JPH05121294A - 力が補償されるマシンフレームを有する光リソグラフ装置 - Google Patents
力が補償されるマシンフレームを有する光リソグラフ装置Info
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- JPH05121294A JPH05121294A JP4081687A JP8168792A JPH05121294A JP H05121294 A JPH05121294 A JP H05121294A JP 4081687 A JP4081687 A JP 4081687A JP 8168792 A JP8168792 A JP 8168792A JP H05121294 A JPH05121294 A JP H05121294A
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Abstract
ームが底面に対して搖れて精度に悪影響を及ぼすと言う
欠点を可能な限り除去した光リソグラフ装置。 【構成】 垂直光学主軸13を有するレンズシステム11に
固定されているマシンフレームを有する光学リソグラフ
装置。位置決め装置35は支持部材3に固定されていて、
ガイド面5に渡ってレンズシステム11に対してオブジェ
クトテーブル27の変移が可能となる。またフィードフォ
ワード制御システムによって制御される力アクチュエー
タシステム67が設けられている。力アクチュエータシス
テム67は、位置決め装置35により支持部材3に同時に発
生する反力の方向と反対の方向でかつ当該反力の値に実
質上等しい値で支持部材3に補償力を発生させる。制御
システムは更に加速度の負帰還を有し、これにより支持
部材3の加速度により決まる制御力を発生させ望ましく
ない動きが防止される。
Description
学主軸を有しかつこの光リソグラフ装置のマシンフレー
ムに固定されているレンズ系と、前記レンズ系の下に位
置しかつ前記位置決め装置に結合されている支持部材の
前記z方向に垂直に延在しているガイド面に渡って前記
レンズ系に対してオブジェクトテーブルの変移を可能と
する位置決め装置とを有する光リソグラフ装置に関す
る。
ソグラフ装置は米国特許第4,737,823号により知られて
いる。この既知の光リソグラフ装置の場合、支持部材は
この装置のマシンフレームのベースとなる長方形の花崗
岩スラブである。z方向に延在するマシンフレームの4
本の柱は、花崗岩スラブの上面が形成するガイド面に固
定されている。このレンズ系は花崗岩スラブよりある距
離上にある水平マウント板により4本の柱に固定されて
いる。花崗岩スラブの下面には各々スプリング部材とダ
ンピング部材を備えた下側フレーム支持体が設けられて
いる。この既知の光リソグラフ装置のマシンフレーム
は、この装置が下側フレーム支持体により位置決めされ
ている底面に対してz方向に平行な方向とz方向を横切
る方向とに振動数の低いスプリングでマウントされてい
て、マシンフレームと下側フレーム支持体とにより形成
されているマススプリング系は2〜4Hzの機械的固有振動
数を有している。下側フレーム支持体の使用により底面
の不必要な振動数の高い振動が下側フレーム支持体を介
してマシンフレームに伝達されることが防止される。
フ装置の欠点は、マシンフレームと下側フレーム支持体
によって形成されるマススプリング系の機械的固有振動
数が、動作中位置決め装置によって与えられる交互の駆
動力のもとでオブジェクトテーブルにより実行される階
段状の移動の周波数よりも低い点である。駆動力及び位
置決め装置によってマシンフレームに与えられる交互反
力により、マシンフレームが底面に対して搖れてしま
い、これが光リソグラフ装置の精度に悪影響を及ぼす。
除去した光リソグラフ装置を提供することにある。
グラフ装置がこの目的に対して特徴とする点は、前記装
置の参照フレームに固定されていてかつフィードフォワ
ード制御システムによって制御される力アクチュエータ
システムが、前記装置に設けられていて、動作中前記力
アクチュエータシステムが前記位置決め装置により前記
支持部材に同時に発生する反力の方向と反対の方向でか
つ当該反力の値に実質上等しい値で前記マシンフレーム
に補償力を発生させる点である。位置決め装置が支持部
材に与える反力によるマシンフレームの動きは当該力ア
クチュエータシステムの使用により出来る限り阻止され
る。参照フレームはこの装置が載置される底面に対して
固定された位置に配置されている。補償力の値に関して
使用される用語「実質的に」は、装置の機械的及び電気
的部品の両方における許容度の結果として補償力と反力
との間に現実に発生する差を考慮する時に使用される。
用語「等しい」は、以後この関連で使用される時は常に
上述した意味「実質的に等しい」を意味するものと解さ
れるべきである。前記支持部材が前記マシンフレームの
ベースを形成しかつ前記補償力が実際的でかつ実効的な
位置で前記マシンフレームに与えられる本発明の前記光
リソグラフ装置の特別な実施例が特徴とする点は、前記
力アクチュエータシステムが前記支持部材に補償力を発
生させる点である。
るマウント部材に底面の近くで固定されていてかつ前記
補償力が前記マシンフレームに与えられ、これが実際上
かつ実質上の位置において前記z方向で見てコンパクト
な構成になっている本発明の前記光リソグラフ装置の別
の実施例が特徴とする点は、前記力アクチュエータシス
テムが前記マウント部材から吊されている、前記位置決
め装置と前記支持部材とが一体に設けられているキャリ
アに補償力を与える点である。
ームのコンパクトな配置を与える本発明の前記光リソグ
ラフ装置の更に別の実施例が特徴とする点は、前記参照
フレームが、前記マウント部材が下側のフレーム支持体
によって固定されている前記光リソグラフ装置のベース
によって形成されている点である。
でかつ正確な動作を与える本発明の前記光リソグラフ装
置の特別な実施例が特徴とする点は、前記制御システム
が加速度の負帰還を有し、前記力アクチュエータシステ
ムが、加速度トランスデューサによって測定される前記
マシンフレームの加速度によって決定される値と方向を
有する制御力を前記マシンフレームに与える点である。
加えて加速度の負帰還の使用により、オブジェクトテー
ブルに位置決め装置によって与えられる、例えばハンド
リング力のような駆動力以外の力によって発生するマシ
ンフレームの動きを防止することが可能である。
例が特徴とする点は、前記力アクチュエータシステム
が、前記光学主軸に垂直な前記位置決め装置の第一変移
方向と平行に各々動作する第一及び第二力アクチュエー
タと、前記第一変移方向に垂直でかつ前記光学主軸に垂
直な前記位置決め装置の第二変移方向に平行に動作する
第三力アクチュエータとを有している点である。3個の
力アクチュエータを備えたこのような力アクチュエータ
システムの使用により、位置決め装置の2個の変移方向
内でマシンフレームの望ましくない動きが防止されるの
みならず光学主軸に平行である回転軸についてのマシン
フレームの不必要な回転も防止される。
成を提供する本発明の前記光リソグラフ装置の別の実施
例が特徴とする点は、前記力アクチュエータの各々に前
記参照フレームに固定されている電気モータが設けられ
ていてかつ関連する変移方向に平行に延在する結合ロッ
ドが設けられていて、第一ロッドの端が前記電気モータ
の出力シャフトに偏芯的にピボット支持されていてかつ
第二ロッドの端が前記マシンフレームにピボット支持さ
れている点である。
システムを提供する本発明の前記光リソグラフ装置の特
別な実施例が特徴とする点は、前記力アクチュエータシ
ステムが磁気フラックス密度センサを有する少なくとも
1個の電磁石を有し、前記電磁石が発生する力を制御す
る事が出来る電子制御回路の電気入力端に前記磁気フラ
ックス密度センサの電気出力端が接続されている点であ
る。更にこのような力アクチュエータシステムの使用に
より、不必要な機械的な振動が参照フレームを介してマ
シンフレームに伝達されることが防止される。
特徴とする点は、前記制御回路にその入力信号が前記制
御回路の入力信号によって形成されかつ前記電磁石によ
って与えられる所望の電磁力によって決定される値を有
している電子平方根エクストラクタが設けられている点
である。電子平方根エクストラクタの使用により電磁石
は線形力アクチュエータを形成し、電磁石によって与え
られる電磁力は制御回路の入力信号に比例する値を有す
る様になる。
例が特徴とする点は、前記力アクチュエータシステムが
前記光学主軸に垂直な面内で前記装置の参照フレームに
対して三角形に固定されている3個の電磁石を有し、前
記電磁石の各々が前記力アクチュエータシステムの他の
2個の電磁石がアクティブである方向から120゜回転し
ている方向にアクティブである点である。3個の当該力
アクチュエータの使用により単純な構成の力アクチュエ
ータシステムが得られ、これにより位置決め装置の2個
の互いに垂直な変移方向のマシンフレームの望ましくな
い動きが阻止される。
明する。
施例には、長方形の花崗岩スラブとして構成されている
支持部材3を有するマシンフレーム1が設けられている。
この支持部材3は図1及び図2に示される垂直z方向に垂
直に延在する上側面5を有している。マシンフレーム1の
4本の柱7は、各々z方向に平行に上側面5に固定されて
いる。図1には2本の柱7しか示されていないが、図3には
4本の柱7の断面が示されている。支持体3からある距離
で柱7は、z方向に横切って延在する長方形の板として
構成されているマウント部材9に固定されている。この
光リソグラフ装置には、更に図1及び図2で線図的にのみ
示されている、z方向に一致する光学主軸13を有しかつ
下側でマウント部材9に固定されている光学レンズ系11
が設けられている。
ラフ装置にはマスク17をレンズ系11に対して位置決めし
支持するためのマスクマニュプレータ15が設けられてい
る。動作中、光源19からの光ビームは鏡21及び23によ
り、例えば集積回路のパターンを有するマスク17に誘導
され、かつ光リソグラフ装置のオブジェクトテーブル27
上に置かれている、例えば半導体基板25の様な基板上に
レンズ系11の手段によりフォーカスされる。この様にし
て当該パターンが半導体基板25上に縮小されて画像化さ
れる。オブジェクトテーブル27は、z方向に垂直である
図1及び図3に示されるx方向と、z方向とx方向とに垂
直なy方向とに変移可能である。半導体基板25はx方向
とy方向に平行に様々な照射位置にオブジェクトテーブ
ル27を階段状に変移させることにより全く同一の集積回
路に対応する数多くの位置で照射を行うことが出来る。
ソグラフ装置が平坦なベース面に位置決めされる様に4
個のフレーム支持体31が下側面29に設けられている。図
1に2本の下側フレーム支持体31のみが示されている。光
リソグラフ装置は、ベース面に対してz方向に平行とz
方向を横切る方向とに下側フレーム支持部材31によって
低い振動数でスプリング支持されている。これらの支持
部材の各々には、図1においては詳細に示されていない
スプリング部材とダンピング部材が設けられていて、マ
シンフレーム1と下側フレーム31によって形成されるマ
ススプリング系は1〜ほぼ20Hzの間に6個の機械的固有振
動数を有している。このようにして光リソグラフ装置の
正確な動作に悪影響を与えるベース面の望ましくない高
い振動数の振動が、下側フレーム支持体31を介してマシ
ンフレーム1とレンズ系11とに伝達することが防止され
る。
ル27は、静的ガスベアリングが設けられているいわゆる
静的空気脚33により支持部材3の上側面5上に誘導され
る。オブジェクトテーブル27は、3個のリニア電気モー
タ37、39及び41を有する位置決め装置35により上側面5
に渡って移動可能である。図2に示されるようにリニア
モータ37は、x方向に平行に延在するxステータ43とオ
ブジェクトテーブル27をx方向に平行にxステータ43に
沿って変移可能とするオブジェクトテーブル27に固定さ
れているxトランスレータ45とを有している。リニアモ
ータ39と41は、xステータ43の第一端49に固定されてい
るyトランスレータ51を有するy方向に平行に延在する
yステータ47と、xステータ43の第二端55に固定されて
いるyトランスレータ57を有するy方向に平行に延在す
るyステータ53とを各々有している。yステータ47と53
はマウントブロック59、61及びマウントブロック63、65
により各々支持部材3の上側面5に固定されている。オブ
ジェクトテーブル27は、y方向に平行に変移可能でかつ
リニアモータ39及び41の手段によりz方向に平行に延在
する回転軸について非常に限定された角度回転可能であ
る。静的空気脚33と互いにH型に配置されているリニア
モータ37、39、41を有する位置決め装置35それ自身は、
米国特許第4,737,823号から知られている。
ブル27は位置決め装置35によりx方向とy方向に階段状
に変移する。この階段状の変移は2Hz〜4Hzの振動数で行
われる。これにより、位置決め装置35のリニアモータ3
7、39、41は、マシンフレーム1の支持部材3にリニアモ
ータ37、39、41がオブジェクトテーブル27に与える駆動
力に対向する低振動数の反力を発生させる。前述したよ
うに光リソグラフ装置は、下側フレーム31によりベース
面に対して振動数の低いスプリングで支持されているの
で、当該反力は新たな手段が講じられない限り、下側フ
レーム支持体31にマシンフレーム1の振動数の低い正し
くダンプされていない搖れを発生させる。マシンフレー
ム1のこのような動きは位置決め装置30の精度に悪影響
を与える。
したマシンフレーム1の搖れは、図2と図3に線図的に示
されている力アクチュエータシステム67の使用により防
止出来る。力アクチュエータシステム67には、各々x方
向に平行に動作する第一及び第二力アクチュエータ69及
び71とy方向に動作する第三の力アクチュエータ73とが
設けられている。図2が示すように力アクチュエータ6
9、71、73の各々には、z方向に平行に延在しかつ一端
の近くでトランクアーム79が設けられているアウトプッ
トシャフト77を有するブラッシュレス電気サーボモータ
75が設けられている。第一及び第二力アクチュエータ69
及び71のクランクアーム79はy方向に平行に向けられて
いて、第三の力アクチュエータ73のクランクアーム79は
x方向に平行に向けられている。サーボモータ75は、ベ
ース面に対して固定された位置を占める参照フレーム83
の一部分を形成するマウントブロック81に各々固定され
ている。更に第一及び第二力アクチュエータ69及び71に
は各々x方向に平行に延在する結合ロッド85が設けられ
ていて、第三の力アクチュエータ73には実質上y方向に
延在する結合ロッド87が設けられている。結合ロッド8
5、87の各々の第一端89は支持部材3にピボット支持され
ていて、結合ロッド85、87の各々の第二端91はヒンジピ
ン93にピボット支持されていて、これはアウトプットシ
ャフト77に対して偏芯させて対応するサーボモータ75の
クランクアーム79に固定されている。
する力アクチュエータシステム67は、図3に線図的に示
されているフィードフォワード制御システム95によりそ
の値と方向が制御されている補償力を支持部材3上に発
生させる。制御システム95には入力信号uxset及びu
yset(電圧信号)を有する第一電子コントローラ97が設
けられている。これらの値がx及びy方向でレンズ系11
に対しオブジェクトテーブル27の所望の変移の値に比例
していてかつ(図3に示されていない)装置のリソグラ
フ工程を制御する装置のコンピュータシステムにより供
給される信号uxset及びuys etは、各々動作中増幅ユニ
ット101、増幅ユニット103及び増幅ユニット105を介し
て位置決め装置35のリニアモータ37、39及び41を制御す
る電子制御ユニット99に対する入力信号をも形成する。
x方向とy方向におけるレンズ系11に対するオブジェク
トテーブル27の実際の変移を測定し、かつ制御ユニット
101にこれをフィードバックさせるトランスデューサシ
ステムは、単純化のために図3には表示されていない。
びuysetから、連続的にx方向及びy方向に平行なオブ
ジェクトテーブル27の各々の加速度の値、当該加速度か
ら生じかつ位置決め装置35により支持部材3に与えられ
るx方向及びy方向に平行な各々の反力Frx及びFryの
値、及び反力Frx及びFryが発生させる光学主軸13につ
いての機械モーメントMrxyの値を計算する。第一コン
トローラ97の第一及び第二出力信号uc1及びuc2(電圧
信号)は、各々x方向に比例する第一力アクチュエータ
69により供給される補償力Fc1に比例する値及び第二力
アクチュエータ71により供給される補償力Fc2に比例す
る値第一コントローラ97の第三出力信号uc3(電圧信
号)はy方向の第三力アクチュエータ73によって供給さ
れる補償力Fc3に比例する値を有している。出力信号u
c1及びuc2の値は、補償力Fc1及びFc2の合計が反力F
rxに値が同じで方向が反対でかつ補償力Fc1及びFc2が
発生させる光学主軸13についての機械モーメントMcxy
が機械モーメントMrxyの値と等しくかつ方向が反対と
なるような値である。出力信号uc3の値は、補償力Fc3
が反力Fryに値が等しくかつ方向が反対となるような値
である。補償力Fc3は光学主軸13を通る面内で動作しか
つ光学主軸13については何等の機械モーメントを発生さ
せないことに注意すべきである。このようにしてフィー
ドフォワード制御システム95により制御される力アクチ
ュエータシステム67により、支持部材3とマシンフレー
ム1が位置決め装置35のリニアモータ37、39、41によっ
て支持部材3に与えられる反力の影響により不必要な動
きをすることが防止される。
入力信号ua1、ua2及びua3(電圧信号)を有する第二
電子コントローラ109が設けられている負帰還107を更に
有している。入力信号ua1及びua2は、各々第一加速度
トランスデューサ111及び第二加速度トランスデューサ1
13から導出され、かつ当該加速度トランスデューサ11
1、113によって測定されるx方向に平行な方向に於ける
支持部材3の絶対加速度に比例する値を各々有してい
る。入力信号ua3は、第三加速度トランスデューサ115
から導出され、そして加速度トランスデューサ115によ
って測定されるy方向の支持部材3の絶対加速度に比例
する値を有している。第二コントローラ109は、入力信
号ua1、ua2、ua3からx方向及びy方向の支持部材3
の加速度及び光学主軸13についての支持部材3の角加速
度を計算する。第二コントローラ109の第一及び第二出
力信号ur1及びur2(電圧信号)は、両方ともx方向に
向いている、各々第一力アクチュエータ69によって供給
される制御力Fr1及び第二力アクチュエータ71によって
供給される制御力Fr2に比例する値を有し、一方第二コ
ントローラ109の第三出力信号ur3(電圧信号)はy方
向の第三力アクチュエータ73によって供給される制御力
Fr3に比例する値を有している。出力信号ur1、ur2、
ur3の値は、加速度トランスデューサ111、113、115に
よって測定されるx方向及びy方向の支持部材3の加速
度と光学主軸13についての支持部材3の測定された角加
速度とが、制御力Fr1、Fr2及びFr3の影響のもとにダ
ンプされる様な値である。負帰還107の使用により、例
えば上述した位置決め装置35のハンドリング力のような
反力以外の力の影響またはベース面の振動数の低い振動
の影響のもとに発生する支持部材3とマシンフレーム1の
x方向及びy方向に平行な不必要な動きや振動が防止さ
れる。図3に更に示されるように制御システム95には出
力信号us1の第一総和回路117が設けられていて、出力
信号usiその値は信号uc1及びur1の合計に等しくかつ
増幅器ユニット119によって第一力アクチュエータ67を
流れる電流i1に増幅される。制御システム95の第二及
び第三加算回路121及び123の各出力信号us2及びu
s3は、合計uc2+ur2及びuc3+ur3に等しい。信号u
s2及びus3は、増幅器ユニット125と127により第二力ア
クチュエータ71を流れる電流i2と第三力アクチュエー
タ73を流れる電流i3とに各々増幅される。総和回路11
7、121、123の使用により、力アクチュエータ69、71、7
3の各々が、補償力Fc1、Fc2、Fc3と各々の力アクチ
ュエータ69、71、73が発生する制御力Fr1、Fr2、Fr3
との総和に等しい力を支持部材3に発生させる事が可能
となる。
二実施例を示している。図1〜図3に示される光リソグラ
フ装置の第一実施例に対応する部品には同一の参照番号
が付されている。この光リソグラフ装置の第二実施例に
は、z方向に一致する光学主軸13を有しかつ下側でマウ
ント部材9に固定されている光学レンズ系11が設けられ
ている。装置のマシンフレーム1の部分を形成するマウ
ント部材9は、z方向に垂直な面内に延在する三角形の
板として構成されている。この装置には、レンズ系11の
上端の近傍で、例えば半導体集積回路のパターンを有す
るマスク17に対するマスクマニュプレータ15、光源19、
及び2個の鏡21及び23が設けられている。第一実施例の
装置と同様に第二実施例の装置にも更に、例えば半導体
基板25のような基板を置くことが出来るオブジェクトテ
ーブル27が設けられている。オブジェクトテーブル27は
z方向に垂直なx方向と、z方向とx方向とに垂直であ
るy方向とに平行に階段状に変移可能であるので、数多
くの照射位置での半導体基板25に対する照射が可能とな
る。
フレーム支持体31に載置されている3個のコーナー部分1
29が設けられている。図4には2個のコーナー部分129と2
個の下側フレーム支持体31のみが示されている。下側フ
レーム支持体31は、マシンフレーム1のベース131に位置
決めされていて、そのベースは調整部材133によって平
坦な基台に位置決めされている。この装置は、z方向に
平行な方向とz方向に横切る方向に、図4には詳細には
説明されていない各々にスプリング部材とダンピング部
材が設けられている下側フレーム支持体31によって基台
に対して低周波数でスプリング支持されているので、下
側フレーム支持体31を介してマウント部材9とレンズ系1
1に基板の不必要な高い振動数の振動が伝わることが防
止される。
と同様に、図4〜図8の装置のオブジェクトテーブル27
は、長方形花崗岩スラブとして構成されている支持部材
3の上側面5に示されかつ静的ガスベアリングが設けられ
ている静的空気脚33により誘導される。オブジェクトテ
ーブル27は、既に前述した米国特許第4,737,823号によ
り公知でありかつH型に互いに位置決めされているリニ
アモータ37、39及び41が設けられている位置決め装置35
により上側面5に渡って変移可能で、図5に示されるよう
にリニアモータ39と41は支持部材3の上側面でそのコー
ナーの近くに固定されている位置決め装置35のフレーム
135に固定されている。オブジェクトテーブル27はリニ
アモータ37によってx方向に平行に変移可能であり、オ
ブジェクトテーブル27はリニアモータ39及び41によりy
方向に平行に変移可能でかつz方向に平行な回転軸につ
いて非常に限られた角度回転可能である。
光リソグラフ装置内の支持部材3と位置決め装置35は、
マシンフレーム1のキャリア139に設けられているユニッ
ト137を構成している。図6は、キャリア139がz方向に
垂直に延在しかつ2個の下側フレームキャリア31の間に
各々が延在する実質上長方形の板によって形成されてい
ることを示す。支持部材3は、図6において線図的にのみ
に示されている3個の締め付け部品143によりキャリア13
9の上側面145に固定されている。キャリア139は、3個の
板状スチールサスペンション部品147、149及び151によ
り図4に示されているマウント部材9の下側面153から吊
り下げられている。図4に於いてはサスペンション部品1
49と151のみが部分的に示されているが、図6はサスペン
ション部品147、149及び151の断面を示している。サス
ペンション部品147、149及び151は各々z方向に平行な
互いに60゜の角度をなす垂直面に延在する板により形成
されている。サスペンション部品147、149及び151の使
用によりマウント部材9からキャリア139の吊り下げられ
た構成が得られ、これにより支持部材3と位置決め装置3
5により形成されるユニットが下側フレーム支持体31の
間に位置決めされる。この様にしてz方向でもz方向に
垂直な方向で見てもコンパクトで堅固な構成の光リソグ
ラフ装置が得られる。
クトテーブル27を階段状に変移させることは、図1に示
した装置の場合と同様に図4に示した装置に於いても振
動数2Hz〜4Hzで行われる。この時位置決め装置35のリニ
アモータ37、39及び41は、支持部材3を介してマシンフ
レーム1のキャリア139に、リニアモータ37、39及び41が
オブジェクトテーブル27に与える駆動力に対して反対向
きの低振動数の反力を発生させる。図4〜図8に示された
光リソグラフ装置の場合当該反力から生ずるマシンフレ
ーム1の望ましくない動きは、図6に線図的に示される力
アクチュエータ155の使用により防止される。力アクチ
ュエータシステム155には、各々3個の下側フレーム支持
体31の一つの下にマシンフレーム1のベース131に固定さ
れている3個の電磁石157、159及び161が設けられてい
る。調整部材133の手段により基台に対し固定された位
置にセットされるベース131は、この様にして力アクチ
ュエータシステム155を固定するための装置の参照フレ
ームとなる。図6に示されるように電磁石159はx方向に
作動し、電磁石157と161は各々光学主軸13を横切る水平
面内に存在し、かつx方向に対して120゜回転した位置
にある方向に各々作動する。動作中電磁石157、159及び
161は、光学主軸13から離れた各サスペンション部品14
7、149、151の一面に引き付ける電磁力を発生させる。
電磁石157、159、161と各サスペンション部品147、14
9、151との間の空気間隙のサイズは、ほぼ1mmである。
図6から明らかであるように、電磁石157、159及び161に
よってキャリア139に与えられる力の合計は常に光学主
軸13を通る面内で作動するので、x方向の補償力Fcxと
y方向の補償力Fcyは力アクチュエータシステム155に
より与えられ、その光学主軸13についての機械的モーメ
ントを常に0に等しくかつ光学主軸13についてのマシン
フレーム1の望ましくない回転の動きを阻止させること
が出来る。
リア139に与えられる補償力Fcx及びFcyの値と方向
は、図6に線図的に示されるフィードフォワード制御シ
ステム165により制御される。制御システム165には入力
信号uxset及びuyset(電圧信号)を有する電子コント
ローラ167が設けられている。それらの値がx方向とy
方向の支持部材3に渡ってオブジェクトテーブル27の所
望の変移の程度に比例している信号uxset及びu
ysetは、図6に示される装置のリソグラフ工程を制御す
るコンピュータシステムにより供給され、かつ同時にこ
れは動作中各々増幅器ユニット171、173及び175(図6参
照)を介して位置決め装置35のリニアモータ37、39及び
41を制御する電子制御ユニット169に対する入力信号を
各々形成する。x方向とy方向のレンズ系11に対するオ
ブジェクトテーブル27の実際の変移を測定するトランス
デューサシステムは、簡単化のため図6には示されてい
ない。
及びuysetから各々x方向とy方向のオブジェクトテー
ブル27の加速度の値を計算し、そして当該加速度により
決められかつ支持部材3を介して位置決め装置35により
キャリア139に各々与えられるx方向及びy方向に平行
な反力Frx及びFryの値を計算する。コントローラ167
の第一及び第二出力信号ufx+及びufx-(電圧信号)
は、力アクチュエータシステム155により各々正及び負
のx方向に供給される反力Frxと同じ値でかつ向きが反
対の補償力Fcxに比例する値を有している。コントロー
ラ167の第三及び第四出力信号ufy+及びufy-は、力ア
クチュエータシステム155により供給される各々正及び
負のy方向の、反力Fryと同じ値で向きが反対の補償力
Fcyに比例する値を有している。この様にしてフィード
フォワード制御システム165により制御される力アクチ
ュエータシステム155は、反力Frx及びFryから生じる
x方向及びy方向に平行なマシンフレーム1の不必要な
動きのみを阻止する。
ufy+及びufy-は、各々出力信号uf 1、uf2及びuf3を
有する電子総和回路177に対する入力信号を形成する。
総和回路177は、信号ufx+、ufx-、ufy+及びufy-か
ら出発して各々電磁石157、159及び161によって与えら
れる電磁力Fem1、Fem2及びFem3の値を計算する。こ
の時、出力信号uf1、uf2及びuf3は当該電磁力に比例
する値を有している。
のbは電磁力Fem1、Fem2及びFem3に対する力のダイ
アグラムを示す。図7のbから明らかなように、力Fem2
が0でかつ力Fem1及びFem3が各々所望の力Fcx (+)に等
しい値を有している場合には、正のx方向の補償力Fcx
(+)は力Fem1とFem3の重畳によって得られ、それ故図7
のaに示される総和回路177に於いて入力信号ufx+は、
ブランチ179を介して出力信号として信号uf1を有して
いる加算器181に与えられ、かつブランチ183を介して出
力信号として信号uf3を有する加算器185に与えられ
る。図7のbから、力Fem 1と力Fem3が0の場合負のx方
向の補償力Fcx (-)は力Fem2により得られることも明ら
かである。それ故総和回路177(図7のa参照)の場合、
入力信号u fx-は出力信号として信号uf2を有している
加算器187にのみに与えられる。力Fem3が0の場合正の
y方向の補償力Fcy (+)は、力Fem1とFem2との重畳に
より得られ、そして力Fem1とFem2は所望の力Fcy (+)
より各々ファクタ2/√3及び1/√3だけ大きい。従っ
て、総和回路177の場合入力信号ufy+は、ブランチ189
を介して加算器181に、かつブランチ191を介して加算器
187に加えられる。ブランチ189は信号ufy+にファクタ2
/√3を乗算する増幅器193を有し、ブランチ191は信号
ufy+にファクタ1/√3を乗算する増幅器195を有してい
る。最後に図7のbは、力Fem1が0の場合負のy方向の
補償力Fcy (-)は力Fem2とFem3の重畳によって得ら
れ、かつ力Fem2とFem3は所望の力Fcy (-)より各々フ
ァクタ1/√3及びファクタ2/√3よりも大きい事を示し
ている。従って、総和回路177の入力信号ufy-はブラン
チ197を介して加算器187にかつブランチ199を介して加
算器185に与えられる。ブランチ197はufy-にファクタ1
/√3を乗算する増幅器201を有し、かつブランチ199は
信号uf y-にファクタ2/√3を乗算する増幅器203を有し
ている。
られる電磁力の値は、当該電磁石157、159、161を流れ
る電流の値の2乗に比例しかつ空気間隙163のサイズの2
乗に反比例するものと考えられる。もし空気間隙163の
サイズがベース131に対するキャリア139の小さな動きに
より変化する場合には、電磁力の値は別の手段が採用さ
れない限り変化するであろう。従って、電磁石157、159
及び161の各々が制御システム165のコントローラ167に
よりその値が決まる力をベース131に与える様に、電磁
石157、159及び161を力アクチュエータとして使用する
事は、電磁石157、159及び161を流れる電流が制御され
ている場合にのみ可能である。図6に示されるように制
御システム165には、この目的のために、電磁石157、15
9及び161の電圧u1、u2及びu3の各々を制御する3個の
同一の電子制御回路205、207及び209が設けられてい
る。制御回路205、207及び209は、それらの入力信号に
対し各々信号uf1、uf 2及びuf3を有している。制御回
路205、207及び209の別の入力信号が各々信号umf1、u
mf2及びumf3(電圧信号)によって形成される。これら
の信号は、図8に示すように電磁石157の磁気フラックス
密度トランスデューサ211の出力信号であり、電磁石159
の磁気フラックス密度トランスデューサ213及び電磁石1
61の磁気フラックス密度トランスデューサ215の出力信
号である。制御回路205の出力信号uu1(電圧信号)
は、電磁石157の電流i1を決定する電圧u1にまで増幅
器ユニット217によって増幅される。同様に制御回路207
の出力信号uu2は増幅器ユニット219により電磁石159の
電流i2を決定する電圧u2にまで増幅され、制御回路20
9の出力信号uu3は増幅器ユニット221により電磁石161
の電流i3を決定する電圧u3にまで増幅される。
す。制御回路207および209も同様に構成されている。図
8が示すように電磁石157によって与えられる力Fem1に
比例する値を有する制御回路205の入力信号uf1は、電
子平方根エクストラクタ223に与えられる。この平方根
エクストラクタ223の出力信号usqr(電圧信号)は信号
uf1の平方根に等しい値を有している。
hdf1を有する第一電子ハイパスフィルタ225の電子入力
端に接続されている。制御回路205の第一ハイパスフィ
ルタ225の機能を以下に詳細に説明する。
パレータ227の第一電気入力端に与えられる。コンパレ
ータ227の第二電気入力端は、負帰還ライン229を介して
電磁石157の二次電気コイルによって形成される磁気フ
ラックス密度トランスデューサ211の電気出力端に接続
される。フラックス密度トランスデューサ211の出力信
号umf1(電圧信号)は二次コイル内の電磁石157の電磁
フィールドによって生じた電圧によって決定されそして
その値は電磁石157の空気間隙163内の磁気フラックス密
度Bm1の値の変化に比例するとみなされる。
の数のようなフラックス密度トランスデューサ211の多
くの特性値によって決定される定数である。空気間隙16
3内の磁気フラックス密度Bm1は電磁石157の電流i1の
値に比例し、かつ空気間隙163のサイズに反比例するも
のと考えられるので、電磁石157によって与えられる力
Fem1は磁気フラックス密度Bm1の値の2乗に比例する。
ば電磁石157の巻数の数及び電磁石157に使用される磁気
鉄の透磁率のような電磁石157の数多くの特性値によっ
て決定される定数である。更にh1は図8に示されるよう
に空気間隙163のサイズである。
グレータ231を有していることを示し、これによりフラ
ックス密度トランスデューサ211の出力信号umf1が、そ
の値が磁気フラックス密度Bm1に比例する信号ub1に積
分される。従ってコンパレータ227の入力信号ub1は、
その値がフラックス密度Bm1の特定された値に比例する
信号であり、一方その値が所望の力Fem1の平方根に等
しい入力信号uhdf1はフラックス密度Bm1の所望の値に
比例している。コンパレータ227の出力信号ucomはコン
パレータ227の2個の入力信号の差uhdf1−ub1に等し
い。
レータ231により信号ub1に積分される。このようなイ
ンテグレータの積分機能は理想的には行かず有限時間間
隔のみで行われる。その結果、特に非常に低周波数(10
-4Hzより小)の入力信号umf1においては出力信号ub1
の不正確さが発生し、これは制御回路205の不正確な動
作を導く。制御回路205のこの様な不正確な動作を防止
するために、制御回路205には入力信号uf1の非常に低
い周波数の成分をフィルタ除去する前述の第一ハイパス
フィルタ225と、それの電気入力端がコンパレータ227の
出力端に接続されていて、かつそれにより出力信号u
comの非常に低い周波数成分をフィルタ除去する出力信
号がuhdf2の第二ハイパスフィルタ233とが設けられて
いる。
比例制御アクション(増幅率Kp=100のオーダ)を有す
る電子コントローラ235に与えられる。コントローラ235
の出力信号uu1はKp・uhdf2に等しい値を有しかつ図6
に制御回路205の出力信号として示されている。動作中
フラックス密度Bm1(信号uhdf1)の所望の値とフラッ
クス密度Bm1(信号ub1)の測定された値の間に差が生
じた場合、電磁石157の電圧u1は、コントローラ235の
比例制御アクションによって空気間隙163の所望のフラ
ックス密度と測定されたフラックス密度とが実質上等し
くなるような平衡状態が形成される様な値とされる。電
磁石157によって与えられる力Fbm1の値はフラックス密
度Bm1の値の2乗に比例するので、平方根エクストラク
タ223の使用により力Fem1を制御回路205の入力信号u
f1に比例する値とすることが可能となる。この様にして
制御回路205により制御される電磁石157は線形力アクチ
ュエータを構成する。電磁石の力はこの様にして空気間
隙163のサイズに依存しなくなるので、ベース131の機械
的な振動が電磁石157、159及び161を介してキャリア139
に伝達されることがなくなる。更に電磁石157、159及び
161の使用により機械的摩耗の無い力アクチュエータシ
ステム155が得られる。
しくない動き及び主軸13についてのマシンフレーム1の
望ましくない回転の動きは、力アクチュエータシステム
67と図1〜図3に示されている光リソグラフ装置の第一実
施例の加速度トランスデューサ111、113及び115によっ
て阻止することが出来る。力アクチュエータと加速度ト
ランスデューサを数多く使用することにより、z方向の
望ましくない動き及び/又はx方向又はy方向に平行な
回転軸についての回転の動きを阻止することが可能であ
る。この場合、適用された制御システムは力アクチュエ
ータシステムとして使用されなければならないであろ
う。
向とy方向とにマシンフレーム1に補償力を与え、この
力が、図4〜図8に図示されている光リソグラフ装置の第
二実施例の位置決め装置35によって当該方向にキャリア
139に与えられる反力に等しい値を有していることに注
意すべきである。制御システム165にキャリア139に固定
されている加速度トランスデューサから負帰還を与える
ことにより、上述した反力以外の力によって生ずる当該
方向内の望ましくない動きをも防止することが可能であ
る。更にマシンフレーム1の他の望ましくない動き、例
えば光学主軸13についての回転のような動きも、又、非
常に多くの電磁石の使用により第二実施例に於いて阻止
することも可能である。しかしながら現実的には装置の
精度は主にx及びy方向のレンズ系11に対するキャリア
139の望ましくない動きによって悪化することが発見さ
れた。電磁石157、159及び161を3個しか使用しない事に
よってコンパクトで簡単な力アクチュエータ155が得ら
れる。
一実施例において、力アクチュエータシステム67が、力
アクチュエータ69、71及び73の各々が当該方向で互いに
向いている一対の電磁石により、又は、例えば永久磁石
又は機械的なスプリングのようなプリテンショニング部
材と協動しかつ当該方向に1個の電磁石により置換され
ている電磁石を有する別の力アクチュエータシステムを
使用することも可能である点にも注意されたい。図4〜
図8に示される光リソグラフ装置の第二実施例に於て、
力アクチュエータシステム155の代わりに第一実施例で
使用されている力アクチュエータ69、71及び73に対応す
る3個の力アクチュエータが設けられている力アクチュ
エータシステムを使用することも可能である。この際結
合ロッド85は、各々、例えばキャリア139の主面141の一
面に平行に向けられている。
に代えて、それ自身は公知のホールトランスデューサを
図8に示される制御回路205に使用することが可能である
ことにも注意されたい。その様なホールトランデューサ
の出力信号は磁気フラックス密度Bmに比例する値を有す
るので、ホールトランスデューサの使用によりインテグ
レータ231とハイパスフィルタ225と233を不要とする。
しかしながら多くの場合ホールトランデューサの使用は
マウント空間が必要となる点から不利である。
5は、基板上の各々の集積回路が部分的に示されている
光リソグラフ装置内においても使用することが可能であ
ることにも注意されたい。相対的にコンパクトなレンズ
系を有するこの様な光リソグラフ装置の場合は、レンズ
系はマシンフレームに固定されているが、位置決め装置
とマスクマニュプレータを有する支持部材はレンズ系と
マシンフレームに対して移動可能なキャリアに設けられ
ている。支持部材上の位置決め装置によって与えられる
反力は、その種の装置内のマシンフレームにキャリアを
介して伝達され、そしてオブジェクトテーブルに対する
レンズ系の望ましくない動きの原因となる。加えてその
様な装置の場合、オブジェクトテーブルに対するレンズ
系の望ましくない動きが、キャリアがマシンフレームに
対して変移する間に発生する。その様な望ましくない動
きは参照フレームに固定されていてかつマシンフレーム
に制御力又は補償力を与える力アクチュエータシステム
の使用により減少させることが出来る。
の実施例は、集積化された電子回路の製造の間に半導体
基板を照射するのに特に適している。しかしながらこの
様な装置はマスクパターンがこの装置により基板上に画
像化されるようなマイクロメータの領域の微細な寸法を
有する構造を備えた、他の製造物の製造にも使用するこ
とが出来る。それらの例は、集積化された光学システ
ム、コンダクタ及び磁気ドメインメモリの検知パター
ン、及び液晶画像パターンの構造である。
す。
面図を線図的に示す。
視図を示す。
によって形成されるユニットを示す。
テムの部品の加算回路を示し、bは図4の光リソグラフ
装置の力アクチュエーターシステムの力のダイアグラム
を示す。
の部品の電子制御回路を示す。
柱、 9:マウント部材、11:レンズ系、13:光学主軸、
15:マスクマニュプレータ、17:マスク、19:光源、2
1、23:鏡、25:半導体基板、27:オブジェクトテーブ
ル、29:下側面、31:下側フレーム支持体、 33:静
的空気脚、35:位置決め装置、37、39、41:リニア電気
モータ、43:xステータ、45:xトランスレータ、47、
53:yステータ、49:xステータの第一端、55:xステ
ータの第二端、59、61、63、65:マウントブロック、6
7:力アクチュエータシステム、69:第一力アクチュエ
ータ、71:第二力アクチュエータ、73:第三力アクチュ
エータ、75:電気サーボモータ、77:アウトプットシャ
フト、79:クランクアーム、81:マウントブロック、
83:参照フレーム、85、87:結合ロッド、95:制御シ
ステム、 97:第一コントローラ、99:電子制御
ユニット、101、103、105:増幅ユニット、 107:負
帰還、109:第二電子コントローラ、111:第一加速度ト
ランスデューサ、113:第二加速度トランスデューサ、1
15:第三加速度トランスデューサ、131:ベース、133:
調整部材、 135:フレーム、137:ユニット、139:キャ
リア、143:締め付け部品、147、149、151:板状スチー
ルサスペンション、153:下側面、155:力アクチュエー
タシステム、 157、159、161:電磁石、163:空気間
隙、165:フィードフォワード制御システム、167:電子
コントローラ、169:電子制御ユニット、171、173、17
5:増幅器ユニット、177:総和回路、179、183、189、1
91、197、199:ブランチ、181、185、187:加算器、19
3、195、201、203:増幅器、 205、207、20
9:制御回路、211、213、215:磁気フラックス密度トラ
ンスデューサ、217、219、221:増幅器ユニット、223:
平方根エクストラクタ、225:第一電子ハイパスフィル
タ、227:コンパレータ、229:負帰還ライン、231:電
子インテグレータ、 233:第二ハイパスフィル
タ、235:電子コントローラ。
Claims (10)
- 【請求項1】 z方向に平行な垂直光学主軸を有しかつ
この光リソグラフ装置のマシンフレームに固定されてい
るレンズ系と、前記レンズ系の下に位置しかつ前記位置
決め装置に結合されている支持部材の前記z方向に垂直
に延在しているガイド面に渡って前記レンズ系に対して
オブジェクトテーブルの変移を可能とする位置決め装置
とを有する光リソグラフ装置において、前記装置の参照
フレームに固定されていてかつフィードフォワード制御
システムによって制御される力アクチュエータシステム
が前記装置に設けられていて、動作中前記力アクチュエ
ータシステムが、前記位置決め装置により前記支持部材
に同時に発生する反力の方向と反対の方向でかつ当該反
力の値に実質上等しい値で前記マシンフレームに補償力
を発生させることを特徴とする光リソグラフ装置。 - 【請求項2】 前記力アクチュエータシステムが前記支
持部材に前記補償力を発生させることを特徴とする前記
支持部材が前記マシンフレームのベースを形成している
請求項1に記載の光リソグラフ装置。 - 【請求項3】 前記力アクチュエータシステムが、前記
マウント部材から吊されている、前記位置決め装置と前
記支持部材とが一体に設けられているキャリアに補償力
を与えることを特徴とする前記レンズ系が前記マシンフ
レームに属するマウント部材に底面の近くで固定されて
いる請求項1に記載の光リソグラフ装置。 - 【請求項4】 前記参照フレームが、前記マウント部材
が下側のフレーム支持体によって固定されている前記光
リソグラフ装置のベースによって形成されていることを
特徴とする請求項3に記載の光リソグラフ装置。 - 【請求項5】 前記制御システムが加速度の負帰還を有
し、前記力アクチュエータシステムが、加速度トランス
デューサによって測定される前記マシンフレームの加速
度によって決定される値と方向を有する制御力を前記マ
シンフレームに与えることを特徴とする前記請求項の何
れかに記載の光リソグラフ装置。 - 【請求項6】 前記力アクチュエータシステムが、前記
光学主軸に垂直な前記位置決め装置の第一変移方向と平
行に各々動作する第一及び第二力アクチュエータと、前
記第一変移方向に垂直でかつ前記光学主軸に垂直な前記
位置決め装置の第二変移方向に平行に動作する第三力ア
クチュエータとを有していることを特徴とする前記請求
項の何れかに記載の光リソグラフ装置。 - 【請求項7】 前記力アクチュエータの各々に前記参照
フレームに固定されている電気モータが設けられていて
かつ関連する変移方向に平行に延在する結合ロッドが設
けられていて、第一ロッドの端が前記電気モータの出力
シャフトに偏芯的にピボット支持されていてかつ第二ロ
ッドの端が前記マシンフレームにピボット支持されてい
ることを特徴とする請求項6に記載の光リソグラフ装
置。 - 【請求項8】 前記力アクチュエータシステムが磁気フ
ラックス密度センサを有する少なくとも1個の電磁石を
有し、前記電磁石が発生する力を制御する事が出来る電
子制御回路の電気入力端に前記磁気フラックス密度セン
サの電気出力端が接続されていることを特徴とする請求
項1、2、3、4または5に記載の光リソグラフ装置。 - 【請求項9】 前記制御回路に、その入力信号が前記制
御回路の入力信号によって形成されかつ前記電磁石によ
って与えられる所望の電磁力によって決定される値を有
している電子平方根エクストラクタが設けられているこ
とを特徴とする請求項8に記載の光リソグラフ装置。 - 【請求項10】 前記力アクチュエータシステムが前記
光学主軸に垂直な面内で前記装置の参照フレームに対し
て三角形に固定されている3個の電磁石を有し、前記電
磁石の各々が前記力アクチュエータシステムの他の2個
の電磁石がアクティブである方向から120゜回転してい
る方向にアクティブであることを特徴とする請求項8、
9に記載の光リソグラフ装置。
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JP2003427623A Division JP3889395B2 (ja) | 1991-03-07 | 2003-12-24 | 力が補償されるマシンフレームを有する光リソグラフ装置 |
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