TW202034089A - 電磁致動器、位置控制系統和微影設備 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電磁致動器，其包含： -   一第一部件及一第二部件，該第二部件經組態以與該第一部件合作以在使用中產生一第一方向之一力； -   該第一部件包含一永久磁體總成及一第一磁性部件，該永久磁體及該第一磁性部件形成具有一第一間隙之一第一磁性電路； -   該第二部件包含一線圈部件，該線圈部件經組態以在使用中至少部分地配置於該第一間隙內，且當給予能量時，產生該第一方向之一電磁力； -   該第二部件進一步包含一第二磁性部件，該永久磁體總成、該第一磁性部件及該第二磁性部件形成具有一第二間隙之一第二磁性電路，該第二磁性電路經組態以在使用中產生該第一方向之一磁阻力。

Description

電磁致動器、位置控制系統和微影設備

本發明係關於可例如應用於定位微影設備中之物件的電磁致動器之領域。

微影設備係經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影設備可用於(例如)積體電路(integrated circuit；IC)製造中。微影設備可(例如)將圖案化裝置(例如，光罩)之圖案(常常亦稱為「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如，晶圓)上之一層輻射敏感材料(抗蝕劑)上。

隨著半導體製造製程繼續進步，幾十年來，電路元件之尺寸已不斷地減小，而每裝置的諸如電晶體之功能元件之量已在穩固地增加，此遵循通常稱作「莫耳定律(Moore's law)」之趨勢。為了跟得上莫耳定律，半導體行業正追逐使得能夠產生愈來愈小特徵的技術。為了將圖案投影至基板上，微影設備可使用電磁輻射。此輻射之波長判定在基板上圖案化之特徵之最小大小。當前在使用之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm以及13.5 nm。相比於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影設備，使用具有介於4 nm至20 nm之範圍內之波長(例如6.7 nm或13.5 nm)之極紫外(extreme ultraviolet；EUV)輻射的微影設備可用以在基板上形成更小特徵。

在微影設備中，各種物件或組件在設備操作期間需要精確定位或移位。此類物件或組件可例如為支撐物件(諸如圖案化裝置或基板)之物件台、光學組件(諸如鏡面或透鏡)。為了定位或移位此類物件或組件，已經提出解決方案，該等解決方案應用產生偏置力以補償物件或組件之重量的被動磁性配置，及用於產生控制力以控制物件或組件之定位或移位的電磁致動器。此類解決方案能夠在無耗散的情況下大致上產生所需的偏置力。但是，此類解決方案可佔據可能並不始終可用之相對較大空間。當前解決方案中，被動懸浮與主動致動功能結合，由於雙重功能，導致主動功能具有有限的效率。

本發明之一目標為提供替代方式以定位或移位物體或組件，諸如微影設備中之物體或組件。根據本發明之態樣，提供一種電磁致動器，其包含： -   第一部件及第二部件，該第二部件經組態以與第一部件合作以在使用中產生第一方向之一力； -   第一部件包含永久磁體總成，第一部件形成具有第一間隙之第一磁性電路； -   第二部件包含線圈部件，該線圈部件經組態以在使用中至少部分地配置於第一間隙內，且當給予能量時，產生第一方向之電磁力； -   第二部件進一步包含第二磁性部件，第一部件及第二磁性部件形成具有第二間隙之第二磁性電路，第二磁性電路經組態以在使用中產生第一方向之磁阻力。

根據本發明之電磁致動器能夠以高效及緊密之方式定位物件或組件。根據本發明之電磁致動器提供整合設計，其中產生電磁力及磁阻力兩者，兩種力作用在大體上相同之方向上。此方法實現有效的操作，尤其在致動器將提供大致上恆定的力之情況下，例如補償物件或組件之重量。

根據本發明之另一態樣，提供一種位置控制系統，其包含： -   根據本發明之電磁致動器，及 -   控制單元，其經組態以判定用於控制施加至電磁致動器之線圈部件之電流的控制信號。

根據本發明之另一態樣，提供一種微影設備，其包含根據本發明之電磁致動器及/或根據本發明之位置控制系統。

在本文件中，術語「輻射」及「束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有365、248、193、157或126 nm之波長)及極紫外輻射(extreme ultra-violet radiation；EUV) (例如具有介於約5至100 nm之範圍內的波長)。

本文中所使用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化裝置」可廣泛地解譯為係指可用以向經圖案化橫截面賦予入射輻射光束之通用圖案化裝置，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。在此上下文中亦可使用術語「光閥」。除經典光罩(透射性或反射性、二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。

圖1示意性地描繪微影設備LA。微影設備LA包括：照明系統(亦稱為照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；光罩支撐件(例如光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化裝置(例如光罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位圖案化裝置MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如抗蝕劑塗佈晶圓) W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如其包含一或多個晶粒)上。

在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/或控制輻射之各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用來調節輻射光束B，以在圖案化裝置MA之平面處在其橫截面中具有期望空間及角強度分佈。

本文中所使用之術語「投影系統」PS應廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用均與更一般術語「投影系統」PS同義。

在實施例中，投影系統PS及/或照明系統IL包含根據本發明之用於定位該系統之組件的一或多個電磁致動器。此類組件可例如為鏡面或透鏡或遮蔽配置(諸如倍縮光罩遮蔽葉片)。

微影設備LA可屬於以下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋以便填充投影系統PS與基板W之間的空間，此亦稱為浸潤微影。在以引用之方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。

微影設備LA亦可屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此類「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於曝光另一基板W上之圖案。

除了基板支撐件WT以外，微影設備LA亦可包含量測載物台。該量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之性質或輻射束B之性質。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分，例如投影系統PS之一部分或提供浸潤液體之系統之一部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下方移動。

在操作中，輻射光束B入射於固持於光罩支撐件MT上之例如光罩的圖案化裝置MA上，且由存在於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)來圖案化。在已橫穿圖案化裝置MA後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，該投影系統將光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便在聚焦及對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中被明確地描繪)可用以相對於輻射束B之路徑來準確地定位圖案化裝置MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置MA與基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但該等基板對準標記可位於目標部分之間的空間中。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記稱為切割道對準標記。

為闡明本發明，使用笛卡爾(Cartesian)座標系。笛卡爾座標系具有三個軸，即x軸、y軸及z軸。三個軸中之每一者與其他兩個軸正交。圍繞x軸之旋轉稱作Rx旋轉。圍繞y軸之旋轉稱為Ry旋轉。圍繞z軸之旋轉被稱作Rz旋轉。x軸及y軸界定水平平面，而z軸在豎直方向上。笛卡爾座標系不限制本發明且僅用於說明。實情為，另一座標系，諸如圓柱形座標系可用於闡明本發明。笛卡爾座標系之定向可不同，例如，使得z軸具有沿著水平平面之分量。

圖2展示圖1之微影設備LA之一部分的更詳細視圖。微影設備LA可具備基座框架BF、平衡塊BM、度量衡框架MF及隔振系統IS。度量衡框架MF支撐投影系統PS。此外，度量衡框架MF可支撐位置量測系統PMS的部分。度量衡框架MF為經由隔振系統IS由基座框架BF支撐。隔振系統IS經配置以防止或減少自基座框架BF傳播至度量衡框架MF之振動。

第二定位器PW經配置以藉由在基板支撐件WT與平衡塊BM之間提供驅動力來加速基板支撐件WT。驅動力在所需方向上加速基板支撐件WT。由於動量守恆，驅動力亦以相等量值施加至平衡塊BM上，但方向與所需方向相反。通常，平衡塊BM之質量明顯大於第二定位器PW及基板支撐件WT之移動部分的質量。

在一實施例中，第二定位器PW由平衡塊BM支撐。舉例而言，其中第二定位器PW包含將基板支撐件WT懸浮於平衡塊BM上方之平面馬達。在另一實施例中，第二定位器PW由基座框架BF支撐。舉例而言，其中第二定位器PW包含線性馬達且其中第二定位器PW包含軸承，如氣體軸承，以將基板支撐件WT懸浮在基座框架BF上方。

位置量測系統PMS可包含任何類型之感測器，該感測器適於判定基板支撐件WT之位置。位置量測系統PMS可包含任何類型之感測器，其適於判定光罩支撐件MT之位置。傳感器可為光學感測器，諸如干涉儀或編碼器。位置量測系統PMS可包含干涉儀與編碼器之組合系統。感測器可為另一類型之感測器，諸如磁感測器、電容式感測器或電感式感測器。位置量測系統PMS可判定相對於參考(例如，度量衡框架MF或投影系統PS)之位置。位置量測系統PMS可藉由量測位置或藉由量測位置之時間導數，諸如速度或加速度，來判定基板台WT及/或光罩支撐件MT之位置。

位置量測系統PMS可包含編碼器系統。舉例而言，編碼器系統係自例如2006年9月7日申請之以引用方式併入的美國專利申請案US2007/0058173A1為吾人所知。編碼器系統包含編碼器頭、光柵及感測器。編碼器系統可接收主輻射光束及次輻射光束。主輻射光束以及次輻射光束兩者源自相同輻射光束，即，原始輻射光束。藉由運用光柵來繞射原始輻射光束而產生主輻射光束及次輻射光束中之至少一者。若藉由用光柵繞射原始輻射光束來產生主輻射光束及次輻射光束兩者，則主輻射光束需要具有與次輻射光束相比不同的繞射階。舉例而言，不同繞射階為+一階、-一階、+二階及-二階。編碼器系統將主輻射光束及次輻射光束光學合併至組合輻射光束中。編碼器頭中之感測器判定組合輻射光束之相位或相位差。感測器基於相位或相位差來產生信號。信號表示編碼器頭相對於光柵之位置。編碼器頭及光柵中之一者可配置於基板結構WT上。編碼器頭及光柵中之另一者可配置於在度量衡框架MF或基座框架BF上。舉例而言，複數個編碼器頭經配置在度量衡框架MF上，而光柵經配置在基板支撐件WT之頂部表面上。在另一實例中，光柵經配置於基板支撐件WT之底表面上，且編碼器頭經配置於基板支撐件WT下方。

位置量測系統PMS可包含干涉儀系統。干涉儀系統係自例如1998年7月13日提交之特此以引用之方式併入的美國專利US6,020,964為吾人所知。干涉儀系統可包含光束分光器、鏡面、參考鏡面及感測器。輻射光束藉由光束分光器分成參考光束及量測光束。量測光束傳播到鏡面，且經鏡面反射回光束分光器。參考光束傳播至參考鏡面，且經參考鏡面反射回光束分光器。在光束分光器處，量測光束及參考光束組合成組合輻射光束。組合輻射光束入射於感測器中。感測器判定組合輻射光束之相位或頻率。感測器基於相位或頻率來產生信號。信號表示鏡面之移位。在一實施例中，鏡面連接至基板支撐件WT。參考鏡面可連接至度量衡框架MF。在一實施例中，量測光束及參考光束由額外光學組件而不是光束分光器組合成組合輻射光束。

第一定位器PM可包含長衝程模組及短衝程模組。短衝程模組經配置以在小移動範圍內以高準確度相對於長衝程模組來移動光罩支撐件MT。長衝程模組經配置以在大移動範圍內以相對低準確度相對於投影系統PS來移動短衝程模組。在長衝程模組與短衝程模組之組合的情況下，第一定位器PM能夠在大移動範圍內以高精度相對於投影系統PS來移動光罩支撐件MT。相似地，第二定位器PW可包含長衝程模組及短衝程模組。短衝程模組經配置以在小移動範圍內以高準確度相對於長衝程模組來移動基板支撐件WT。長衝程模組經配置以在大移動範圍內以相對低準確度相對於投影系統PS來移動短衝程模組。在運用長衝程模組與短衝程模組之組合的情況下，第二定位器PW能夠在大移動範圍內以高準確度相對於投影系統PS來移動基板支撐件WT。

第一定位器PM及第二定位器PW各自具備致動器以分別移動光罩支撐件MT及基板支撐件WT。致動器可為線性致動器以沿單軸(例如y軸)提供驅動力。多個線性致動器可應用於沿多個軸提供驅動力。致動器可為平面致動器以沿多個軸提供驅動力。舉例而言，平面致動器可經配置以在6個自由度中移動基板支撐件WT。致動器可為包含至少一個線圈及至少一個磁體之電磁致動器。致動器經配置以藉由將電流施加至至少一個線圈來相對於至少一個磁體移動至少一個線圈。致動器可為移動磁體型致動器，其具有分別耦接至基板支撐件WT至光罩支撐件MT之至少一個磁體。致動器可為移動線圈型致動器，其具有分別耦接至基板支撐件WT至光罩支撐件MT的至少一個磁體。致動器可為音圈致動器、磁阻致動器、勞侖茲致動器(Lorentz-actuator)或壓電致動器或任何其他合適之致動器，諸如根據本發明之電磁致動器。

微影設備LA包含如圖3中示意性地描繪之位置控制系統PCS。位置控制系統PCS包含設定點產生器SP、前饋控制器FF及回饋控制器FB。位置控制系統PCS將驅動信號提供至致動器ACT。致動器ACT可為第一定位器PM或第二定位器PW之致動器。致動器ACT驅動設備P，該設備可包含基板支撐件WT或光罩支撐件MT。設備P之輸出為位置量，諸如位置、速度或加速度。位置量由位置量測系統PMS量測。位置量測系統PMS產生信號，該信號為表示設備P之位置量的位置信號。設定點產生器SP產生信號，該信號為表示設備P之期望位置量的參考信號。舉例而言，參考信號表示基板支撐件WT之期望軌跡。參考信號與位置信號之間的偏差形成回饋控制器FB之輸入。基於輸入，回饋控制器FB為致動器ACT提供至少部分驅動信號。參考信號可形成前饋控制器FF之輸入。基於輸入，前饋控制器FF為致動器ACT提供至少部分驅動信號。前饋FF可使用關於設備P之動態特徵之資訊，諸如質量、剛性、共振模式及固有頻率。

本發明係關於可應用於如上文所論述之微影設備中之電磁致動器，例如用於設備之物件或組件之定位或移位。

圖4示意性地展示根據本發明之致動器100之第一實施例。在如所展示之實施例中，電磁致動器100包含第一部件110及第二部件120，第二部件120經組態以與第一部件110合作以在使用中產生第一方向之力，該第一方向由箭頭130指示。如所展示之實施例描述軸對稱致動器，致動器關於所指示軸線140對稱，軸線140在如由箭頭130指示之第一方向上延伸。在如所展示之實施例中，第一部件110包含永久磁體或永久磁體總成150及第一磁性部件160、170。在本發明之含義中，磁性部件或元件係指磁性導電部分或部件或元件，即由具有顯著高於1之相對滲透率µ_r 之材料製成或包含該材料之特徵或組件。此類材料之實例包括鐵磁性材料，諸如鐵或合金，諸如CoFe。在如所展示之實施例中，永久磁體150包含徑向磁化環形永久磁體150，磁化方向由箭頭150.1指示。在一實施例中，此永久磁體150亦可包含複數個區段，而非由單一永久磁體組成。在如所展示之實施例中，第一磁性部件包含兩個磁性部件160、170。在如所展示之實施例中，磁性部件160、170為兩個同心地配置之中空筒。筒160具有內半徑160.1及外半徑160.2，筒170具有內半徑170.1及外半徑170.2。在如所展示之實施例中，永久磁體150及第一磁性部件160、170形成第一磁性電路。第一磁性電路之磁通量路徑由點線180指示。在如所展示之實施例中，第一磁性電路具有第一間隙190。在如所展示之實施例中，第一間隙190在徑向方向上延伸且由筒160之外表面160.3及筒170之內表面170.3界定。在如所展示之實施例中，間隙190因此具有與筒170之內半徑170.1與筒160之外半徑160.2之間的偏差相等的大小。在如所展示之實施例中，如由永久磁體150產生且由第一磁性部件160、170導引之磁通量在如由箭頭130指示之大致上垂直於第一方向之方向上穿過第一間隙190，即穿過第一間隙190之磁通量自筒170之內表面170.3徑向朝內傳播至筒160之外表面160.3。

在如所展示之實施例中，第二部件120包含線圈部件200，該線圈部件經組態以在使用中至少部分配置於第一間隙190內，且當給予能量時，產生第一方向130之電磁力。在本發明中，電磁力通常表示為F_E 。

如所展示之電磁致動器100之線圈部件200與第一部件110之合作可視為類似於音圈馬達之操作。當電流供應至線圈部件200時，線圈部件200之載流導體與穿過間隙190之磁場之相互作用將導致產生第一方向130之電磁力F_E 。在如由線圈部件200感知之磁場大致上均勻的情況下，如由載流線圈部件200與第一部件110之相互作用產生之力將大致上獨立於線圈部件200與第一部件110在第一方向130上的相對位置。所產生電磁力之此特性可由所產生力之剛性來限定或表徵。此剛性C可表達為：

其中 ΔF = 所產生電磁力F_E 之偏差 Δz = 線圈部件200與第一部件在所產生力之方向(例如，Z方向或所指示方向130)上的對應相對移位。

通常，應用具有相對較小剛性C之致動器可為有利的，因為此能夠減輕振動向所支撐或所懸浮物件或組件之傳遞。大體而言，電磁致動器(諸如勞侖茲致動器)可以其具有相對較低剛性之方式設計。通常，勞侖茲致動器或音圈致動器可經設計為在其操作範圍內具有C ＜ 5e2 N/m的剛性，例如1-2 mm或更小之範圍。剛性C可例如為＜ 2-3e2 N/m。然而，可指出，取決於應用，尤其所需的力，剛性C可更高。

可進一步指出，根據本發明之電磁致動器100可經設計以具有特定剛性或剛性範圍。倘若線圈部件200在其操作範圍內經歷大致上恆定的磁通量，亦即當相對於第一部件110沿第一方向移位時，剛性C將為低的。然而，第一磁性電路可經設計使得，當線圈部件200沿第一方向移位時，線圈部件200經歷之磁通量變化。此可例如藉由向筒160、170中之至少一者提供楔形部分來實現，該楔形部分即藉此直徑(例如筒170之內半徑170.1或筒160之外半徑160.2)沿第一方向變化的部分。藉此，間隙190之大小沿如由箭頭130指示之第一方向變化，且因此，穿過間隙190之磁通量之通量密度將同樣沿第一方向130變化。因而，對於施加至線圈部件200之給定電流，所產生電磁力F_E 將同樣沿第一方向130變化。藉此，線圈部件200與第一磁性電路之相互作用可因此經設計以具有特定剛性C或剛性範圍。

根據本發明，第二部件120進一步包含第二磁性部件210。第二磁性部件210經組態以形成具有永久磁體150及第一磁性部件160、170之第二磁性電路。點線220示意性地指示第二磁性電路之磁通量路徑。在如所展示之實施例中，如由第二磁性部件210及第一部件110形成之第二磁性電路具有第二間隙230。

在如所展示之實施例中，第二間隙230在第一方向130上延伸且由第二磁性部件210之表面210.1及第一部件110之表面(尤其第一磁性部件160、170之表面160.4及170.4)界定。如所展示之第二磁性電路經組態以在使用中產生第一方向130之磁阻力。如熟習此項技術者將瞭解，由於如在第二磁性電路中產生之磁通量，即沿點線220傳播之磁通量，磁阻力將在第二磁性部件210與第一部件110 (尤其第一部件110之第一磁性部件160、170)之間產生。在本發明中，磁阻力通常表示為F_R 。

所產生磁阻力F_R 將經導引以便減小第二間隙230。換句話說，第二磁性電路220中之磁通量在第二磁性部件210與第一磁性部件160、170之間產生吸引力。

可注意，此磁阻力F_R 取決於第一部件相對於第二部件在第一方向上之位置。特定言之，如熟習此項技術者已瞭解，當第二間隙230之大小減小時，所產生磁阻力F_R 將增加。取決於間隙230之偏差的磁阻力F_R 之偏差可表示為剛性，如上文所述。

表徵所產生磁阻力F_R 的剛性可例如取決於間隙230之實際大小且例如取決於施加之第二磁性部件210之厚度。圖5a及圖5b中說明此情形。

圖5a示意性地展示針對三個不同大小之第二磁性部件210之隨間隙230之大小而改變的所產生磁阻力F_R 。在如所展示之實施例中，間隙大小自2 mm至6 mm變化。在圖5a中，展示三條曲線。在曲線(a)中，第二磁性部件210在Z方向上具有2 mm之厚度，在曲線(b)中，第二磁性部件210在Z方向上具有0.5 mm之厚度，在曲線(c)中，第二磁性部件210在Z方向上具有0.3 mm之厚度。

圖5b示意性地展示圖5a之曲線(a)、(b)及(c)之隨間隙230 (即，第一磁性部件160、170與第二磁性部件210之間的間隙)而改變的對應剛性Cz。在致動器以5-6 mm範圍內之標稱間隙230操作的情況下，表徵所產生磁阻力之剛性將例如為-5e3 N/m。

大體而言，如熟習此項技術者將瞭解，當不採取措施時，施加磁阻力以補償大致上恆定抵抗力，諸如重力，可導致不穩定操作。在本發明中，與諸如勞侖茲致動器或音圈致動器之習知電磁致動器之應用相比，同時產生電磁力F_E 及磁阻力F_R 之致動器的應用實現穩定操作，而同時降低致動器之耗散。

根據本發明之電磁致動器100在使用期間由於第一部件110與第二部件120之線圈部件200之間的相互作用而產生電磁力，且由於第一部件110與第二部件220之第二磁性部件之間的相互作用而產生磁阻力F_R 。根據本發明，兩種力作用於大致上相同之方向，即第一方向130上。

在實施例中，根據本發明之電磁致動器100可有利地應用於組件或元件之定位，尤其用於此等組件或元件在豎直方向(亦稱為Z方向)上之定位。在此類實施例中，電磁致動器或所應用致動器之目的組件或元件之定位，亦為對作用於組件或元件上之重力的補償。此等組件或元件之實例可例如為如應用於微影設備中之物件台或如應用於此設備之投影系統PS中之光學組件，即如應用於微影設備中之浸漬罩或如應用於EUV微影設備中之冷卻罩。在此類實施例中，所應用之一或多個致動器需要不斷產生充足力以補償組件或元件之重量以及用於控制組件或元件之位置的控制力。

在此配置情況下，可有利地應用根據本發明之電磁致動器100，因為磁阻力F_R 之產生不需要在線圈部件200中施加電流。可因此大致上產生磁阻力F_R 而不造成致動器中之任何耗散。藉由電磁致動器100之適當尺寸，吾人可例如確保用於補償懸掛物件之重量的所需力之部分由磁阻力F_R 提供。在一實施例中，根據本發明之電磁致動器100可經設計為當物件處於標稱位置時，重量之大約50%由所產生磁阻力F_R 補償。在此配置中，如由載流線圈部件200與第一部件110之相互作用產生之電磁力F_E 僅需要補償重量之50%以懸掛物件。

在一實施例中，根據本發明之電磁致動器100可經設計為當物件處於標稱位置時，重量之＞ 50%由所產生磁阻力F_R 補償，例如重量之80 - 90%。

然而，自以上可得出，根據本發明之電磁致動器100將表現為在力產生方向，例如Z方向上具有負剛性的致動器。當此致動器因此經應用以懸掛物件或組件時，將出現不穩定情況。為了提供對懸掛之物件之穩定位置控制，可能需要對所產生電磁力F_E 產生充分快速響應。

以下圖式示意性地說明此情形。

圖6示意性地說明根據本發明之位置控制系統，由此位置控制系統應用於具有質量m之物件600相對於框架610之位置。在如所展示之實施例中，位置控制系統包含根據本發明之電磁致動器(由F_E 及F_R 表示)及控制單元或控制器640。在如所展示之實施例中，借助於由根據本發明之電磁致動器100產生的力F_T ，物體600經認為相對於框架610懸掛。如上文所述，如所產生之力F_T 可視為磁阻力F_R 與電磁力F_E 之組合；F_{T =} F_E + F_R 。由箭頭630指示之電磁力F_E 可視為大致上與如供應至致動器之線圈部件(例如，如圖4所示之線圈部件200)的電流成比例。此外，如所產生之磁阻力F_R 可由作用於物件600上且試圖朝上拉動物件600之彈簧620表示。如上文所論述，磁阻力F_R 之特徵為具有負剛性，因此表示磁阻力F_R 之彈簧620可由與硬度Cz相等之負彈簧常數表徵，例如圖5b中所示。由於負剛性或彈簧常數，因此Z方向上之物件600之位置可描述為不穩定的平衡。

因此，如圖6中示意性地展示之物件600之懸掛可由具有負彈簧常數之質量彈簧系統表示，即不穩定系統。為了提供對物件600之穩位定位，需要實施對所產生力F_T 之控制。為了實現此控制，根據本發明之位置控制系統進一步包含控制單元或控制器640，如圖6中所說明。此控制單元或控制器640可例如實施為微處理器或微控制器或電腦或類似者。此控制單元640可例如具有用於接收輸入信號之輸入端子640.1。此類輸入信號可例如包括物件600之理想位置。在如所展示之實施例中，信號640.2表示此理想位置或位置設定點。在如所展示之實施例中，控制單元640進一步在輸入端子640.1處接收表示物件600在Z方向上相對於框架610之位置的位置量測信號。可指出，如由控制單元或控制器640應用以提供穩定操作之位置量測信號MS亦可表示物件600相對於不同於其上安裝有物件600之框架610的另一物件的位置。此物件可例如為光學元件，諸如微影設備之投影系統之鏡面或透鏡。

基於位置設定點640.2與由位置量測信號MS表示之實際位置之間的偏差，控制單元或控制器640接著可產生用於控制根據本發明之致動器之控制信號CS。為此，控制單元或控制器640可包含PID控制器或類似者。

關於控制器之所需或所期望之頻寬，可提及以下內容。作為控制具有負剛性之機械系統的設計規則，控制器頻寬應高於截止頻率f₀ ：

其中： k = 負剛性，及 m = 物件之質量。

對於質量m=1 kg及剛性k = -3e3 N/m，截止頻率大約相當於10 Hz。為了實現穩定位置控制，控制器頻寬應至少為10 Hz。較佳地，為了利用控制器之微分作用產生相位益處，頻寬應較佳高於截止頻率f₀ ，較佳地至少高三倍。因而，在如圖6中所說明之實施例中，控制單元640之頻寬可為質量彈簧系統之截止頻率f₀ 的三倍。

如由控制單元640產生之控制信號CS可經由控制單元640之輸出端子640.3輸出且經應用以控制由根據本發明之電磁致動器產生之電磁力F_E ，例如藉由控制供應至致動器之線圈部件的電流。

如圖4中示意性地展示之根據本發明之電磁致動器100具有軸對稱設計。然而，本發明不限於此設計。根據本發明之電磁致動器100亦可使用大體上平面組件而非圓形或圓筒形組件來設計。

圖7示意性地展示此實施例。圖7示意性地展示根據本發明之另一實施例的電磁致動器300在XZ平面中之橫截面視圖。在如所展示之實施例中，電磁致動器300包含第一部件310及第二部件320，第二部件320經組態以與第一部件310合作以在使用中產生第一方向之力，第一方向由箭頭330指示。在如所展示之實施例中，第一部件310包含永久磁體總成350及第一磁性部件360、370，該第一磁性部件經組態以至少部分地導引由永久磁體總成350產生之磁通量。在如所展示之實施例中，永久磁體總成350包含4個永久磁體350.1、350.2，其磁化方向如由磁體內之箭頭指示。特定言之，永久磁體總成350包含第一對面對永久磁體350.1及第二對面對永久磁體350.2。在如所展示之實施例中，第一磁性部件360、370包含兩個磁性部件360、370。在如所展示之實施例中，磁性部件360、370可例如為兩個磁軛，該等磁軛經組態以導引由永久磁體350.1、350.2產生之磁通量。在如所展示之實施例中，永久磁體350及第一磁性部件360、370形成第一磁性電路。第一磁性電路之磁通量路徑由點線380指示。可以看出，第一磁性電路具有第一間隙390。在如所展示之實施例中，第一間隙390在所指示X方向上延伸且由X方向上之永久磁體總成350之兩個面對磁體(亦即兩個面對磁體350.1及/或兩個面對磁體350.2)之間的距離界定。在如所展示之實施例中，如由永久磁體總成350產生且由第一磁性部件360、370導引之磁通量穿過大致上垂直於第一方向330之方向上的第一間隙390。

在如所展示之實施例中，第二部件320包含線圈部件400，該線圈部件經組態以在使用中至少部分配置於第一間隙390內，且當給予能量時，產生第一方向330之電磁力F_E 。

線圈部件400與第一部件310之合作可視為類似於勞侖茲致動器之操作。當電流供應至線圈部件400時，線圈部件400之載流導體與穿過間隙390之磁場的相互作用將導致產生第一方向330之力。在如由線圈部件400感知之磁場大致上均勻的情況下，如由載流線圈部件400與第一部件310之相互作用產生之力將大致上獨立於線圈部件400與第一部件310在第一方向330上之相對位置，亦即所產生電磁力可由Z方向上之相對低剛性表徵。

根據本發明，第二部件320進一步包含第二磁性部件410，第二磁性部件410經組態以形成第二磁性電路，第二磁性電路之磁通量路徑由點線420指示。可以看出，第二磁性電路由第二磁性部件410、永久磁體總成350 (尤其為第二對面對永久磁體350.2及第一磁性部件360、370)形成。在如所展示之實施例中，如由第二磁性部件410及第一部件310形成之第二磁性電路具有第二間隙430。在如所展示之實施例中，第二間隙430在第一方向330上延伸且由第二磁性部件410之表面410.1及第一部件之表面(尤其第一磁性部件360、370之表面360.4及370.4)界定。

如所展示之第二磁性電路經組態以在使用中產生第一方向330之磁阻力。如熟習此項技術者將瞭解，由於第二磁性電路中產生之磁通量，亦即沿點線420傳播之磁通量，磁阻力F_R 將在第二磁性部件410與第一部件310 (尤其第一部件310之第一磁性部件360、370)之間產生，磁力經導引以便減小第二間隙430。換句話說，第二磁性電路420中之磁通量在第二磁性部件410與第一磁性部件360、370之間產生吸引力。

鑒於以上內容，可注意，如圖7中示意性地展示之電磁致動器300可以與如圖4中示意性地展示之致動器大體上相同之方式操作。

關於如應用於根據本發明之電磁致動器中之永久磁體總成，可指出，同樣可應用更進階的永久磁體配置，諸如海爾貝克(Halbach)配置，從而進一步增大電磁馬達之力密度及/或效率。

關於圖7中所示的致動器300之永久磁體總成350，可指出，第一對面對永久磁體350.1不必等同於第二對面對永久磁體350.2。特定言之，可以看出，有助於第二磁性電路420之形成的第二對面對永久磁體350.2可經設計為比第一對面對永久磁體350.1更強或更大。藉由兩對永久磁體350.1、350.2之適當選擇或設計，以及間隔390及430之適當設計，可實現在第一磁通量路徑380與第二磁通量路徑420之間的所期望磁通量分佈。

在如圖7所示之替代實施例中，永久磁體350.1、350.2及線圈部件400之徑向位置互換，此意味著永久磁體之間的距離變得小於線圈部件400之直徑(即永久磁體位於線圈部件內)。在替代實施例中，形成350.1及350.2之永久磁體之磁化方向在相對方向上磁化，此與如圖7所示之實施例相比為不同的，其中形成350.1及350.2之永久磁體之磁化方向分別在類似的方向(+x及-x)上。在此替代實施例中，第一磁性部件360、370充當背鐵。熟習此項技術者所熟知，藉由使用背鐵，增大馬達之陡度[N^2/W]。在較佳實施例中，磁性部件360、370之矩形形狀藉由減小第一磁性部件370、371之頂部部分之內部直徑變為L形背鐵。此L形狀為有利的，因為除了其增大馬達陡度之主要功能之外，磁性部件360、370之頂盤部分亦對永久磁體350.1、350.2產生有吸引力的磁阻力。此部分地補償移動永久磁體在沿Z方向之大衝程上的重力，由於磁阻而導致較小的非線性。

在如圖4及圖7中所示之實施例中，根據本發明之電磁致動器100、300之第一部件110、310分別包含第一磁性部件160、170、360、370。可指出，本發明亦可實施為具有包含永久磁體或永久磁體總成之第一部件。

此實施例示意性地展示於圖8中。圖8示意性地展示根據本發明之電磁致動器800。如所展示之實施例為關於軸線805的軸對稱設計。然而，其他非軸對稱設計亦可考慮。在如所展示之實施例中，電磁致動器800包含第一部件810及第二部件820，該第二部件經組態以與第一部件810合作以在使用中產生第一方向830之力。在如所展示之實施例中，第一部件810包含永久磁體總成，尤其徑向磁化永久磁體環810。在如所展示之實施例中，第一部件810形成例如由磁通量線840指示之第一磁性電路。第一磁性電路可視為具有在垂直於第一方向830之方向上延伸的第一間隙850。在如所展示之實施例中，第二部件820包含線圈部件860，該線圈部件經組態以在使用中至少部分配置於第一間隙850內，當給予能量時，產生第一方向830之電磁力。在如所展示之實施例中，線圈部件860包含環形線圈，第二部件820進一步包含第二磁性部件870，第一部件810及第二磁性部件870形成例如由磁通量線880指示之第二磁性電路。第二磁性電路可視為具有第二間隙890，第二間隙890在第一方向830上延伸。根據本發明，第二磁性電路經組態以在使用中產生第一方向830之磁阻力。因而，電磁致動器800能夠以與如上文參看圖4及7所述大致上相同之方式產生電磁力F_E 及磁阻力F_R 兩者。

儘管可在本文中特定地參考在IC製造中的微影設備之使用，但應理解，本文中所描述之微影設備可具有其他應用。可能其他應用包括整合式光學系統之製造，用於磁疇記憶體、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等之導引及偵測。

儘管可在本文中特定地參考在微影設備之內容背景中之本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他設備中。本發明之實施例可形成光罩檢測設備、度量衡設備或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化裝置)之物件的任何設備之部分。此等設備可一般稱為微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。

儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明在內容背景允許之情況下不限於光學微影且可用於其他應用(例如壓印微影)中。

在內容背景允許之情況下，可以硬體、韌體、軟體或其任何組合實施本發明之實施例。本發明之實施例亦可實施為儲存於機器可讀媒體上之指令，該等指令可由一或多個處理器讀取及執行。機器可讀媒體可包括用於儲存或傳輸呈可由機器(例如，計算裝置)讀取之形式之資訊的任何機構。舉例而言，機器可讀媒體可包括唯讀記憶體(read only memory；ROM)；隨機存取記憶體(random access memory；RAM)；磁性儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體裝置；電、光學、聲學或其他形式之傳播信號(例如，載波、紅外信號、數位信號等)；及其他者。另外，韌體、軟體、常式、指令可在本文中被描述為執行特定動作。然而，應瞭解，此類描述僅僅出於方便起見，且此類動作事實上係由計算裝置、處理器、控制器或執行韌體、軟體、常式、指令等之其他裝置引起，且這樣做可導致致動器或其他裝置與真實世界相互作用。

雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。

100:致動器 110:第一部件 120:第二部件 130:箭頭 140:軸線 150:永久磁體/永久磁體總成 150.1:箭頭 160:第一磁性部件 160.1:內半徑 160.2:外半徑 160.3:外表面 160.4:表面 170:第一磁性部件 170.1:內半徑 170.2:外半徑 170.3:內表面 170.4:表面 180:點線 190:第一間隙 200:線圈部件 210:第二磁性部件 210.1:表面 220:點線 230:第二間隙 300:電磁致動器 310:第一部件 320:第二部件 330:第一方向 350:永久磁體總成 350.1:永久磁體 350.2:永久磁體 360:第一磁性部件 360.4:表面 370:第一磁性部件 370.4:表面 380:點線 390:第一間隙 400:線圈部件 410:第二磁性部件 410.1:表面 420:點線 430:第二間隙 600:物件 610:框架 620:彈簧 630:箭頭 640:控制單元/控制器 640.1:輸入端子 640.2:信號 640.3:輸出端子 800:電磁致動器 805:軸線 810:第一部件 820:第二部件 830:第一方向 840:磁通量線 850:第一間隙 860:線圈部件 870:第二磁性部件 880:磁通量線 890:第二間隙 ACT:致動器 B:輻射光束 BD:光束遞送系統 BF:基座框架 BM:平衡塊 C:目標部分 CS:控制信號 FB:回饋控制器 F_E:電磁力 F_R:磁阻力 F_T:力 FF:前饋控制器 IL:照明系統 IF:位置量測系統 IS:隔振系統 LA:微影設備 M:質量 M1:光罩對準標記 M2:光罩對準標記 MA:圖案化裝置 MF:度量衡框架 MS:位置量測信號 MT:光罩支撐件 P:設備 P1:基板對準標記 P2:基板對準標記 PCS:位置控制系統 PM:第一定位器 PMS:位置量測系統 PS:投影系統 PW:第二定位器 SO:輻射源 SP:設定點產生器 W:基板 WT:基板支撐件

現將參看隨附示意性圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在隨附示意性圖式中： -  圖1描繪微影設備之示意性綜述； -  圖2描繪圖1之微影設備之一部分的詳細視圖； -  圖3示意性地描繪位置控制系統； -  圖4描繪根據本發明之電磁致動器之第一實施例； -  圖5a和圖5b示意性地描繪根據本發明之致動器之所產生磁阻力及相關聯剛性。 -  圖6示意性地說明根據本發明之位置控制系統； -  圖7描繪根據本發明之電磁致動器之第二實施例； -  圖8描繪根據本發明之電磁致動器之第二實施例。

100:致動器

110:第一部件

120:第二部件

130:箭頭

140:軸線

150:永久磁體/永久磁體總成

150.1:箭頭

160:第一磁性部件

160.1:內半徑

160.2:外半徑

160.3:外表面

160.4:表面

170:第一磁性部件

170.1:內半徑

170.2:外半徑

170.3:內表面

170.4:表面

180:點線

190:第一間隙

200:線圈部件

210:第二磁性部件

210.1:表面

220:點線

230:第二間隙

Claims (15)

1. 一種電磁致動器，其包含： 一第一部件及一第二部件，該第二部件經組態以與該第一部件合作以在使用中產生一第一方向之一力； 該第一部件包含一永久磁體總成，該第一部件形成具有一第一間隙之一第一磁性電路； 該第二部件包含一線圈部件，該線圈部件經組態以在使用中至少部分地配置於該第一間隙內，且當給予能量時，產生該第一方向之一電磁力； 該第二部件進一步包含一第二磁性部件，該第一部件及該第二磁性部件形成具有一第二間隙之一第二磁性電路，該第二磁性電路經組態以在使用中產生該第一方向之一磁阻力。
2. 如請求項1之電磁致動器，其中該第一間隙在大致上垂直於該第一方向之一第二方向上延伸。
3. 如請求項1或2之電磁致動器，其中該第二間隙在該第一方向上延伸。
4. 如請求項1或2之電磁致動器，其中該致動器關於在該第一方向上延伸之一軸線軸對稱。
5. 如請求項4之電磁致動器，其中該第一部件包含一第一磁性部件，其中該第一磁性部件包含兩個同心磁性筒。
6. 如請求項1或2之電磁致動器，其中該線圈部件安裝至該第二磁性部件。
7. 如請求項1之電磁致動器，其中該永久磁體配置包含一第一對面對永久磁體及一第二對面對永久磁體。
8. 如請求項7之電磁致動器，其中該第一間隙為在該第一對面對永久磁體及/或該第二對面對永久磁體之兩個面對表面之間延伸的一間隙。
9. 如請求項7之電磁致動器，其中該第一部件包含一第一磁性部件，且其中該第一磁性電路大致上由該第一磁性部件、該第一對面對永久磁體及該第二對面對永久磁體形成。
10. 如請求項1之電磁致動器，其中該第一部件進一步包含一第一磁性部件，且其中該永久磁體及該第一磁性部件形成具有該第一間隙之該第一磁性電路。
11. 如請求項10之電磁致動器，其中該永久磁體總成、該第一磁性部件及該第二磁性部件形成具有該第二間隙之該第二磁性電路。
12. 一種位置控制系統，其包含： 如請求項1至11中之任一項之電磁致動器，及 一控制單元，其經組態以判定用於控制施加至該電磁致動器之線圈部件之一電流的一控制信號。
13. 如請求項12之位置控制系統，其進一步包含一位置量測系統，該位置量測系統經組態以產生表示在第一方向上第一部件相對於第二部件之一位置的一位置量測信號。
14. 如請求項13之位置控制系統，其中該控制單元包含一輸入端子及一輸出端子，該輸入端子經組態以接收該位置量測信號，該輸出端子經組態以輸出該控制信號。
15. 一種微影設備，包含如請求項1至11中之任一項之電磁致動器及/或如請求項12至14中之任一項之位置控制系統。

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