(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品テーブルと、
案内部と、
静止部および移動部を含む駆動ユニットであって、前記物品テーブルを前記案内部上で少なくともＸ方向に平行に移動可能にさせる駆動ユニットと、
前記案内部が固定される第１フレームと、
前記駆動ユニットの前記静止部が固定される第２フレームであって、該第２フレームは前記第１フレームから動的に絶縁されており、それによって前記駆動ユニットにより前記物品テーブルに作用する駆動力から生じる、作動中に前記物品テーブルにより前記駆動ユニットに作用する反力が、前記第２フレームのみに伝達され得るようになっている第２フレームと
を有する位置決め装置において、
前記位置決め装置が、作動中に前記第１フレームに補正力を作用させる力アクチュエータシステムと、前記力アクチュエータシステムを制御するための電気制御ユニットとをさらに有し、前記補正力は、前記第１フレームの基準点周りの機械的モーメントであって、前記物品テーブルに作用する重力による前記基準点周りの機械的モーメントと値が等しい機械的モーメントを有し、且つ前記重力による機械的モーメントとは方向が反対であることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記駆動ユニットが磁石システムと電気コイルシステムをさらに含み、前記物品テーブルは、作動中、前記磁石システムと前記電気コイルシステムのロレンツ力のみによって前記第２フレームに結合されることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記駆動ユニットが、前記磁石システムおよび前記電気コイルシステムを含む第１リニアモータと、前記静止部および前記移動部を含む第２リニアモータとを有しており、前記静止部は第２の案内部を備え、前記移動部は該第２の案内部上でＸ方向に平行に移動可能であり、前記電気コイルシステムは該移動部に取り付けられ、前記磁石システムは前記物品テーブルに固定されることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記駆動ユニットが第３リニアモータをさらに有し、該第３リニアモータは、第３の案内部を備えたさらなる静止部であって、前記第２リニアモータの前記移動部に固定されるさらなる静止部と、前記第３リニアモータの前記さらなる静止部の前記第３の案内部上で前記Ｘ方向に垂直なＹ方向に平行に移動可能なさらなる移動部とを含み、前記第１リニアモータの前記電気コイルシステムが前記第３リニアモータの前記さらなる移動部に固定されることを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記物品テーブルは水平方向に平行に移動可能であり、前記力アクチュエータシステムは前記補正力を垂直方向に平行に前記第１フレームに加えることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記Ｘ方向が水平面内にあり、前記物品テーブルは前記Ｘ方向に平行で水平なＹ方向に平行に移動可能であり、前記力アクチュエータシステムは、相互に三角形に配置され垂直方向に平行に前記第１フレームにそれぞれ補正力を作用させる３個の力アクチュエータを有していることを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記力アクチュエータシステムは、前記位置決め装置のベースに前記第１フレームを結合する動的絶縁装置のシステムと一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記補正力が、前記力アクチュエータシステムの磁石システムおよび電気コイルシステムによるロレンツ力のみで成ることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項９】
垂直なＺ方向に平行に見て、放射源、マスクホルダ、Ｚ方向に平行に指向する主軸を有する焦点合わせシステム、及び位置決め装置によってＺ方向に垂直に移動できる基材ホルダをこの順序で支持する機械フレームを有するリソグラフ装置において、前記基材ホルダの位置決め装置が請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置決め装置であり、前記基材ホルダの位置決め装置の第１フレームがこのリソグラフ装置の機械フレームであり、前記基材ホルダの位置決め装置の第２フレームが前記機械フレームから動的に絶縁された前記リソグラフ装置の力フレームであることを特徴とするリソグラフ装置。
【請求項１０】
垂直なＺ方向に平行に見て、放射源、位置決め装置によってＺ方向に垂直に移動し得るマスクホルダ、Ｚ方向に平行に指向する主軸を有する焦点合わせシステム、及び別個の位置決め装置によってＺ方向に垂直に移動できる基材ホルダをこの順序で支持する機械フレームを有するリソグラフ装置において、前記マスクホルダの位置決め装置が請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置決め装置であり、前記マスクホルダの位置決め装置の第１フレームがこのリソグラフ装置の機械フレームであり、前記マスクホルダの位置決め装置の第２フレームが前記機械フレームから動的に絶縁された前記リソグラフ装置の力フレームであることを特徴とするリソグラフ装置。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の位置決め装置によってＺ方向に垂直に前記マスクホルダが移動可能であり、前記マスクホルダの前記位置決め装置の前記第１フレームが前記リソグラフ装置の機械フレームであり、前記マスクホルダの前記位置決め装置の前記第２フレームが前記リソグラフ装置の前記力フレームであることを特徴とする請求項９に記載のリソグラフ装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は物品テーブルと、少なくともＸ方向に平行に案内部上に物品テーブルを移動可能にさせる駆動ユニットとを具える位置決め装置であって、この位置決め装置の第１フレームに案内部を固定し、この第１フレームから動的に絶縁されたこの位置決め装置の第２フレームに駆動ユニットの静止部を固定した位置決め装置に関するものである。
また、本発明は垂直なＺ方向に平行に見て、放射源、マスクホルダ、Ｚ方向に平行に指向する主軸を有する焦点合わせシステム、及び位置決め装置によってＺ方向に垂直に移動できる基材ホルダをこの順序で支持する機械フレームを有するリソグラフ装置に関するものである。
更に、本発明は垂直なＺ方向に平行に見て、放射源、位置決め装置によってＺ方向に垂直に移動し得るマスクホルダ、Ｚ方向に平行に指向する主軸を有する焦点合わせシステム、及び別個の位置決め装置によってＺ方向に垂直に移動できる基材ホルダをこの順序で支持する機械フレームを有するリソグラフ装置に関するものである。
頭書に記載した種類の位置決め装置は米国特許第5260580号から既知である。この既知の位置決め装置は第１フレームによって支持される固定ベースによって支持され案内される物品テーブルを有する。この既知の位置決め装置は固定ベース上に物品テーブルを移動させる駆動ユニットを具える。この駆動ユニットは固定ベースによって静止部が支持された第１リニアモータと、第２フレームによって静止部が支持された第２リニアモータとを有する。第２フレームは第１フレームから動的に絶縁されているから、第２フレームに存在する機械的力、及び振動は第１フレームに伝わらない。この既知の位置決め装置の物品テーブルは作動中、第２リニアモータによって希望する目標位置に近い位置に移動することができ、次に第１リニアモータによって希望する目標位置に動かされる。通常、第２リニアモータによる物品テーブルの移動は比較的大きく、速度が制御される移動であり、その間、第２リニアモータは比較的大きな駆動力を物品テーブルに作用させる。第１リニアモータによる物品テーブルの次の移動は比較的小さく、位置が制御される移動であり、その間、第１リニアモータは比較的小さな力を物品テーブルに作用させる。第２リニアモータの静止部は第１フレームから動的に絶縁される第２フレームによって支持されているから、第２リニアモータによって物品テーブルに作用する駆動力から発生して物品テーブルによって第２リニアモータに作用する比較的大きな反力、及び第２フレーム内の反力によって生ずる機械的振動は第１フレーム、固定ベース、及び物品テーブルに伝導しない。従って、この既知の固定ベース、及び物品テーブルが第２リニアモータによって生ずる比較的強力な機械的振動を受けないと言うことは、物品テーブルが第１リニアモータによって迅速、正確に希望する目標位置に移動し得ることを意味する。
この既知の位置決め装置の欠点は、物品テーブルが案内される固定ベースによって第１リニアモータの静止部が支持されていることである。その結果、第１リニアモータによって物品テーブルに作用する駆動力から生じ物品テーブルによって第１リニアモータに作用する反力は固定ベース、及び第１フレームに伝導する。第１リニアモータによる物品テーブルの移動は比較的小さいから、反力の値は比較的小さいが、比較的高い周波数を有する。この反力の周波数はこの既知の位置決め装置の第１フレームのような通常のフレームの特性である自然周波数に匹敵する値である。特に、物品テーブルの希望目標位置への移動が比較的短時間に行われると、このことは成立する。このような状況下にあると、第１リニアモータの反力は第１フレームに共振を起こさせる。そのため、第１フレーム、固定ベース、及び物品テーブルに比較的強力な機械的振動が発生し、第１リニアモータの位置決め精度を低下させ、希望目標位置に到達するのに必要な時間を延長させる。
本発明の目的は上述の従来既知の位置決め装置の欠点をできるだけ解消した頭書に記載した種類の位置決め装置を得るにある。
この目的を達成するため、本発明位置決め装置は作動中、前記駆動ユニットによって前記物品テーブルに作動する駆動力から発生してこの物品テーブルによって前記駆動ユニットに作用する反力を前記第２フレームのみに伝導させることを特徴とする。上述の反力は第２フレームのみに伝導するから、反力によって生ずる機械的振動は第２フレームのみに発生するに過ぎない。第２フレームは第１フレームから動的に絶縁されているから、第１フレーム、案内部、及び物品テーブルは反力によって生ずる機械的振動を受けない。これにより、発生する上記反力の比較的高い周波数成分によって第１フレームが共振するのを防止することができ、物品テーブルは駆動ユニットによって希望する目標位置に正確にもたらされる。第１フレームが反力によって生ずる機械的振動を受けないことは、第１フレームに機械的振動が無いことによって位置決め精度、及び位置決めに必要な時間が改善されるだけでなく、物品テーブルを希望する目標位置に位置決め中、駆動力の周波数を比較的高くすることができるため、必要な時間は一層短縮される。
本発明の特殊な実施例は作動中、駆動ユニットの電気コイルシステム、及び磁石システムのロレンツ力に専ら依存して前記物品テーブルを前記駆動ユニットの前記静止部に結合したことを特徴とする。物品テーブルはロレンツ力のみによって駆動ユニットの静止部に結合されているから、物品テーブルは駆動ユニットの静止部から物理的に連結されていない状態にある。即ち、物品テーブルと駆動ユニットの静止部との間に物理的接触、又は物理的連結が存在しない。この実施例では、上記ロレンツ力は駆動ユニットによって物品テーブルに作用する駆動力で構成される。物品テーブルは駆動ユニットの静止部に物理的に連結されていないから、ロレンツ力から生ずる反力によって駆動ユニットの静止部に生ずる機械的振動が駆動ユニットを介して物品テーブル、及び第１フレームに伝わるのを防止することができる。
本発明位置決め装置は前記磁石システムと電気コイルシステムとを前記駆動ユニットの第１リニアモータに属せしめ、第２フレームに固定された静止部と、この静止部の案内部上にＸ方向に平行に移動し得る移動部とを有する第２リニアモータを前記駆動ユニットに設け、前記第１リニアモータの前記磁石システムを前記物品テーブルに固定し、前記第１リニアモータの前記電気コイルシステムを前記第２リニアモータの前記移動部に固定したことを特徴とする。この実施例では、物品テーブルは第２リニアモータによってＸ方向に平行に比較的大きな距離にわたり希望目標位置に近い位置に移動することができ、この間に、物品テーブルは、この目的のため適する第１リニアモータのロレンツ力により、第２リニアモータの移動部に対しほぼ一定位置に保持される。この後、物品テーブルは第１リニアモータによって希望目標位置に移動し、この間、第２リニアモータの移動部は静止部に対して一定位置にある。この位置決め中、物品テーブルは第１リニアモータによって目標位置に比較的僅かな距離を動くだけでよいから、第１リニアモータの磁石システム、及び電気コイルシステムは比較的小さな寸法のものでよい。第２リニアモータによって作用する駆動力から生ずる第２リニアモータの静止部への反力は直接第２フレームに伝わる。第１リニアモータによって生ずるロレンツ力から生じ第１リニアモータの電気コイルシステムに加わる反力は移動部、案内部、及び第２リニアモータの静止部を介して第２フレーム内に伝わる。
本発明位置決め装置の他の実施例は前記第２リニアモータの前記移動部に固定された静止部と、この静止部の案内部上をＸ方向に垂直なＹ方向に平行に移動できる移動部とを有する第３リニアモータを前記駆動ユニットに設け、前記第１リニアモータの前記電気コイルシステムを前記第３リニアモータの前記移動部に固定したことを特徴とする。位置決め装置のこの実施例では、位置決めテーブルはＸ方向、及びＹ方向に平行に移動することができ、物品テーブルのための案内部は、例えばＸ方向、及びＹ方向に平行に延在する表面である。第２リニアモータ、及び第３リニアモータによってそれぞれＸ方向、及びＹ方向に平行な比較的大きな距離にわたり物品テーブルは移動でき、次にこの物品テーブルは第１リニアモータによって希望目標位置に位置決めされる。第１リニアモータの磁石システム、及び電気コイルを適切に設計することによって、第１リニアモータによって物品テーブルをＸ方向、及びＹ方向に比較的僅かな距離にわたり移動させることができる。第２リニアモータによって作用する駆動力から生じ第２リニアモータの静止部に作用する反力は直接第２フレームに伝わると共に、第３リニアモータによって作用する駆動力から生じ第３リニアモータの静止部に作用する反力は移動部、案内部、及び第２リニアモータの静止部を介して第２フレームに伝わる。第１リニアモータによって作用するロレンツ力から生じ第１リニアモータの電気コイルシステムに作用する反力は移動部、案内部、及び第３リニアモータ、及び第２リニアモータの静止部の順序でこれ等を介して第２フレームに伝わる。
本発明位置決め装置の特別な実施例は作動中、電気制御ユニットによって制御され前記第１フレームに補正力を作用させる力アクチュエータシステムを前記位置決め装置に設け、前記補正力が有する前記第１フレームの基準点の周りの機械的モーメントの値が、前記物品テーブルに作用する重力の前記基準点の周りの機械的モーメントの値に等しく方向が反対であることを特徴とする。物品テーブルは物品テーブルに作用する重力によって決定される支持力により、第１フレームの案内部上に静止する。物品テーブルが移動する時、上記支持力の案内部上の着力点も第１フレームに対して移動する。第１フレームに対する物品テーブル、及び上記着力点の比較的大きな、迅速な移動の結果としての振動、又は揺動を第１フレームが行わないよう上記力アクチュエータシステムの使用によって防止する。制御ユニットは力アクチュエータシステムの補正力を第１フレームに対する物品テーブルの位置の関数として制御する。上記補正力があるため、この移動可能な物品テーブルは第１フレームに対する一定位置を有するいわゆる仮想重心を有する。従って、位置決め装置のこの実施例においては、第１フレームは物品テーブルの駆動ユニットの反力によって生ずる機械的振動を受けないだけでなく、第１フレームに対する物品テーブルの真の重心の移動によって生ずる機械的振動も受けない。このようにして、位置決め精度、及び希望目標位置への物品テーブルの移動のための時間が一層改善される。
本発明位置決め装置の他の実施例は前記物品テーブルを水平方向に平行に移動し得るよう構成し、前記力アクチュエータシステムが前記補正力を垂直方向に平行に前記第１フレームに加えるよう構成したことを特徴とする。力アクチュエータシステムは垂直方向に平行に第１フレームに補正力を作用させるから、力アクチュエータシステムは物品テーブルの駆動方向には第１フレームに力を作用させず、従って、物品テーブルの駆動ユニットの反力に関して採られる手段の他には、駆動方向に平行に指向する第１フレーム内の機械的振動を防止する付加的手段を必要としない。力アクチュエータシステムの補正力の値を一定に維持し、物品テーブルの位置の関数として、補正力の第１フレーム上の着力点を移動させることによって、第１フレームの垂直振動を防止する。例えば、物品テーブルの位置の関数として力アクチュエータの補正力を個々に制御し、しかも別個の力アクチュエータの補正力の和を一定に保持するよう少なくとも２個の別個の力アクチュエータを有する力アクチュエータシステムを使用することによって、力アクチュエータシステムの補正力の着力点の移動を達成する。
本発明位置決め装置のなお他の実施例は水平なＸ方向に平行に、またＸ方向に垂直であって水平なＹ方向に平行に移動し得るよう前記物品テーブルを構成し、相互に三角形に配置され垂直方向に平行に前記第１フレームにそれぞれ補正力を作用させる３個の力アクチュエータを前記力アクチュエータシステムに設けたことを特徴とする。相互に三角形に配置された３個の力アクチュエータを有する力アクチュエータシステムを使用することによってＸ方向に平行な物品テーブルの移動から生ずる第１フレームの機械的振動を防止するだけでなく、Ｙ方向に平行な物品テーブルの移動から生ずる第１フレームの機械的振動も防止することができる。作動中、個々の力アクチュエータの補正力の和を連続的に一定に維持し、第１フレームの垂直振動を発生させない。更に力アクチュエータを三角形に配置することによって力アクチュエータシステムを特に安定して作動させる。
本発明位置決め装置の特殊な実施例は前記位置決め装置のベースに前記第１フレームを結合する動的絶縁装置のシステムに前記力アクチュエータシステムを合体させたことを特徴とする。この動的絶縁装置は第１フレームを前記ベースから動的に絶縁させる比較的機械的剛性が低い、例えばダンパである。機械的剛性が低いため、例えば床振動、例えばベースに固定された第２フレームの振動のようなベースに存在する機械的振動は第１フレームに伝導されない。動的絶縁装置のシステムを力アクチュエータシステムに合体させることによって、位置決め装置の特にコンパクトで簡単な構造が得られる。
本発明位置決め装置の他の実施例は前記力アクチュエータシステムの電気コイルシステム、及び磁気システムのロレンツ力のみで前記補正力が成ることを特徴とする。この力アクチュエータシステムは位置決め装置の第１フレームに固定された部分と、ベースに固定された部分とを有する。この力アクチュエータシステムの補正力はロレンツ力のみから成り、力アクチュエータシステムの上記部分は物理的に連結されておらず、即ち、上記部分間に物理的接触、又は物理的結合がない。これにより、例えば床振動、又は例えば第２フレームがベースに固定されている場合の第２フレームの振動のような位置決め装置のベース内にある機械的振動が力アクチュエータシステムを通じて第１フレーム、及び物品テーブルに伝わるのを防止する。
頭書に記載した種類の移動可能な基材ホルダを有するリソグラフ装置はヨーロッパ特許公開第0498496号から既知である。光学リソグラフ法による集積半導体回路の製作にこの既知のリソグラフ装置が使用されている。このリソグラフ装置の放射源は光源であり、焦点合わせシステムは光学レンズである。このリソグラフ装置のマスクホルダ上に置かれたマスク上に存在する集積半導体回路の部分パターンを、この光学レンズシステムによって縮小された縮尺でリソグラフ装置の基材ホルダ上の半導体基材上に映像を結ぶ。このような半導体基材は個々の半導体回路を設ける非常に多くのフィールドを具える。この目的のため、半導体基材の個々のフィールドを連続的に露光、即ち露出し、この個々のフィールドの露出中、半導体基材をマスク、及び焦点合わせシステムに対し一定の位置に置くと共に、２つの連続する露出工程の間に、半導体基材の次のフィールドを基材ホルダの位置決め装置によって焦点合わせ装置に対する所定位置にもたらす。異なるマスク、及び異なる部分パターン毎に、このプロセスを多数回繰り返して比較的複雑な構造の集積半導体回路を製作することができる。このような集積半導体回路の構造はミクロン以下の範囲の微細な寸法を有する。従って、連続するマスク上にある部分パターンはミクロン以下の範囲の相互の精度で半導体基材の上記フィールド上に映像を結ばなければならない。それ故、半導体基材も基材ホルダの位置決め装置によってマスク、及び焦点合わせシステムに対しミクロン以下の範囲の精度で位置決めされなければならない。更に、半導体回路の製作に必要な時間を減らすため、２つの連続する露出工程の間に半導体基材を比較的高速で移動させなければならず、半導体基材をマスク、及び焦点合わせ装置に対し希望する精度で位置決めさせなければならない。
本発明移動可能な基材ホルダを有するリソグラフ装置は前記基材ホルダの位置決め装置が本発明の位置決め装置であり、前記基材ホルダの位置決め装置の第１フレームがこのリソグラフ装置の機械フレームに属し、前記基材ホルダの位置決め装置の第２フレームが前記機械フレームから動的に絶縁された前記リソグラフ装置の力フレームに属していることを特徴とする。従って、２個の露出工程中に比較的迅速に移動している間、基材ホルダによって位置決め装置に作用する比較的大きな反力はリソグラフ装置の力フレームに伝導される。それ故、マスクホルダ、焦点合わせシステム、及び基材ホルダを支持するリソグラフ装置の機械フレームは力フレーム内の上記の反力によって生ずる機械的振動を受けない。従って、マスクホルダ、及び焦点合わせシステムに対する基材ホルダを位置決めする精度、及び希望する精度で基材ホルダを位置決めするのに必要な時間は上記の機械的振動によって悪影響を受けない。
頭書に記載された種類の移動可能な基材ホルダ、及び移動可能なマスクホルダを有するリソグラフ装置は米国特許第5194893号から既知である。この既知のリソグラフ装置においては、半導体基材の単一のフィールドの露出中、製作中の半導体基材はマスク、及び焦点合わせシステムに対して一定の位置を占めず、露出中、Ｚ方向に垂直なＸ方向に平行に、それぞれ基材ホルダの位置決め装置、及びマスクホルダの位置決め装置によって半導体基材、及びマスクを焦点合わせシステムに対し同期させて移動させる。このようにして、マスク上にあるパターンはＸ方向に平行に走査され、同期して半導体基材上に映像を結ぶ。これにより、焦点合わせシステムによって半導体基材上に映像を結び得るマスクの最大面積は焦点合わせシステムの孔の寸法による制約を余り受けなくなる。製作すべき集積半導体回路の詳細寸法はミクロン以下の範囲にあるから、露出中、半導体基材、及びマスクは焦点合わせシステムに対しミクロン以下の範囲の精度で移動する必要がある。半導体回路の製作のため必要な時間を減らすため、露出中、更に半導体基材、及びマスクを比較的早い速度で移動させ、位置決めする必要がある。マスク上にあるパターンは半導体基材上に縮小されて映像を結ぶから、マスクが移動する速度、及び距離は半導体基材が移動する速度、及び距離より大きく、速度間の比、及び距離間の比は焦点合わせシステムの縮小率に等しい。
本発明リソグラフ装置は前記マスクホルダの位置決め装置が本発明の位置決め装置であり、前記マスクホルダの位置決め装置の第１フレームがこのリソグラフ装置の機械フレームに属し、前記マスクホルダの位置決め装置の第２フレームが前記機械フレームから動的に絶縁された前記リソグラフ装置の力フレームに属していることを特徴とする。
本発明リソグラフ装置の特別な実施例は本発明の位置決め装置によってＺ方向に垂直に前記マスクホルダが移動可能であり、前記マスクホルダの前記位置決め装置の前記第１フレームが前記リソグラフ装置の機械フレームに属し、前記マスクホルダの前記位置決め装置の前記第２フレームが前記リソグラフ装置の前記力フレームに属していることを特徴とする。
従って、半導体基材の露出中、マスクホルダの比較的早い速度、及び比較的早い加速度の結果として、マスクホルダによってマスクホルダの位置決め装置に作用する比較的大きな反力はリソグラフ装置の力フレームに伝導される。それ故、マスクホルダ、焦点合わせシステム、及び基材ホルダを支持するリソグラフ装置の機械フレームは力フレーム内の上記の反力による機械的振動を受けない。従って、半導体基材の露出中に焦点合わせシステムに対し基材ホルダ、及びマスクホルダを移動させる精度は上記の機械的振動によって悪影響を受けない。
本発明リソグラフ装置の他の実施例は作動中、電気制御ユニットによって制御され前記リソグラフ装置の機械フレームに補正力を作用させる接合力アクチュエータシステムを前記基材ホルダ、及びマスクホルダの位置決め装置に設け、前記補正力が有する前記機械フレームの基準点の周りの機械的モーメントの値が、前記基材ホルダに作用する重力の前記基準点の周りの機械的モーメントと、前記マスクホルダに作用する重力の前記基準点の周りの機械的モーメントとの和の値に等しく方向が反対であることを特徴とする。接合力力アクチュエータシステムを使用することによって、半導体基材の露出中、機械フレームに対するマスクホルダ、及び基材ホルダの両方の比較的迅速な移動の結果としての振動、又は揺動をリソグラフ装置の機械フレームが受けるのを防止する。機械フレームに対するマスクホルダの位置、及び基材ホルダの位置の関数として接合力アクチュエータシステムの補正力を制御ユニットによって制御する。これにより、半導体基材の露出中、焦点合わせシステムに対してマスクホルダ、及び基材ホルダを位置決めし得る精度が、機械フレームに対するマスクホルダ、及び基材ホルダの重心の移動によって生ずる機械的振動によって悪影響を受けるのを防止する。
本発明リソグラフ装置の他の実施例は三角形に相互に配置された３個の動的絶縁装置により、力フレームが接している前記リソグラフ装置のベース上に前記機械フレームを配置し、前記接合力アクチュエータシステムには前記動的絶縁装置の対応する１個にそれぞれ合体された別個の３個の力アクチュエータを設けたことを特徴とする。動的絶縁装置は例えば上記ベースから機械フレームを動的に絶縁する比較的機械的剛性が低いダンパである。このダンパの比較的低い機械的剛性のため、マスクホルダ、及び基材ホルダの位置決め装置の反力によって力フレーム内に生ずる例えば機械的振動のようなベース内にある機械的振動を機械フレームに伝えない。動的絶縁装置のシステムを力アクチュエータシステムに合体させることによってリソグラフ装置の特にコンパクトで簡単な構造が得られる。更に絶縁装置を三角形に配置することによって機械フレームにとって特に安定した支持を行うことができる。
次に図面を参照して本発明を一層詳細に説明する。
図１は本発明リソグラフ装置を示す。
図２は図１のリソグラフ装置の線図である。
図３は図１のリソグラフ装置のベースと基材ホルダとを示す。
図４は図３のリソグラフ装置のベースと基材ホルダとの平面図である。
図５は図１のリソグラフ装置のマスクホルダの平面図である。
図６は図５のVI−VI線上の横断面図である。
図７は図１のリソグラフ装置の動的絶縁装置の横断面図である。
図８は図７のVIII−VIII線上の横断面図である。
図９は図１のリソグラフ装置の力アクチュエータシステムを線図的に示す。
図１、及び図２に示す本発明リソグラフ装置は光学リソグラフ法によって集積半導体回路の製作に使用される。図２に線図的に示すように、このリソグラフ装置は順次Ｚ方向に平行な方向に見て、基材ホルダ１、焦点合わせシステム３、マスクホルダ５、及び放射源７を有する。図１、及び図２に示すリソグラフ装置は光学リソグラフ装置であり、放射源７は光源９、ダイアフラム１１、及び鏡１３、１５を有する。基材ホルダ１はＺ方向に垂直な支持面１７を具え、この支持面１７上に半導体基材１９を設置することができ、Ｘ方向（Ｚ方向に垂直）に平行に、またＹ方向（Ｘ方向、及びＺ方向に垂直）に平行に、焦点合わせシステム３に対し相対的に、この支持面１７はリソグラフ装置の第１位置決め装置２１によって移動可能である。焦点合わせシステム３は映像システム、即ち投影システムであって、光学レンズ系２３を具え、この光学レンズ系はＺ方向に平行な主光学軸２５を有し、例えば４、又は５の光学縮小率を有する。マスクホルダ５はＺ方向に垂直な支持面２７を有し、この支持面２７上にマスク２９を置くことができ、このマスクホルダ５はリソグラフ装置の第２位置決め装置３１によって焦点合わせシステム３に対し相対的にＸ方向に平行に移動することができる。マスク２９は集積半導体回路のパターン、又は部分パターンを有する。作動中、光源９から発生した光ビーム３３はダイアフラム１１と鏡１３、１５を経てマスク２９に通り、焦点合わせシステム３によって半導体基材１９上に投影する。マスク２９上にあるパターンは縮小した大きさで半導体基材１９上に映像となる。半導体基材１９は非常に多くの個々のフィールド３５を有し、これ等フィールド上に同一の半導体回路を設ける。この目的のため、マスク２９を通して半導体基材１９のフィールド３５を連続的に露光、即ち露出する。即ち第１位置決め装置２１によってＸ方向、又はＹ方向に平行に基材ホルダ１を動かし、個々のフィールド３５を露出する度に、次のフィールド３５を焦点合わせシステム３に対し位置決めする。このプロセスを多数回繰り返し、その各回毎に異なるマスクを使用し、層付き構造の比較的複雑な集積半導体回路を製作する。
図２が示すように、個々のフィールド３５を露出中、Ｘ方向に平行に、半導体基材１９とマスク２９とを焦点合わせシステム３に対し相対的に、第１、及び第２の位置決め装置２１、３１によって同期させて移動させる。従って、マスク２９上にあるパターンはＸ方向に平行に走査され、半導体基材１９上に同期して映像を形成する。このようにして、図２に明らかなように、焦点合わせシステム３によって半導体基材１９上に映像となるＹ方向に平方に指向するマスク２９の最大幅Ｂは、図２に線図的に示された焦点合わせシステム３の孔３７の直径Ｄによって専ら制限される。焦点合わせシステム３によって半導体基材１９上に映像となることができるマスク２９の許容できる長さＬは上記直径Ｄより大きい。いわゆる「ステップ・アンド・スキャン」原理に従うこの映像法では、焦点合わせシステム３によって半導体基材１９上に映像となり得るマスク２９の最大表面積は焦点合わせシステム３の孔３７の直径Ｄによって制限されるが、その制限の程度はいわゆる「ステップ・アンド・レピート」原理に従う従来の映像法におけるより少ない。この従来の映像法は例えばヨーロッパ特許公開第0498496号から既知のリソグラフ装置に使用されており、半導体基材を露出中、マスクと半導体基材とは焦点合わせシステムに対し相対的な一定位置にある。マスク２９上にあるパターンは縮小されて半導体基材９上に映像となるから、マスク２９の長さＬと幅Ｂとは半導体基材１９上のフィールド３５の対応する長さＬ′と幅Ｂ′とより大きく、長さＬとＬ′との間、及び幅ＢとＢ′との間の比は焦点合わせシステム３の光学縮小率に等しい。また、その結果、露出中、マスク２９が移動する距離と、露出中、半導体基材１９が移動する距離との比、及び露出中、マスク２９が移動する速度と、露出中、半導体基材１９が移動する速度との比は共に焦点合わせシステム３の光学縮小率に等しい。図２に示すリソグラフ装置においては、露出中、半導体基材１９とマスク２９とが移動する方向は相互に反対方向である。しかし、マスクのパターンの映像が反転しない異なる焦点合わせシステムをリソグラフ装置が有する場合には半導体基材１９とマスク２９との移動の方向は同一方向になる。
このリソグラフ装置によって製造すべき集積半導体回路はミクロン以下の範囲の微細な寸法の構造を有する。半導体基材は多数の異なるマスクを通じて連続して露出されるから、マスク上にあるパターンはこれもミクロン以下の範囲、場合によりナノメートルの範囲の精度で相互に相対的に半導体基材１９上に映像を結ぶ必要がある。従って、半導体基材１９の露出中、半導体１９とマスク２９とはこのような精度で焦点合わせシステム３に対し相対的に移動しなければならず、第１、及び第２の位置決め装置２１、３１の位置決め精度に比較的高い精度が要求される。
図１が示すように、このリソグラフ装置は水平床面上に設置し得るベース３９を有する。ベース３９は力フレーム４１の一部を形成しており、力フレーム４１に属している垂直な比較的剛強な金属支柱４３をベース３９に固定する。更に、リソグラフ装置は三角形の比較的剛強な金属主板４７を有する機械フレーム４５を具える。この金属主板４７は焦点合わせシステム３の光学主軸２５に対し横方向に延在し、図１には図示しないが光を通過させる中心開口を有する。主板４７は３個の隅角部４９を有し、ベース４９に固定された後に説明する３個の動的絶縁装置５１上にこれ等隅角部を静止させる。図１では主板４７の隅角部４９の２個のみと、動的絶縁装置５１の２個のみを示すが、３個の全部の動的絶縁装置５１を図３、及び図４に示す。焦点合わせシステム３の下部付近に取付けリング５３を設け、このリングにより焦点合わせシステム３を主板４７に固定する。機械もフレーム４５も主板４７に固定された垂直な比較的剛強な金属支柱５５を有する。更に、焦点合わせシステム３の上部に近く、マスクホルダ５用の支持部材５７を設ける。この支持部材５７も機械フレーム４５に属しており、機械フレーム４５の主柱５５に固定されており、これについては以下に説明する。機械フレーム４５に属するものとして、それぞれ３個の隅角部４９に隣接して主板４７の下側に固定された３個の垂直懸垂板５９を設ける。図１では２個の懸垂板５９の一部のみを示し、図３、及び図４では３個の全部の懸垂板５９を示す。図４に示すように、機械フレーム４５に属している基材ホルダ１用の水平支持板６１を３個の懸垂板５９に固定する。図１には支持板６１は見えないが、図３には一部が見えている。
機械フレーム４５はリソグラフ装置の主要構成部分、即ち基材ホルダ１、焦点合わせシステム３、及びマスクホルダ５を垂直なＺ方向に平行な方向に支持していることは明らかである。以下に更に説明するように、動的絶縁装置５１は比較的機械的剛性が小さい。それにより、例えば床の振動のようなベース３９内にある機械的振動をこの動的絶縁装置５１を介して機械フレーム４５内に伝えない。その結果、位置決め装置２１、３１はベース３９内にある機械的振動によって悪影響を受けない位置決め精度を有する。力フレーム４１の機能を以下に一層詳細に説明する。
図１、及び図５が示すように、マスクホルダ５はブロック６３を具え、その上に上記支持面２７がある。機械フレーム４５に属するマスクホルダ５の支持部材５７は図５に示す中心光通過開口６４と、２個の平坦案内部６５とを有する。この平坦案内部６５はＸ方向に平行に延び、Ｚ方向に垂直な共通平面内にある。マスクホルダ５のブロック６３を空気静力学軸受（図示せず）によって多数の運動の自由度により支持部材５７の平坦案内部６５上に案内する。これ等の運動の自由度はＸ方向に平行な運動の自由度、Ｙ方向に平行な運動の自由度、及びＺ方向に平行に指向するマスクホルダ５の回転軸線６７の周りの回転の自由度である。
更に図１、及び図５に示すように、マスクホルダ５を移動させる第２位置決め装置３１は第１リニアモータ６９と第２リニアモータ７１とを有する。既知の通常のものである第２リニアモータ７１は力フレーム４１の支柱４３に固定された静止部７３を有する。静止部７３はＸ方向に平行に延びる案内部７５を有し、この案内部に沿って第２リニアモータ７１の移動部７７が移動可能である。この移動部７７はＹ方向に平行に延びる連結アーム７９を具え、第１リニアモータ６９の電気コイルホルダ８１をこの連結アーム７９に固定する。第１リニアモータ６９の永久磁石ホルダ８３をマスクホルダ５のブロック６３に固定する。第１リニアモータ１１５はヨーロッパ特許公告第0421527号から既知のものである。図５が示すように、第１リニアモータ６９のコイルホルダ８１は、Ｙ方向に平行に延びる電気コイル８５、８７、８９、９１と、Ｘ方向に平行に延びる電気コイル９３を有する。電気コイル８５、８７、８９、９１、９３は図５に破線で線図的に示されている。磁石ホルダ８３は図５に鎖線で示す１０対の永久磁石（９５ａ、９５ｂ）、（９７ａ、９７ｂ）、（９９ａ、９９ｂ）、（１０１ａ、１０１ｂ）、（１０３ａ、１０３ｂ）、（１０５ａ、１０５ｂ）、（１０７ａ、１０７ｂ）、（１０９ａ、１０９ｂ）、（１１１ａ、１１１ｂ）、（１１３ａ、１１３ｂ）を具える。電気コイル８５と永久磁石９５ａ、９５ｂ、９７ａ、９７ｂとは第１リニアモータ６９の第１Ｘモータ１１５に属し、電気コイル８７と永久磁石９９ａ、９９ｂ、１０１ａ、１０１ｂとは第１リニアモータ６９の第２Ｘモータ１１７に属し、電気コイル８９と永久磁石１０３ａ、１０３ｂ、１０５ａ、１０５ｂとは第１リニアモータ６９の第３Ｘモータ１１９に属し、電気コイル９１と永久磁石１０７ａ、１０７ｂ、１０９ａ、１０９ｂとは第１リニアモータ６９の第４Ｘモータ１２１に属し、電気コイル９３と永久磁石１１１ａ、１１１ｂ、１１３ａ、１１３ｂとは第１リニアモータ６９のＹモータ１２３に属する。図６は第１Ｘモータ１１５、及び第２Ｘモータ１１７の横断面図である。図６が示すように、磁石９５ａ、９７ａ、９９ａ、１０１ａ、１０３ａ、１０５ａ、１０７ａ、１０９ａ、１１１ａ、１１３ａを具える磁石ホルダ８３の第１部分１２５と、磁石９５ｂ、９７ｂ、９９ｂ、１０１ｂ、１０３ｂ、１０５ｂ、１０７ｂ、１０９ｂ、１１１ｂ、１１３ｂを具える磁石ホルダの第２部分１２７との間に、コイルホルダ８１を配置する。更に、図６が示すように、第１Ｘモータ１１５の対をなす磁石９５ａ、９５ｂと、第２Ｘモータ１１７の対をなす磁石９９ａ、９９ｂとは正のＺ方向に平行に磁化されると共に、第１Ｘモータ１１５の対をなす磁石９７ａ、９７ｂと、第２Ｘモータ１１７の対をなす磁石１０１ａ、１０１ｂとは反対の負のＺ方向に平行に磁化される。従って、第３Ｘモータ１１９の対をなす磁石１０３ａ、１０３ｂと、第４Ｘモータ１２１の対をなす磁石１０７ａ、１０７ｂと、Ｙモータ１２３の対をなす磁石１１１ａ、１１１ｂとは正のＺ方向に平行に磁化されると共に、第３Ｘモータ１１９の対をなす磁石１０５ａ、１０５ｂと、第４Ｘモータ１２１の対をなす磁石１０９ａ、１０９ｂと、Ｙモータ１２３の��をなす磁石１１３ａ、１１３ｂとは負のＺ方向に平行に磁化される。更に、図６が示すように、第１Ｘモータ１１５の対をなす磁石９５ａ、９７ａは磁気閉ヨーク１２９によって相互に接続されており、磁石９５ｂ、９７ｂは磁気閉ヨーク１３１により、磁石９９ａ、１０１ａは磁気閉ヨーク１３３により、磁石９９ｂ、１０１ｂは磁気閉ヨーク１３５により、それぞれ相互に接続されている。第３Ｘモータ１１９、第４Ｘモータ１２１、及びＹモータ１２３には類似の磁気閉ヨークを設ける。作動中、電流がＸモータ１１５、１１７、１１９、１２１のコイル８５、８７、８９、９１に流れると、Ｘモータ１１５、１１７、１１９、１２１の磁石と、コイルとはＸ方向に平行に指向するロレンツ力を相互に作用し合う。コイル８５、８７、８９、９１に流れる電流の値と方向とが等しければ、上記ロレンツ力によってマスクホルダ５はＸ方向に平行に移動する。しかし、コイル８５、８７に流れる電流の値がコイル８９、９１に流れる電流の値に等しく、方向反対であれば、マスクホルダ５は回転軸線６７の周りに回転する。Ｙモータ１２３のコイル９３に流れる電流の結果、Ｙモータ１２３の磁石と、コイルとはＹ方向に平行に指向するロレンツ力を相互に作用し合う。これにより、マスクホルダ５はＹ方向に平行に移動する。
半導体基材１９を露出中、マスクホルダ５はＸ方向に平行に焦点合わせシステム３に対し相対的に比較的大きな距離を高い位置決め精度で移動しなければならない。これを達成するため、第１リニアモータ６９のコイルホルダ８１をＸ方向に平行に第２リニアモータ７１によって移動させ、第１リニアモータ６９のＸモータ１１５、１１７、１１９、１２１の適切なロレンツ力によって第２リニアモータ７１の移動部７７に対し相対的にマスクホルダ５を随伴させ、これにより第２リニアモータ７１によりマスクホルダ５の希望する移動を達成する。焦点合わせシステム３に対するマスクホルダ５の上述の希望する移動は、マスクホルダ５の移動中、適切な位置制御システムによってＸモータ１１５、１１７、１１９、１２１のロレンツ力を制御して、達成することができる。図面には詳細に示さないが位置制御システムは、例えば、焦点合わせシステム３に対するマスクホルダ５の位置を測定するため、それ自身既知の通常のレーザ干渉計を具え、これによりミクロン以下、又はナノメートルの範囲の希望する位置決め精度を達成する。半導体基材１９の露出中、第１リニアモータ６９はＸ方向に平行なマスクホルダ５の移動を制御するだけでなく、Ｙ方向に平行な方向のマスクホルダ５の位置と、回転軸線６７の周りのマスクホルダ５の回転角とを制御する。マスクホルダ５はＹ方向に平行に位置することができ、第１リニアモータ６９によって回転軸線６７の周りに回転するから、マスクホルダ５の移動はＸ方向に対して平行度を有しており、この平行度は第１リニアモータ６９の位置決め精度によって決定される。従って、Ｘ方向に対する第２リニアモータ７１の案内部７５の平行度からのずれはＹ方向に平行なマスクホルダ５の移動を通じて補正される。マスクホルダ５の希望する移動は第２リニアモータ７１のみによってほぼ達成する必要があり、しかもＸ方向に対する案内部７５の平行度には特に高い精度は要求されないから、比較的簡単な通常の一元リニアモータを第２リニアモータ７１として使用でき、これにより、比較的長い距離にわたり、比較的低い精度でマスクホルダ５を移動させることができる。第１リニアモータ６９によって第２リニアモータ７１の移動部７７に対してマスクホルダ５を比較的僅かな距離にわたり移動させて、マスクホルダ５の移動の希望する精度が達成される。第２リニアモータ７１の移動部７７に対してマスクホルダ５が移動する距離は僅かなものに過ぎないから、第１リニアモータ６９は比較的小さい寸法である。それ故、第１リニアモータ６９の電気コイル内の電気抵抗損失は最小となる。
上述したように、第２リニアモータ７１の静止部７３はリソグラフ装置の力フレーム４１に固定されている。これにより、第２リニアモータ７１の移動部７７によって静止部７３に作用する反力であって、移動部７７に作用する第２リニアモータ７１の駆動力から発生する反力は力フレーム４１に伝導する。更に、第１リニアモータ６９のコイルホルダ８１は第２リニアモータ７１の移動部７７に固定されているから、マスクホルダ５によって移動部７７に作用する反力であって、マスクホルダ５に作用する第１リニアモータ６９のローレンツ力から発生する反力も第２リニアモータ７１の移動部７７と静止部７３とを通じて力フレーム４１に伝導する。従って、作動中、マスクホルダ５によって第２位置決め装置３１に作用する反力であって、位置決め装置３１によってマスクホルダ５に作用する駆動力から発生する反力は力フレーム４１に専ら導入される。上述の反力は、第２リニアモータ７１の比較的大きな移動から生ずる低周波の成分と、希望する位置決め精度を達成するため第１リニアモータ６９によって遂行される比較的僅かな移動から生ずる高周波成分とを有する。力フレーム４１は比較的剛強で、無垢のベース上に設置されているから、力フレーム４１内の反力の低周波成分によって引き起こされる機械的振動は無視し得る程小さい。反力の高周波成分は小さい値を有するが、通常、この成分は、使用される力フレーム４１のような形式のフレームの共振周波数特性に匹敵する周波数を有する。その結果、この反力の高周波成分は力フレーム４１内に無視できない程の高周波機械振動を発生させる。力フレーム４１は機械フレーム４５から動的に絶縁されている。即ち、力フレーム４１内にある例えば１０Ｈｚのような或る限界値を越える周波数を有する機械的振動は機械フレーム４５内に伝導されない。これは機械フレーム４５は専ら低周波動的絶縁装置５１を介して力フレーム４１に結合しているからである。これにより、第２位置決め装置３１の反力によって力フレーム４１内に引き起こされる高周波機械振動は上述の床の振動と同様、機械フレーム４５に伝導されない。支持部材５７の平坦案内部６５がＺ方向に対し垂直に延在し、第２位置決め装置３１によってマスクホルダ５に作用する駆動力もＺ方向に対し垂直に指向しているから、上記駆動力自身は機械フレーム４５内にいかなる機械的振動も発生させない。更に、力フレーム４１内にある機械的振動は第２リニアモータ７１の静止部７３と移動部７７とを通じて機械フレーム４５に伝導することはない。これは、上述したところから明らかなように、第１リニアモータ６９の電気コイルシステム、及び磁石システムのロレンツ力のみによって実質的にマスクホルダ５は第２リニアモータ７１の移動部７７に結合しており、しかもマスクホルダ５はロレンツ力と関係がない第２リニアモータ７１の移動部７７から物理的に分離しているからである。上述したところは、第２位置決め装置３１の駆動力や反力によって引き起こされる機械的振動や変形から機械フレーム４５は実質的に分離していることを示している。その利点を以下に更に説明する。
図３、及び図４が示すように、基材ホルダ１は上記支持面１７を有するブロック１３７と、空気静力学軸受を設けた空気静力学的に支持される脚部１３９とを具える。基材ホルダ１はＺ方向に対し垂直に延在する花崗岩支持体１４３の上面１４１上を案内される。この花崗岩支持体１４３は空気静力学的に支持される脚部１３９によって機械フレーム４５の支持板６１上に設けられている。基材ホルダ１はＸ方向に平行な運動の自由度と、Ｙ方向に平行な運動の自由度と、Ｚ方向に平行に指向する基材ホルダの回転軸線４５の周りの回転の自由度とを有する。
図１、図３、及び図４に更に示すように、基材ホルダ１の位置決め装置２１は第１リニアモータ１４７、第２リニアモータ１４９、及び第３リニアモータ１５１を具える。位置決め装置２１の第２リニアモータ１４９、及び第３リニアモータ１５１は位置決め装置３１の第２リニアモータ７１と同一種類である。第２リニアモータ１４９は力フレーム４１に属するベース３９に固定されているアーム１５５に固定された静止部１５３を有する。静止部１５３はＹ方向に平行に延在する案内部１５７を具え、この案内部１５７に沿って第２リニアモータ１４９の移動部１５９が移動可能である。第３リニアモータ１５１の静止部１６１を第２リニアモータ１４９の移動部１５９上に配置し、Ｘ方向に対し平行に延びる案内部１６３を静止部１６１に設け、第３リニアモータ１５１の移動部１６５をこの案内部１６３に沿って移動可能にする。図４に示すように、第３リニアモータ１５１の移動部１６５は連結片１６７を具え、第１リニアモータ１４７の電気コイルホルダ１６９をこの連結片１６７に固定する。第１位置決め装置２１の第１リニアモータ１４７は第２位置決め装置３１の第１リニアモータ１４７と同様、ヨーロッパ特許公告第0421527号から既知のものである。第２位置決め装置３１の第１リニアモータ６９は詳細に説明してあるので第１位置決め装置２１の第１リニアモータ１４７の詳細な説明は省略する。作動中、Ｚ方向に垂直なロレンツ力のみによって第３リニアモータ１５１の移動部１６５に基材ホルダ１が結合されていることに注目すれば十分である。しかし、第１位置決め装置２１の第１リニアモータ１４７と第２位置決め装置３１の第１リニアモータ６９との間の相違は第１位置決め装置２１の第１リニアモータ１４７は定格出力が同等のＸモータとＹモータとを具えているのに対し、第２位置決め装置３１の第１リニアモータ６９の単一Ｙモータ１２３はＸモータ１１５、１１７、１１９、１２１の定格出力に比較し相対的に低い定格出力を有する。このことは、基材ホルダ１は第１リニアモータ１４７によって比較的大きな距離をＸ方向に平行に移動するだけでなく、Ｙ方向にも平行に移動することを意味する。更に、基材ホルダ１は第１リニアモータ１４７によって回転軸線１４５の周りに回転可能である。
半導体基材１９を露出している間、基材ホルダ１はＸ方向に平行に高い位置決め精度で焦点合わせシステム３に対し移動すべきであり、一方、半導体基材１９の次のフィールド３５を露出のため焦点合わせシステム３に対して所定位置に位置させた時、基材ホルダ１はＸ方向、又はＹ方向に移動すべきである。基材ホルダ１をＸ方向に平行に移動させるため、第１リニアモータ１４７のコイルホルダ１６９を第３リニアモータ１５１によってＸ方向に平行に移動させ、第３リニアモータ１５１によって基材ホルダ１の希望する移動をほぼ達成し、第３リニアモータ１５１の移動部１６５に対して第１リニアモータ１４７の適切なロレンツ力によって基材ホルダ１を動かす。同様に、コイルホルダ１６９を第２リニアモータ１４９によってＹ方向に平行に移動させ、基材ホルダ１を第１リニアモータ１４７の適切なロレンツ力によって第３リニアモータ１５１の移動部１６５に対し相対的に移動させて、Ｙ方向に平行な基材ホルダ１の希望する移動を達成する。Ｘ方向、又はＹ方向に平行な基材ホルダ１の上記の希望する移動は基材ホルダ１の移動中、上述のリソグラフ装置の位置決め制御システムによって制御される第１リニアモータ１４７のロレンツ力により達成される。この位置決め制御システムによってミクロン以下の範囲、ナノメートルですらある範囲の位置決め精度を達成する。基材ホルダ１の希望する移動は第２リニアモータ１４９、及び第３リニアモータ１５１によってのみほぼ達成する必要があり、従って第２リニアモータ１４９、及び第３リニアモータ１５１の位置決め精度に特に高い精度要求が課されないから、第２リニアモータ１４９、及び第３リニアモータ１５１は、第２位置決め装置３１の第２リニアモータ７１におけるように、Ｙ方向、及びＸ方向に平行に比較的大きな距離にわたり、比較的低い精度で、基材ホルダ１を移動させることができる比較的簡単な、通常の、一元リニアモータである。基材ホルダ１の移動の希望する精度は、第１リニアモータ１４７によって第３リニアモータ１５１の移動部１６５に対して相対的に、比較的僅かな距離だけ基材ホルダ１を移動させることによって達成される。
基材ホルダ１の位置決め装置２１がマスクホルダ５の位置決め装置３１に類似する種類のものであり、第１位置決め装置２１の第２リニアモータ１４９の静止部１５３が、第２位置決め装置３１の第２リニアモータ７１の静止部７３と同様に、リソグラフ装置の力フレーム４１に固定されているから、作動中、第１位置決め装置２１によって基材ホルダ１に作用する駆動力から生じ、基材ホルダ１によって第１位置決め装置２１に作用する反力は専ら力フレーム４１に伝導される。このことにより、第１位置決め装置２１の反力、及び第２位置決め装置３１の反力が力フレーム４１内に機械的振動を発生させるが、この振動は機械フレーム４５内に伝わらない。基材ホルダ１を案内する花崗岩支持体１４３の上面１４１はＺ方向に垂直に延びており、第１位置決め装置２１の駆動力もＺ方向に垂直に指向しているから、この駆動力自身は機械フレーム４５内にいかなる機械的振動も発生させない。
マスク２９上にあるパターンは半導体基材１９上に映像を結ぶ。これは半導体基材１９の露出中、マスク２９、及び半導体基材１９はそれぞれ第２位置決め装置３１、及び第１位置決め装置２１によって共に上記の精度で移動することができ、しかもマスク２９、及び半導体基材１９はＹ方向に平行に上記の精度で位置し、回転軸線６７、１４５の周りに回転することができるからである。上記パターンが半導体基材１９上に映像を結ぶ精度は位置決め装置２１、３１の位置決め精度より良好である。これはマスクホルダ５はＸ方向に平行に移動可能なだけでなく、Ｙ方向にも移動可能であり、回転軸線６７の周りに回転可能なためである。実際上、焦点合わせシステム３に対するマスク２９の移動は半導体基材上のパターンの映像の「ずれ」となるが、この「ずれ」の大きさはマスク２９の移動距離と焦点合わせシステム３の縮小率との商に等しい。従って、第２位置決め装置３１の精度と焦点合わせシステム３の縮小率との商に等しい精度で、マスク２９のパターンは半導体基材１９上に映像を結ぶことができる。
図７、及び図８は３個の動的絶縁装置５１のうちの１個を断面にて示す。図示の動的絶縁装置５１は取付け板１７１を具え、動的絶縁装置５１上に支持される機械フレーム４５の主板４７の隅角部４９をこの取付け板に固定する。更に、動的絶縁装置５１にハウジング１７３を設け、このハウジングを力フレーム４１のベース３９に固定する。Ｚ方向に平行に指向する連結ロッド１７５を介して取付け板１７１を中間板１７７に連結する。３個の平行引張りロッド１７９によって円筒容器１８１内に中間板１７７を懸垂させる。図７では唯１個の引張りロッド１７９のみが見えており、図８では３個の全ての引張りロッド１７９が見えている。ハウジング１７３の円筒室１８３内に同心に円筒容器１８１を位置させる。円筒容器１８１と円筒室１８３との間にある空間１８５は空気ばね１８７の一部を形成しており、供給弁１８９を通じて圧縮空気で充填されている。円筒容器１８１の第１部分１９３と第２部分１９５との間、及びハウジング１７３の第１部分１９７と第２部分１９９との間に固定された環状可撓性ゴム隔膜１９１によって空間１８５をシールする。従って、機械フレーム４５、及びこの機械フレーム４５によって支持されるリソグラフ装置の構成部分は３個の動的絶縁装置５１の空間１８５内の圧縮空気によってＺ方向に平行な方向に支持されており、円筒容器１８１、従って機械フレーム４５は隔膜１９１の可撓性の結果として円筒室１８３に対する運動の或る自由度を有する。３個の動的絶縁装置５１の空気ばね１８７により、また機械フレーム４５、及びこの機械フレーム４５によって支持されるリソグラフ装置の構成部分により形成されている質量ばねシステムが例えば３Ｈｚのような比較的低い共振周波数を有するようになるような剛性を空気ばね１８７が有する。このようにして、例えば１０Ｈｚのような或る限界値より高い周波数を有する機械的振動に関して、機械フレーム４５は力フレーム４１から動的に絶縁されている。図７に示すように、狭い通路２０１を通じて、空間１８５を空気ばね１８７の側室２０３に連結する。この狭い通路２０１は、円筒室１８３に対する円筒容器１８１の周期的運動を減衰させるダンパとして作用する。
更に図７、及び図８に示すように、各動的絶縁装置５１はこの動的絶縁装置５１に合体させた力アクチュエータ２０５を有する。この力アクチュエータ２０５はハウジング１７３の内壁２０９に固定された電気コイルホルダ２０７を有する。図７に示すように、このコイルホルダ２０７は図面に破線にて示したＺ方向に垂直に延びる電気コイル２１１を有する。取付け板１７１に固定された２個の磁気ヨーク２１３、２１５間にコイルホルダ２０７を配置する。更に、１対の永久磁石（２１７、２１９）、（２２１、２２３）を各ヨーク２１３、２１５に固定し、電気コイル２１１の平面に垂直になる度に、対をなす磁石（２１７、２１９）、（２２１、２２３）を反対方向に磁化させる。電流をコイル２１１に通した時、コイル２１１と磁石（２１７、２１９、２２１、２２３）とはＺ方向に平行に指向するロレンツ力を相互に作用させる。このロレンツ力の値は後に一層詳細に説明するようにリソグラフ装置の電気制御器（図示せず）によって制御される。
動的絶縁装置５１に合体した力アクチュエータ２０５は図９に線図的に示す力アクチュエータシステムを形成する。更に図９は機械フレーム４５と、基材ホルダ１と、機械フレーム４５に対して移動可能なマスクホルダ５と、ベース３９と、３個の動的絶縁装置５１とを線図的に示す。図９は更に機械フレーム４５の基準点Ｐを示す。基材ホルダ１の重心ＧSはこの基準点Ｐに対するＸ位置のＸS、及びＹ位置のＹSを有し、マスクホルダ５の重心ＧMは基準点Ｐに対するＸ位置のＸM、及びＹ位置のＹMを有する。上記重心ＧS、及びＧMは半導体基材１９を有する基材ホルダ１の全運動質量体の重心と、マスク２９を有するマスクホルダ５の全運動質量体の重心とをそれぞれ表している。図９に更に示すように、３個の力アクチュエータ２０５のロレンツ力ＦL1、ＦL2、ＦL3は機械フレーム４５への力の着力点を有し、基準点Ｐに対するこれ等の力の作用点の位置はそれぞれＸ位置のＸF1、ＸF2、ＸF3、及びＹ位置のＹF1、ＹF2、ＹF3である。機械フレーム４５は垂直なＺ方向に平行に基材ホルダ１とマスクホルダ５とを支持しているから、基材ホルダ１とマスクホルダ５とは機械フレーム４５にそれぞれ支持力ＦSとＦMとを作用させており、その値は基材ホルダ１とマスクホルダ５に作用する重力の値に対応する値である。支持力ＦS、及びＦMは機械フレーム４５に対する着力点を有し、その着力点のＸ位置、及びＹ位置は基材ホルダ１、及びマスクホルダ５の重心ＧS、及びＧMのＸ位置、及びＹ位置に対応する。半導体基材１９の露出中、基材ホルダ１とマスクホルダ５とが機械フレーム４５に対し移動すると、基材ホルダ１とマスクホルダ５との支持力ＦSとＦMとの着力点も機械フレーム４５に対して移動する。リソグラフ装置の上記電気制御器はロレンツ力ＦL1、ＦL2、ＦL3の値を次のような関係が成立するように制御する。即ち、機械フレーム４５の基準点Ｐの周りのロレンツ力ＦL1、ＦL2、ＦL3の機械的モーメントの合計が基準点Ｐの周りの基材ホルダ１とマスクホルダ５との支持力ＦSとＦMとの機械的モーメントの合計に等しく、方向反対であるように制御する。
ＦL1＋ＦL2＋ＦL3＝ＦS＋ＦM
ＦL1×ＸF1＋ＦL2×ＸF2＋ＦL3×ＸF3＝ＦS×ＸS＋ＦM×ＸM
ＦL1×ＹF1＋ＦL2×ＹF2＋ＦL3×ＹF3＝ＦS×ＹS＋ＦM×ＹM
ロレンツ力ＦL1、ＦL2、ＦL3を制御するこの制御器は例えばそれ自身既知の通常の並列前送り制御ループを具える。この制御器はリソグラフ装置の電気制御システム（図示せず）から基材ホルダ１の位置ＸS、ＹSに関する情報、及びマスクホルダ５の位置ＸM、ＹMに関する情報を受理するが、この受理された情報は基材ホルダ１とマスクホルダ５との希望する位置に関する情報であり、基材ホルダ１とマスクホルダ５との位置を制御する。また、代わりにそれ自身既知の通常のフィードバック制御ループをこの制御器に設けてもよく、この場合、この制御器はリソグラフ装置の上記位置制御システムから基材ホルダ１の位置ＸS、ＹSに関する情報、及びマスクホルダ５の位置ＸM、ＹMに関する情報を受理するが、この受理された情報は基材ホルダ１とマスクホルダ５との測定された位置に関する情報である。また代案として、この制御器は並列前進送り制御ループとフィードバック制御ループとを組み合わせて有していてもよい。力アクチュエータシステムのロレンツ力ＦL1、ＦL2、ＦL3は補正力を形成し、これにより機械フレーム４５に対する基材ホルダ１とマスクホルダ５との重心ＧSとＧMの移動を補正する。ロレンツ力ＦL1、ＦL2、ＦL3と支持力ＦS、ＦMとの機械フレーム４５の基準点Ｐの周りの機械的モーメントの和は一定値と一定方向とを有するから、基材ホルダ１とマスクホルダ５とは機械フレーム４５に対してほぼ一定値を有するいわゆる仮想重心をそれぞれ有する。これにより、半導体基材１９の露出中、基材ホルダ１とマスクホルダ５との実際の重心ＧSとＧMとの移動を機械フレーム４５が感じないようにすることができる。上述の力アクチュエータシステムが無いと、基材ホルダ１、又はマスクホルダ５の移動は基準点Ｐの周りの支持力ＦS、又はＦMの機械的モーメントの補正できない変化を生ぜしめ、その結果、機械フレーム４５は動的絶縁装置５１上で低周波の振動を行い、又は機械フレーム４５内に弾性変形、又は機械的振動が発生する。
３個の力アクチュエータ２０５を３個の動的絶縁装置５１に合体させているから、力アクチュエータシステムとリソグラフ装置とをコンパクトで簡単な構造にすることができる。更に動的絶縁装置５１を三角形に配設することによって力アクチュエータシステムの特に安定した作動を達成する。力アクチュエータシステムの補正力は専らロレンツ力から成るから、ベース３９と、力フレーム４１とに存在する機械的振動は力アクチュエータ２０５を通じて機械フレーム４５に伝わらない。
上述した手段、即ち、位置決め装置２１、３１の反力を専ら力フレーム４１にのみ直接導入すること、ロレンツ力のみによって基材ホルダ１とマスクホルダ５とを直接力フレーム４１に直接連結すること、及び力フレーム２０５の補正力は機械フレーム４５が支持機能のみを有するようにする。値、及び方向が変化する力は実質的に機械フレーム４５に作用しない。例えば、基材ホルダ１とマスクホルダ５との移動中、基材ホルダ１、及びマスクホルダ５の空気静力学軸受によって、花嵐岩支持体１４３の上面１４１、及び支持部材５７の平坦案内部６５上に作用する水平粘性摩擦力は例外である。しかし、このような摩擦力は比較的小さく、機械フレーム４５の感知される程度の振動、又は変形を生じない。機械フレーム４５が機械的振動、及び弾性変形を免れているから、機械フレーム４５によって支持されるリソグラフ装置の構成部分は相互に特に正確に限定された位置を占める。特に、焦点合わせシステム３に対する基材ホルダ１の位置、及び焦点合わせシステム３に対するマスクホルダ５の位置は非常に正確に限定され、更に、焦点合わせシステム３に対する基材ホルダ１、及びマスクホルダ５を位置決め装置２１、３１によって非常に正確に位置決めすることができるから、マスク２９上にある半導体回路のパターンをミクロン以下の範囲にある精度で半導体基材１９上に映像を結ぶことができる。更に、機械フレーム４５、及び焦点合わせシステム３は機械的振動、及び弾性変形を受けないから、基材ホルダ１、及びマスクホルダ５の上述の位置制御システムのための基準フレームとして、機械フレーム４５が作用する利点が得られる。例えば、光学素子、及び上記レーザ干渉計のシステムのような上記位置制御システムの位置センサを機械フレーム４５上に直接取り付けることができる。上記位置センサを機械フレーム４５に直接取り付けることができるから、基材ホルダ１、焦点合わせシステム３、及びマスクホルダ５に対して上記位置センサによって占められる位置は機械的振動、及び変形によって影響を受けず、焦点合わせシステム３に対する基材ホルダ１、及びマスクホルダ５の位置の特に、信頼性ある、正確な測定を行うことができる。また、マスクホルダ５をＸ方向に平行に位置決めし得るだけでなく、Ｙ方向にも平行に位置決めすることができる。これにより、半導体基材１９上のマスク２９のパターンの映像を特に高精度に得ることができ、上述したように、本発明リソグラフ装置により、ミクロン以下の範囲の微細な寸法を有する半導体基材を製造することができる。
本発明による第１位置決め装置２１によって移動可能な基材ホルダ１と、本発明による第２位置決め装置３１によって移動可能なマスクホルダ５とを有する本発明リソグラフ装置を説明した。位置決め装置２１、３１は共通の第１フレーム、即ちリソグラフ装置の機械フレーム４５と、共通の第２フレーム、即ちリソグラフ装置の力フレーム４１とを有する。代案として、位置決め装置２１、３１はそれぞれ自分自身の第１、及び第２フレーム、共通の第１フレーム、及び自分自身の各第１フレーム、又は共通第２フレーム、及び自分自身の各第１フレームを有していてもよい。
更に、本発明は最初に述べた「ステップ・アンド・レピート」原理により作動するリソグラフ装置をも包含することは明らかである。従って、例えば、焦点合せ装置に対し専ら比較的大きな距離にわたり基材ホルダを移動可能とするヨーロッパ特許公開第0498496号から既知のリソグラフ装置における基材ホルダの移動のために、本発明位置決めを使用することができる。本発明に包含されるこのようなリソグラフ装置は、図面を参照して上に説明したリソグラフ装置において、マスクホルダ５と共に第２位置決め装置３１を、例えばヨーロッパ特許公開第0498496号から既知の、機械フレーム４５に対し静止する通常のマスクホルダで置き換えることによっても得られる。また、本発明は上に述べた「ステップ・アンド・スキャン」原理により作動するリソグラフ装置をも包含する。この場合、マスクホルダのみを本発明位置決め装置により駆動し、基材ホルダを例えばヨーロッパ特許公開第0498496号から既知の通常の位置決め装置によって駆動する。このような構造は、例えば、リソグラフ装置の焦点合わせシステムが比較的大きな縮小率を有し、従って基材ホルダの移動がマスクホルダの移動に対して比較的小さく、基材ホルダの位置決め装置によって機械フレーム内に比較的小さな機械的振動を発生するに過ぎない場合に、考えられることである。
上述のリソグラフ装置は第１位置決め装置２１、及び第２位置決め装置３１に共通な力アクチュエータシステムを具え、基材ホルダ１、及びマスクホルダ５の両方の重心の移動を補正し得る補正力を力アクチュエータシステムによって供給する。代案として、本発明リソグラフ装置は２個の力アクチュエータシステムを具え、これにより基材ホルダ１、及びマスクホルダ５の重心の移動を個々に補正する。また、本発明リソグラフ装置は単一の力アクチュエータシステムを具え、これによりマスクホルダの重心の移動のみを補正する。このような構造は、例えば、リソグラフ装置の焦点合わせシステムが比較的大きな縮小率を有し、従って基材ホルダの重心の移動がマスクホルダの重心の移動に対して比較的小さく、基材ホルダの重心の移動によってて機械フレーム内に比較的小さな機械的振動を発生するに過ぎない場合に、考えられることである。
上述の本発明リソグラフ装置は集積半導体電気回路の製作において半導体基材を露出、又は露光するのに使用する。代案として、このようなリソグラフ装置は、リソグラフ装置によりマスクパターンの映像を基材上に結ばせて、ミクロン以下の範囲の微細な寸法を有する構造の他の製品の製作にも使用することができる。これに関連するのは集積光学システム、又は磁区メモリの導電、及び検出パターンの構造、及び液晶ディスプレイパターンである。
更に、本発明位置決め装置はリソグラフ装置に使用するだけでなく、物品、又は基材を正確に位置決めする他の装置にも使用することができる。その例としては、物品、又は材料を測定システム、又は走査システムに対し正確に位置決めし、又は移動させる必要がある物品、又は材料の分析装置、又は測定装置がある。本発明位置決め装置の他の用途は例えばミクロン以下の範囲の精度で工作物、例えばレンズを機械加工できる例えば精密工作機械である。この場合、本発明位置決め装置は回転工具に対する工作物の位置決めのため、又は回転する工作物に対する工具の位置決めのために使用される。
上述のリソグラフ装置の第１位置決め装置２１は専らロレンツ力を供給する第１リニアモータと通常の第２、及び第３のリニアモータとを有する駆動ユニットを具え、上述のリソグラフ装置の第２位置決め装置３１は専らロレンツ力を供給する第１リニアモータと通常の単一の第２リニアモータとを有する駆動ユニットを具える。また最後に、本発明は上述のものと異なる駆動ユニットを設けた位置決め装置であってもよい。その例としては、位置決め装置が専らロレンツ力を供給する単一のモータのみを具え、第１フレームによって支持される物品テーブルにこのモータの磁石システムを固定し、第２フレームにこのモータの電気コイルシステムを固定する。また、位置決め装置が通常の単一のモータのみを具え、第２フレームにこのモータの静止部を固定し、第１フレームに支持される物品テーブルにこのモータの移動部を固定する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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