(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部分と、該第１部分に対してローレンツ力モータシステムにより移動可能とされた第２部分とを含んで成る位置決め装置であって、
前記第１部分に対して、前記第２部分は少なくとも１つのガスシリンダによりＺ方向に支持されており、
前記ガスシリンダは、圧力室を有し、前記第１部分に連結されているハウジングと、前記第２部分に連結され、また前記圧力室内で前記Ｚ方向に移動可能なピストンであって、前記Ｚ方向と実質的に直角な方向に前記ハウジングに対して軸支されたピストンとを含んで成り、
前記第２部分は、静的ガス軸受により前記ピストンに対して前記Ｚ方向に支持され、且つ該静的ガス軸受により前記ピストンの支持面上を前記Ｚ方向と実質的に直角な方向へ移動できるように案内され、
位置決め装置はさらに、弾性変形可能な連結部材により前記第２部分に連結されると共に、前記静的ガス軸受で前記ピストンの支持面上に支持された中間部分を備えており、前記連結部材は、前記Ｚ方向には実質的に変形不能であると共に、該Ｚ方向と実質的に直角な、相互に直交する２つの曲げ軸線のまわりに曲げ可能である、ことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記第１部分に備えられている前記ガスシリンダの主室に前記圧力室が連結されている、請求項１に記載された位置決め装置。
【請求項３】
ローレンツ力モータシステムに属する３つのガスシリンダおよびＺ−ローレンツ力モータを備え、作動において前記各Ｚ−ローレンツ力モータは前記第２部分に前記Ｚ方向のローレンツ力を作用させ、前記各ガスシリンダはそれぞれのＺ−ローレンツ力モータと共に支持ユニットを形成している、請求項１または２に記載された、位置決め装置。
【請求項４】
前記位置決め装置の駆動ユニットにより少なくとも前記Ｘ方向に前記第１部分が前記位置決め装置の基部に対して移動可能である、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された位置決め装置。
【請求項５】
前記ローレンツ力モータシステムが前記第２部分を前記第１部分に対して前記Ｚ方向、および相互に直角であると共に前記Ｚ方向に直角な前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に移動でき、またそれぞれ前記Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向と実質的に平行な第１軸線、第２軸線および第３軸線のまわりに前記第２部分を前記第１部分に対して回転できる、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された位置決め装置。
【請求項６】
前記各ローレンツ力モータが前記第１部分および前記第２部分の一方に固定された永久磁石システムと、該第１部分および該第２部分の他方に固定された電気コイルシステムとを含んで成る、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された位置決め装置。
【請求項７】
前記ピストンが静的ガス軸受により前記ハウジングに対して軸支されている、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された位置決め装置。
【請求項８】
放射投影ビームを供給する放射システムと、マスクを保持するマスクホルダを備えた第１の物体支持可動テーブルと、基体を保持する基体ホルダを備えた第２の物体支持可動テーブルと、前記基体のターゲット部分上に前記マスクの照射部分を結像するための投影システムとを含んでなる平板印刷投影装置であって、前記第１および第２の物体支持可動テーブルの少なくとも一方が請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された位置決め装置を含み、前記マスクホルダおよび（または）基体ホルダが前記第２部分に連結されていることを特徴とする平板印刷投影装置。
【請求項９】
放射投影ビームを供給する放射システムと、マスクを保持するマスクホルダを備えた第１の物体支持可動テーブルと、基体を保持する基体ホルダを備えた第２の物体支持可動テーブルと、前記基体のターゲット部分上に前記マスクの照射部分を結像するための投影システムとを含んでなる平板印刷投影装置を使用した装置を製造する方法であって、放射感応材料の層で少なくとも部分的に覆われた基体を準備する段階と、パターンを含むマスクを準備する段階と、前記マスクパターンの少なくとも一部分の像を前記放射感応材料の層のターゲット面積部分上に投影する段階とを含み、像を投影する前記段階時に前記マスクおよび前記基体の少なくとも一方が請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された位置決め装置を使用して位置決めされることを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１部分と、第１部分に対してローレンツ力モータシステムにより移動可能とされた第２部分とを含んで成る位置決め装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、
放射投影ビームを供給する放射システムと、
マスクを保持するマスクホルダを備えた第１の物体支持可動テーブルと、
基体を保持する基体ホルダを備えた第２の物体支持可動テーブルと、
基体のターゲット部分上にマスクの照射部分を結像するための投影システムとを含んでなる平板印刷投影装置に含まれた装置に関する。
【０００２】
簡単化のために投影システムは以下の説明で「レンズ」と称するが、この用語は、例えば屈折光学、反射光学、反射屈折光学系および荷電粒子光学を含む各種形式の投影システムを包含するものと広義に解釈されるべきである。この投影システムは、放射投影ビームの方向決め、成形、または制御に対するこれらの原理のいずれかにより作動される部材を含むことができ、それらの部材も以下の説明で集合的に、または単独でレンズと称される。さらに、第１の物体支持テーブルおよび第２の物体支持テーブルは、それぞれ「マスクテーブル」および「基体テーブル」と称される。さらに、この平板印刷装置は２以上のマスクテーブルおよび（または）２以上の基体テーブルを有する形式のものとし得る。このような多段装置においては、追加のテーブルを並列に使用でき、１以上の段階で予備段階が遂行される一方、他の１以上の段階が露光のために使用される。２ステージ式平板印刷装置は、例えば国際特許出願ＷＯ９８／２８６６５および同ＷＯ９８／４０７９１に記載されている。
【０００３】
【従来の技術】
平板印刷投影装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に使用できる。その場合、マスク（焦点板）は個々のＩＣ層に対応した回路パターンを含むことができ、このパターンを感光性材料（レジスト）層を被覆された基体（シリコンウェーハ）のターゲット面積部分（ダイ）の上に結像することができる。一般に単一のウェーハは、焦点板により１回に１つずつ連続的に照射される隣接したダイのネットワーク全体を含む。或る形式の平板印刷投影装置においては、１回の行程で焦点板の全パターンをダイに露光することで、各ダイが照射される。このような装置は一般にウェーハステッパと称される。一般にステップ−アンド−スキャン装置と称される代替装置においては、投影ビームの下で与えられた基準方向（「走査」方向）に焦点板パターンを順次に走査する一方、同期してその方向と平行に、または非平行にウェーハテーブルを走査することで、各ダイが照射される。一般に投影システムは倍率数Ｍ（一般に＜１）を有するので、ウェーハテーブルを走査する速度Ｖは焦点板テーブルが走査される速度をＭ倍した速度となる。本明細書に記載するように、平板印刷装置に関するさらに詳しい情報は、国際特許出願ＷＯ９７／３３２０５から得ることができる。
【０００４】
平板印刷装置は、例えば紫外光（ＵＶ）、超紫外光、Ｘ線、イオンビームまたは電子ビームのような各種形式の放射投影を使用できる。使用する放射形式および装置の特定な設計条件に応じて、投影システムは例えば屈折、反射または反射屈折とすることができ、またガラス質要素、斜め入射反射鏡、選択複層被覆
（selective multi-layer coating）、磁界レンズおよび（または）静電界レンズその他を含むことができる。この装置は真空中で作動する要素を含むことができ、したがって真空中で使用できる。上述したように、この装置は一以上の基体テーブルおよび（または）マスクテーブルを有することができる。
【０００５】
ローレンツモータを使用した位置決め装置はＥＰ−Ｂ０３４２６３９により周知である。周知の位置決め装置の第１部分はスライドを含み、このスライドはサーボモータによってＸ方向およびＹ方向に比較的長い距離にわたって比較的低い精度のもとに移動することができる。第２部分は基体ホルダを含み、この基体ホルダはローレンツ力モータによって相互に独立した６自由度で比較的短い距離にわたり比較的高い精度で第１部分に対して移動することができる。ローレンツ力モータシステムを使用することで、第１部分および第２部分の機械的接触、および第１部分から第２部分への機械的振動の伝達は制限される。この結果、周知の位置決め装置で高い位置決め精度を得ている。周知の位置決め装置の一実施例は、第２部分に、垂直なＺ方向と平行な方向の支持力を与える永久磁石システムをさらに含んでいる。これは、ローレンツ力モータシステムで発生されるローレンツ力によって、垂直なＺ方向に第２部分を支持する必要性を排除するのであり、このような支持が必要とされるならばローレンツ力モータのコイルにおいて大エネルギーの消費がもたらされることになる。したがって、ローレンツ力モータは第２部分を移動させるだけに使用されるので、ローレンツ力モータの電気コイルにおけるエネルギー消費はかなり減少される。
【０００６】
周知の位置決め装置の欠点は、第１部分と第２部分との距離がＺ方向に変化すると別の永久磁石システムの支持力の強さがかなり変化するので、該別の永久磁石システムは実質的にＺ方向においてかなり大きな磁気的剛性を有するということである。この剛性の結果として、該別の永久磁石システムと第２部分の移動質量とによって形成される質量ばねシステムはＺ方向にむしろ高い固有振動数を示すことになり、第１部分から第２部分へ実質的に機械的振動を伝達することになる。これは周知の位置決め装置の位置決め精度に悪影響を与える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、周知の位置決め装置における上述した欠点を軽減した位置決め装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第１部分と、第１部分に対してローレンツ力モータシステムにより移動可能とされた第２部分とを含んで成る位置決め装置であって、
第１部分に対して、第２部分は少なくとも１つのガスシリンダによりＺ方向に支持されており、前記ガスシリンダは、
圧力室を有し、第１部分に連結されているハウジングと、
第２部分に連結され、また圧力室内でＺ方向に移動可能なピストンであって、Ｚ方向と直角な方向に前記ハウジングに対して軸支されたピストンとを含んで成ることを特徴とする位置決め装置が提供される。
【０００９】
本明細書で引用するガスシリンダは、（摩擦のない）空気シリンダとも称される。上述のようにガスシリンダを使用することで第２部分は空気圧支持力により第１部分に対して支持されるのであり、この空気圧支持力は圧力室内のガス圧力によって定まる。供給圧力およびピストン面積を適切に選ぶことにより、ピストンがＺ方向に移動するときのガスシリンダの空気圧支持力が実質的に一定のままに維持されることが達成される。ピストンはガスシリンダのハウジングに対してＺ方向に例えば静止ガス軸受によって直角な方向に軸支されているので、ピストンは実質的に摩擦を生じることなくＺ方向に移動することができ、これによりガスシリンダの比較的一定した支持力はピストンに作用する静的ガス軸受の摩擦力による影響を実質的に受けない。
【００１０】
本発明においては、重力補正装置として作用するガスシリンダは、垂直方向（または他の意図される方向）の固定的な投影面積部分を有する可動ピストンの横断面に作用する圧縮ガス（例えば圧縮空気）を与えることによって機能する。この面積部分は、単一の物理的表面で与えることができるが、多数の物理的表面に分散することもでき、または２つの対向する表面の面積差とすることもできる。この面積部分に作用する圧力によって与えられる釣り合い力は、支持部分（例えばマスクまたは基体ホルダ）の水平、垂直、ピッチ、ヨウまたはロール運動に拘わらずに、できるだけ一定に近い状態に維持されねばならず、その作用点は支持部分に対して固定的に維持されねばならない。
【００１１】
本発明による位置決め装置の特定の実施例において、第２部分はピストンに対して別の静的ガス軸受によってＺ方向に支持され、これにより第２部分はＺ方向と直角な方向へ移動できるようにピストンの支持面上を案内される。別の静的ガス軸受を使用することで、第２部分は実質的にピストンの支持面上で摩擦を生じることなくＺ方向と直角な方向へ移動できる。
【００１２】
本発明による位置決め装置の他の実施例において、弾性変形可能な連結部材によって第２部分に取付けられると共に前記別の静的ガス軸受によってピストンの支持面上に支持された中間部分を位置決め装置は備えており、この連結部材はＺ方向には実質的に変形不能であるが、Ｚ方向と直角な、相互に直交する２つの曲げ軸線のまわりに曲げ可能である。中間部分を使用することにより、第２部分は第１部分に対して第１回転軸線および第２回転軸線のまわりで回転自由である。
【００１３】
本発明により任意であるが、支持面を備え且つ（実質的に）球形静的ガス軸受によってピストンに対してＺ方向に支持された中間部分を位置決め装置は含んで成る。この中間部分および球形静的ガス軸受を使用することにより、第２部分は第１部分に対して第１回転軸線および第２回転軸線のまわりで回転自由である。摩擦がないという球形ガス軸受の特徴は、第２部分がガスシリンダによる影響を受けずにピッチおよびロール運動できるようにさせる。
【００１４】
同様に本発明により任意であるが、位置決め装置は３つのガスシリンダと、ローレンツ力モータシステムに属する３つのＺ−ローレンツ力モータとを備えており、作動において各Ｚ−ローレンツ力モータは実質的に動的なローレンツ力を第２部分に対してＺ方向に、ガスシリンダで与えられる実質的に静的な力と平行に作用させる。３つのガスシリンダは、例えば重力加速度に抗して、第１部分に対する第２部分のＺ方向における安定した静的な定められた支持を行う。３つのＺ−ローレンツ力モータにより、第２部分は第１部分に対してＺ方向に移動でき、また第１回転軸線および第２回転軸線のまわりに回転することができる。各々のガスシリンダはＺ−ローレンツ力モータの一部として組込むことができるので、実用的で小型の位置決め装置が得られる。
【００１５】
本発明による位置決め装置のさらに他の実施例においては、その位置決め装置の駆動ユニットによって第１部分は位置決め装置の基部に対して少なくともＸ方向に移動できる。この実施例では、第１部分は位置決め装置の基部に対して、前記駆動ユニットにより比較的低い精度で比較的長い距離を移動できるのに対し、第２部分はローレンツ力モータシステムにより第１部分に対して比較的短い距離を比較的高い精度で移動できる。この結果、比較的大きい寸法を有さねばならない駆動ユニットは、位置決め精度が比較的低い比較的簡単な形式のものとすることができるのに対し、比較的正確なローレンツ力モータの寸法は制限できる。
【００１６】
本発明による平板印刷装置においては、物体支持テーブルの少なくとも１つは上述したような位置決め装置を含み、基体またはマスクホルダが位置決め装置の第２部分に固定される。本発明による位置決め装置の有利な特徴は、本発明による平板印刷装置において特定な方法で顕在化されるのであり、機械的振動の基体またはマスクホルダへの伝達は可能な限り排除される。このことは、基体またはマスクホルダが投影システムに位置決めすることのできる精度に好ましく作用し、またマスク上のパターンまたはサブパターンが基体上に結像される精度に対して好ましく作用する。
【００１７】
本発明の他の見地によれば、
放射投影ビームを供給する放射システムと、
マスクを保持するマスクホルダを備えた第１の物体支持可動テーブルと、
基体を保持する基体ホルダを備えた第２の物体支持可動テーブルと、
基体のターゲット部分上にマスクの照射部分を結像するための投影システムとを含んでなる平板印刷投影装置を使用した装置を製造する方法であって、
放射感応材料の層で少なくとも部分的に覆われた基体を準備する段階と、
パターンを含むマスクを準備する段階と、
マスクパターンの少なくとも一部分の像を放射感応材料の層のターゲット面積部分上に投影する段階とを含み、
像を投影する前記段階時にマスクおよび基体の少なくとも一方が請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載された位置決め装置を使用して位置決めされることを特徴とする製造方法が提供される。
【００１８】
本発明による平板印刷投影装置を使用した製造方法においては、エネルギー感応材料（レジスト）の層で少なくとも部分的に覆われた基体上にマスクのパターンが結像される。この結像段階に先行して、基体は各種の処理、例えば下処理（primping）、レジスト被覆、および軟焼成（soft bake）を施される。露光の後、基体は、例えば露光後焼成（ＰＥＢ）、現像、硬焼成（hard bake）および結像形状の測定／検査のような他の処理を施される。この処理配列は、装置の個別の層、例えばＩＣをパターン化する基本として使用される。このようなパターン化された層は、その後にエッチング、イオン注入（ドーピング）、金属化、酸化、化学−機械研磨などの各種の処理を施されることができるのであり、これらの処理の全ては個別の層を仕上げるために意図される。幾つかの層が必要とされるならば、全ての処理、またはその変形処理が新しい層の各々に対して繰返されねばならない。結局、装置配列が基体（ウェーハ）上に与えられる。これらの装置はその後ダイシングまたはソーイング（鋸引）のような技術によって互いに切離され、これにより個々の装置のキャリヤに対する取付け、ピニオン対する連結、などが可能とされる。このような処理に関する更なる情報は、例えば「マイクロチップ製造：半導体処理の実用的な手引（Microchip Fabrication: A PracticalGuide to Semiconductor Processing）」第３版、ピーター・ファン・ツァント（Peter van Zant）著、マグローヒル出版社、１９９７、ＩＳＢＮ０−０７−
０６７２５０−４、から得られる。
【００１９】
ＩＣ製造における本発明の装置の使用を本明細書で特別に引用するが、この装置は他の多くの適用例を有するということを明確に理解しなければならない。例えば、一体化された光学システム、磁気領域記憶装置のための案内および検出パターン、液晶標示パネル、薄膜磁気ヘッドなどの製造に使用できる。当業者は、それらの代替適用例に関しては、本明細書で使用される「焦点板」、「ウェーハ」、または「ダイ」のいずれの用語も、それぞれ「マスク」、「基体」および「ターゲット面積部分」という一般的な用語に置換えて考えねばならないことを認識するであろう。
【００２０】
本明細書において、「放射」および「投影ビーム」という用語は、非限定的に紫外線放射、ＥＶＵ、Ｘ線、電子およびイオンを含むあらゆる形式の電磁放射または粒子フラックスを包含するのに使用される。
【００２１】
本発明は以下に代表的な実施例を参照し、また添付概略図を参照して説明される。
【００２２】
各図において、同じ部分は同じ符号で識別されている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１は本発明による平板印刷装置を示しており、この平板印刷装置はいわゆる「ステップ−アンド−スキャン」原理による光学式平板印刷処理および結像方法によって集積半導体回路を製造するのに使用できる。図１に示すように、この平板印刷装置は枠１を含んで成り、この枠１は垂直なＺ方向と平行に見て、位置決め装置３および基体ホルダ５を含む第２の物体支持テーブルと、投影システム７と、別の位置決め装置９およびマスクホルダ１１を含む第１の物体支持テーブルと、放射システム１３とを連続的に支持している。図１に示す平板印刷装置は光学式平板印刷装置であり、放射システム１３は放射源１５を含んでいる。基体ホルダ５はＺ方向と直角な方向へ延在した支持面１７を含み、作動において主にディスク形状の半導体基体１９がＺ方向と直角な所定位置でこの支持面上に保持することができる。以下に非常に詳細に説明される位置決め装置３の駆動ユニット２１は、相互に直交するＸ、ＹおよびＺ方向へ、基体ホルダ５を投影システム７に対して移動させるのに使用できる。
【００２４】
投影システム、すなわち結像ユニット７は像形成装置であり、Ｚ方向と平行に指向された光軸２５を有する光学レンズ系２３を含み、および、例えば４または５という値の光学的縮小率を有する。マスクホルダ１１はＺ方向と直角な方向へ延在する支持面２７を含み、作動においてマスク２９がＺ方向と直角な所定位置でこの支持面上に保持することができる。マスク２９は集積半導体回路のパターンまたはサブパターンを有する。マスクホルダ１１は、図１に概略的に示すだけの別の位置決め装置９の駆動ユニット３１によって少なくともＸ方向へ、投影システム７に対して移動できる。
【００２５】
作動において、放射源１５から放射された放射ビームはマスク２９を通過し（または反射される）、レンズシステム２３によって半導体基体１９上に結像される。半導体基体１９は多数の分離領域を有しており、この領域に同じ半導体回路が形成できる。このために、半導体基体１９の領域はマスク２９を通して連続して露光される。半導体基体１９の個別の領域を露光する間、半導体基体１９を備えた基体ホルダ５およびマスク２９を備えたマスクホルダ１１はそれぞれ位置決め装置３および別の位置決め装置９によって投影システム７に対してＸ方向に同期して移動され、これによりマスク２９のパターンまたはサブパターンが走査される。
【００２６】
半導体基体１９の個別の領域が露光される度に、半導体基体１９を備えた基体ホルダ５を位置決め装置３によってＸ方向および（または）Ｙ方向へ移動させることにより、半導体基体１９の引続く領域が投影システム７に対して位置決めされる。この方法は異なるマスク毎に多数回にわたり繰返され、積層構造を有する複雑な集積半導体回路が得られる。
【００２７】
平板印刷装置で製造される集積半導体回路は、ミクロン以下のレンジの詳細寸法である構造を有する。半導体基体１９は多数の異なるマスクを通して連続的に露光されるので、マスクに形成されているパターンは同様にミクロン以下のレンジ、またはナノメータのレンジの精度で半導体基体１９上に連続的に結像されねばならない。これを達成するために、２つの連続する露光段階の間で、基体ホルダ５は投影システム７に対して同等の精度で位置決めされねばならず、露光段階においても基体ホルダ５およびマスクホルダ１１は同等の精度で投影システム７に対して同期して移動されねばならない。したがって位置決め装置３の位置決め精度、および別の位置決め装置９の位置決め精度は、非常に高度の要求に合致しなければならない。
【００２８】
図２に示すように、本発明による位置決め装置３の駆動ユニット２１は２つの線形Ｘモータ３３，３５を含み、これらのモータの各々は、Ｘ方向と平行に延在し且つ位置決め装置３の基部３７に固定されているステータ３９，４１と、このステータ３９，４１に沿って移動可能な移動部４３，４５とを含んで成る。基部３７は平板印刷装置の枠１に固定されている。駆動ユニット２１はさらに線形Ｙモータ４７を含み、このモータはＹ方向と平行に延在するステータ４９と、このステータ４９に沿って移動可能な移動部５１とを含んで成る。ステータ４９は第１端部５３に近い部分で線形Ｘモータ３３の移動部４３に固定され、第２端部５５に近い部分で線形Ｘモータ３５の移動部４５に固定されている。
【００２９】
図３に示すように位置決め装置３は、いわゆるエアーフット５９を備えた第１部分５７をさらに含んでいる。エアーフット５９はガス軸受（簡単化のために図示せず）を含んでおり、このガス軸受によって第１部分５７はＺ方向と直角な方向へ延在する基部３７の案内面６１上を移動できるようにされて、案内される。
【００３０】
図２および図３に示すように、第１部分５７は連結部材６３により線形Ｙモータ４７の移動部５１に連結されている。位置決め装置３は第２部分６５をさらに含み、この第２部分６５に平板印刷装置の基体ホルダ５が固定されている。第２部分６５は、以下に非常に詳細に説明する３つの支持ユニット６７，６９，７１によって第１部分５７に対して垂直なＺ方向に支持されている。これは、ローレンツ力モータシステム７９，８１，８３，８５，８７によって第１部分５７に対してＸ、ＹおよびＺ方向に移動可能であり、且つまた前記ローレンツ力モータシステムによってそれぞれＸ、ＹおよびＺ方向と平行な第１、第２および第３回転軸線７３，７５，７７のまわりを回転できる。このために、ローレンツ力モータシステム７９，８１，８３，８５，８７は、Ｘ方向と平行なローレンツ力Ｆｘ、Ｙ方向と平行なローレンツ力Ｆｙ、および第３回転軸線７７のまわりのローレンツ力トルクＭｚを発生させるために、第２部分６５に対して取付けられた永久磁石システム７９（図２および図３だけに概略的に示している）と、第１部分５７に取付けられた電気コイルシステム８１とを含んで成る。
【００３１】
ローレンツ力モータシステム７９，８１，８３，８５，８７は３つのローレンツ力モータ８３，８５，８７をさらに含み、このローレンツ力モータ８３，８５，８７は図２および図３にだけ概略的に示し、またそれらの各々はそれぞれ３つの支持ユニット６７，６９，７１の１つに属している。ローレンツ力モータ８３，８５，８７はまた各々が、第２部分６５に取付けられた永久磁石システム８９と、第１部分５７に取付けられた電気コイルシステム９５とを含んでいる。３つのローレンツ力モータ８３，８５，８７は各々がＺ方向と平行なローレンツ力Ｆｚを発生し、また協働して第１回転軸線７３のまわりのローレンツ力トルクＭｘおよび第２回転軸線７５のまわりのローレンツ力トルクＭｙを発生する。
【００３２】
駆動ユニット２１の線形Ｘモータ３３，３５および線形Ｙモータ４７は比較的大きな寸法の比較的簡単な形式のものであり、したがって第１部分５７は駆動ユニット２１によって基部３７に対してＸ方向およびＹ方向へ比較的長い距離にわたり比較的低い精度で移動することができる。第１部分５７のこのような移動の間、第２部分６５はローレンツ力モータシステム７９，８１，８３，８５，８７の適切なローレンツ力によって第１部分５７に対する所定位置に保持されるが、この第２部分６５はまたローレンツ力モータシステム７９，８１，８３，８５，８７によって第１部分５７に対して６自由度で比較的短い距離を比較的高い精度で移動できる。したがって、この位置決め装置３は、粗い段階および微細段階（長いストロークおよび短いストローク）を有する２段階位置決め装置を構成する。
【００３３】
図４は位置決め装置３の支持ユニット６７をさらに詳細に示している。支持ユニット６９，７１は支持ユニット６７と実質的に同じである。図４に示すように支持ユニット６７は、第１部分５７に固定されたハウジング９９を有するガスシリンダ９７と、第２部分６５に連結されたピストン１０１とを含んで成る。ハウジング９９内には圧力室１０３があり、この圧力室１０３内をＺ方向と平行な方向へ移動できるようにピストン１０１は案内される。
【００３４】
ピストン１０１は多数のガス通路１０５を含み、これらのガス通路はピストン１０１の底部１０７の付近で圧力室１０３と連通している。静的ガス軸受１１１は多数の側部通路１０９を介してガス通路１０５に連結されており、このガス軸受は圧力室１０３の内壁１１３とピストン１０１の外壁１１５の間に配置されている。ピストン１０１は静的ガス軸受１１１によってＺ方向と直角な方向にハウジング９９に対して軸支されている。
【００３５】
このようにして第２部分６５は、３つの支持ユニット６７，６９，７１のガスシリンダ９７の圧力室１０３内に存在するガス圧で定まる空気圧支持力によってＺ方向に第１部分５７に対して支持される。それ故に、Ｚ−ローレンツ力モータ８３，８５，８７のローレンツ力によって垂直なＺ方向に重力に抗して第２部分６５を支持することが不必要となるのであり、このような支持が必要とされるならばＺ−ローレンツ力モータ８３，８５，８７のコイル９５において大エネルギーの消費がもたらされることになる。したがって位置決め装置３において、Ｚ−ローレンツ力モータ８３，８５，８７は第２部分６５を第１部分５７に対してＺ方向へ移動させ、また第２部分６５を第１部分５７に対して第１回転軸線７３のまわりおよび第２回転軸線７５のまわりに回転させるだけのために使用されることになり、これによりＺ−ローレンツ力モータ８３，８５，８７の電気コイルシステム９５におけるエネルギー消費はかなり減少する。
【００３６】
ガスシリンダで発生される力は、Ｚ方向のピストン位置に無関係に実質的に一定に保持されるので、ガスシリンダは剛性がゼロのばねとして振舞うことになる。懸垂質量「ばね」システムの固有振動数は本質的にゼロである。このような比較的低い固有振動数の結果として、第１部分５７から第２部分６５および基体ホルダ５へ至るＺ方向の機械的振動の伝達は可能な限り防止される。機械的振動は平板印刷装置の枠１に生じ得るのであり、例えば床の振動、位置決め装置３，９の反作用力、または音響振動によって引き起され得る。基体ホルダ５に対するこのような振動の伝達は、投影システム７に対する基体ホルダ５の位置に望ましくない精度不良をもたらす。
【００３７】
ピストン１０１は静的ガス軸受１１１によってＺ方向と直角な方向にハウジング９９に対して軸支されるので、ピストン１０１は実質的に摩擦を生じることなくＺ方向に移動できるのであり、これによりガスシリンダ９７の比較的小さい空気の剛性はピストン１０１に作用する静的ガス軸受１１１の摩擦力によって実質的に影響を受けることがない。その結果として、本発明による位置決め装置３はガスシリンダ９７を使用することで比較的高い位置決め精度を有する。永久磁石システム７９，８９と電気コイルシステム８１，９５との間に機械的接触が全くないので、また電気コイルシステム８１，９５に対する永久磁石システム７９，８９の移動が比較的小さい場合にはローレンツ力モータは実質的に変化しないローレンツ力を与えるという理由から、機械的振動が第１部分５７からローレンツ力モータシステム７９，８１，８３，８５，８７を経て第２部分６５へ伝達されることは実質的に全くないということも留意される。
【００３８】
上述したように、３つのＺ−ローレンツ力モータ８３，８５，８７の各々はそれぞれ３つの支持ユニット６７，６９，７１の１つに属し、３つのガスシリンダ９７の各々はＺ−ローレンツ力モータの１つと共に支持ユニット６７，６９，７１を形成する。図４に示すように、Ｚ−ローレンツ力モータ８３の永久磁石システム８９は連結部材１２１により第２部分６５に固定されており、この連結部材は概略的にしか示されておらず、少なくともＺ方向に実質的に変形不能とされている。Ｚ−ローレンツ力モータ８３の電気コイルシステム９５は固定部材１２３を経てガスシリンダ９７のハウジング９９に固定される。このようにして、実用的で小型の構造の位置決め装置３が得られるのであり、３つのガスシリンダ９７は第１部分５７に対する第２部分６５の、垂直なＺ方向の安定した且つ静的に定められた支持（重力に抗する）を行う。
【００３９】
図４にさらに示すように、ピストン１０１はＺ方向に直角な方向に延在する支持面１２５を備えている。位置決め装置３の支持ユニット６７は、弾性的に変形可能な連結部材１２９によって第２部分６５に取付けられた中間部分１２７をさらに備えている。中間部分１２７は案内面１３１を含み、この案内面もＺ方向と直角な方向へ延在すると共に、別の静的ガス軸受１３３によりピストン１０１の支持面１２５上に支持される。図４に示すように静的ガス軸受１１１とまさに同じ別の静的ガス軸受１３３が、ピストン１０１に備えられて圧力室１０３と連通する多数の側部通路１３５を介してガス通路１０５に連結している。
【００４０】
連結部材１２９はＺ方向に実質的に変形不能であり、またＸ方向に延在する第１弾性ヒンジ部材１３７と、Ｙ方向へ延在する第２弾性ヒンジ部材１３９とを含んでいる。２つの弾性ヒンジ部材１３７，１３９を使用することで、Ｚ方向と直角な２つの相互に直交する曲げ軸線のまわりに第２部分６５に対して中間部分１２７が限られた角度にわたって曲げ可能になり、これにより第２部分６５は第１回転軸線７３および第２回転軸線７５のまわりを第１部分５７に対して限られた角度にわたって回転することが可能になる。３つの支持ユニット６７，６９，７１の連結部材１２９は実質的にＺ方向に変形不能であるから、第２部分６５は３つの支持ユニット６７，６９，７１のピストン１０１に対して別の静的ガス軸受１３３によってＺ方向に支持される。第２部分６５は別の静的ガス軸受１３３により、Ｚ方向と直角な方向へ実質的に摩擦を生じることなく支持面１２５上を案内される。したがって第２部分６５の移動は、支持ユニット６７，６９，７１とは独立して行われ、ローレンツモータによって定められるだけである。
【００４１】
２つの弾性ヒンジ部材１３７，１３９を備えた連結部材１２９により、第２部分６５は第１回転軸線７３および第２回転軸線７５のまわりで第１部分５７に対して自由に回転できる。
【００４２】
図５に示すように、本発明による別の位置決め装置９の駆動ユニット３１は、Ｘ方向と平行に延在し且つ別の位置決め装置９の基部１４３に固定されたステータ１４５と、このステータ１４５に沿って移動可能な移動部１４７とを含む線形Ｘモータ１４１を含んで成り、基部１４３は平板印刷装置の枠１に固定される。図６に示すように、別の位置決め装置９はエアーフット１５１を備えた第１部分１４９を含んで成る。エアーフット１５１は位置決め装置３のエアーフット５９とまさに同じ静的ガス軸受（簡単化のために図示せず）を含んでおり、この静的ガス軸受により第１部分１４９は基部１４３の案内面１５３上を移動できるように案内される。この案内面はＺ方向と直角な方向へ延在している。図６に示すように、第１部分１４９は連結部材１５５で線形Ｘモータ１４１の移動部１４７に連結される。
【００４３】
別の位置決め装置９は、平板印刷装置のマスクホルダ１１が固定される第２部分１５７をさらに含む。第２部分１５７は以下に非常に詳細に説明する３つの支持ユニット１５９，１６１，１６３によって第１部分１４９に対して、垂直なＺ方向に支持され、また前記第２部分は第１部分１４９に対してＸ、ＹおよびＺ方向へ移動可能で、前記ローレンツ力モータシステムによってそれぞれＸ、ＹおよびＺ方向に平行な第１、第２および第３の回転軸線１６５，１６７，１６９のまわりに回転できる。
【００４４】
このために、ローレンツ力モータシステム１７１，１７５，１７７，１７９，１８１は、Ｘ，Ｙ方向にそれぞれ平行なローレンツ力Ｆｘ、Ｆｙ、および第３回転軸線１６９のまわりのローレンツ力トルクＭｚを発生させるために、連結部材１７３で第２部分１５７に取付けられた図５および図６だけに概略的に示している永久磁石システム１７１と、線形Ｘモータ１４１の移動部１４７に固定され電気コイルシステム１７５とを含んで成る。ローレンツ力モータシステム１７１，１７５，１７７，１７９，１８１は、図５および図６だけに概略的に示されている３つのＺ−ローレンツ力モータ１７７，１７９，１８１をさらに含み、これらのＺ−ローレンツ力モータの各々は３つの支持ユニット１５９，１６１，１６３の１つにそれぞれ属している。Ｚ−ローレンツ力モータ１７７，１７９，１８１の各々は、第２部分１５７に固定された永久磁石システム１８３と、第１部分１４９に固定された電気コイルシステム１８５とを含んでいる。この３つのＺ−ローレンツ力モータ１７７，１７９，１８１の各々は、Ｚ方向に平行なローレンツ力Ｆｚを発生し、またＺ−ローレンツ力モータが協働して第１回転軸線１６５のまわりのローレンツ力トルクＭｘと、第２回転軸線１６７のまわりのローレンツ力トルクＭｙとを発生させる。
【００４５】
駆動ユニット３１の線形Ｘモータ１４１は比較的大きな寸法の、比較的簡単な形式のものであり、したがって第１部分１４９は駆動ユニット３１によって基部１４３に対して比較的低い精度で比較的長い距離にわたってＸ方向へ移動できる。第１部分１４９のこのような移動の間、マスクホルダ１１を備えた第２部分１５７はローレンツ力モータシステム１７１，１７５，１７７，１７９，１８１の適切なローレンツ力によって第１部分１４９に対して所定位置に保持されるが、マスクホルダ１１を備えたこの第２部分１５７はまたローレンツ力モータシステム１７１，１７５，１７７，１７９，１８１によって第１部分１４９に対して６自由度で比較的短い距離を比較的高い精度で移動できる。したがって、別の位置決め装置９は位置決め装置３とまさに同じように、粗い段階および微細段階（長いストロークおよび短いストローク）を有する２段階位置決め装置を構成する。
【００４６】
ローレンツ力Ｆｘ，Ｆｙおよびローレンツ力トルクＭｚを発生させるための永久磁石システム１７１および電気コイルシステム１７５は、線形Ｘモータ１４１の移動部１４７に、すなわち第１部分１４９および第２部分１５７の側方に配置されるので、第１部分１４９および第２部分１５７は図１、図５および図６に示すように放射源１５から発せられる放射にとって必要な放射通路１８７を形成することができる。このような放射通路１９１，１９３もまた別の位置決め装置９の基部１４３、および平板印刷装置の枠１に形成される。
【００４７】
実施例２
図７は、別の位置決め装置９の支持ユニット１５９の詳細図である。支持ユニット１６１，１６３は支持ユニット１５９と実質的に同じである。図７において、図４に示すような位置決め装置３の支持ユニット６７の部材に対応する支持ユニット１５９の部材は、同じ符号で識別されている。以下の説明では、支持ユニット６７に使用されているのと異なる支持ユニット１５９の部材のみ説明する。
【００４８】
本発明による別の位置決め装置９は、位置決め装置３と同様に、ガスシリンダ９７を使用することで比較的高い位置決め精度を得ている。ガスシリンダ９７’とまさに同じように、３つのガスシリンダ９７’の各々はＺ−ローレンツ力モータ１７７，１７９，１８１のそれぞれ１つを備えた支持ユニット１５９，１６１，１６３を形成しており、したがって実用的且つ小型の構造をした別の位置決め装置９が得られ、第２部分１５７の第１部分１４９に対する安定した、また静的に定められた、垂直なＺ方向の支持が与えられる。
【００４９】
図７に示すように、別の位置決め装置９の支持ユニット１５９は中間部分１９９を備えており、この中間部分１９９上に、Ｚ方向に直角な方向に延在する支持面２０１が形成されている。支持部材２０３は第２部分１５７に固定されており、この支持部材は同様にＺ方向に直角な方向へ延在した案内面２０５を備え、この案内面は別の静的ガス軸受２０７により中間部分１９９の支持面２０１上に支持されている。中間部分１９９は、ピストン１０１’と中間部分１９９の球形下側面２１３との間に位置する球形の静的ガス軸受２０９によって、ピストン１０１’に対してＺ方向へ支持される。
【００５０】
静的ガス軸受１１１’とまさに同じように、球形の静的ガス軸受２０９は多数の側部通路２１５を介して、ピストン１０１’内に備えられて圧力室１０３’と連通したガス通路１０５’へ連結される。別の静止ガス軸受２０７は多数の側部通路２１７を介してガス通路２１９に連結しており、このガス通路２１９は中間部分１９９内に備えられ且つピストン１０１’の上側面２１１に形成されたガス通路２２１を介してガス通路１０５’と連通している。球形の静的ガス軸受２０９を使用することで、中間部分１９９はＺ方向に対して直角に延在する２つの互いに直交した回転軸線のまわりでピストン１０１’に対して限られた角度にわたり回転することができるのであり、したがってマスクホルダ１１を備えた第２部分１５７は第１回転軸線１６５および第２回転軸線１６７のまわりで限られた角度にわたって第１部分１４９に対して回転することが可能となる。
【００５１】
別の静止ガス軸受２０７を使用することで、支持部材２０３は実質的に摩擦を生じることなく中間部分１９９の支持面２０１上を案内され得るようになり、したがってマスクホルダ１１を備えた第２部分１５７は、第１部分１４９に対してＸおよびＹ方向へ移動でき、また第３回転軸線１６９のまわりに回転できる。別の静止ガス軸受２０７および球形のガス軸受は実質的に摩擦を生じないので、Ｘ、Ｙ、Ｒｚ、Ｒｘ、Ｒｙ方向への第２部分１５７の移動は、実質的に支持ユニットの影響を全く受けないのである。
【００５２】
静的なガス軸受は圧力室からガス（空気）を供給される。これに替えて、別個の圧縮ガス供給源を使用することができる。この方法では、静的ガス軸受のガス流量の変化は、慣性または摩擦作用によって、ガスシリンダ内に多大な圧力変動を生じない。
【００５３】
実施例３
図８は本発明の第３実施例である位置決め装置の一部分の図解的な横断面図である。第１および第２実施例と相違する部材だけを以下に示し、説明する。
【００５４】
この第３実施例において、基体ホルダ４１９は多数の支持ユニットの上に取付けられる。このような１つの支持ユニットのピストン４０１を説明する。ピストン４０１はハウジング４９９の室内に収容され、僅かな摩擦で垂直なＺ方向に移動できるように静的ガス軸受４１１によって室内に軸支されている。基体テーブル４１９の重量はピストン４０１の下側面に作用する、矢印４４０で示す空気圧によって支持されている。基体テーブル４１９の垂直方向の位置は、多数のローレンツモータ４８３（１つだけ図示されている）によって制御される。この移動および支持機構は、上述した第１および第２実施例における全ての利点を与える。
【００５５】
基体ホルダ４１９において、露光処理時に基体（図示せず）を所定位置に保持するのに真空圧（部分真空）が使用される。第３実施例において、基体ホルダ４１９から外部の真空ポンプ（図示せず）へ至る真空通路は、真空導管４４１，４４２，４４３で与えられている。真空導管４４１はハウジング４９９を通ってピストン４０１に形成された真空導管４４２に連通している。これはさらに中間部材４２７に形成された真空導管４４３に連通している。適切な配管（図示せず）が真空導管４４３を基体ホルダ４１９の適切な箇所に連結するのに使用できる。拡大部分４４２Ａ，４４２Ｂが真空導管４４２の各端に備えられ、ハウジング４９９に対するピストン４０１、およびピストン４０１に対する基体ホルダ４１９の許容された移動範囲において真空連結が形成されることを保証するようにされている。
【００５６】
本発明の実施例を適切に機能させるために、重力補正装置（例えばピストン１０１）は高度に安定した圧力における圧縮空気の作用を受ける。この圧力は正圧または負圧（反対方向の面による）とすることができる。図９は、本発明で望まれる圧縮ガスを得るために使用されるガス供給システムの概略線図である。ガスは空気または他のいずれの適切なガスまたは混合ガスとすることができる。
【００５７】
図９において、符号３０１は空気供給源を示しており、ガスボトル、またはポンプによって大型タンクに充填するようなポンプ付き供給源とすることができる。大型タンクは容量フィルタとして作用し、ポンプからの圧力変動を軽減する。どのような供給源が使用されても、その出力は調整弁３０２で制御される。調整弁３０２は単一のバルブまたは複数バルブの段階列とすることができ、また機械的（能動的）または電気的（例えば圧電式、ボイスコイル作動式など）とすることができ、また固定的な基準レベルすなわち最適化された可変値となるようにサーボ制御されて例えばモータ電流を最小限に抑えることができる。このような構造は、流量にまったく関係せずに実質的に安定した圧力を形成する。しかしながら本発明での使用に関しては、空気供給源のさらなる安定化が望まれる。
【００５８】
空気圧をさらに調整するために、大容積の前室３０３は調整弁３０２から給送される。前室３０３は主室１１７およびシリンダすなわち圧力室１０３の両方を含む重力補正装置の実際の容積に比較して大きい容積を有する。前室３０３、空気供給源３０１および調整弁３０２は、支持されるべき実際の物体から比較的大きい距離を隔てて配置される。
【００５９】
圧縮空気は前室３０３から適切な配管を介して主室１１７へ給送される。主室１１７の入口は空気抵抗器３０４を備えており、この空気抵抗器は流量の関数として圧力を低下させる。空気抵抗器は長い毛細管のような摩擦抵抗またはオリフィスのような慣性抵抗を与えるものとし得る。主室１１７からの空気は、急な曲り、エッジ、および他の乱流を創出するような造作を最小限に抑えてできるだけ短く且つ滑らかに作られた配管３０５を介して、ピストンへ、すなわち圧力室１０３へ給送される。この構造は、抵抗−容量回路と等価であり、調整装置の出口において残っている圧力の高振動の乱れをさらに減少させる低域フィルタを形成する。
【００６０】
実施例４
上述した本発明による平板印刷装置において、「ステップ−アンド−スキャン」原理による結像方法が使用される。本発明は、ＥＰ−Ａ０４９８４９６で周知の平板印刷装置に似て、いわゆる「ステップ−アンド−リピート」原理による結像方法が使用される平板印刷装置にも関することに留意されたい。本発明によるこのような平板印刷装置においては、基体ホルダは２つの露光段階の間を本発明による位置決め装置によって移動することができる。露光段階の間、基体ホルダおよびマスクホルダは結像ユニットに対して固定的な位置に配置される。
【００６１】
本発明による位置決め装置は平板印刷装置のみならず、物体が正確な位置に保持されねばならない、または位置決め装置によって正確に移動または位置決めされねばならないような他の装置に、使用できる。このような装置の例には、正確な処理機械または分析設備が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による、移動可能な基体ホルダおよび移動可能なマスクホルダを含んで成る平板印刷装置を示す概略立面図。
【図２】図１に示された平板印刷装置の基体ホルダのための本発明による位置決め装置の平面図。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図。
【図４】図２による位置決め装置の支持ユニットの断面図。
【図５】本発明の第２の実施例による、別の位置決め装置の平面図。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿う断面図。
【図７】図５による別の位置決め装置の支持ユニットの断面図。
【図８】本発明による第３の実施例による、支持ユニットの線図。
【図９】本発明の実施例に使用できるガス供給システムの線図。
【符号の説明】
１  平板印刷装置の枠
３  位置決め装置
５  基体ホルダ
７  投影システム
９  別の位置決め装置
１１  マスクホルダ
１３  放射システム
１５  放射源
１７  支持面
１９  半導体基体
２１  駆動ユニット
２３  レンズシステム
２５  光軸
２７  支持面
２９  マスク
３１  駆動ユニット
３３，３５  線形Ｘモータ
３７  基部
３９，４１  ステータ
４３，４５  移動部
４７  線形Ｙモータ
４９  ステータ
５１  移動部
５３  第１端部
５５  第２端部
５７  第１部分
６３  連結部材
６５  第２部分
６７，６９，７１  支持ユニット
７３  第１回転軸線
７５  第２回転軸線
７７  第３回転軸線
７９  永久磁石システム
８３，８５，８７  Ｚ−ローレンツ力モータ
８９  永久磁石システム
９５  電気コイルシステム
９７  ガスシリンダ
９９，９９’  ハウジング
１０１，１０１’  ピストン
１０３，１０３’  圧力室
１０５，１０５’  ガス通路
１０９，１０９’  側部通路
１１１，１１１’  静的ガス軸受
１１５’  ガス通路
１１７  主室
１２１，１２１’  連結部材
１２３，１２３’  固定部材
１２５  支持面
１２７  中間部分
１２９  連結部材
１３３  別の静的ガス軸受
１３５  側部通路
１３７  第１弾性ヒンジ
１３９  第２弾性ヒンジ
１４１  線形Ｘモータ
１４５  ステータ
１４７  移動部
１４９  第１部分
１５５  連結部材
１５７  第２部分
１５９，１６１，１６３  支持ユニット
１６５  第１回転軸線
１６７  第２回転軸線
１６９  第３回転軸線
１７１  ローレンツ力モータシステム
１７３  連結部材
１７５  電気コイルシステム
１７７，１７９，１８１  Ｚ−ローレンツ力モータ
１８３  永久磁石システム
１８５  電気コイルシステム
１８７  放射通路
１９９  中間部分
２０３  支持部材
２０７  別の静止ガス軸受
２０９  静的ガス軸受
２１３  球形下面
２１５，２１７  側部通路
２１９，２２１  ガス通路
３０１  空気供給源
３０２  調整弁
３０３  前室
３０４  空気抵抗器
３０５  配管
４０１  ピストン
４１１  静的ガス軸受
４１９  基体ホルダ
４２７  中間部材
４４１，４４２，４４３  真空導管
４４２ａ  拡大部分
４８３  ローレンツモータ
４９９  ハウジング
【図１】
0003971868.tif 000002
【図２】
0003971868.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003971868.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003971868.tif 000007
【図７】
0003971868.tif 000008
【図８】
0003971868.tif 000009
【図９】
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