KR100430493B1

KR100430493B1 - Lithographic apparatus with three-dimensionally positionable mask holder

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Publication number: KR100430493B1
Application number: KR1019970700621A
Authority: KR
Inventors: 에릭 뢸로프 룹스트라; 프랭크 베른하르트 스퍼링; 헨드리쿠스 요한네스 마리아 마이어; 아이직 얀 반
Original assignee: 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1996-03-11
Publication date: 2005-04-06

Abstract

리소그래피 장치는 수직 방향으로 기판홀더(1), 포커싱시스템(3) 및 마스크 홀더(5)를 지지하는 기계프레임(45)를 가진다. 기판홀더(1)는 수평한X 방향에 평행하게 위치하며 제 1 위치설정장치(21)에 의해 X 방향에 수직한 Y 방향에 평행하게 위치하며, 마스크 홀더(5)는 제 2 위치설정장치(31)에 의해 X 방향에 평행하게 변위한다. 기판홀더(1)와 마스크 홀더(5)는 반도체 노광동안 X 방향에 동시에 평행하게 위치한다. 제 2 위치설정장치(31)는 마스크 홀더(5)를 Y 방향에 평행하게 위치 설정가능하며 수직한 회전축(67)에 대해 회전 가능하다. 이에 의해 마스크 홀더(5)의 변위가 제 2 위치설정장치(31)의 위치설정 정확도에 의해 결정된 X 방향의 평행선을 가지며, 이것은 제 2 위치설정장치(31)의 가이드(75)의 경성 및 평행선으로부터의 이탈에 의해 악영향을 입지 않는다. 반도체 기판(19)이 노광되는 정확도는 게다가 포커싱시스템(3)의 광학 감소인자에 대응하는 인자에 의해 향상된다.The lithographic apparatus has a machine frame 45 which supports the substrate holder 1, the focusing system 3 and the mask holder 5 in the vertical direction. The substrate holder 1 is positioned in parallel to the horizontal X direction and is positioned in parallel to the Y direction perpendicular to the X direction by the first positioning device 21, and the mask holder 5 is arranged in the second positioning device ( 31) to be parallel to the X direction. The substrate holder 1 and the mask holder 5 are located parallel to the X direction simultaneously during semiconductor exposure. The second positioning device 31 is capable of positioning the mask holder 5 in parallel with the Y direction and rotatable about a vertical axis of rotation 67. The displacement of the mask holder 5 thereby has a parallel line in the X direction determined by the positioning accuracy of the second positioning device 31, which is a rigid and parallel line of the guide 75 of the second positioning device 31. It is not adversely affected by departure from The accuracy with which the semiconductor substrate 19 is exposed is further improved by a factor corresponding to the optical reduction factor of the focusing system 3.

Description

Lithographic apparatus with three-dimensionally positionable mask holder

본 발명은 수직한 Z방향에 평행하며, X방향과 Z방향에 수직한 Y방향과, Z방향에 수직한 X방향에 평행하게 제 1위치설정장치에 의해 위치설정되는 기판홀더와, Z방향에 평행한 방향의 주축을 가지는 포커싱 시스템, 제2위치설정장치에 의해 X방향으로 평행하게 위치설정된 마스크 홀더, 및 방사선원을 차례로 지지하는 기계프레임을 가지는 리소그래피 장치에 관한 것이다.The present invention is a substrate holder positioned by the first positioning device parallel to the Z direction perpendicular to the X direction and the Y direction perpendicular to the Z direction, and parallel to the X direction perpendicular to the Z direction, and in the Z direction. A lithographic apparatus having a focusing system having a major axis in a parallel direction, a mask holder positioned in parallel in the X direction by a second positioning device, and a machine frame which in turn supports a radiation source.

도입부에 언급한 종류의 리소그래피장치는 미국특허 제5,194,893에 개시되어 있다. 공지의 리소그래피 장치는 광리소그래피 공정에의해 집적반도체 코일의 제조에 사용되어진다. 공지의 리소그래피 장치의 방사선원은 광원이며, 포커싱 시스템은 마스크 홀더 상에 위치하는 마스크에 위치하는 집적반도체 코일의 부분 패턴이 기판 홀더위에 위치설정된 반도체 기판상에 축소스케일로 투영처리하는 광렌즈 시스템이다. 상기 반도체 기판은 동일한 반도체코일을 갖는 다수의 필드로 구성되어있다. 반도체 기판의 개별 필드는 리소그래피장치에 의해 상기 마스크를 통과시키는 목적으로 연속적으로 노광되어있다. 이 공정은 다른 부분 패턴을 가진 다른 마스크에 각각 한번씩, 여러번 반복하여 복잡한 구조를 갖는 집적반도체코일을 제조한다. 반도체 기판의 단일 필드를 노광하는 동안, 반도체기판과 마스크는 제1위치설정장치와 제2 위설정장치에의해 X방향으로 평행한 포커싱 시스템에 대해 동시에 배치되어있다. 이와같이 마스크에 제공된 패턴은 X방향에 평행하게 스캐닝되며 동시에 반도체기판위에 상을 가진다. 포커싱 장치에 의해 반도체기판 위에 맺힌 최대 표면적은 포커싱시스템의 틈의 크기에 의해 더 작게 제한된다. 반도체기판의 다음 필드는 X방향 또는 Y방향에 평행한 제1 위치설정장치에 의해 영향을 받는 기판홀더의 적당한 이동을 통해 두개의 연속된 노광 단계 사이의 포커싱 시스템에 대한 위치가 된다. 집적 반도체 코일은 미크론범위 이하인 차원을 갖는 구조체를 가진다. 연속된 마스크상에 제공된 부분 패턴은 미크론범위 이하의 정확도로 서로에 대해 반도체 기판의 상기 필드상에 투영을 형성한다. 그러므로, 반도체 기판과 마스크는 단일 필드의 노광동안 포커싱 시스템에 대해 마이크 이하의 정확도로 배치된다. 마스크에 존재하는 패턴이 반도체 기판상에 축소 축적으로 투영을 형성하며, 마스크의 포커싱 시스템에 대한 거리및 속도는 반도체 기판의 단일 필드의 노광동안 반도체 기판이 포커싱 시스템에 대해 변위하는 거리 및 속도보다 더 크며, 상기 거리사이의 비와 상기 속도사이의 비는 포커싱 시스템의 축소비율과 동일하다.Lithographic apparatus of the kind mentioned in the introduction are disclosed in US Pat. No. 5,194,893. Known lithographic apparatuses are used in the manufacture of integrated semiconductor coils by photolithography processes. The radiation source of a known lithographic apparatus is a light source, and a focusing system is an optical lens system in which a partial pattern of integrated semiconductor coils located in a mask located on a mask holder is projected in a reduced scale on a semiconductor substrate positioned on the substrate holder. The semiconductor substrate is composed of a plurality of fields having the same semiconductor coil. Individual fields of the semiconductor substrate are continuously exposed for the purpose of passing the mask by a lithographic apparatus. This process produces an integrated semiconductor coil having a complex structure by repeating it several times, once for each other mask having a different partial pattern. During the exposure of a single field of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate and the mask are simultaneously arranged with respect to the focusing system parallel to the X direction by the first positioning device and the second positioning device. In this way, the pattern provided on the mask is scanned parallel to the X direction and at the same time has an image on the semiconductor substrate. The maximum surface area formed on the semiconductor substrate by the focusing device is limited by the size of the gap of the focusing system. The next field of the semiconductor substrate is the position for the focusing system between two successive exposure steps through proper movement of the substrate holder affected by the first positioning device parallel to the X or Y direction. Integrated semiconductor coils have structures having dimensions that are below the micron range. The partial patterns provided on the continuous mask form a projection on the field of the semiconductor substrate with respect to each other with accuracy below the micron range. Therefore, the semiconductor substrate and mask are placed with sub-microphone accuracy for the focusing system during single field exposure. The pattern present in the mask forms a projection on the semiconductor substrate at a reduced scale, the distance and speed of the mask for the focusing system being greater than the distance and speed at which the semiconductor substrate displaces with respect to the focusing system during exposure of a single field of the semiconductor substrate. It is large and the ratio between the distance and the speed is equal to the reduction ratio of the focusing system.

공지의 리소그래피장치의 마스크 홀더는 상세히 설명하지 않은 위치설정장치에 의해 상세히 정의하지 않은 회전축에 대해 비교적 작은 각으로 회전가능하며 X방향에 대해 평행하게 변위한다. 위치설정장치가 정확히 제한된 위치를 가지기 때문에 마스크 홀더는 위치설정장치에 의해 X방향에 정확히 평행하게 변위하지 않는다. 위치설정장치가 예를 들어, 마스크 홀더의 변위를 따르는 직선 가이드를 구비하며, 마스크 홀더가 가이드에 의해 안내되는 안내방향이 작은 각으로 X방향에 대해 이탈한다. 마스크 홀더가 포커싱 시스템에 대해 비교적 긴거리를 변위하기 때문에 마스크 홀더가 가이드방향의 이탈 때문에 X방향에 대해 수직한 방향이 되는 변위가 무시할 만큼 작지 않다. X방향에 수직한 방향으로의 마스크 홀더의 상기 변위는 이것이 마스크에 위치하는 패턴이 반도체기판 상에 투영을 형성하는 때 에러를 야기하므로 바람직하지 못하다. 상기 투영 에러는 Y방향으로 마스크 홀더의 바람직하지 못한 변위를 가져온다. 상기 변위는 Y방향에 평행한 기판 홀더의 변위에 의해 상보되는 정도이며 수 미크론 정도이다. 상기 가이드의 불안정성은 마스크 홀더가 변위하는 동안 X방향에 수직한 방향으로 진동을 야기하며, 게다가, 진동은 X방향에 수직한 방향으로 무시할 수 없을 정도의 마스크 홀더의 변위를 가져온다. 마스크 홀더가 정적 가스 베어링에 의해 가이드를 따라 가이드될 때 조차, 상기 무시할 수 없는 변위는 정적 가스 베어링의 가스 압력에 불규칙한 결과를 가져온다.The mask holder of the known lithographic apparatus is rotatable at a relatively small angle with respect to the axis of rotation not defined in detail by a positioning device not described in detail, and is displaced in parallel in the X direction. Since the positioning device has a precisely limited position, the mask holder does not displace exactly parallel to the X direction by the positioning device. The positioning device has, for example, a straight guide along the displacement of the mask holder, the mask holder deviating with respect to the X direction at a small angle of the guide direction guided by the guide. Since the mask holder displaces a relatively long distance with respect to the focusing system, the displacement in which the mask holder is perpendicular to the X direction due to the deviation of the guide direction is not negligibly small. This displacement of the mask holder in the direction perpendicular to the X direction is undesirable because it causes an error when the pattern located in the mask forms a projection on the semiconductor substrate. The projection error results in undesirable displacement of the mask holder in the Y direction. The displacement is complimentary by the displacement of the substrate holder parallel to the Y direction and is on the order of several microns. The instability of the guide causes vibration in the direction perpendicular to the X direction while the mask holder is displaced, and in addition, the vibration results in an insignificant displacement of the mask holder in the direction perpendicular to the X direction. Even when the mask holder is guided along the guide by the static gas bearing, the non-negligible displacement results in an irregular result in the gas pressure of the static gas bearing.

본 발명을 첨부의 도면을 참고로 아래에 상세히 설명하겠다.The invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 사시도.1 is a perspective view of a lithographic apparatus according to the present invention.

도 2는 도 1의 리소그래피 장치의 다이어그램.2 is a diagram of the lithographic apparatus of FIG. 1.

도 3은 도 1의 리소그래피 장치의 베이스와 기판 홀더를 도시한 사시도.3 is a perspective view of the base and substrate holder of the lithographic apparatus of FIG.

도 4는 도 3의 베이스와 기판 홀더의 평면도.4 is a plan view of the base and the substrate holder of FIG.

도 5는 도 1의 리소그래피 장치의 마스크 홀더의 평면도.5 is a plan view of the mask holder of the lithographic apparatus of FIG.

도 6은 도 5의 VI-VI선을 따라 취한 단면도.6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 5;

도 7은 도 1의 리소그래피 장치의 동적 절연체의 단면도.7 is a cross-sectional view of the dynamic insulator of the lithographic apparatus of FIG. 1.

도 8은 도 7의 VIII-VIII선을 따라 취한 단면도.8 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 7.

도 9는 도 1의 리소그래피 장치의 힘 작동기 시스템(force actuator system)의 개략도.9 is a schematic representation of a force actuator system of the lithographic apparatus of FIG. 1.

본 발명의 목적은 가능한 상기의 단점들을 해결하는 도입에서 언급한 종류의 리소그래피 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a lithographic apparatus of the kind mentioned in the introduction which solves the above disadvantages as far as possible.

본 발명은 상기 목적을 위해서 마스크 홀더가 제 2위치설정장치에 의해 Z방향에 평행한 회전축에 대해 회전가능하며 Y방향에 평행하게 위치설정된다. 마스크 홀더는 제2 위치설정장치에 의해 Y방향에 평행하게 위치설정되기 때문에, 제 2위치 설정장치에 의한 마스크 홀더의 변위는 제 2위치설정장치의 정확한 위치설정 정확성에 의해 결정되는 X축에 대한 평행성을 가진다. 제 2위치설정장치의 적당한 설계는 가능한 미크론 범위 이하의 위치설정 정확성을 가져와 제 2위치설정장치에 의한 마스크 홀더 변위가 미크론 이하의 범위에 있는 X방향에 평행하게 주워진다. 또한, 마스크 홀더가 X방향에 평행한 가이드를 따라 가이드될 필요가 없기 때문에 상기 가이드에 의해 야기되는 Y방향에 대해 평행한 어떤 진동도 일어나지 않게 한다. 상기에 언급한 투영 에러가 최소화된다. 투영 에러의 값은 마스크 상에 존재하는 패턴이 기판 위에 부여된 때의 X방향과 Y방향의 정확도에 의해 결정된다. 패턴이 축소 스케일로 기판 상에 투영되기 때문에, 상기 정확도는 두 위치설정장치의 위치설정 정확도율과 포커싱 시스템의 감소인자에 의해 정해진다. 마스크 홀더가 X방향과 Y방향에 평행하게 변위가능하며 또한 Z방향에 대한 회전축에 대해 회전가능하므로, 투영 에러는 포커싱 시스템의 감소인자와 거의 같은 인자에 의해 감소하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the mask holder is rotatable about the axis of rotation parallel to the Z direction and positioned parallel to the Y direction for this purpose. Since the mask holder is positioned parallel to the Y direction by the second positioning device, the displacement of the mask holder by the second positioning device with respect to the X axis is determined by the exact positioning accuracy of the second positioning device. Have parallelism. The proper design of the second positioning device has a positioning accuracy of less than the micron range possible, and the mask holder displacement by the second positioning device is given in parallel to the X direction in the range of less than micron. Further, since the mask holder does not need to be guided along a guide parallel to the X direction, no vibration is generated parallel to the Y direction caused by the guide. The projection error mentioned above is minimized. The value of the projection error is determined by the accuracy in the X and Y directions when a pattern present on the mask is given on the substrate. Since the pattern is projected onto the substrate at a reduced scale, the accuracy is determined by the positioning accuracy rate of the two positioning devices and the reduction factor of the focusing system. Since the mask holder is displaceable parallel to the X and Y directions and also rotatable about the axis of rotation about the Z direction, the projection error is characterized by a reduction of approximately the same factor as the reduction factor of the focusing system.

본 발명에 따른 리소그래피장치의 양호한 실시예는 제 2위치설정장치가 마스크 홀더가 X방향과 Y방향에 평행하게 비교적 적은 거리로 위치설정되어 마스크 홀더의 회전축에 대해 회전운동하게하는 제 1선형 모터와, 마스크 홀더가 X방향에 평행하게 비교적 큰 거리로 위치설정되게 하는 제 2선형 모터를 구비는 것을 특징으로 한다. 상기 실시예에 있어서, 마스크 홀더가 비교적 작은 정확도를 가지고, X방향에 평행하게 비교적 큰 거리로 변위하는 한편, 선형 모터가 제1선형모터에 사용되는 마스크 홀더의 소망 위치설정 정확도를 가지게 하는 제 2선형 모터로서 비교적 간단한 선형 모터를 사용 가능하다. 제 2위치설정장치의 효과적인 구조체는 이와같이 제공한다.A preferred embodiment of the lithographic apparatus according to the invention comprises a first linear motor which allows the second positioning device to position the mask holder at a relatively small distance in parallel to the X and Y directions to cause it to rotate about the axis of rotation of the mask holder. And a second linear motor which allows the mask holder to be positioned at a relatively large distance in parallel to the X direction. In the above embodiment, the mask holder has a relatively small accuracy and is displaced by a relatively large distance in parallel with the X direction, while the second motor allows the linear motor to have the desired positioning accuracy of the mask holder used for the first linear motor. As a linear motor, a relatively simple linear motor can be used. An effective structure of the second positioning device thus provides.

본 발명에 따른 부가의 실시예는 가 제2 위치설정장치의 고정부를 지지하며 기계 프레임으로부터 동적으로 분리된 힘 프레임을 구비하여 작동시 마스크 홀더에 의해 제 2위치설정장치 상에 가해지며 마스크 홀더 상에 제 2위치설정장치에 의해 가해지는 구동력에 의해 발생하는 반작용력이 상기 힘 프레임에만 전달되는 것을 특징으로 한다. 반도체기판의 노광동안 마스크 홀더의 비교적 큰 속도와 가속도에 의해서 마스크 홀더에 의해 제 2위치설정장치상에 가해지는 비교적 큰 반작용력은 그러므로 리소그래피장치의 힘 프레임에 전달된다. 기판 홀더 및 마스크 홀더를 지지하는 기계 프레임은 힘 프레임에 의한 반작용력으로 진동하지 않는다. 기판 홀더 및 마스크 홀더가 반도체기판의 노광동안 포커싱 시스템에 대해 변위시의 정확도는 상기 기계적인 진동에 역효과를 주지 않는다.A further embodiment according to the invention is supported on the second positioning device by a mask holder in operation, with the force frame being supported on the holding of the second positioning device and having a force frame dynamically separated from the machine frame. The reaction force generated by the driving force applied by the second positioning device on the image is transmitted only to the force frame. The relatively large reaction force exerted on the second positioning device by the mask holder by the relatively large speed and acceleration of the mask holder during exposure of the semiconductor substrate is therefore transmitted to the force frame of the lithographic apparatus. The machine frame that supports the substrate holder and the mask holder does not vibrate with the reaction force by the force frame. The accuracy when the substrate holder and the mask holder are displaced with respect to the focusing system during exposure of the semiconductor substrate does not adversely affect the mechanical vibration.

본 발명에 따른 리소그래피장치의 부가의 실시예는 마스크 홀더가 동작동안 제2 위치설정장치의 전기 코일 시스템과 자기 시스템의 로렌쯔력에 배타적으로 제2 위치설정장치의 고정부분과 커플링 한다. 마스크 홀더가 로렌쯔힘에의해 배타적으로 제2위치설정장치의 고정부분과 커플링하기때문에 마스크 홀더는 제2 위치설정장치의 고정부분으로부터 물리적으로 커플링해제되며,즉,제 2위치설정장치의 고정부와 마스크 홀더사이에는 물리적커플링 또는 물리적 접촉은 없다. 본 실시예에 있어서, 상기 로렌쯔힘은 마스크 홀더상에 제 2 위치 설정장치에의해 가해지는 구동력을 포함한다. 마스크 홀더는 제2 위치설정장치의 고정부로부터 물리적으로 커플링 해제되기 때문에 로랜쯔힘에 의해 발생되는 반작용력에 의해 제2 위치설정장치의 고정부에 야기되는 기계적 진동이 마스크 홀더 및 기계 프레임에 제2위치설정장치를 경유하여 전달되는 것이 방지된다.A further embodiment of the lithographic apparatus according to the present invention couples, during operation, the mask holder with the fixing portion of the second positioning apparatus exclusively to the Lorentz force of the magnetic system and the electric coil system of the second positioning apparatus. Since the mask holder is exclusively coupled by the Lorentz force with the fixed portion of the second positioning device, the mask holder is physically uncoupled from the fixed portion of the second positioning device, that is, the high There is no physical coupling or physical contact between the government and the mask holder. In the present embodiment, the Lorentz force includes a driving force applied by the second positioning device on the mask holder. Since the mask holder is physically uncoupled from the fixing portion of the second positioning device, the mechanical vibration caused by the fixing portion of the second positioning device by the reaction force generated by the Lorentz force is applied to the mask holder and the machine frame. It is prevented from being transmitted via the two positioning device.

본 발명에 따른 리소그래피 장치의 양호한 실시예는 자기 시스템과 전기 코일시스템이 제1 선형모터에 속하며, 제2 선형모터는 고정부분의 가이드위로 X방향에 평행하게 변위하는 가동부와, 힘 프레임에 고정된 고정부를 구성하며, 제1 선형 모터의 자기 시스템은 마스크 홀더에 고정되며 제1 선형모터의 전기 코일 시스템은 제2 선형모터의 가동부에 고정된다. 마스크 홀더가 제 2선형모터에 의하여 X방향에 평행한 방향으로 비교적 큰 거리에 걸쳐 변위할 때, 제1 선형 모터의 적절한 로렌쯔힘에 의해 제 2선형모터의 가동부에 상관되어 따라 이동된다. 여기에서 제 2선형 모터의 가동부의 변위는 포커싱 시스템에 대한 마스크 홀더의 소망변위에 근사하며, 포커싱시스템에 대한 마스크 홀더의 소망변위는 제 1선형 모터의 로렌쯔힘의 제어를 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다. 마스크 홀더가 제 2선형모터의 가동 부분에 대해서만 단지 비교적 적은 거리가 변위될 필요가 있기 때문에 제 1선형모터의 전기 코일 시스템 및 자기 시스템은 비교적 작은 크기만을 필용로 한다. 제 2선형 모터에 의해 가해지는 구동력으로부터 발생하는 제 2선형모터의 고정부상의 반작용력은 직접 힘 프레임으로 전달된다. 제 1선형모터에 의해 가해지는 로렌쯔힘으로부터 발생하는 제 1선형모터의 전기 코일시스템상의 반작용력은 제 2선형모터의 가동부와, 가이드와, 고정부를 경유하여 힘 프레임으로 전달된다.A preferred embodiment of the lithographic apparatus according to the invention comprises a magnetic system and an electric coil system belonging to a first linear motor, the second linear motor being movable in parallel with the X direction over the guide of the fixed part, and fixed to the force frame. And a magnetic part of the first linear motor is fixed to the mask holder and the electric coil system of the first linear motor is fixed to the movable part of the second linear motor. When the mask holder is displaced by a second linear motor over a relatively large distance in a direction parallel to the X direction, it is moved relative to the movable portion of the second linear motor by an appropriate Lorentz force of the first linear motor. Here, the displacement of the movable part of the second linear motor is approximated to the desired displacement of the mask holder with respect to the focusing system, and the desired displacement of the mask holder with respect to the focusing system is achieved through the control of the Lorentz force of the first linear motor. . The electric coil system and the magnetic system of the first linear motor only require a relatively small size since the mask holder needs to be displaced only a relatively small distance with respect to the movable portion of the second linear motor. The reaction force on the stationary portion of the second linear motor resulting from the driving force exerted by the second linear motor is transmitted directly to the force frame. The reaction force on the electric coil system of the first linear motor generated from the Lorentz force applied by the first linear motor is transmitted to the force frame via the movable part, the guide, and the fixed part of the second linear motor.

본 발명에 따른 부가의 실시예는 리소그래피장치가 동작동안 기계프레임상에 보상력을 가하며 전기 콘트롤러에 의해 제어되는 힘 작동기 시스템을 구비하며, 여기서 보상력은 기준점에 대해, 마스크 홀더상에 작용하는 중력의 기계적 모멘트의 값과 일치하는 값을 갖는 기계 프레임의 기준점에 대한 기계적 모멘트 및 상기 중력의 기계적 모멘트의 방향에 대향하는 방향을 가지는 것을 특징으로 한다. 마스크 홀더는 마스크 홀더상에 작용하는 중력의 세기에 의해 결정되는 지지력을 가진 기계 프레임에 의존한다. 마스크 홀더가 변위할 때 상기 지지력의 인가 지점은 또한 기계 프레임에 대해 변위된다. 상기 힘 작동기시스템의 사용은 기계 프레임이 반도체기판의 노광 동안 비교적 크고 빠른 변위의 결과로서 진동 및 요동하지 않게 한다. 콘트롤러는 기계프레임에대한 마스크 홀더의 위치 함수으로 힘 작동기시스템의 보상력을 제어한다. 상기 보상력 때문에, 변위 가능한 마스크 홀더는 소위 기계프레임에 대한 일정 위치를가지게하는 중력의 가상 중심을 가져, 기계 프레임이 마스크 홀더의 변위를 감지하지 않으며 기계 프레임에 대해 마스크 홀더의 중력의 실제 중심의 변위에 의해 야기되는 기계적 진동을 받지 아니한다. 기판 홀더와 마스크 홀더가 반도체 기판의 노광동안 포커싱 시스템에 대한 변위의 정확성은 상기 기계적 진동에 의해 악영향을 입지 아니한다.A further embodiment according to the invention comprises a force actuator system in which the lithographic apparatus exerts a compensating force on the machine frame during operation and is controlled by an electrical controller, where the compensating force acts on the mask holder with respect to the reference point. And a direction opposite to the direction of the mechanical moment relative to the mechanical moment of gravity and the mechanical moment with respect to the reference point of the mechanical frame having a value corresponding to the value of the mechanical moment of. The mask holder relies on a mechanical frame with a bearing force determined by the strength of gravity acting on the mask holder. When the mask holder is displaced the point of application of the bearing force is also displaced relative to the machine frame. The use of the force actuator system prevents the machine frame from oscillating and oscillating as a result of relatively large and rapid displacement during exposure of the semiconductor substrate. The controller controls the compensating force of the force actuator system as a function of the position of the mask holder relative to the machine frame. Because of the compensating force, the displaceable mask holder has a virtual center of gravity that has a certain position relative to the machine frame, so that the machine frame does not detect displacement of the mask holder and that the actual center of gravity of the mask holder with respect to the machine frame It is not subjected to mechanical vibration caused by displacement. The accuracy of the displacement of the substrate holder and the mask holder relative to the focusing system during exposure of the semiconductor substrate is not adversely affected by the mechanical vibration.

그러나, 본 발명에 따른 리소그래피 장치의 부가의 실시예는 리소그래피 장치가 동작동안 기계프레임상에 보상력을 가하며 전기 콘트롤러에 의해 제어하는 힘 작동기시스템을 구비하고, 상기 보상력은 기준점에 대해 기판 홀더상에 작용하는 중력의 기계적 모멘트 합의 값과 일치하는 값을 갖는 기계 프레임의 기준점에 대한 기계적 모멘트와, 상기 기준점에 대하여 마스크 홀더상에 작용하는 중력의 기계적 모멘트 및 상기 기계적 모멘트의 합의 방향에 대향하는 방향을 가지는 것을 특징으로 한다. 본 실시예에 있어서 힘 작동기 시스템은 마스크 홀더와 기판 홀더용 조인트 힘 작동기 시스템을 형성한다. 상기 힘 작동기시스템의 사용은 반도체기판의 노광동안 기계 프레임에 대해 마스크 홀더와 기판홀더 둘 모두의 변위의 결과로서 기계 프레임이 진동 및 요동하지 아니하게 한다. 제어기는 기계 프레임에 대해 기판홀더의 위치와 마스크 홀더의 위치의 함수로서 힘 작동기시스템의 보상력을 제어한다. 기판 홀더와 마스크 홀더가 반도체기판의 노광 동안 포커싱 시스템에 대한 위치설정의 정확성은 기계 프레임에 대한 기판 홀더 및 마스크 홀더의 중력 중심의 변위에 의하여 발생된 기계적 진동에 의해 악영향을 입지 아니하게 한다.However, a further embodiment of the lithographic apparatus according to the invention comprises a force actuator system in which the lithographic apparatus exerts a compensating force on the machine frame during operation and is controlled by an electrical controller, the compensating force on the substrate holder with respect to a reference point. A mechanical moment with respect to the reference point of the machine frame having a value coinciding with the sum of the mechanical moments of gravity acting on, a direction opposite to the mechanical moment of gravity acting on the mask holder with respect to the reference point and the direction of the sum of the mechanical moments Characterized in having a. In this embodiment the force actuator system forms a joint force actuator system for the mask holder and the substrate holder. The use of the force actuator system prevents the machine frame from vibrating and oscillating as a result of the displacement of both the mask holder and the substrate holder with respect to the machine frame during exposure of the semiconductor substrate. The controller controls the compensating force of the force actuator system as a function of the position of the substrate holder and the position of the mask holder with respect to the machine frame. The accuracy of the positioning of the substrate holder and the mask holder with respect to the focusing system during exposure of the semiconductor substrate is not adversely affected by mechanical vibrations caused by displacement of the gravity centers of the substrate holder and mask holder with respect to the machine frame.

본 발명에 따른 리소그래피장치의 실시예는 기계프레임이 삼각형으로 상호 배열된 3개의 동적 절연체에 의해 리소그래피장치의 베이스에 배치되며, 힘 작동기 시스템은 동적 절연체중 대응하는 하나와 각각 일체형으로 되는 세개의 분리된 힘 작동기를 포함하는 것을 특징으로 한다. 동적 절연체는 예를들면, 그것에 의하여 기계 프레임이 측면 베이스로부터 동적으로 절연되는 비교적 작은 기계적 경성(stiffness)을 가진 댐퍼들이다. 상기 댐퍼의 비교적 작은 기계적 경성 때문에 기계적 진동은 예를 들어, 바닥의 진동이 기계프레임에 전달되지 않도록 베이스에 존재한다. 동적 절연체의 시스템과 힘 작동기시스템의 일체화는 리소그래피장치에 콤팩트하고 간단한 구조를 제공한다. 또한 절연체의 삼각배치는 기계 프레임에 안정된 지지부를 제공한다.An embodiment of the lithographic apparatus according to the invention is arranged in the base of the lithographic apparatus by means of three dynamic insulators in which the machine frames are arranged in a triangle with each other, and the force actuator system is divided into three separate ones each with a corresponding one of the dynamic insulators. And a powered actuator. Dynamic insulators are, for example, dampers with relatively small mechanical stiffness whereby the machine frame is dynamically insulated from the side base. Because of the relatively small mechanical rigidity of the damper, mechanical vibrations are present in the base such that, for example, floor vibrations are not transmitted to the machine frame. The integration of the dynamic insulator system and the force actuator system provides a compact and simple structure for the lithographic apparatus. Triangulation of the insulator also provides a stable support for the machine frame.

도 1과 도 2에 도시한 본 발명에 따른 리소그래피 장치는 광학 리소그래피 장치 공정에 의해 집적 반도체 회로의 제조에 사용되고 있다. 도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이, 리소그래피 장치는 수직 Z- 방향에 평행하게 보면 차례로 기판 홀더(1)와, 포커싱 시스템(3)과, 마스크 홀더(5)와 방사원(7)을 구비하고 있다. 도 1과 도 2에 도시한 리소그래피 장치는 방사원(7)이 광원(9)과, 다이어프램(11)과 미러(13,15)를 포함하는 광학 리소그래피 장치이다. 기판홀더(1)는 Z- 방향에 수직으로 연장하고 그 위에 반도체 기판(19)이 놓여질 수 있는 지지면(17)을 포함하는 한편, 동시에 리소그래피 장치의 제 1 위치설정 장치(21)에 의해서 Z- 방향에 수직인 X- 방향과 X-방향 및 Z- 방향에 수직인 Y- 방향에 평행하게 포커싱 시스템(3)에 대해서 변위 가능하다. 포커싱 시스템(3)은 이미징 또는 투영 시스템이고 Z- 방향에 평행한 광학 주축(25)과 예를 들어 4 또는 5개인 광학 감소 인자를 가진 광학 렌즈 시스템(23)을 포함한다. 마스크 홀더(5)는 Z- 방향에 수직이고 그 위에 마스크(29)가 놓여질 수 있는 지지면(17)을 포함하는 한편, 리소그래피 장치의 제 2위치설정 장치(31)에 의해 포커싱 시스템(3)에 대해서 X- 방향에 평행하게 변위 가능하다. 마스크(29)는 집적 반도체 회로의 패턴 또는 부분적인 패턴을 포함한다. 작업 동안, 광원(9)에서 나온 광빔(33)은 다이어프램(11)과 미러(15)를 통해서 마스크(29)를 통과하고 렌즈 시스템(23)에 의해서 반도체 기판(19)상에 포커싱 되므로, 마스크(29)상에 나타난 패턴은 반도체 기판(19)상에 감소된 스케일로 투영된다. 반도체 기판(19)은 동일한 반도체 회로가 제공되는 다수의 개별 필드(35)를 포함한다. 이 목적으로, 반도체 기판(19)의 필드(35)는 연속적으로 마스크(29)를 통해 노광되고, 다음 필드(35)는 개별 필드(35)의 노광 후 마다 포커싱 시스템(3)에 대해서 위치설정되며, 여기서 기판 홀더(1)는 제 1 위치설정 장치(21)에 의해 X- 방향 또는 Y- 방향에 평행하게 이동된다. 이 공정은 여러 번 반복되고, 매번 다른 마스크를 가지므로, 층상 구조를 가진 비교적으로 복잡한 집적 회로가 제조된다.The lithographic apparatus according to the invention shown in FIGS. 1 and 2 is used for the manufacture of integrated semiconductor circuits by an optical lithographic apparatus process. As schematically shown in FIG. 2, the lithographic apparatus is provided with a substrate holder 1, a focusing system 3, a mask holder 5 and a radiation source 7 in turn when viewed parallel to the vertical Z-direction. . The lithographic apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is an optical lithographic apparatus in which the radiation source 7 comprises a light source 9, a diaphragm 11, and mirrors 13, 15. The substrate holder 1 comprises a support surface 17 which extends perpendicular to the Z-direction and on which the semiconductor substrate 19 can be placed, while at the same time the Z by the first positioning device 21 of the lithographic apparatus. It is displaceable with respect to the focusing system 3 parallel to the X-direction perpendicular to the-direction and to the Y-direction perpendicular to the X- and Z-directions. The focusing system 3 is an imaging or projection system and comprises an optical lens system 23 having an optical major axis 25 parallel to the Z-direction and an optical reduction factor of 4 or 5, for example. The mask holder 5 comprises a support surface 17 perpendicular to the Z-direction and on which the mask 29 can be placed, while the focusing system 3 is provided by the second positioning device 31 of the lithographic apparatus. Displaceable parallel to the X-direction with respect to. Mask 29 includes a pattern or partial pattern of an integrated semiconductor circuit. During operation, the light beam 33 from the light source 9 passes through the mask 29 through the diaphragm 11 and the mirror 15 and is focused on the semiconductor substrate 19 by the lens system 23, so that the mask The pattern shown on 29 is projected on the semiconductor substrate 19 at a reduced scale. The semiconductor substrate 19 includes a plurality of individual fields 35 provided with the same semiconductor circuit. For this purpose, the field 35 of the semiconductor substrate 19 is continuously exposed through the mask 29, and the next field 35 is positioned relative to the focusing system 3 after every exposure of the individual fields 35. Wherein the substrate holder 1 is moved parallel to the X-direction or the Y-direction by the first positioning device 21. This process is repeated many times, each time with a different mask, thus producing a relatively complex integrated circuit with a layered structure.

도 2에 도시한 바와 같이, 반도체기판(19)과 마스크(29)는 개별 필드(35)의 노광동안 제 1,2 위치설정장치(21,31)에 의해 X- 방향에 평행하게 포커싱 시스템(3)에 대해서 동기적으로 변위된다. 그러므로 마스크(29)상에 나타난 패턴은 X- 방향에 평행하게 스캔되고 동시에 반도체기판(19)상에 투영된다. 이 방법으로 제 2도에 분명히 도시한 바와 같이, 포커싱 시스템(3)에 의해 반도체 기판(19)상에 투영될 수 있는 Y- 방향에 평행하게 지향된 마스크(29)의 최대 폭(B)은 배타적으로 도 2에 개략적으로 도시한 포커싱 시스템(3)의 구멍(37)의 직경(D)에 의해서만 제한된다. 포커싱 시스템(3)에 의해 반도체 기판(19)상에 투영될 수 있는 마스크(29)의 허용가능한 길이(L)는 상기 직경(D)보다 크다. 소위 "스텝 앤드 스캔(step and scan)"법을 따르는 이 투영방법에 있어서, 포커싱 시스템(3)에 의해 반도체 기판(19)상에 투영될 수 있는 마스크(29)의 최대 표면적은 포커싱 시스템(3)의 구멍(37)의 직경(D)에 의해 제한되어, 소위 "스텝 앤드 리피트"법을 따르는 종래 투영법에서보다 적다. 이 종래 투영법은 예를 들어 EP-A-0 498 496에 알려진 리소그래피 장치에 사용되며, 여기서는 마스크와 반도체 기판이 반도체 기판의 노광동안 포커싱 시스템에 대해서 고정된 위치에 있다. 마스크(29)상에 나타난 패턴이 반도체 기판(19)상에 감소된 스케일로 투영되기 때문에, 마스크(29)의 길이(L)와 폭(B)은 대응하는 반도체 기판(19)상의 필드(35)의 길이(L')와 폭(B')보다 크고, 길이(L, L')사이의 비와 폭(B, B')사이의 비는 포커싱 시스템(3)의 광학 감소인자와 동일하다. 결국, 또한 노광동안 마스크(29)가 이동되는 거리와 노광동안 반도체 기판(19)가 이동하는 거리사이의 비와, 노광동안 마스크(29)가 변위되는 속도와 노광동안 반도체 기판(19)가 변위되는 속도사이의 비 모두는 포커싱 시스템(3)의 광학 감소 인자와 동일하다. 도 2에 도시한 리소그래피 장치에 있어서, 반도체 기판(19)과 마스크(29)가 노광동안 변위되는 방향은 서로 반대이다. 리소그래피 장치가 마스크 패턴을 거꾸로 투영시키지 않는 여러 포커싱 시스템을 포함한다면 상기 방향은 또한 동일한 방향이 될 수 있다.As shown in Fig. 2, the semiconductor substrate 19 and the mask 29 are focused in parallel to the X-direction by the first and second positioning devices 21 and 31 during the exposure of the individual fields 35. Displaced synchronously with respect to 3). Therefore, the pattern shown on the mask 29 is scanned parallel to the X-direction and simultaneously projected onto the semiconductor substrate 19. In this way, as clearly shown in FIG. 2, the maximum width B of the mask 29 oriented parallel to the Y-direction that can be projected onto the semiconductor substrate 19 by the focusing system 3 is It is exclusively limited only by the diameter D of the hole 37 of the focusing system 3 schematically shown in FIG. 2. The allowable length L of the mask 29, which can be projected onto the semiconductor substrate 19 by the focusing system 3, is larger than the diameter D. In this projection method according to the so-called "step and scan" method, the maximum surface area of the mask 29 that can be projected onto the semiconductor substrate 19 by the focusing system 3 is the focusing system 3. It is limited by the diameter D of the hole 37 of Fig. 3), which is less than in the conventional projection method which follows the so-called "step and repeat" method. This conventional projection method is used for example in a lithographic apparatus known from EP-A-0 498 496, where the mask and the semiconductor substrate are in a fixed position with respect to the focusing system during exposure of the semiconductor substrate. Since the pattern appearing on the mask 29 is projected on the semiconductor substrate 19 at a reduced scale, the length L and width B of the mask 29 correspond to the field 35 on the corresponding semiconductor substrate 19. Greater than length L 'and width B', and the ratio between the lengths L and L 'and the width B and B' is equal to the optical reduction factor of the focusing system 3. . Consequently, also the ratio between the distance that the mask 29 is moved during exposure and the distance that the semiconductor substrate 19 is moved during exposure, the speed at which the mask 29 is displaced during exposure, and the semiconductor substrate 19 is displaced during exposure. All of the ratios between the speeds become equal to the optical reduction factor of the focusing system 3. In the lithographic apparatus shown in Fig. 2, the directions in which the semiconductor substrate 19 and the mask 29 are displaced during exposure are opposite to each other. If the lithographic apparatus comprises several focusing systems that do not project the mask pattern upside down, the direction may also be the same direction.

리소그래피 장치로 제조되는 집적 반도체 회로는 서브 미크론 범위로 세밀한 치수를 가진 구조체이다. 반도체 기판(19)이 다수의 여러 마스크를 통해 연속적으로 노광되기 때문에, 마스크 상에 나타난 패턴은 미크론 이하 범위, 심지어 나노미터 범위의 정확성으로 서로에 대해서 반도체 기판(19)상에 투영되어야 한다. 따라서, 반도체 기판(19)의 노광동안, 반도체 기판(19)과 마스크(29)는 상기 정확성으로 포커싱 시스템(3)에 대해서 이동되어야 하므로, 제 1,2 위치설정장치(21,31)의 위치설정 정확도에 비교적 높은 요구조건이 부과된다.Integrated semiconductor circuits fabricated with lithographic apparatus are structures with fine dimensions in the sub-micron range. Since the semiconductor substrate 19 is continuously exposed through a number of different masks, the patterns appearing on the mask must be projected onto the semiconductor substrate 19 with respect to each other with accuracy in the submicron range, even in the nanometer range. Therefore, during the exposure of the semiconductor substrate 19, the semiconductor substrate 19 and the mask 29 must be moved relative to the focusing system 3 with the above accuracy, so that the positions of the first and second positioning devices 21, 31 are Relatively high requirements are imposed on set accuracy.

도 1에 도시한 바와 같이, 리소그래피 장치는 수평 바닥면상에 놓여있는 베이스(39)를 가진다. 베이스(39)는 베이스(39)에 고정되는 수직이고 상당히 단단한 금속 칼럼(43)를 포함하는 힘 프레임(41)의 일부분을 형성한다. 또한 리소그래피 장치는 포커싱 시스템(3)의 광학 주축(25)에 횡방향으로 연장하고 도 1에서 볼 수 없는 중앙 광 통로 개구가 제공된 삼각형이고 상당히 단단한 금속 주요 플레이트(47)을 가진 기계 프레임(45)을 포함한다. 주요 플레이트(47)은 아래에 상세히 기술하는, 베이스(49)상에 고정되어 있는 3개의 동적 절연체(51)상에 놓여진 3개의 모서리부(49)를 포함한다. 주요 플레이트(47)의 두개의 모서리부(49)와 두개의 동적 절연체(51)만을 도 1에서 볼 수 있고, 3개의 동적 절연체(51) 모두는 도 3과 도 4에서 볼 수 있다. 포커싱 시스템(3)은 하부측 근처에 장착 링(53)을 가지며, 장착 링에 의해서 포커싱 시스템(3)은 주요 플레이트(47)에 고정된다. 또한 기계 프레임(45)은 주요 플레이트(47)상에 고정된 수직이고 상당히 단단한 금속 칼럼(55)을 포함한다. 포커싱 시스템(3)의 상부측 근처에는, 또한 마스크 홀더(5)용 지지부재(57)가 있으며, 부재는 또한 기계 프레임(45)에 속하고 기계 프레임(45)의 칼럼(55)에 고정된다. 또한 기계 프레임(45)중에 속하는 것은 3개의 각 모서리부(49)에 인접한 주요 플레이트(47)의 하부측에 고정된 3개의 수직 현수판(59)이다. 단지 두 개의 현수판(59)이 도 1에서 부분적으로 볼 수 있고 3개의 현수판(59) 모두는 도 3과 도 4에서 볼 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 기판 홀더(1)용 수평 지지판(61)은 또한 3개의 현수판(59)에 고정되는 기계 프레임(45)에 속한다. 지지판(61)은 도 1에서 볼 수 없고 도 3에서만 부분적으로 볼 수 있다.As shown in FIG. 1, the lithographic apparatus has a base 39 lying on a horizontal bottom surface. The base 39 forms part of the force frame 41 that includes a vertical, fairly rigid metal column 43 that is secured to the base 39. The lithographic apparatus also has a machine frame 45 with a triangular and fairly rigid metal main plate 47 which extends transversely to the optical main axis 25 of the focusing system 3 and is provided with a central light path opening not visible in FIG. 1. It includes. The main plate 47 includes three edge portions 49 placed on three dynamic insulators 51 which are fixed on the base 49, described in detail below. Only two edges 49 and two dynamic insulators 51 of the main plate 47 can be seen in FIG. 1, and all three dynamic insulators 51 can be seen in FIGS. 3 and 4. The focusing system 3 has a mounting ring 53 near the lower side, by which the focusing system 3 is fixed to the main plate 47. The machine frame 45 also includes a vertical and fairly rigid metal column 55 fixed on the main plate 47. Near the upper side of the focusing system 3, there is also a support member 57 for the mask holder 5, which also belongs to the machine frame 45 and is fixed to the column 55 of the machine frame 45. . Also belonging to the machine frame 45 are three vertical suspension plates 59 fixed to the lower side of the main plate 47 adjacent to each of the three corner portions 49. Only two suspension plates 59 are partially visible in FIG. 1 and all three suspension plates 59 are visible in FIGS. 3 and 4. As shown in FIG. 4, the horizontal support plate 61 for the substrate holder 1 also belongs to the machine frame 45 which is fixed to the three suspension plates 59. The support plate 61 is not visible in FIG. 1 but only partially in FIG. 3.

상술한 것으로부터 기계 프레임(45)은 리소그래피 장치의 주 구성요소, 즉, 기판 홀더(1)와, 포커싱 시스템(3)과 마스크 홀더(5)를 수직 Z- 방향에 평행하게 지지한다. 아래에 더욱더 상세히 설명되어 있는 바와 같이, 동적 절연체(51)는 상당히 낮은 기계적인 강성(stiffness)을 가진다. 그러므로 예를 들어 바닥 진동과 같은 베이스(39)에 나타난 기계적인 진동은 동적 절연체(51)를 통해 기계 프레임(45)으로 전달되지 않는다. 그 결과로서 위치설정 장치(21,31)는 베이스(39) 내에 나타난 기계적인 진동에 의해서 나쁜 영향을 받지 않는다. 힘 프레임(41)의 기능을 아래에 더욱 상세히 설명하겠다.From the above, the machine frame 45 supports the main components of the lithographic apparatus, namely the substrate holder 1, the focusing system 3 and the mask holder 5 in parallel to the vertical Z-direction. As described in more detail below, the dynamic insulator 51 has a significantly low mechanical stiffness. Therefore, no mechanical vibrations appearing at the base 39, such as floor vibrations, for example, are transmitted to the mechanical frame 45 through the dynamic insulator 51. As a result, the positioning devices 21 and 31 are not adversely affected by the mechanical vibrations present in the base 39. The function of the force frame 41 will be described in more detail below.

도 1과 도 5에 도시한 바와 같이, 마스크 홀더(5)는 지지면(27)이 있는 블록(63)을 포함한다. 기계 프레임(45)에 속하는 마스크 홀더(5)용 지지 부재(57)는 도 5에서 볼 수 있는 중앙 광 통로 개구(64)와 Z- 방향에 수직인 공통 평면 내에 놓여 있는 X- 방향에 평행하게 연장하는 두 개의 평면 가이드(65)를 포함한다. 마스크 홀더(5)의 블록(63)은 X- 방향에 평행하고 Y- 방향에 평행한 이동자유도와, Z- 방향에 평행하게 가이드되는 마스크 홀더(5)의 회전축(67)둘레로의 회전의 자유도로, 공기정학적 베어링(도시 생략)에 의해 지지 부재(57)의 평면 가이드(65)위에 안내된다.As shown in FIGS. 1 and 5, the mask holder 5 comprises a block 63 with a support surface 27. The support member 57 for the mask holder 5 belonging to the machine frame 45 is parallel to the central light passage opening 64 as seen in FIG. 5 and in the X-direction lying in a common plane perpendicular to the Z-direction. It includes two planar guides 65 extending. The block 63 of the mask holder 5 has a freedom of movement parallel to the X-direction and parallel to the Y-direction, and rotation of the rotation around the axis of rotation 67 of the mask holder 5 guided parallel to the Z-direction. In freedom, it is guided on the planar guide 65 of the support member 57 by an aerodynamic bearing (not shown).

도 1과 도 5에 추가로 도시한 바와 같이, 마스크 홀더(5)를 이동 가능하게 하는 제 2 위치설정 장치(31)는 제 1 선형 모터(69)와 제 2 선형 모터(71)를 포함한다. 통상으로 알려진 종류의 제 2 선형 모터(71)는 힘 프레임(41)의 칼럼(43)에 고정된 고정부(73)를 포함한다. 고정부(73)는 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77)가 변위할 수 있는 X- 방향에 실질적으로 평행하게 연장하는 가이드(75)를 포함한다. 가동부(77)는 Y- 방향에 평행하게 연장하는 연결 아암(79)를 포함하고 여기에 제 1 선형 모터(69)의 전기 코일 홀더(81)가 고정된다. 제 1선형 모터(69)의 영구 자석 홀더(83)은 마스크 홀더(5)의 블록(63)에 고정된다. 제 1 선형 모터(69)는 EP-B-0 421 527로 부터 알려진 종류이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제 1 선형 모터(69)의 코일 홀더(81)는 Y- 방향에 평행하게 연장하는 4개의 전기 코일(85,87,89,91)과, X- 방향에 평행하게 연장하는 전기 코일(93)을 포함한다. 코일(85,87,89,91,93)는 도 5에 점선으로 대략적으로 도시되어 있다. 자석 홀더(83)는 도 5에 일점쇄선으로 도시한 10쌍의 영구자석 (95a,95b),(97a,97b),(99a,99b),(101a,101b),(103a,103b),(105a,105b),(107a,107b),(109a,109b),(111a,111b),(113a,113b)을 포함한다. 전기 코일(85)와 영구자석(95a,95b,97a,97b)은 제 1 선형 모터(69)의 제 1 X-모터(115)에 속하고 한편, 코일(87)과 자석(99a,99b),(101a,101b)은 제 1 선형 모터(69)의 제 2 X-모터(117)에 속하고, 코일(89)과 자석(103a,103b),(105a,105b)은 제 1 선형 모터(69)의 제 3 X-모터(119)에 속하고, 코일(91)과 자석(107a,107b),(109a,109b)은 제 1 선형 모터(69)의 제 4 X-모터(121)에 속하고, 코일(93)과 자석(111a,111b),(113a,113b)은 제 1 선형 모터(69)의 Y-모터(123)에 속한다. 도 6은 제 1 X-모터(115) 및 제 2 X-모터(17)의 단면도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 코일 홀더 (81)는 자석 (95a,97a,99a, 101a, 103a,105a,107a,109a,111a,113a)을 포함하는 자기홀더(입)의 제 1 부분(125)과 자석(95b,97b,99b,101b,103b,105b,107b,109b,111b,113b)을 포함하는 자기홀더의 제 2 부분(127) 사이에 배치된다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 X-모터(115)의 자석 쌍(95a,95b)과 제 2 X-모터(117)의 자석쌍 (99a,99b)는 양의 Z 방향에 평행하게 자화되고, 제 1 X-모터(115)의 자석쌍 (97a,97b)과 제 2 X-모터(117)의 자석쌍(101a,101b)는 대향인 음의 Z 방향에 평행하게 자화된다. 따라서, 제 3 X-모터(119)의 자석쌍(103a,103b), 제 4 X-모터(121)의 자석쌍(107a,107b) 및, Y-모터(123)의 자석쌍(111a,111b)는 양의 Z 방향에 평행하게 자화되는 반면, 제 3 X-모터(119)의 자석 쌍(105a,105b). 제 4 X-모터(121)의 자석 쌍(109a,109b)및 Y-모터(123)의 자석쌍(113, 113b)은 음의 Z 방향에 평행하게 자화된다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 X 모터(115)의 자석(95a,97a)은 자석 폐쇄 요크(129)에 의해 상호 접속되고 자석(95b,97b), 자석(99a,101a) 및 자석(99b,101b)은 각각 자석 폐쇄요크(131), 자석 폐쇄요크(133), 및 자석 폐쇄 요크(135)에 의해 상호 접속된다. 제 3 X-모터(119), 제 4 X-모터(121) 및, Y-모터(123)는 유사한 자석 폐쇄 요소를 제공한다. 작동 중에 전류가 X-모터(115,117,119,121)의 코일(85,87,89,91)을 통해 흐를 때, X 모터(115,117, 119,121)의 코일과 자석은 X 방향에 평행하게 지향된 로렌쯔힘을 서로 발휘한다. 코일 (85,87,89,91)을 통한 전류가 동일 값과 동일 방향을 취하면, 마스크 홀더(5)는 로렌쯔힘에 의해 X 방향에 평행하게 변위되고 마스크 홀더(5)는 코일(85,87)을 통한 전류가 동일 값을 갖지만 코일(89,91)을 통한 전류에 대향인 방향을 취한다면 회전축(67)을 중심으로 회전된다. Y 모터(123)의 코일과 자석은 Y 모터(123)의 코일(93)을 통한 전류의 결과로 Y 방향에 평행한 로렌쯔힘을 서로 발휘하므로, 마스크 홀더(5)는 Y 방향에 평행하게 변위된다.As further shown in FIGS. 1 and 5, the second positioning device 31 for moving the mask holder 5 comprises a first linear motor 69 and a second linear motor 71. . A second linear motor 71 of the type known in the art comprises a fixture 73 fixed to the column 43 of the force frame 41. The fixing portion 73 includes a guide 75 extending substantially parallel to the X-direction in which the movable portion 77 of the second linear motor 71 can be displaced. The movable portion 77 includes a connecting arm 79 extending parallel to the Y-direction to which the electric coil holder 81 of the first linear motor 69 is fixed. The permanent magnet holder 83 of the first linear motor 69 is fixed to the block 63 of the mask holder 5. The first linear motor 69 is of the kind known from EP-B-0 421 527. As shown in FIG. 5, the coil holder 81 of the first linear motor 69 has four electrical coils 85, 87, 89, 91 extending parallel to the Y-direction and parallel to the X-direction. And an electrical coil 93 which extends. Coils 85,87,89,91,93 are shown approximately in dashed lines in FIG. The magnet holder 83 is composed of ten pairs of permanent magnets 95a, 95b, 97a, 97b, 99a, 99b, 101a, 101b, 103a, 103b, and (shown by dashed lines in FIG. 5). 105a, 105b, 107a, 107b, 109a, 109b, 111a, 111b, and 113a, 113b. The electrical coil 85 and the permanent magnets 95a, 95b, 97a, 97b belong to the first X-motor 115 of the first linear motor 69, while the coil 87 and the magnets 99a, 99b. , 101a, 101b belong to the second X-motor 117 of the first linear motor 69, and the coil 89 and the magnets 103a, 103b, 105a, 105b are the first linear motor ( 69 belongs to the third X-motor 119, the coil 91 and the magnets 107a, 107b, 109a, 109b are connected to the fourth X-motor 121 of the first linear motor 69. The coil 93, the magnets 111a, 111b, 113a, and 113b belong to the Y-motor 123 of the first linear motor 69. 6 is a cross-sectional view of the first X-motor 115 and the second X-motor 17. As shown in FIG. 6, the coil holder 81 comprises a first portion 125 of the magnetic holder (mouth) comprising magnets 95a, 97a, 99a, 101a, 103a, 105a, 107a, 109a, 111a, 113a. ) And the second portion 127 of the magnetic holder comprising magnets 95b, 97b, 99b, 101b, 103b, 105b, 107b, 109b, 111b, 113b. 6, the magnet pairs 95a and 95b of the first X-motor 115 and the magnet pairs 99a and 99b of the second X-motor 117 are parallel to the positive Z direction. The magnet pairs 97a and 97b of the first X-motor 115 and the magnet pairs 101a and 101b of the second X-motor 117 are magnetized in parallel to opposite negative Z directions. Accordingly, the magnet pairs 103a and 103b of the third X-motor 119, the magnet pairs 107a and 107b of the fourth X-motor 121, and the magnet pairs 111a and 111b of the Y-motor 123. ) Is magnetized parallel to the positive Z direction, while the magnet pairs 105a and 105b of the third X-motor 119. The magnet pairs 109a and 109b of the fourth X-motor 121 and the magnet pairs 113 and 113b of the Y-motor 123 are magnetized parallel to the negative Z direction. In addition, as shown in FIG. 6, the magnets 95a, 97a of the first X motor 115 are interconnected by a magnet closing yoke 129, and the magnets 95b, 97b, the magnets 99a, 101a and The magnets 99b and 101b are interconnected by the magnet closing yoke 131, the magnet closing yoke 133, and the magnet closing yoke 135, respectively. The third X-motor 119, the fourth X-motor 121, and the Y-motor 123 provide similar magnet closure elements. During operation, when current flows through the coils 85, 87, 89, 91 of the X-motors 115, 117, 119, 121, the coils and magnets of the X motors 115, 117, 119, 121 exert each other a Lorentz force directed in parallel to the X direction. do. When the current through the coils 85,87,89,91 takes the same value and the same direction, the mask holder 5 is displaced parallel to the X direction by the Lorentz force and the mask holder 5 is the coil 85, If the current through 87 has the same value but takes a direction opposite to the current through the coils 89 and 91, it is rotated about the rotation axis 67. Since the coil and the magnet of the Y motor 123 exert a Lorentz force parallel to the Y direction as a result of the current through the coil 93 of the Y motor 123, the mask holder 5 is displaced parallel to the Y direction. do.

반도체 기판(19)의 노광동안, 마스크 홀더(5)는 높은 위치 정밀도로 비교적 큰 간격으로 X 방향에 평행하게 포커싱 시스템(3)에 대해 변위되어야 한다. 이를 성취하기 위해, 제 1 선형 모터(69)의 코일 홀더(81)는 제 2 선형 모터(71)에 의해 X 방향에 평행하게 변위되고, 마스크 홀더(5)의 소정 변위는 제 2 선형모터(71)에 의해 거의 성취되고, 마스크 홀더(5)는 제 1선형 모터(69)의 X-모터(115,117,119,121)의 적절한 로렌쯔힘에 의해 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77)에 따라 이동된다. 이러한 포커싱 시스템(3)에 대한 마스크 홀더(5)의 소정 변위로 인해, X-모터(115,117,119,121)의 로렌쯔힘이 마스크 홀더(5)의 변위 동안 적절한 위치 제어 시스템에 의해 제어된다. 도면에 상세히 도시되지는 않았지만, 위치 제어 시스템은 포커싱 시스템(3)에 대한 마스크 홀더(5)의 위치를 측정하기 위해 사용되는 공지의 레이저 간섭계를 포함하므로, 서브미크론 또는 나노미터 범위의 소망의 위치설정 정밀도가 성취된다. 반도체 기판(19)의 노광중에, 제 1 선형 모터(69)는 X 방향에 평행하게 마스크 홀더(5)의 변위를 제어할 뿐만 아니라, 회전축(67)에 대한마스크 홀더(5)의 회전각과 Y 방향에 평행인 마스크 홀더(5)의 위치를 제어한다. 마스크 홀더(5)는 Y 방향에 평행하게 위치되고 제 1 선형 모터(69)에 의해 회전축(67)의 축에 대해 회전되므로, 마스크 홀더(5)의 변위는 제 1 선형모터(69)의 위치 설정 정밀도에 의해 결정된 X 방향에 대해 평행성을 갖는다. X방향에 대해 제 2 선형 모터(71)의 가이드(75)의 직진성과 평행성으로부터의 편차가 Y 방향에 평행인 마스크 홀더(5)의 변위를 통해 보상될 수 있다. 마스크 홀더(5)의 소망의 변위는 제 2 선형 모터(71)에 의해서만 거의 성취되고, X 방향에 대해가이드(75)의 평행성에 특별히 높은 필요성이 주어질 필요가 없으므로, 비교적 간단한 종래의 일방향 선형 모터는 제 2 선형 모터(71)로서 사용될 수 있고, 이에 의해 마스크 홀더(5)가 비교적 저 정밀도로 비교적 큰 간격에서 변위될 수 있다. 마스크 홀더(5)의 변위의 소망의 정밀도는 마스크 홀더(5)를 제 1 선형 모터(69)에 의해 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77)에 대해 비교적 작은 간격으로 변위시킨다.During exposure of the semiconductor substrate 19, the mask holder 5 must be displaced with respect to the focusing system 3 in parallel with the X direction at relatively large intervals with high positional accuracy. To achieve this, the coil holder 81 of the first linear motor 69 is displaced in parallel to the X direction by the second linear motor 71, and the predetermined displacement of the mask holder 5 is the second linear motor ( Almost accomplished by 71, the mask holder 5 is moved along the movable portion 77 of the second linear motor 71 by the appropriate Lorentz force of the X-motors 115, 117, 119, 121 of the first linear motor 69. . Due to this displacement of the mask holder 5 relative to the focusing system 3, the Lorentz force of the X-motors 115, 117, 119, 121 is controlled by an appropriate position control system during the displacement of the mask holder 5. Although not shown in detail in the figures, the position control system includes a known laser interferometer used to measure the position of the mask holder 5 relative to the focusing system 3, and thus the desired position in the submicron or nanometer range. Setting precision is achieved. During exposure of the semiconductor substrate 19, the first linear motor 69 not only controls the displacement of the mask holder 5 parallel to the X direction, but also the rotation angle of the mask holder 5 with respect to the rotation axis 67 and the Y. The position of the mask holder 5 parallel to the direction is controlled. Since the mask holder 5 is located parallel to the Y direction and rotated about the axis of the rotation axis 67 by the first linear motor 69, the displacement of the mask holder 5 is the position of the first linear motor 69. It has parallelism with respect to the X direction determined by the setting precision. The deviation from the straightness and parallelism of the guide 75 of the second linear motor 71 with respect to the X direction can be compensated through the displacement of the mask holder 5 parallel to the Y direction. The desired displacement of the mask holder 5 is almost achieved only by the second linear motor 71, and a relatively simple conventional one-way linear motor is not required, since a particularly high need does not have to be given to the parallelism of the guide 75 in the X direction. Can be used as the second linear motor 71, whereby the mask holder 5 can be displaced at relatively large intervals with relatively low precision. The desired precision of the displacement of the mask holder 5 displaces the mask holder 5 by a first linear motor 69 at a relatively small interval relative to the movable portion 77 of the second linear motor 71.

제 1 선형 모터(69)는 마스크 홀더(5)가 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77)에 대해 변위되는 간격이 작기 때문에 비교적 작은 칫수로 구성된다. 제 1 선형 모터(69)의 전기 코일의 전기 저항 손실이 최소화된다.The first linear motor 69 is configured with a relatively small dimension because the interval at which the mask holder 5 is displaced with respect to the movable portion 77 of the second linear motor 71 is small. The electrical resistance loss of the electrical coil of the first linear motor 69 is minimized.

상술한 바와 같이, 제 2 선형 모터(71)의 고정부(73)는 리소그래피 장치의 힘 프레임(41)에 고정된다. 그래서, 가동부(77)에 가해진 제 2 선형 모터(71)의 구동력으로부터 발생되고 고정부(73)상의 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77)에 의해 가해진 반작용력은 힘 프레임(41)으로 전달된다. 제 1 선형 모터(69)의 코일 홀더(81)가 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77)에 고정되므로, 가동부(77)상의 마스크 홀더(5)에 의해 가해지고 마스크 홀더(5)상에 가해진 제 1 선형 모터(69)의 로렌쯔힘으로부터 발생되는 반작용력은 제 2 선형 모터(71)의 고정부(73)와 가동부(77)를 경유해 힘 프레임(41)에 전달된다. 그래서, 제 2 위치설정 장치(31)에 의해 마스크 홀더(5)상에 가해진 구동력으로 발생되고 제 2 위치 설정장치(31)상의 마스크 홀더(5)에 의하여 작동 중에 가해진 반작용력은 힘 프레임(41)으로만 배타적으로 도입된다. 상기 반작용력은 소망의 위치 설정 정밀도를 얻기 위해, 제 2 선형 모터(71)의 비교적 큰 변위로부터 초래된 저주파 성분은 물론, 제1 선형 모터(69)에 의해 수행되는 비교적 적은 변위로부터 초래되는 고주파 성분을 갖는다. 힘 프레임(41)이 비교적 견고하고 솔리드 베이스에 위치되므로, 힘 프레임(41)의 반작용력의 저주파 성분에 의한 기계적 진동이 무시할 정도로 작다. 반작용력의 고주파수 성분은 작은 값을 갖지만, 통상, 사용된 힘 프레임(41)같은 형태의 프레임의 공진 주파수 특성에 비교될 수 있는 주파수를 갖는다. 그 결과, 반작용력의 고주파 성분은 힘 프레임(41)의 무시할 수 없는 고주파 기계적 진동을 야기한다. 힘 프레임(41)은 기계 프레임(45)에서 동적으로 격리되고, 즉, 예를 들어 힘 프레임(41)에 존재하는 10Hz 의 소정 임계값 이상의 주파수를 갖는 기계적 진동은 기계 프레임(45)이 저주파 동적 절연체(51)를 경유해 힘 프레임(41)에 배타적으로 결합되기 때문에 기계 프레임(45)으로 전달되지 않는다. 그래서, 제 2 위치 설정장치(31)의 반작용력에 의해 힘 프레임(41)에 발생된 고주파 기계적 진동이 상술된 바닥 진동과 유사한 기계 프레임(45)으로 전달되지 않는다. 지지부재(57)의 평면 가이드(65)가 Z 방향에 수직으로 연장되고 마스크 홀더(5)상에 제 2 위치설정장치(31)에 의해 발생된 구동력이 Z 방향에 수직으로 향하므로, 상기 구동력은 기계 프레임(45)에 어떠한 기계적 진동도 일으키지 않는다. 더 나아가, 힘 프레임(41)에 존재하는 기계적 진동은 상술된 바와 같이 마스크 홀더(5)가 제 1 선형 모터(69)의 전기 코일 시스템과 자기 시스템의 로렌쯔힘에 의해 제 2 선형모터(71)의 가동부(77)에 결합되고 로렌쯔힘으로부터 실질적으로 배타적으로 떨어져 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77)로부터 물리적으로 분리되기 때문에, 제 2 선형 모터(71)의 가동부(77) 및 고정부(73)를 통해 기계 프레임(45)에 전달될 수 없다. 그래서, 상술된 바와 같이 기계 프레임(45)은 제 2 위치설정 장치(31)의 반작용력 및 구동력에 의한 기계적 진동 및 변형을 거의 받지 않는다. 이 장점을 아래에 부가 설명한다.As described above, the fixing portion 73 of the second linear motor 71 is fixed to the force frame 41 of the lithographic apparatus. Thus, the reaction force generated from the driving force of the second linear motor 71 applied to the movable portion 77 and applied by the movable portion 77 of the second linear motor 71 on the fixed portion 73 is transferred to the force frame 41. Delivered. Since the coil holder 81 of the first linear motor 69 is fixed to the movable portion 77 of the second linear motor 71, it is applied by the mask holder 5 on the movable portion 77 and on the mask holder 5. The reaction force generated from the Lorentz force of the first linear motor 69 applied to the force is transmitted to the force frame 41 via the fixed portion 73 and the movable portion 77 of the second linear motor 71. Thus, the reaction force generated by the second positioning device 31 by the driving force applied on the mask holder 5 and applied by the mask holder 5 on the second positioning device 31 during operation is the force frame 41. Are introduced exclusively). The reaction force is a high frequency resulting from a relatively low displacement performed by the first linear motor 69 as well as a low frequency component resulting from a relatively large displacement of the second linear motor 71 to obtain the desired positioning accuracy. Have components. Since the force frame 41 is relatively rigid and located on a solid base, mechanical vibrations by the low frequency components of the reaction force of the force frame 41 are negligibly small. The high frequency component of the reaction force has a small value, but typically has a frequency that can be compared to the resonant frequency characteristics of a frame of the same type as the force frame 41 used. As a result, the high frequency component of the reaction force causes a negligible high frequency mechanical vibration of the force frame 41. The force frame 41 is dynamically isolated from the machine frame 45, i.e. mechanical vibrations having a frequency above a certain threshold of 10 Hz, for example present in the force frame 41, may cause the machine frame 45 to be low frequency dynamic. It is not transmitted to the machine frame 45 because it is exclusively coupled to the force frame 41 via the insulator 51. Thus, the high frequency mechanical vibration generated in the force frame 41 by the reaction force of the second positioning device 31 is not transmitted to the mechanical frame 45 similar to the floor vibration described above. Since the planar guide 65 of the support member 57 extends perpendicular to the Z direction and the driving force generated by the second positioning device 31 on the mask holder 5 is perpendicular to the Z direction, the driving force Does not cause any mechanical vibrations in the machine frame 45. Furthermore, the mechanical vibration present in the force frame 41 is such that, as described above, the mask holder 5 is driven by the electric coil system of the first linear motor 69 and the Lorentz force of the magnetic system. The movable portion 77 and the fixed portion of the second linear motor 71 because it is coupled to the movable portion 77 of the second linear motor 71 and is physically separated from the movable portion 77 of the second linear motor 71 substantially exclusively from the Lorentz force. It cannot be transmitted to the machine frame 45 via 73. Thus, as described above, the machine frame 45 is hardly subjected to mechanical vibration and deformation due to the reaction force and the driving force of the second positioning device 31. This advantage is further described below.

도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(1)는 지지면(17)이 있는 블록(137)과 기체 정역학 베어링이 제공된 기체 정역학적으로 지지된 풋(139)을 포함한다. 기판 홀더(1)는 기체 정역학적으로 지지된 풋(139)에 의해 기계 프레임(45)의 지지판(61)에 제공된 그래나이트(granite) 지지체(143)의 Z 방향으로 수직 연장하는 상부면(141)상에 가이드 되고, Z 방향에 평행인 기판 홀더(1)의 회전축(145)에 대해 회전 자유도 및 Y 방향에 평행하고 X 방향에 평행인 변위 자유도를 갖는다.As shown in FIGS. 3 and 4, the substrate holder 1 comprises a block 137 with a support surface 17 and a gas statically supported foot 139 provided with a gas static bearing. The substrate holder 1 has an upper surface 141 which extends perpendicularly in the Z direction of the granite support 143 provided on the support plate 61 of the machine frame 45 by the foot hydrostatically supported foot 139. ), Which has a degree of freedom of rotation with respect to the axis of rotation 145 of the substrate holder 1 parallel to the Z direction, and a degree of freedom of displacement parallel to the Y direction and parallel to the X direction.

도 1,3,4 에 도시된 바와 같이, 기판 홀더(1)의 위치설정 장치(21)는 제 1 선형 모터(147), 제 2 선형 모터(149) 및 제 3 선형 모터(151)를 포함한다. 제 2 선형 모터(149)와 위치설정 장치(21)의 제 3 선형 모터(151)는 위치설정 장치(31)의 제 2 선형 모터(71)와 동일한 같은 종류이다. 제 2 선형 모터(149)는 힘 프레임(41)에 속하는 베이스(39)에 고정된 아암(155)에 고정된 고정부(152)를 포함한다. 고정부(153)는 Y 방향으로 평행하게 연장하는 가이드(157)를 포함하며, 이를 따라 제 2 선형 모터(149)의 가동부(159)는 변위될 수 있다. 제 3 선형 모터(151)의 고정부(161)는 제 2 선형 모터(149)의 가동부(159)에 배치되며, X 방향에 평행하게 연장하는 가이드(163)를 갖고, 이를 따라 제 3 선형 모터(151)의 가동부(65)가 변위될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3 선형 모터(151)의 가동부(165)는 제 1 선형 모터(147)의 전기 코일 홀더(169)가 고정된 커플링부(167)를 포함한다. 제 1 위치설정 장치(21)의 제 1 선형 모터(147)는 EP-B-0 421 527에 공지된 종류의 제 2 위치설정 장치(31)의 제 1 선형 모터(69)이다. 제 2 위치설정 장치(31)의 제 1 선형 모터(69)가 상세히 상술되었으므로, 제 1 위치설정장치(21)의제 1 선형 모터(147)의 상세한 설명은 생략한다. 기판 홀더(1)는 작동 중 Z 방향에 수직인 로렌쯔힘에 의해 배타적으로 제 3 선형 모터(151)의 가동부(165)에 결합된다. 그러나, 제 1 위치설정 장치(21)의 제 1 선형 모터(147)와 제 2 위치설정 장치(31)의 제 1 선형 모터(69) 사이의 다른 점은 제 1 위치설정장치(21)의 제1 선형 모터(147)가 비교할 만한 파워 레이팅의 X-모터 및 Y-모터를 포함하는 반면에, 제 2 위치설정 장치(31)의 제 1 선형 모터(69)의 단일 Y-모터(123)는 X-모터(115,117,119,121)의 파워 레이팅과 비교하여 비교적 낮은 파워 레이팅을 갖는다는 점이다. 이는 기판 홀더(1)가 비교적 큰 간격으로 제 1 선형모터(147)에 의해 X 방향에 평행할 뿐만 아니라, Y 방향에 평행일 수 있다는 것을 의미한다. 더 나아가, 기판 홀더(1)는 제 1 선형 모터(147)에 의해 회전축(145)에 대해 회전할 수 있다.As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the positioning device 21 of the substrate holder 1 includes a first linear motor 147, a second linear motor 149, and a third linear motor 151. do. The second linear motor 149 and the third linear motor 151 of the positioning device 21 are of the same kind as the second linear motor 71 of the positioning device 31. The second linear motor 149 includes a fixing portion 152 fixed to the arm 155 fixed to the base 39 belonging to the force frame 41. The fixing part 153 includes a guide 157 extending in parallel in the Y direction, such that the movable part 159 of the second linear motor 149 may be displaced. The fixing part 161 of the third linear motor 151 is disposed on the movable part 159 of the second linear motor 149 and has a guide 163 extending in parallel to the X direction, and thus the third linear motor. The movable portion 65 of 151 may be displaced. As shown in FIG. 4, the movable portion 165 of the third linear motor 151 includes a coupling portion 167 to which the electric coil holder 169 of the first linear motor 147 is fixed. The first linear motor 147 of the first positioning device 21 is the first linear motor 69 of the second positioning device 31 of the kind known from EP-B-0 421 527. Since the first linear motor 69 of the second positioning device 31 has been described in detail above, the detailed description of the first linear motor 147 of the first positioning device 21 is omitted. The substrate holder 1 is exclusively coupled to the movable portion 165 of the third linear motor 151 by a Lorentz force perpendicular to the Z direction during operation. However, the difference between the first linear motor 147 of the first positioning device 21 and the first linear motor 69 of the second positioning device 31 is that Whereas one linear motor 147 includes comparable power ratings of X- and Y-motors, the single Y-motor 123 of the first linear motor 69 of the second positioning device 31 It has a relatively low power rating compared to the power ratings of the X-motors 115, 117, 119 and 121. This means that the substrate holder 1 can be parallel to the X direction as well as parallel to the Y direction by the first linear motor 147 at relatively large intervals. Furthermore, the substrate holder 1 can be rotated about the rotation axis 145 by the first linear motor 147.

반도체 기판(19)의 노광동안, 기판 홀더(1)는 높은 위치설정 정확성을 가지는 X방향에 평행하게 포커싱 시스템(3)에 대해 변위해야 하며, 기판 홀더(1)는 반도체 기판(19)의 다음 필드 (35)가 노광을 위해 포커싱 시스템(3)에 대해 놓여질때 X 방향 또는 Y방향에 대해 평행하게 변위한다. 기판 홀더(1)를 X방향에 대해 평행하게 변위시키기 위해서, 제 1 선형 모터(147)의 코일 홀더(169)는 제 3 선형 모터(151)에 의해 X방향에 평행하게 변위되며, 기판홀더(1)의 소망하는 변위는 제3 선형 모터(151)에 의해 근사하게 수행되며 기판홀더(1)는 제3 선형 모터(151)의 가동부(165)에 대한 제1 선형모터(147)의 적당한 로렌쯔힘에 의해 취해진다. 유사한 방법으로, Y방향에 평행한 기판 홀더(1)의 변위는 코일 홀더(169)가 제2 선형 모터(149)에 의해 Y방향에 평행하게 변위 하는 것에 근사되며, 기판홀더(169)는 제3 선형 모더(151)의 가동부분(165)에 대한 제1 선형모터(147)의 적당한 로렌쯔힘에 의해 작동한다. X방향 또는 Y방향에 평행한 기판 홀더(1)의 상기 소망 변위는 상기에 언급한 리소그래피 장치의 위치제어시스템에 의해 기판 홀더(1)가 변위 하는 동안 제어되는 제1 선형모터(147)의 로렌쯔힘에 의해 미크론 이하 또는 나노미터범위의 위치설정 정확도를 갖도록 이루어진다. 기판 홀더(1)의 소망 변위가 단지 제 2선형 모터(149) 및 제 3선형모터(151)에 의해 근사적으로 이루어질 필요가 있고, 따라서, 제2 제3 선형모터(149,151)의 위치설정 정확도에 특히 높은 요건이 부과되지 않기 때문에, 제2 선형모터(149)와 제3 선형모터(151)는 제2 위치설정장치(31)의 제2 선형모터(71)에서 처럼, 비교적 간단하고, 종래의 1차원 선형모터로서, 이것에 의해 기판 홀더(1)가 X방향 또는 Y방향에 각각 평행하게 비교적 큰 거리로 비교적 낮은 정확도를 가지고 변위 가능하다. 기판 홀더(1)의 변위의 소망 정확도는 기판 홀더(1)가 제3선형모터(151)의 가동부(165)에 대해 비교적 작은 거리로 제1선형모터(147)에 의해 변위 하도록 수행된다.During exposure of the semiconductor substrate 19, the substrate holder 1 must be displaced with respect to the focusing system 3 parallel to the X direction with high positioning accuracy, the substrate holder 1 being next to the semiconductor substrate 19. When the field 35 is placed relative to the focusing system 3 for exposure, it is displaced parallel to the X or Y direction. In order to displace the substrate holder 1 in parallel with respect to the X direction, the coil holder 169 of the first linear motor 147 is displaced in parallel with the X direction by the third linear motor 151 and the substrate holder ( The desired displacement of 1) is performed approximately by the third linear motor 151 and the substrate holder 1 is suitable Lorentz of the first linear motor 147 relative to the movable portion 165 of the third linear motor 151. Taken by force. In a similar manner, the displacement of the substrate holder 1 parallel to the Y direction is approximated to the displacement of the coil holder 169 parallel to the Y direction by the second linear motor 149, and the substrate holder 169 3 is operated by the appropriate Lorentz force of the first linear motor 147 relative to the movable portion 165 of the linear moder 151. The desired displacement of the substrate holder 1 parallel to the X or Y direction is obtained by the Lorentz of the first linear motor 147 which is controlled during displacement of the substrate holder 1 by the position control system of the lithographic apparatus mentioned above. Force is achieved with positioning accuracy in the submicron or nanometer range. The desired displacement of the substrate holder 1 only needs to be approximated by the second linear motor 149 and the third linear motor 151, and therefore the positioning accuracy of the second third linear motor 149, 151. The second linear motor 149 and the third linear motor 151 are relatively simple, as in the second linear motor 71 of the second positioning device 31, because no particularly high requirements are imposed on the device. As a one-dimensional linear motor of, the substrate holder 1 can be displaced with a relatively low accuracy with a relatively large distance in parallel with the X direction or the Y direction, respectively. The desired accuracy of the displacement of the substrate holder 1 is performed such that the substrate holder 1 is displaced by the first linear motor 147 a relatively small distance with respect to the movable portion 165 of the third linear motor 151.

기판 홀더(1)의 위치설정장치(21)는 마스크 홀더(5)의 위치설정장치(31)에 유사한 종류이며, 제1 위치설정장치(21)의 제2 선형모터(149)의 고정부(153)는 리소그래피 장치의 힘 프레임(41)에 고정되기 때문에 제2 위치설정장치(31)의 제2 선형 모터(71)의 고정부(73)처럼, 작동하는 동안 제1 위치설정장치(21)상의 기판 홀더(1)에 의해 가해지며 제1 위치설정장치(21)에의해 기판홀더(1)상에 가해지는 구동력으로부터 발생하는 반작용력은 힘 프레임(41)에 배타적으로 전달된다. 이것은 제 2위치설정장치(31)의 반작용력뿐만 아니라 제1 위치설정장치(21)의 반작용력이 힘 프레임(41)에 기계적 진동을 야기하도록 수행되며, 기계 프레임(45)으로 전달되지 않는다. 기판 홀더(1)가 가이드되는 그래나이트(granite) 지지부(143)의 상부 표면(141)이 Z방향에 수직으로 연장되므로, 또한, Z방향에 수직한 ,제1위치설정장치(21)의 구동력은 그 자체가 기계 프레임(45)에 어떠한 기계적 진동도 야기하지 아니한다.The positioning device 21 of the substrate holder 1 is a kind similar to the positioning device 31 of the mask holder 5, and the fixing part of the second linear motor 149 of the first positioning device 21 ( Since the 153 is fixed to the force frame 41 of the lithographic apparatus, like the fixing portion 73 of the second linear motor 71 of the second positioning apparatus 31, the first positioning apparatus 21 during operation is performed. The reaction force exerted by the upper substrate holder 1 and generated from the driving force exerted on the substrate holder 1 by the first positioning device 21 is transmitted exclusively to the force frame 41. This is done so that the reaction force of the first positioning device 21 as well as the reaction force of the second positioning device 31 causes mechanical vibration to the force frame 41 and is not transmitted to the machine frame 45. Since the upper surface 141 of the granite support 143 on which the substrate holder 1 is guided extends perpendicular to the Z direction, the driving force of the first positioning device 21 also perpendicular to the Z direction Itself does not cause any mechanical vibrations in the machine frame 45.

마스크(29)상에 존재하는 패턴은 제 2위치설정장치(31)와 제 1위치설정장치(21) 각각에 의해, 반도체 기판(19)의 노광동안, 마스크(29)와 반도체 기판(19)이 모두 X방향에 평행하게 포커싱 시스템(3)에 대해 상기 정확도를 가지고 변위하기 때문에 그리고, 마스크(29)와 반도체 기판(19)이 Y방향에 대해 평행하게 위치설정되고 상기 정확도를 가지고 회전축(67,145) 각각에 대해 회전하기 때문에 상기 정확도를 가지고 반도체 기판(19)상에 투영된다. 상기 패턴이 반도체 기판(19)상에 투영화되는 정확도는 마스크 홀더(5)가 X방향에 평행하게 변위할 뿐만 아니라 Y방향에 평행하게 변위하며 회전축(67)에 대해 회전하기 때문에 위치설정장치(21,31)의 위치설정 정확성보다 훨씬 더 낫다. 포커싱 시스템(3)에 대한 마스크(29)의 변위는 실제로 상기 마스크(29)변위의 율과 포커싱시스템(3)의 광학 감소요소와 동일한 반도체 기판(19)상의 패턴 이미지의 변이를 가져온다. 마스크(29)의 패턴은 그러므로 제2위치설정장치(31)의 위치설정 정확도 미분값과 포커싱시스템(3)의 감소요소에 대등한 정확도를 가지고 반도체 기판(19)상에 투영화된다.The pattern existing on the mask 29 is formed by the second positioning device 31 and the first positioning device 21, respectively, during the exposure of the semiconductor substrate 19 to the mask 29 and the semiconductor substrate 19. Since all of these are displaced with the above accuracy with respect to the focusing system 3 in parallel with the X direction, the mask 29 and the semiconductor substrate 19 are positioned in parallel with respect to the Y direction and the rotation axes 67,145 with the above accuracy. ) Is projected onto the semiconductor substrate 19 with the above accuracy since it rotates with respect to each other. The accuracy in which the pattern is projected onto the semiconductor substrate 19 is not only because the mask holder 5 is displaced parallel to the X direction but also parallel to the Y direction and rotates about the rotation axis 67. Much better than the positioning accuracy of 21,31). The displacement of the mask 29 with respect to the focusing system 3 actually results in a variation of the pattern image on the semiconductor substrate 19 that is identical to the rate of displacement of the mask 29 and the optical reducing element of the focusing system 3. The pattern of the mask 29 is therefore projected onto the semiconductor substrate 19 with an accuracy comparable to the positioning accuracy differential of the second positioning device 31 and the reducing element of the focusing system 3.

도7과 도8은 3개의 동적 절연체(51)중 하나의 단면을 도시한다. 동적 절연체(51)는 동적 절연체(51)에 의존하는 기계프레임(45)의 주요 플레이트(47)의 모서리부(49)가 고정되는 장착 플레이트(171)를 포함한다. 동적 절연체(51)는 또한 힘 프레임(41)의 베이스(39)에 고정된 하우징(173)을 포함한다. 장착 플레이트(171)는 3개의 평행 인장 로드(179)에의해 실린더형 튜브(181)내에 현수되는 중간 플레이트(177)에 Z방향에 평행한 방향의 커플링 로드(175)를 통해 연결된다. 단지 한 개의 인장로드(179)가 도7에 가시화 되어 있으며, 3개의 인장로드(179) 모두는 도8에 가시화 되어 있다. 실린더형 튜브(181)는 하우징(173)의 실린더형 챔버(183)내에 동심으로 위치설정되어있다. 실린더튜브(181)와 실린더형 챔버(183)사이에 존재하는 공간(185)은 공기 스프링(187)의 일부를 형성하고, 이동밸브(189)를 통해 압축공기가 채워진다. 공간(185)은 실린더형 튜브(181)의 제1부분(193)과 제2부분(195)사이 및 하우징(173)의 제1부분(197)과 제2부분(199)에 고정된 환형의, 유연한(flexible) 고무 멤브레인(191)에 의해 밀봉된다. 기계 프레임(45)과 기계 프레임(45)에 의해 지지되는 리소그래피 장치의 구성요소는 그러므로 3개의 동적 절연체(51)의 공간(185)내에 있는 압축 공기에 의해 Z방향에 평행한 방향으로 지지되며, 실린더형 튜브(181)와 이에 따른 기계 프레임(45)은 멤브레인(191)의 결과로서 실린더형 챔버(183)에 대해 임의의 이동자유도를 가진다. 공기스프링(187)은 경성이어서 3개의 동적 절연체(51)의 공기 스프링(187) 및 기계 프레임(45)과 기계 프레임(45)에 의해 지지되는 리소그래피 장치의 구성요소에 의해 형성된 질량스프링시스템이 비교적 작은 공진 진동수 예를 들어, 3Hz를 가지게 한다. 기계 프레임(45)은 앞서 언급한 것처럼 예를 들어 10Hz 와 같은 임의의 임계값 이상의 진동수를 가진 기계적 진동에 관해서 힘 프레임(41)으로부터 동적으로 절연된다. 도 7에 도시한 것처럼, 공간(185)은 협소한 통로(201)를 통해 공기 스프링(187)의 사이드챔버(203)에 연결된다. 협소한 통로(201)는 실린더 챔버(203)에 대한 실린더 튜브(181)의 주기적인 운동을 제동하는 댐퍼로서 작용한다.7 and 8 show a cross section of one of the three dynamic insulators 51. The dynamic insulator 51 comprises a mounting plate 171 on which the corner 49 of the main plate 47 of the machine frame 45 depends on the dynamic insulator 51. The dynamic insulator 51 also includes a housing 173 fixed to the base 39 of the force frame 41. The mounting plate 171 is connected to the intermediate plate 177 suspended in the cylindrical tube 181 by three parallel tension rods 179 via a coupling rod 175 in a direction parallel to the Z direction. Only one tension rod 179 is visible in FIG. 7, and all three tension rods 179 are visible in FIG. The cylindrical tube 181 is positioned concentrically in the cylindrical chamber 183 of the housing 173. The space 185 existing between the cylinder tube 181 and the cylindrical chamber 183 forms part of the air spring 187 and is filled with compressed air through the transfer valve 189. The space 185 is annularly fixed between the first portion 193 and the second portion 195 of the cylindrical tube 181 and to the first portion 197 and the second portion 199 of the housing 173. Sealed by a flexible rubber membrane 191. The components of the lithographic apparatus supported by the machine frame 45 and the machine frame 45 are therefore supported in a direction parallel to the Z direction by compressed air in the space 185 of the three dynamic insulators 51, The cylindrical tube 181 and thus the machine frame 45 have any freedom of movement with respect to the cylindrical chamber 183 as a result of the membrane 191. The air spring 187 is rigid so that the mass spring system formed by the air spring 187 of the three dynamic insulators 51 and the components of the lithographic apparatus supported by the machine frame 45 and the machine frame 45 are relatively large. It has a small resonant frequency, for example, 3 Hz. The machine frame 45 is dynamically insulated from the force frame 41 with respect to mechanical vibrations with frequencies above any threshold, for example 10 Hz, as mentioned above. As shown in FIG. 7, the space 185 is connected to the side chamber 203 of the air spring 187 through a narrow passageway 201. The narrow passage 201 acts as a damper to brake the periodic movement of the cylinder tube 181 relative to the cylinder chamber 203.

도 7과 도 8에 부가로 도시하는 것처럼, 각각의 동적 절연체(51)와 일체형으로 집적되는 힘 작동기(205)를 포함한다. 힘 작동기(205)는 하우징(173)의 내부벽(209)에 고정되는 전기 코일 홀더(207)를 포함한다. 도 7에 도시한 것처럼, 코일 홀더(207)는 Z방향에 수직하게 연장되는 전기 코일(211)을 포함하며, 상기 전기 코일은 상기 전기 코일은 도면에 파선으로 지시한다. 코일 홀더(207)는 장착 플렌이트(171)에 고정된 두개의 자기 요크(213,215)사이에 배열되어 있다. 또한, 한 쌍의 영구자석(217,219),(221,223)은 각각의 요크(213,215)에 고정되고, 한 쌍의 자석 (217,219),(221,223)은 전기 코일(211)의 평면에 매번 수직한 대향 방향으로 자화된다. 전류가 코일 (211)를 통과할 때, 코일 (211)과 자석(217,219,221,223)은 Z방향에 평행한 방향에 평행한 방향으로 설정된 로렌쯔힘을 서로 가한다. 상기 로렌쯔력의 값은 하기에서 상세히 설명하는 것처럼 리소그래피 장치(도시안함)의 전기 콘트롤러에 의해 제어한다.As further shown in FIGS. 7 and 8, a force actuator 205 is integrally integrated with each dynamic insulator 51. The force actuator 205 includes an electrical coil holder 207 secured to the inner wall 209 of the housing 173. As shown in Fig. 7, the coil holder 207 includes an electric coil 211 extending perpendicular to the Z direction, the electric coil indicated by a broken line in the figure. Coil holder 207 is arranged between two magnetic yokes 213 and 215 secured to mounting plate 171. In addition, a pair of permanent magnets 217, 219, 221, 223 are fixed to each yoke 213, 215, and a pair of magnets 217, 219, 221, 223 are opposed in a direction perpendicular to the plane of the electric coil 211 each time. Is magnetized to When current passes through the coil 211, the coil 211 and the magnets 217, 219, 221, 223 apply Lorentz forces set in a direction parallel to a direction parallel to the Z direction. The value of the Lorentz force is controlled by an electrical controller of a lithographic apparatus (not shown) as described in detail below.

동적 절연체(51)와 일체형성되는 힘 작동기(205)는 도9에 선도로 도시하는 힘 작동기 시스템을 형성한다. 도9는 기계 프레임(45), 베이스(39)및 3개의 동적 절연체(51)에 대해 변위 가능한 기계 프레임(45), 기판 홀더(1) 및 마스크 홀더(5)를 선도로써 도시한다. 도 9는 X의 위치 (Xs)와 Y의 위치 (Ys)를 가지는 기판 홀더(1)의 중력(Gs)중심과, X의 위치 (X_M)와 Y의 위치 (Y_M)를 가지는 마스크 홀더(5)의 중력(G_M)의 중심에 대해 기계 프레임(45)의 기준점(P)을 부가로 도시한다. 중력(Gs,G_M)의 상기 중심은 반도체 기판(19)를 가진 기판 홀더(1)의 총 변위 가능 질량의 중력 중심과 마스크(29)를 가진 마스크 홀더(5)의 총 변위가능 질량의 중력 중심을 나타내는 것이다. 도 9에 부가로 도시하는 것처럼, 3개의 힘 작동기(205)의 로렌쯔힘(F_L1,F_L2,F_L3)은 기준점(P)에 대한 X의 위치(X_F1, X_F2 , X_F3) 및 Y의 위치 (Y_F1, Y_F2, Y_F3)를 가지는 기계 프레임(45)상에 작용점(point of application)을 가진다. 기계 프레임(45)은 수직 Z방향에 평행하게 기판홀더(1)와 마스크홀더(5)를 지지하기 때문에, 마스크 홀더(5)와 기판 홀더(1)는 지지력(Fs Fm)을 각각, 기판홀더(1)와 마스크 홀더(5)상에 작용하는 중력 값에 대응하는 값을 가지는 기계 프레임(45)상에 가한다. 지지력 Fs와 F_M은 각각 기판홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 중력 Gs와 G_M의 중심의 X-방향과 Y-방향에 대응하는 X-방향과 Y-방향을 가진 기계 프레임(45)에 상대적인 적용점을 갖는다. 기판홀더(1)와 마스크 홀더(5)는 반도체 기판(19)이 노광하는 동안 기계 프레임(45)에 대해 변위하면 기판홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 지지력(Fs F_M)의 적용점은 또한 기계 프레임(45)에대해 변위된다. 리소그래피 장치의 상기 전기 콘트롤러는 기계 프레임(45)의 기준점(P)에 대한 로렌쯔힘(F_L1,F_L2 ,F_L3)의 기계적 운동량의 합이 기준점(P)에 대한 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 지지력(Fs F_M)의 기계적 모멘트 총합의 방향과 값에 대향하는 방향과 대등한 값을 가지도록 로렌쯔힘(F_L1,F_L2,F_L3)의 값을 제어한다.The force actuator 205 integral with the dynamic insulator 51 forms a force actuator system shown diagrammatically in FIG. 9 shows in a diagram a machine frame 45, a substrate holder 1 and a mask holder 5 which are displaceable relative to the machine frame 45, the base 39 and the three dynamic insulators 51. 9 is a mask holder with a gravity (Gs) center and a position of X (X _M) position of the Y (Y _M) of the substrate holder (1) having a position (Xs) and the Y position (Ys) of the X The reference point P of the machine frame 45 is further shown with respect to the center of gravity G _M of (5). The center of gravity Gs, G _M is the center of gravity of the total displaceable mass of the substrate holder 1 with the semiconductor substrate 19 and the gravity of the total displaceable mass of the mask holder 5 with the mask 29. It represents the center. As further shown in FIG. 9, the Lorentz forces F _L1 , F _L2 , F _{L3 of the} three force actuators 205 are defined by the position of X (X _F1 , X _F2 , X _F3 ) and It has a point of application on the machine frame 45 having the positions Y, Y _F1 , Y _F2 , Y _F3 . Since the machine frame 45 supports the substrate holder 1 and the mask holder 5 in parallel to the vertical Z direction, the mask holder 5 and the substrate holder 1 have a supporting force Fs Fm, respectively. (1) and on the machine frame 45 having a value corresponding to the gravity value acting on the mask holder 5. The bearing forces Fs and F _M are machine frames 45 having an X- and Y-direction corresponding to the X- and Y-directions of the centers of gravity Gs and G _M of the substrate holder 1 and the mask holder 5, respectively. Has an application point relative to When the substrate holder 1 and the mask holder 5 are displaced with respect to the machine frame 45 while the semiconductor substrate 19 is exposed, the application of the bearing force Fs F _M of the substrate holder 1 and the mask holder 5 is applied. The point is also displaced relative to the machine frame 45. The electrical controller of the lithographic apparatus comprises a mask with the substrate holder 1 and mask with respect to the reference point P, the sum of the mechanical momentum of the Lorentz forces F _L1 , F _L2 , F _L3 with respect to the reference point P of the machine frame 45. The values of the Lorentz forces F _L1 , F _L2 , F _L3 are controlled to have a value equal to the direction opposite to the direction and the value of the sum of the mechanical moments of the bearing force Fs F _M of the holder 5.

로렌쯔힘(F_L1,F_L2,F_L3)을 제어하는 콘트롤러는 예를 들어, 이미 그 자체가 공지되어있고 공연히 사용되는 피드포와드 제어루프를 포함하며, 콘트롤러는 기판홀더(1)의 위치(Xs, Ys)와 기판홀더(1)와 마스크 홀더(5)를 제어하는 석판 인쇄장치의 전기제어유니트(도시안함)로부터 마스크 홀더(5)의 위치(X_M,Y_M)에 대한 정보를 수신하고, 상기 수신된 정보는 기판홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 소망위치에 관한 것이다. 콘트롤러는 대안적으로 그자체가 공지되고 공연히 실시되는 피드백 제어 루프를 구비하고 있으며, 제어기는 기판홀더(1)의 위치(Xs, Ys)에 대한 정보와 마스크 홀더(5)의 위치(X_M, Y_M)에 대한 정보를 리소그래피 장치의 상기 위치 제어시스템으로부터 수신하며, 상기 수신된 정보는 기판홀더 (1)와 마스크 홀더(5)의 측정 위치에 관한 것이다. 콘트롤러는 대안으로 상기 피드포워드와 피드백 제어루프의 조합을 포함한다. 따라서 힘 작동기 시스템의 로렌쯔힘(F_L1,F_L2,F_L3)은 보상력을 형성하고, 이것에 의해 기계 프레임(45)에 대한 마스크 홀더(5)와 기판 홀더(1)의 중력(Gs,G_M)중심의 변위가 보상된다. 기계 프레임(45)의 기준점(P)에 관한 지지력(Fs F_M)과 로렌쯔힘(F_L1,F_L2,F_L3)의 기계 모멘트의 합이 일정한 값과 방향을 가짐으로써, 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)는 기계 프레임(45)에 대해 실질적으로 일정한 위치를 갖는 소위 가상의 중력 중심점을 갖는다. 따라서, 기계 프레임(45)은 반도체 기판(19)의 노광 중에 마스크 홀더(5)와 기판홀더(1)의 중력(Gs,G_M)의 실제 중심점의 변위는 감지하지 못한다. 상기의 힘 작동기 시스템이 없이는, 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 이동은 기준점(P)에 관한 지지력(Fs,또는 F_M)의 기계적 모멘트가 보상되지 않는 변화를 가져오기 때문에, 기계 프레임(45)은 그것에서 발생될 수 있는 동적 절연체(dynamic isolator)(51)상의 낮은 주파수 요동 운동, 탄성 변형 또는 기계적 진동을 수행한다.The controller that controls the Lorentz force F _L1 , F _L2 , F _L3 comprises, for example, a feedforward control loop which is already known per se and is used in public, and the controller is located at the position of the substrate holder 1. Receive information about the position (X _M , Y _M ) of the mask holder 5 from the electric control unit (not shown) of the lithographic apparatus controlling Xs, Ys) and the substrate holder 1 and the mask holder 5. The received information relates to the desired position of the substrate holder 1 and the mask holder 5. The controller is alternatively provided with a feedback control loop which is known per se and is carried out, the controller having information on the position Xs, Ys of the substrate holder 1 and the position X _M , of the mask holder 5. Y _M ) is received from the position control system of the lithographic apparatus, wherein the received information relates to the measurement position of the substrate holder 1 and the mask holder 5. The controller alternatively includes a combination of the feedforward and feedback control loops. The Lorentz forces F _L1 , F _L2 , F _L3 of the force actuator system thus form a compensating force, whereby the gravity Gs of the mask holder 5 and the substrate holder 1 relative to the machine frame 45 is G _M ) The center displacement is compensated. The substrate holder 1 is formed by the sum of the bearing forces Fs F _M with respect to the reference point P of the machine frame 45 and the mechanical moments of the Lorentz forces F _L1 , F _L2 , F _L3 having a constant value and direction. The mask holder 5 has a so-called virtual center of gravity having a substantially constant position with respect to the machine frame 45. Thus, the machine frame 45 does not detect the displacement of the actual center point of the gravity Gs, G _M of the mask holder 5 and the substrate holder 1 during the exposure of the semiconductor substrate 19. Without the force actuator system described above, the movement of the substrate holder 1 and the mask holder 5 results in a change in which the mechanical moment of the bearing force Fs, or F _M with respect to the reference point P, is not compensated for. The frame 45 performs low frequency rocking motion, elastic deformation or mechanical vibration on the dynamic isolator 51 that may be generated therefrom.

3 개의 동적 절연체(51)와 3 개의 힘 작동기(205)가 일체형으로 됨으로써 콤펙트되고 간단한 구조의 힘 작동기 시스템과 리소그래피 장치가 된다. 게다가 동적 절연체(51)의 삼각형 배열은 힘 작동기 시스템의 작동을 특히 안정되게 한다. 힘 작동기 시스템의 보상력이 로렌쯔의 힘을 배타적으로 포함하므로, 기계적 진동이 베이스(39)에서 일어나고 힘 프레임(41)이 힘 작동기(205)를 통하여 기계 프레임(45)에 전달되지 않는다.The integration of three dynamic insulators 51 and three force actuators 205 results in a compact and simple structure of the force actuator system and the lithographic apparatus. In addition, the triangular arrangement of the dynamic insulators 51 makes the operation of the force actuator system particularly stable. Since the compensating force of the force actuator system exclusively includes Lorentz's force, mechanical vibrations occur at the base 39 and no force frame 41 is transmitted to the machine frame 45 through the force actuator 205.

상기에 기술된 수단, 즉, 위치설정 장치(21,31)의 반작용력을 힘 프레임(41) 안으로의 배타적인 직접 도입, 로렌쯔의 힘에 의해 배타적으로 힘 프레임(41)에 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 직접 연결 및, 힘 작동기(205)의 보상력은 기계 프레임(45)이 오직 지지 기능만을 하게 되는 결과를 가져온다. 실제적으로 값과 방향을 바꾸어 주는 어떠한 힘도 기계 프레임(45) 상에서 나타나지 않는다. 예를 들면, 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 변위 중에 지지부재(57)의 평면 가이드와(65)와 그래나이트(granite) 지지대(143)의 상부면에 있는 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 공기정력학적 베어링에 의해 가해지는 점성의 수평 마찰력에 의해 예외가 생길 수 있다. 그러나 상기 마찰력은 비교적 작기 때문에 기계 프레임(45)에 큰 진동이나 변형을 가져오지 않는다. 기계 프레임(45)이 기계적 진동이나 탄성 변형을 일으키지 않으므로, 기계 프레임(45)에의해 지지되는 리소그래피 장치의 구성요소는 서로에 관해 한정된 위치에 정확하게 자리 잡는다. 특히, 포커싱 시스템(3)과 관련된 기판 홀더(1)의 위치와 포커싱 시스템(3)과 관련된 마스크 홀더(5)의 위치가 매우 정확하게 한정되고, 또한, 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)가 위치설정 장치(21,31)에 의해 포커싱 시스템(3)과 관련되어 매우 정확하게 위치될 수 있다는 것은, 마스크(29)상에 존재하는 반도체 회로의 패턴이 미크론 이하(sub-micron)나 심지어는 나노미터 범위의 정확성으로 반도체 기판(19)상에 투영될 수 있음을 의미한다. 더욱이, 기계 프레임(45)과 포커싱 시스템(3)이 기계적 진동이나 탄성 변형을 일으키지 않으므로, 기계 프레임(45)은, 예를 들면, 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5)의 위치 제어 시스템을 위한 기준 프레임으로서 작용을 하는 장점이 있고, 여기서 광학적 요소와 레이저 간섭계 시스템과 같은 위치 제어 시스템의 위치 센서를 상기 기계 프레임(45)에 직접 장착시될 수 있다. 기계 프레임(45)에 위치 센서의 직접적인 장착은 기판 홀더(1), 포커싱 시스템(3) 및 마스크 홀더(5)와 관련된 위치 센서가 차지한 위치가 기계적 진동이나 변형에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 포커싱 시스템(3)에 관련된 기판 홀더(1)와 마스크 홀더(5) 위치의 신뢰할 만하고 정확한 측정이 이루어질 수 있다. 마스크 홀더(5)가 X 방향에 평행하게 위치될 수 있을 뿐만 아니라 Y 방향에 평행하게 위치되고 회전축(67)에 관해 회전될 수 있기 때문에, 상기에 기술한 바와 같이 본 발명에 따른 리소그래피 장치에 의해 제조될 수 있는 미크론 이하 범위의 작은 치수를 갖는 반도체 기판(19)상에 마스크(29)의 패턴을 투영시키는데 있어서 높은 정밀도를 가지게 된다.Exclusive direct introduction of the reaction forces of the above-described means, ie positioning devices 21, 31 into the force frame 41, exclusively by the force of Lorentz, to the substrate holder 1 exclusively on the force frame 41. Direct connection of the mask holder 5 with the compensating force of the force actuator 205 results in the machine frame 45 having only a supporting function. Practically no force that changes value and direction is seen on the machine frame 45. For example, the substrate holder 1 on the top surface of the planar guide 65 and the granite support 143 of the support member 57 during the displacement of the substrate holder 1 and the mask holder 5. An exception can be made due to the viscous horizontal frictional force exerted by the aerodynamic bearing of the mask holder 5. However, since the frictional force is relatively small, it does not cause great vibration or deformation in the machine frame 45. Since the machine frame 45 does not cause mechanical vibration or elastic deformation, the components of the lithographic apparatus supported by the machine frame 45 are accurately positioned in a defined position with respect to each other. In particular, the position of the substrate holder 1 in relation to the focusing system 3 and the position of the mask holder 5 in relation to the focusing system 3 are very precisely defined, and the substrate holder 1 and the mask holder 5 are also very precisely defined. Can be positioned very accurately in relation to the focusing system 3 by the positioning devices 21, 31, so that the pattern of the semiconductor circuit present on the mask 29 is sub-micron or even It can be projected onto the semiconductor substrate 19 with accuracy in the nanometer range. Moreover, since the mechanical frame 45 and the focusing system 3 do not cause mechanical vibration or elastic deformation, the mechanical frame 45 is, for example, a position control system of the substrate holder 1 and the mask holder 5. It has the advantage of acting as a reference frame for the optical sensor and the position sensor of a position control system such as a laser interferometer system can be mounted directly on the machine frame 45. The direct mounting of the position sensor to the machine frame 45 focuses because the position occupied by the position sensor in relation to the substrate holder 1, the focusing system 3 and the mask holder 5 is not affected by mechanical vibration or deformation. Reliable and accurate measurement of the position of the substrate holder 1 and the mask holder 5 relative to the system 3 can be made. Since the mask holder 5 can not only be located parallel to the X direction, but also can be located parallel to the Y direction and rotated about the axis of rotation 67, by means of the lithographic apparatus according to the invention as described above. It has high precision in projecting the pattern of the mask 29 onto the semiconductor substrate 19 having a small dimension in the sub-micron range that can be manufactured.

상기에 기술된 바와 같이 본 발명에 따른 리소그래피 장치는 집적 전자 반도체 회로의 제조에서 반도체 기판을 노광시키는데 사용된다. 상기의 리소그래피 장치는 그 장치에 의해 기판 상에 마스크 패턴을 투영시키는, 미크론 이하 범위의 작은 치수 구조를 갖는 다른 생산품의 제조에도 그 대안으로 사용된다. 자기구역 메모리의 전도 및 검출 패턴 또는 집적 광 시스템의 구조뿐만 아니라 액정 디스플레이 패턴의 구조와도 그 개념이 연결된다. 상기에 기술된 리소그래피 장치의 제 1 위치설정 장치(21)는 로렌쯔의 힘을 배타적으로 공급하는 제 1 선형 모터와 종래의 제 2, 제 3 선형 모터가 구비된 구동 유닛을 포함하고, 리소그래피 장치의 제 2 위치설정 장치(31)는 로렌쯔의 힘을 배타적으로 공급하는 제 1 선형 모터와 단일의 종래 제 2 선형 모터가 구비된 구동 유닛을 포함한다. 본 발명은 또한 다른 구동 유닛이 구비된 기판홀더 및 마스크홀더용 위치설정장치와도 관련됨을 유의한다. 그 실시예는 EP-A-0-498 496의 리소그래피 장치에 사용된 기판 홀더의 구동용 구동 유닛이다.As described above, the lithographic apparatus according to the invention is used to expose a semiconductor substrate in the manufacture of integrated electronic semiconductor circuits. The lithographic apparatus is also used as an alternative to the manufacture of other products having small dimensional structures in the sub-micron range that project the mask pattern onto the substrate by the apparatus. The concept is connected to the structure of the liquid crystal display pattern as well as the structure of the conduction and detection pattern of the magnetic domain memory or the integrated optical system. The first positioning device 21 of the lithographic apparatus described above comprises a drive unit equipped with a first linear motor and a conventional second and third linear motor for exclusively supplying the force of Lorentz, The second positioning device 31 comprises a drive unit with a first linear motor and a single conventional second linear motor for exclusively supplying the Lorentz force. Note that the present invention also relates to a positioning device for a substrate holder and a mask holder equipped with another driving unit. The embodiment is a drive unit for driving a substrate holder used in the lithographic apparatus of EP-A-0-498 496.

상술한 리소그래피 장치는 위치설정장치(21,31)의 반작용력을 전달하는 기판홀더(1), 포커싱 시스템(3), 마스크 홀더(5), 및 힘 프레임(41)을 지지하는 기계 프레임(45)를 포함한다. 기계 프레임(45)은 힘 프레임(41)에 종속된 베이스(39)로부터 동적으로 절연된다. 본 발명은 또한 단지 상기 기계 프레임과 상기 베이스만으로 구성된 리소그래피 장치에 관한 것이며, 기판 홀더와 마스크 홀더의 위치설정 장치의 반작용력은 기계 프레임에 전달된다. 상기 기계 프레임은 예를 들어 EP-A-0-498 496호의 리소그래피 인쇄장치에 사용된다.The above-described lithographic apparatus is a machine frame 45 for supporting a substrate holder 1, a focusing system 3, a mask holder 5, and a force frame 41, which transmit the reaction forces of the positioning devices 21, 31. ). The machine frame 45 is dynamically insulated from the base 39 subordinate to the force frame 41. The invention also relates to a lithographic apparatus consisting solely of the machine frame and the base, wherein the reaction forces of the positioning device of the substrate holder and the mask holder are transmitted to the machine frame. The machine frame is used for example in the lithographic printing apparatus of EP-A-0-498 496.

끝으로 본 발명은 또한 상술된 힘 작동기 시스템이 제공되지 않는 리소그래피 장치 또는 마스크 홀더의 중력 중심의 변위가 배타적으로 보상될 수 있는 보상력을 제공하는 힘 작동기 시스템을 구비한 리소그래피 장치도 커버한다는 점에 우의 한다. 상기 힘 작동기 시스템은 예를들면, 리소그래피 장치의 포커싱 시스템이 비교적 큰 광학적 축소 요인을 갖는다면, 기판 홀더의 중력 중심의 변위는 마스크 홀더의 중력 중심의 변위에 관해 비교적 작게 되며, 기판 홀더의 중력 중심의 이동이 기계 프레임에서 비교적 작은 기계적 진동을 일으키게 된다는 것이다.Finally, the present invention also covers a lithographic apparatus having a force actuator system that provides a compensating force in which the displacement of the center of gravity of the mask holder or the lithographic apparatus which is not provided with the above-described force actuator system is exclusively compensated for. Do it. The force actuator system is, for example, if the focusing system of the lithographic apparatus has a relatively large optical reduction factor, the displacement of the center of gravity of the substrate holder becomes relatively small with respect to the displacement of the center of gravity of the mask holder, The movement of will cause relatively small mechanical vibrations in the machine frame.

Claims

A substrate holder that can be positioned by the first positioning device in parallel with the vertical Z direction, in the Y direction perpendicular to the X direction and the Z direction, and in the X direction perpendicular to the Z direction, and parallel to the Z direction. A focusing system having a majorly oriented main axis, a mask holder that can be positioned parallel to the X direction by a second positioning device, and a machine frame that in turn supports a radiation source,

The mask holder is positionable in parallel in the Y direction, and rotatable about a rotation axis parallel to the Z direction by the second positioning device,

The second positioning device is provided with a first linear motor whereby the mask holder can be positioned parallel to the X and Y directions, can be rotated about the axis of rotation of the mask holder, and the second linear motor. Is provided so that the mask holder can be positioned parallel to the X direction.

The method of claim 1,

The lithographic apparatus is provided with a force frame which is dynamically insulated from the machine frame and supports the stationary part of the second positioning device, which is applied by a mask holder on the second positioning device during operation. And a reaction force generated from the driving force exerted by the second positioning device on the mask holder can be transferred exclusively to the force frame.

The method of claim 2,

And the mask holder is coupled to the fixing portion of the second positioning device exclusively by the Lorentz force of the electric coil system and the magnet system of the second positioning device during operation.

The method of claim 3,

The magnet system and the electric coil system belong to the first linear motor, the second linear motor includes a movable part that can be displaced parallel to the X direction over the guide of the fixing part and a fixing part fixed to the force frame, the first The magnet system of the linear motor is fixed to the mask holder, and the electric coil system of the first linear motor is fixed to the movable portion of the second linear motor.

The method of claim 1,

The lithographic apparatus is provided with a force actuator system that is controlled by an electrical controller that applies a compensating force on the machine frame during operation, the compensating force coinciding with the value of the mechanical moment of gravity acting on the mask holder with respect to the reference point. And a direction opposite to the direction of the mechanical moment relative to the reference moment of the mechanical frame having a value and the mechanical moment of gravity.

The method of claim 1,

The lithographic apparatus is provided with a force actuator system that is controlled by an electrical controller that applies a compensating force on the machine frame during operation, the compensating force coinciding with the value of the sum of the mechanical moments of gravity acting on the substrate holder with respect to the reference point. And a direction opposite to the direction of the sum of the mechanical moment of gravity acting on the mask holder and the direction of the mechanical moment with respect to the reference point of the mechanical frame.

The method according to claim 5 or 6,

The machine frame is arranged at the base of the lithographic apparatus by three dynamic insulators arranged in a triangular arrangement, while the force actuator system comprises three separate force actuators each integrated with one of the corresponding dynamic insulators. Lithographic apparatus comprising a.

The method according to claim 5 or 6,

And said compensating force is controlled by a controller as a function of information about the position of at least one of said mask holder and substrate holder.

The method according to claim 5 or 6,

The force actuator system comprises at least two force actuators, each actuator capable of applying a compensating force on the machine frame parallel to the vertical direction.

The method according to claim 5 or 6,

And the force actuator system is integral with a plurality of dynamic insulators, whereby the machine frame is supported on the force frame of the lithographic apparatus.

The method according to claim 5 or 6,

And said compensating force comprises the Lorentz force of the electric coil system and the magnet system of the force actuator system.

The method according to claim 2 or 4,

The second linear motor includes a fixed part fixed to a force frame and a movable part capable of being displaced parallel to the X direction over the guide of the fixed part, wherein the first linear motor comprises an electric coil system and a magnet system connected to the mask holder. Lithographic apparatus according to any one of the preceding claims, and the other of the electric coil system and the magnet system of the first linear motor connected to the movable portion of the second linear motor.

The method of claim 12,

The mask holder is exclusively coupled to the movable portion of the second linear motor by the electric coil system of the first linear motor and the Lorentz force of the magnet system, and the magnet system of the first linear motor is connected to the mask holder. An electric coil system of a first linear motor is connected to a movable portion of the second linear motor, wherein the first linear motor comprises at least three motors.

The method according to claim 2 or 4,

And said mechanical frame is supported on a force frame by a plurality of dynamic insulators.

The method according to claim 2 or 4,

At least one of the mask holder and the substrate holder can be displaced parallel to the horizontal X direction and parallel to the horizontal Y direction perpendicular to the X direction, over a guide fixed to the machine frame. .

By a substrate holder which can be positioned by the first positioning device in parallel with the X direction perpendicular to the Z direction and the Y direction perpendicular to the X direction, by a focusing system having a main axis and a second positioning device Including a mask holder that can be positioned parallel to the X direction,

The mask holder is also positionable parallel to the Y direction, rotatable about the axis of rotation parallel to the Z direction by the second positioning device,

The second positioning device is provided with a first linear motor whereby the mask holder can be positioned parallel to the X and Y directions, and can be rotated about an axis of rotation of the mask holder. A lithographic apparatus, characterized in that a bilinear motor is provided whereby the mask holder can be positioned parallel to the X direction.

The method of claim 16,

The lithographic apparatus comprises a mechanical frame that supports parallel to the Z direction, and a projection system and at least one of a mask holder and a substrate holder.

The method of claim 17,

At least one of the mask holder and the substrate holder is lithographically displaceable over a guide fixed to the machine frame, parallel to the horizontal X direction and parallel to the horizontal Y direction perpendicular to the X direction Device.

The method of claim 17 or 18,

The lithographic apparatus comprises a force frame which is insulated from the machine frame and supports the fixing portion of the second positioning device, which is applied by the mask holder on the second positioning device in operation, and the second position on the mask holder. Lithographic apparatus characterized in that the reaction force generated from the driving force applied by the setting device can be transferred exclusively to the force frame.

The method of claim 19,

And the machine frame is supported on the force frame by a plurality of dynamic insulators.

The method of claim 19,

The second linear motor includes a fixed part fixed to the force frame, and a movable part capable of being displaced parallel to the X direction over the guide of the fixed part, wherein the first linear motor comprises an electric coil system connected to the mask holder; A lithographic apparatus comprising any one of a magnet system and an electric coil system of a first linear motor connected to a movable part of the second linear motor and the other of the magnet system.

The method of claim 21,

The mask holder is exclusively coupled to the movable portion of the second linear motor by the electric coil system of the first linear motor and the Lorentz force of the magnet system, and the magnet system of the first linear motor is connected to the mask holder, An electric coil system of a first linear motor is connected to a movable portion of the second linear motor, wherein the first linear motor comprises at least three motors.

The method of claim 17,

The lithographic apparatus is provided with a force actuator system controlled by a controller that applies a compensating force on the machine frame during operation, the compensating force acting on at least one of the mask holder and the substrate holder with respect to a reference point. And a direction opposite to the direction of the mechanical moment with respect to the reference moment of the mechanical frame having a value coincident with the value of the moment and the mechanical moment of gravity.

The method of claim 23, wherein

The method of claim 23 or 24,

And the controller comprises a feed-forward control loop.

The method of claim 23, wherein