(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オブジェクトを移動させる移動装置であって：
当該移動装置は、少なくともＸ方向及び該Ｘ方向に対して垂直のＹ方向に互いに対して移動することができる第１部分及び第２部分を有し、
前記第１部分は、前記移動するキャリアを保持するキャリア上に固定される磁石システムを有し、
前記キャリアは、コイルプレート上で前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向に対して実質的に平行に伸び、
前記磁石システムは、パターンすなわち前記Ｘ方向に対して平行に伸びる行及び前記Ｙ方向に対して平行に伸びる列にしたがって前記キャリア上で固定され、前記行の間の及び前記列の間の距離は等しく、
前記第１部分は、前記キャリアに対して直角に且つ前記第２部分の方に伸びている磁化方向を有する第１種類の磁石、及び前記キャリアに対して直角に且つ前記第２部分から遠ざかる方に伸びている磁化方向を有する第２種類の磁石を有し、
前記第１種類の磁石と前記第２種類の磁石は、各々の行及び各々の列において交互に配列され、
前記第１部分は、並置されている前記第１種類の磁石及び前記第２種類の磁石の各々の対の間の各々の列中に配列されている第３種類の磁石を有し、
該第３種類の磁石は、前記Ｙ方向に対して平行に且つ前記第１種類の磁石の方に伸びている磁化方向を有し、
前記第２部分は、前記磁石システムの磁場において位置付けられ、且つ前記Ｘ方向と実質的に４５°の角度を有する電流導体を有する少なくとも１つの第１種類の電気コイルを有し、前記磁石システムの磁場において位置付けられ、且つ前記第１種類の電気コイルとは逆方向に、前記Ｘ方向と実質的に４５°の角度を有する電流導体を有する少なくとも１つの第２種類の電気コイルを有し、前記少なくとも１つの第１種類の電気コイルの前記電流導体に対して垂直に伸びる、電気コイルシステムを備え、
前記第１部分の磁石の各々の行においても、前記第３種類の磁石は、並置されている前記第１種類の磁石と前記第２種類の磁石の各々の対の間に配列され、
前記第３種類の磁石は、前記Ｘ方向に対して平行に且つ前記第１種類の磁石の方に伸びる磁化方向を有し、
前記第２部分は静止していて、前記第１部分はセンチメートルオーダーの又はそれ以上の範囲に亘って前記第２部分に対して相対的に移動可能であり、
前記移動装置は、移動可能な前記第１部分の正確な位置決めのための干渉計システムを更に有し、
前記第１種類の磁石及び前記第２種類の磁石は側面を有する同じ四角形形状を有し、前記第３種類の磁石は側面を有する矩形形状を有し、前記第３種類の磁石の最も長い側面は前記第１種類の磁石及び前記第２種類の磁石の側面に隣接し、前記第１種類の磁石及び前記第２種類の磁石の側面と同じ長さを有し、前記キャリアは、前記磁石システムによって前記コイルプレートに対して熱的に且つ電磁気的に分離され、故に、移動する前記オブジェクトに影響を及ぼさず、
前記第１部分はミラーブロックを有し、前記ミラーブロック上には1つ以上のミラー及び/又は他の光学素子が、前記干渉計システムの一部として固定され、
前記キャリアと前記ミラーブロックとは、弾性要素によって、振動及び熱に対して隔絶されている、
ことを特徴とする移動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移動装置であって、前記第３種類の磁石の最も短い側面の寸法の前記最も長い側面の寸法に対する比は０．２５乃至０．５０の範囲内にある、ことを特徴とする移動装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の移動装置であって、前記電流導体が有効な磁場において位置付けられている、前記コイルの前記電流導体の長さは、前記磁石の磁極ピッチのｋ倍に略等しく、ここで、ｋは２の倍数の何れかの数であり、前記磁石の前記磁極ピッチは、前記第１種類及び前記第２種類の同じ種類の磁石の中心点のそれぞれが位置している２つの隣接する対角線の間の距離として画定される、ことを特徴とする移動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の移動装置であって、前記第１部分は、磁束を前記磁石へ戻す約５ｍｍ又はそれ以下の高さのリターンプレートを有する、ことを特徴とする移動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の移動装置であって、前記コイルの高さは、約１５ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲内にある、ことを特徴とする移動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の移動装置であって、ホールセンサがコイルの中央に位置している、ことを特徴とする移動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の移動装置であって、前記干渉計システムの構成要素は、前記干渉システムの光ビームを反射する前記第１部分の鉛直側面におけるミラー及び／又はプリズムである、ことを特徴とする移動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の移動装置であって、前記第１部分は無線データ通信のための手段を有する、ことを特徴とする移動装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の移動装置であって、前記第１部分はピックアップコイルを有する、ことを特徴とする移動装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の移動装置であって、２つ以上の第１部分を有する、ことを特徴とする移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体工業において電気平面モータで用いる移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体工業における電気平面モータは、高スループットを達成するように高加速を有する必要がある。高加速を達成するための１つの方法は磁場を大きくすることである。
【０００３】
欧州特許第１４３４３３５号明細書においては、スタータコイルと移動可能な要素磁石との間に６自由度を有する駆動力を生成するアライメント装置について開示されている。その移動可能な要素磁石は、所定方向における磁化及びアレイサイクルにしたがった移動可能な要素の板状平面内に配列されている。それらのスタータコイルは、アレイサイクルに対応する間隔で配列され、隣接するスタータコイルの各々の対に供給する電流制御器は、移動可能な要素磁石と移動可能な要素磁石に対向するスタータコイルとの間でその移動可能な要素を駆動するための駆動力を発生するように位相差を有する電流を制御する。
【０００４】
国際公開第９８／４９７６３号パンフレットにおいては、固定ベースに対してＸＹ移動可能ステージを正確に位置付けるための磁気装置であって、そのＸＹステージは、モノリシック集積回路のフォトリソグラフィによる製造で使用されるウェーハ用ステッパで用いるのに適切である、磁気装置について開示されている。
【０００５】
国際公開第０１／１８９４４Ａ１号パンフレットにおいては、磁石システムは、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに対して平行に伸びている行列パターンにしたがって配列されているキャリアを有する第１部分を有する移動装置について開示されている。各々の行及び列における磁石はハルバッハ配列にしたがって配列されている、即ち、各々の行及び各々の列における連続する磁石の磁気配向は反時計回りに９０°回転する。第２部分は、Ｘ方向に対して＋４５°の角度オフセットを有する１つの種類と、Ｘ方向に対して−４５°の角度オフセットを有する他の種類とを有する２つの種類の電気コイルを有する電気コイルシステムを有し、第１部分に対して移動可能である。その磁石構成は非常に強い磁場をもたらす。
【０００６】
国際公開第０１／１８９４４Ａ１号パンフレットの援用により、本発明の説明の一部を代替する。
【特許文献１】欧州特許第１４３４３３５号明細書
【特許文献２】国際公開第９８／４９７６３号パンフレット
【特許文献３】国際公開第０１／１８９４４Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、操作を容易にするように、国際公開第０１／１８９４４Ａ１号パンフレットにおいて開示されている移動装置を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、移動装置は、少なくともＸ方向及び該Ｘ方向に対して垂直方向のＹ方向に互いに対して移動することができる第１部分及び第２部分を有し、
第１部分は、Ｘ方向及び前記Ｙ方向に対して実質的に平行に伸びているキャリアであって、キャリアにおいて、磁石システムは、あるパターン又はＸ方向に平行に伸びている行及びＹ方向に平行に伸びている列にしたがって固定され、行の間及び列の間の距離は等しい、キャリアと、キャリアに対して直角に且つ第２部分の方に向かって伸びている磁化方向を有する第１種類の磁石、及びキャリアに対して直角に且つ第２部分から遠ざかる方に向かって伸びている磁化方向を有する第２種類の磁石であって、各々の行及び各々の列において交互に配列されている、第１種類の磁石及び第２種類の磁石と、並置されている第１種類及び第２種類の磁石の各々の対の間の各々の列において配列されている第３種類の磁石であって、該第３種類の磁石は、Ｙ方向に平行に且つ第１種類の磁石の方に向かって伸びている磁化方向を有する、第３種類の磁石と、を有し、
第２部分は、磁石システムの磁場において位置付けられ、Ｘ方向と実質的に４５°の角度を有する電流導体を有する少なくとも１つの第１種類の電気コイルを有し、磁石システムの磁場においてまた、位置付けられ、Ｘ方向と実質的に４５°の角度を有する電流導体を有する少なくとも１つの第２種類の電気コイルを有する、電気コイルシステムを備え、前記電流導体は第１電気コイルの電流導体に対して垂直方向に伸びていて、第１部分の磁石の各々の行においてまた、第３種類の磁石は並置されている第１種類及び第２種類の磁石の各々の対の間に配列され、第３種類の磁石は、Ｘ方向に平行に且つ第１種類の磁石の方に向かって伸びている磁化方向を有し、
移動装置は、第２部分は静止していて、第１部分はセンチのオーダーの又はそれ以上の範囲に亘って第２部分に対して相対的に移動可能であり、移動装置は移動可能な第１部分の正確な位置決めのための干渉計システムを更に有することを特徴とする。
【０００９】
第２の、即ち、コイル部分に代えて、第１の、即ち、磁石部分を移動させることには幾つかの有利点がある。それらのコイルは電流が供給され、冷却されることのみが必要であるため、その可動部分に取り付けられるべきホース及びワイヤは必要ない。コイルは静止していて、冷却を実施することは容易である。ワイヤ及びホースは、磁場及び電流の干渉領域から距離を置いて備えられることができ、もはや力学的外乱に繋がることはない。このことは、本質的な位置決め精度を改善する。
【００１０】
磁石部分の移動にはケーブル及びホースのような何れの制限がなく、移動装置は、依然として高い位置決め精度を有する移動の擬似無制限領域を与え、可動部分にケーブルがないことのための固有精度は、正確な位置測定のための干渉計システムにより改善される。短い領域及び長い領域に亘って移動する磁石部分を有することにより、長いストロークのステージ及び短いストロークのステージを有する、通常用いられる複雑なデュアルステージの構成に代えて、単独ステージの構成を可能にする。
【００１１】
当業者に知られているように、干渉計は、２つの光ビームの干渉パターンを解析することによりナノメートルオーダーの長さにおける差を測定することが可能である。標準的な干渉計システムは、光源と、光ビームを調整し、異なる経路を生成するための、例えば、ミラー又はプリズムのような１つ又はそれ以上の光学要素と、干渉パターンを測定するための検出器と、を有する。
【００１２】
高感度のリソグラフィ処理においては、コイルのように熱を発生しないため、それ故、ウェーハに熱応力を導入しないために、磁石部分はウェーハを移動し、搬送するには有利である。
【００１３】
移動装置の更なる改善は、第１及び第２種類の磁石が同一の側面の正方形形状を有し、第３種類の磁石は矩形の側面形状を有し、それにより、第３種類の磁石の長い側面は第１及び第２種類の磁石の側面と隣接し、第１及び第２種類の磁石の側面とまさに同じ長さであることにより達成される。好適には、最も長い側面の寸法に対する第３種類の磁石の最も短い側面の寸法の比は、０．２５乃至０．５０の範囲内にある。このような磁石の構成は更に強い磁場を生成することが分かった。
【００１４】
これは、電流導体が有効な磁場において位置付けられているコイルの電流導体の長さが、磁石の磁極ピッチのｋ倍（ｋは、２，４，６，．．．である）に略等しく、磁石の磁極ピッチが、第１及び第２種類の磁石の中心点が位置している２つの隣接する対角線間の距離として規定される場合に、更に有利である。電流導体の長手方向における移動は、磁場の和が実質的に一定に維持されるようにし、その結果、強度変動は低減される。
【００１５】
本発明の好適な実施形態においては、第１部分は約５ｍｍ又はそれ以下であって、好適には、約３ｍｍ又はそれ以下の高さのリターンプレートを有する。リターンプレートは磁石システムの後に直接位置付けられている。それらのリターンプレートは強磁性材料から成り、磁石に磁束を戻す機能を有する。第１及び第２種類の磁石間で、ホールバッハ磁石とも呼ばれる、第３種類の磁石Ｈを用いる場合、第３種類の磁石を用いない場合と同程度に第１及び第２種類の磁石の外側の遠くまで広がらない。このことは、通常のようにかなり薄いリターンプレートを可能にし、そのことは、リターンプレートを全く用いないことさえ可能にする。これは、移動装置の重量を低減し、エネルギー効率を高める。
【００１６】
好適な実施形態においては、コイルの高さは約５ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲内であって、好適には、約９ｍｍ乃至２３ｍｍの範囲内である。それらの実施形態は、ウェーハステッパで用いるために最適化され、大きい力及び高勾配の組み合わせを提供し、勾配は。パワー損失当たりの力の平方根である。
【００１７】
コイルの中央にホールセンサアレイを位置付けることは有利であることが判明した。ホールセンサアレイは、磁束を測定するために非常に便利である。それらの測定から、コイル部分に対する磁石部分の位置が決定される。少なくとも２つのホールセンサアレイの情報に基づいて、どのコイルにどれ位の電流レベルが与えられるべきかが決定される。コイルの中央にホールセンサアレイを位置付けることにより、そのホールセンサアレイは、更なる空間の必要性を伴うことなく、最適な測定精度のために磁石に対してできるだけ近くに置かれる。
【００１８】
好適には、干渉計システムの構成要素は、干渉計システムの光ビームを反射するために第１部分の垂直な辺におけるミラー及び／又はプリズムである。ミラー及び／又はプリズム並びにそれらの数をどのように選択するべきかは、実際の幾何学的構成に依存している。
【００１９】
測定データ又は制御信号が交換される必要がある場合、磁石部分における無線通信のための手段、例えば、搬送されるべきオブジェクトのためのデータ関連保持手段又は較正手段を備えることは有利である。好適な通信手段は、例えば、光学的又は容量性である。無線エネルギー伝達が、搬送されるオブジェクトの静電クランピングに適用されることが可能である。また、再充電可能なバッテリを備えることが可能である。
【００２０】
好適には、磁石部分はピックアップコイルを有する。ピックアップコイルは、磁石部分において又は磁石部分内に位置付けられた何れの電子構成要素について電力を受け取るために、信号を送るために又は信号を受け取るために用いられることが可能である。
【００２１】
好適な実施形態においては、装置は、第２部分、即ち、コイル部分に対して移動される２つ以上の第１部分、即ち、磁石部分を有する。そのような構成は、幾つかのオブジェクトが同時に幾つかの位置に連続して伝達される必要がある場合に、特に有用である。
【００２２】
本発明の更なる特徴においては、移動装置は、例えば、オブジェクトステージにおいて用いられるように、６つの自由度を有する平面電気モータにおいて用いられる。
【００２３】
以下、本発明について詳述する。その説明は、図を参照して、非制限的な例示として与えられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、磁石システム３により構成される第１部分１と、電気コイルシステム４により構成される第２部分２とを有する国際公開第０１／１８９４４Ａ１号パンフレットに記載されている移動装置について示す図である。それらの磁石はキャリア５に固定され、コイルシステムはコイルブロック６に固定されている。第１及び第２部分は互いに対して移動することができる。図１乃至３における例示としての実施例においては、固定部分は、磁石を有するキャリア５により構成され、可動部分はコールブロック６により構成されている。本発明にしたがった移動装置については、磁石システム３の同様の構成が用いられ、第１及び第２部分間の相互作用の基本原理は同様である。
【００２５】
磁石は、以下で説明する様式でキャリア５において配列される。磁石は、Ｘ方向に対して平行に伸びている行７及びＹ方向に対して平行に伸びている列８のパターン状に配列されていて、行の間の間隔及び列の間の間隔は同じである。各々の行において及び各々の列において、第１種類の磁石Ｎ及び第２種類の磁石Ｚは交互に配列されている。第１種類の磁石Ｎは、キャリアに対して直角に且つ電気コイルシステムを有する第２部分の方に伸びている磁化方向を有する一方、第２種類の磁石Ｚは、キャリアに対して直角に且つ電気コイルシステムを有する第２部分から遠ざかって伸びている磁化方向を有する。各々の行及び各々の列においては、第３種類の磁石Ｈは、第１種類の磁石Ｎ及び第２種類の磁石Ｚの各々の対の間に配置されている。列８間に位置付けられている第３種類の磁石Ｈの磁化方向は、Ｙ方向に対して平行に且つ隣接する第１種類の磁石Ｎの方に伸びている一方、行７間に位置付けられている第３種類の磁石Ｈの磁化方向は、Ｘ方向に対して平行に且つ隣接する第１種類の磁石Ｎの方にまた、伸びている。異なる種類の磁石Ｎ、Ｚ及びＨの磁化方向は矢印により示されている。
【００２６】
電気コイルシステム４は、少なくとも１つの第１種類のコイルＣ１を備え、その第１コイルの電流導体９は磁石の有効磁場において位置付けられ、Ｘ方向と４５°の角度を有し、そして前記電気コイルシステムはまた、電流導体１０を有する少なくとも１つの第２種類のコイルＣ２を備え、その電流導体はまた、磁石の有効磁場において位置付けられ、Ｘ方向と４５°の角度を有し、そして第１種類のコイルＣ１の電流導体９に対して垂直方向に伸びている。表現“有効磁場における電流導体”は、コイルの一部が、一般には、複数の電流導体が、磁石の磁場において位置付けられていること、そして、有効なローレンツ力が前記部分に影響を与え、その結果、コイルの移動がもたらされることを意味するとして解釈される必要がある。
【００２７】
コイルが磁石システムにおいて移動する様式については、図２を参照して下で説明する。参照番号９１、９２及び１０１、１０２は、コイルＣ１及びＣ２の電流導体をそれぞれ表し、それらのコイルは磁石の磁場において備えられている。電流導体９１は、文字Ｎにより表される磁石の磁場において主に位置付けられる。それらＮの磁石の磁化方向は上向きの矢印により示され、即ち、磁石システムに対して直角方向に且つ電流導体９１の方に方向付けられている。その磁場の方向は、矢印Ｂ１により示されている。電流が、矢印Ｉ１により示される方向に電流導体９１を通って流れる場合、力Ｆ１が、関連矢印により示される方向に電流導体において加えられ、その結果、電流導体は、矢印Ｆ１の方向に移動を開始しようとする。電流導体９２は、参照される磁石Ｚの磁場において主に位置付けられている。それらのＺの磁石の磁化方向は、下向きの、即ち、磁石システムに対して直角に且つ電流導体９２から遠ざかる矢印Ｂ２により示されている。電流が、矢印Ｉ２にしたがって電流導体９２を通って流れる、即ち、電流Ｉ１に対して逆に流れる場合、力Ｆ２が、関連矢印により示される方向に加えられ、その結果、電流導体は、矢印Ｆ２により示される方向、即ち矢印Ｆ１と同じ方向に移動を開始しようとする。同様に、電流導体９１及び９２に対して直角に配列されている電流導体１０１及び１０２は、矢印Ｉ３及びＩ４にしたがってある電流においてＮ及びＺの磁石の磁場の影響下で、矢印Ｆ３及びＦ４により示されている方向に伸びる力の影響を受ける。勿論、電流導体における電流が逆向きになる場合、その力が加えられ、それ故、電流導体の移動はまた、逆向きになる。図３においては、このような力の相互作用について示されている。
【００２８】
電流導体９、１０の部分１１はまた、第３種類の磁石Ｈの上及び／又は磁石が存在しない部分、即ち、第１種類の磁石Ｎと第２種類の磁石Ｚとの間の部分の上にある（図２の左下部分を参照されたい）。それらの電流導体の部分は磁場Ｂにおいて位置付けられ、その磁場Ｂの平均的な方向はＸ−Ｙ平面に対して実質的に平行に広がっている。図３における電流導体９１ｃをまた参照する。電流Ｉがこの電流導体を通って流れる場合、上記の電流導体の部分は、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直な方向、即ち、Ｚ方向において力Ｆの影響を受ける。電流の方向及び磁石に対する電流導体の位置に応じて、その力は、磁石の方に又は磁石から遠ざかるように方向付けられる。その力が磁石から遠ざかるように方向付けられる場合、この力は浮上力Ｆ１と呼ばれ、即ち、その力は電流導体が磁石から遠ざかるように移動する力である。そのような力は、コイルブロックと磁石との間のベアリング機能を与えるように用いられることが可能である。
【００２９】
第１種類の磁石Ｎ及び第２種類の磁石Ｚは形状が正方形である。第３種類の磁石Ｈは矩形であり、Ｈの磁石の最も長い側面１２はＮの磁石及びＺの磁石の側面１３に隣接し、最も短い側面１４の寸法とＨの磁石の最も長い側面１２の寸法との比は０．２５乃至０．５の範囲内にある。これは、最適な解析で分かったように、磁石システムの面積当たり、最も大きい磁場強度をもたらす。
【００３０】
図３は、３つのコイルの２つの集合、即ち、電流導体９１ａ、９１ｂ、９１ｃ及びリターン電流導体９２ａ、９２ｂ、９２ｃを有する第１集合Ｃ１１と、電流導体９３ａ、９３ｂ、９３ｃ及びリターン電流導体９４ａ、９４ｂ、９４ｃを有する第２集合Ｃ２１とを示している。両方のコイルの集合は三相電流システムにより供給される。電流導体の長手方向からみて、３つの電流導体の第１集合Ｃ１１は、３つの電流導体の第２集合Ｃ２１に対して、磁石の磁極ピッチ１６の約半分である距離１５だけ移動する。磁石の磁極ピッチ１６は、ここでは、同じ種類Ｎ及びＺの磁石の中心点１７及び１８のそれぞれが位置付けられる２つの隣接する対角線間の距離を意味すると解釈される。この対策が講じられない場合、変動トルクが、移動中の通電コイルの両方の集合に影響を与え、その変動トルクは、固定部分に対してＺ軸の周りの可動部分（磁石を有するキャリア又はコイルブロック）の一種の揺動運動をもたらす。互いに対するコイルの集合の移動によって、この揺動の影響は、トルクがそれら２つのコイルの集合の１つにおいて発生し、そのことは他の集合におけるトルクを補償するために、実質的に低減される。本発明にしたがった移動装置においては、この揺動の影響は、コイルブロック６において振動を生じさせる可能性がある。
【００３１】
電流導体の長さ１９は、磁石の磁極ピッチ１６のｋ倍（ｋは２の倍数である）に略等しいように選択される。その結果、長手方向における電流導体の移動時に、磁場の和は略一定に維持される。このことは、電流導体に影響を与える力の変動が小さくなるようにする。これは、コイル及び位相の数に拘わらず。適用できる。
【００３２】
図４ａ及び４ｂは、第１部分、即ち可動磁石部分４１０及び第２部分、即ち静止コイル部分４２０を有する本発明にしたがった移動装置を示している（図４ａは断面図、図４ｂは平面図）。本実施例の磁石部分４１０は、図４において見えない磁石と、キャリア４１４の上部にミラーブロック４１２とを有するキャリア４１４を有し、そのミラーブロックにおいて、１つ又はそれ以上のミラー及び／又は他の光学要素が、磁石部分の位置の高精度測定のための干渉計システム（図４には図示せず）の部分として固定されている。磁石部分４１０は、固定コイル部分４２０に対して移動することができる。コイル４２４は、冷却チャネル４２６を介して流体冷却されるコイルブロック４２２において配列されている。図４において理解できるように、コイル４２４は、９０°だけオフセットされた隣接する群の配向を有する３個群に配列されている。当業者は、３個のコイルより多い又は少ない群のような他の構成がまた、可能であることを理解することができるであろう。
【００３３】
図５は、上下を反転させて、磁石部分４１０を更に詳細に示している。磁石の３種類のＮ、Ｚ及びＨが、図１に関連して説明したように配列されている。
【００３４】
図６は、デュアルステージ構成の従来技術にしたがった移動装置６０１を示している。長い距離についての第１ステージは、磁石プレート６１０に対して相対的に移動可能であり、長いストロークのキャリア６１４に対して固定されているコイル６１２を有する。電流を供給し、信号及び冷却剤流体を制御するために、長いストロークのキャリア６１４がケーブルアーム６３２に取り付けられている。ケーブルアーム６３２は、移動装置６０１の移動範囲を制限する。更に、ケーブルスラブ６３２のケーブルは、磁場をまた有するために、磁石とコイルとの間の相互作用を乱す可能性がある。
【００３５】
長いストロークのキャリアにおいては、短いストロークのステージの一部であるコイルは固定されている。磁石６２０を有する短いストロークのキャリア６２４は、コイル６２２及び長いストロークのキャリア６１４に対して相対的に移動可能である。短いストロークのステージの位置決めは干渉計システムの支援により制御され、その干渉計システムの２つの光ビーム６３０が図６に示されている。
【００３６】
図６の移動装置６０１の複雑度は、１つのみのステージではなく。２つのステージが移動され、位置決めされ、制御されそして冷却される必要があるためにかなり高い。その移動装置は、例えば、高い位置精度が非常に重要であるリソグラフィのために用いられるウェーハ用ステッパにおいて、ウェーハ２０を搬送するために半導体工業において用いられる。
【００３７】
それとは対照的に、図７は、例えば、ウェーハ用ステッパにおいて用いられる、本発明にしたがった移動装置７０１を示している。キャリア７１４に取り付けられた磁石７１０を有し、コイルプレート７１２に対して相対的に移動可能である１つのステージのみを必要とする。十分な加速を与えるために必要な力は、上記のようにホールバッハ磁石の構成を有する特定の磁石構成により与えられる。その移動は、何れのケーブル又はホースにより制限もされないし、乱されもしない。キャリア７１４は、熱的及び電磁気的に隔絶され、それ故、移動されるべきオブジェクト、例えば、ウェーハ２０に決して影響を及ぼさない。位置決め精度は、光ビーム７３０を用いる干渉計制御ユニット７３１により達成される。干渉計制御ユニット７３１は、光源と、この実施例においては、ウェーハ２０の位置を決定するために測定データを解析するための処理ユニットに中継される検出器とを有する。光源７３０は、キャリア７１４の鉛直側面において反射され、位置の測定のための干渉計制御ユニット７３１により参照ビームに対して比較される。従来技術に比べて少ない可動部分を有することにより、その移動装置７０１の信頼性は向上する。
【００３８】
図８は、ウェーハ用ステッパで用いられる、本発明にしたがった移動装置８０１の詳細を示す図である。主要部分は、再び、固定されているコイル８１２の配列、及びコイル８１２に対して移動される磁石８１０の配列であり、両者の配列については上で説明している。
【００３９】
コイル８１２はテーブル８４１に取り付けられている。各々のコイル８１２の中央には、増幅器８５６に結合されたホールセンサアレイ８５４、及びコイル８１２に対して磁石８１０の位置を測定するためのホール電極８５８がある。その位置、力のレベル及び力の方向に応じて、磁石と重なり合っているコイルを電流が流れる。コイル８１２は、コイル８１２の直下の冷却体８５２により冷却される。
【００４０】
キャリア８１４及びミラーブロック８１６におけるエレクトロニクスのための電力は、ピックアップコイル８５１により獲得される。
【００４１】
キャリア８１４及びミラーブロック８１６は、弾性要素、この実施例においては、板ばね８４０により振動及び熱に対して隔絶されている。キャリアは、エレクトロニクスの殆どを有し、ミラーブロックは、ウェーハ２０をクランプするクランプ８１８に支持されている。そのミラーブロックは、リソグラフィ用露光ビームの正しい位置を較正し、チェックするための較正ユニット８５０を更に支持している。干渉計の探査ビームを反射のために、プリズム８３２及びミラー８３３がミラーブロック８１６の鉛直側面に取り付けられている。
【００４２】
クランプ８１８及び較正ユニット８５０は、較正エレクトロニクス８６４及びクランプエレクトロニクス８６６により制御される。較正及びクランプ要素８６４、８６６は、必要に応じて、ピックアップコイル及び／又はパワーエレクトロニクスの後の蓄電器８６０により電力供給される。較正及びクランプエレクトロニクス８６４、８６６は通信エレクトロニクス８６８に対して中継する。キャリア８１４における受信器８７６及びエミッタ並びに外部の受信器８７２及びエミッタ８７４を介して、通信エレクトロニクスは、クランプ、較正及び移動装置の及びそれらのための制御データを外部の制御ユニットと交換する。通信エレクトロニクス８６８は、クランプ及び較正エレクトロニクス８６４、８６６のように電力供給される。本実施例においては、無線通信手段はオプションであり、送信機８７０、８７４は発光ダイオードであり、受信器８７２、８７６はフォトダイオードである。ピックアップコイル８５１のみを用いて通信することがまた、可能であることを特記しておく。
【００４３】
電子部品を封止したために、移動装置８０１を真空中で用いることが可能である。
【００４４】
図９は、所謂、ツインステージ構成のような、コイルプレート９１２に対して移動される１つのみではない、２つの磁石部分を有する移動装置を示している。この平面図においては、ウェーハクランプ９１８及び磁石部分９１２のミラーブロック９１６がみえる。Ｘ、Ｙ及びＺ方向に対する空間における位置ばかりでなく、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に対する傾きのような６つの探査ビーム９３０が、各々の磁石部分９１０について干渉計システムにより供給される。
【００４５】
ただ１つの磁石部分を有する移動装置は６つの自由度を有し、また、移動装置は３つ以上の磁石部分を有する（磁石部分当たり６つの自由度）ことが可能であることを特記しておく。
【００４６】
このツインステージ構成は、半導体工業において非常に便利である。例えば、左側の磁石部分９１０におけるウェーハが測定されることが可能である一方、右側の磁石部分９１０におけるウェーハはリソグラフィ装置の投影ビームに同時に露光されることが可能である。両者の磁石部分９１０の位置の交換について、図１０に示されている。ケーブル及びホースアームに取り付けられた移動コイル部分を有する従来のデュアルステージ構成と比較して、それらの障害の全てを考慮する必要がないために、交換時間が短縮できる。
【００４７】
図９及び１０から理解できるように、干渉計システムは、連続測定する必要はない。殆どのアプリケーションについて、磁石部分９１０の高精度の位置決めにおいてのみの測定で十分である。
【００４８】
図９及び１０に示すデュアルステージの移動装置は次のような寸法を有する。ミラーブロック９１６の長さは４２０ｍｍである。交換中の両方の磁石部分９１０間の最小間隔は５０ｍｍである（図１０を参照されたい）。図４に示すような３個のコイルの群であり、５磁石ピッチに等しいようにコイルプレート９１２の１つの正方形を取り、２．５個のコイルの群に等しいようにミラーブロックの長さを取る場合、磁性ピッチは３１．８ｍｍである。
【００４９】
図１１は、リターンプレート１１１において配列されたＮ及びＺの種類の磁石１１０を示している。リターンプレートは、磁束を磁石１１０に戻す。ホールバッハ磁石１１２を磁石１１０の間に付加する場合、磁束は、磁束がリターンプレートの側面における磁石１１０から殆ど出ないように修正される。この効果についてはまた、図１２に示している。リターンプレートの高さに対するパワー当たりの加速が、ホールバッハ磁石の有無について測定されたものである。ホールバッハ磁石を有しない場合、パワー当たりの加速は、０ｍｍから略４ｍｍにリターンプレートの高さを増加させることにより増加される。ホールバッハ磁石を有する場合、約２．５ｍｍからリターンプレートの高さが全くない状態にすることにより、パワー当たりの加速は一定に維持される。リターンプレートを省略することにより磁石部分の重みを減少させることによって、一部のパラメータが改善されることができる場合、パワー当たりの加速に関する負の影響はない。ホールバッハ磁石を用いることにより、ホールバッハ磁石を用いない磁石配列に比べて、低いリターンプレートの高さについて、パワー当たりの加速における一般増加は約２５％及びそれ以上であることを特記しておく。
【００５０】
本発明にしたがって移動装置を最適化するための他のパラメータについて、図１３に示している。プレートにおける移動の力、Ｘ−Ｙ平面及び急峻度が、図９及び１０に示す装置を用いてコイル高さの変化について測定されたものである。そのグラフから理解できるように、最適の大きい力及び大きい急峻度の組み合わせは、約５ｍｍ乃至３０ｍｍの範囲内であり、好適には、９ｍｍ乃至２５ｍｍの範囲内であり、測定装置についての最適の組み合わせは約２２ｍｍである。
【００５１】
上記においては、本発明の幾つかの好適な実施形態について説明しているが、当業者は、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、多くの変形、変更及び代替が実施可能であることを理解することができるであろう。それ故、本発明については、同時提出の特許請求の範囲における適切な範囲内の何れの様式又は変形において権利主張することができる。例えば、複数の独立請求項の特徴の複数の組み合わせが、本発明の範囲から逸脱することなく、従属請求項の特徴と共に成されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】磁石システム及び電気コイルシステムを有する従来技術にしたがった移動装置の平面図である。
【図２】図１の詳細な平面図である。
【図３】図１に示す移動装置の断面図である。
【図４ａ】本発明にしたがった移動装置の模式図である。
【図４ｂ】本発明にしたがった移動装置の模式図である。
【図５】図４の移動装置の磁石部分の模式図である。
【図６】従来技術にしたがった移動装置の断面図である。
【図７】本発明にしたがった移動装置の断面図である。
【図８】本発明にしたがった移動装置の詳細な断面図である。
【図９】第１位置における本発明にしたがった移動装置の他の実施形態の模式的な平面図である。
【図１０】第２位置における図９の移動装置の模式的な平面図である。
【図１１】本発明にしたがった移動装置の磁石部分の特定の特徴を示す図である。
【図１２】リターンプレートの高さに対するパワー当たりの加速のプロットを示す図である。
【図１３】コイルの高さに対する力及び急峻度のプロットを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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