JP4371438B2 - 制御されたガス供給源を具えるリソグラフ空気式支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分に対して第２の部分を支持方向と平行な方向に支持するための圧力チャンバを具えるガススプリングと、圧力チャンバにガスを供給するためのガス供給源とを具える支持装置に関するものである。
又、本発明は、放射線源と、マスクホルダと、主軸を有する合焦ユニットと、主軸に対して垂直なＸ方向と平行な方向と、Ｘ方向及び主軸に対して垂直なＹ方向とにおいて、合焦ユニットに対して変位可能な基板ホルダを有する位置決め装置と、少なくとも合焦ユニットを支持方向に対して平行な方向に支持するフレームと、それぞれ支持方向と平行に指向された支持力をフレームに作用させる少なくとも３個の支持装置によりフレームを支持する基部とを具えるリソグラフ装置に関するものである。
冒頭に記載した形式の支持装置及びリソグラフ装置は国際公開パンフレット９６／３８７６６号により知られている。この既知のリソグラフ装置は光学的なリソグラフ処理により半導体集積回路の製造に使用する。既知のリソグラフ装置中の放射線源は光源であり、合焦ユニットは光学的なレンズシステムであり、当該レンズシステムにより、マスクホルダ上に配置することのできるマスク上の、半導体集積回路用のサブパターンが半導体基板上に縮小されて結像される。このような半導体基板は多数の領域を具え、これら領域には同一の半導体回路が形成される。個々の領域はこの目的に対してマスクを介して連続的に露光され、半導体基板の隣接領域は２個の連続的な露光工程各々の間に位置決め装置により合焦ユニットに対して定位置に配置される。この工程は何度も繰り返され、毎回異なるサブパターンを具える他のマスクを使用し、これにより比較的複雑な構造の半導体集積回路を製造することができる。このような構造体の細部の寸法がサブミクロンの範囲のものであるので、連続的なマスク上にあるサブパターンをサブミクロンの範囲の精度で半導体基板の領域上に結像しなければならない。従って、基板ホルダ及びマスクホルダを動作中に合焦ユニットに対して正確に位置決めすべきである。
既知のリソグラフ装置のフレームは既知の種類の支持装置により鉛直方向で支持されており、支持装置の第１の部分はリソグラフ装置の基部に固着されており、支持装置の第２の部分はフレームに固着されている。既知のリソグラフ装置のフレームにより、合焦ユニットのみならずマスクホルダ及び基板ホルダも鉛直方向で支持されているとともに、基部はフロアー上に配置することができる。基板ホルダ及びマスクホルダを動作中には合焦ユニットに対して正確に位置決めしなければならないので、動作中にはフレームの振動が可能な限り防止される。フレームのこのような振動は、例えばフロアーの振動から生じる基部の振動により生じ得る。既知のリソグラフ装置の基部における振動が、基板ホルダの位置決め装置の反力及び他の位置決め装置の反力により更に生じる。この位置決め装置により、マスクホルダは合焦ユニットに対して変位可能である。従って、３個の支持装置は、フレームを鉛直方向に支持するだけでなく、基部からフレームへの振動の伝達を防止するようにも作用する。
既知の支持装置のガススプリングの圧力チャンバは、円筒形状のカップと環状の膜により接合されており、この環状の膜によりカップがガススプリングの圧力チャンバ内で懸架されている。カップは３本の比較的細い張力ロッドにより第２の部分に固着されており、これら張力ロッドはカップ内に配置されており、支持方向に対して平行に延在する。基部からフレームへの振動の伝達を可能な限り防止するために、フレームにより支持されたリソグラフ装置の構成部材と共に、支持装置及びフレームにより形成されたばね・質量系の固有振動数は、支持方向に対して平行及び垂直な方向においては可能な限り低いものでなければならない。既知の支持装置のガススプリングの圧力チャンバの容積は、ばね・質量系の固有振動数を支持方向に対して平行な方向においてできるだけ低くするために、比較的大きなものである。上述した張力ロッドの長さは、ばね・質量系の固有振動数を支持方向に対して垂直な方向にできるだけ低くするために比較的大きなものである。
既知の支持装置のガス供給源は圧力チャンバの壁に配置されたバルブに接続されている。圧力チャンバ内の平均的なガス内圧は動作中には特に膜を介してのガス漏れにより低下するので、ガスを規則的な間隔でガス供給源を介して圧力チャンバに供給すべきである。ガスの供給中には、ガス供給源中の圧力変動が圧力チャンバに伝達される。このような圧力変動は、例えばガス供給源に接続されたコンプレッサにより発生する。圧力チャンバ内の圧力変動によって支持装置の第２部分の機械的振動を生じ、この機械的振動がリソグラフ装置のフレームに伝達される。これによりリソグラフ装置の精度が悪影響を受ける。既知のリソグラフ装置の精度に関するこのような不所望な悪影響を防止するためには、ガスを支持装置の圧力チャンバに供給する間、リソグラフ装置の製造歩留りに悪影響が及ぼされるので、このリソグラフ装置を停止しなければならない。
本発明の目的は、ガス供給源中の圧力変動が圧力チャンバに伝達されることができる限り防止される、明細書冒頭に記載の形式の支持装置を提供すること、及びガス供給源から支持装置の圧力チャンバへガスを供給する最中にできるだけその精度に影響を与えない、第２段落に記載の形式のリソグラフ装置を提供することにある。
この目的のため、本発明による支持装置は、ガス供給源を絞りを介して圧力チャンバに接続された中間スペースに接続すると共に、支持装置が上記中間スペース中のガス内圧を制御するための手段を具えることを特徴とする。
又、本発明によるリソグラフ装置は、使用する各支持装置が本発明による支持装置であることを特徴とする。
ガスの供給がガス供給源から中間スペースまで行われる際に、中間スペースから圧力チャンバまでのガスフローが上述した絞り内で生じる。前記ガスフローには絞り内で所定の抵抗が及ぼされる。中間スペース内でのガスの比較的低い圧力変動が絞りを介して圧力チャンバに伝達されるが、中間スペース内でのガスの比較的高い振動数での圧力変動は、圧力チャンバに伝達される前に、絞りの抵抗によって著しく減衰される。従って、圧力チャンバと共に絞りによって、中間スペースのガス内圧変動用の所謂ローパスフィルタが形成される。中間スペースのガス内圧の変動は、中間スペースのガス内圧を制御するための前記手段を使用することにより制限され、この手段の精度により決定される振幅を有する。中間スペース内の既に制限された圧力変動は所定の比較的低い限界振動数よりも高い振動数を有するものであるが、絞りを好適に設計することにより著しい減衰を伴って圧力チャンバに伝達される。従って、ガス供給源内の圧力変動を圧力チャンバに伝達することが、上記手段及び上記絞りを使用することによりできるだけ防止される。これにより更に、ガス供給源から中間スペース及びガスチャンバにガスを定常的に供給することが可能となるので、圧力チャンバからのガス漏れが定常的に補償され、略一定のガス内圧が圧力チャンバ内で達成される。更に、絞りの好適な設計により、ガススプリングの低周波共振の、最適な所謂臨界制振が達成される。このような共振は、圧力チャンバの容積及び圧力チャンバのガス内圧に従う振動数を有するものである。
本発明によるリソグラフ装置に使用される支持装置の各々が本発明による支持装置であるので、支持装置のガス供給源内の圧力変動の圧力チャンバへの伝達、及びこれにより第２の部分に生じた機械的振動の変動のリソグラフ装置のフレームへの伝達が可能な限り防止されるので、リソグラフ装置の精度は上記圧力変動により可能な限り殆ど影響を受けない。このリソグラフ装置は所定の時間間隔で停止する必要はない。その理由はガスが支持装置のガス供給源から圧力チャンバまで定常的に供給されるからである。
本発明による支持装置の特別な実施例は、中間スペースが、ガス供給源を絞りに接続するための接続チャネルを具えることを特徴とする。この中間スペースの容積は、中間スペースのガス内圧が動作中に制御されるという理由だけにより、比較的小さいものである。本発明により必要な中間スペースとして上記接続チャネルを利用することにより、実用的且つ小型の構造を有する支持装置が提供される。
本発明による支持装置の他の実施例は、中間スペースのガス内圧を制御するための手段が、ガス内圧を測定するための圧力センサと、ガス供給源と中間スペースとの間に配置された制御可能なガスバルブと、圧力センサによって測定されたガス内圧の作用に応じてガスバルブを制御するための電気コントローラとを具えることを特徴とする。中間スペースのガス内圧は上記圧力センサ、上記ガスバルブ及び上記コントローラにより動作中にはできるだけ一定に保たれるので、中間スペース中の圧力変動ができるだけ制限される。振幅が制限された圧力変動は中間スペース内では許容されるものである。その理由は、中間スペースにおける圧力変動の圧力チャンバに対する伝達が絞りを使用することにより可能な限り防止されるからである。それゆえに、上述した圧力センサ、ガスバルブ及びコントローラの精度は特別高いものである必要はない。
本発明による支持装置の他の実施例は、圧力チャンバが、支持装置の中間部分の円筒状内壁と、支持方向に対して平行な中間部分で変位可能であって、静圧型ガスベアリングによって中間部分に対して支持方向に垂直に支持されるピストンとにより限定され、静圧型ガスベアリングが中間部分の内壁とピストンの外壁との間に位置すると共に、中間部分を第１の部分によって支持方向に対して平行に支持し、ピストンを第２の部分に固着し、静圧型ガスベアリングに、圧力チャンバに接続されたガス供給チャネルを設けることを特徴とする。上記静圧型ガスベアリングは支持方向に対して平行な方向でピストン上に殆ど力を作用させない。更に、このピストンは当該ピストンの外壁と中間部分の内壁との間でガススプリングの圧力チャンバをシールするためにシールギャップを使用することに対して好適である。又、このようなシールギャップは支持方向に対して平行な方向でピストンに実質的に力を作用させない。従って、支持方向に対して平行な方向における支持装置の剛性が、専らガススプリングの剛性により決定されるので、支持方向に対して平行な可能な限り低い支持装置の剛性がガススプリングの好適な設計により得られる。その結果、使用される支持装置により及びこれにより支持されるリソグラフ装置の構成部材を具えるフレームにより形成される、本発明によるリソグラフ装置におけるばね・質量系が、支持装置に対して平行な方向で可能な限り低い固有振動数を有するので、支持方向に対して平行に指向される振動が基部からフレームに伝達されることができる限り防止される。この実施例における静圧型ガスベアリングが圧力チャンバに接続されるガス供給チャネルを有するということは、相当のガス漏れが動作中に圧力チャンバから静圧型ガスベアリングまで生じることを意味する。しかしながら、このガス漏れは支持装置のガス供給源からガスを供給することによって定常的に補償される。
本発明による支持装置の特別な実施例は、中間部分を、他の静圧型ガスベアリングにより支持方向に対して平行な第１の部分に対して支持し、他のベアリングにより中間部分を第１の部分の支持表面上で案内し、これにより中間部分を支持方向に対して垂直に変位可能とし、他の静圧型ガスベアリングに、圧力チャンバに接続された他のガス供給チャネルを設けることを特徴とする。他の静圧型ガスベアリングの剛性は支持方向に対して平行な方向では非常に高いものであるので、他の静圧型ガスベアリングの存在が、この剛性に実質的に影響を及ぼすことは無い。この剛性は支支持装置が支持方向に対して平行な方向に有する剛性であり、ガススプリングの剛性により略完全に決定されるものである。他の静圧型ガスベアリングが、支持方向に対して垂直な方向で中間部分に実質的に力を及ぼすことはないので、この中間部分は支持方向に対して垂直な方向において実質的に摩擦を発生せずに、第１の部分に対して変位可能である。従って、支持装置の剛性は支持方向に対して垂直な方向には殆どゼロである。それゆえに、本発明によるリソグラフ装置においては、フレームにより支持されるリソグラフ装置の構成部材と共に、使用に際して本発明の他の実施例による支持装置及びフレームにより形成されたばね・質量系の固有振動数は支持方向に対して垂直な方向においては実質的にゼロであるので、支持方向に対して垂直に指向される振動が基部からフレームまで伝達されることが略完全に防止される。又、動作中に圧力チャンバから他の静圧型ガスベアリングまでに生じる相当のガス漏れは、支持装置のガス供給源からガスを供給することにより定常的に補償される。
本発明を図面により以下により詳細に説明する。
図１は本発明によるリソグラフ装置を示す斜視図である。
図２は図１のリソグラフ装置を示すダイアグラムである。
図３は図１のリソグラフ装置に使用するのに好適な本発明による支持装置を示すダイヤグラムであり、部分的に断面図で示したものである。
図１及び２に示す本発明によるリソグラフ装置は、リソグラフ処理を施す半導体集積回路の製造に際して使用するのが好適である。図１及び２に示すように、本発明によるリソグラフ装置は、基板ホルダ３を具える位置決め装置１、合焦ユニット５、マスクホルダ９を具えるもう一つの位置決め装置７及び放射線源１１の順に、鉛直Ｚ軸方向に対して平行に設けられている。本発明によるリソグラフ装置は光学式リソグラフ装置であり、当該装置においては、放射線源１１が光源１３、ダイアフラム１５、及びミラー１７及び１９を具えると共に、合焦ユニット５を結像即ち投影システムとし、当該システムにはＺ軸に対して平行に指向された光学主軸２３と例えば４又は５の光学的縮写因子とを具える光学レンズシステム２１を設ける。この基板ホルダ３は支持表面２５を具え、当該支持表面２５はＺ方向に対して垂直に延在し、該支持表面２５上には半導体基板２７を配置することができ、この支持ホルダは、位置決め装置１により、Ｚ方向に対して垂直なＸ方向と平行な方向と、Ｘ方向及びＺ方向に対して垂直なＹ方向と平行な方向において、合焦ユニット５に対して変位可能である。マスクホルダ９は支持表面２９を具え、当該支持表面２９はＺ方向に垂直に延在し、該支持表面２９上にはマスク３１を配置することができ、このマスクホルダ９は他の位置決め装置７により合焦ユニット５に対してＸ方向に平行に変位可能である。
半導体基板２７は多数の領域３３を具え、これら領域上に同一の半導体基板を設ける。他方、マスク３１は、単一の半導体集積回路のパターン又はサブパターンを具える。半導体基板２７の個々の領域３３を、動作中にはマスク３１を介して連続的に露光する。光源１３から生じた光ビーム３５を、露光工程中に、ダイアフラム１５を通過させ、ミラー１７及び１９に沿って、マスク３１を介して案内し、合焦ユニット５により半導体基板２７の各領域３３上に合焦するので、マスク３１に位置するパターンが半導体基板２７の上記領域３３上に縮写される。所謂「ステップ及びスキャン」原理に従う結像方法を、図示したリソグラフ装置に使用し、当該方法に従って、半導体基板２７及びマスク３１を、露光処理中に、それぞれ位置決め装置１及びもう一つの位置決め装置７によりＸ方向に平行な方向に合焦ユニット５に対して同時に変位させると共に、１個の領域３３を露光した後に、基板ホルダ３を位置決め装置１によってＸ方向に平行及び／又はＹ方向に平行な行程において変位させる毎に、半導体基板２７の隣の領域３３を、合焦ユニット５に対して所定位置に合わせる。このようにして、マスク３１上のパターンをＸ軸に対して平行に走査し、半導体基板２７の連続領域３３に結像する。この工程を何度も繰り返し、異なるマスク毎に異なるパターン又はサブパターンがあるので、複雑な積層構造の半導体集積回路を製造することができる。このような構造体の寸法はサブミクロンの範囲に亘って詳細なものである。それゆえに、マスク上のパターン又はサブパターンも、サブミクロンの範囲で正確に半導体基板上に結像すべきであるので、その精度においては非常に高い要件が課される。その精度の下で基板ホルダ３及びマスクホルダ９を、位置決め装置１及び他の位置決め装置７によりそれぞれ合焦ユニット５に対して位置決めすることができる。
更に図１によれば、リソグラフ装置は水平なフロアーに配置することのできる基部３７を具える。リソグラフ装置は更にフレーム３９を具え、このフレーム３９により基板ホルダ３、合焦ユニット５及びマスクホルダ９が、Ｚ方向に対して平行に延在する垂直支持方向に対して平行な方向に支持される。フレーム３９には、三角形で比較的剛性の高い金属製のメインプレート４１を設ける。当該プレート４１は合焦ユニット５の光学的主軸２３に対して垂直に延在し、且つ、図１には見えない中央光路開口を具えるものである。基板ホルダ３をフレーム３９の支持部４３上をで変位可能に案内し、該基板ホルダ３をＺ方向に対して垂直に延在させ、３個の鉛直方向のサスペンションプレート４５によりメインプレート４１の下側から懸架する。図１には３個のサスペンションプレートのうちの２個のみが部分的に見える。合焦ユニット５を、当該合焦ユニット５の下側に近接して該合焦ユニット５に固着された装着リング４７により、メインプレート４１に固着する。マスクホルダ９を、Ｘ方向に対して平行に延在する、フレーム３９の他の支持部４９上で変位可能に案内する。他の支持体４９を、メインプレート４１上に固着されているフレーム３９の、鉛直方向に延在する比較的剛性の高い金属製のコラム５１に固定する。基部３７により、本発明による３個の支持装置５３により鉛直支持方向に対して平行にフレーム３９が支持され、当該支持装置５３を三角形に相互に配置し、支持方向に対して平行な方向においてフレーム３９のメインプレート４１に支持力をそれぞれ作用させる。この目的に対して、メインプレート４１は３個のコーナ部分５５を有し、これら部分５５によりメインプレート４１を３個の支持装置５３に載せる。メインプレート４１の３個のコーナ部分５５のうちの２個及び３個の支持装置５３のうちの２個のみが図１には示されている。
図１及び図２のダイアグラムから明らかなように、位置決め装置１は第１の部分５７及び第２の部分５９を具えると共に、もう一つの位置決め装置７は第１の部分６１及び第２の部分６３を具える。この第１の部分５７及び６１を、それぞれ基板ホルダ３及びマスクホルダ９に固定すると共に、第２の部分５９及び６３を、基部３７に固定する。第２の部分５９及び６３によって動作中にそれぞれ第１の部分５７及び６１に駆動力が作用され、すると第１の部分５７及び６１によってそれぞれ第２の部分５９及び６３に反力が作用する。図１に示すように、位置決め装置１の第２の部分５９を、基部３７に固着されている比較的剛性の高い金属製のアーム６５に固定すると共に、位置決め装置７の第２の部分６３を、基部３７に固着されている比較的剛性の高い金属製の他のコラム６７に固定する。従って、位置決め装置１及び他の位置決め装置７の反力は基部３７に伝達される。この反力の影響下では基部３７が振動する。更に、基部３７をフロアーに配置するので、フロアーが振動する影響下においては基部３７が振動する。動作中に基部３７の振動が支持装置５３を介してフレーム３９に伝達されることをできる限り防止しなければならない。その理由はフレーム３９によって基板ホルダ３、マスクホルダ９及び合焦ユニット５が鉛直支持方向に対して平行に支持されるからであり、上記精度に関して非常に厳格な要件が課すことで、基板ホルダ３及びマスクホルダ９を位置決め装置１及び他の位置決め装置７によりそれぞれ合焦ユニット５に対する位置決めが可能となるからである。従って支持装置５３には、以下に更に示す、基部３７からフレーム３９に振動を伝えることを防止するための手段を設ける。
図３に示すように、本発明によるリソグラフ装置に使用する本発明による各支持装置５３は、当該リソグラフ装置の基部３７に固定することのできる第１の部分６９と、当該リソグラフ装置のフレーム３９に固定することのできる第２の部分７１と、鉛直支持方向に対して平行に指向される支持力によって第１の部分６９に対して第２の部分７１を支持するためのガススプリング７３とを具える。このガススプリング７３は圧力チャンバ７５を具え、当該圧力チャンバ７５のガス内圧を動作中には比較的高いものとする。この圧力チャンバ７５を、支持装置５３のカップ形状の中間部分７９の円筒状の内壁７７により、及び支持方向に対して平行な中間部分７９において変位可能なピストン８１により接合する。このピストン８１は、静圧型ガスベアリング８５により支持方向に対して垂直な方向において中間部分７９に対して支持されるスリーブ８３を具え、当該静圧型ガスベアリング８５は中間部分７９の円筒状の内壁７７とスリーブ８３の円筒状の外壁８７との間に位置する。この静圧型ガスベアリング８５を、従来型のそれ自体は知られている円錐径のギャップベアリングとし、当該ガスベアリング８５には、スリーブ８３内に形成され、且つ、圧力チャンバ７５に接続されているガス供給チャネル８９を設ける。スリーブ８３内に形成されたガス供給チャネル８９を使用することにより、静圧型ガスベアリング８５に対して特に簡素で実用的なガス供給チャネルが達成されるので、この静圧型ガスベアリング８５及びピストンは簡素で実用的な構造を有するものである。シールギャップ９３によりピストン８１に沿って圧力チャンバ７５からのガス漏れを可能な限り防止する。このシールギャップ９３を中間部分７９の内壁７７とスリーブ８３の下側９１に近接するスリーブ８３の外壁８３との間に設ける。シールギャップ９３に沿って漏れるガス及び静圧型ガスベアリング８５から流れるガス用の収集溝９５を、スリーブ８３の外壁８７のシールギャップ９３と静圧型ガスベアリング８５との間に設ける。この収集溝９５は、収集溝９５内にあるガスを周囲に放出するための、中間部分７９に設けらた多数の放出チャネル９７と協働する。この収集溝９５及び放出チャネル９７を使用することにより、静圧型ガスベアリング８５の動作が、シールギャップに沿って漏れるガスにより影響を受けることが防止される。従って、鉛直支持方向に対して平行な支持装置５３により与えれる支持力は、圧力チャンバ７５内のガスにより、スリーブ８３の環状の下側９１に及び支持方向に対して垂直に延在するピストン８１の内壁９９に及ぼされるガス力である。
図３によれば、ピストン８１が以下に更に詳細に示す接続部材１０１を介して第２の部分７１に固定されていると共に、カップ形状の中間部分７９が他の静圧型ガスベアリング１０３により鉛直支持方向に平行な第１の部分に対して支持されている。他の静圧型ガスベアリング１０３も、円錐型のギャップベアリングであって、通常はそれ自体は既知のものであり、鉛直支持方向に垂直に延在する第１の部分６９の支持表面１０５と、鉛直支持方向に垂直に延在する、圧力チャンバ７５を接合する中間部分７９の底壁７９との間に配置されている。カップ形状の中間部分７９は、他の静圧型ガスベアリング１０３により第１の部分６９の支持表面１０５上で殆ど摩擦を生じずに案内される。従って、この中間部分は鉛直支持方向に垂直な方向において第１の部分６９に関して殆ど摩擦を生じずに変位可能である。ガススプリング７３の貫通路１０９を、中間部分７９の底壁１０７の中央に形成する。この貫通路１０９を、第１の部分６９の支持表面１０５に形成されたガススプリング７３の他の貫通路１１１に対向して配置し、当該貫通路１０９を第１の部分６９に位置するガススプリング７３のメインチャンバ１１３に接続する。従って、中間部分７９に形成されたガススプリング７３の圧力チャンバ７５は、貫通路１０９及び他の貫通路１１１を介して第１の部分６９に形成されたガススプリング７３のメインチャンバ１１３と協働する。図３に示すように、他の静圧型ガスベアリング１０３の円錐形ベアリングギャップが中間部分７９の底壁１０７に形成された貫通路１０９まで直接連なっているので、同時に貫通路１０９により、圧力チャンバ７５と協働する他の静圧型ガスベアリング１０３のガス供給チャネルが形成される。このように、中間部分７９の底壁１０７の貫通路１０９が二重の機能を有するので、本装置に使用する他の静圧型ガスベアリング１０３とガス供給チャネルとの特に簡素で実用的な構造が得られる。他の静圧型ガスベアリング１０３が第１の部分６９の支持表面と中間部分７９の底壁１０７との間に配置されていることは、他の静圧型ガスベアリング１０３が圧力チャンバ７５のガス内圧により鉛直支持方向に平行な方向において動作中に簡単且つ実用的に予備張力が与えられている状態にある。そのため、支持方向に平行に指向され、且つ中間部分７９に他の静圧型ガスベアリング１０３の円錐型のベアリングギャップ内にガスにより及ぼされる支持力は、当該支持力に対向し、且つ底壁１０７の圧力チャンバ７５内のガスにより及ぼされる力により大部分が補償される。他の静圧型ガスベアリング１０３の円錐形ベアリングギャップ内のガス内圧が概して圧力チャンバ７５内のガス内圧よりも低いという事実にもかかわらず、このような補償が可能である。その理由はベアリングギャップを接合する底壁１０７の表面が圧力チャンバ７５を接合する底壁１０７の表面よりも広いからである。
フレーム３９及び当該フレーム３９により支持されるリソグラフ装置の構成部分と共に本発明によるリソグラフ装置に使用する本発明による支持装置のガススプリング７３により、ばね・質量系が形成される。このシステムにおいてはフレーム３９が、鉛直支持方向に平行及び垂直な基部３７に対して変位可能であり、鉛直支持方向に対して平行に指向された回転軸線の回りで基部３７に対して回転可能であり、鉛直支持方向に対して垂直な２本の互いに直交する旋回軸線の回りで旋回可能である。支持装置５３のピストン８１が中間部分７９の支持方向に平行に変位可能であるために、支持方向に平行な基部３７に対してフレーム３９を変位させることが可能である。又、支持装置５３の中間部分７９が第１の部分６９に関して支持方向に対して垂直に変位可能であるために、支持方向に垂直に指向された基部３７に対してフレーム３９を変位させることが可能である。更に、支持装置５３の中間部分７９が他の静圧型ガスベアリング１０３により支持方向に平行に指向される回転軸線の回りで第１の部分６９に対して回転可能であるために、支持方向に平行に指向された回転軸線の回りでフレーム３９を回転させることが可能である。支持装置５３のピストン８１が上述の接続部材１０１を介して第２の部分７１に固定されているために、支持方向に垂直な旋回軸線の回りでフレーム３９を旋回運動させることが可能である。図３に示すように、各接続部材１０１は簡単なラバーリング１１５を具え、当該ラバーリング１１５は支持方向に対して平行な方向には殆ど変形せず、支持方向に対して垂直な２本の相互に直交する曲げ軸線の回りで可撓性を有する。リソグラフ装置の基部３７からフレーム３９に及び支持装置５３の第１の部分６９から第２の部分７１にできる限り振動が伝達しないようにするためには、前記ばね・質量系の固有振動数を、支持方向に平行且つ垂直な方向に、支持方向に平行に指向された前記回転軸線の回りに、及び支持方向に対して垂直な前記旋回軸線の回りにおいて、可能な限り低くする。即ち、支持装置５３の剛性を、支持方向に対して平行な方向で、支持方向に対して垂直な方向で、支持方向に対して平行に指向された前記回転軸線の回りに、並びに支持方向に対して垂直に指向された前記旋回軸線の回りにおいて、可能な限り低くする。
支持方向に対して平行な支持装置５３の剛性を可能な範囲で最低とすることは、ガススプリング７３の容積を可能な限り大きくすることにより達成される。この目的のために、ガススプリング７３には圧力チャンバ７５だけでなく、上述したメインチャンバ１１３も設け、このメインチャンバ１１３を当該圧力チャンバ７５に接続する。メインチャンバ１１３を使用することにより、圧力チャンバ７５の容積を制限することができるので、変位可能な中間部分７９の寸法及び重量を減少させることができる。本発明による圧力チャンバ７５が、静圧型ガスベアリング８５により中間部分７９内で変位可能に案内されるピストン８１により接合されているので、支持方向に対して平行な方向における支持装置５３の剛性は専らガススプリング７３の剛性により決定される。実際には、静圧型ガスベアリング８５及びシールギャップ９３により、ピストン８１に支持方向に対して平行な摩擦力が実質的に作用することはない。支持方向に対して平行な支持装置５３の剛性は、支持方向に対して平行な方向には殆ど変形しない接続部材１０１と、支持方向に対して平行な方向においては非常に高い剛性を有する他の静圧型ガスベアリング１０３との両者の存在によっては殆ど影響を受けない。支持方向に対して平行な方向における支持装置５３の剛性が、ガススプリング７３の剛性によってほぼ完全に決定されるので、ガススプリングの剛性が圧力チャンバ７５及びメインチャンバ１１３を好適に設計することにより充分低いものとなり、その結果支持方向に対して平行に指向された振動が支持装置５３の第１の部分６９から第２の部分７１まで伝達されることが可能な限り防止される。
支持装置５３の中間部分７９が他の静圧型ガスベアリング１０３により第１の部分６９の支持表面１０５上で実質的に摩擦を生じることなく変位可能である。従って、当該支持装置５３の剛性は支持方向に対して垂直にはほぼゼロとなり、上述したリソグラフ装置のばね・質量系の固有振動数は支持方向に対して垂直にはほぼゼロとなる。これにより、支持方向に対して垂直に指向された振動が基部３７及び第１の部分６９からフレーム３９及び第２の部分７１まで伝達されることがほぼ完全に防止される。
支持装置５３の中間部分７９が、他の静圧型ガスベアリング１０３を使用することにより第１の部分６９の支持表面１０５上で実質的に摩擦を生じることなく回転可能であるので、支持装置５３の剛性は支持方向に対して平行に指向された回転軸線の回りでもほぼゼロでとなり、支持方向に対して平行に指向された回転軸線の回りで生じる第１の部分６９の回転振動が支持装置５３の第２の部分７１に伝達されることもほぼ完全に防止される。
接続部材１０１に使用されるラバーリング１１５の曲げ剛性は、支持方向に垂直に指向される前記曲げ軸線の回りで制約されるものである。支持方向に対して垂直な旋回軸線の回りで生じた第１部分６９の回転振動が支持装置５３の第１の部分６９から第２の部分７１まで伝達されることは、曲げ剛性の低い前記ラバーリング１１５を使用することにより既に充分防止されている。その理由は、動作中にはこのような回転振動が実質的に生じないか、比較的少量生じるだけだからである。
静圧型ガスベアリング８５のガス供給チャネル８９と、他の静圧型ガスベアリング１０３用にガス供給チャネルを形成する貫通路１０９は圧力チャンバ７５と協働するので、動作中には、圧力チャンバ７５から静圧型ガスベアリング８５及び他の静圧型ガスベアリング１０３を介してかなりの量のガス漏れが生じる。更に、動作中には、圧力チャンバ７５からシールギャップ９３を介して比較的少量ののガス漏れが生じる。動作中に前記ガス漏れを補償するため、支持装置５３は圧力チャンバ７５にガスを供給するためのガス供給源１１７を有する。このガス供給源１１７を例えばコンプレッサに接続する。当該コンプレッサは従来型のものであって、それ自体は知られており、簡素化のために図面には示していない。このようなガス供給源１１７においては、圧力変動が、比較的振動数の低い成分と比較的振動数の高い成分との両者を含む、通常の動作条件下で生じる。このような圧力変動は、例えば上述したコンプレッサにより生じる。このような圧力変動を圧力チャンバ７５に伝達することは不所望である。その理由は、圧力チャンバ内にこのような圧力変動が生じると、支持装置５３の第２の部分７１に機械的な振動が生じ、この振動がリソグラフ装置のフレーム３９に伝達されてしまうからである。このような圧力変動がガス供給源１１７から圧力チャンバ７５に伝達されるのを可能な限り防止するためには、本発明による支持装置５３のガス供給源１１７を図３に示す支持装置５３の中間スペース１１９に接続し、この中間部分１１９を絞り１２１により圧力チャンバ７５に接続すると共に、支持装置５３に、中間スペース１１９のガス内圧を制御するための制御ループ１２３を設ける。この絞り１２１は例えば比較的狭小な通路を有し、動作中にはこの通路を介してガスが中間スペース１１９からガススプリング７３のメインチャンバ１１３まで流れることができる。ガスが絞り１２１を介して流れる間は、ガスには絞り１２１内の通路の形状及び寸法に起因する抵抗が及ぼされる。図３に示すように、制御ループ１２３は中間スペース１１９のガス内圧を測定するための圧力センサ１２５、ガス供給源１１７と中間スペース１９との間に配置された制御可能なガスバルブ１２７、及び電気コントローラ１２９を具える。圧力センサ１２５、ガスバルブ１２７、及び電気コントローラ１２９は図３にのみ線図的に示した。これらはそれぞれ従来型のものであってそれ自体は既知の種類のものである。動作中には圧力センサ１２５は中間スペースで圧力センサ１２５により測定されたガス内圧に対応する電気信号Ｕ_pをコントローラ１２９に供給する。制御ループ１２３は調整部材１３１を更に具え、当該調整部材１３１により所望なガス内圧Ｐ_REFをリソグラフのユーザーが設定する。調整部材１３１により、動作中に、所望なガス内圧Ｐ_REFに対応する電気信号Ｕ_REFをコントローラ１２９に供給する。動作中にはコントローラ１２９によりガスバルブ１２７を制御するので、中間スペース１１９内のガス内圧はユーザーにより設定された所望なガス内圧Ｐ_REFに可能な限り接近する。このようにして、中間スペース１１９において、ほぼ一定の平均値を有し、且つ動作中にのみ僅かな程度に変動するガス内圧が得られる。ガスには絞り１２１内で所定の抵抗が及ぼされるので、中間スペース１１９内で比較的高い振動数の圧力変動が、絞り１２１を介してメインチャンバ１１３及び圧力チャンバ７５まで著しい減衰を伴って伝達される。比較的低い振動数の圧力変動が、制御ループ１２３を動作させることにより中間スペース１１９内に実質的に生じることはない。従って、絞り１２１により、この変動が制御ループ１２３により既に制限されている中間スペース１１９内の圧力変動に対してメインチャンバ１１３及び圧力チャンバ７５と協働する所謂空気式ローパスフィルタが形成される。上記空気式のローパスフィルタは絞り１２１を好適に設計することにより、例えば０．５Ｈｚと１．０Ｈｚとの間の比較的低い限界振動数を有するので、上記限界振動数より高い振動数を有する中間スペース１１９内の圧力変動がメインチャンバ１１３及び圧力チャンバ７５に著しい減衰のみを伴って伝達される。従って、制御ループ１２３と絞り１２１との間の協働により、ガス供給源１１７内の圧力変動を可能な限り圧力チャンバ７５に伝達することが防止されるので、支持装置５３の第２の部分７１及びリソグラフ装置のフレーム３９には前記圧力変動によって機械的振動が殆ど生じない。従って、ガス供給源１１７内の圧力振動がリソグラフ装置の精度に悪影響を及ぼすことは殆ど無いので、ガスをガス供給源１１７を介して圧力チャンバ７５へ定常的且つ連続的に供給することができ、これにより圧力チャンバ７５から静圧型ガスベアリング８５及び他の静圧型ガスベアリング１０３まで相当量のガス漏れが動作中にガス供給源１１７からガスを供給することにより定常的に補償され、動作中には圧力チャンバ７５内には圧力損失が生じない。
上述したように、支持装置５３のガススプリング７３、フレーム３９及びフレーム３９により支持されたリソグラフ装置の構成部材により形成されたばね・質量系は、支持方向に対して平行な方向においては比較的低い固有振動数を有する。絞り１２１は、上述したように中間スペース１１９に生じる圧力変動に対して空気式のローパスフィルタの機能を有するだけでなく、第２の機能、即ち前記ばね・質量系の低周波共振を減衰させる機能をも有する。又、前記ばね・質量系内の絞り１２１の減衰特性が当該絞り１２１の形状及び寸法により決定されるので、前記ばね・質量系の実質的に最適な所謂臨界制振が絞り１２１の好適な設計によっても達成されるので、ばね・質量系は可能な最短時間で外乱入力状態から平衡状態に戻る。
中間スペース１１９内の圧力変動の大きさを僅かなものとすることができる。その理由はメインチャンバ１１３及び圧力チャンバ７５と共に絞り１２１によって、中間スペース１１９内の圧力変動に対して空気式のローパスフィルタが形成されるからである。従って、制御ループ１２３及び圧力センサ１２５と、ガスバルブ１２７と、制御ループ１２３に使用するコントローラ１２９とは、特に高精度とする必要はないので、簡単な種類のものとすることができる。中間スペース１１９のガス内圧を制御するための代替的な手段を、上述した制御ループ１２３の代わりに、本発明による支持装置に使用することができる。従って、例えば、制御ループ１２３を、ガス供給源１１７と中間スペース１１９との間で、従来型でそれ自体は既知の空気式コントロールバルブにより取り替えることができ、又、当該制御ループ１２３により、中間スペース１１９内でほぼ一定のガス内圧を調整することができる。
図３に示す中間スペース１１９は、ガス供給源１１７とガススプリング７３のメインチャンバ１１３との間に配置された補助チャンバである。中間スペース１１９の容積を、ガススプリング７３に関してのみ比較的小さなものとする必要がある。その理由は、動作中にガス供給源１１７から中間スペース１１９を介してガススプリングまでに生じるガスフローが比較的少量であり、中間スペース１１９のガス内圧が制御ループ１２３によって定常的に制御されるからである。従って、中間スペース１１９を、図３に示す補助チャンバ以外の態様で形成することができる。従って、中間スペース１１９は例えばガス供給源１１７を絞り１２１に接続する比較的短い接続チャネルとすることができ、ガスバルブ１２７をガス供給源１１７と前記接続チャネルとの間に配置する。このようにして、本発明による支持装置の実用的且つ小型な構造が得られる。
上述した本発明による支持装置５３においては、圧力チャンバ７５からのガス漏れは、主に静圧型ガスベアリング８５及び他の静圧型ガスベアリング１０３により生じる。本発明が種々の支持装置を包含するものであって、当該支持装置においては該支持装置に使用する圧力チャンバからのガス漏れが種々の態様により生じる。先に述べた態様の一例は上述の国際公開パンフレット９６／３８７６６号から既知の支持装置であり、この支持装置においては、圧力チャンバからのガス漏れは主に、支持装置の第２の部分を第１の部分に対して懸架する膜を含む。
所謂「ステップ及びスキャン」原理に従う結像方法を、上述した本発明によるリソグラフ装置に使用する。本発明は「ステップ及びスキャン」原理に従う結像方法を使用したリソグラフ装置に関するものでもあり、この装置においては、マスク及び半導体基板を、半導体基板の露出中に合焦ユニットに対して定位置に保持する。
上述した本発明によるリソグラフ装置に使用するフレーム３９は合焦ユニット５だけでなく、基板ホルダ３及びマスクホルダ９も支持する。本発明が基板ホルダ及びマスクホルダをリソグラフ装置の代替的な支持ユニットにより支持する、当該リソグラフ装置にも関するものでもある。このようなリソグラフ装置においては、少なくとも合焦ユニット５が正確に位置決めされなければならないので、本発明は、当該発明による支持装置により支持されたフレームによって少なくとも合焦ユニット５が支持されるリソグラフ装置に関するものである。
最後に、本発明による支持装置はリソグラフ装置に使用できるだけでなく、例えば支持装置により支持されるべき所定の構成部材に振動が伝達されることを可能な限り防止する、機械加工装置、機械工具、及び他の機械又は装置にも適用できるものである。

Claims (6)

1. 第１の部分と、第２の部分と、前記第１の部分に対して前記第２の部分を支持方向に対して平行に支持するための圧力チャンバを具えるガススプリングと、前記圧力チャンバにガスを供給するためのガス供給源とを具える支持装置において、前記ガス供給源を、絞りを介して前記圧力チャンバに接続された中間スペースに接続すると共に、前記支持装置に、前記中間スペースのガス内圧を制御するための手段を設け、
   前記絞りは、前記圧力チャンバと前記中間スペースとの間のガスフローに対して所定の抵抗を与えて限界振動数を超える振動数を有する圧力変動を強く減衰させ、前記ガス内圧を制御するための手段は、前記中間スペースのガス内圧が、実質的に一定の平均値を有し、且つ動作中に僅かな程度だけ変動するよう、前記中間スペースのガス内圧を制御し、これによって、前記ガス供給源に存在する圧力変動が、前記圧力チャンバに伝わるのを防ぐことを特徴とする支持装置。
2. 請求項１に記載の支持装置において、前記中間スペースが、前記ガス供給源を前記絞りに接続するための接続チャネルを具えることを特徴とする支持装置。
3. 請求項１又は２に記載の支持装置において、前記中間スペースのガス内圧を制御するための前記手段が、当該ガス内圧を測定するための圧力センサと、前記ガス供給源と前記中間スペースとの間に配置された制御可能なガスバルブと、前記圧力センサによって測定された前記ガス内圧の作用に応じて前記ガスバルブを制御するための電気コントローラとを具えることを特徴とする支持装置。
4. 請求項１、２又は３に記載の支持装置において、前記圧力チャンバが、当該支持装置の中間部分の円筒状内壁と、前記支持方向に対して平行な前記中間部分で変位可能であって、静圧型ガスベアリングによって前記中間部分に対して前記支持方向に垂直に支持されるピストンとにより限定され、当該静圧型ガスベアリングが前記中間部分の内壁と前記ピストンの外壁との問に位置すると共に、前記中間部分を前記第１の部分によって前記支持方向に対して平行に支持し、前記ピストンを前記第２の部分に固着し、前記静圧型ガスベアリングに、前記圧力チャンバに接続されたガス供給チャネルを設けることを特徴とする支持装置。
5. 請求項４に記載の支持装置において、前記中間部分を、他の静圧型ガスベアリングにより支持方向に対して平行な前記第１の部分に対して支持し、当該他のベアリングにより前記中間部分を前記第１の部分の支持表面上で案内し、これにより当該中間部分を前記支持方向に対して垂直に変位可能とし、前記他の静圧型ガスベアリングに、前記圧力チャンバに接続された他のガス供給チャネルを設けることを特徴とする支持装置。
6. 放射線源と、マスクホルダと、主軸を具える合焦ユニットと、前記主軸に対して垂直なＸ方向と平行な方向と、前記Ｘ方向及び前記主軸に対して垂直なＹ方向とにおいて、前記合焦ユニットに対し変位可能な基板ホルダを有する位置決め装置と、少なくとも合焦ユニットを支持方向に対して平行な方向に支持するフレームと、それぞれ前記支持方向と平行に指向された支持力を前記フレームに作用させる少なくとも３個の支持装置により前記フレームを支持する基部とを具えるリソグラフ装置であって、各支持装置が請求項１、２、３、４又は５に記載の支持装置であることを特徴とするリソグラフ装置。

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