対する入力信号をも形成する。x方向とy
方向におけるレンズ系11に対するオブジェクトテーブ
ル27の実際の変移を測定し、かつ制御ユニット101
にこれをフィードバックさせるトランスデューサシステ
ムは、単純化のために図3には表示されていない。
【0020】第一コントローラ97は、入力信号uxset
およびuysetから、連続的にx方向およびy方向に平行
なオブジェクトテーブル27の各々の加速度の値、当該
加速度から生じかつ位置決め装置35により支持部材3
に与えられるx方向およびy方向に平行な各々の反力F
rxおよびFryの値、および反力FrxおよびFryが発生さ
せる光学主軸13についての機械モーメントMrxyの値
を計算する。第一コントローラ97の第一および第二出
力信号uc1およびuc2(電圧信号)は、各々x方向に比
例する第一力アクチュエータ69により供給される補償
力Fc1に比例する値および第二力アクチュエータ71に
より供給される補償力Fc2に比例する値第一コントロー
ラ97の第三出力信号uc3(電圧信号)はy方向の第三
力アクチュエータ73によって供給される補償力Fc3
比例する値を有する。出力信号uc1およびuc2の値は、
補償力Fc1およびFc2の合計が反力Frxに値が同じで方
向が反対でかつ補償力Fc1およびFc2が発生させる光学
主軸13についての機械モーメントMcxyが機械モーメ
ントMrxyの値と等しくかつ方向が反対となるような値
である。出力信号uc3の値は、補償力Fc3が反力Fry
値が等しくかつ方向が反対となるような値である。補償
力Fc3は光学主軸13を通る画内で動作しかつ光学主軸
13については何等の機械モーメントを発生させないこ
とに注意すべきである。このようにしてフィードフォワ
ード制御システム95により制御される力アクチュエー
タシステム67により、支持部材3とマシンフレーム1
が位置決め装置35のリニアモータ37,39,41に
よって支持部材3に与えられる反力の影響により望まし
くない動きをすることが防止される。
【0021】図3に示されるように制御システム95
は、入力信号ua1,ua2,ua3(電圧信号)を有する第
二電子コントローラ109が設けられている負帰還10
7を更に有している。入力信号ua1およびua2は、各々
第一加速度トランスデューサ111および第二加速度ト
ランスデューサ113から導出され、かつ当該加速度ト
ランスデューサ111,113によって測定されるx方
向に平行な方向に於ける支持部材3の絶対加速度に比例
する値を各々有している。入力信号ua3は、第三加速度
トランスデューサ115から導出され、そして加速度ト
ランスデューサ115によって測定されるy方向の支持
部材3の絶対加速度に比例する値を有している。第二コ
ントローラ109は、入力信号ua1,ua2,ua3からx
方向およびy方向の支持部材3の加速度および光学主軸
13の周囲における支持部材3の角加速度を計算する。
第二コントローラ109の第一および第二出力信号ur1
およびur2(電圧信号)は、いずれもx方向に向いた力
である、第一力アクチュエータ69によって与えられる
制御力Fr1、および第二力アクチュエータ71によって
与えられる制御力Fr2にそれぞれ比例する値を有し、ま
た第二コントローラ109の第三出力信号ur3(電圧信
号)はy方向において第三力アクチュエータ73によっ
て与えられる制御力Fr3に比例する値を有する。出力信
号ur1,ur2,ur3の値は、加速度トランスデューサ1
11,113,115によって測定されたx方向および
y方向における支持部材3の加速度と、光学主軸13の
周囲における支持部材3の測定された角加速度とが、制
御力Fr1,Fr2,Fr3の作用の下で低減化される様な値
である。負帰還107の使用により、例えば前記位置決
め装置35のハンドリング力のような反力以外の力の作
用、またはベース面の低振動数振動の影響の下で生じる
支持部材3とマシンフレーム1のx方向およびy方向に
対して平行な望ましくない動きや振動が防止される。ま
た、図3に示されるように、制御システム95には出力
信号us1の第一合算回路117が設けられており、出力
信号usiの値は信号uc1とur1の合計に等しくかつ増幅
器ユニット119によって第一力アクチュエータ69を
通る電流i1に増幅される。制御システム95の第二お
よび第三合算回路121,123の各出力信号us2,u
s3は、和「uc2+ur2」、「uc3+ur3」にそれぞれ等
しい。信号us2,us3は、増幅器ユニット125,12
7によって、第二力アクチュエータ71を通る電流i2
と、第三力アクチュエータ73を通る電流i3とに、そ
れぞれ増幅される。合算回路117,121,123の
使用によれば、力アクチュエータ69,71,73の各
々によって加えられるべき補償力Fc1,Fc2,Fc3と、
制御力Fr1,Fr2,Fr3との合計に等しい力が、力アク
チュエータ69,71,73の各々から支持部材3に加
えられる。
【0022】図4〜図8は光リソグラフ装置の参考
を示す。図1〜図3に示される一具体例に係わる光リソ
グラフ装置に対応する部品には同一符号が付されてい
る。この参考例に係わる光リソグラフ装置には、z方向
に一致する光学主軸13を有しかつ下側でマウント部材
9に固定されている光学レンズ系11が設けられてい
る。装置におけるマシンフレーム1の部を形成する
マウント部材9は、z方向に垂直な面内に延在する三角
形の板として構成されている。この装置には、レンズ系
11の上端の近傍で、例えば半導体集積回路のパターン
を有するマスク17に対するマスクマニュプレータ1
5、光源19、および2つの鏡21および23が設けら
れている。実施例装置と同様に参考例装置にも更に、例
えば半導体基板25のような基板を置くことができるオ
ブジェクトテーブル27が設けられている。オブジェク
トテーブル27は、z方向に直角であるx方向に対して
平行に、かつz方向およびx方向に直角であるy方向に
対して平行に段階的に変移可能であるため、数多くの照
射位置での半導体基板25に対する照射が可能となる。
【0023】三角形のマウント部材9には、各々が下側
フレーム支持体31に載置されている3つのコーナー部
分129が設けられている。図4には2つのコーナー部
分129と2つの下側フレーム支持体31のみが示され
ている。下側フレーム支持体31は、マシンフレーム1
のベース131に位置決めされていて、ベース131は
調整部材133によって平坦な基台に位置決めされてい
る。この装置は、z方向に平行な方向とz方向に横切る
方向で、図4には詳細には示されていないスプリング部
材とダンピング部材が設けられている下側フレーム支持
体31によって、基台に対して低周波数でスプリング支
持されているため、下側フレーム支持体31を介してマ
ウント部材9とレンズ系11に、基台の望ましくない高
振動数の振動が伝わることが防止される。
【0024】図1〜図3の光リソグラフ装置における場
合と同様に、図4〜図8の装置のオブジェクトテーブル
27は、長方形花崗岩スラブとして構成されている支持
部材3の上面5に示されかつ静的ガスベアリングが設け
られている静的空気脚33により誘導される。オブジェ
クトテーブル27は、既に前述した米国特許第4737
823号により公知でありかつH型に互いに位置決めさ
れているリニアモータ37,39,41が設けられてい
る位置決め装置35により上面5に渡って変移可能で、
図5に示されるようにリニアモータ39と41は支持部
材3の上面でそのコーナーの近くに固定されている位置
決め装置35のフレーム135に固定されている。オブ
ジェクトテーブル27はリニアモータ37によってx方
向に平行に変移可能であり、オブジェクトテーブル27
はリニアモータ39,41によりy方向に平行に変移可
能でかつz方向に平行な回転軸について非常に限られた
角度回転可能である。
【0025】図4、図5に示されるように参考例に係わ
光リソグラフ装置内の支持部材3と位置決め装置35
は、ユニット(単位装置)137を構成して、マシンフ
レーム1のキャリア139に設けられている。図6は、
キャリア139が実質的に三角形の板によって形成さ
れ、この板がz方向に対して直角に延在しかつ主側辺1
41を有し、この主側辺141の各々が2つの下側フレ
ーム支持体31の間に延在していることを示す。支持部
材3は、図6に輪郭線のみが示されている3つの締め付
け部品143によりキャリア139の上面145に固定
されている。キャリア139は、3つの鋼製板状サスペ
ンション部材(懸架部材)147,149,151によ
り図4に示されているマウント部材9の下面153から
懸吊されている。図4には、サスペンション部材14
9,151のみが部分的に示されているが、図6はサス
ペンション部材147,149,151の断面を示して
いる。サスペンション部材147,149,151は各
々z方向に平行な互いに60°の角度をなす垂直面に延
在する板により形成されている。サスペンション部材1
47,149,151の使用によりマウント部材9から
キャリア139の懸吊された構成が得られ、これにより
支持部材3と位置決め装置35から成るユニットが下側
フレーム支持体31の間に配置される。この様にしてz
方向でもz方向に対して直角方向で見てもコンパクトで
堅固な構成の光リソグラフ装置が得られる。
【0026】x方向とy方向とに平行な方向にオブジェ
クトテーブル27を段階的に変移させることは、図1に
示した装置の場合と同様に図4に示した装置においても
振動数2Hz〜4Hzで行われる。この時位置決め装置
35のリニアモータ37,39,41は、支持部材3を
介してマシンフレーム1のキャリア139に、リニアモ
ータ37,39,41がオブジェクトテーブル27に与
える駆動力に対して反対向きの低振動数の反力を発生さ
せる。図4〜図8に示された光リソグラフ装置の場合、
当該反力から生ずるマシンフレーム1の望ましくない動
きは、図6に模式的に示される力アクチュエータ155
の使用により防止される。力アクチュエータシステム1
55は3つの電磁石157,159,161を具備し、
これらがマシンフレーム1のベース131に固定され、
それぞれ3つの下側フレーム支持体31のうちの一つの
下に位置している。かくして、調整部材133によって
基台に対して固定された位置にセットされるベース13
1が、力アクチュエータシステム155を固定するため
の装置の基準フレームとなる。図6に示されるように電
磁石159はx方向に作動し、電磁石157,161は
各々光学主軸13を横切る水平面内に存在し、かつx方
向に対して120°回転した位置にある方向に各々作動
する。動作中電磁石157,159,161は、光学主
軸13から離れた各サスペンション部材147,14
9,151の側面に電磁吸引力を加える。電磁石15
7,159,161と各サスペンション部材147,1
49,151との間の空気間隙の寸法は約1mmであ
る。図6から明らかなように、電磁石157,159,
161によってキャリア139に与えられる力の合計は
常に光学主軸13を通る面内で作動するため、x方向の
補償力Fcxとy方向の補償力Fcyは力アクチュエータシ
ステム155により与えられ、その光学主軸13につい
ての機械的モーメントを常にゼロ(0)に等しくかつ光
学主軸13についてのマシンフレーム1の望ましくない
回転の動きを阻止することができる。
【0027】力アクチュエータシステム155によりキ
ャリア139に与えられる補償力FcxおよびFcyの値と
方向は、図6に示すフィードフォワード制御システム1
65によって制御される。制御システム165には入力
信号uxset,uyset(電圧信号)を有する電子コントロ
ーラ167が設けられている。x方向およびy方向にお
ける支持部材3上でのオブジェクトテーブル27の所望
の変移の大きさに比例する値の信号uxsetおよびuyset
は、光リソグラフ装置のリソグラフ工程を制御するコン
ピュータシステム(図6)によって与えられ、同時に、
その各々は、動作中、増幅器ユニット171,173,
175(図6)を介して位置決め装置35のリニアモー
タ37,39および41をそれぞれ制御する電子制御ユ
ニット169に対する入力信号を形成する。x方向とy
方向のレンズ系11に対するオブジェクトテーブル27
の実際の変移を測定するトランスデューサシステムは、
簡単化のため図6には示されていない。
【0028】電子コントローラ167は、入力信号u
xsetおよびuysetから各々x方向とy方向のオブジェク
トテーブル27の加速度の値を計算し、かつ当該加速度
により決められかつ支持部材3を介して位置決め装置3
5によりキャリア139に各々与えられるx方向および
y方向に平行な反力Frx,Fryの値を計算する。コント
ローラ167の第一および第二出力信号ufx+,u
fx-(電圧信号)は、力アクチュエータシステム155
により各々正および負のx方向に供給される反力Frx
同じ値でかつ向きが反対の補償力Fcxに比例する値を有
する。コントローラ167の第三および第四出力信号u
fy+およびufy-は、力アクチュエータシステム155に
より供給される各々正および負のy方向の、反力Fry
同じ値で向きが反対の補償力Fcyに比例する値を有す
る。この様にしてフィードフォワード制御システム16
5により制御される力アクチュエータシステム155
は、反力Frx,Fryから生じるx方向およびy方向に平
行なマシンフレーム1の望ましくない動きのみを阻止す
る。
【0029】図6に示されるように信号ufx+,ufx-
fy+,ufy-は、各々出力信号uf1,uf2,uf3を有す
る電子合算回路177に対する入力信号を形成する。合
算回路177は、信号ufx+,ufx-,ufy+,ufy-から
出発して各々電磁石157,159,161によって与
えられる電磁力Fem1,Fem2,Fem3の値を計算する。
この時、出力信号uf1,uf2,uf3は当該電磁力に比例
する値を有する。
【0030】図7の合算回路177の詳細を示し、図7
のbは電磁力Fem1,Fem2およびFem3に対する力のダ
イアグラムを示す。図7のbから明らかなように、力F
em2が(0)でかつ力Fem1,Fem3が各々所望の力Fcx
(+)に等しい値を有する場合には、正のx方向の補償力
cx (+)は力Fem1とFem3の重畳によって得られ、それ
故図7のaに示される合算回路177において入力信号
fx+は、ブランチ179を介して出力信号として信号
f1を有する加算器181に与えられ、かつブランチ1
83を介して出力信号として信号uf3を有する加算器1
85に与えられる。図7のbから、力Fem1とFem3がゼ
ロ(0)の場合負のx方向の補償力Fcx (-)は力Fem2
より得られることも明らかである。それ故、合算回路1
77(図7のa参照)の場合、入力信号ufx-は出力信
号として信号uf2を有している加算器187にのみに与
えられる。力Fem3がゼロ(0)の場合正のy方向の補
償力Fcy (+)は、力Fem1とFem2との重畳により得ら
れ、そして力Fem1とFem2は所望の力Fcy (+)よりも各
々係数2/√3および1/√3だけ大きい。したがっ
て、合算回路177の場合入力信号ufy+は、ブランチ
189を介して加算器181に、かつブランチ191を
介して加算器187に加えられる。ブランチ189は信
号ufy+に係数2/√3を乗算する増幅器193を有
し、ブランチ191は信号ufy+に係数1/√3を乗算
する増幅器195を有している。最後に図7のbは、力
em1がゼロ(0)の場合負のy方向の補償力Fcy (-)
力Fem2とFem3の重畳によって得られ、かつ力Fem2
em3は所望の力Fcy (-)よりも各々係数1/√3および
係数2/√3だけ大きいことを示している。したがっ
て、合算回路177の入力信号ufy-は、ブランチ19
7を介して加算器187に与えられ、かつブランチ19
9を介して加算器185に与えられる。ブランチ197
はufy-に係数1/√3を乗算する増幅器201を有
し、かつブランチ199は信号ufy-に係数2/√3を
乗算する増幅器203を有する。
【0031】電磁石157,159,161の各々によ
って得られる電磁力の値は、当該電磁石157,15
9,161を流れる電流の値の2乗に比例しかつ空気間
隙163の寸法の2乗に反比例するものと考えられる。
もしも、空気間隙163の寸法がベース131に対する
キャリア139の小さな動きにより変化する場合には、
電磁力の値は別の手段が採用されない限り変化するであ
ろう。したがって、電磁石157,159,161の各
々が制御システム165のコントローラ167によりそ
の値が決まる力をベース131に与える様に、電磁石1
57,159,161を力アクチュエータとして使用す
ることは、電磁石157,159,161を流れる電流
が制御されている場合にのみ可能である。図6に示され
るように制御システム165には、この目的のために、
電磁石157,159,161の電圧u1,u2,u3
各々を制御する3つの同一の電子制御回路205,20
7,209が設けられている。制御回路205,20
7,209は、それらの入力信号に対し各々信号uf1
f2,uf3を有している。制御回路205,207,2
09の別の入力信号が各々信号umf1,umf2,u
mf3(電圧信号)によって形成される。これらの信号
は、図8に示すように電磁石157の磁束密度トランス
デューサ211の出力信号であり、電磁石159の磁束
密度トランスデューサ213および電磁石161の磁束
密度トランスデューサ215の出力信号である。制御回
路205の出力信号uu1(電圧信号)は、電磁石157
の電流i1を決定する電圧u1にまで増幅器ユニット21
7によって増幅される。同様に制御回路207の出力信
号uu2は増幅器ユニット219により電磁石159の電
流i2を決定する電圧u2にまで増幅され、制御回路20
9の出力信号uu3は増幅器ユニット221により電磁石
161の電流i3を決定する電圧u3にまで増幅される。
【0032】図8は電磁石157の電子制御回路205
を示す。制御回路207および209も同様に構成され
ている。図8が示すように電磁石157によって与えら
れる力Fem1に比例する値を有する制御回路205の入
力信号uf1は、電子平方根エクストラクタ223に与え
られる。この平方根エクストラクタ223の出力信号u
sqr(電圧信号)は信号uf1の平方根に等しい値を有す
る。
【数1】usqr=√uf1 平方根エクストラクタ223の電子出力は、出力信号u
hdf1を有する第一電子ハイパスフィルタ225の電子入
力端に接続される。以下、制御回路205の第一ハイパ
スフィルタ225の機能について説明する。
【0033】図8に示されるように、信号uhdf1は、コ
ンパレータ(比較器)227の第一電気入力端に与えら
れる。コンパレータ227の第二電気入力端は、負帰還
ライン229を介して電磁石157の二次電気コイルに
よって形成される磁束密度トランスデューサ211の電
気出力端に接続される。フラックス密度トランスデュー
サ211の出力信号umf1(電圧信号)は二次コイル内
の電磁石157の電磁フィールドによって生じた電圧に
よって決定され、かつその値は電磁石157の空気間隙
163内の磁束密度Bm1の値の変化に比例するとみなさ
れる。
【数2】umf1=Ctransducer・(δBm1/δt) この式でCtransducerは、例えば二次電気コイルの巻数
のような磁束密度トランスデューサ211の多くの特性
値によって決定される定数である。空気間隙163内の
磁束密度Bm1は電磁石157の電流i1の値に比例し、
かつ空気間隙163のサイズに反比例するものと考えら
れるので、電磁石157によって与えられる力Fem1
磁束密度Bm1の値の2乗に比例する。
【数3】Bm1=Cmagnet1・(i1/h1
【数4】Fem1=Cmagnet2・(Bm12
【数5】Bm1=√(Fem1/Cmagnet2) これらの式において、Cmagnet1,Cmagnet2は、例えば
電磁石157の巻数および電磁石157に使用される磁
気鉄の透磁率のような電磁石157の数多くの特性値に
よって決定される定数である。さらにh1は、図8に示
されるように空気間隙163の寸法である。
【0034】また、図8は、負帰還ライン229が、電
子積分器231を有することを示し、これにより磁束密
度トランスデューサ211の出力信号umf1が、その値
が磁束密度Bm1に比例する信号ub1に積分される。した
がってコンパレータ227の入力信号ub1は、その値が
磁束密度Bm1の特定された値に比例する信号であり、一
方その値が所望の力Fem1の平方根に等しい入力信号u
hdf1は磁束密度Bm1の所望の値に比例している。コンパ
レータ227の出力信号ucomはコンパレータ227の
2つの入力信号の差uhdf1−ub1に等しい。
【0035】前述したように信号umf1は電子積分器2
31によって信号ub1に積分される。このような積分器
の積分機能は理想的には行かず有限時間間隔のみで行わ
れる。その結果、特に非常に低周波数(10-4Hzより
小)の入力信号umf1で出力信号ub1の不正確さが発生
し、これは制御回路205の不正確な動作を導く。制御
回路205のこの様な不正確な動作を防止するために、
制御回路205には入力信号uf1の非常に低い周波数の
成分をフィルタ除去する前述の第一ハイパスフィルタ2
25と、それの電気入力端がコンパレータ227の出力
端に接続されていて、かつそれにより出力信号ucom
非常に低い周波数成分をフィルタ除去する出力信号がu
hdf2の第二ハイパスフィルタ233とが設けられてい
る。
【0036】図8に示されるように、出力信号u
hdf2は、比例制御アクション(増幅率Kp=100のオ
ーダ)を有する電子コントローラ235に与えられる。
コントローラ235の出力信号uu1はKp・uhdf2に等
しい値を有しかつ図6に制御回路205の出力信号とし
て示されている。動作中磁束密度Bm1(信号uhdf1)の
所望の値と磁束密度Bm1(信号ub1)の測定された値の
間に差が生じた場合、電磁石157の電圧u1は、コン
トローラ235の比例制御アクションによって空気間隙
163の所望の磁束密度と測定された磁束密度とが実質
上等しくなるような平衡状態が形成される様な値とされ
る。電磁石157によって与えられる力Fbm1の値は磁
束密度Bm1の値の2乗に比例するため、平方根エクスト
ラクタ223の使用によって力Fem1を制御回路205
の入力信号uf1に比例する値にすることができる。この
様にして制御回路205により制御される電磁石157
は線形力アクチュエータを構成する。電磁石の力は、こ
の様にして空気間隙163のサイズに依存しなくなるた
め、ベース131の機械的振動が電磁石157,15
9,161を介してキャリア139に伝達されることが
なくなる。さらに、電磁石157,159,161の使
用によって機械的摩耗のない力アクチュエータシステム
155が得られる。
【0037】x方向とy方向のマシンフレーム1の望ま
しくない動きおよび主軸13についてのマシンフレーム
1の望ましくない回転の動きは、力アクチュエータシス
テム67と図1〜図3に示された一具体例に係わる光リ
ソグラフ装置の加速度トランスデューサ111,11
3,115によって阻止することができる。力アクチュ
エータと加速度トランスデューサを数多く使用すること
により、z方向の望ましくない動きおよび/またはx方
向またはy方向に平行な回転軸についての回転の動きを
阻止することが可能である。この場合、適用された制御
システムは力アクチュエータシステムとして使用しなけ
ればならないであろう。
【0038】力アクチュエータシステム155のみがx
方向とy方向とにマシンフレーム1に補償力を与え、こ
の力が、図4〜図8に示された参考例に係わる光リソグ
ラフ装置の位置決め装置35によって当該方向にキャリ
ア139に与えられる反力に等しい値を有することに留
意すべきである。制御システム165にキャリア139
に固定されている加速度トランスデューサから負帰還を
与えることによって、前記反力以外の力によって生ずる
当該方向での望ましくない動きをも防ぐことができる。
さらに、マシンフレーム1の他の望ましくない動き(例
えば、光学主軸13についての回転のような動き)もま
た、非常に多くの電磁石の使用によって参考例において
阻止することができる。しかしながら、現実的には装置
の精度は主にxおよびy方向のレンズ系11に対するキ
ャリア139の望ましくない動きによって悪化すること
が見い出された。電磁石157,159,161を3つ
しか使用しないことによってコンパクトで簡単な力アク
チュエータ155が得られる。
【0039】図1〜図3に示された一具体例に係わる
リソグラフ装置において、力アクチュエータシステム6
7が、力アクチュエータ69,71,73の各々が当該
方向で互いに向いている一対の電磁石により、または、
例えば永久磁石または機械的なスプリングのようなプリ
テンショニング部材と協働しかつ当該方向に1つの電磁
石により置換されている電磁石を有する別の力アクチュ
エータシステムを使用することも可能である点にも注意
されたい。図4〜図8に示された一具体例に係わる光リ
ソグラフ装置において、力アクチュエータシステム15
5の代わりに実施例装置で使用されている力アクチュエ
ータ69,71,73に対応する3つの力アクチュエー
タが設けられている力アクチュエータシステムを使用す
ることも可能である。この際、結合ロッド85は、各
々、例えばキャリア139の主側辺141の一面に平行
に向けられている。
【0040】磁束密度トランスデューサ211に代え
て、それ自身は公知のホールトランスデューサを図8に
示される制御回路205に使用することが可能であるこ
とにも注意されたい。その様なホールトランスデューサ
の出力信号は磁束密度Bmに比例する値を有するので、
ホールトランスデューサの使用によりインテグレータ2
31とハイパスフィルタ225と233を不要とする。
しかしながら多くの場合ホールトランスデューサの使用
はマウント空間が必要となる点から不利である。
【0041】前記力アクチュエータシステム67,15
5は、基板上の各集積回路が場所を変えて照射される光
リソグラフ装置においても使用することができる点にも
留意すべきである。相対的にコンパクトなレンズ系を有
するこの様な光リソグラフ装置の場合は、レンズ系がマ
シンフレームに固定されているが、位置決め装置とマス
クマニュプレータを有する支持部材はレンズ系とマシン
フレームに対して移動可能なキャリアに設けられる。支
持部材上の位置決め装置によって与えられる反力は、そ
の種の装置におけるマシンフレームにキャリアを介して
伝達され、オブジェクトテーブルに対するレンズ系の望
ましくない動きの原因となる。加えてその様な装置の場
合、オブジェクトテーブルに対するレンズ系の望ましく
ない動きが、マシンフレームに対してキャリアが動く時
に発生する。その様な望ましくない動きは、基準フレー
ムに固定され且つマシンフレームに制御力または補償力
を加える力アクチュエータシステムの使用により減少さ
せることができる。
【0042】前記本発明光リソグラフ装置の実施例は、
集積電子回路の製造の間に半導体基板を照射するのに特
に適している。しかしながら、この様な装置はマスクパ
ターンがこの装置により基板上に画像化されるようなマ
イクロメータの領域の微細な寸法を有する構造を備え
た、他の製造物の製造にも使用することができる。それ
らの例は、集積化された光学システム、コンダクタおよ
び磁気ドメインメモリの検知パターン、および液晶画像
パターンの構造である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明光リソグラフ装置の実施例を示す。
【図2】図1に示す実施例装置の一部を示す斜視図であ
る。
【図3】図1の線III−IIIに沿って截断した実施
装置の断面図を線図的に示す。
【図4】参考例に係わる光リソグラフ装置の斜視図を示
す。
【図5】図4に示す参考例装置における位置決め装置と
支持部材によって形成されるユニットを示す。
【図6】図4に示す参考例装置の断面図を線図的に示
す。
【図7】aは図4に示す参考例に係わる光リソグラフ装
置の電子制御システムの部品の合算回路を示し、bは
装置における力アクチュエータシステムの力のダイアグ
ラムを示す。
【図8】図4に示す参考例に係わる光リソグラフ装置
おける電子制御システムの部品の電子制御回路を示す。
【符号の説明】
1 マシンフレーム 3 支持部材 5 上面 7 柱 9 マウント部材 11 レンズ系 13 光学主軸 15 マスクマニュプレータ 17 マスク 19 光源 21,23 鏡 25 半導体基板 27 オブジェクトテーブル 29 下面 31 下側フレーム支持体 33 静的空気脚 35 位置決め装置 37,39,41 リニア電気モータ 43 xステータ 45 xトランスレータ 47,53 yステータ 49 xステータの第一端 55 xステータの第二端 59,61,63,65 マウントブロック 67 力アクチュエータシステム 69 第一力アクチュエータ 71 第二力アクチュエータ 73 第三力アクチュエータ 75 電気サーボモータ 77 出力軸 79 クランクアーム 81 マウントブロック 83 基準フレーム 85,87 結合ロッド 95 制御システム 97 第一コントローラ 99 電子制御ユニット100 ベース 101,103,105 増幅ユニット 107 負帰還 109 第二電子コントローラ 111 第一加速度トランスデューサ 113 第二加速度トランスデューサ 115 第三加速度トランスデューサ 133 調整部材 135 フレーム 137 ユニット 139 キャリア 143 締め付け部品 147,149,151 板状スチールサスペンション 153 下面 155 力アクチュエータシステム 157,159,161 電磁石 163 空気間隙 165 フィードフォワード制御システム 167 電子コントローラ 169 電子制御ユニット 171,173,175 増幅器ユニット 177 合算回路 179,183,189,191,197,199 ブ
ランチ 181,185,187 加算器 193,195,201,203 増幅器 205,207,209 制御回路 211,213,215 磁束密度トランスデューサ 217,219,221 増幅器ユニット 223 平方根エクストラクタ 225 第一電子ハイプスフィルタ 227 コンパレータ 229 負帰還ライン 231 電子インテグレータ 233 第二ハイパスフィルタ 235 電子コトローラ
フロントページの続き (72)発明者 ゲラルド ファン エンゲレン オランダ国 アインドーフェン フルー ネヴァウツウェッハ 1 (72)発明者 ヘンドリクス ヘルマン マリー コク ス オランダ国 アインドーフェン フルー ネヴァウツウェッハ 1 (72)発明者 ヘンリクス エルネスト ベークマン オランダ国 アインドーフェン フルー ネヴァウツウェッハ 1 (72)発明者 フランシスカス マテイス ヤコブス オランダ国 アインドーフェン フルー ネヴァウツウェッハ 1 (56)参考文献 特開 平2−1585(JP,A) 特開 平1−242846(JP,A) 特開 昭63−153819(JP,A) 特開 昭64−30943(JP,A) 特開 平2−199813(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 z方向に平行な垂直光学主軸(13)
    有するレンズ系(11)と、該レンズ系の下にある位置
    決め装置とを具備する光リソグラフ装置であり、 前記レンズ系が光リソグラフ装置のマシンフレーム
    (1;7、9)に固定され、 前記位置決め装置(35;37、39、41)によっ
    て、オブジェクトテーブル(27)が、前記位置決め装
    置に結合されている支持部材(3)のガイド面(5)
    で前記レンズ系に対して変移可能になされており、 前記支持部材(3)のガイド面(5)が、前記z方向に
    対して直角に延在している構成の光リソグラフ装置にお
    いて、 前記支持部材(3)が、前記マシンフレーム(1;7、
    9)に対して固定され、 前記マシンフレーム(1;7、9)が、リソグラフ装
    置の基準フレーム(83)と固定関係にあるベース(1
    00)上に設けた高周波振動遮断支持体(31)によっ
    支持されており、 前記光リソグラフ装置が力アクチュエータシステム(6
    9、71、73)を具備し、 前記力アクチュエータシステム(69、71、73)
    が、前記基準フレーム(83)に固定され、かつ、フィ
    ードフォワード制御システムによって制御されるように
    なっており、 光リソグラフ装置の運転中に、前記力アクチュエータシ
    ステム(69、71、73)が、前記位置決め装置(3
    5;37、39、41)によって前記支持部材(3)
    同時に働く反力の方向と反対方向で且つ前記反力の値と
    実質的に等しい値の補償力を前記支持部材(3)に加え
    るようになっている光リソグラフ装置。
  2. 【請求項2】 前記制御システムが加速度の負帰還を有
    し、前記力アクチュエータシステムが、加速度トランス
    デューサによって測定される前記マシンフレームの加速
    度によって決定される値と方向を有する制御力を前記
    持部材に加えることを特徴とする請求項1に記載された
    光リソグラフ装置。
  3. 【請求項3】 前記力アクチュエータシステムが、前記
    光学主軸に対して直角である前記位置決め装置の第一変
    移方向と平行に各々動作する第一および第二力アクチュ
    エータと、前記第一変移方向に対して直角であるととも
    に前記光学主軸に対して直角である前記位置決め装置の
    第二変移方向と平行に動作する第三力アクチュエータと
    を有する請求項1または請求項に記載された光リソグ
    ラフ装置。
  4. 【請求項4】 前記力アクチュエータシステムの各々
    が、前記基準フレーム(3)に固定された電気モータ
    と、関連する変移方向と平行に延在する結合ロッド(8
    5、87)とを備え、ロッド第一端部が前記電気モータ
    の出力シャフト(77)に偏心的にピボット支持され、
    ロッド第二端部が前記支持部材(3)にピボット支持さ
    れている請求項に記載された光リソグラフ装置。
  5. 【請求項5】 前記力アクチュエータシステムが磁束密
    度トランスデューサを有する少なくとも1つの電磁石を
    有し、該電磁石の発生力を制御可能な電子制御回路の電
    気入力端に前記磁束密度トランスデューサの電気出力端
    が接続されている請求項1または請求項に記載された
    光リソグラフ装置。
  6. 【請求項6】 前記電子制御回路が電子平方根エクスト
    ラクタを備え、 前記電子平方根エクストラクタに対する入力信号が、前
    記電子制御回路の入力信号によって形成されるととも
    に、前記電磁石に発生させるべき所望の電磁力によって
    定まる値を有することを特徴とする請求項に記載され
    た光リソグラフ装置。
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