JP4805740B2 - 振動に敏感な要素を支持する支持装置 - Google Patents

Description

本発明は、基部に対して荷重を相対支持する支持装置、振動に敏感な装置を担持する荷重担持組立体、計測ツール（計測装置）、及びリソグラフィツール（リソグラフィ装置）に関する。

一般的に、基本的なリソグラフィ／計測ツールは、ベースフレーム及びペイロードを常に備える。ベースフレームは、床又はプラットフォームに固定される。ペイロードとは、ステージ、ビーム、レンズ、及び測定装置等の振動に敏感な部品を支持するフレームである。支持装置は多くの場合、ベースフレームとペイロードとの間に配置される。その限りにおいて一般に、支持装置は少なくとも２つの機能を有する。支持装置は、一方ではペイロードを支持し、他方ではペイロードを免振させる。ベースフレームの振動は、ステージの反力、音響、材料処理システム、管、及びポンプ等、あらゆる種類のリソグラフィ／計測装置それ自体が誘発する力を原因とする。ベースフレームは床又はプラットフォームに配置されるため、振動は、床に存在する振動の影響下にある基部にも発生することになる。各支持装置を有するこのようなリソグラフィ装置は、たとえば、米国特許第６，２２６，０７５号から知られている。

そこに開示されるリソグラフィ装置は、第１の部分、第２の部分、及び第２の部分を第１部に対して支持方向に平行に支持する気体バネが設けられた支持装置を備える。気体バネは圧力室を備え、当該圧力室は中間部に設けられ、ピストンによって区分され、当該ピストンは、支持方向に平行して中間部に変位可能であり、静的（固定）気体ベアリングにより支持方向に垂直に支持される。したがって、支持方向に平行な支持装置の剛性は、全体的としては、気体バネの剛性によって概略決まる。
米国特許第６，２２６，０７５号

既知の種類の支持装置には以下の欠点がある。
・オープンガス（開放ガス）システムであり、漏れがある。静的（固定式）気体ベアリングは、空気供給ユニットからの連続した気体流を必要とする。
・このシステムは、リソグラフィ／計測ツールのウェハ及びその他の汚染に敏感な部分/要素のための汚染を防止するために、超微細（＜０．００３ｕｍ）粒子フィルタを有する必要がある。
・既知のシステムに対して大きな変更を行わずして、真空用途で使用することができない。
・使用される気体ベアリングは、高精度部（許容範囲はおよそ＋／−１μｍ）を必要とする。
・気体ベアリングは、汚染に非常に敏感である。

現在の技術水準の支持装置のこれら及び他の欠点は、本発明の主目的に繋がるものであり、本発明の主目的とは、特に、真空環境において問題なく使用可能であり、それにも関わらず、支持方向に平行な方向及び支持方向に垂直な方向において可能な限り低い剛性を提供し、簡素化され、信頼性のある構造を有する支持装置を提供するということである。

本発明の他の目的は、支持装置、並びに荷重担持組立体及びそれによって支持されるリソグラフィツール又は計測ツールの部品を有するフレームのそれぞれにより形成された質量バネ系が、支持方向に平行な方向及び支持方向に垂直な方向において可能な限り低い固有振動数を有するリソグラフィ又は計測ツールを提供することである。

かかる問題に対する本発明の解決策は、請求項１記載の基部に対して荷重を相対支持する支持装置、請求項２２記載の振動に敏感な装置を担持する荷重担持組立体、並びに請求項２５及び２６記載の計測装置又はリソグラフィ装置により得られる。

さらなる改良及び有利な発展が、各従属クレーム部分を構成している。

本発明の一態様は、概略的には、基部に対して荷重を相対支持する支持装置に関するものであり、該支持装置は、荷重側部分と、基部側部分と、荷重側部分に支持を与え、ひいては基部側及び荷重側を基準にして支持方向を規定する中間部分とを備え、該中間部分は室壁で囲まれた圧力室を備え、支持方向に平行に変形可能で支持方向に垂直に実質的に変形しないように設けられ、且つ、支持方向に直交する２つの垂直軸をまわりに屈曲(bending)することができるように設けられ、荷重側部分よりも基部側部分の近くに配置される部分を少なくとも室壁が備えている。

本発明の支持装置により、かなり有利な、可撓性のある圧力室が提供され、これは、基部から荷重側部分への、支持方向に平行な方向における振動の伝達を防ぐために要求されるすべてのニーズを満たす。

本発明の支持装置の支持方向に平行な絶縁特性又は剛性は、単純に、気体、たとえば空気のような好適に圧縮可能な媒質である流体と、圧力室内での流体の圧力と、支持方向に平行に実質的に変形可能であり、支持方向に対して垂直に変形不能であり、支持方向に直交する２つの垂直軸まわりにたわむことができるように設けられた室壁の部分の可撓性又は剛性とによって決まる。

本発明によるさらなる態様によれば、圧力室は、第１の端部及び第２の端部を有する流通圧力室を含むか、又はこの流通圧力室から成り、それにより、上部圧力室が流通圧力室の第１の端部に設けられる。この上部圧力室は、支持方向において基部側部分から見て流通圧力室の第２の端部の上方に配置される。好ましくは、この種の実施形態では、流通圧力室は、支持方向に平行に変形可能であり、支持方向に対して垂直に実質的に変形不能であり、支持方向に直交する２つの垂直軸をまわりに撓む（屈曲する）ことができる壁を備える。

上部圧力室に加えて、本発明の圧力室は、流通圧力室の第２の端部に設けられ、流通圧力室と連通接続する下部(base)圧力室をさらに備えることができる。異なる室を設けることにより、本発明の圧力室にモジュール特性が与えられ、これにより、異なるリソグラフィ装置又は計測装置の個々のニーズに基づく支持装置の製造が可能になる。

本発明はさらに、流通圧力室が、ダイアフラムの如くような構造を備え、それにより、驚くほど簡易且つ実用的な構造で、金属ダイアフラムベローズを使用できることが提供される。このようなベローズを使用して、漏れがまったくなく、したがってあらゆる種類の気体供給源又は流体供給源から独立した非常に堅牢なシステム又は支持装置を提供することができる。別の利点は、金属ベローズが規定された剛性又は規定可能な剛性を有することである。

好ましくは、ダイアフラムベローズは、内側及び外側が共に縁溶接されたダイアフラムリングから成る。ベローズは、真空アルミニウムナイフエッジシール、溶接、又は他の任意の種類の漏れなしシーリングにより上部圧力室及び下部圧力室に取り付けることができる。

本発明によるさらなる態様は、追加的な、特に外部の容積又は室が圧力室又は下部室に接続される場合に提供される。好ましくは、この外部室は、オプションとして、圧力室に選択的に接続することができる。外部室は、流体圧力室の総容積を大幅に増大させる。本発明の圧力室にもたらされる流体は、適切な気体とすることができる。したがって、追加容積は、気体バネの剛性を制御する、特に気体バネの剛性を低減するための或る種のガスバッファである。圧力室を追加容積に接続するために、供給管路が設けられ、供給管路を通して、圧力室にさらなる流体、たとえば気体を供給することができる。供給管路は、追加容積と下部室との間のいわゆるヘルムホルツ共鳴振動を阻止するのに十分に大きな直径又は、ヘルムホルツ共鳴振動を阻止するのに十分に大きな断面表面を有するべきである。

適切な圧力供給源と共にさらなる供給管路を設けて、圧力室に、たとえば、規定の圧力まで気体を供給することができる。既知のシステムと異なり、本発明の支持装置による供給管路は、圧力室に、たとえば気体が完全に充填された後に閉じることができるため、支持装置は圧力供給の変動の影響を受けなくなる。本発明のシステムは自己完結型である。さらに、供給管路から圧力室への固有の気体流雑音が阻止される。

しかし、もちろん、本発明では、他の又は逸れた利点を有する他の制御戦略も可能であり、これらについては以下の説明から明らかになる。

その限りにおいて、本発明の支持装置は、制御され、且つ／又は調整された圧力供給源の場合であっても、従来技術による解決策よりも改良された挙動を示す。これは、本発明の支持装置の容積の密閉特性又は閉鎖性のためであり、これは流れの低減、ひいては圧力変動の制限に繋がる。

したがって、流体を封入する圧力室に圧力を供給する手段を提供することもまた本発明の範囲内にある。支持装置内の圧力が変更可能なことには、支持装置を異なるペイロードに容易に適合させることができるという利点がある。さらに、圧力が変化すると、ペイロードのホバリング高さも変化するため、以下説明するように本発明の支持装置に取り付けて特定の静的力を相殺することができるローレンツ力アクチュエータの力に対するあらゆる必要性を制限することができる。

必要に応じて、種々の圧力供給手段を本発明により適用することが可能である。たとえば、低重量及び低圧力、たとえば０〜８バールの範囲の圧力の従来の概念では、通常のサーボ弁のような通常の圧力発生・調整手段を使用することができる。さらに、流体又は気体の圧力をさらに制御するために、圧力室に供給する供給管路に制限を課すことができる。

さらに、たとえば、支持されるペイロードが大きすぎる場合、又は、支持装置の面積が小さすぎるというようなサイズ要件の場合、本発明の支持装置の圧力室内の圧力を微調整する、より高度な手段を、本発明により適用することができる。その限りにおいて、圧力を低圧から高圧に変換する手段を提供することは本発明の概念の一部である。この手段の目的は、加圧して一杯に詰め込んだ圧力室に高圧を提供することである。本発明によれば、このような加圧器は低圧側及び高圧側を備え、それにより、低圧側を通常の圧力調整弁で容易に調整することができる。こうして、ペイロードを事実上、十分な精度でマイクロメートル安定高さに保てるようにする手段が提供される。

この点に関して、本発明は、ある容積を包含する圧力供給室が設けられた本発明の圧力発生手段及び圧力室の容積を低減する手段の実施の形態をさらに含む。圧力供給室内には、高圧が提供される。圧力供給室は、管路を介して支持装置の圧力室に接続される。圧力供給室の可能なさらなる改良では、小型開口が設けられ、この開口がプランジャを圧力供給室の容積内に案内する。こうして、プランジャは圧力供給室容積内に移動して容積を低減し、室内の流体を圧縮し、圧力供給室内及び圧力室内の圧力の上昇をもたらすことができ、又は圧力供給室容積外に移動して圧力を下げることができる。この移動において、制御手段、たとえばサーボ系によってプランジャを制御することができる。

本発明の支持装置は、有利なことに、支持装置の荷重部分を上部圧力室に接続する接続部材も備える。本発明によれば、接続部材は、支持方向に対して平行な方向には変形せず、支持方向に直交する２つの垂直軸まわりに屈曲することができる。このため、たとえば、それぞれ金属及び鋼鉄で作られた弾性ヒンジを使用することができる。これは特に簡易且つ実用的な構造であるため、本発明の支持装置の全体的に有利な堅牢な設計に付随する。

弾性ヒンジの使用により、上部圧力室の回転軸まわりの支持方向に垂直な回転振動の伝達が阻止され、圧力室及び上部圧力室はそれぞれさらに、縁溶接ベローズ及び下部室を介してベースプレートに機械的に接続されているため、弾性ヒンジは、支持方向に垂直な回転軸まわりのベースプレートの回転振動の伝達を防止する。

さらに、有利なことに、支持方向に垂直な剛性を、支持方向に直交する２つの垂直軸まわりの接続部材及び可撓性室壁の両方の回転剛性と、支持方向に平行な方向におけるこれら２つの旋回点間の距離と、支持方向に垂直に作用する一次元バネと共にペイロードの重量とにより特に良好に求めることができる（以下参照）。

支持方向に平行な方向における剛性又は本発明の支持装置の固有振動数を制御する、又は最適化することに加えて、有利なことに、圧力室を負の剛性モジュールにリンクする、すなわち結びつけることが提供される。このようなモジュールは、欧州特許出願ＥＰ １ ３５９ ３４１ Ａ２に開示されており、これを参照により本明細書に援用する。好ましくは、負の剛性装置又はモジュールは、支持方向に平行な方向において圧力室に並列にリンク又は接続される。負の剛性装置の下側（底部側）は、支持装置の基部側部分に接続され、負の剛性装置の上側は、支持装置の上側部分に接続される。好ましくは、圧力室の剛性は、回転剛性がもたらされないように、負の剛性装置の負の剛性と同じ、支持方向に平行する軸に沿って作用する。

本発明の別の実施の形態に関して、本発明の支持装置が、好ましくは、一対のローレンツアクチュエータ又はモータを本発明の支持装置のそれぞれに備えることが提供され、したがって、３つの支持装置が使用される場合には総計で最少６つのローレンツモータが適用される。ローレンツモータは、特に、支持方向及び支持方向に垂直な方向において機能するように支持されている。もちろん、更なるモータ力が必要な場合には、上記で述べたモータに平行に作用する追加のモータを配置してよい。ローレンツモータは無接触であるため、下部からのいずれの振動も上部に伝達しない。ローレンツアクチュエータは、変位、回転、及び旋回運動を防止又は制限するように作用することができる。

このために、特に、上述したように圧力供給管路が閉じられ、且つシステムが自己完結型である場合、本発明は、ローレンツアクチュエータと共に、本発明の支持装置に加えられる追加の静的力、圧力室内の流体又は気体の温度変化、及び／又はペイロードに作用する環境圧の変化に対する制御を提供する。通常動作中、支持装置が、荷重部への下部の全方向における振動及び回転の伝達を防止する場合、ローレンツモータは、たとえば音響力のような外乱力、ケーブルから発生する寄生力、及びステージの残留力に対処する。さらに、それらの場合において、垂直制御力が静止部、又は０．００２Ｈｚよりも小さい、若しくは０．００１〜０．０１Ｈｚの周波数を有する準静止部から成る場合、上記したのとは異なり、非常に少ない気体量で長期にわたり（２分又はそれ以上）気体を吸気又は排気する。非常に少ない量しか長期にわたって吸／排気されないため、これは、支持方向に平行な方向におけるペイロードと基部との相対位置の非常に低い程度の、すなわち準静止的な変化以外はペイロードの追加的振動（自励）をまったくもたらさない。その結果、静止直流によるエネルギー散逸が可能な限り阻止される。

上述した静的力の制御戦略は、たとえば、２つの並列制御ループにより実現することができる。第１の制御ループはローレンツモータを使用しており、第２の並列ループは、圧力室内の圧力を制御可能な圧力弁を使用している。ローレンツ制御ループの静的ゲインは制限され、並列動作する圧力ループの静的ゲインよりもはるかに低い。理論上、圧力ループの静的ゲインは、純粋な積分動作が準静的周波数領域で使用されるため無限である。その結果、圧力ループは常に、ローレンツモータから静的力を受け継ぐため、エネルギー散逸が阻止される。

本明細書において上述した圧力弁を有するよりオープンなシステムを使用する場合、一般に、最大で０．１ＨｚまでのＤＣでの高さ／圧力制御がサーボ弁により行われることに留意されたい。この制御動作では、積分動作が適用される。したがって、気圧力学が静的且つ非常に低い外乱に対処し、支持方向におけるローレンツアクチュエータが低い程度から中程度の外乱に対処する。この構成では、力のＤＣ（直流）一定部がローレンツアクチュエータから自動的に除去される。

本発明のさらなる態様によれば、支持方向に垂直に荷重側部分で作用するとともに、３つすべての横方向自由度がカバーされるように互いに対して作用する、たとえば互いに１２０度の角度を有する少なくとも３つの一次元バネにより、追加の正の剛性が、本発明のシステム（少なくとも３つの本発明の装置から成る）に提供される。好ましくは、各支持装置は、これらの一次元バネのうちの、互いに垂直な方向に作用する２つを備える。有利なことに、これらのバネの剛性は容易に調整することができる。さらに、好ましくは、一次元バネは、他のすべての５自由度において非常に低い剛性を有する。これらの一次元バネの実際の位置は、荷重側部分に平行であり、すなわち、支持方向に垂直である。有利なことに、これら一次元バネを使用して、支持方向に垂直な方向における剛性及び固有振動数を最適化することができる。

本発明の上記及び他の目的及び利点が、以下の明細書、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。本発明の特定の実施の形態が本発明の制限としてではなく例示としてのみ示されることが理解されよう。本発明の原理的特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく各種実施の形態で用いることができる。

図１は、リソグラフィ／計測装置１の基本的なレイアウトを示す。このような装置１はベースフレーム２及びペイロード３を常に備える。ベースフレーム２は床４に固定される。ペイロード３とは、ステージ、ビーム、レンズ、及び測定装置等の振動に敏感な部品（図示せず）を支持するフレームである。支持装置５が、ベースフレーム２とペイロード３との間に配置される。支持装置５は、ペイロードを縦（鉛直）方向及び横（水平）方向において支持する。支持装置５の最小数は３である。しかし、ベースフレーム２が、床４に或る種の支持装置を介して接続されたプラットフォームに固定される他の基本的なレイアウト構成も可能である。真空用途の場合、支持装置５は真空室（図示せず）内に配置することができる。

ベースフレーム２の振動は、ステージの反力、音響、材料処理システム、及びポンプ等、あらゆる種類のリソグラフィ／計測装置それ自体が誘発する力を原因とする。ベースフレーム２は床又はプラットフォーム４に配置されるため、振動は、床４に存在する振動の影響下にあるベースフレーム２にも生じることとなる。ベースフレーム２に存在する振動の、支持装置５を通してのペイロード３への伝達は、動作中に可能な限り阻止されなければならない。これは、ペイロード３が振動に敏感な部品を支持しているため、またこういった部品の振動精度に対する要件が非常に厳しいためである。支持装置５にはこのために、ベースフレームからペイロードへの振動の伝達を阻止する手段が設けられ、この手段についてはより詳細にさらに後述する。

図２ａは、図１のリソグラフィ装置又は計測装置１に使用するための本発明による支持装置５の概略断面図であり、図２ｂは、本発明の支持装置の斜視図である。両方の図は、リソグラフィ／計測装置のベースフレーム２（図２ｂに図示せず、図１又は図２ａを参照）に固定することができる、ベースプレートと呼ばれる第１の部分６、リソグラフィ／計測装置１のペイロード３（図２ｂに示さず、図１又は図２ａを参照）に固定することができる、トッププレート７と呼ばれる第２の部分を示す。

図２ａ及び図２ｂの支持装置は、垂直支持方向に平行に向けられた支持力によりベースプレート６に対してトッププレート７を支持する気体バネ（gas spring）８を有する。

気体バネ８は圧力室８を備え、圧力室８には動作中、比較的高い気体圧が存在する。室壁に囲まれた圧力室８は、第１の室すなわち上部室８ａ又は主容積部８ａ、流通室８ｃ又は縁溶接ベローズ８ｃ、及び第２の室すなわち下部室８ｂ又は下部容積部８ｂ（図２ｂに示さず、図２ａを参照）及びオプションとして追加容積部８ｄから成る。

主容積部８ａは、異なる断面のものであってもよい。たとえば、図２ｂに表すように、円形の断面又は矩形の断面であってもよい。主容積部８ａの底部すなわち下側には、縁溶接ベローズ８ｃが漏れなしシーリングを介して取り付けられる。縁溶接ベローズ８ｃの下側は、漏れなしシーリングを介して下部容積部８ｂ（図２ｂに示さず）に取り付けられる。オプションとしての追加容積部８ｄが、接続管路８ｅ（図２ｂに示さず）を介して下部容積部８ｂと連通している。接続管路８ｅは、追加容積部８ｄと下部容積部８ｃとのいわゆるヘルムホルツ共鳴振動を回避するのに十分に大きな直径（又は、ヘルムホルツ共鳴振動を回避するのに十分に大きな断面表面）を有するべきである。

追加容積部８ｄの使用により、気体バネ８の容積が実質的に増し、したがって支持方向に平行な気体バネ８の剛性が低くなる。

縁溶接ベローズ(edge welded bellow) ８ｃは好ましくは、金属で作られる。縁溶接ベローズ８ｃの、支持方向に平行な方向の機械的な剛性は、比較的小さく、ベースフレーム２の振動振幅の範囲内において線形性が非常に高い。縁溶接ベローズ８ｃは、支持方向に垂直な方向には実質的に変形せず、支持方向に直交する、互いに直交する２つの屈曲軸(bending axis)まわりに屈曲(bending)可能とされている。金属ベローズ８ｃには、典型的には、たとえばゴムダイアフラムの剛性特性よりもはるかに低い既知の剛性特性を全方向において有するという利点がある。これにより、６バール未満の動作圧で３，０００ｋｇ未満のペイロードの場合に１Ｈｚ未満の固有振動数を有する振動絶縁（免振）系の設計が可能になる。縁溶接ベローズ８ｃは特に簡易且つ実用的な構造であるが、漏れがなく、支持方向に垂直には実質的に変形せず、支持方向に垂直な、２つの相互に垂直な屈曲軸まわりに屈曲する（撓む）ことができる他の装置を使用することも可能である。もちろん、説明した実施形態は本発明により可能な各種実施形態の一例にすぎないことが当業者には明らかである。したがって、たとえば、ベローズ８ｃの形態に応じて、より高い又はより低い圧力が必要になり得ることが明白である。たとえば、８バール及び０．７Ｈｚで動作する異なるベローズの場合、約６，６００ｋｇの重量を支えることができる。

本発明による支持装置５は、支持方向に平行な方向においては、気体バネ８の剛性及び縁溶接ベローズ８ｃの機械的な剛性によって定まる剛性を有する。その結果、本発明によるリソグラフィ／計測装置１内の質量バネ系は、その内部に使用される本発明による支持装置５により、及び、リソグラフィ／計測装置１の振動に敏感な部品を有するペイロード３により形成され、支持方向に平行な方向において低い固有振動数を有するため、ベースフレーム２からペイロード３への支持方向に平行な方向における振動の伝達が、可能な限り阻止される。

しかし、所望であれば、好ましくは適切な負の剛性モジュールに並列に気体バネ８及び縁溶接ベローズ８ｃを、剛性を低減するように適宜組み合わせた場合に、すでに述べたものよりもさらに低い、支持装置５の支持方向に平行な方向の剛性を実現することが可能である。この点に関しては図３に概略的に示されており、バネ／負の剛性モジュール２３が、気体バネ８及び縁溶接ベローズ８ｃに並列して結合されている。適用可能な負の剛性モジュールが、欧州特許出願ＥＰ１ ３５９ ３４１ Ａ２に開示されており、これを参照により本明細書に援用する。したがって、本発明によれば、可能な限り低い固有振動数を有するリソグラフィ／計測装置１を構成することができる。こうして、ベースフレーム２からペイロード３への支持方向に平行な方向における振動の伝達は、可能な限り阻止される。

しかし、負の剛性モジュールを気体バネ８に追加してベローズ８ｃ及び気体バネ８の剛性を除去／低減することができたのと同様に、正のバネ２３を本発明の支持装置に追加することも可能である。後者は、ペイロード３を支持している気体バネ８に隣接して追加することにより、気体バネ８内に必要な必要圧力を制限することができるため、圧力にわずかに関連するだけである。追加のバネ２３は、任意の適した材料からのコイルバネ又は板バネであることができる。荷重３の一部は、追加のバネ２３によって担持され、荷重３の他の部分は気体バネ８によって担持される。バネの種類、初期長、及び他の特性を慎重に選定することにより、気体バネ８内の圧力が適切な範囲にあるように、重量を分散させることができる。このバネ要素２３は、図３に示すように、気体バネ８の空気容量部に並列に接続される。バネ８の剛性及び荷重担持容量は、たとえば負の剛性モジュールを含むシステム全体の固有振動数が、必要な絶縁性能を得るのに十分に低くなるように選択される。

図２ａにおいて、本発明による支持装置５が、弾性ヒンジ９と呼ばれる接続部材によりトッププレート７に固定されている。この弾性ヒンジ９は、支持方向に平行な方向には実質的に変形せず、支持方向に垂直な方向であって、２つの相互に垂直な屈曲軸(bending axis)まわりに屈曲(bending)することができる。弾性ヒンジ９の使用により、支持方向に垂直な方向における、回転軸まわりの主容積部８ａの回転振動の伝達が阻止される。主容積部８ａはさらに、縁溶接ベローズ８ｃ及び下部容積部８ｂを介して、ベースプレート６に機械的に接続される。その結果、弾性ヒンジ９は、支持方向に垂直な、回転軸まわりのベースプレート６の回転振動の伝達を阻止する。好ましくは、弾性ヒンジ９は鋼鉄で作られる。このような種類のヒンジ９は簡易且つ実用的な構造であるが、支持方向に平行な方向には実質的に変形せず、支持方向に垂直な、２つの相互に垂直な屈曲軸をまわりに屈曲することができる他の装置を使用することも可能である。

図２ａ又は図２ｂに示された実施形態は、一対の支持部材１０（図２ｂ）、３つのローレンツモータ又はアクチュエータ１２（図２ｂの１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）、及び水平方向及び垂直方向において測定を行う一対の位置センサ１１（図２ｂに示さず）を備える。図２ａには、概略的にアクチュエータはまとめて１２で示される。図２ｂは、３つすべてのアクチュエータを表し、２つのアクチュエータは水平モータ１２ａ、１２ｂであり、すなわち、水平方向で動作し、１つアクチュエータは垂直モータ１２ｃであり、すなわち垂直方向で動作する。予想される力に応じて時に、たとえば、同じ方向（たとえば、支持方向に垂直）で動作する２つのモータを使用することが適切な場合があり、支持方向に平行な２つのモータを使用することが適切な場合もある。１つの支持装置５当たりのモータ１２の最小数は２であり、実際の最大数は約８であることが確認されている。１つの支持装置でのこれらのアクチュエータ１２は、２つ以上の方向で動作することができる。しかし、各支持装置に２つのアクチュエータを有する最小数の場合では、アクチュエータは、支持方向と平行に、且つ支持方向に垂直に動作しなければならない。３つのアクチュエータが存在する場合、アクチュエータをすべて互いに垂直に取り付けることを選択することができ、この場合、１つが支持方向で動作する。

ローレンツモータ１２は無接触であるため、このようなローレンツモータは、ベースプレート６からのいかなる振動もトッププレート７に伝達しない。支持装置のローレンツアクチュエータ１２は、ベースフレームに対するペイロードの変位、回転、及び旋回運動を阻止又は制限するように作用することができる。ローレンツのようなモータが、たとえば、米国特許第４，７９６，８７３号に開示されており、これを参照により本明細書に援用する。ローレンツモータを使用して、長期にわたる長期ＤＣ（直流）力を受けるすべての力を相殺し、万が一、長期ＤＣ力が発生した場合には、特殊な弁により非常に少ない量のガスを非常に長い期間にわたって吸／排気することになる。この問題は、この説明内の後の別セクションのテーマである。

ローレンツアクチュエータ１２を設けることにより、本発明の支持装置は、ペイロードに対して力が追加されることに関する変化に適応できるようになる。

圧力室８を充填するために、本発明の支持装置を、接続管路又は気体供給管路（両方とも図２に示さず）を介してコンプレッサに接続することができる。圧力室８に気体を完全に充填した後、供給管路は閉じられるため、支持装置１は圧力供給の変動の影響を受けなくなる。また、供給管路から圧力室への固有の気体流雑音が阻止される。

通常動作中、支持装置が、ベースプレートの全方向における振動及び回転がペイロードに伝達しないようにする場合、ローレンツモータ１２は、音響雑音(acoustic noise)のような外乱力並びにステージ及び他のモータからのあらゆる種類の残留力を相殺する。ローレンツモータの力が静止部（モータコイルを通る直流）から成るとすぐに、気体が非常に少ない量で長期にわたり（２分又はそれ以上）吸気又は排気される。非常に少ない量が長期にわたって吸／排気されるため、これは、支持方向に平行な方向におけるペイロードとベースフレームとの相対位置の非常に低い程度の、たとえば準静的過程の変化以外はペイロードの追加振動（自励）をまったくもたらさない。その結果、ローレンツモータを通る直流によるエネルギー散逸が可能な限り阻止される。

これより、図４ａ及び図４ｂを図２と併せて参照する。図４ａは、トッププレート７を外した後の本発明の支持装置５の上面図を示す。図４ｂは、図２による実施形態の概略的な断面側面図である。ここで、主容積部８ａは直線で描かれ、主容積部８ａが、弾性ヒンジ９、及び縁溶接ベローズ８ｃにより形成される連結部８ｃに対して倒立振り子(invertedpendulum)を形成することを示している。明確にするために、両方とも支持方向に平行に作用する気体バネの剛性及び流通圧力室の剛性は、この図面４ｂに含まれていない。縁溶接ベローズ８ｃ及び弾性ヒンジ９は、支持方向に垂直な、２つの相互に直交する屈曲軸まわりに屈曲することができる。主容積部８ａは、図４ｂでは全方向において実質的に変形しない要素として表されている。

重力がない場合、トッププレート７とベースプレート６との間の、支持方向に垂直な方向における剛性は小さくなり、正の符号を有することになる。重力は、トッププレート７とベースプレート６との間の、支持方向に垂直な方向に負の剛性を発生させる。この負の剛性は、ペイロードの質量に重力加速度を乗算し、その後、この解を、弾性ヒンジ９の連結部と縁溶接ベローズ８ｃにより形成される連結部との間の支持方向における距離で除算することにより算出することができる。実際の値では、トッププレート７とベースプレート６との間の、支持方向に垂直な方向における全体の剛性は負になる。

負の剛性は、互いに垂直方向に作用する２つの一次元バネ１１ａ、１１ｂにより相殺することができる。一次元バネ１１ａ、１１ｂはそれぞれ、支持方向に垂直な方向において調整可能な剛性を有し、他のすべての５自由度において非常に低い剛性を有する。各一次元バネは、トッププレート７と支持部材１０の間に、支持方向に垂直な方向に配置される。一次元バネ１１ａ、１１ｂの接続点は、一次元バネの調整可能なバネ剛性の方向においては実質的に変形しない連結部１３、１４、１５である。図４ｂに略図で示すこれらの一次元バネの実際の位置は、トッププレート７に平行である。２つの一次元バネ１１ａ、１１ｂは、互いに対して相互に垂直に、且つ支持方向に垂直に作用する限り、支持方向に平行な軸まわりに回転してもよい。支持方向に垂直な方向における全体の剛性は、負の倒立振り子剛性が２つの一次元バネによって相殺されるため正になる。

図４ｃは、図２ｂの正面斜視図を示す（トッププレートは、明確にするために透明になっている）。その図から、より詳しく、本発明の支持装置５内の一次元バネ１１ａ及び１１ｂの配置及び据え付けを見ることができる。バネ１１ａ、１１ｂは両方とも、ローレンツモータ１２とは逆のベースプレート６の角の調節ロッド１６に取り付けられる。さらに、バネ１１ａ、１１ｂは、気体バネ８の上部の、ヒンジ９付近のポイントに固定される。

図５からわかるように、本発明のバネ１１（１１ａ、１１ｂ）は、本質的に３つの部分から成る。すなわち、屈曲部分（撓み部分）１７、板バネ部分１８、及びバネを調整ロッド１６に固定するための調整部材１９である。屈曲部分１７は、支持方向に垂直な方向における剛性が非常に高いものが選択される。板バネ部分は、互いに平行な２つの板バネ２０ａ、２０ｂを含む。板バネは、第１の接続部材２１及び第２の接続部材２２により共にネジ留めされる。第２の接続部材２２はベースプレート６に固定することができ、そのようにして、バネ１１（１１ａ、１１ｂ）を組み込んだ状態でさらなる支持を付与する。第１の接続部材２１は、屈曲部分１７と板バネ部分１８とが互いに直交するように屈曲部分１７を板バネ部分１８に接続する。調整部材１９は、板バネ２０ａ、２０ｂを調整ロッド１６に接続する。これは一種のクランプであり、板バネ２０ａ、２０ｂを挟むと共に調整ロッド１６を囲み、それによって板バネ２０ａ、２０ｂの屈曲点(bending point)、調整部材１９と第１の接続部材２１との間の板バネ２０ａ、２０ｂの長さが画定される。したがって、板バネ２０ａ、２０ｂの剛性及びバネ１１の剛性は、調整部材１９をロッド１６上で移動させることによって調整することができる。

本発明の支持装置に組み込まれる場合、屈曲アーム又は部分１７ａ及び１７ｂはそれぞれ、上面に平行且つ支持方向に垂直に互いに直交して配置される。逆に、板バネ部分１８は支持方向に沿う。

支持方向に垂直な倒立振り子の負の剛性を相殺する代替の方法を、３つ以上の支持装置が図１に示されたシステム構成に使用される場合に提供することができる。上述した３つの一次元バネを使用して、負の剛性を相殺することが可能である。

その結果、本発明によるリソグラフィ／計測装置内の質量バネ系は、その内部に使用される本発明による支持装置により、またペイロードによって支持されるリソグラフィ／計測装置の振動に敏感な部品を有するペイロードにより形成され、支持方向に垂直な方向において非常に低い固有振動数を有するため、ベースフレームからペイロードへの支持方向に垂直な方向における振動の伝達が、可能な限り阻止される。さらに、支持方向に垂直な方向における固有振動数は、支持方向に垂直な方向における２つの一次元バネ剛性により調整可能である。

図６ａは、接続管路８ｅ’を介して絞り２４を通り、圧力調整サーボ弁２５を介して圧力供給装置２６に接続された本発明の気体バネ８を表す。したがって、接続管路８ｅ’内の絞り２４は、気体バネ８とサーボ弁２５との間に、気体バネ８、サーボ弁２５、及び圧力供給源２６と直列に配置される。圧力供給源２６は、気体バネ８に加圧気体又は任意の種類の適切な流体を供給するために設けられる。これら要素は、図２ａによる追加空気容積部８ｄに接続することもできる。

気体バネ８内の圧力に気体バネ８の断面積を掛けると、各支持装置５の支持力が与えられる（図１及び図５を参照）。サーボ弁２５により圧力を変えると、小さな圧力変化により、小量の流体が絞り２４を通して気体バネ８／支持装置５に流入する、又は気体バネ８／支持装置５から流出することになる。これは、トッププレート７上のペイロード３のホバリング高さを変える（図２ａを参照）。これは、本発明の支持装置にも取り付けられたローレンツ力アクチュエータ１２（図２ａ、図２ｂを参照）に必要な力を低減する。

本発明の支持装置５、又は縁溶接ベローズ８ｃ（図２ａ）を含む気体バネ８の閉鎖性により、本発明の支持装置は従来技術によるシステムよりも圧力変化の影響をはるかに受けにくい。

直前の諸段落において述べた構成は、適用されるサーボ弁に応じて、制御電圧０〜１０ボルトを用いて圧力０〜８バールでの使用に適している。しかし、これでは十分ではない用途もありえる。これは、被支持システムの質量が大きすぎる場合、又はサイズ要件が、支持装置の面積が小さくなりすぎるようなものである場合であり得る。通常の高圧調整技法は、荷重を１μｍ安定高に保持するために要求される精度を提供しないであろう。したがって、本発明は、圧力又は容積を微調整して最適な位置安定性を得ることも包含する。このために、図６ｂ及び図６ｃに示す２つの実施形態について以下説明する。

図６ｂは、図６ａに関連して説明した気体バネ８と圧力調整弁２５の間に配置することができる加圧器３１を示す。加圧器は、片側の小型プランジャ２９及びその反対側の大型プランジャ３０から成る。これらの間には、油圧油又は剛性接続部３５のような、適切な非加圧媒質が存在する。大型プランジャ３０のある側は、低圧側３８である。小型プランジャ２９がある側は、高圧側２７である。低圧側の圧力は、図６ａに関連して説明した通常の圧力調整器を使用して制御することができる。面積の違いにより、低圧側３８と高圧側２７の間での圧力倍率がある。このようにして、圧力を最大で２０バール、またそれ以上の非常に高い圧力レベルで非常に精密に制御することができる。プランジャ２９、３０のシール及び案内は、ベローズにより行うことができる。これらの要素は（高）圧力に耐えることができ、摩擦がないため、非常に細密且つリニアーな制御を提供するとともに、加圧器の高圧側及び低圧側からのすべての漏れを防止する。

図６ｃは、特に高圧での微調整に関する代替を示す。図６ｃによれば、圧力供給室又は容積部３２が設けられる。圧力供給室は開口部３６を有し、開口部３６において、プランジャ３３が少なくとも部分的に案内される。その他の要素に対して小さな面積を有するプランジャが容積部３２に移動すると、本発明の支持装置５及び気体バネ８のそれぞれの総容積が変化する。プランジャ３３の面積を小さく保つことにより、プランジャ３３が小量移動する場合に非常に小さな容積変化が実現する。プランジャ３３は、任意のサーボ系を使用して制御することができる。コントローラ３４による閉ループ制御下にあるラック、ピニオン、及び回転モータ（図６ｃに示さず）が適する。長ストロークローレンツアクチュエータ等のリニアアクチュエータがこれを制御することができる。プランジャの位置コントローラへの制御信号が、圧力供給室８及び支持装置の容積を制御し、ひいてはペイロード３（図１及び図２ａを参照）の高さを制御する。プランジャ３６は、縁溶接ベローズ（図６ｃに示さず）によりシール及び案内することができる。これは、移動中の摩擦及びシステムの漏れを防止する。

本発明によるリソグラフィ／計測装置の基本的なレイアウトの断面図である。 図１のリソグラフィ／計測装置での使用に適した本発明の支持装置の主要部を示す概略断面図である。 図１のリソグラフィ／計測装置での使用に適した、図２ａによる本発明の支持装置の斜視図である。 ペイロードを支持するバネと並列する本発明の支持装置を示す概略図である。 トッププレートを外した後の本発明の支持装置の概略上面図である。 本発明のリソグラフィ／計測装置組立体の一部として倒立振り子作用を表す、本発明のリソグラフィ／計測装置の概略側面図である。 一次元バネ組立体が取り付けられた、図２ｂの本発明の支持装置の正面斜視図である。 本発明の支持装置内に適用される一次元バネの斜視図である。 圧力供給源との本発明の支持装置の接続の概略側面図である。 加圧器に接続された本発明の支持装置の概略側面図である。 本発明の圧力供給室に接続された本発明の支持装置の概略側面図である。

符号の説明

１ リソグラフィ／計測装置
２ ベースフレーム
３ ペイロード
５ 支持装置
８ 気体バネ（圧力室）
８ａ 上部室
８ｂ 下部室
８ｃ 縁溶接ベローズ
８ｄ 追加容積部
８ｅ 接続管路
９ 弾性ヒンジ
１１ 一次元バネ
１２ ローレンツモータ
２３ バネ/負の剛性モジュール
２４ 絞り
２６ 圧力供給装置
３１ 加圧器
３２ 圧力供給室
３３ プランジャ
３４ コントローラ

Claims (23)

1. リソグラフィ装置又は計測装置で使用し、基部に対して荷重を相対的に支持する支持装置であって、
   荷重側部分と、基部側部分と、前記荷重側部分に支持を与え、前記基部側及び前記荷重側を基準にして支持方向を規定する中間部分とを備え、
   該中間部分は、室壁で囲まれた圧力室を有し、
   前記支持方向に平行に変形可能に設けられ、かつ前記支持方向に垂直な方向には実質的に変形せず、さらに、前記支持方向に直交する２つの垂直軸まわりに屈曲可能とされていて、前記荷重側部分よりも前記基部側部分の近くに配置される部分を、該室壁が少なくとも有し、
   前記室壁の部分は、前記圧力室の一部分を囲む鉛直部分を含み、該鉛直部分の主要部分は、前記荷重側部分よりも前記基部側部分の近くに配置され、
   前記室壁の部分は、前記圧力室を上部圧力室と流通圧力室とに分割し、前記上部圧力室は剛性の室壁で囲まれ、接続部材を介して前記荷重側部分に接続され、
   前記支持方向に平行な方向においては屈曲せず、前記支持方向に直交する２つの垂直軸まわりに屈曲することができる前記接続部材により、前記上部圧力室が前記荷重側部分に接続される、
   支持装置。
2. 前記圧力室は、流通圧力室に連通接続する下部圧力室をさらに備える、請求項１に記載の支持装置。
3. 前記室壁の部分はダイアフラム状構造で構成されている、請求項１に記載の支持装置。
4. 前記ダイアフラム状構造はダイアフラムリングを備え、該ダイアフラムリングは、内側及び外側が共に縁溶接されて縁溶接ベローズを形成する、請求項３に記載の支持装置。
5. 前記ダイアフラムリングは金属で形成されている、請求項４に記載の支持装置。
6. 前記圧力室に接続する外部圧力室をさらに備える、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の支持装置。
7. 前記圧力室に流体圧力を供給する手段を備え、前記圧力室に流体が封入される、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の支持装置。
8. 前記圧力供給手段は、圧力発生手段と、前記圧力室を該圧力供給手段に相互接続する供給管路とを備える、請求項７に記載の支持装置。
9. 前記圧力供給手段は、前記供給管路を制限する絞りをさらに備える、請求項８に記載の支持装置。
10. 前記圧力供給手段は、前記圧力を低圧から高圧に変える手段をさらに備える、請求項８又は９に記載の支持装置。
11. 前記圧力発生手段は、或る容積を含む圧力供給室及び該室の該容積を低減する手段を備える、請求項８に記載の支持装置。
12. 前記圧力供給手段は、圧力調整手段及び／又は圧力制御手段を備える、請求項７ないし１１のいずれか一項に記載の支持装置。
13. 前記接続部材は金属で形成された弾性ヒンジである、請求項１に記載の支持装置。
14. 前記支持方向に垂直な方向において前記荷重側部分に作用する少なくとも１つの一次元バネを備える、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の支持装置。
15. 前記圧力室は負の剛性モジュールに連結される、請求項１に記載の支持装置。
16. 前記負の剛性モジュールは前記支持方向に平行に作用する、請求項１５に記載の支持装置。
17. 一対のローレンツアクチュエータを前記荷重側部分と前記基部側部分の間にさらに備える、請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の支持装置。
18. 音響雑音を含む外乱力とステージ及びモータからの残留力とを含む静的力、前記圧力室内の圧力変化、及び／又は前記圧力室内の気体を含む圧力流体の温度変化を制御する制御手段が設けられる、請求項１ないし１７のいずれか一項に記載の支持装置。
19. 振動に敏感な装置を担持する荷重担持組立体であって、
    ベースフレームと、
    振動に敏感な装置を担持するペイロードと、
    少なくとも３つの、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の支持装置と
    を備える、振動に敏感な装置を担持する荷重担持組立体。
20. 請求項１９に記載の荷重担持組立体であって、
    前記支持装置は、前記ベースフレームと前記ペイロードとの間、及び／又は該荷重担持組立体の設置場所と前記ベースフレームとの間に設けられる、請求項１９に記載の荷重担持組立体。
21. 前記支持装置及び／又は前記組立体は真空室に設けられる、請求項１９又は２０に記載の荷重担持組立体。
22. 請求項１９ないし２１のいずれか一項に記載の荷重担持組立体を備える計測装置。
23. 請求項１９ないし２１のいずれか一項に記載の荷重担持組立体を備えるリソグラフィ装置。