JPH10503889A - 重心移動を補償するフォースアクチュエータ装置を有する位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 物体テーブル(1,5)を設けた駆動ユニット(147,149,151;69,71)を有する位置決め装置(21,31)を、位置決め装置(21,31)のフレーム(45)に固定した案内(141,65)上で移動自在にする。位置決め装置(21,31)は前記フレームに対して補償力を発生し、補償力のフレーム(45)の基準点(P)の周りのモーメントが、物体テーブル(1,5)に作用する重力の基準点(P)の周りのモーメントの値に等しい値と、重力のモーメントの方向とは逆向きの方向とを有するフォースアクチュエータ装置(205)を設ける。フォースアクチュエータ装置(205)を使用することにより、物体テーブル(1,5)の移動中に、重力のフレーム(45)に対する作用点がフレーム(45)に対して移動するとき、フレーム(45)が振動したり、弾性的に変形したりするのを防止する。これにより、物体テーブル(1,5)を案内(141,65)に対して駆動ユニット(147,149,151;69,71)によって位置決めすることができる精度がこのような振動又は変形によって悪影響を受けない。位置決め装置(21,31)は集積半導体回路の製造のためのリソグラフ装置に使用する。このリソグラフ装置は、サブストレートホルダ(1)を合焦装置(3)に対して移動自在にする第１位置決め装置(21)と、マスクホルダ(5)を合焦装置(3)に対して移動自在にする第２位置決め装置(31)とを有する。本発明によるリソグラフ装置の特別な実施例においては、第１位置決め装置(21)及び第２位置決め装置(31)のためのジョイントフォースアクチュエータ装置(205)を設け、このジョイントフォースアクチュエータ装置(205)はサブストレートホルダ(1)及びマスクホルダ(5)の双方の重心移動を補償することができる。フォースアクチュエータ装置は、３個の動力学的アイソレータ(51)にそれぞれ一体にした３個のフォースアクチュエータ(205)を有し、これら動力学的アイソレータ(51)を介してリソグラフ装置のマシンフレーム(45)をベース(39)に載置する。

Description

【発明の詳細な説明】 重心移動を補償するフォースアクチュエータ装置を有する位置決め装置 本発明は、物体テーブルと、この物体テーブルを少なくともＸ軸方向に平行に 位置決め装置のフレームに固定した案内上で移動自在にする駆動ユニットとを具 える位置決め装置に関するものである。 更に、本発明は、垂直のＺ軸方向に平行に見て、放射源と、マスクホルダと、 Ｚ軸方向に平行に指向する主軸を有する合焦装置と、位置決め装置によってＺ軸 方向に直交する方向に移動自在のサブストレートホルダとをこの順序で支持する マシンフレームを設けたリソグラフ装置に関するものである。 更に、また本発明は、垂直のＺ軸方向に平行に見て、放射源と、位置決め装置 によってＺ軸方向に平行に移動自在のマスクホルダと、Ｚ軸方向に平行に指向す る主軸を有する合焦装置と、他の位置決め装置によってＺ軸方向に直交する方向 に移動自在のサブストレートホルダとをこの順序で支持するマシンフレームを設 けたリソグラフ装置に関するものである。 冒頭の段落に記載の種類の位置決め装置は米国特許第５，２６０，５８０号に 記載されている。この既知の位置決め装置は、第１フレームによって支持した固 定ベースにより支持しかつ案内した物体テーブルを有する。この既知の位置決め 装置は固定ベース上で物体テーブルを移動させる駆動ユニットを有する。駆動ユ ニットは第１リニアモータの固定部分を固定ベースに支持した第１リニアモータ と、第２リニアモータの固定部分を第２フレームに支持した第２リニアモータと 、第２フレームは第１フレームから動力学的に絶縁又は隔離し、第２フレームに 存在する機械的力及び振動が第１フレームに伝達されないようにする。既知の位 置決め装置の物体テーブルは動作中に第２リニアモータによって所要の端部位置 に近接する位置に移動することができ、この端部位置に近接する位置から第１リ ニアモータによって所要の端部位置に移動することができるようにしている。第 ２リニアモータによる物体テーブルの移動は比較的大きく、速度制御された移動 であるのが一般的であり、この移動中第２リニアモータは物体テーブルに対して 比較的大きな駆動力を加える。第１リニアモータによる物体テーブルの移動は比 較的僅かな位置制御された移動であり、この移動中に第１リニアモータは比較的 僅かな駆動力を物体テーブルに与える。第２リニアモータの固定部分は第１フレ ームから動力学的に絶縁された第２フレームによって支持されているため、物体 テーブルによって第２リニアモータに加わり、また第２リニアモータによって物 体テーブルに加わる駆動力によって生ずる比較的大きな反作用力並びにこの反作 用力によって第２フレームに発生する機械的振動は第１フレーム、固定ベース及 び物体テーブルに伝達される。更に、既知の位置決め装置の第１フレームは比較 的低い機械的剛性を有する多数のダンパによって床面上に配置される。ダンパの 低い機械的剛性によって床に存在する機械的振動は第１フレームに伝達されない 。既知の位置決め装置の固定ベース及び物体テーブルは床に存在する振動及び第 ２リニアモータによって生ずる比較的強い機械的振動から解放されているという 事実は、物体テーブルが所要の端部位置に迅速かつ正確に第１リニアモータによ って移動できることを意味する。 既知の装置の欠点は、物体テーブルが固定ベースに対して比較的大きな距離移 動するとき第１フレームが振動を発生したり、ダンパが震動する点である。物体 テーブルは、物体テーブルに更に、する重力によって決定される支持力で固定ベ ースに休止する。物体テーブルが固定ベースに対して移動するとき、固定ベース に対する支持力の作用点も固定ベースに対して移動する。物体テーブルの比較的 大きな距離にわたる移動が比較的低周波数で生じ、固定ベースがダンパによって 床に対して低周波ばねで支持されているため、物体テーブルの比較的大きな移動 により生ずる支持力の作用点の移動は、固定ベース及び第１フレームに機械的振 動を生ずるだけでなく、ダンパ上の第１フレームに低周波の震動を生ずることに なる。このような機械的振動及び震動は、位置決め装置の位置決め精度及び位置 決め時間を低下させる即ち、所要の端部位置に達する精度と時間が悪化する。 本発明の目的は、このような欠点をできるだけ回避できる冒頭の段落に述べた 種類の位置決め装置を得るにある。 この目的を達成するため、本発明による位置決め装置は、前記位置決め装置に 、電気コントローラによって制御して動作中に前記フレームに対して補償力を発 生し、前記補償力の前記フレームの基準点の周りの機械的モーメントが、前記物 体に作用する重力の前記フレームの基準点の周りの機械的モーメントの値に等し い値と、前記重力の機械的モーメントの方向とは逆向きの方向とを有するフォー スアクチュエータ装置を設けたことを特徴とする。コントローラは、固定ベース に対する物体テーブルの位置の関数としてフォースアクチュエータ装置の補償力 を制御する。コントローラには、例えば、コントローラが位置決め装置の電気制 御ユニットから物体テーブルの位置に関する情報を受け取るフィードフォワード 制御ループを設けたり、又はコントローラが位置センサから物体テーブルの位置 に関する情報を受け取るフィードバック制御ループを設ける。このフォースアク チュエータ装置を使用することは、フレームの基準点の周りの重力のモーメント と補償力のモーメントとの和をできるだけ一定にする。この結果、移動可能な物 体テーブルはフレームに対してほぼ一定の位置をとるいわゆる仮想重心を有し、 これによりフレームは実質的に物体テーブルの支持力の作用点の移動を感知しな いようになる。物体テーブルの実際の重心の移動によるフレームの機械的振動及 び低周波震動を防止でき、位置決め装置の位置決め精度及び位置決め時間を改善 することができる。 本発明による位置決め装置の他の実施例においては、前記物体テーブルを水平 方向に平行に移動自在にするとともに、フォースアクチュエータ装置が垂直方向 に平行に前記補償力を前記フレームに加えるようにする。フォースアクチュエー タ装置は垂直方向に平行な補償力をフレームに加えるため、フォースアクチュエ ータ装置は物体テーブルの駆動方向にはフレームに対して力を加えず、従って、 フォースアクチュエータ装置は駆動方向に平行な方向にはフレームに機械的振動 を発生せず、このような振動を防止する手段を必要としない。フレームの垂直方 向の振動は、フォースアクチュエータ装置の補償力の値が一定であり、フレーム に対する補償力の作用点を物体テーブルの位置の関数として移動することによな 防止される。フォースアクチュエータ装置の補償力の作用点の移動は、例えば、 少なくとも２個の別個のフォースアクチュエータを有するフォースアクチュエー タ装置を使用することにより達成され、これにより、フォースアクチュエータの 補償力は物体テーブルの位置の関数として個別に制御し、個別のフォースアクチ ュエータの補償力の和を一定にする。 本発明による位置決め装置の他の実施例においては、前記物体テーブルの水平 のＸ軸方向に平行にかつこのＸ軸方向に直交する水平のＹ軸方向に平行に移動自 在にするとともに、前記フォースアクチュエータ装置は、３個のフォースアクチ ュエータを互いに三角形形状となるよう配列し、各フォースアクチュエータが垂 直方向に平行に前記補償力を前記フレームに加えるようにする。互いに三角形を なすよう配列した３個のフォースアクチュエータを有するフォースアクチュエー タ装置を使用することにより、Ｘ軸方向に平行な物体テーブルの移動により生ず るフレームの機械的振動を防止するだけでなく、Ｙ軸方向に平行な物体テーブル の移動により生ずるフレームの機械的振動も防止する。個別のフォースアクチュ エータの補償力の和は動作中連続的に一定に維持され、フォースアクチュエータ 装置はフレームに垂直方向の振動を生じない。フォースアクチュエータの三角形 の形状の配置によりフォースアクチュエータ装置の動作を特別に安定させる。 本発明による位置決め装置の特別な実施例においては、前記フォースアクチュ エータ装置を、前記位置決め装置のベースに前記フレームを連結する動力学的ア イソレータの装置に一体にする。動力学的アイソレータは、例えば、比較的低い 機械的剛性を有するダンパとし、これによりフレームはベースから動力学的に隔 離又は絶縁される。ダンパの比較的低い機械的剛性のため、ベースに存在する機 械的振動例えば、床の振動はフレームに伝達されない。フォースアクチュエータ 装置を動力学的アイソレータの装置又は系に一体にすることにより位置決め装置 の構造をコンパクトかつ簡単にすることができる。 更に、本発明による位置決め装置の他の実施例においては、前記補償力は、前 記フォースアクチュエータ装置の磁石装置及び電気コイル装置のローレンツ力の みからなるものとする。フォースアクチュエータ装置は、フレームに固定した部 分及び位置決め装置のベースに固定した部分により構成する。フォースアクチュ エータ装置の補償力はローレンツ力のみであるため、フォースアクチュエータ装 置の上記部分は物理的に分離されており、両者の部分間には物理的な接触又は物 理的連結状態はない。これにより、位置決め装置のベースに存在する機械的振動 例えば、床の振動はフォースアクチュエータ装置を介してフレーム及び物体テー ブルには伝達されない。 冒頭の段落に述べた種類の移動可能サブストレートホルダを設けたリソグラフ 装置はヨーロッパ特許公開第０４９８４９６号に記載されている。この既知のリ ソグラフ装置は光学的リソグラフィックプロセスにより集積半導体回路を製造す るのに使用する。この既知のリソグラ装置の放射源は光源であり、合焦装置は光 学レンズ系であり、このレンズ系により、リソグラフ装置のマスクホルダ上に配 置することができるマスクに設けた集積半導体回路の部分的パターンを、リソグ ラフ装置のサブストレートホルダ上に配置することができる半導体サブストレー ト上に縮小スケールで結像する。このような半導体サブストレートは、個別の半 導体回路を設ける多数のフィールドを有する。半導体サブストレートの個別フィ ールドをこの目的のため順次露光し、個別のフィールドの露光中は半導体サブス トレートはマスクホルダ及び合焦装置に対して一定の位置に配置するとともに、 順次の２つの露光ステップ間において、半導体サブストレートの次のフィールド をサブストレートホルダの位置決め装置によって合焦装置に対する所定位置に送 る。このプロセスを多数回繰り返し、各回毎に異なる部分パターンの異なるマス クを使用し、これにより相当複雑な構造の集積半導体回路を製造することができ る。このような集積半導体回路の構造はサブミクロンレンジの微細寸法を有する 。順次のマスク上の部分パターンは半導体サブストレートのフィールド上にサブ ミクロンレンジの精度で相対的に結像しなければならない。半導体サブストレー トは従って、マスク及び合焦装置に対してサブミクロンレンジの精度でサブスト レートホルダの位置決め装置によって相対位置決めされなければならない。更に 、半導体回路の製造に要する時間を短縮するため、半導体サブストレートは２つ の順次の露光ステップ間で比較的高速で移動させ、また所要の精度でマスク及び 合焦装置に対して位置決めしなければならない。 本発明によれば、移動可能なサブストレートホルダを有するリソグラフ装置は 、前記サブストレートホルダの位置決め装置のフレームを前記リソグラフ装置の マシンフレームに属するものとし、前記サブストレートホルダの位置決め装置の フォースアクチュエータ装置が前記補償力を前記マシンフレームに加えるように した位置決め装置とする。フォースアクチュエータ装置を有する本発明による位 置決め装置を使用することにより、半導体サブストレートを有するサブストレー トホルダを比較的高速で次のフィールドに位置決め装置によって２つの順次の露 光ステップ間で移動し、この間にサブストレートホルダの重心がリソグラフ装置 のマシンフレームに対して移動するとき、リソグラフ装置のマシンフレームの震 動及び振動を防止する。フォースアクチュエータ装置のコントローラは、マシン フレームに対するサブストレートホルダの位置の関数として補償力を制御する。 フォースアクチュエータ装置を使用することによって、マシンフレームの周りの サブストレートホルダに作用する重心のモーメントと補償力のモーメントとの和 はできるだけ一定になり、従って、マシンフレームのサブストレートホルダの重 心の移動の感知はできるだけ少なくなる。このようにして、サブストレートホル ダの重心移動によって生ずるマシンフレームの機械的振動は防止され、サブスト レートホルダをマシンフレームに対して位置決めすることができる精度及び位置 決めプロセスに要する時間が、重心移動によって悪影響を受けないようにするこ とができる。 冒頭の段落に述べた種類の移動可能なサブストレートホルダ及び移動可能なマ スクホルダを有するリソグラフ装置は米国特許第５，１９４，８９３号に記載さ れている。この既知のリソグラフ装置においては、製造中の半導体サブストレー トは半導体サブストレートの単独のフィールドの露光中マスク及び合焦装置に対 して一定の位置をとらず、その代わり半導体サブストレート及びマスクを合焦装 置に対してＺ軸方向に直交するＸ軸方向に平行にサブストレートホルダの位置決 め装置及びマスクホルダの位置決め装置によってそれぞれ同期して移動させる。 このようにして、マスク上のパターンをＸ軸方向に平行に走査し、同期的に半導 体サブストレート上に結像する。これにより、合焦装置によって半導体サブスト レート上に結像することができるマスクの最大表面積は、合焦装置の開孔（アパ ーチャ）の寸法による制限が少なくする。製造すべき集積半導体回路の微細寸法 はサブミクロンレンジであるため、半導体サブストレート及びマスクは、露光中 に合焦装置に対してサブミクロンレンジの精度で移動しなければならない。半導 体回路の製造に要する時間を短縮するためには、半導体サブストレート及びマス クを露光中に比較的高速で互いに相対移動及び相対位置決めしなければならない 。マスク上のパターンを縮小スケールで半導体サブストレート上に結像するため 、マスクを移動する速度及び距離は、サブストレートを移動する速度及び距離よ りも大きくし、速度間の比及び距離間の比はともに合焦装置の縮小率に等しくす る。 本発明によれば、移動可能なサブストレートホルダ及び移動可能なマスクホル ダを有するリソグラフ装置は、マスクホルダの位置決め装置は、マスクホルダの 位置決め装置のフレームがリソグラフ装置のマシンフレームに属し、マスクホル ダの位置決め装置のフォースアクチュエータ装置がマシンフレームに対して補償 力を加える本発明による位置決め装置とする。 本発明による移動可能なサブストレートホルダを有するリソグラフ装置の特別 な実施例においては、マスクホルダを本発明による位置決め装置によりＺ軸方向 に直交する方向に移動自在にし、前記サブストレートホルダの位置決め装置のフ レームを前記リソグラフ装置のマシンフレームに属するものとし、前記サブスト レートホルダの位置決め装置のフォースアクチュエータ装置が前記補償力を前記 マシンフレームに加えるようにしたことを特徴とする。 これにより、半導体サブストレートの露光中マスクを有するマスクホルダが位 置決め装置によって比較的大きい距離にわたり移動し、このときマスクホルダの 重心がリソグラフ装置のマシンフレームに対して比較的大きな距離にわたり移動 するとき、リソグラフ装置のマシンフレームが振動又は震動するのを防止する。 マスクホルダの比較的大きな重心移動により生ずるマシンフレームの機械的振動 が半導体サブストレートの露光中に防止され、従って、サブストレートホルダ及 びマスクホルダを半導体サブストレートの露光中にマシンフレームに対して位置 決めできる精度及び位置決めにかかる時間がマスクホルダの重心の比較的大きな 移動によって悪影響を受けない。 本発明によるリソグラフ装置の他の実施例においては、前記サブストレートホ ルダの位置決め装置及びマスクホルダの位置決め装置にジョイントフォースアク チュエータ装置を設け、前記ジョイントフォースアクチュエータ装置の補償力の 前記基準点の周りの機械的モーメントの値が、前記サブストレートホルダに作用 する重力の前記基準点の周りの機械的モーメントと、前記マスクホルダに作用す る重力の前記基準点の周りの機械的モーメントとの和の値に等しく、前記補償力 の機械的モーメントの方向が前記和の機械的モーメントの方向とは逆向きとなる ようにする。フォースアクチュエータ装置のコントローラは、マシンフレームに 対するマスクホルダの位置及びサブストレートホルダの位置の関数として補償力 を制御し、ジョイントフォースアクチュエータ装置はマスクホルダの重心移動及 びサブストレートホルダの重心移動の双方を補償する。リソグラフ装置の構造は ジョイントフォースアクチュエータ装置の使用によって簡素化される。 本発明によるリソグラフ装置の更に他の実施例においては、前記マシンフレー ムを、互いに三角形をなす形態に配列した３個の動力学的アイソレータによって 前記リソグラフ装置のベースに配置し、前記フォースアクチュエータ装置を３個 の個別のフォースアクチュエータにより構成し、各フォースアクチュエータを前 記動力学的アイソレータの各１個に一体にする。例えば、動力学的アイソレータ は比較的低い機械的剛性を有するダンパとし、これによりマシンフレームはベー スから動力学的に隔離又は絶縁される。ダンパの比較的低い機械的剛性のため、 ベースに存在する機械的振動例えば、床の振動はマシンフレームに伝達されない 。フォースアクチュエータ装置を動力学的アイソレータの装置に一体にすること により、リソグラフ装置の構造を特にコンパクトかつ簡単にすることができる。 更に、アイソレータの三角形の形態に配列することによりマシンフレームのため の安定した支持体を構成する。 次に、図面につき本発明をより詳細に説明する。 図１は、本発明によるリソグラフ装置の斜視図であり、 図２は、図１のリソグラフ装置の線図的説明図であり、 図３は、図１のリソグラフ装置のベース及びサブストレートホルダの斜視図で あり、 図４は、図３のリソグラフ装置のベース及びサブストレートホルダの平面図で あり、 図５は、図１のリソグラフ装置のマスクホルダの平面図であり、 図６は、図５のVI-VI 線上の断面図であり、 図７は、図１のリソグラフ装置の動力学的アイソレータの断面図であり、 図８は、図７のVIII-VIII 線上を断面図であり、 図９は、図１のリソグラフ装置のフォースアクチュエータ装置の線図的説明図 である。 図１及び図２に示す本発明によるリソグラフ装置は、光学的リソグラフィック プロセスによって集積半導体回路を製造するのに使用する。図２に線図的に示す ように、リソグラフ装置は、垂直のＺ軸方向に平行に見て順次に、サブストレー トホルダ１、合焦装置３、マスクホルダ５、及び放射源７を設ける。図１及び図 ２に示すリソグラフ装置は、光学的リソグラフ装置であり、放射源７は、光源９ と、ダイヤフラム１１と、ミラー１３，１５を有する。サブストレートホルダ１ は支持面１７を有し、この支持面１７はＺ軸方向に直交する方向に延在し、この 支持面１７上に半導体サブストレート１９を配置しかつとができ、Ｚ軸方向に直 交するＸ軸方向に平行に、またＸ軸方向及びＺ軸方向に直交するＹ軸方向に平行 に合焦装置３に対して移動できるようにする。合焦装置３は、結像（イメージン グ）装置又は投射（プロジェクション）装置とし、Ｚ軸方向に平行な主光軸２５ と、例えば、４又は５の光学的縮小率を有する光学的レンズ系を有する。マスク ホルダ５は、Ｚ軸方向に直交しかつマスク２９を配置できるとともに、リソグラ フ装置の第２位置決め装置３１によって合焦装置３に対してＸ軸方向に方向に移 動自在の支持面２７を有する。マスク２９は、集積半導体回路のパターン又は部 分的パターンを有する。動作にあたり、光源９から出射する光ビーム３３はダイ ヤフラム１１及びミラー１３，１５を経てマスク２９を通過し、レンズ系２３に より半導体サブストレート１９上に合焦され、マスク２９におけるパターンが半 導体サブストレート１９上に縮小スケールで結像する。半導体サブストレート１ ９は、個別の半導体回路を設ける多数の個別フィールド３５を有する。この目的 のため、半導体サブストレート１９のフィールド３５は順次マスクを経て露光さ れ、個別のフィールド３５を露光した度毎に次のフィールド３５を合焦装置３に 対して移動し、このとき、第１位置決め装置２１によってサブストレートホルダ １をＸ軸方向又はＹ軸方向に平行に移動する。このプロセスは、異なるマスクの 度毎に多数回繰り返し、従って、層状の相当複雑な集積半導体回路を製造するこ とができる。 図２に示すように、半導体サブストレート１９及びマスク２９は、個別のフィ ールド３５の露光中は第１位置決め装置２１及び第２位置決め装置３１によって Ｘ軸方向に平行に合焦装置３に対して同期して移動する。マスク２９におけるパ ターンはＸ軸方向に平行に走査し、これに同期して半導体サブストレート１０上 に結像する。このようにして、図２に示すように、合焦装置３によって半導体サ ブストレート１９上に結像することができるＹ軸方向に平行な方向のマスク２９ の最大幅Ｂは、図２に線図的に示す合焦装置３の開孔（アパーチャ）３７の直径 Ｄによって制限される。合焦装置３によって半導体サブストレート１９上に結像 することができるマスク２９の許容長さＬは直径Ｄよりも大きい。いわゆる「ス テップアンドスキャン」原理に従うこの結像方法においては、合焦装置３によっ て半導体サブストレート１９上に結像することができるマスク２９の最大表面積 は、合焦装置３の開孔３７の直径Ｄによって制限されるが、いわゆる「ステップ アンドリピート」原理に従う従来の結像方法におけるよりも制限される程度が少 ない。この「ステップアンドリピート」原理に従う従来の結像方法は、例えば、 半導体サブストレートの露光中マスク及び半導体サブストレートが合焦装置に対 して固定した位置をとるヨーロッパ特許公開第０４９８４９６号から既知のリソ グラフ装置において使用される。マスク２９におけるパターンは縮小スケールで 半導体サブストレート１９上に結像するため、マスク２９の長さＬ及び幅Ｂは半 導体サブストレート１９上の対応のフィールド３５の長さＬ′及び幅Ｂ′よりも 大きく、長さＬ，Ｌ′間の比及び幅Ｂ，Ｂ′間の比は合焦装置３の光学的縮小率 に等しい。この結果、露光中にマスク２９が移動する距離と露光中半導体サブス トレート１９が移動する距離との比、及び露光中マスク２９が移動する速度と露 光中半導体サブストレート１９が移動する速度の比は、双方とも合焦装置３の光 学的縮小率に等しい。図２に示すリソグラフ装置においては、露光中に半導体サ ブストレート１９及びマスク２９を移動する方向は互いに逆向きである。マスク パターンが逆転結像しない異なる合焦装置をリソグラフ装置が有する場合、この 方向は同一にする。 このリソグラフ装置で製造すべき集積半導体回路は、サブミクロンのレンジの 微細寸法を有する構体を有する。半導体サブストレート１９を順次異なる多数の マスクで露光するため、マスクにおけるパターンは半導体サブストレート１９上 に相対的にサブミクロン又はナノメーターのレンジの精度で結像しなければなら ない。半導体サブストレート１９の露光中、半導体サブストレート１９及びマス ク２９はこのような精度で合焦装置３に対して移動しなければならず、従って、 第１位置決め装置２１及び第２移動装置３１の位置決め精度には相当高い要求が 課せられる。 図１に示すように、リソグラフ装置は水平床面上で配置できるベース３９をユ ニット。このベース３９はフォースフレーム４１の一部をなし、このフォースフ レーム４１にはベース３９に固定した他の垂直の比較的堅固な金属支柱４３が含 まれる。リソグラフ装置には更に、三角形の相当堅固な金属製の主プレート４７ を有するマシンフレーム４５を設け、この主プレート４７は合焦装置３の主光軸 ２５を横切り、図１には見えない中心光透過開口を設ける。主プレート４７は３ 個の角部４９を有し、これらの角部４９を３個の動力学的アイソレータ５１上に 載置し、これらの動力学的アイソレータ５１はベース４９上に固定する。これら の動力学的アイソレータ５１については後述する。主プレート４７の２個の角部 ４９及び２個の動力学的アイソレータのみが図１に見えており、３個のすべての 動力学的アイソレータ５１は図３及び図４において見える。合焦装置３の下側の 近傍に取付リング５３を設け、この取付リング５３によって合焦装置３を主プレ ート４７に固定する。マシンフレーム４５には主プレート４７に固定した垂直の 相当堅固な金属製の支柱５５を設ける。合焦装置３の上側の近傍にマスクホルダ のための支持部材５７を設け、マシンフレーム４５に属するこの支持部材をマシ ンフレーム４５の支柱５５に固定する。この支持部材については後述する。３個 の角部４９に隣接して主プレート４７の下側に固着した３個の懸垂プレート５９ はマシンフレーム４５に属する。図１においては、２個の懸垂プレート５９のみ が見えており、３個のすべての懸垂プレート５９は図３及び図４において見える 。図４に示すように、マシンフレーム４５に属するサブストレートホルダ１のた めの水平支持プレート６１を３個の懸垂プレート５９に固定する。支持プレート ６１は図においては見えないが、図３において一部のみが見える。 マシンフレーム４５は、リソグラフ装置の主要コンポーネント即ち、サブスト レートホルダ１、合焦装置３及びマスクホルダ５を垂直Ｚ軸方向に平行に支持す る。以下に詳細に説明するように、動力学的アイソレータ５１は機械的剛性が比 較的低い。例えば、床の振動のようなベース３９における機械的振動はこの動力 学的アイソレータ５１を介してマシンフレーム４５には伝達されない。これによ り、ベース３９における機械的振動によって影響されてい位置決め精度が得られ る。フォースフレーム４１の機能については以下に詳細に説明する。 図１及び図５に示すように、マスクホルダ５は、ブロック６３を有し、このブ ロック６３上に支持面２７を配置する。マシンフレーム４５に属するマスクホル ダ５のための支持部材５７は、図５で見える中心光透過開口６４と、Ｘ軸方向に 延びてＺ軸方向に直交する共通平面上にある２個の平面案内６５とを有する。マ スクホルダ５のブロック６３は、空気静力学的軸受（図面には見えていない）に よって支持部材５７の平面案内６５上を、Ｘ軸方向に平行なまたＹ軸方向に平行 な自由度の運動と、Ｚ軸方向に平行なマスクホルダ５の回転軸線６７の周りの回 転自由度で案内される。 更に、図１及び図５に示すように、マスクホルダ５を移動する第２位置決め装 置３１は、第１リニアモータ６９と第２リニアモータ７１とを有する。それ自体 既知の通常の種類の第２リニアモータ７１はフォースフレーム４１の支柱４３に 固定した固定部分７３を有する。固定部分７３は、Ｘ軸方向に平行に延びる案内 ７５を有し、この案内７５に沿って第２リニアモータ７１の可動部分７７を移動 自在にする。可動部分７７は、Ｙ軸方向に平行に延びる連結アーム７９を有し、 この連結アーム７９に第１リニアモータ６９の電気コイルホルダ８１を固定する 。第１リニアモータ６９の永久磁石ホルダ８３をマスクホルダ５のブロック６３ に固定する。第１リニアモータ６９はヨーロッパ特許第０４２１５２７号に記載 の種類とする。図５に示すように、第１リニアモータ６９のコイルホルダ８１は 、Ｙ軸方向に平行に延びる４個の電気コイル８５，８７，８９，９１と、Ｘ軸方 向に平行に延びる電気コイル９３とを設ける。コイル８５，８７，８９，９１は 図５で破線で線図的に示す。磁石ホルダ８３は図５で一点鎖線で示した１０個の 対の永久磁石対（９５ａ，９５ｂ），（９７ａ，９７ｂ），（９９ａ，９９ｂ） ，（１０１ａ，１０１ｂ），（１０３ａ，１０３ｂ），（１０５ａ，１０５ｂ） ，（１０７ａ，１０７ｂ），（１０９ａ，１０９ｂ），（１１１ａ，１１１ｂ） ，（１１３ａ，１１３ｂ）を有する。電気コイル８５及び永久磁石９５ａ，９５ ｂ，９７ａ，及び９７ｂは、第１リニアモータ６９の第１Ｘ軸モータ１１５に属 し、コイル８７及び永久磁石９９ａ，９９ｂ，１０１ａ，及び１０１ｂは第１リ ニアモータ６９の第２Ｘ軸モータ１１７に属し、コイル８９及び永久磁石１０３ ａ，１０３ｂ，１０５ａ，及び１０５ｂは第１リニアモータ６９の第３Ｘ軸モー タ１１９に属し、コイル９１及び永久磁石１０７ａ，１０７ｂ，１０９ａ，及び １０９ｂは第１リニアモータ６９の第４Ｘ軸モータ１２１に属し、コイル９３及 び永久磁石１１１ａ，１１１ｂ，１１３ａ，及び１１３ｂは第１リニアモータ６ ９のＹ軸モータ１２３に属する。図６は、第１Ｘ軸モータ１１５及び第２Ｘ軸モ ータ１１７の断面図である。図６に示すように、コイルホルダ８１は、磁石９５ ａ，９７ａ，９９ａ，１０１ａ，１０３ａ，１０５ａ，１０７ａ，１０９ａ，１ １１ａ，及び１１３ａを有する磁石ホルダ８３の第１部分１２５と、磁石９５ｂ ，９７ｂ，９９ｂ，１０１ｂ，１０３ｂ，１０５ｂ，１０７ｂ，１０９ｂ，１１ １ｂ，及び１１３ｂを有する磁石ホルダ８３の第２部分１２７との間に配置する 。図６に示すように、第１Ｘ軸モータ１１５の磁石対９５ａ，９５ｂ及び第２Ｘ 軸モータ１１７の磁石対９９ａ，９９ｂは、Ｚ軸方向の正方向に平行に磁化する とともに、第１Ｘ軸モータ１１５の磁石対９７ａ，９７ｂ及び第２Ｘ軸モータ１ １７の磁石対１０１ａ，１０１ｂは、Ｚ軸方向の負方向に平行に磁化する。これ と同様に、第３Ｘ軸モータ１１９の磁石対１０３ａ，１０３ｂ及び第４Ｘ軸モー タ１２１の磁石対１０７ａ，１０７ｂ並びにＹ軸モータ１２３の磁石対１１１ａ ，１１１ｂは、Ｚ軸方向の正方向に平行に磁化するとともに、第３Ｘ軸モータ１ １９の磁石対１０５ａ，１０５ｂ及び第４Ｘ軸モータ１２１の磁石対１０９ａ， １０９ｂ並びにＹ軸モータ１２３の磁石対１１３ａ，１１３ｂは、Ｚ軸方向の負 方向に平行に磁化する。更に、図６に示すように、第１Ｘ軸モータ１１５の磁石 ９５ａ，９７ａを磁気的閉回路形成ヨーク１２９によって相互連結するとともに 、磁石９５ｂ，９７ｂ、磁石９９ａ，１０１ａ、磁石９９ｂ，１０１ｂを、それ ぞれ磁気的閉回路形成ヨーク１３１、１３３、１３５で相互連結する。第３Ｘ軸 モータ１１９、第４Ｘ軸モータ１２１、Ｙ軸モータ１２３にも同様の磁気的閉回 路形成ヨークを設ける。動作中、電流がＸ軸モータ１１５，１１７，１１９，１ ２１のコイル８５，８７，８９，９１を流れるとき、Ｘ軸モータ１１５，１１７ ，１１９，１２１の磁石及びコイルは互いにＸ軸方向に平行なローレンツ力を発 生する。コイル８５，８７，８９，９１を流れる電流が大きさと方向が同一であ る場合には、マスクホルダ５はローレンツ力によりＸ軸方向に平行移動するとと もに、コイル８５，８７を流れる電流の大きさが同一でコイル８９，９１を流れ る電流とは向きが逆である場合には、マスクホルダ５は回転軸線６７の周りに回 転する。Ｙ軸モータ１２３のコイル９３に電流が流れるとＹ軸モータ１２３の磁 石及びコイルは互いにＹ軸方向に平行なローレンツ力を発生し、これによりマス クホルダ５はＹ軸方向に平行に移動する。 半導体サブストレート１９の露光中、マスクホルダ５は合焦装置３に対してＸ 軸方向に平行に比較的大きな距離にわたり、かつ高い位置決め精度で移動しなけ ればならない。このことを達成するため、第１リニアモータ６９のコイルホルダ ８１をＸ軸方向に平行に第２リニアモータ７１によって移動させ、マスクホルダ ５の所要の移動は第２リニアモータ７１によって得られ、またマスクホルダ５は 第１リニアモータ６９のＸ軸モータ１１５，１１７，１１９，１２１の適当なロ ーレンツ力によって第２リニアモータ７１の可動部分７７に沿って搬送される。 合焦装置３に対するマスクホルダ５のこの所要の移動は、マスクホルダ５の移動 中にＸ軸モータ１１５，１１７，１１９，１２１のローレンツの力を適当な位置 制御装置により制御することによって得られる。図面には詳細に示さない位置制 御装置は、例えば、合焦装置３に対するマスクホルダ５の位置を測定するための それ自体既知の普通のレーザ干渉計（インターフェロメータ）を有し、これによ りサブミクロン又はナノメータのレンジの所要の位置決め精度が得られる。半導 体サブストレート１９の露光中第１リニアモータ６９はマスクホルダ５をＸ軸方 向に平行な移動を制御するばかりでなく、Ｙ軸方向に平行な位置及び回転軸線６ ７の周りにのマスクホルダ５の回転角度も制御する。マスクホルダ５は、第１リ ニアモータ６９によりＹ軸方向に平行に位置決めされまた回転軸線６７の周りに 回転させられるため、マスクホルダ５の移動はＸ軸方向に対する平行関係を有し 、この平行関係は第１リニアモータ６９の位置決め精度によって決定される。Ｘ 軸方向に対する第２リニアモータ７１の案内７５の平行関係からのずれは、Ｙ軸 方向に平行にマスクホルダ５を移動することによって補償される。マスクホルダ ５の所要の移動は第２リニアモータ７１によってのみ得られ、またＸ軸方向に対 する案内７５の平行関係には特別に高い要求は課せられないため、比較的簡単な 普通の一次元リニアモータを第２リニアモータ７１として使用することができ、 これによりマスクホルダ５を比較的大きな距離にわたり比較的低い精度で移動す ることができる。マスクホルダ５の移動の所要の精度は、マスクホルダ５を第２ リニアモータ７１の可動部分７７に対して第１リニアモータ６９によって比較的 小さい距離にわたり移動することによって得られる。第１リニアモータ６９は比 較的小さい寸法とする。即ち、マスクホルダ５が第２リニアモータ７１の可動部 分７７に対して移動する距離は小さいためである。これにより第１リニアモータ ６９の電気コイルにおける電気的抵抗損失は小さくて済む。 上述したように、第２リニアモータ７１の固定部分７３はリソグラフ装置のフ ォースフレーム４１に固定する。第２リニアモータ７１の駆動力によって固定部 分７３に加わりまた可動部分７７に加わる第２リニアモータ７１の駆動力から生 ずる反作用力はフォースフレーム４１に伝達される。第１リニアモータ６９のコ イルホルダ８１は第２リニアモータ７１の可動部分７７に固定するため、マスク ホルダ５により可動部分７７に加わりまたマスクホルダ５に加わる第１リニアモ ータ６９のローレンツ力から反作用力も、第２リニアモータ７１の可動部分７７ 及び固定部分７３を介してフォースフレーム４１に伝達される。従って、動作中 マスクホルダ５により第２位置決め装置３１に加わりまたこの第２位置決め装置 ３１によってマスクホルダ５に加わる力から生ずる反作用力はフォースフレーム ４１にのみ伝達される。この反作用力は、第２リニアモータ７１の比較的大きい 移動から生ずる低周波成分と、所要の位置決め精度を得るため第１リニアモータ ６９により行われる比較的小さい移動から生ずる高周波成分とを有する。フォー スフレーム４１は相当堅固であり、密実なベースに載置するため、反作用力の低 周波成分によってフォースフレーム４１に生ずる機械的振動は無視できる程小さ いものとなる。反作用力の高周波成分は小さい値であるが、使用されるフォース フレーム４１のようなフレームのタイプの共振周波数特性に相当する周波数を有 するのが普通である。この結果、反作用力の高周波成分はフォースフレーム４１ に無視できない高周波の機械的振動を生ずる。しかし、フォースフレーム４１は マシンフレーム４５から動力学的に絶縁されている即ち、フォースフレーム４１ に存在する或る閾値例えば１０Ｈｚ以上の周波数を有する機械的振動はマシンフ レーム４５には伝達されない。即ち、このマシンフレーム４５は低周波の動力学 的アイソレータ５１を介してのみフォースフレーム４１に連結されているためで ある。従って、第２位置決め装置３１の反作用力によってフォースフレーム４１ に生ずる高周波の機械的振動は、上述の床振動と同様にマシンフレーム４５に伝 達されない。支持部材５７の平面案内６５はＺ軸方向に直交し、また第２位置決 め装置３１によってマスクホルダ５に加わる駆動力もＺ軸方向に直交するため、 駆動力自体はマシンフレーム４５に機械的振動を発生しない。更に、フォースフ レーム４１に存在する機械的振動は第２リニアモータ７１の固定部分７３及び可 動部分７７からマシンフレーム４５に伝達されることはない。即ち、上述の説明 から明らかなように、マスクホルダ５は第２リニアモータ７１の可動部分７７に 対して、第１リニアモータ６９の磁石装置及び電気コイル装置のローレンツ力に よってのみ結合されており、またマスクホルダ５はローレンツ力とは別に物理的 に第２リニアモータ７１の可動部分７７から分離されているためである。上述の 説明のように、マシンフレーム４５は、第２位置決め装置３１の駆動力及び反作 用力により生ずる機械的振動及び変形がない。このことの利点を以下に更に説明 する。 図３及び図４に示すように、サブストレートホルダ１は支持面１７を配置する ブロック１３７と、空気静力学的に支持したフット１３９とを有し、このふっと １３９には空気静力学的軸受を設ける。サブストレートホルダ１は、空気静力学 的に支持したフット１３９によってマシンフレーム４５の支持プレート６１上に 設けたＺ軸方向に直交する花崗岩支持体１４３の上面１４１で案内し、Ｘ軸方向 及びＹ軸方向に平行な移動の自由度と、Ｚ軸方向に平行な方向のサブストレート ホルダ１の回転軸線１４５の周りにの回転の自由度を有する。 図１、図３及び図４に示すように、サブストレートホルダ１の位置決め装置２ １は、第１リニアモータ１４７、第２リニアモータ１４９、及び第３リニアモー タ１５１とを有する。位置決め装置１２１の第２リニアモータ１４９及び第３リ ニアモータ１５１は位置決め装置３１の第２リニアモータ７１と同一の種類とす る。第２リニアモータ１４９は、フォースフレーム４１に属するベース３９に固 定したアーム１５５に固定した固定部分１５３を有する。この固定部分１５３は Ｙ軸方向に平行に延びて第２リニアモータ１４９の可動部分１５９が移動する案 内１５７を設ける。第３リニアモータ１５１の固定部分１６１は第２リニアモー タ１４９の可動部分１５９上に配置し、Ｘ軸方向に平行に延びて第３リニアモー タ１５１の可動部分１６５が移動する案内１６３を設ける。図４で見えるように 、第３リニアモータ１５１の可動部分１６５は連結ピース１６７を有し、この連 結ピース１６７に第１リニアモータ１４７の電気コイルホルダ１６９を固定する 。第１位置決め装置２１の第１リニアモータ１４７は第２位置決め装置３１の第 １リニアモータ６９と同様にヨーロッパ特許第０４２１５２７号に記載の種類の ものとすることができる。第２位置決め装置３１の第１リニアモータ６９は先に 詳述したので、第１位置決め装置２１の第１リニアモータ１４７の詳細な説明は 省略する。ただし、サブストレートホルダ１は第３リニアモータ１５１の可動部 分１６５に対して動作中Ｚ軸方向に直交するローレンツ力によってのみ連結する ことを述べておくだけで十分であろう。しかし、第１位置決め装置２１の第１リ ニアモータ１４７と第２位置決め装置３１の第１リニアモータ６９と違いは、第 １位置決め装置２１の第１リニアモータ１４７が比較的高い定格電力のＸ軸モー タ及びＹ軸モータを有するが、第２位置決め装置３１の第１リニアモータ６９の 単独のＹ軸モータ１２３はＸ軸モータ１１５，１１７，１１９，１２１の定格電 力よりも低い定格電力を有する点である。このことは、サブストレートホルダ１ は第１リニアモータ１４７によってＸ軸方向に平行に比較的大きい距離にわたっ て移動するだけでなく、Ｙ軸方向にも大きな距離にわたって平行に移動すること を意味する。更に、サブストレートホルダ１は第１リニアモータ１４７によって 回転軸線１４５の周りに回転することができる。 半導体サブストレート１９の露光中、サブストレートホルダ１は合焦装置３に 対してＸ軸方向に平行に高い精度で移動させるべきであり、一方半導体サブスト レート１９の次のフィールド３５を合焦装置３に対して露光のための所定位置入 送るときＸ軸方向又はＹ軸方向に平行に移動させねばならない。サブストレート ホルダ１をＸ軸方向に平行に移動するため、第１リニアモータ１４７のコイルホ ルダ１６９を第３リニアモータ１５１によってＸ軸方向に平行に移動し、サブス トレートホルダ１の所要の移動は第３リニアモータ１５１によって行い、またサ ブストレートホルダ１は第１リニアモータ１４７の適当なローレンツ力によって 第３リニアモータ１５１の可動部分１６５に対して移動する。Ｘ軸方向又はＹ軸 方向に平行なサブストレートホルダ１の所要の移動は第１リニアモータ１４７の ローレンツ力によって生じ、この第１リニアモータ１４７はサブストレートホル ダ１の移動中上述のリソグラフ装置の位置制御装置によって制御し、これにより サブミクロン又はナノメータのレンジの位置決め精度が得られる。サブストレー トホルダ１の所要の移動は第２リニアモータ１４９及び第３リニアモータ１５１ によってのみ得られ、第２リニアモータ１４９，第３リニアモータ１５１の位置 決め精度にはそれほど高い必要条件は課せられないため、第２リニアモータ１４ ９及び第３リニアモータ１５１は第２位置決め装置３１の第２リニアモータ７１ のように比較的簡単な普通の一次元リニアモータとすることができ、これにより サブストレートホルダ１は低い精度で比較的大きい距離にわたり、Ｙ軸方向及び Ｘ軸方向に平行にそれぞれ移動することができる。サブストレートホルダ１の移 動の所要の精度は、サブストレートホルダ１を第１リニアモータ１４７により比 較的僅かな距離にわたり第３リニアモータ１５１の可動部分１６５に対して移動 することによって得られる。 サブストレートホルダ１の位置決め装置２１はマスクホルダ５の位置決め装置 ３１と同様の種類とすることができ、第１位置決め装置２１の第２リニアモータ １４９の固定部分１５３を、第２位置決め装置３１の第２リニアモータ７１の固 定部分７３と同様にリソグラフ装置のフォースフレーム４１に固定するため、動 作中サブストレートホルダ１によって第１位置決め装置２１に加わりまた第１位 置決め装置２１によってサブストレートホルダ１に加わる駆動力から生ずる反作 用力はフォースフレーム４１に伝達されることになる。このことは、第１位置決 め装置２１の反作用力並びに第２位置決め装置３１の反作用力はフォースフレー ム４１に機械的振動を発生させ、この機械的振動はマシンフレーム４５には伝達 されない。サブストレートホルダ１が案内される花崗岩支持体１４３の上面１４ １はＺ軸方向に直交するため、やはりＺ軸方向に直交する第１位置決め装置２１ の駆動力自体もマシンフレーム４５に機械的振動を発生しない。 マスク２９におけるパターンは半導体サブストレート１９に上記の精度で結像 する。即ち、マスク２９及び半導体サブストレート１９は双方ともに、半導体サ ブストレート１９の露光中にそれぞれ第２位置決め装置３１及び第１位置決め装 置２１によって、上記精度で合焦装置３に対してＸ軸方向に平行に移動できるた めであり、またマスク２９及び半導体サブストレート１９は上記精度でＹ軸に平 行に位置決めされまた回転軸線６７，１４５の周りに回転するためである。パタ ーンを半導体サブストレート１９上に結像する精度は位置決め装置２１，３１の 位置決め精度よりも良好である。即ち、マスクホルダ５はＸ軸方向に平行に移動 するばかりでなく、Ｙ軸方向に平行に移動できかつ回転軸線６７の周りに回転で きるためである。合焦装置３に対するマスク２９の移動は、半導体サブストレー ト１９におけるパターンイメージのシフトを生じ、このシフトはマスク２９の移 動量に対する合焦装置３の光学的縮小率の商に等しい。このようにして、マスク ２９のパターンは半導体サブストレート１９上に、第２位置決め装置３１の位置 決め精度に対する合焦装置３の縮小率の商に等しい精度で結合することができる 。 図７及び図８は３個の動力学的アイソレータ５１のうちの１個の断面を示す。 この図示の動力学的アイソレータ５１は取付プレート１７１を有し、動力学的ア イソレータ５１上に載置するマシンフレーム４５の主プレート４７の角部４９を この取付プレート１７１に固定する。動力学的アイソレータ５１は、更に、ハウ ジング１７３を有し、このハウジング１７３をフォースフレーム４１のベース３ ９に固定する。取付プレート１７１は、Ｚ軸方向に平行に延びる連結ロッド１７ ５を介して中間プレート１７７に連結し、この中間プレート１７７は円筒形のタ ブ又は槽体１８１内に３個の互いに平行なテンションロッド１７９によって懸垂 する。図７では１個のテンションロッド１７９のみが見えており、３個のすべて のテンションロッド１７９は図８において見える。円筒形のタブ１８１はハウジ ング１７３の円筒形室１８３内に同心状に配置する。円筒形タブ１８１と円筒形 室１８３との間の空間１８５は空気ばね１８７の一部をなし、供給バルブ１８９ を介して圧縮空気を充填する。。この空間１８７は環状の可撓性ゴム薄膜１９１ によりシールし、このゴム薄膜１９１は円筒形タブ１８１の第１部分１９３と第 ２部分１９５との間及び、ハウジング１７３の第１部分１９７と第２部分１９９ との間に固定する。このようにして、マシンフレーム４５とこのマシンフレーム ４５に支持したリソグラフ装置のコンポーネントは、Ｚ軸方向に平行な方向に３ 個の動力学的アイソレータ５１の空間１８５内の圧縮空気によって支持され、円 筒形タブ１８１及び従って、マシンフレーム４５は薄膜１９１の可撓性のため円 筒形室１８３に対して或る程度の移動の自由度がある。空気ばね１８７は、３個 の動力学的アイソレータ５１の空気ばね１８７、マシンフレーム４５及びこのマ シンフレーム４５によって支持されるリソグラフ装置のコンポーネントにより形 成される質量ばね装置が比較的小さい共振周波数例えば、３Ｈｚを有する剛性に する。マシンフレーム４５は動力学的にフォースフレーム４１から、所定閾値以 上の周波数例えば、上述した１０Ｈｚの機械的振動に対して絶縁される。図７に 示すように、空間１８５は空気ばね１８７の側方室２０３に狭い通路２０１を介 して接続する。この狭い通路２０１はダンパとして作用し、これにより円筒形室 １８３に対する円筒形タブ１８１の周期的運動は緩衝される。 図７及び図８に示すように、各動力学的アイソレータ５１は、この動力学的ア イソレータ５１に一体にしたフォースアクチュエータ２０５を有する。フォース アクチュエータ２０５は、ハウジング１７３の内壁２０９に固定した電気コイル ホルダ２０７を有する。図７に示すように、コイルホルダ２０７は、Ｚ軸方向に 直交する方向に延びており、図面で破線で示す電気コイル２１１を有する。この コイルホルダ２０７は取付プレート１７１に固定した２個の磁気ヨーク２１３， ２１５間に配置する。更に、１対の永久磁石（２１７，２１９），（２２１，２ ２３）を各ヨーク２１３，２１５に固定し、磁石（２１７，２１９），（２２１ ，２２３）の対は電気コイル２１１の平面に直交するそれぞれ互いに反対向きに 磁化する。電流がコイル２１１を通過するとき、コイル２１１及び磁石（２１７ ，２１９，２２１，２２３）は互いにＺ軸方向に平行なローレンツ力を発生する 。ローレンツ力の値はリソグラフ装置の電気コントローラによって以下に詳細に 説明するように制御する。 動力学的アイソレータ５１に一体にしたフォースアクチュエータ２０５は、図 ９に線図的に示したフォースアクチュエータ装置を形成する。図９は更に、線図 的にマシンフレーム４５、サブストレートホルダ１、マシンフレーム４５に対し て移動自在のマスクホルダ５、並びにベース３９及び３個の動力学的アイソレー タ５１を示す。図９には更に、マシンフレーム４５の基準点Ｐを示し、この基準 点Ｐに対してサブストレートフレーム１の重心Ｇ_sはＸ位置Ｘ_s及びＹ位置Ｙ_sを 有し、またマスクホルダ５の重心Ｇ_MはＸ位置Ｘ_M及びＹ位置Ｙ_Mを有する。これ らの重心Ｇ_s及びＧ_Mは、それぞれ半導体サブストレート１９を有するサブストレ ートホルダ１の移動可能質量の全体及びマスク２９を有するマスクホルダ５の移 動可能質量の全体の重心を示す。図９には、更に、３個のフォースアクチュエー タ２０５のローレンツ力Ｆ_L1，Ｆ_L2及びＦ_L3が、それぞれ基準点Ｐに対してＸ位 置Ｘ_F1，Ｘ_F2，Ｘ_F3及びＹ位置Ｙ_F1，Ｙ_F2，Ｙ_F3のポイントでマシンフレーム４ ５に対して作用することを示す。マシンフレーム４５はサブストレートホルダ１ 及びマスクホルダ５をＺ軸方向に平行に支持するため、サブストレートホルダ１ 及びマスクホルダ５はそれぞれ支持力Ｆ_s，Ｆ_Mをマシンフレーム４５に加え、こ れらの支持力はサブストレートホルダ１及びマスクホルダ５に作用する重力の値 に対応する値を有する。支持力Ｆ_s，Ｆ_Mは、それぞれサブストレートホルダ１及 びマスクホルダ５の重心Ｇ_s及びＧ_MのＸ位置及びＹ位置に対応するＸ位置及びＹ 位置のポイントでマシンフレーム４５に作用する。半導体サブストレート１９の 露光中マシンフレーム４５に対してサブストレートホルダ１及びマスクホルダ５ が移動する場合、サブストレートホルダ１及びマスクホルダ５の支持力Ｆ_s，Ｆ_M の作用点もマシンフレーム４５に対して移動する。リソグラフ装置の電気コント ローラはローレンツ力Ｆ_L1，Ｆ_L2及びＦ_L3の値を制御し、マシンフレーム４５の ローレンツ力Ｆ_L1，Ｆ_L2及びＦ_L3の基準点Ｐの周りの機械的モーメントの和が、 サブストレートホルダ１及びマスクホルダ５の支持力Ｆ_s，及びＦ_Mの基準点Ｐの 周りの機械的モーメントの和の値の絶対値が等しくかつ値及び方向にそれぞれ正 負が逆の値及び方向を有する。即ち、 Ｆ_L1＋Ｆ_L2＋Ｆ_L3＝Ｆ_s＋Ｆ_M Ｆ_L1＊Ｘ_F1＋Ｆ_L2＊Ｘ_F2＋Ｆ_L3＊Ｘ_F3＝Ｆ_S＊Ｘ_S＋Ｆ_M＊Ｘ_M Ｆ_L1＊Ｙ_F1＋Ｆ_L2＊Ｙ_F2＋Ｆ_L3＊Ｙ_F3＝Ｆ_S＊Ｙ_S＋Ｆ_M＊Ｙ_M ローレンツ力Ｆ_L1，Ｆ_L2及びＦ_L3を制御するコントローラは、例えば、それ自 体既知であり普通のフィードフォワード制御ループを有するものとして構成する ことができ、これにより、コントローラはサブストレートホルダ１の位置Ｘ_s， Ｙ_s及びマスクホルダ５の位置Ｘ_M，Ｙ_Mに関する情報を、サブストレートホルダ １及びマスクホルダ５を制御するリソグラフ装置の電気制御ユニット（図示せず ）から受ける。この受け取った情報はサブストレートホルダ１及びマスクホルダ ５の所要の位置に関連する。代案として、コントローラはそれ自体既知であり普 通のフィードバック制御ループを有するものとして構成することができ、これに より、コントローラはサブストレートホルダ１の位置Ｘ_s，Ｙ_s及びマスクホルダ ５の位置Ｘ_M，Ｙ_Mに関する情報を、サブストレートホルダ１及びマスクホルダ５ を制御するリソグラフ装置の位置制御装置（図示せず）から受ける。この受け取 った情報はサブストレートホルダ１及びマスクホルダ５の測定位置に関連する。 更に、代案として、コントローラは上述のフィードフォワード制御ループとフィ ードバック制御ループの組み合わせとして構成することもできる。このようにし て、フォースアクチュエータ装置のローレンツ力Ｆ_L1，Ｆ_L2及びＦ_L3は、サブス トレートホルダ１及びマスクホルダ５の重心Ｇ_s及びＧ_Mのマシンフレーム４５に 対する移動を補償する補償力を生ずる。ローレンツ力Ｆ_L1，Ｆ_L2及びＦ_L3及び支 持力Ｆ_s，Ｆ_Mのマシンフレーム４５の基準点Ｐの周りの機械的モーメントの和は 一定の値及び方向を有するため、サブストレートホルダ１及びマスクホルダ５は 、それぞれマシンフレーム４５に対するホボ一定の位置を有するいわゆる仮想重 心を有する。これにより、マシンフレーム４５は半導体サブストレート１９の露 光中サブストレートホルダ１及びマスクホルダ５の実際の重心Ｇ_s及びＧ_Mの移動 を感知しない。上述のフォースアクチュエータ装置がないと、サブストレートホ ルダ１及びマスクホルダ５の移動は支持力Ｆ_s，Ｆ_Mのマシンフレーム４５の基準 点Ｐの周りの機械的モーメントの補償されない変化となって現れ、この結果、マ シンフレーム４５は動力学的アイソレータ５１の低周波の振動を生じたり又はマ シンフレーム４５に弾性変形又は機械的振動を生ずることになる 。 ３個の動力学的アイソレータ５１に３個のフォースアクチュエータ２０５を組 み込んだことによりフォースアクチュエータ装置及びリソグラフ装置の構造がコ ンパクトかつ簡単になる。更に、動力学的アイソレータ５１の三角形状の配列に よりフォースアクチュエータ装置の動作が特別に安定する。フォースアクチュエ ータ装置の補償力はローレンツ力を有するため、ベース３９及びフォースフレー ム４１に存在する機械的振動はフォースアクチュエータ２０５を経てマシンフレ ーム４５に伝達されない。 上述の方法即ち、位置決め装置２１，３１の反作用力のフォースフレーム４１ への直接導入、サブストレートホルダ１及びマスクホルダ５のローレンツ力によ るフォースフレーム４１との連結、及びフォースアクチュエータ２０５の補償力 はマシンフレーム４５が支持機能のみを有する結果となる。マシンフレーム４５ には値及び方向が変化する力は実質的には作用しない。例えば、サブストレート ホルダ１及びマスクホルダ５の移動中、サブストレートホルダ１及びマスクホル ダ５の空気静力学的軸受によって花崗岩支持体１４３の上面１４１及び支持部材 ５７の平面案内６５に加わる水平方向の粘性摩擦力によってのみ例外を生ずる。 しかし、このような摩擦力は比較的小さく、マシンフレーム４５に知覚できる振 動や変形を生ずることはない。マシンフレーム４５は機械的振動及び弾性変形が ないため、マシンフレーム４５によって支持されるリソグラフ装置のコンポーネ ントハ互いに特に正確に規定された位置をとる。特に、合焦装置３に対するサブ ストレートホルダ１の位置及び合焦装置３に対するマスクホルダ５の位置は極め て正確に規定され、またサブストレートホルダ１及びマスクホルダ５が合焦装置 ３に対して位置決め装置２１，３１によって極めて正確に位置決めされることに より、マスク２９における半導体回路のパターンを、サブミクロン又はナノメー タのレンジの精度で半導体サブストレート１９上に結像することができるように なる。マシンフレーム４５及び合焦装置３は機械的振動及び弾性変形がないため 、マシンフレーム４５はサブストレートホルダ１及びマスクホルダ５の上述の位 置決め制御装置の基準フレームとして作用することができ、例えば、光学素子及 びレーザ干渉装置のような位置制御装置の位置センサを直接マシンフレーム４５ に取り付けることができるという利点も得られる。マシンフレーム４５に直接セ ンサを取り付けることは、サブストレートホルダ１、合焦装置３、及びマスクホ ルダ５に対する位置センサのとる位置が機械的振動及び変形に影響を受けないと いう結果となり、合焦装置３に対するサブストレートホルダ１及びマスクホルダ ５の位置の特に信頼性の高い正確な測定が得られる。マスクホルダ５はＸ軸方向 に平行に位置決めされるだけでなく、Ｙ軸方向にも平行に位置決めされまた回転 軸線６７の周りにも回転させられ、これにより半導体サブストレート１９上への マスク２９の極めて高い精度での結像が得られ、上述したように、サブミクロン のレンジの精密な寸法の半導体サブストレートを本発明によるリソグラフ装置に よって製造することができる。 上述の本発明によるリソグラフ装置は、本発明による第１位置決め装置２１に より移動するサブストレートホルダ１及び本発明による第２位置決め装置３１に より移動するマスクホルダ５を有する。位置決め装置２１，３１は共通のフォー スアクチュエータ装置を有し、このアクチュエータ装置によって動作中サブスト レートホルダ１及びマスクホルダ５の双方の重心移動を補償する補償力を与える 。本発明によるリソグラフ装置は、代案として、サブストレートホルダ１及びマ スクホルダ５の重心の移動を個別に補償する２個のフォースアクチュエータ装置 を設けることもできる。 更に、本発明は、上述の「ステップアンドリピート」原理によって動作するリ ソグラフ装置もカバーする。例えば、本発明による位置決め装置はヨーロッパ特 許公開第０４９８４９６号に記載されたサブストレートホルダのみが合焦装置に 対して比較的大きな距離にわたり移動することができるリソグラフ装置のサブス トレートホルダの移動に使用することができる。本発明によりカバーされるこの ようなリソグラフ装置はマスクホルダ５を有する第２位置決め装置３１に代えて 、図面につき説明したリソグラフ装置に、例えば、ヨーロッパ特許公開第０４９ ８４９６号に記載された既知の装置のようにマシンフレーム４５に対して固定の 普通のマスクホルダを使用し、フォースアクチュエータ装置の補償力をサブスト レートホルダ１の位置の関数として制御することによって得られる。更に、本発 明は上述の「ステップアンドスキャン」原理で動作するリソグラフ装置をもカバ ーし、この場合、マスクホルダのみを本発明による位置決め装置によって駆動し 、フォースアクチュエータ装置の補償力をマスクホルダの位置の関数としてのみ 制御する。このような構造は、例えば、リソグラフ装置の合焦装置が比較的大き な光学的縮小率を有し従って、サブストレートホルダの重心の移動はマスクホル ダの重心移動に対して比較的小さく、サブストレートホルダの重心移動がリソグ ラフ装置のマシンフレームに比較的小さな機械的振動及び変形しか生じない場合 が考えられる。 上述の本発明によるリソグラフ装置は、集積電子半導体回路の製造における半 導体サブストレートの露光に使用される。更に、代案として、このようなリソグ ラフ装置はサブミクロンレンジの微細寸法の構造を有する他の製品の製造もマス クパターンをリソグラフ装置によってサブストレート上に結像して行うことがで きる。集積した光学装置の構造又は磁気ドメインメモリの導入及び検出パターン 並びに液晶ディスプレイパターンの構造にも適用できる。 更に、本発明による位置決め装置はリソグラフ装置使用できるだけでなく、物 体又はサブストレートを正確に位置決めする他の装置にも使用できる。例えば、 物体又は材料の分析又は測定する装置に使用でき、この場合、物体又は材料を測 定装置又は走査装置に対して正確に位置決め又は移動する。本発明による位置決 め装置の他の用途としては例えば、ワークピース例えば、レンズをサブミクロン レンジで精密に機械加工する精密工作機械がある。本発明による位置決め装置は この場合、ワークピースを回転ツールに対して位置決めしたり、又は回転するワ ークピースに対してツールを位置決めする。 上述のリソグラフ装置の第１位置決め装置２１はローレンツリング力のみを発 生する第１リニアモータと、普通の第２及び第３のリニアモータとを設けた駆動 ユニットを有するとともに、上述のリソグラフ装置の第２位置決め装置３１はロ ーレンツ力のみを発生する第１リニアモータと、単独の普通の第２リニアモータ とを設けた駆動ユニットを有する。更に、本発明は異なるタイプの駆動ユニット 又は異なるタイプの案内を設けた位置決め装置にも関するものである。本発明は 例えば、普通のねじ付きスピンドル駆動装置及びストレートな案内を設けた位置 決め装置にも適用できる。 フォースアクチュエータ装置は３個のフォースアクチュエータ２０５の代わり に異なる数のフォースアクチュエータを有するものとすることができる。フォー スアクチュエータの数は位置決め装置の物体テーブルの移動可能性の数に基づく 。物体テーブルがＸ軸方向にのみ平行に移動する場合、例えば、２個のアクチュ エータだけで十分である。上述の位置決め装置２１，３１は３個以上のフォース アクチュエータ２０５を設けることができるが、この場合、過剰に詰まった構造 となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファン デル パル アドリアヌス オランダ国 5621 ベーアー 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 ファン エイク イアン オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １ 【要約の続き】 を合焦装置(3)に対して移動自在にする第１位置決め装 置(21)と、マスクホルダ(5)を合焦装置(3)に対して移動 自在にする第２位置決め装置(31)とを有する。本発明に よるリソグラフ装置の特別な実施例においては、第１位 置決め装置(21)及び第２位置決め装置(31)のためのジョ イントフォースアクチュエータ装置(205)を設け、この ジョイントフォースアクチュエータ装置(205)はサブス トレートホルダ(1)及びマスクホルダ(5)の双方の重心移 動を補償することができる。フォースアクチュエータ装 置は、３個の動力学的アイソレータ(51)にそれぞれ一体 にした３個のフォースアクチュエータ(205)を有し、こ れら動力学的アイソレータ(51)を介してリソグラフ装置 のマシンフレーム(45)をベース(39)に載置する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．物体テーブルと、この物体テーブルを少なくともＸ軸方向に平行に位置決め 装置のフレームに固定した案内上で移動自在にする駆動ユニットとを具える位置 決め装置において、前記位置決め装置に、電気コントローラによって制御して動 作中に前記フレームに対して補償力を発生し、前記補償力の前記フレームの基準 点の周りの機械的モーメントが、前記物体に作用する重力の前記フレームの基準 点の周りの機械的モーメントの値に等しい値と、前記重力の機械的モーメントの 方向とは逆向きの方向とを有するフォースアクチュエータ装置を設けたことを特 徴とする位置決め装置。 ２．前記物体テーブルを水平方向に平行に移動自在にするとともに、フォースア クチュエータ装置が垂直方向に平行に前記補償力を前記フレームに加えるように した請求項１記載の位置決め装置。 ３．前記物体テーブルの水平のＸ軸方向に平行にかつこのＸ軸方向に直交する水 平のＹ軸方向に平行に移動自在にするとともに、前記フォースアクチュエータ装 置は、３個のフォースアクチュエータを互いに三角形形状となるよう配列し、各 フォースアクチュエータが垂直方向に平行に前記補償力を前記フレームに加える ようにした請求項２記載の位置決め装置。 ４．前記フォースアクチュエータ装置を、前記位置決め装置のベースに前記フレ ームを連結する動力学的アイソレータの装置に一体にした請求項１乃至３のうち のいずれか一項に記載の位置決め装置。 ５．前記補償力は、前記フォースアクチュエータ装置の磁石装置及び電気コイル 装置のローレンツ力のみからなるものとした請求項１乃至４のうちのいずれか一 項に記載の位置決め装置。 ６．垂直のＺ軸方向に平行に見て、放射源と、マスクホルダと、Ｚ軸方向に平行 に指向する主軸を有する合焦装置と、位置決め装置によってＺ軸方向に直交する 方向に移動自在のサブストレートホルダとをこの順序で支持するマシンフレーム を設けたリソグラフ装置において、前記サブストレートホルダの前記位置決め装 置を請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の位置決め装置とし、 前記サブストレートホルダの位置決め装置のフレームを前記リソグラフ装置のマ シンフレームに属するものとし、前記サブストレートホルダの位置決め装置のフ ォースアクチュエータ装置が前記補償力を前記マシンフレームに加えるようにし たことを特徴とするリソグラフ装置。 ７．垂直のＺ軸方向に平行に見て、放射源と、位置決め装置によってＺ軸方向に 平行に移動自在のマスクホルダと、Ｚ軸方向に平行に指向する主軸を有する合焦 装置と、他の位置決め装置によってＺ軸方向に直交する方向に移動自在のサブス トレートホルダとをこの順序で支持するマシンフレームを設けたリソグラフ装置 において、前記マスクホルダの前記位置決め装置を請求項１乃至５のうちのいず れか一項に記載の位置決め装置とし、前記マスクホルダの位置決め装置のフレー ムを前記リソグラフ装置のマシンフレームに属するものとし、前記マスクホルダ の位置決め装置のフォースアクチュエータ装置が前記補償力を前記マシンフレー ムに加えるようにしたことを特徴とするリソグラフ装置。 ８．前記マスクホルダを、請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の位置決 め装置によってＺ軸方向に平行に移動自在にし、前記マスクホルダの位置決め装 置のフレームを前記リソグラフ装置のマシンフレームに属するものとし、前記マ スクホルダの位置決め装置のフォースアクチュエータ装置が前記補償力を前記マ シンフレームに加えるようにした請求項６記載のリソグラフ装置。 ９．前記サブストレートホルダの位置決め装置及びマスクホルダの位置決め装置 にジョイントフォースアクチュエータ装置を設け、前記ジョイントフォースアク チュエータ装置の補償力の前記基準点の周りの機械的モーメントの値が、前記サ ブストレートホルダに作用する重力の前記基準点の周りの機械的モーメントと、 前記マスクホルダに作用する重力の前記基準点の周りの機械的モーメントとの和 の値に等しく、前記補償力の機械的モーメントの方向が前記和の機械的モーメン トの方向とは逆向きとなるようにした請求項７又は８記載のリソグラフ装置。 10．前記マシンフレームを、互いに三角形をなす形態に配列した３個の動力学的 アイソレータによって前記リソグラフ装置のベースに配置し、前記フォースアク チュエータ装置を３個の個別のフォースアクチュエータにより構成し、各フ ォースアクチュエータを前記動力学的アイソレータの各１個に一体にした請求項 ６，７，８，又は９のうちのいずれか一項に記載のリソグラフ装置。