KR102510772B1 - 플런저 코일 액추에이터 - Google Patents

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KR102510772B1
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야스퍼 베쎌링
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칼 짜이스 에스엠테 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 제1 코일(15) 및 하나의 제2 코일(16) 및 자석 배열체(10)를 포함하고, 코일(15, 16)은 자석 배열체(10)가 이동 영역(17) 내에서 편향될 수 있는 이러한 방식으로 자석 배열체(10)와 상호 작용하는, 플런저 코일 액추에이터(1)에 관한 것이다. 자석 배열체(10)의 중심축(M3)은, 자석 배열체(10)가 코일(15, 16)에 의해 편향되지 않은 휴지 위치에 위치되면 이동 영역(17)의 극 좌표계의 극(X)을 통해 연장한다. 제1 코일(15)은 극 좌표계의 극(X)이 제1 코일(15)의 원주(18)의 내부에 위치되고, 제1 코일(15)이 자석 배열체(10)에 외향 지향된 반경방향 힘을 인가하는 이러한 방식으로 배열되고 구성되며, 제2 코일(16)은 자석 배열체(10)에 접선 방향의 힘을 인가하도록 배열되고 구성된다.

Description

플런저 코일 액추에이터
본 출원은 그 내용이 본 명세서에 참조로서 완전히 합체되어 있는 독일 특허 출원 DE 10 2016 225 900.8호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 적어도 제1 코일 및 제2 코일과 자석 배열체를 포함하는 플런저 코일 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명은 또한 방사선 소스와 적어도 하나의 광학 요소를 갖는 광학 유닛을 구비하는 조명 시스템을 갖는 반도체 리소그래피용 투영 노광 장치에 관한 것이다.
보이스 코일 액추에이터 및 보이스 코일 모터라는 용어로 또한 공지되어 있는 플런저 코일 액추에이터는 공지된 로렌츠 힘의 물리적 현상에 기초하며, 종래 기술에서 다수의 액추에이터 기반 작업을 위해 사용된다. 공지된 바와 같이, 영구 자기장의 영향으로 그를 통해 전류가 흐르는 전도체는 전기 전도체 내의 전류 흐름 방향 및 전류 강도에 따라 대응하는 힘을 경험하는데, 이는 전도체 또는 자석의 편향을 유도할 수도 있다. 이 원리에 따라, 회전 또는 선형(병진) 이동이 수행될 수 있다.
플런저 코일 액추에이터는, 예를 들어 방사선 소스의 빔 경로를 제어하기 위해, 그 조명 시스템 내에서 광학 요소를 기계적으로 영향을 미치거나 조작하거나 변형하기 위한 목적으로 반도체 리소그래피용 투영 노광 장치에 특히 사용된다.
DE 10 2012 223 034 A1호는 마이크로리소그래피 EUV("극자외선") 투영 노광 장치의 조명 시스템을 개시하고 있다. 조명 시스템에 포함된 파셋 미러(facet mirror)의 미러 파셋(mirror facet)의 굴곡부 및 그 구동이 특히 설명되어 있다. 각각의 미러 파셋은 이 경우에 액추에이터를 통해 2개의 직교하는 축에 대해 경사지는 것이 가능할 수도 있다. 이를 위해, 자석의 형태로 2차원적으로 선형으로 이동 가능한 작동 요소(병진기)는 병진기에 영향을 미치는 정적으로 장착된 코일과의 전자기 상호 작용에 의해 기계적으로 제어될 수도 있다. 병진기는 이 경우에 굴곡부를 통해 광학 요소, 예를 들어 미러 파셋에 연결되고, 그 결과 수행되는 이동이 전달되는 것이 가능하고 미러 파셋이 경사지는 것이 가능하다.
실제로, 플런저 코일 액추에이터는 일반적으로 대개 DC 전류 선형 모터로서 설계된다. 이를 위해, 공동 높이 레벨에서 서로 오프셋하여 2개 이상의 링 코일을 배열하는 것이 알려져 있고, 이 링 코일은 코일 상에 또는 아래에 배열된 영구 자석을 직교 좌표계의 x-방향 및 y-방향으로 편향시키는 것이 가능하다. 이 경우에, x-y 위치로 접근하고 또한 이 위치를 유지하기 위해 일정한 전류 흐름이 양 코일에서 요구된다.
따라서, 공지된 해결책에서, 병진기가 휴지 위치로 다시 이동하지 않게 하기 위해, 그 비편향된 휴지 위치로부터 병진기 또는 회전자의 편향의 경우에 플런저 코일 액추에이터의 코일 또는 코일들에 전류가 일정하게 흘러야 하는 점에서 불리하다.
궁극적으로, 양호한 열적 연결 또는 바이패스를 통해 코일(들)로부터 주변 조립체로 폐열을 방산하고, 상기 폐열을 사용을 위해 안전한 허용 가능한 한계로 유지하는 것이 필요하다. 특히, 투영 노광 장치 내부에서, 구성요소의 가열은, 예를 들어 광학 구성요소가 열의 입력을 통해 불균일하게 변형되면, 리소그래피 프로세스의 정확성에 심각한 부정적인 영향을 미칠 수도 있다.
특히, 예를 들어 미러 파셋과 같은 다수의 광학 요소가 종종 투영 노광 장치에서 조작되어야 하기 때문에, 다수의 액추에이터가 긴밀한 설치 공간에 요구되는데 - 공지된 바와 같이, 투영 노광 장치의 패킹 밀도는 극도로 높다. 따라서, 공지된 액추에이터를 소형화하거나 구조를 단순화하는 것이 바람직하다.
본 발명은 단지 낮은 전류 소비를 나타내고 정밀하게 제어될 수 있는 콤팩트한 구조의 플런저 코일 액추에이터를 제공하는 목적에 기초한다.
본 발명은 또한, 콤팩트한 구조 및 광학 요소를 조정 또는 조작 또는 변형하기 위한 낮은 전류 소비를 갖는 플런저 코일 액추에이터를 갖는, 반도체 리소그래피용 투영 노광 장치를 제공하는 목적에 기초한다.
이 목적은 플런저 코일 액추에이터에 있어서, 청구항 1에 제시된 특징에 의해 달성된다. 상기 목적은, 투영 노광 장치에 있어서, 청구항 14에 제시된 특징에 의해 달성된다. 이하에 설명된 종속 청구항 및 특징은 본 발명의 유리한 실시예 및 변형예에 관한 것이다.
플런저 코일 액추에이터는 적어도 제1 코일 및 제2 코일과 자석 배열체를 포함하며, 코일은 자석 배열체가 이동 영역 내에서 편향될 수 있도록 자석 배열체와 상호 작용한다.
제1 코일 및 제2 코일이 바람직하게 제공된다. 그러나, 더 많은 코일, 예를 들어 제3 코일 및 가능하게는 제4 코일이 제공될 수도 있다.
코일 내의 전류 흐름은 각각 규정된 자기장을 생성하기 위해 개별적으로 제어되거나 조절되는 것이 가능할 수도 있다. 전류 흐름 방향은 이 경우에 또한 영향을 받을 수도 있다.
자석 배열체는 코일과의 자기 상호 작용이 가능해지도록 자기장을 생성하는 임의의 원하는 배열일 수도 있다. 자석 배열체는 이에 따라, 예를 들어 하나 이상의 코일, 하나 이상의 영구 전자석 및/또는 하나 이상의 영구 자석일 수도 있다.
이동 영역은 플런저 코일 액추에이터가 그 내에서 자석 배열체를 편향시킬 수 있는 정의된 이동 영역이다. 자석 배열체는 바람직하게는 플런저 코일 액추에이터의 병진기 또는 회전자이다. 제1 및 제2 코일은 고정 하우징 부분에 결합될 수도 있고, 이 경우에 플런저 코일 액추에이터의 고정자 유닛의 부분으로 고려될 수도 있다.
플런저 코일 액추에이터의 자석 배열체는 유리하게는 다른 요소에 결합될 수도 있고, 그 결과 하나 이상의 코일에 관한 자석 배열체의 상대 이동은 플런저 코일 액추에이터의 작동 로드의 편향을 유도하고, 예를 들어, 작동 로드는 예를 들어, 액추에이터에 의해 조정될 구성요소, 예를 들어 투영 노광 장치의 파셋 미러의 미러 파셋에 이동을 전달하는 - 병진식으로 또는 직접적으로 - 것이 가능하다.
자석 배열체가 코일에 의해 편향되지 않는 휴지 위치에 위치될 때, 자석 배열체의 중심축이 이동 영역의 극 좌표계의 극을 통해 연장되게 하는 것이 제공된다.
자석 배열체의 중심축은 바람직하게는 이동 영역에 대해 직교하여 연장되거나 신장된다. 자석 배열체는 임의의 원하는 기하학적 구조를 가질 수도 있고, 바람직하게는 원통형이 되도록 설계되고, 실린더는 이어서 중심축을 따라 연장한다.
원형 좌표계라 또한 칭하는 극 좌표계는 각각의 점이 원점(극)으로부터의 거리 및 각도에 의해 정의되는 2차원 좌표계이다. 극으로부터의 거리를 반경 또는 반경방향 좌표라 칭하고; 각도는 각도 좌표, 극 각도 또는 방위각이라 칭한다.
극 좌표계의 원점, 즉 극 좌표계의 극은 본 발명에 따라 이동 영역 내에 위치되고, 자석 배열체의 중심축이 극을 통해 연장할 때 시스템이 휴지 위치에 위치되는 시스템의 휴지 위치를 정의한다
이동 영역은 바람직하게는 원형 영역으로서 설계된다. 극 좌표계의 극은 매우 특히 바람직하게는, 이동 영역의 중심, 즉 예를 들어 원의 중심점에 위치된다.
극 좌표계의 극이 제1 코일의 원주 내에 위치되도록 제1 코일이 배열 및 설계되는 것이 본 발명에 따라 제공된다.
이는 서로 평행하게 배열되고 동일한 구조를 갖는 2개의 링 코일 사이에 좌표계의 원점이 위치되게 하는 것이 제공되어 있는 종래 기술과 대조하여 자석 배열체의 특히 적합한 편향을 허용한다.
제1 코일이 (반경방향으로) 외향 배향된 반경방향 힘을 자석 배열체에 인가하게 하는 것이 본 발명에 따라 제공된다. 이는 본 발명에 따라, 서로에 대해 제1 코일과 자석 배열체의 각각의 상대 위치의 배열로 인해 발생할 수도 있다.
제1 코일이 자석 배열체를 자기적으로 밀어내게 하기 위한 것이 제공될 수도 있다. 척력 반경방향 힘이 바람직하지만, 제1 코일이 자석 배열체에 인력 반경방향 힘을 인가하게 하는 것이 또한 제공될 수도 있다. 외향으로 배향된 반경방향 힘은 이에 따라 임의의 원하는 부호를 가질 수도 있다.
또한, 제2 코일이 접선력을 자석 배열체에 인가하도록 배열되고 설계되게 하는 것이 본 발명에 따라 제공된다. 이는 자석 배열체가 제2 코일에 관련하여 위치되는 임의의 상대 위치에서 발생할 수도 있다.
그러나 대칭성으로 인해 자기력 평형이 우세한 사점(dead point)에 배열체가 위치되는 더 많은 상대 위치가 존재할 수도 있으며, 그 결과 이 위치로부터의 편향이 직접적으로 가능하지 않다는 것이 지적되어야 한다. 이는 이하에 더 상세히 설명될 것이다.
설명된 구조에 의해, 그 이동이 유리하게는 극 좌표계에 의해 정의될 수 있는 시스템에 대해 최적의 방식으로 사용될 수 있는 플런저 코일 액추에이터를 제공하는 것이 가능하다. 이는 2개의 점 사이의 관계가 직교 좌표계의 통상의 x-좌표 및 y-좌표 대신에 의한 것 대신에, 각도와 거리에 의해 더 쉽게 (바람직하게) 설명될 수 있는 경우 특히 유리하다.
본 발명은 극 좌표계의 좌표의 좌표들 중 하나를 따르는, 예를 들어 각도 좌표를 따르는 편향이 위치를 변화하기 위해 단지 전류 펄스만을 필요로 하고 다음에 좌표를 유지하기 위해 연속적인 전류 흐름을 필요로 하지 않으면 매우 특히 유리하게 사용될 수도 있다. 이 경우에, 적어도 하나의 코일에서의 전류 요구는 상당히 감소될 수도 있고, 반면에 종래 기술에서 x-y 위치로 편향하기 위해 전류는 양 코일을 통해 연속적으로 흘러야 한다.
특히, 2차원 공간에서 이동 영역 내에서 병진기의 조정을 필요로 하는 시스템의 경우, 매우 특히 바람직하게는 이동 영역이 둥근 기하학적 구조를 가지면, 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터는 종래의 2차원 액추에이터 또는 플런저 코일 액추에이터보다 더 효율적으로 사용되는 것이 가능하다.
이 유형의 다수의 시스템이 로봇 공학으로부터 알려져 있다. 그러나, 본 발명은 매우 특히 바람직하게는 투영 노광 장치의 광학 요소를 조정하는데 사용될 수도 있다. 본 발명은 원리적으로 특정 용례에 한정되는 것으로 이해되어서는 안되며, 따라서 모든 액추에이터 시스템 또는 구동 기술에 사용을 위해 적합하다.
본 발명은 극 좌표계 대신에 공간 극 좌표계 또는 원통 좌표를 사용하여 2차원 액추에이터로부터 3차원 액추에이터로 통상의 기술자에 의해 추가로 확장될 수도 있고, 여기서 극의 높이가 예를 들어 제3 코일에 의해 영향을 받을 수도 있는 추가적인 좌표로서 추가된다.
단지 몇 개의 코일, 바람직하게는 제1 코일 및 제2 코일로 이루어진 본 발명에 따른 구조에 의해, 플런저 코일 액추에이터는 비교적 간단한 구조를 갖는다. 따라서, 본 발명은 특히 예를 들어, 투영 노광 장치 내에 높은 패킹 밀도를 갖는 다수의 이러한 액추에이터가 요구되는 경우에 매우 큰 장점으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 개선예에서, 제1 코일의 중심축은 이동 영역의 극 좌표계의 극을 통해 또는 극에 인접하여 연장되게 하는 것이 제공될 수도 있다.
이 경우에 제1 코일의 중심축은 바람직하게는 이동 영역에 직교하여 연장한다.
특히 콤팩트하고 균형화된 구조를 참조하면, 제1 코일의 중심축이 극 좌표계의 극에 가깝게 지나 연장되거나 또는 바람직하게는 극을 통해 연장되는 것이 유리할 수도 있다. 예를 들어, 제1 코일의 중심축이 제1 코일의 직경의 4분의 1 미만만큼 극에 대해 오프셋된 방식으로 연장되고, 바람직하게는 제1 코일의 직경의 8분의 1 미만만큼 극에 대해 오프셋된 방식으로 연장되고, 매우 특히 바람직하게는 극 좌표계의 극을 통해 연장되게 하는 것이 제공될 수도 있다.
극 좌표계의 극에 대한 제1 코일의 중심축의 프로파일에서의 약간의 오프셋은, 추가적인 조치 없이 제1 코일이 자석 배열체를 그 중심축이 극을 통해 연장되는 휴지 위치 외로 편향하는 것이 가능한 것을 보장하기 위해 유리할 수도 있다.
일 개선예에서, 자석 배열체가 제1 코일에 의해 편향될 때 자석 배열체의 중심축이 제1 코일의 원주 내에서 연장되거나 배열되도록 제1 코일이 설계 및/배열되게 하는 것이 또한 제공될 수도 있다. 자석 배열체는 이에 의해, 제공된 이동 영역 내의 각각의 위치에서 특히 간단하고 효율적이며 신뢰적인 방식으로 제1 코일에 의해 편향될 수 있고, 자석 배열체의 위치는 제1 코일에 의해 영향을 받을 수 있다.
이동 영역은 바람직하게는 제1 코일의 원주 내에 완전히 위치된다.
따라서, 플런저 코일 액추에이터는 자기 상호 작용이 코일과 자석 배열체 사이의 거리에 따라 감소하기 때문에 특히 양호한 효율을 갖는다. 이 디자인은 또한 콤팩트한 구조를 달성할 수도 있다.
본 발명의 일 개선예에서, 코일 및 자석 배열체는, 제1 코일이 자석 배열체에 인가하는 반경방향 힘이 극 좌표계의 반경방향 좌표를 따른 자석 배열체의 이동을 유도하도록 그리고 제2 코일이 자석 배열체에 인가하는 접선력이 극 좌표계의 각도 좌표를 따른 자석 배열체의 이동을 유도하도록 배열되고 그리고/또는 설계되게 하는 것이 제공될 수도 있다.
예를 들어, 코일이 여기되지 않으면 스프링이 자석 배열체를 휴지 위치로 복귀시키도록 자석 배열체가 스프링에 의해 휴지 위치에 장착되는 코일 및 자석 배열체의 배열이 제공될 수도 있다. 제1 코일(여기된 경우에)로부터 나오는, 자석 배열체 상의 외향으로 배향된 반경방향 힘은 따라서 이동 영역 내의 극 좌표계의 반경방향 좌표를 따라 자석 배열체를 편향시킬 수 있다. 제2 코일이 자석 배열체에 인가하는 접선력에 의해, 자석 배열체는 이어서 극 좌표계의 각도 좌표를 따른 원형 경로 상에 강제될 수 있다.
반경방향 힘 또는 접선력을 인가하도록 하는 코일의 전술된 디자인 및 배열은, 어떻게 자석 배열체가 휴지 위치에 도달하는지 또는 복귀력이 실제로 휴지 위치에 존재하는지 여부에 독립적으로 자석 배열체의 편향을 위해 유리하다.
본 발명의 일 개선예에서, 제1 코일은 나선형 평판 코일(spiral flat coil)로서 설계되고 그리고/또는 제2 코일은 토로이드 코일(toroid coil)로서 설계되는 것이 또한 제공될 수도 있다.
나선형 평판 코일은 또한 "팬케이크 코일"이라고도 칭한다. 이는 그 권선이 일반적으로 단지 하나의 고도에서 나선형으로 권취되는 코일이다. 이러한 코일은 특히 유리하게는 반경방향 외향 또는 내향으로 작용하는 반경방향 힘을 자석 배열체에 인가하는 데 사용될 수도 있다.
토로이드 코일은 또한 원형 링 코일, 링 코일 또는 토로이드 코어 코일이라고도 칭한다. 토로이드 코일은 예를 들어 원형 기하학적 구조 또는 각형 기하학적 구조를 가질 수도 있다. 둥근 기하학적 구조가 바람직하게 제공된다. 접선력은 이러한 코일을 사용하는 자석 배열체에 효율적으로 적용될 수 있다.
일 개선예에서, 자석 배열체가 이동 영역에 직교하여 연장되는 자화 방향을 갖는 것이 또한 제공될 수도 있다.
일 특히 바람직한 실시예에서, 제1 코일은 제2 코일보다 자석 배열체에 더 가깝게 배열될 수도 있다.
전술된 배열은 특히 휴지 상태 및 동작 상태에 관한 것이다.
실제로, 플런저 코일 액추에이터의 가동부, 즉 마찬가지로 자석 배열체의 장착이 특히 종종 제공되고, 이 장착은 일반적으로 휴지 위치로의 복귀력을 유발하기 때문에, 본 발명자들은 반경방향 편향을 유도하는 제1 코일과 자석 배열체 사이의 자기 상호 작용의 효율이 제2 코일과 자석 배열체 사이의 자기 상호 작용의 효율보다 크다는 것을 인식하였다. 이에 따라, 특히 설치 공간이 제한되면, 제1 코일을 제2 코일보다 자석 배열체에 더 가깝게 배열하는 것이 유리할 수도 있다. 그 결과, 자석 배열체를 반경방향으로 편향시키기 위해 제1 코일 내의 전류 소비가 감소될 수도 있고, 그 결과 전류 소비 및 따라서 전체 플런저 코일 액추에이터의 효율이 개선될 수 있다.
본 발명의 하나의 유리한 개선예에서, 제1 코일의 중심축 및 제2 코일의 중심축 및/또는 자석 배열체의 중심축이 동축으로 연장되게 하는 것이 제공될 수도 있다.
제2 코일의 중심축은 바람직하게는 이동 영역과 직교하여 연장한다.
이에 의해 특히 효율적이고 공간 절약적인 구조를 달성하는 것이 가능하다. 제1 코일, 제2 코일 및 자석 배열체는 바람직하게는 스택의 방식으로 배열된다. 예로서, 제1 코일이 자석 배열체 바로 아래에 제공되고 제2 코일이 제1 코일 아래에 제공되는 배열이 제공될 수도 있다. 제1 코일이 자석 배열체 위에 배열되고 제2 코일이 자석 배열체 아래에 배치되는 구조가 또한 바람직할 수 있다.
원리적으로 자석 배열체 및 코일의 서로에 대한 임의의 바람직한 배열이 본 발명의 범주 내에서 가능하다.
일 특히 바람직한 개선예에서, 제1 코일은 제2 코일과 자석 배열체 사이에 위치한다.
본 발명의 일 개선예에서, 자속을 번들링(bundling)하기 위한 적어도 하나의 철심이 제1 코일 및/또는 제2 코일에 배열되는 것이 제공될 수도 있다.
자기 상호 작용의 효율은 코일 내의 철심에 의해 개선될 수 있다. 그러나, 여기서 철심은 자석 배열체와 철심 사이의 자기 인력에 의해 비편향된 휴지 위치로의 자석 배열체의 추가적인 복귀력을 유발할 수 있다는 것을 염두에 두어야 한다.
특히 제2 코일이 토로이드 코일로서 설계되는 경우, 제2 코일 내에 철심을 제공하는 것이 유리할 수도 있다. 토로이드 코일은 이어서 철심, 예를 들어 환형 철심 주위에 권취될 수도 있다.
일 개선예에서, 자석 배열체의 편향을 제어 또는 조절하기 위해 제어 및/또는 조절 유닛이 제공되는 것이 제공될 수도 있다.
추가적인 수단, 특히 코일과 관련하여 자석 배열체의 위치를 검출하기 위한 센서 시스템이 또한 자석 배열체를 제어 또는 조절하기 위해 제공될 수도 있다.
예를 들어 에지 전류 센서와 같은 전류 센서가 바람직하게는 이동 영역 내의 자석 배열체의 위치를 검출하는데 사용될 수도 있다. 자석 배열체의 반경방향 위치는 가능하게는 제1 코일의 전류 소비에 의해 결정될 수도 있다. 예를 들어 광학, 용량성 또는 자기 센서와 같은 임의의 원하는 센서가 원리적으로 이동 영역 내의 자석 배열체의 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 하나의 유리한 개선예에서, 제1 코일이 자석 배열체에 임의의 외향 배향된 반경방향 힘을 인가할 수 없도록 제1 코일 및 자석 배열체가 자기력 평형을 유도하는 서로에 대한 상대 위치를 채택하는 것을 회피하기 위해 전기 및/또는 기계적 수단이 제공될 수도 있다.
힘 평형의 이론적인 경우에, 자석 배열체는 제1 및/또는 제2 코일이 여기되는 것에도 불구하고 이 소위 "사점"으로부터 더 이상 편향될 수 없는 경우가 있을 수도 있다. 이는 특히 플런저 코일 액추에이터의 원리적으로 유리한 대칭 구조의 경우에 문제가 될 수도 있다.
이러한 상대 위치를 회피하는 스프링력은 예를 들어 자석 배열체의 적절한 현수 또는 장착에 의해 설정될 수도 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 사점은 사점으로 이어질 것인 편향을 배제하는 적절한 전기 구동 시스템에 의해 회피될 수도 있다.
자기력 평형이 우세한 이러한 상대 위치로부터 자석 배열체를 편향시키기 위해 전기 및/또는 기계적 수단이 또한 제공될 수도 있다.
예로서, 하나 또는 양 코일 내의 강한 전류 펄스가 실제로 자석 배열체를 사점 외부로 유도하거나 스윙하여 플런저 코일 액추에이터가 이어서 정상 상태로서 사용될 수 있게 한다.
일 특히 바람직한 실시예에 따르면, 자석 배열체는 적어도 하나의 영구 자석을 갖는다. 자석 배열체는 매우 특히 바람직하게는 정확하게 하나의 영구 자석을 갖거나 영구 자석으로서 설계된다.
적어도 하나의 영구 자석이 자석 배열체 내에 제공되거나 자석 배열체가 영구 자석으로서 설계된다는 사실에 의해, 플런저 코일 액추에이터는 더 효율적으로, 더 콤팩트하게, 그리고 더 양호한 전류 절약 특성으로 설계될 수 있다. 코일 또는 영구 전자석과는 대조적으로, 적어도 하나의 영구 자석은 제1 및 제2 코일과의 자기 상호 작용을 위해 동작 중에 추가적인 전력 공급 수단 또는 임의의 전류를 필요로 하지 않는다.
본 발명의 일 개선예에서, 영구 자석의 2개의 극 사이의 자극 경계가 곡선형 프로파일을 갖도록 적어도 하나의 영구 자석이 자화를 갖게 하는 것이 또한 제공될 수도 있다.
자극 경계는 일반적으로 2개의 극 사이에서 직선으로 연장되고 따라서 영구 자석의 극을 분리한다. 그러나, 영구 자석을 제조할 때, 자극 경계의 비직선형 프로파일을 유도하는 자화를 설정하는 것이 또한 가능하다.
예로써, 자기 회로는 미리 시뮬레이션되거나 계산될 수도 있으며, 이를 통해 자석 배열체의 최적의 자화를 결정하는 것이 가능하다. 자기 회로는, 플런저 코일 액추에이터의 자기 구성요소 또는 필수 구성요소, 특히 코일 및 자석 배열체의 상호 작용, 특히 자기 결합을 의미하는 것으로 이해된다.
자석 배열체의 특정 자화에 의해, 플런저 코일 액추에이터의 전력 소비가 반경방향 좌표 및 각도 좌표에 독립적인 상황이 달성될 수 있다. 이는 이에 따라 코일과 관련한 자석 배열체의 편향된 위치에 독립적으로 플런저 코일 액추에이터의 균일한 열 방산을 유도할 수도 있다. 따라서, 시스템의 열적 거동을 더 양호하게 계산하고 더 균일하게 할 수 있다. 따라서, 플런저 코일 액추에이터의 모터 상수는 일정하게, 즉 병진기 또는 자석 배열체(또는 회전자)의 편향에 독립적으로 설계될 수도 있다.
대안으로서 또는 추가적으로, 제1 코일 및/또는 제2 코일은 가능하게는, 이동 영역 내의 코일에 관한 자석 배열체의 편향된 위치에 독립적으로 일정한 전류 소비가 달성되도록 설계 또는 배향될 수도 있다.
본 발명은 또한 반도체 리소그래피용 투영 노광 장치이며, 방사선 소스를 갖는 조명 시스템 및 적어도 하나의 광학 요소를 갖는 광학 유닛을 갖고, 적어도 하나의 광학 요소는 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 플런저 코일 액추에이터에 의해 조정될 수 있고 그리고/또는 조작될 수 있고 그리고/또는 변형될 수 있는, 투영 노광 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전술된 플런저 코일 액추에이터와 관련하여 이미 설명된 특징 및 장점은 또한, 투영 노광 장치의 플런저 코일 액추에이터의 경우에 임의의 원하는 조합으로 사용될 수도 있다.
투영 노광 장치의 일 개선예에서, 광학 요소 중 적어도 하나는 파셋 미러로서 설계될 수도 있고, 파셋 미러는 캐리어 구조체 및 이에 의해 운반된 복수의 개별적으로 조정 가능한 미러 파셋을 갖고, 각각의 미러 파셋은 굴곡부를 거쳐 캐리어 구조체에 연결되어, 미러 파셋이 서로 직교하는 2개의 축에 대해 경사질 수 있게 되고, 미러 파셋은 작동 로드에 단단히 연결되고, 작동 로드는 2개의 축 중 적어도 하나에 대해 미러 파셋을 경사지게 하기 위해 플런저 코일 액추에이터에 의해 편향될 수 있다.
예를 들어, 그 개시내용이 본 설명에 합체되어 있는 DE 10 2012 223 034 A1호에 상세히 설명된 이러한 배열에서, 작동 로드의 편향은 특히 극 좌표계에 기초하여 수행된 구동의 경우에, 작동 로드를 자석 배열체에 연결할 때 특히 유리할 수도 있다.
본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 이하에 더 상세히 설명된다.
도면은 각각의 경우에 본 발명의 개별적인 특징이 서로 조합하여 예시되어 있는 바람직한 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 예시적인 실시예의 특징은 또한 동일한 예시적인 실시예의 다른 특징에 독립적으로 구현될 수 있고, 이에 따라 다른 예시적인 실시예의 특징과의 추가적인 적절한 조합 및 서브 조합을 형성하기 위해 통상의 기술자에 의해 조합될 수도 있다.
도면에서, 기능적으로 동일한 요소는 동일한 참조 번호가 제공된다.
도면에서, 개략적으로:
도 1은 EUV 투영 노광 장치를 도시하고 있다.
도 2는 다른 투영 노광 장치를 도시하고 있다.
도 3은 파셋 미러의 평면도를 도시하고 있다.
도 4는 미러 파셋 및 작동 로드를 갖는 굴곡부의 등각도를 도시하고 있다.
도 5는 제1 구성에서 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터의 단면도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터의 기본 평면도를 도시하고 있다.
도 7은 제1 코일 및 제2 코일의 예시적인 전류 곡선을 도시하고 있다.
도 8은 제2 구성에서 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터의 단면도를 도시하고 있다.
도 9는 예시적인 토로이드 코일을 도시하고 있다.
도 10은 예시적인 나선형 평판 코일을 도시하고 있다.
도 11은 제3 구성에서 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터의 단면도를 도시하고 있다.
도 12는 복수의 영구 자석으로 이루어진 자석 배열체의 단면도를 도시하고 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 반도체 리소그래피용 EUV 투영 노광 장치(400)의 기본 구조를 일 예로서 도시하고 있다. 투영 노광 장치(400)의 조명 시스템(401)은 방사선 소스(402) 이외에, 대물 평면(object plane)(405) 내의 대물 필드(object field)(404)의 조명을 위한 광학 유닛(403)을 포함한다. 대물 필드(404)에 배열된 레티클(406)이 조명되고, 상기 레티클은 개략적으로 도시된 레티클 홀더(407)에 의해 유지된다. 단지 개략적으로 도시된 투영 광학 유닛(408)이 화상 평면(image plane)(410) 내의 화상 필드(image field)(409) 내에 대물 필드(404)를 이미징하는 기능을 한다. 레티클(406) 상의 구조는 화상 평면(410) 내의 화상 필드(409)의 구역에 배열되어 있는 웨이퍼(411)의 감광층 상에 이미징되고, 상기 웨이퍼는 마찬가지로 부분적으로 도시된 웨이퍼 홀더(412)에 의해 유지된다. 방사선 소스(402)는 특히 5 나노미터 내지 30 나노미터 범위의 EUV 방사선(413)을 방출할 수 있다. 광학적으로 상이하게 설계되고 기계적으로 조정 가능한 광학 요소(415, 416, 418, 419, 420)가 EUV 방사선(413)의 방사 경로를 제어하기 위해 사용된다. 도 1에 도시된 EUV 투영 노광 장치(400)의 경우에, 광학 요소는 단지 예로서 이하에 언급되는 적합한 실시예에서 조정 가능한 미러로서 설계된다.
방사선 소스(402)에 의해 발생된 EUV 방사선(413)은, EUV 방사선(413)이 필드 파셋 미러(415) 상에 충돌하기 전에 EUV 방사선(413)이 중간 초점 평면(414)의 구역에서 중간 초점을 통과하는 이러한 방식으로, 방사선 소스(402) 내에 일체화된 집광기에 의해 정렬된다. 필드 파셋 미러(415)의 하류측에서, EUV 방사선(413)은 동공 파셋 미러(416)에 의해 반사된다. 동공 파셋 미러(416)와, 미러(418, 419, 420)를 갖는 광학 조립체(417)의 보조에 의해, 필드 파셋 미러(415)의 필드 파셋은 대물 필드(404) 내로 이미징된다.
도 2는 다른 투영 노광 장치(100), 예를 들어 DUV("deep ultraviolet") 투영 노광 장치를 도시하고 있다. 투영 노광 장치(100)는 조명 시스템(103), 레티클(105)을 수용하여 정확하게 위치설정하기 위한 레티클 스테이지(104)로서 알려진 디바이스로서, 그에 의해 웨이퍼(102) 상의 이후의 구조가 결정되는, 디바이스, 웨이퍼(102)를 유지하고, 이동시키고, 정확하게 위치설정하기 위한 설비(106), 및 이미징 설비, 특히 투영 렌즈(107)의 렌즈 하우징(140) 내에 장착부(109)를 경유하여 유지되어 있는 다수의 광학 요소(108)를 갖는 투영 렌즈(107)를 포함한다.
광학 요소(108)는 예를 들어, 렌즈 요소, 미러, 프리즘, 종료 플레이트(terminating plate) 등과 같은, 개별 굴절, 회절 및/또는 반사 광학 요소(108)로서 설계될 수도 있다.
투영 노광 장치(100)의 기본 기능 원리는 레티클(105) 내로 도입된 구조가 웨이퍼(102) 상에 이미징되게 하는 것을 제공한다.
조명 시스템(103)은 웨이퍼(102) 상의 레티클(105)의 이미징을 위해 요구되는 전자기 방사선의 형태의 투영 빔(111)을 제공한다. 레이저, 플라즈마 소스 등이 이 방사선의 소스로서 사용될 수도 있다. 조명 시스템(103) 내의 광학 요소는, 레티클(105) 상에 입사될 때, 투영 빔(111)이 파면의 직경, 편광, 형상 등에 관하여 원하는 특성을 갖는 이러한 방식으로 방사선을 성형하는데 사용된다.
레티클(105)의 화상은 투영 빔(111)에 의해 발생되고 적절하게 축소된 형태로 투영 렌즈(107)로부터 웨이퍼(102) 상에 전사된다. 이 경우에, 레티클(105) 및 웨이퍼(102)는 동기식으로 이동될 수도 있어, 레티클(105)의 영역이 소위 주사 동작 중에 사실상 연속적으로 웨이퍼(102)의 대응 구역 상에 이미징되게 된다.
도 2는 레티클 스테이지(104)와 투영 렌즈(107)의 제1 광학 요소(108) 사이의 구역에서 매니퓰레이터(200)의 배열을 도시하고 있다. 매니퓰레이터(200)는 화상 수차를 보정하는 역할을 하고, 여기서 포함된 광학 요소는 액추에이터 시스템에 의해 기계적으로 변형된다.
다양한 디자인의 액추에이터의 사용이 도 1 및 도 2에 도시된 투영 노광 장치(400, 100)의 광학 요소(415, 416, 418, 419, 420, 108) 및 웨이퍼(411, 102)의 조정을 위해 및/또는 조작을 위해 공지되어 있다.
도 5, 도 6, 도 8 및 도 11은 다양한 실시예에서 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터(1)를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터(1)는 특히 투영 노광 장치(400)의 필드 파셋 미러(415)의 개별 미러 파셋(2)(도 3 및 도 4 참조)의 배향 또는 경사에 적합하다. 물론, 본 발명은 또한 임의의 원하는 투영 노광 장치의 임의의 다른 원하는 광학 요소를 배향 또는 경사지게 하기 위해 우수한 적합성을 갖는다. 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터(1)는 또한 매니퓰레이터(200)에 영향을 미치기 위해 사용될 수도 있다.
본 발명의 사용은 투영 노광 장치(100, 400)에서의 사용에 한정되지 않으며, 특히 설명된 구조와 함께 사용되는 것에 한정되는 것은 아니다.
본 발명 및 이하의 예시적인 실시예는 또한 특정 디자인에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다.
도 3은 파셋 미러, 예를 들어, 필드 파셋 미러(415)를 평면도로 도시하고 있다. 관찰자를 향하는 그 표면(4)이 바람직하게는 대부분 미러 파셋(2)에 의해 커버되는 캐리어 플레이트(3)가 보여질 수 있다. 미러 파셋(2)의 윤곽은 바람직하게는 각각의 경우에 링 세그먼트의 형상을 갖는다. 미러 파셋(2)은 이에 의해 일렬로 기밀하게 패킹된 방식으로 배열될 수 있다. 미러 파셋(2)을 갖는 표면(4)의 커버리지의 정도는 방사선 소스(402)로부터의 소량의 EUV 방사선(413)만이 인접한 미러 파셋(2) 사이에 충돌하도록, 여기서 바람직하게는 80% 초과의 구역에 존재한다.
예를 들어, 300개 이상의 미러 파셋(2)이 캐리어 플레이트(3) 상에 제공될 수도 있다. 필드 파셋 미러(415)는 예를 들어 80 cm의 직경을 가질 수도 있다.
각각의 미러 파셋(2)은 개별적으로 조정 가능할 수도 있어, 충돌하는 EUV 방사선(413)이 상이한 타겟 지점, 예를 들어 동공 파셋 미러(416) 상에 배향되는 것이 가능하게 된다.
도 4는 어떻게 미러 파셋(2)이 굴곡부(5)를 통해 고정 슬리브(6)에 연결되는지의 등각도를 도시하고, 상기 고정 슬리브는 링형 단면을 갖는다. 고정 슬리브(6)는, 도 3에 도시된 캐리어 플레이트(3)와 함께, 미러 파셋(2)이 그에 대해 경사질 수 있는 미러 파셋(2)을 위한 캐리어 구조를 형성한다. 캐리어 플레이트(3)는 간단화를 위해 도 4에 도시되어 있지 않다. 고정 슬리브(6)는 캐리어 플레이트(3)를 통해 연장되는 고정 슬리브(6)에 의해 캐리어 플레이트(3)에 고정될 수도 있다.
도시되어 있는 예시적인 실시예에서, 미러 파셋(2)은 바람직하게는 원형 디스크의 형상을 갖는 캐리어 요소(7)에 의해 편심으로 운반된다. 고정 슬리브(6)를 통해 연장되는 작동 로드(8)는 캐리어 요소(7)의 이면에 중앙에 배열된다. 단부편(9)은 그 대향 단부에서 작동 로드(8) 상에 배열되고, 이 단부편 상에는 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터(1)(도 4에 도시되지 않음)가 미러 파셋(2)을 경사지게 하기 위해 작용할 수 있다. 단부편(9)은 특히 이하에 설명된 바와 같이 플런저 코일 액추에이터(1)의 병진기 또는 자석 배열체(10)일 수도 있다. 대안으로서, 단부편(9)은 병진기 또는 자석 배열체에 고정될 수도 있다.
굴곡부(5)는 작동 로드(8)를 고정 슬리브(6)에 연결한다. 이 목적으로, 굴곡부(5)는, 작동 로드(8) 주위에 배열되고 일 단부에서 고정 슬리브(6)의 내부면에 그리고 다른 단부에서 캐리어 요소(7)에 고정되는 3개의 조인트 레그(11)를 포함한다. 여기서 인접한 조인트 레그(11) 사이의 각도는 각각의 경우에 바람직하게는 120°이다. 도 4에 점선으로 지시된 바와 같이, 조인트 레그(11)가 캐리어 요소(7)를 사실상 넘어서 연장되면, 조인트 레그(11)는 적어도 대략적으로 미러 파셋(2)의 반사 코팅 상에 놓인 경사점(12)에서 만날 것이다.
비편향 상태에서, 단부편(9) 또는 자석 배열체(10)는 규정된 휴지 위치에 위치된다.
도 4에 화살표(13)로 지시된 바와 같이, 작동 로드(8)가 플런저 코일 액추에이터(1)의 도움으로 편향되면, 미러 파셋(2)은 조인트 레그(11)가 굽힘된 상태로 경사점(12)을 중심으로 피봇된다. 따라서, 조인트 레그(11)의 굽힘 강성은 미러 파셋(2)을 경사지게 하기 위해 플런저 코일 액추에이터(1)에 의해 극복되어야 하는 굽힘 저항을 정의한다. 작동 로드(8) 주위의 조인트 레그(11)의 균일한 분포로 인해, 굴곡부(5)의 굽힘 저항은 대략 등방성이므로, 굴곡부(5)는 2개의 직교하는 경사축의 각각에 대해 미러 파셋(2)의 경사에 대향하여 대략 동일한 굽힘 저항을 나타내게 된다.
이 구조의 결과는 또한, 플런저 코일 액추에이터(1)가, 특히 단부편(9) 또는 자석 배열체(10)의 반경방향 편향의 경우에, 굴곡부(5)의 복귀력을 상쇄해야 한다는 것이다. 이에 대조적으로, 단부편(9) 또는 자석 배열체(10)는 일정한 반경방향 편향의 경우에, 굴곡부(5)가 원형 이동을 현저히 상쇄하지 않고 휴지 위치 주위의 원형 경로를 따라 이동하는 것이 가능하다.
더욱이, 벨로우즈(14)가 캐리어 요소(7)와 고정 슬리브(6) 사이에서 연장되고, 상기 벨로우즈는 미러 파셋(2)과 고정 슬리브(6) 사이의 중간 공간을 외부 공간에 대해, 바람직하게 기밀 방식으로 폐쇄한다. 벨로우즈(14)는 먼저 기계적 또는 열적 부하로 인해 굴곡부(5)의 부품으로부터 탈착하는 작은 입자가 외부 공간으로 통과하여 예를 들어 미러 표면에 침착함으로써 조명 시스템(401)의 기능에 악영향을 미치는 것을 방지한다. 벨로우즈(14)는 추가적으로 미러 파셋(2)이 벨로우즈(14)의 종축을 중심으로, 즉 표면에 수직인 축을 중심으로 회전하지 않는 것을 보장한다.
도 5는 제1 실시예에서 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터(1)의 단면도를 도시하고 있다. 플런저 코일 액추에이터(1)는 제1 코일(15) 및 제2 코일(16) 및 전술된 자석 배열체(10)를 포함하고, 코일(15, 16)은 자석 배열체(10)와 자기적으로 상호 작용한다. 자석 배열체(10)는 이 경우에 이동 영역(17) 내에서 편향되는 것이 가능하다. 자석 배열체(10)는 이 경우에 바람직하게는 동시에 도 4의 작동 로드(8)의 단부편(9)이다.
예시적인 실시예에서, 제1 코일(15)은 나선형 평판 코일로서 설계되고 제2 코일(16)은 토로이드 코일로서 설계된다.
자석 배열체(10)는 바람직하게는 영구 자석을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 자석 배열체(10)는 바람직하게는 영구 자석(22)으로 설계된다. 예시적인 실시예에서, 영구 자석(22)은 이동 영역(17)에 직교하여 연장되는 자화 방향(도면에서 화살표로 지시됨)을 갖는다. 영구 자석(22)은 자극 경계(22a)에 의해 분리된 2개의 극(22b, 22c)을 갖는다.
자석 배열체(10) 또는 영구 자석(22)은 예를 들어 10 mm의 직경을 가질 수도 있다.
이동 영역(17)은 도 5에 예로서 점선 형태로 지시된 바와 같이, 그 범위가 제한된다. 이동 영역(17)이 제1 코일(15) 및 제2 코일(16)의 원주(18) 내에서 완전히, 즉, 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이 코일(15, 16)의 영역을 넘어서 돌출하지 않도록 하는 것이 예시적인 실시예에서 제공된다.
또한, 자석 배열체(10)가 코일(15, 16)(도 5에 도시됨)에 의해 편향되지 않은 휴지 위치에 위치될 때, 제1 코일(15)의 중심축(M1) 및 제2 코일(16)의 중심축(M2) 및 자석 배열체(10)의 중심축(M3)이 동축으로 연장되게 하는 것이 예시적인 실시예에서 또한 제공된다. 자석 배열체(10)의 중심축(M3)은 또한 휴지 위치의 극 좌표계의 극(X)을 통해 연장한다. 이동 영역(17)은 극 좌표계 내에 걸쳐 있다. 좌표계의 원점(X), 즉 극(X)은 플런저 코일 액추에이터(1)(도 6에 도시됨)의 병진기(자석 배열체(10) 또는 영구 자석(22))의 휴지 위치를 정의한다.
극 좌표계의 극(X)이 제1 코일(15)의 원주(18) 내에 위치되도록 제1 코일(15)이 배열 및 설계되고, 제1 코일(15)이 외향 배향된 반경방향 힘을 자석 배열체(10)에 인가하게 하는 것이 제공된다. 제2 코일(16)은 또한 접선력을 자석 배열체(10)에 인가하도록 배열되고 설계된다.
또한, 제1 코일(15)이 제2 코일(16)보다 자석 배열체(10)에 더 가깝게 배열되게 하는 것이 예시적인 실시예에서 제공된다. 코일(15, 16) 및 자석 배열체(10)는 바람직하게는 스택의 방식으로 서로에 대해 배열된다. 이 경우에, 제1 코일(15)은 자석 배열체(10)와 제2 코일(16) 사이에 배열된다. 자석 배열체(10)가 그 위에서 이동하는 것이 가능한 분리 영역(19)이 또한 제1 코일(15)과 자석 배열체(10) 사이에 위치된다. 분리 영역(19)이 분위기로부터 진공을 분리하게 하는 것이 제공될 수도 있다. 바람직하게는, 굴곡부(5), 자석 배열체(10) 및 미러 파셋(2)은 진공 내에 배열되고 코일(15, 16)은 분위기 내에 배열된다. 이는 광학 유닛(403)이 진공 내에 완전히 배열될 수 있고, 반면에 가능하게는 냉각될, 플런저 코일 액추에이터(1)의 열에 민감한 구성요소(특히 코일(15, 16))는 진공 외부에 배열되기 때문에, 본 발명이 EUV 투영 노광 장치(400)를 위해 사용되는 경우에 특히 유리할 수도 있다.
도 6은 본 발명에 따른 플런저 코일 액추에이터(1)의 기본 평면도를 도시하고 있다. 극 좌표계 내의 자석 배열체(10)의 편향은 특히 여기서 예시되도록 의도된다.
자석 배열체(10)는 여기서 극 좌표계 내의 그리고 이동 영역(17) 내의 예시적인 편향 위치에 도시되어 있다. 후속 위치(20)가 또한 점선 형태로 도시되어 있다.
예시적인 실시예에서, 자석 배열체(10)는 바람직하게는 원통형이 되도록 설계된다. 제1 코일(15)의 원주(18)는 바람직하게는 제2 코일(16)의 원주에 대응한다. 도 6은 예로서 분리 영역(19) 아래에 점선 형태로 코일(15, 16)의 원주(18)를 도시하고 있다. 특히 이동 영역(17)이 코일(15, 16)의 원주(18) 내에 완전히 위치되게 하는 것이 예시적인 실시예에서 제공된다. 그러나, 자석 배열체(10)가 제1 코일(15)에 의해 편향될 때 자석 배열체(10)의 중심축(M3)이 제1 코일(15)의 원주(18) 내에서 연장되도록 제1 코일(15)이 설계 및/배열되게 하면 원리적으로 충분할 수도 있다. 따라서, 이동 영역(17)은 제1 코일(15)의 원주(18)보다 큰 원주를 가질 수도 있다.
예를 들어, 이동 영역(17)이 3 mm의 직경을 갖게 하는 것이 제공될 수도 있다. 따라서, 자석 배열체(10)는 일 방향으로 최대 3 mm까지 조정될 수 있다.
도 6에서, 자석 배열체(10)는 극 좌표계의 극(X)으로부터 편향된 극 좌표계의 반경방향 좌표(r1)를 따라 도시되어 있다. 자석 배열체(10)는 또한 극 좌표계의 각도 좌표(φ1)를 따라 편향된다. 이동 영역(17) 내의 각각의 점은 이에 따라 극 좌표계의 반경방향 좌표(r) 및 각도 좌표(φ)에 의해 맵핑될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 굴곡부(5)의 특정 디자인으로 인해, 자석 배열체(10)의 편향 및 이 위치의 후속 유지는 제1 코일(15)을 통한 일정한 전류 흐름을 필요로 하는 데, 이는 자석 배열체(10)가 조인트 레그(11)에 기인하여 복귀력을 경험하기 때문이다. 대조적으로, 자석 배열체(10)는 이상적인 경우에 극 좌표계의 각도 좌표(φ)를 따라 힘 없이 이동할 수 있다. 단지 자석 배열체(10)의 위치를 변경하거나 각도 좌표(φ)를 따라 자석 배열체(10)를 가속하기 위해 제2 코일(16)을 여기할 필요가 있다. 위치를 유지하기 위해 제2 코일(16)을 여기할 필요는 없다.
도 7은 예로서 코일(15, 16)을 구동하기 위한 전류 곡선 Ir(t), Iφ(t)를 도시하고 있다. 이 경우에 제1 코일(15)의 전류 곡선 Ir(t)은 자석 배열체(10)가 비편향된 휴지 위치(시간 t=0)로부터, 즉 극(X)으로부터 시작하여, 특정 반경방향 좌표(r1)(도 6 참조)로 편향되도록 의도된 경우를 도시하고 있다. 이는 원리적으로 전류 코일(Ir)과 극(X)으로부터의 반경방향 거리(r) 사이의 관계를 야기하고, 제1 코일(15)의 전류 요구는 굴곡부(5)의 복귀력으로 인해 반경방향 거리(r)가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 제1 코일(15)의 전류 곡선 Ir(t)은 시간 간격(T1)에서 전류(Ir)의 상승을 나타내는데, 이는 이어서 시간 간격(T2)에서 일정하게 유지된다. 이는 시간 간격(T1) 동안 반경 위치(r1)에 대한 접근 및 이후에 시간 간격(T2)에서 반경 위치(r1)를 유지하는 것에 대응한다. 원리적으로, 코일 전류(Ir)에 기초하여 극(X)에 대응하는 반경방향 거리(r)를 의도적으로 미리정의하거나 또는 검출하는 것이 가능하다.
제2 코일(16)의 전류 곡선 Iφ(t)은 극 좌표계의 2개의 각도 좌표(φ) 사이의 변화에 대한 자석 배열체(10)의 가능한 구동을 나타낸다. 전술된 바와 같이, 동일한 반경방향 편향(r)을 갖는 각도 좌표(φ)를 따른 자석 배열체(10)의 이동은 이상적인 경우에서 힘 없이 발생할 수도 있다. 후속 위치(20)에 대한, 자석 배열체(10)의 각도 좌표(φ)에 관한 위치 변화, 예를 들어 도 6에 지시된 위치 변화를 수행하기 위해, 제2 코일(16)은 먼저 시간 간격(T3)에 그 전류 펄스에 인가될 수도 있고, 그 결과, 제2 코일(16)이 접선력을 자석 배열체(10)에 인가하고 접선력은 굴곡부(5)에 의한 장착으로 인해 회전 이동으로 변환되기 때문에, 자석 배열체(10)는 중심축(X) 또는 극(X)을 중심으로 회전 이동으로 강제된다. 자석 배열체(10)는 이어서 시간 간격(T5)에 그 원하는 단부 위치(예를 들어, 도 6의 위치(20))에 도달할 때까지 시간 간격(T4) 동안 더 회전한다. 자석 배열체(10)를 정지시키기 위해, 제2 코일(16)은 이어서 역전된 전류 펄스를 그에 인가할 수도 있다.
점선으로 도시된 제어 및/또는 조절 유닛(24)은 자석 배열체(10)의 편향(r, φ)을 제어 또는 조절하기 위해 제공될 수도 있다. 이러한 제어 또는 조절은 특히 각도 좌표(φ)와 관련하여 유리할 수도 있다. 자석 배열체(10)의 현재 각도 좌표(φ) 및/또는 반경방향 좌표(r)를 검출하고 이를 조절 또는 제어를 위해 사용하기 위해 센서 유닛이 여기서 제공될 수도 있다.
도 8은 도 5의 제1 실시예에 실질적으로 대응하는 플런저 코일 액추에이터(1)의 제2 실시예를 도시하고, 이 목적으로 전술된 특징들은 다시 설명되지 않는다. 제2 코일(16), 바람직하게는 토로이드 코일은 제1 실시예에 대조적으로, 자속을 번들링하기 위한 철심(21)을 갖는다. 특히 제2 코일(16)이 제1 코일(15)보다 자석 배열체(10)로부터 더 멀리 이격하여 배열되기 때문에, 제2 코일(16)의 효율은 이에 의해 플런저 코일 액추에이터(1)의 효율면에서 바람직할 수도 있다.
제1 코일(15)이 자석 배열체(10)에 더 가깝게 배열되는 사실에 기인하여, 전술된 바와 같이, 제1 코일(15)을 통한 정전류(Ir)가 반경방향 좌표(r)에 대해 자석 배열체(10)를 연속적으로 편향하기 위해 필요하기 때문에, 원리적으로 플런저 코일 액추에이터(1)의 효율적인 구조를 보장하는 것이 가능하다. 이에 따라, 이 목적으로 필요한 제1 코일(15)을 통한 전류(Ir)를 가능한 한 많이 감소시키고, 제1 코일(15)과 자석 배열체(10) 사이의 자기 상호 작용을 가능한 한 효율적으로 설계하는 것이 유리하다.
도 8은 예시를 위해 자석 배열체(10)의, 반경(r1)에 대해 편향된 상태를 도시하고 있다.
도 9는 예로서, 철심(21)을 갖는 둥근 토로이드 코일로서의 실시예의 제2 코일(16)의 평면도를 도시하고 있다. 단지 적은 수의 권선만이 명료성을 위해 도시되어 있다.
도 10은 실시예에서 제1 코일(15)을 나선형 평판 코일로서 평면도로 도시하고 있다.
도 11은 또한 원리적으로 도 5의 제1 실시예와 유사하도록 마찬가지로 설계된 플런저 코일 액추에이터(1)의 제3 실시예를 도시하고 있다. 도 5와는 달리, 자석 배열체(10) 또는 영구 자석(22)은 영구 자석(22)의 2개의 극(22b, 22c) 사이의 자극 경계(22a)가 곡선 프로파일을 갖도록 자화를 갖는다. 그 결과, 제1 코일(15)의 전류 소비(Ir)는 반경방향 좌표(r)에 독립적이거나 또는 거의 독립적일 수 있다.
예를 들어, 예시적인 실시예의 플런저 코일 액추에이터(1)의 플런저 코일 액추에이터(1)의 모터 상수는 추가 조치 없이 이동 영역(17)에 걸친 자석 배열체(10)의 편향의 과정에 걸쳐 일정하지 않다.
자석 배열체(10)의 편향의 경우에, 자석 배열체(10)가 코일(15, 16)의 외부 영역을 통과할 때 자속이 증가하기 때문에, 휴지 위치(X)로부터 시작하여, 플런저 코일 액추에이터(1)의 효율은 일정하게 증가한다. 그러나, 동시에, 굴곡부(5)로부터 나오는 기계적 복귀력이 또한 외향으로 증가한다. 다음에, 예를 들어, 자석 배열체(10)의 자화에 기초하여 코일(15, 16) 및 자석 배열체(10)의 서로에 대한 디자인 및 배열과 관련하여, 전체 시스템 내에서 플런저 코일 액추에이터(1)를 설계하는 것은 통상의 기술자에게 달려 있으며, 자석 배열체(10)가 이동 영역(17)에 걸쳐 이동할 때 코일(15, 16)의 전력 소비가 최상의 경우 일정하거나 적어도 대략 일정하게 되어, 그 결과, 플런저 코일 액추에이터(1)의 전류 또는 열 출력은 더 양호하게 취급될 수 있고, 특히 투영 노광 장치(400)의 복수의 플런저 코일 액추에이터(1)로부터 불균일한 열 입력을 갖는 것이 가능하지 않게 된다. 코일(들) 또는 자석 배열체의 적합한 기하학적 구조 또는 배열은 시뮬레이션, 계산 및/또는 시험으로부터 발생할 수도 있다.
도 12는 복수의 영구 자석 요소(23)로부터 구성된 자석 배열체(10)의 단면도를 예로서 그리고 추상적 형태로 도시하고 있다. 영구 자석 요소(23)는 이 경우에 링 자석으로서 설계되고 도 11에 도시된 자극 경계(22a)를 갖는 영구 자석(22)의 자화와 유사하게, 곡선형 자화가 발생하도록 서로에 대해 배향된다. 이 방식으로 마찬가지로, 또한 자석 배열체(10)의 편향에 독립적으로 플런저 코일 액추에이터(1)의 가능한 전류 소비 또는 전력 소비를 일정하게 또는 가능한 한 일정하게 설정하는 것이 가능할 수도 있다.
배열체의 중심에서(예를 들어, 극(X)에서), 즉 비편향된 휴지 위치의 경우에, 이 지점에서 자기력 평형이 우세하기 때문에, 자석 배열체(10)는 이론적으로 더 이상 편향될 수 없는 사점에 위치된다. 그러나, 실제로 완전한 힘 평형이 실제로는 휴지 위치에서 발생한다고 가정되지 않아야 한다. 이에 따라, 자석 배열체(10)는 하나 또는 양 코일(15, 16)에서 강한 전류 펄스에 의해 사점으로부터 다시 편향되는 것이 가능하고, 플런저 코일 액추에이터(1)가 이어서 정상 상태로 다시 사용되는 것이 가능한 것으로 예측되어야 한다. 그러나, 대안으로서, 제1 코일(15)과 자석 배열체(10)가 자기력 평형을 유도하는 서로에 대한 상대 위치를 채택하는 것을 회피하기 위해 전기 및/또는 기계적 수단(도시되지 않음)이 또한 제공될 수도 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 수단은 자석 배열체(10)가 이에 의해 사점으로부터 편향될 수 있도록 또한 설계될 수 있다.

Claims (15)

  1. 적어도 제1 코일(15) 및 제2 코일(16) 및 자석 배열체(10)를 포함하고, 상기 코일(15, 16)은 상기 자석 배열체(10)와 상호 작용하여, 상기 자석 배열체(10)가 이동 영역(17) 내에서 편향되는 것이 가능하고, 상기 자석 배열체(10)의 중심축(M3)은 상기 자석 배열체(10)가 상기 코일(15, 16)에 의해 편향되지 않은 휴지 위치에 위치될 때, 상기 이동 영역(17)의 극 좌표계의 극(X)을 통해 연장되는, 플런저 코일 액추에이터(1)에 있어서,
    상기 제1 코일(15)은, 상기 극 좌표계의 극(X)이 상기 제1 코일(15)의 원주(18) 내에 위치되고, 상기 제1 코일(15)이 상기 자석 배열체(10)에 외향으로 배향된 반경방향 힘을 인가하도록 배열되고 설계되고, 상기 제2 코일(16)은 상기 자석 배열체(10)에 접선력을 인가하도록 배열되고 설계되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일(15)의 중심축(M1)은 상기 이동 영역(17)의 극 좌표계의 극(X)을 통해 또는 극(X)에 인접하여 연장되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 코일(15)은, 상기 자석 배열체(10)가 상기 제1 코일(15)에 의해 편향될 때 상기 자석 배열체(10)의 중심축(M3)이 상기 제1 코일(15)의 원주(18) 내에서 연장되도록 설계되고 그리고/또는 배열되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 코일(15, 16) 및 상기 자석 배열체(10)는, 상기 제1 코일(15)이 상기 자석 배열체(10)에 인가하는 반경방향 힘이 극 좌표계의 반경방향 좌표(r)를 따른 상기 자석 배열체(10)의 이동을 유도하도록 그리고 상기 제2 코일(16)이 상기 자석 배열체(10)에 인가하는 접선력이 극 좌표계의 각도 좌표(φ)를 따른 상기 자석 배열체(10)의 이동을 유도하도록 배열되고 그리고/또는 설계되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 코일(15)은 나선형 평판 코일로서 설계되고 그리고/또는 상기 제2 코일(16)은 토로이드 코일로서 설계되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자석 배열체(10)는 상기 이동 영역(17)에 직교하여 연장되는 자화 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 코일(15)은 상기 제2 코일(16)보다 상기 자석 배열체(10)에 더 가깝게 배열되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 코일(15)의 중심축(M1), 상기 제2 코일(16)의 중심축(M2), 상기 자석 배열체(10)의 중심축(M3) 중 적어도 둘은 동축으로 연장되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 자속을 번들링하기 위한 적어도 하나의 철심(21)이 상기 제1 코일(15) 및/또는 상기 제2 코일(16)에 배열되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 및/또는 조절 유닛(24)이 상기 자석 배열체(10)의 편향을 제어 또는 조절하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 코일(15)이 상기 자석 배열체(10)에 임의의 외향 배향된 반경방향 힘을 인가할 수 없도록 상기 제1 코일(15) 및 상기 자석 배열체(10)가 자기력 평형을 유도하는 서로에 대한 상대 위치를 채택하는 것을 회피하기 위해 그리고/또는 상기 자석 배열체(10)를 이러한 상대 위치로부터 편향시키기 위해 전기 및/또는 기계적 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자석 배열체(10)는 적어도 하나의 영구 자석(22)을 갖는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 영구 자석(22)은 상기 영구 자석(22)의 2개의 극(22b, 22c) 사이의 자극 경계(22a)가 곡선형 프로파일을 갖도록 자화를 갖는 것을 특징으로 하는 플런저 코일 액추에이터(1).
  14. 반도체 리소그래피용 투영 노광 장치(100, 400)이며, 방사선 소스(402)를 갖는 조명 시스템(103, 401) 및 적어도 하나의 광학 요소(415, 416, 418, 419, 420, 108)를 갖는 광학 유닛(107, 403)을 갖고, 상기 적어도 하나의 광학 요소는 제1항 또는 제2항에 따른 플런저 코일 액추에이터(1)에 의해 조정될 수 있고 그리고/또는 조작될 수 있고 그리고/또는 변형될 수 있는, 투영 노광 장치(100, 400).
  15. 제14항에 있어서, 상기 광학 요소(415, 416, 418, 419, 420, 108) 중 적어도 하나는 파셋 미러(415)로서 설계되고, 상기 파셋 미러(415)는 캐리어 구조체 및 이에 의해 운반된 복수의 개별적으로 조정 가능한 미러 파셋(2)을 갖고, 각각의 미러 파셋(2)은 굴곡부(5)를 거쳐 상기 캐리어 구조체에 연결되어, 상기 미러 파셋(2)이 서로 직교하는 2개의 축에 대해 경사질 수 있게 되고, 상기 미러 파셋(2)은 작동 로드(8)에 단단히 연결되고, 상기 작동 로드(8)는 2개의 축 중 적어도 하나에 대해 상기 미러 파셋(2)을 경사지게 하기 위해 플런저 코일 액추에이터(1)에 의해 편향될 수 있는 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치(100, 400).
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