具有涡电流制动器的光刻装置制造方法
具有涡电流制动器的光刻装置制造方法
【专利摘要】一种光刻装置(10)，包括抑制光刻装置(10)的结构元件(13)的运动的涡电流制动器(30，70)。涡电流制动器(30，70)包括以弧形布置设置的多个磁体以及分别布置在所述磁体中的相邻磁体之间的多个导电片(35，67)。磁体和导电片之间在要制动的方向上的相对运动在导电片中感应出涡电流。
【专利说明】具有涡电流制动器的光刻装置
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于并要求于2012年2月20日提交的现有德国专利申请 No. 102012202553. 7的优先权的权益，该德国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及一种具有制动（damping)光刻装置的结构元件的涡电流制动器的光 刻装置。
【背景技术】
[0004] 例如，这种光刻装置用于制造集成电路或1C，以将掩模中的掩模图案成像在基板 上，比如硅晶片上。在该过程中，例如，由照明装置产生的光束经由掩模被引导至基板。曝 光镜头设置用于将光束聚焦在基板上，其中，所述镜头可由多个光学元件组成，比如反射镜 和/或透镜元件。关于镜头的对准，单独的光学元件应当尽可能精确地定位，因为即使光学 元件位置的小偏差也会对成像图案产生不利影响，这会在制造的集成电路中导致缺陷。为 此，重要的是抑制光学元件中的振动等。
[0005] W02010/094684 A1公开了一种具有光学元件的投射曝光设备，光学元件经由致动 器系统附接至外框架（例如，参见图3及相关描述）。致动器系统可具有压电履带、压电致 动器、圆筒式线圈（cylinder coil)或润电流制动器。
[0006] US 2007/0153348A1公开了一种涡电流阻尼器，其包括杆、联接到杆的一系列导电 板和磁体层。交替层具有交替的磁场。当光学兀件移动时，光学兀件会对杆施加力。杆使 导电板相对于交替磁体层移动，以在每个导电板内产生涡电流，使得涡电流抑制光学元件 的运动。
[0007] US 2002/0109437A1讨论了抑制用于光学元件的冷却剂通道中的振动。为此，提出 了通过传感器采集振动，将该采集的结果反馈回致动器，致动器实施为压电元件。致动器产 生与液体中的湍流反相且幅度具有至少相同数量级的振动。
[0008] 美国专利US 6, 788,386 B2公开了一种光刻装置，其中，反作用体（reaction mass)和致动器用于减少光刻装置的投射系统中的光学元件的非期望振动。
[0009] 随着对光刻装置分辨率的要求的增加，持续需要用于抑制光刻装置中的光学元件 的移动和非期望共振的改进阻尼装置。特别地，基于涡电流制动器的常规阻尼装置通常仅 设计成关于一个或两个自由度进行制动。为了相对于所有六个自由度制动光学元件，由此 必须提供多个阻尼装置，这是复杂的，并会增加空间要求。基于橡胶阻尼器的阻尼装置可在 更多自由度上进行制动，然而，由于其橡胶磨损以及由于污染，其在光刻装置领域中的使用 是有问题的。
【发明内容】
[0010] 因此，本发明的目的是发展一种具有阻尼装置的光刻装置，该阻尼装置可以紧凑 布置无接触地抑制柔性安装的结构元件的运动。本发明的另一目的是发展一种光刻装置， 其中，关于许多自由度抑制结构元件的运动。
[0011] 在本发明的一个方面中，该目的可通过这样的光刻装置来实现，该光刻装置包括 抑制光刻装置的结构元件的运动的涡电流制动器，涡电流制动器包括以弧形布置设置的多 个磁体以及分别布置在所述磁体中的相邻磁体之间的多个导电片，磁体和导电片之间在要 制动方向上的相对运动在导电片中感应出涡电流。
[0012] 由于以弧形布置布置磁体，所以可提供一种涡电流制动器，其可以紧凑布置无接 触地抑制柔性安装的结构元件的运动。应注意，在该文中，"弧"意味着可微分曲线的区段， 尤其是布置在二维平面中。磁体所布置的弧形可以是圆弧形，其允许特别紧凑的布置。然 而，并不局限于圆弧形，其它弧形，比如椭圆弧形、双曲线弧形、抛物线弧形等也是可能的。 而且，弧形布置使得可在多个自由度，例如所有六个自由度上抑制结构元件的运动。在该文 中，应注意，根据磁体的布局，对于所有方向（自由度），阻尼比率并不相同，阻尼比率最大 的方向还称为要制动的主方向。
[0013] 磁体可布置成磁体堆（stacks of magnets)，其分别包括多个磁体。在此，磁体堆 中的相邻磁体可布置成使其相反极彼此紧临地布置。特别地，磁体可沿要制动的主方向堆 叠，它们的相反极彼此紧临地布置。这导致将磁体布置在许多平面中，其中，由单独平面中 的磁体产生的场的方向沿要制动的主方向交替。因此，由于磁体的这种交替布置，沿要制动 的主方向的磁场频繁地改变其方向，由此增加了阻尼效果。在该过程中感应出大涡电流，所 以可获得高程度的阻尼。
[0014] 可提供至少两个，优选三个，特别优选四个或更多个磁体堆。磁体堆的这种平行布 置（导电片（肋片（fin))布置在其间）对应于多个涡电流制动器的平行布置，因此使用紧 凑布置可实现甚至更高程度的阻尼。
[0015] 磁体堆可分别包括偶数个磁体。结果，可减少或消除寄生磁场。
[0016] 当圆弧角为至少30°，优选为至少45°，特别优选为至少60°时，可出现明显的 涡电流效应。如果圆弧角为360°，即如果磁体沿完整圆布置，则该装置是特别有效和紧凑 的。
[0017] 如果磁体是梯形的，则沿圆弧的特别紧凑和有效布置是可能的。
[0018] 在一个实施例中，光刻装置还具有保持磁体的保持器装置，其包括基底部分和容 座部分，其中，容座部分刚性连接到结构元件，基底部分和容座部分通过弹簧元件互连。弹 簧元件可以是例如在容座部分和基底部分之间径向延伸的腹板（web)。利用这种布置，可实 现特别紧凑。
[0019] 由磁体产生的磁场可在包括由弧形布置限定的弧的平面中延伸，要制动的主方向 以与该平面的法线成不大于45°的角度延伸。换言之，要制动的主方向不必平行于布置有 磁体的平面的法线，但是如果要制动的方向基本上平行于包括由弧形布置限定的弧的平面 (即，布置有磁体层的平面）的法线延伸，则可获得更好的阻尼比率。
[0020] 在本发明的另一方面中，涡电流制动器包括多个磁体组，每个磁体组的磁体以弧 形布置设置在预定平面中，其中，相邻组的平面相对彼此倾斜，使得所述组沿其运动要被抑 制的结构元件的轨迹布置。利用这种布置，可制动不执行简单平移或旋转运动而沿非线性 轨迹移动的结构元件。例如，结构元件的轨迹可以是弧形的。这允许平滑地抑制结构元件 的运动。
[0021] 导电片可附接至结构元件。或者，例如，导电片还可联接至定位结构元件的致动器 的移动部件。
[0022] 磁体可附接至结构元件，并刚性连接至结构元件。然而，结构元件以相对于磁体的 可移动方式布置是更容易的。例如，第一情况中出现的优点是，可使用更刚硬的弹簧元件来 安装结构元件，因为磁体重量对结构元件的重量有贡献。在后一情况中，磁体可设置在光刻 装置的结构框架的一侧。
[0023] 在另一实施例中，磁体可设置为柱形磁体布置，柱形磁体布置附接至定位结构元 件的致动器的圆筒式线圈。
[0024] 阻尼装置可结合进定位结构元件的致动器中。因此，可提供特别紧凑的布置。在 此，例如，致动器可实施为音圈致动器或重力补偿器。特别地，结构元件可以是光刻装置的 光学元件。结构元件可以是弹性的。
[0025] 参考【专利附图】
【附图说明】其它示例性实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1示出光刻装置的示意图；
[0027] 图2示意性示出润电流制动器的功能原理；
[0028] 图3示出图1的光刻装置的一部分的透视图；
[0029] 图4示出阻尼装置的磁体的布置；
[0030] 图5示出磁体布置的平面投影；
[0031] 图6示意性示出在根据第二实施例的光刻装置中具有结合的阻尼装置的致动器 的设计；
[0032] 图7示出该阻尼装置的磁体的布置；
[0033] 图8示出磁体布置的平面投影；
[0034] 图9示出根据第三实施例的第一变型的涡电流阻尼器的磁体布置；
[0035] 图10示出根据第三实施例的第二变型的涡电流阻尼器的磁体布置。
[0036] 除非特别说明，附图中的相同参考标号表示等同或功能上等同的元件。
【具体实施方式】 [0037] 第一实施例
[0038] 图1示出根据第一实施例的光刻装置10的示意图。该光刻装置10包括基板11， 保持至少一个光学元件13的保持器框架12位于基板上，还提供了保持传感器布置15的测 量框架14。光刻装置10通常具有多个光学元件。然而，在图1中以示例性方式示出仅一个 光学元件13,以示意性地说明光刻装置10的功能性。
[0039] 在所示示例中，晶片容座16设置在光学元件13下方，晶片17,比如硅晶片可保持 在所述晶片容座中。举例来说，晶片容座16可实施为步进扫描系统，其在曝光期间和曝光 间断期间相对于基板11逐步移动晶片17
[0040] 照明装置18设置在光学元件13上方，照明装置产生曝光晶片17的光束。从照 明装置18发出的光束通过掩模19 (掩模在此仅示意性示出），并在所示示例中由光学元件 13 (实施为反射镜系统）集束，使得设置在掩模19上的图案以缩小尺寸成像在晶片17上。 作为该实施例的替代，还可提供透镜元件布置，即多个透镜元件的组合作为光学元件13。
[0041] 为了确保高光学分辨率，在每个曝光过程期间，光学元件13必须精确布置在最佳 位置，并具有最佳取向。为此，提供多个传感器和致动器，它们采集并设定光学元件13关于 所有六个自由度的排列。六个自由度包括沿三个空间轴的平移和绕三个空间轴的旋转运 动。为了简化，在当前情况下仅示出一个传感器布置15,其采集光学元件13关于一个自由 度的位置。由传感器布置15采集的位置发送至控制单元（未更详细示出），控制单元将控 制信号传送至致动器50,致动器将光学元件13的位置调节至相对于框架12的期望位置。 致动器50可用于关于至少一个自由度设定光学元件13的位置。
[0042] 致动器50经由反作用体37和弹簧元件34连接到框架12。还可经由反作用体37 和弹簧元件34将光学元件13和致动器50与从属框架（所谓的子框架）安装起来，从属框 架选择性地经由其它联接或弹簧元件安装在系统框架12上。为了简化，在所示示例中示出 经由仅一个框架12在基板11上的安装。
[0043] 反作用体37具有通常为5-20HZ的固有频率。与弹簧元件34 -起，反作用体37 形成低通滤波器，其仅允许在该低频率范围内的振动通过。当借助致动器50设定光学元件 13时，产生反作用力，其抵抗移动光学元件13的力。频率低于反作用体37的固有频率的反 作用力直接传送至框架12。相比之下，频率高于反作用体37的固有频率的反作用力被低通 滤除。因此，通过将致动器50和光学元件13经由反作用体37联接到框架12可实现系统 的稳定。
[0044] 随着用于照明的光波长减小，关于光学元件13的定位精度的要求增加。因此，纳 米范围内的定位不准确可导致照明误差，照明误差会使制造的半导体元件在EUV系统情况 下无效，EUV系统以极紫外范围内的照明光操作。而且，光学元件13具有要求该频率范围 内的阻尼的固有频率，因为其它小震颤和振动导致定位偏差，定位偏差对成像精度有不利 影响。为了获得甚至更好的制动或稳定，还提供了阻尼装置30,其抑制反作用体37相对于 框架12的运动（以及因此还抑制致动器50和光学元件13的运动，它们安装在反作用体37 上）。图1中仅示意性示出阻尼装置30。
[0045] 根据本发明的一个方面，阻尼装置30实施为涡电流制动器。因此，在详细说明实 施为涡电流制动器的阻尼装置30的设计和特性之前，下面简要地说明涡电流制动器的功 能原理。
[0046] 图2示意性示出润电流制动器20的功能原理。该润电流制动器20包括一对磁体 21和22,它们的相反极彼此相对布置。因此，磁体21的北极布置成与磁体22的南极相对， 反之亦然。为了引导磁通量，软铁板23和24分别设置在磁体21和22的外侧。引导金属 板25的间隙设置在磁体21和22之间。如果金属板25现在以速度v引导通过不均匀的磁 体B，那么在金属板25中感应出电压以及其导致的涡电流I。这些涡电流I进而产生它们 自己的磁场，根据榜次定律，所述磁场与外部磁场反向。结果，金属板25被制动，金属板25 的动能转换为热。
[0047] 从该简单模式中明白的是，金属板25与磁体21和22之间的相对运动对于制动作 用是充分的，即，还可保持金属板25静止，而移动磁体。而且，还明白的是，制动作用仅发生 在金属板25移动通过磁场梯度时，即，换言之，金属板25的运动方向相对于不均勻磁场的 磁场线的方向横向地移动时。因此，可以获得对两个自由度（即图2中，纸面的垂直方向上 的指定运动以及绕纸面的垂直方向的旋转运动）的阻尼效应。
[0048] 该简单模式的阻尼可如下确定：作用在金属板25上的力与磁场和磁体长度1成比 例并且为
[0049] F = 2B1I (1)
[0050] 其中，B是磁场强度。电流I源自金属板25中感应的电压U，并依赖金属板25的 电阻R :
[_] / = 2 = (2) R lip
[0052] 在此，h是布置的宽度（参见图2)，b是磁体深度，P是金属板25的电阻系数。从
[0053] U = 2Blv (3)
[0054] 得到阻尼d为 ,F B2blh
[0055] d=-二- (4) v p
[0056] 在下文中，描述光刻装置10的阻尼装置30,其使用上述原理，并获得在更多自由 度上的更好阻尼。
[0057] 图3示出上述光刻装置10的一部分的透视图，其基本上包括阻尼装置30、反作用 体37和弹簧元件34。图4示出该阻尼装置30的磁体的布置。图5示出磁体布置的平面投 影。图5中的z轴与图3和4中的z轴等同，而由于平面投影，另两个笛卡尔轴，即X'轴与 y'轴与图3和4的X轴和y轴不同。
[0058] 阻尼装置30实施为涡电流制动器，其抑制反作用体37相对于框架12的运动。阻 尼装置30具有保持器装置31、四个磁体堆40-43和两个软铁板33。保持器装置31可附接 到框架12,或者设置在致动器50的壳体上或内，并可由金属材料制成。适合于此的是具有 高电导率的金属材料，比如铜或铜合金。诸如AW2014的铝合金提供关于耐久性和电导率的 良好折衷，并因此是特别适合的。保持器装置31具有基本上立方体的基底部分31a和容座 部分31b，容座部分具有沿其长度被切割的柱形管的形状。基底部分31a和容座部分31b通 过弹簧元件34互连，弹簧元件实施为腹板。因此，基底部分31a、容座部分31b和腹板34具 有一体的实施例。基底部分31a的上侧包含具有圆弧状横截面的切口。四个磁体堆40-43 和两个软铁板33设置在基底部分31a的上侧与容座部分31b的下侧之间。而且，五个肋片 35沿径向方向从容座31b的下侧朝向基底部分31a延伸。这些肋片35是导电片，它们由金 属制成，并布置在磁体堆40-43之间以及磁体堆40、43与软铁板33之间。间隙36设置在 肋片35的下边缘和基底部分31a的上侧之间。因此，提供了保持器装置31，其中，基底部 分31a经由腹板34柔性连接到容座部分31b。在此，该布置在z方向上的硬度比较低。换 言之，腹板34充当弹簧，容座部分31b可以通过作用为抵抗腹板34的弹簧力的较弱力沿z 方向移动。相比之下，该布置在X方向和y方向上的硬度以及旋转硬度相对较高。
[0059] 反作用体37的一端保持在容座部分31b的上侧，并固定连接到上侧。反作用体37 的另一端连接到致动器50。在本示例中，致动器50实施为音圈致动器。在此，致动器50具 有圆筒式线圈51，图3中仅示意性示出圆筒式线圈的位置，其与设置在反作用体37末端的 磁衔铁（magnetic armature)相互作用。因此，可通过对该圆筒式线圈51施加合适电流而 关于一个自由度（即z方向）定位附接到致动器50的另一端的光学元件13。
[0060] 在所示示例中，反作用体37具有基本上柱形的实施例，并可例如由钢或鹤合金等 制成。反作用体37充当如上所述的低通滤波器，这压制比反作用体37的固有频率高的频 率范围内的振动，当设置光学元件时，振动发生。在此，主要关于一个自由度压制振动，确切 地说，在所示示例中的z方向上。
[0061] 特别地，从图5中明白的是，磁体堆40-43各包括四个磁体40a...40d - 43a...43d， 它们沿z方向一个位于另一个后方布置，并布置在保持器装置31中。当在穿过xy平面的 截面中观看时，磁体40a*"40d - 43a*"43d基本上具有梯形形状或具有圆扇形形状（顶端被 切割掉）。软铁板33用于使磁能量完整或返回，并平行于外部磁体堆40和43布置在外部 磁体堆外部。
[0062] 在此，一个位于另一个后方布置的磁体具有相反的取向。因此，磁体40a的北极布 置成与布置在其后的磁体40b的南极相对，磁体40a的南极布置成与布置在其后的磁体40b 的北极相对，参见图5。相比之下，磁体堆40-43具有相同的取向，所以磁体堆40-43中的磁 体的相反极总是彼此相对。因此，这导致图5所示的磁场线分布。如从该图中所明白的，在 磁体堆40-43之间提供极不均匀的磁场，其中，磁场的方向沿z轴反向许多次。因此，提供 沿z轴具有大梯度的磁场。
[0063] 与肋片35 -起，磁体堆40-43和软铁板33的布置充当涡电流制动器。在此，肋片 35的功能对应于图2中金属板25的功能。在沿z轴移动的情况下，肋片35相对于磁体堆 40-43之间的不均匀磁场横向地移动，所以在导电肋片35中感应出涡电流，该移动的动能 转换为热。由于磁体40a*"40d - 43a*"43d在磁体堆40-43中的交替布置，z方向上的磁 场梯度特别明显，所以可以实现高程度的阻尼。实验已示出对主自由度（即，z方向）的约 4. 5%的模态阻尼，希望的是，在进一步优化的情况下，约5%至6%的模态阻尼是可能的。
[0064] 而且，磁体堆40-43的圆形布置使得可在许多自由度上进行制动。因此，在平坦或 非圆形布置（这对应于图2的布置，或者根据图5中平面投影型示图的布置）的情况下，磁 场梯度在X方向和y方向上小。由此，在这种平坦布置的情况下，涡电流制动效应在X和y 方向上也不明显。相比之下，磁体沿圆弧的圆形布置所实现的是，X方向和y方向上的磁场 梯度分量显著增加。因此，还实现了对X方向和y方向上的运动的抑制。由于抑制了所有 平移运动，还实现了对所有旋转运动的抑制，所以，在所有六个自由度上抑制了运动。而且， 可以实现对下至低频率范围也有效的宽带阻尼。
[0065] 在X方向和y方向上对平移运动的抑制程度在很大程度上取决于圆弧（磁体堆 40-43沿圆弧布置）的圆弧角，其自然地随着该圆弧的尺寸而增加。在例如30°的比较小 的圆弧角处已实现值得注意的效果，至少45°的圆弧角是有利的，至少90°的圆弧角是更 有利的，至少180°的圆弧角是特别有利的。在极限情况下，磁体堆40-43沿整圆布置，这对 应于360°的圆弧角。下面进一步说明对应的实施例。
[0066] 与通过橡胶元件（例如，由Viton制成）等进行制动相比，其它优点是，在阻尼 装置30上几乎没有任何磨损，这是因为没有使任意部件彼此摩擦，并且因为磁体的磁力 即使在几十年内仍是稳定的。而且，没有磨耗橡胶颗粒的风险，例如，橡胶颗粒可附着到 光学元件并损害成像特性。而且，磁体可经由它们的组成而精确设定，所以批次依赖性 (batch-dependence)也十分低。在该情况下，已发现稀土磁体，比如钕磁体或由SmCo (杉 钴）合金制成的磁体尤其是特别有利的。而且，硬度不受所提布置的影响，不产生额外的本 征模，如当使用橡胶元件进行制动的情况。
[0067] 在该第一实施例中，磁体堆40-43各包括四个磁体，然而，它们还可包括不同数量 的磁体。然而，有利的是，磁体堆40-43分别包括偶数个磁体，因为这防止形成寄生磁场。在 偶数个磁体的情况下，来自外部磁体40a、40c、43a和43c的磁通量可经由软铁板完全返回 磁体40b、40d、43b和43d，而这在奇数个磁体的情况下是不可能的，因此会形成寄生磁场。
[0068] 第二实施例
[0069] 在根据第一实施例的光刻装置10中，磁体40-43经由保持器装置31刚性连接至 保持器框架12,而肋片35可在磁体之间相对于保持器框架12移动，并刚性连接到反作用体 37。然而，相反布置也是可能的，其中，磁体刚性连接到反作用体。在下面的第二实施例中 描述这种布置。
[0070] 根据第二实施例的光刻装置10具有与图1所示相同的示意性设计，所以下文中省 略对相同部分的更详细说明。图6示意性示出具有结合的阻尼装置70的致动器60的设 计，阻尼装置实施为涡电流制动器。图7示出该阻尼装置70的磁体的布置。图8示出磁体 布置的平面投影。图8中的z轴与图6和7中的z轴等同，而由于平面投影，另两个笛卡尔 轴，即X'轴和y'轴与图6和7中的X轴和y轴不同。
[0071] 致动器60实施为磁重力补偿器，即用于补偿重力的被动致动器，而第一实施例中 的致动器实施为在一个空间自由度上主动（即，任意）固定光学元件13的位置。
[0072] 致动器60包括致动器壳体61、圆筒式线圈62、磁体活塞63、销64和弹簧65。阻 尼装置70包括磁体布置66和肋片67。致动器60将光学元件13 (结构元件）联接至保持 器框架12。
[0073] 更确切地，致动器壳体61刚性连接到光学元件13 (参见图1)，圆筒式线圈62刚性 连接到反作用体68,反作用体经由弹簧元件34在其背离致动器60的一侧联接到框架12， 参见图1。作为其替代例，圆筒式线圈62还可直接连接到光学元件13,或者还可将其它联 接元件设置在致动器60、保持器框架12和光学元件13之间。磁体活塞63经由销64刚性 连接到致动器壳体61。如果圆筒式线圈62由控制电流激励，则由此感应出磁场，磁场与磁 体活塞63相互作用，从而在z方向上对光学兀件13施加力，结果，可设定光学兀件13在z 方向上的位置。
[0074] 弹簧65可实施为柱形弹簧，其围绕布置在其内的圆筒式线圈62和磁体活塞。弹 簧65在一侧固定连接到致动器壳体61，而在另一侧固定连接到反作用体68。因此，弹簧65 的弹簧力抵消沿z方向作用在圆筒式线圈62上的力，结果，z位置可以稳定，并更精确地设 定。
[0075] 磁体布置66可选地经由联接元件（未详细示出）设置在圆筒式线圈62的背离反 作用体68的一端。磁体布置66包括十二个磁体堆66-1…66-12,它们沿圆布置，即沿360° 圆弧布置，参见图7。磁体堆66-1…66-12分别具有三个磁体（图7中由a、b和c表不）， 它们布置为一个位于另一个后方或者布置为在z方向上一个位于另一个上方。因此，磁体 布置在三个平面或台阶中。当在穿过xy平面的截面中观看时，磁体堆66-1…66-12的磁体 基本上具有梯形形状或具有圆扇形形状（顶端被切割掉）。因此，总体上，这导致磁体布置 66的柱形形状，其中，类似的柱形切口（销64引导穿过该切口）设置在磁体布置66的中 心，参见图6。由于磁体堆66-1…66-12以完整环周方式布置，所以在该实施例中，不需要 提供软铁板来使磁通量完整。因此，与所示示例类似，还可在单独磁体堆66-1…66-12中提 供奇数个磁体。这是可能的，因为磁通量以圆形方式延伸穿过所有磁体堆66-1…66-12,不 会或者几乎不会产生任何寄生磁场，即使在奇数个磁体的情况下也如此。
[0076] 在此，一个位于另一个后方布置的磁体具有相反的取向。换言之，磁体66-la的北 极布置成与布置在其后方的磁体66-lb的南极相对，磁体66-la的南极布置成与布置在其 后的磁体66-lb的北极相对。相比之下，磁体堆66-1至66-12具有相同的取向，所以磁体 堆66-1…66-12中的磁体的相反极总彼此相对。因此，结果是图8所示磁场线分布。从该 附图中明白的是，在磁体堆66-1…66-12中提供非常不均匀的磁场，其中，磁场的方向沿z 轴反向许多次。因此，提供沿z轴具有大梯度的磁场。
[0077] 肋片67分别布置在两个相邻磁体堆66-1…66-12之间。具有高电导率的金属材 料，比如铜或铜合金也适用于肋片67。铝合金，比如AW2014在耐久性和电导率方面提供良 好折衷，并因此是特别适合的。与第一实施例类似，磁体堆66-1…66-12与肋片67 -起形成 作为阻尼装置的涡电流制动器70。如果磁体布置66沿z轴移动，则在肋片67中感应出涡 电流，该运动的动能转换为热。由于磁体在磁体堆66-1…66-12中的交替布置，z方向上的 磁场梯度特别明显，所以可获得高程度的阻尼。实验已示出对主自由度（即，在z方向上） 的约2. 5%的模态阻尼，希望的是，在进一步优化的情况下，高达5%的模态阻尼是可能的。
[0078] 如根据第一实施例的布置，类似有利效应也源自该布置。因此，磁体堆66-P·· 66-12的圆形布置使得可在许多自由度上进行制动。更确切地，在该布置中还可实现在所有 六个自由度上的宽带制动。而且，该制动是无摩擦的，所以维护费用低，并确保阻尼布置的 长使用寿命。该布置的另一优点是其非常紧凑。而且，硬度不受所提出布置的影响，不产生 任何额外本征模，如当使用橡胶元件进行制动的情况。
[0079] 而且，在该实施例中，磁体布置66经由线圈62固定连接到反作用体68。因此，磁 体布置66对反作用体做出贡献或者可认为是反作用体的一部分。结果，可使用更加刚性的 弹簧元件65,简化致动器的设计。
[0080] 第三实施例
[0081] 在第二实施例的磁体布置中，磁体布置在堆66-1至66-12中。在相同xy平面中布 置的不同堆66-1至66-12的磁体分别构成布置为弧形布置（其弧在xy平面中延伸360° ) 的一组磁体。在图7所示布置中，存在沿z方向一个堆叠在另一个上方的三个这种磁体组。 这些磁体组均是大致盘状的。现在，由于这些磁体组沿z方向一个堆叠在另一个上方，所以 要制动的主方向也是z方向。然而，不必线性堆叠这些磁体，它们还可以弧形一个堆叠在另 一个上方。下面参考图9和10进行说明。
[0082] 图9示出根据第三实施例的第一变型的涡电流阻尼器的磁体布置80。应注意，为 了说明，图9仅示出涡电流阻尼器的磁体，省略了其它元件。与图7的布置一样，图9中的磁 体布置80也由一个堆叠在另一个上方的大致盘状磁体组构成。此外，与图7类似，在图9的 布置中，每组磁体也包括12个梯形磁体82-1至82-12(图9中仅示出磁体82-1和82-7)。 而在图7所示实施例中有三个这样的磁体组（即，每个堆包括三个磁体），在图9所示实施 例中有四个这样的磁体组（即，每个堆包括四个磁体，由例如82-la至82-ld表示）。
[0083] 此外，尽管在图7所示布置中，各磁体组布置在平行平面中，即xy平面及与其平 行的平面，在图9所示布置中，各磁体组所布置的平面相对彼此倾斜。更确切地，第一组磁 体82-la至82_12a布置在xy平面。第二组磁体82-lb至82布置在关于xy平面例如倾斜 10°角的平面中，等等。相对于第二实施例说明该实施例的磁体布置的其它方面，使得省略 进一步的说明。
[0084] 该磁体布置80的结果是，各磁体组沿运动要被抑制的结构元件的弧形轨迹84布 置。更确切地，运动要被抑制的结构元件沿在图9中由点划线表示的弧形轨迹84移动。因 此，不仅可抑制执行线性或旋转运动的结构元件的运动，而且可抑制沿弧形轨迹84移动的 结构元件的运动。不必说，弧形轨迹84的曲率和方向不必沿轨迹恒定，而是根据需要适配。 例如，弧形轨迹84不需要布置在单个平面（如图9)中，而是根据需要可以为复杂的。
[0085] 此外，在该磁体布置80的情况下，可以紧凑布置抑制结构元件的运动。在此，各磁 体组均布置在关于弧形轨迹84的切线垂直延伸的平面内，然而，并不限于此，它们还可以 关于弧形轨迹84成例如高达45°的角度布置。然而，当磁体组分别布置在基本垂直于弧形 轨迹84的平面内时，可获得更大的阻尼比率。
[0086] 图10示出根据第三实施例的第二变型的涡电流阻尼器的磁体布置90。同样，在该 磁体布置90中，磁体堆92-1至92-12(图10中仅示出92-1和92-7)沿运动要被抑制的结 构元件的弧形轨迹94布置。磁体布置90与图9的磁体布置80的不同之处在于，当在yz 平面中切割时，布置90中的磁体具有梯形横截面。相应地，可以紧凑磁体布置获得高阻尼 比率。相比之下，图9的磁体布置80中的磁体具有矩形横截面，使得磁体组之间的间隙根 据与弧形轨迹84的径向距离而变化。
[0087] 应注意，上面所述实施例仅是示例性的，并且可在专利权利要求的范围内以许多 不同方式改变。
[0088] 因此，前述实施例描述了具有用于抑制光学元件或反作用体的运动的涡电流制动 器的光刻装置。然而，同样可使用涡电流制动器来抑制光刻装置的其它可移动结构元件的 运动。
[0089] 而且，在前述实施例中，磁体布置在圆弧形布置中，其允许特别紧凑的布置。然而， 并不限于圆弧形，其它弧形，比如椭圆弧形、双曲线弧形、抛物线弧形也是可能的。
[0090] 而且，在前述实施例中，肋片（即，导电片）机械联接到致动器或结构元件。但是 它们还可电磁联接、磁联接或静电联接。特别地，肋片的支撑件不限于图3所示布置，它们 还可由其它磁支撑件或气体支撑件支撑。
[0091] 而且，在前述实施例中，磁体布置成堆，即几组磁体一个层叠在另一个上方。然而， 还可提供单组磁体，例如，仅对应于图7所示布置中的磁体66-la to66-12a的最底层。
[0092] 参考符号列表
[0093] 10 光刻装置
[0094] 11 主板
[0095] 12 保持器框架
[0096] 13 光学元件
[0097] 14 测量框架
[0098] 15 传感器布置
[0099] 16 晶片容座
[0100] 17 晶片
[0101] 18 照明装置
[0102] 19 掩模
[0103] 20 涡电流制动器
[0104] 21，22 磁体
[0105] 23,24 软铁片
[0106] 25 金属板
[0107] 30 涡电流制动器布置
[0108] 31 保持器装置
[0109] 31a 基底部分
[0110] 31b 容座部分
[0111] 32 磁体堆
[0112] 33 软铁板
[0113] 34 腹板
[0114] 35 肋片
[0115] 36 间隙
[0116] 37 反作用体
[0117] 40-43 磁体
[0118] 50 致动器
[0119] 51 圆筒式线圈
[0120] 60 致动器
[0121] 61 致动器壳体
[0122] 62 圆筒式线圈
[0123] 63 磁体活塞
[0124] 64 销
[0125] 65 弹簧
[0126] 66 磁布置
[0127] 66-1 …66-12 磁体堆
[0128] 67 肋片
[0129] 68 反作用体
[0130] 70 涡电流制动器布置
[0131] 80 磁体布置
[0132] 82-1 …82-12 磁体堆
[0133] 84 轨迹
[0134] 90 磁体布置
[0135] 92-1 …92-12 磁体堆
[0136] 94 轨迹
【权利要求】
1. 一种光刻装置（10)，包括抑制所述光刻装置（10)的结构元件（13)的运动的涡电流 制动器（30,70)，所述涡电流制动器（30,70)包括： 以弧形布置设置的多个磁体（40···43 ;66 ;82 ;92);以及 多个导电片（35,67)，分别布置在所述磁体（40··· 43 ;66 ;82 ;92)的相邻磁体之间； 所述磁体（40···43 ;66 ;82 ;92)和所述导电片（35,67)之间在要制动的方向上的相对 运动在所述导电片（35,67)中感应出涡电流。
2. 如权利要求1所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体布置在分别包括多个磁体的磁 体堆（40...43 ;66-1...66-12 ;82-1 …82-12 ;92-1 …92-12)中。
3. 如权利要求2所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体堆（40…43 ;66-1···66-12; 82-1…82-12 ;92-1…92-12)中的相邻磁体布置成使相邻磁体的相反极彼此邻近地布置。
4. 如权利要求2或3所述的光刻装置（10)，包括至少两个所述磁体堆（40···43 ;66_1… 66-12 ;82-1…82-12 ;92-1…92-12)。
5. 如权利要求2至4任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体堆（40…43 ;66_1··· 66-12 ;82-1…82-12 ;92-1…92-12)各包括偶数个磁体。
6. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，由弧形布置限定的弧延伸至少 30°的角。
7. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，由弧形布置限定的弧延伸 360°的角。
8. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体以圆弧形布置设置。
9. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体是梯形的。
10. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，还包括保持所述磁体的保持器装置 (31)，所述保持器装置包括基底部分（31a)和容座部分（31b)，其中，所述容座部分（31b) 刚性连接至所述结构元件（13)，所述基底部分（31a)和所述容座部分（31b)通过弹簧元件 (34)互连。
11. 如权利要求10所述的光刻装置（10)，其中，所述弹簧元件（34)是腹板。
12. 如权利要求10所述的光刻装置（10)，其中，所述腹板在所述容座部分（31b)和所 述基底部分（31a)之间径向延伸。
13. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)， 其中，由所述磁体产生的磁场在包括由所述弧形布置限定的弧的平面中延伸，并且 要制动的主方向以关于所述平面的法线成不大于45°的角度延伸。
14. 如权利要求13所述的光刻装置（10)，其中，要制动的方向基本上平行于所述平面 的法线延伸。
15. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)， 其中，所述涡电流制动器（30,70)包括多个磁体组，每个磁体组的磁体以弧形布置设 置在预定平面中；以及 其中，相邻组的平面相对彼此倾斜，使得所述组沿运动要被抑制的结构元件的轨迹 (84,94)设置。
16. 如权利要求15所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件的轨迹（84,94)是弧形 的。
17. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述导电片（35,67)附接至所 述结构元件（13)。
18. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述导电片（35,67)联接至定 位所述结构元件（13)的致动器（50,60)的运动部件。
19. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体附接至所述结构元 件（13)。
20. 如权利要求1至18任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件（13)以相对 于所述磁体可移动的方式布置。
21. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体布置为柱形磁体布 置（66)，所述柱形磁体布置附接至定位所述结构元件（13)的致动器（50,60)的圆筒式线圈 (62)。
22. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件（13)是光学元 件。
23. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件（13)是反作用 体。
【文档编号】G03F7/20GK104160338SQ201380013579
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2012年2月20日
【发明者】A.沃格勒, M.豪夫 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司
【专利摘要】一种光刻装置(10)，包括抑制光刻装置(10)的结构元件(13)的运动的涡电流制动器(30，70)。涡电流制动器(30，70)包括以弧形布置设置的多个磁体以及分别布置在所述磁体中的相邻磁体之间的多个导电片(35，67)。磁体和导电片之间在要制动的方向上的相对运动在导电片中感应出涡电流。
【专利说明】具有涡电流制动器的光刻装置
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于并要求于2012年2月20日提交的现有德国专利申请 No. 102012202553. 7的优先权的权益，该德国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003] 本发明涉及一种具有制动（damping)光刻装置的结构元件的涡电流制动器的光 刻装置。
【背景技术】
[0004] 例如，这种光刻装置用于制造集成电路或1C，以将掩模中的掩模图案成像在基板 上，比如硅晶片上。在该过程中，例如，由照明装置产生的光束经由掩模被引导至基板。曝 光镜头设置用于将光束聚焦在基板上，其中，所述镜头可由多个光学元件组成，比如反射镜 和/或透镜元件。关于镜头的对准，单独的光学元件应当尽可能精确地定位，因为即使光学 元件位置的小偏差也会对成像图案产生不利影响，这会在制造的集成电路中导致缺陷。为 此，重要的是抑制光学元件中的振动等。
[0005] W02010/094684 A1公开了一种具有光学元件的投射曝光设备，光学元件经由致动 器系统附接至外框架（例如，参见图3及相关描述）。致动器系统可具有压电履带、压电致 动器、圆筒式线圈（cylinder coil)或润电流制动器。
[0006] US 2007/0153348A1公开了一种涡电流阻尼器，其包括杆、联接到杆的一系列导电 板和磁体层。交替层具有交替的磁场。当光学兀件移动时，光学兀件会对杆施加力。杆使 导电板相对于交替磁体层移动，以在每个导电板内产生涡电流，使得涡电流抑制光学元件 的运动。
[0007] US 2002/0109437A1讨论了抑制用于光学元件的冷却剂通道中的振动。为此，提出 了通过传感器采集振动，将该采集的结果反馈回致动器，致动器实施为压电元件。致动器产 生与液体中的湍流反相且幅度具有至少相同数量级的振动。
[0008] 美国专利US 6, 788,386 B2公开了一种光刻装置，其中，反作用体（reaction mass)和致动器用于减少光刻装置的投射系统中的光学元件的非期望振动。
[0009] 随着对光刻装置分辨率的要求的增加，持续需要用于抑制光刻装置中的光学元件 的移动和非期望共振的改进阻尼装置。特别地，基于涡电流制动器的常规阻尼装置通常仅 设计成关于一个或两个自由度进行制动。为了相对于所有六个自由度制动光学元件，由此 必须提供多个阻尼装置，这是复杂的，并会增加空间要求。基于橡胶阻尼器的阻尼装置可在 更多自由度上进行制动，然而，由于其橡胶磨损以及由于污染，其在光刻装置领域中的使用 是有问题的。
【发明内容】
[0010] 因此，本发明的目的是发展一种具有阻尼装置的光刻装置，该阻尼装置可以紧凑 布置无接触地抑制柔性安装的结构元件的运动。本发明的另一目的是发展一种光刻装置， 其中，关于许多自由度抑制结构元件的运动。
[0011] 在本发明的一个方面中，该目的可通过这样的光刻装置来实现，该光刻装置包括 抑制光刻装置的结构元件的运动的涡电流制动器，涡电流制动器包括以弧形布置设置的多 个磁体以及分别布置在所述磁体中的相邻磁体之间的多个导电片，磁体和导电片之间在要 制动方向上的相对运动在导电片中感应出涡电流。
[0012] 由于以弧形布置布置磁体，所以可提供一种涡电流制动器，其可以紧凑布置无接 触地抑制柔性安装的结构元件的运动。应注意，在该文中，"弧"意味着可微分曲线的区段， 尤其是布置在二维平面中。磁体所布置的弧形可以是圆弧形，其允许特别紧凑的布置。然 而，并不局限于圆弧形，其它弧形，比如椭圆弧形、双曲线弧形、抛物线弧形等也是可能的。 而且，弧形布置使得可在多个自由度，例如所有六个自由度上抑制结构元件的运动。在该文 中，应注意，根据磁体的布局，对于所有方向（自由度），阻尼比率并不相同，阻尼比率最大 的方向还称为要制动的主方向。
[0013] 磁体可布置成磁体堆（stacks of magnets)，其分别包括多个磁体。在此，磁体堆 中的相邻磁体可布置成使其相反极彼此紧临地布置。特别地，磁体可沿要制动的主方向堆 叠，它们的相反极彼此紧临地布置。这导致将磁体布置在许多平面中，其中，由单独平面中 的磁体产生的场的方向沿要制动的主方向交替。因此，由于磁体的这种交替布置，沿要制动 的主方向的磁场频繁地改变其方向，由此增加了阻尼效果。在该过程中感应出大涡电流，所 以可获得高程度的阻尼。
[0014] 可提供至少两个，优选三个，特别优选四个或更多个磁体堆。磁体堆的这种平行布 置（导电片（肋片（fin))布置在其间）对应于多个涡电流制动器的平行布置，因此使用紧 凑布置可实现甚至更高程度的阻尼。
[0015] 磁体堆可分别包括偶数个磁体。结果，可减少或消除寄生磁场。
[0016] 当圆弧角为至少30°，优选为至少45°，特别优选为至少60°时，可出现明显的 涡电流效应。如果圆弧角为360°，即如果磁体沿完整圆布置，则该装置是特别有效和紧凑 的。
[0017] 如果磁体是梯形的，则沿圆弧的特别紧凑和有效布置是可能的。
[0018] 在一个实施例中，光刻装置还具有保持磁体的保持器装置，其包括基底部分和容 座部分，其中，容座部分刚性连接到结构元件，基底部分和容座部分通过弹簧元件互连。弹 簧元件可以是例如在容座部分和基底部分之间径向延伸的腹板（web)。利用这种布置，可实 现特别紧凑。
[0019] 由磁体产生的磁场可在包括由弧形布置限定的弧的平面中延伸，要制动的主方向 以与该平面的法线成不大于45°的角度延伸。换言之，要制动的主方向不必平行于布置有 磁体的平面的法线，但是如果要制动的方向基本上平行于包括由弧形布置限定的弧的平面 (即，布置有磁体层的平面）的法线延伸，则可获得更好的阻尼比率。
[0020] 在本发明的另一方面中，涡电流制动器包括多个磁体组，每个磁体组的磁体以弧 形布置设置在预定平面中，其中，相邻组的平面相对彼此倾斜，使得所述组沿其运动要被抑 制的结构元件的轨迹布置。利用这种布置，可制动不执行简单平移或旋转运动而沿非线性 轨迹移动的结构元件。例如，结构元件的轨迹可以是弧形的。这允许平滑地抑制结构元件 的运动。
[0021] 导电片可附接至结构元件。或者，例如，导电片还可联接至定位结构元件的致动器 的移动部件。
[0022] 磁体可附接至结构元件，并刚性连接至结构元件。然而，结构元件以相对于磁体的 可移动方式布置是更容易的。例如，第一情况中出现的优点是，可使用更刚硬的弹簧元件来 安装结构元件，因为磁体重量对结构元件的重量有贡献。在后一情况中，磁体可设置在光刻 装置的结构框架的一侧。
[0023] 在另一实施例中，磁体可设置为柱形磁体布置，柱形磁体布置附接至定位结构元 件的致动器的圆筒式线圈。
[0024] 阻尼装置可结合进定位结构元件的致动器中。因此，可提供特别紧凑的布置。在 此，例如，致动器可实施为音圈致动器或重力补偿器。特别地，结构元件可以是光刻装置的 光学元件。结构元件可以是弹性的。
[0025] 参考【专利附图】
【附图说明】其它示例性实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1示出光刻装置的示意图；
[0027] 图2示意性示出润电流制动器的功能原理；
[0028] 图3示出图1的光刻装置的一部分的透视图；
[0029] 图4示出阻尼装置的磁体的布置；
[0030] 图5示出磁体布置的平面投影；
[0031] 图6示意性示出在根据第二实施例的光刻装置中具有结合的阻尼装置的致动器 的设计；
[0032] 图7示出该阻尼装置的磁体的布置；
[0033] 图8示出磁体布置的平面投影；
[0034] 图9示出根据第三实施例的第一变型的涡电流阻尼器的磁体布置；
[0035] 图10示出根据第三实施例的第二变型的涡电流阻尼器的磁体布置。
[0036] 除非特别说明，附图中的相同参考标号表示等同或功能上等同的元件。
【具体实施方式】 [0037] 第一实施例
[0038] 图1示出根据第一实施例的光刻装置10的示意图。该光刻装置10包括基板11， 保持至少一个光学元件13的保持器框架12位于基板上，还提供了保持传感器布置15的测 量框架14。光刻装置10通常具有多个光学元件。然而，在图1中以示例性方式示出仅一个 光学元件13,以示意性地说明光刻装置10的功能性。
[0039] 在所示示例中，晶片容座16设置在光学元件13下方，晶片17,比如硅晶片可保持 在所述晶片容座中。举例来说，晶片容座16可实施为步进扫描系统，其在曝光期间和曝光 间断期间相对于基板11逐步移动晶片17
[0040] 照明装置18设置在光学元件13上方，照明装置产生曝光晶片17的光束。从照 明装置18发出的光束通过掩模19 (掩模在此仅示意性示出），并在所示示例中由光学元件 13 (实施为反射镜系统）集束，使得设置在掩模19上的图案以缩小尺寸成像在晶片17上。 作为该实施例的替代，还可提供透镜元件布置，即多个透镜元件的组合作为光学元件13。
[0041] 为了确保高光学分辨率，在每个曝光过程期间，光学元件13必须精确布置在最佳 位置，并具有最佳取向。为此，提供多个传感器和致动器，它们采集并设定光学元件13关于 所有六个自由度的排列。六个自由度包括沿三个空间轴的平移和绕三个空间轴的旋转运 动。为了简化，在当前情况下仅示出一个传感器布置15,其采集光学元件13关于一个自由 度的位置。由传感器布置15采集的位置发送至控制单元（未更详细示出），控制单元将控 制信号传送至致动器50,致动器将光学元件13的位置调节至相对于框架12的期望位置。 致动器50可用于关于至少一个自由度设定光学元件13的位置。
[0042] 致动器50经由反作用体37和弹簧元件34连接到框架12。还可经由反作用体37 和弹簧元件34将光学元件13和致动器50与从属框架（所谓的子框架）安装起来，从属框 架选择性地经由其它联接或弹簧元件安装在系统框架12上。为了简化，在所示示例中示出 经由仅一个框架12在基板11上的安装。
[0043] 反作用体37具有通常为5-20HZ的固有频率。与弹簧元件34 -起，反作用体37 形成低通滤波器，其仅允许在该低频率范围内的振动通过。当借助致动器50设定光学元件 13时，产生反作用力，其抵抗移动光学元件13的力。频率低于反作用体37的固有频率的反 作用力直接传送至框架12。相比之下，频率高于反作用体37的固有频率的反作用力被低通 滤除。因此，通过将致动器50和光学元件13经由反作用体37联接到框架12可实现系统 的稳定。
[0044] 随着用于照明的光波长减小，关于光学元件13的定位精度的要求增加。因此，纳 米范围内的定位不准确可导致照明误差，照明误差会使制造的半导体元件在EUV系统情况 下无效，EUV系统以极紫外范围内的照明光操作。而且，光学元件13具有要求该频率范围 内的阻尼的固有频率，因为其它小震颤和振动导致定位偏差，定位偏差对成像精度有不利 影响。为了获得甚至更好的制动或稳定，还提供了阻尼装置30,其抑制反作用体37相对于 框架12的运动（以及因此还抑制致动器50和光学元件13的运动，它们安装在反作用体37 上）。图1中仅示意性示出阻尼装置30。
[0045] 根据本发明的一个方面，阻尼装置30实施为涡电流制动器。因此，在详细说明实 施为涡电流制动器的阻尼装置30的设计和特性之前，下面简要地说明涡电流制动器的功 能原理。
[0046] 图2示意性示出润电流制动器20的功能原理。该润电流制动器20包括一对磁体 21和22,它们的相反极彼此相对布置。因此，磁体21的北极布置成与磁体22的南极相对， 反之亦然。为了引导磁通量，软铁板23和24分别设置在磁体21和22的外侧。引导金属 板25的间隙设置在磁体21和22之间。如果金属板25现在以速度v引导通过不均匀的磁 体B，那么在金属板25中感应出电压以及其导致的涡电流I。这些涡电流I进而产生它们 自己的磁场，根据榜次定律，所述磁场与外部磁场反向。结果，金属板25被制动，金属板25 的动能转换为热。
[0047] 从该简单模式中明白的是，金属板25与磁体21和22之间的相对运动对于制动作 用是充分的，即，还可保持金属板25静止，而移动磁体。而且，还明白的是，制动作用仅发生 在金属板25移动通过磁场梯度时，即，换言之，金属板25的运动方向相对于不均勻磁场的 磁场线的方向横向地移动时。因此，可以获得对两个自由度（即图2中，纸面的垂直方向上 的指定运动以及绕纸面的垂直方向的旋转运动）的阻尼效应。
[0048] 该简单模式的阻尼可如下确定：作用在金属板25上的力与磁场和磁体长度1成比 例并且为
[0049] F = 2B1I (1)
[0050] 其中，B是磁场强度。电流I源自金属板25中感应的电压U，并依赖金属板25的 电阻R :
[_] / = 2 = (2) R lip
[0052] 在此，h是布置的宽度（参见图2)，b是磁体深度，P是金属板25的电阻系数。从
[0053] U = 2Blv (3)
[0054] 得到阻尼d为 ,F B2blh
[0055] d=-二- (4) v p
[0056] 在下文中，描述光刻装置10的阻尼装置30,其使用上述原理，并获得在更多自由 度上的更好阻尼。
[0057] 图3示出上述光刻装置10的一部分的透视图，其基本上包括阻尼装置30、反作用 体37和弹簧元件34。图4示出该阻尼装置30的磁体的布置。图5示出磁体布置的平面投 影。图5中的z轴与图3和4中的z轴等同，而由于平面投影，另两个笛卡尔轴，即X'轴与 y'轴与图3和4的X轴和y轴不同。
[0058] 阻尼装置30实施为涡电流制动器，其抑制反作用体37相对于框架12的运动。阻 尼装置30具有保持器装置31、四个磁体堆40-43和两个软铁板33。保持器装置31可附接 到框架12,或者设置在致动器50的壳体上或内，并可由金属材料制成。适合于此的是具有 高电导率的金属材料，比如铜或铜合金。诸如AW2014的铝合金提供关于耐久性和电导率的 良好折衷，并因此是特别适合的。保持器装置31具有基本上立方体的基底部分31a和容座 部分31b，容座部分具有沿其长度被切割的柱形管的形状。基底部分31a和容座部分31b通 过弹簧元件34互连，弹簧元件实施为腹板。因此，基底部分31a、容座部分31b和腹板34具 有一体的实施例。基底部分31a的上侧包含具有圆弧状横截面的切口。四个磁体堆40-43 和两个软铁板33设置在基底部分31a的上侧与容座部分31b的下侧之间。而且，五个肋片 35沿径向方向从容座31b的下侧朝向基底部分31a延伸。这些肋片35是导电片，它们由金 属制成，并布置在磁体堆40-43之间以及磁体堆40、43与软铁板33之间。间隙36设置在 肋片35的下边缘和基底部分31a的上侧之间。因此，提供了保持器装置31，其中，基底部 分31a经由腹板34柔性连接到容座部分31b。在此，该布置在z方向上的硬度比较低。换 言之，腹板34充当弹簧，容座部分31b可以通过作用为抵抗腹板34的弹簧力的较弱力沿z 方向移动。相比之下，该布置在X方向和y方向上的硬度以及旋转硬度相对较高。
[0059] 反作用体37的一端保持在容座部分31b的上侧，并固定连接到上侧。反作用体37 的另一端连接到致动器50。在本示例中，致动器50实施为音圈致动器。在此，致动器50具 有圆筒式线圈51，图3中仅示意性示出圆筒式线圈的位置，其与设置在反作用体37末端的 磁衔铁（magnetic armature)相互作用。因此，可通过对该圆筒式线圈51施加合适电流而 关于一个自由度（即z方向）定位附接到致动器50的另一端的光学元件13。
[0060] 在所示示例中，反作用体37具有基本上柱形的实施例，并可例如由钢或鹤合金等 制成。反作用体37充当如上所述的低通滤波器，这压制比反作用体37的固有频率高的频 率范围内的振动，当设置光学元件时，振动发生。在此，主要关于一个自由度压制振动，确切 地说，在所示示例中的z方向上。
[0061] 特别地，从图5中明白的是，磁体堆40-43各包括四个磁体40a...40d - 43a...43d， 它们沿z方向一个位于另一个后方布置，并布置在保持器装置31中。当在穿过xy平面的 截面中观看时，磁体40a*"40d - 43a*"43d基本上具有梯形形状或具有圆扇形形状（顶端被 切割掉）。软铁板33用于使磁能量完整或返回，并平行于外部磁体堆40和43布置在外部 磁体堆外部。
[0062] 在此，一个位于另一个后方布置的磁体具有相反的取向。因此，磁体40a的北极布 置成与布置在其后的磁体40b的南极相对，磁体40a的南极布置成与布置在其后的磁体40b 的北极相对，参见图5。相比之下，磁体堆40-43具有相同的取向，所以磁体堆40-43中的磁 体的相反极总是彼此相对。因此，这导致图5所示的磁场线分布。如从该图中所明白的，在 磁体堆40-43之间提供极不均匀的磁场，其中，磁场的方向沿z轴反向许多次。因此，提供 沿z轴具有大梯度的磁场。
[0063] 与肋片35 -起，磁体堆40-43和软铁板33的布置充当涡电流制动器。在此，肋片 35的功能对应于图2中金属板25的功能。在沿z轴移动的情况下，肋片35相对于磁体堆 40-43之间的不均匀磁场横向地移动，所以在导电肋片35中感应出涡电流，该移动的动能 转换为热。由于磁体40a*"40d - 43a*"43d在磁体堆40-43中的交替布置，z方向上的磁 场梯度特别明显，所以可以实现高程度的阻尼。实验已示出对主自由度（即，z方向）的约 4. 5%的模态阻尼，希望的是，在进一步优化的情况下，约5%至6%的模态阻尼是可能的。
[0064] 而且，磁体堆40-43的圆形布置使得可在许多自由度上进行制动。因此，在平坦或 非圆形布置（这对应于图2的布置，或者根据图5中平面投影型示图的布置）的情况下，磁 场梯度在X方向和y方向上小。由此，在这种平坦布置的情况下，涡电流制动效应在X和y 方向上也不明显。相比之下，磁体沿圆弧的圆形布置所实现的是，X方向和y方向上的磁场 梯度分量显著增加。因此，还实现了对X方向和y方向上的运动的抑制。由于抑制了所有 平移运动，还实现了对所有旋转运动的抑制，所以，在所有六个自由度上抑制了运动。而且， 可以实现对下至低频率范围也有效的宽带阻尼。
[0065] 在X方向和y方向上对平移运动的抑制程度在很大程度上取决于圆弧（磁体堆 40-43沿圆弧布置）的圆弧角，其自然地随着该圆弧的尺寸而增加。在例如30°的比较小 的圆弧角处已实现值得注意的效果，至少45°的圆弧角是有利的，至少90°的圆弧角是更 有利的，至少180°的圆弧角是特别有利的。在极限情况下，磁体堆40-43沿整圆布置，这对 应于360°的圆弧角。下面进一步说明对应的实施例。
[0066] 与通过橡胶元件（例如，由Viton制成）等进行制动相比，其它优点是，在阻尼 装置30上几乎没有任何磨损，这是因为没有使任意部件彼此摩擦，并且因为磁体的磁力 即使在几十年内仍是稳定的。而且，没有磨耗橡胶颗粒的风险，例如，橡胶颗粒可附着到 光学元件并损害成像特性。而且，磁体可经由它们的组成而精确设定，所以批次依赖性 (batch-dependence)也十分低。在该情况下，已发现稀土磁体，比如钕磁体或由SmCo (杉 钴）合金制成的磁体尤其是特别有利的。而且，硬度不受所提布置的影响，不产生额外的本 征模，如当使用橡胶元件进行制动的情况。
[0067] 在该第一实施例中，磁体堆40-43各包括四个磁体，然而，它们还可包括不同数量 的磁体。然而，有利的是，磁体堆40-43分别包括偶数个磁体，因为这防止形成寄生磁场。在 偶数个磁体的情况下，来自外部磁体40a、40c、43a和43c的磁通量可经由软铁板完全返回 磁体40b、40d、43b和43d，而这在奇数个磁体的情况下是不可能的，因此会形成寄生磁场。
[0068] 第二实施例
[0069] 在根据第一实施例的光刻装置10中，磁体40-43经由保持器装置31刚性连接至 保持器框架12,而肋片35可在磁体之间相对于保持器框架12移动，并刚性连接到反作用体 37。然而，相反布置也是可能的，其中，磁体刚性连接到反作用体。在下面的第二实施例中 描述这种布置。
[0070] 根据第二实施例的光刻装置10具有与图1所示相同的示意性设计，所以下文中省 略对相同部分的更详细说明。图6示意性示出具有结合的阻尼装置70的致动器60的设 计，阻尼装置实施为涡电流制动器。图7示出该阻尼装置70的磁体的布置。图8示出磁体 布置的平面投影。图8中的z轴与图6和7中的z轴等同，而由于平面投影，另两个笛卡尔 轴，即X'轴和y'轴与图6和7中的X轴和y轴不同。
[0071] 致动器60实施为磁重力补偿器，即用于补偿重力的被动致动器，而第一实施例中 的致动器实施为在一个空间自由度上主动（即，任意）固定光学元件13的位置。
[0072] 致动器60包括致动器壳体61、圆筒式线圈62、磁体活塞63、销64和弹簧65。阻 尼装置70包括磁体布置66和肋片67。致动器60将光学元件13 (结构元件）联接至保持 器框架12。
[0073] 更确切地，致动器壳体61刚性连接到光学元件13 (参见图1)，圆筒式线圈62刚性 连接到反作用体68,反作用体经由弹簧元件34在其背离致动器60的一侧联接到框架12， 参见图1。作为其替代例，圆筒式线圈62还可直接连接到光学元件13,或者还可将其它联 接元件设置在致动器60、保持器框架12和光学元件13之间。磁体活塞63经由销64刚性 连接到致动器壳体61。如果圆筒式线圈62由控制电流激励，则由此感应出磁场，磁场与磁 体活塞63相互作用，从而在z方向上对光学兀件13施加力，结果，可设定光学兀件13在z 方向上的位置。
[0074] 弹簧65可实施为柱形弹簧，其围绕布置在其内的圆筒式线圈62和磁体活塞。弹 簧65在一侧固定连接到致动器壳体61，而在另一侧固定连接到反作用体68。因此，弹簧65 的弹簧力抵消沿z方向作用在圆筒式线圈62上的力，结果，z位置可以稳定，并更精确地设 定。
[0075] 磁体布置66可选地经由联接元件（未详细示出）设置在圆筒式线圈62的背离反 作用体68的一端。磁体布置66包括十二个磁体堆66-1…66-12,它们沿圆布置，即沿360° 圆弧布置，参见图7。磁体堆66-1…66-12分别具有三个磁体（图7中由a、b和c表不）， 它们布置为一个位于另一个后方或者布置为在z方向上一个位于另一个上方。因此，磁体 布置在三个平面或台阶中。当在穿过xy平面的截面中观看时，磁体堆66-1…66-12的磁体 基本上具有梯形形状或具有圆扇形形状（顶端被切割掉）。因此，总体上，这导致磁体布置 66的柱形形状，其中，类似的柱形切口（销64引导穿过该切口）设置在磁体布置66的中 心，参见图6。由于磁体堆66-1…66-12以完整环周方式布置，所以在该实施例中，不需要 提供软铁板来使磁通量完整。因此，与所示示例类似，还可在单独磁体堆66-1…66-12中提 供奇数个磁体。这是可能的，因为磁通量以圆形方式延伸穿过所有磁体堆66-1…66-12,不 会或者几乎不会产生任何寄生磁场，即使在奇数个磁体的情况下也如此。
[0076] 在此，一个位于另一个后方布置的磁体具有相反的取向。换言之，磁体66-la的北 极布置成与布置在其后方的磁体66-lb的南极相对，磁体66-la的南极布置成与布置在其 后的磁体66-lb的北极相对。相比之下，磁体堆66-1至66-12具有相同的取向，所以磁体 堆66-1…66-12中的磁体的相反极总彼此相对。因此，结果是图8所示磁场线分布。从该 附图中明白的是，在磁体堆66-1…66-12中提供非常不均匀的磁场，其中，磁场的方向沿z 轴反向许多次。因此，提供沿z轴具有大梯度的磁场。
[0077] 肋片67分别布置在两个相邻磁体堆66-1…66-12之间。具有高电导率的金属材 料，比如铜或铜合金也适用于肋片67。铝合金，比如AW2014在耐久性和电导率方面提供良 好折衷，并因此是特别适合的。与第一实施例类似，磁体堆66-1…66-12与肋片67 -起形成 作为阻尼装置的涡电流制动器70。如果磁体布置66沿z轴移动，则在肋片67中感应出涡 电流，该运动的动能转换为热。由于磁体在磁体堆66-1…66-12中的交替布置，z方向上的 磁场梯度特别明显，所以可获得高程度的阻尼。实验已示出对主自由度（即，在z方向上） 的约2. 5%的模态阻尼，希望的是，在进一步优化的情况下，高达5%的模态阻尼是可能的。
[0078] 如根据第一实施例的布置，类似有利效应也源自该布置。因此，磁体堆66-P·· 66-12的圆形布置使得可在许多自由度上进行制动。更确切地，在该布置中还可实现在所有 六个自由度上的宽带制动。而且，该制动是无摩擦的，所以维护费用低，并确保阻尼布置的 长使用寿命。该布置的另一优点是其非常紧凑。而且，硬度不受所提出布置的影响，不产生 任何额外本征模，如当使用橡胶元件进行制动的情况。
[0079] 而且，在该实施例中，磁体布置66经由线圈62固定连接到反作用体68。因此，磁 体布置66对反作用体做出贡献或者可认为是反作用体的一部分。结果，可使用更加刚性的 弹簧元件65,简化致动器的设计。
[0080] 第三实施例
[0081] 在第二实施例的磁体布置中，磁体布置在堆66-1至66-12中。在相同xy平面中布 置的不同堆66-1至66-12的磁体分别构成布置为弧形布置（其弧在xy平面中延伸360° ) 的一组磁体。在图7所示布置中，存在沿z方向一个堆叠在另一个上方的三个这种磁体组。 这些磁体组均是大致盘状的。现在，由于这些磁体组沿z方向一个堆叠在另一个上方，所以 要制动的主方向也是z方向。然而，不必线性堆叠这些磁体，它们还可以弧形一个堆叠在另 一个上方。下面参考图9和10进行说明。
[0082] 图9示出根据第三实施例的第一变型的涡电流阻尼器的磁体布置80。应注意，为 了说明，图9仅示出涡电流阻尼器的磁体，省略了其它元件。与图7的布置一样，图9中的磁 体布置80也由一个堆叠在另一个上方的大致盘状磁体组构成。此外，与图7类似，在图9的 布置中，每组磁体也包括12个梯形磁体82-1至82-12(图9中仅示出磁体82-1和82-7)。 而在图7所示实施例中有三个这样的磁体组（即，每个堆包括三个磁体），在图9所示实施 例中有四个这样的磁体组（即，每个堆包括四个磁体，由例如82-la至82-ld表示）。
[0083] 此外，尽管在图7所示布置中，各磁体组布置在平行平面中，即xy平面及与其平 行的平面，在图9所示布置中，各磁体组所布置的平面相对彼此倾斜。更确切地，第一组磁 体82-la至82_12a布置在xy平面。第二组磁体82-lb至82布置在关于xy平面例如倾斜 10°角的平面中，等等。相对于第二实施例说明该实施例的磁体布置的其它方面，使得省略 进一步的说明。
[0084] 该磁体布置80的结果是，各磁体组沿运动要被抑制的结构元件的弧形轨迹84布 置。更确切地，运动要被抑制的结构元件沿在图9中由点划线表示的弧形轨迹84移动。因 此，不仅可抑制执行线性或旋转运动的结构元件的运动，而且可抑制沿弧形轨迹84移动的 结构元件的运动。不必说，弧形轨迹84的曲率和方向不必沿轨迹恒定，而是根据需要适配。 例如，弧形轨迹84不需要布置在单个平面（如图9)中，而是根据需要可以为复杂的。
[0085] 此外，在该磁体布置80的情况下，可以紧凑布置抑制结构元件的运动。在此，各磁 体组均布置在关于弧形轨迹84的切线垂直延伸的平面内，然而，并不限于此，它们还可以 关于弧形轨迹84成例如高达45°的角度布置。然而，当磁体组分别布置在基本垂直于弧形 轨迹84的平面内时，可获得更大的阻尼比率。
[0086] 图10示出根据第三实施例的第二变型的涡电流阻尼器的磁体布置90。同样，在该 磁体布置90中，磁体堆92-1至92-12(图10中仅示出92-1和92-7)沿运动要被抑制的结 构元件的弧形轨迹94布置。磁体布置90与图9的磁体布置80的不同之处在于，当在yz 平面中切割时，布置90中的磁体具有梯形横截面。相应地，可以紧凑磁体布置获得高阻尼 比率。相比之下，图9的磁体布置80中的磁体具有矩形横截面，使得磁体组之间的间隙根 据与弧形轨迹84的径向距离而变化。
[0087] 应注意，上面所述实施例仅是示例性的，并且可在专利权利要求的范围内以许多 不同方式改变。
[0088] 因此，前述实施例描述了具有用于抑制光学元件或反作用体的运动的涡电流制动 器的光刻装置。然而，同样可使用涡电流制动器来抑制光刻装置的其它可移动结构元件的 运动。
[0089] 而且，在前述实施例中，磁体布置在圆弧形布置中，其允许特别紧凑的布置。然而， 并不限于圆弧形，其它弧形，比如椭圆弧形、双曲线弧形、抛物线弧形也是可能的。
[0090] 而且，在前述实施例中，肋片（即，导电片）机械联接到致动器或结构元件。但是 它们还可电磁联接、磁联接或静电联接。特别地，肋片的支撑件不限于图3所示布置，它们 还可由其它磁支撑件或气体支撑件支撑。
[0091] 而且，在前述实施例中，磁体布置成堆，即几组磁体一个层叠在另一个上方。然而， 还可提供单组磁体，例如，仅对应于图7所示布置中的磁体66-la to66-12a的最底层。
[0092] 参考符号列表
[0093] 10 光刻装置
[0094] 11 主板
[0095] 12 保持器框架
[0096] 13 光学元件
[0097] 14 测量框架
[0098] 15 传感器布置
[0099] 16 晶片容座
[0100] 17 晶片
[0101] 18 照明装置
[0102] 19 掩模
[0103] 20 涡电流制动器
[0104] 21，22 磁体
[0105] 23,24 软铁片
[0106] 25 金属板
[0107] 30 涡电流制动器布置
[0108] 31 保持器装置
[0109] 31a 基底部分
[0110] 31b 容座部分
[0111] 32 磁体堆
[0112] 33 软铁板
[0113] 34 腹板
[0114] 35 肋片
[0115] 36 间隙
[0116] 37 反作用体
[0117] 40-43 磁体
[0118] 50 致动器
[0119] 51 圆筒式线圈
[0120] 60 致动器
[0121] 61 致动器壳体
[0122] 62 圆筒式线圈
[0123] 63 磁体活塞
[0124] 64 销
[0125] 65 弹簧
[0126] 66 磁布置
[0127] 66-1 …66-12 磁体堆
[0128] 67 肋片
[0129] 68 反作用体
[0130] 70 涡电流制动器布置
[0131] 80 磁体布置
[0132] 82-1 …82-12 磁体堆
[0133] 84 轨迹
[0134] 90 磁体布置
[0135] 92-1 …92-12 磁体堆
[0136] 94 轨迹
【权利要求】
1. 一种光刻装置（10)，包括抑制所述光刻装置（10)的结构元件（13)的运动的涡电流 制动器（30,70)，所述涡电流制动器（30,70)包括： 以弧形布置设置的多个磁体（40···43 ;66 ;82 ;92);以及 多个导电片（35,67)，分别布置在所述磁体（40··· 43 ;66 ;82 ;92)的相邻磁体之间； 所述磁体（40···43 ;66 ;82 ;92)和所述导电片（35,67)之间在要制动的方向上的相对 运动在所述导电片（35,67)中感应出涡电流。
2. 如权利要求1所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体布置在分别包括多个磁体的磁 体堆（40...43 ;66-1...66-12 ;82-1 …82-12 ;92-1 …92-12)中。
3. 如权利要求2所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体堆（40…43 ;66-1···66-12; 82-1…82-12 ;92-1…92-12)中的相邻磁体布置成使相邻磁体的相反极彼此邻近地布置。
4. 如权利要求2或3所述的光刻装置（10)，包括至少两个所述磁体堆（40···43 ;66_1… 66-12 ;82-1…82-12 ;92-1…92-12)。
5. 如权利要求2至4任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体堆（40…43 ;66_1··· 66-12 ;82-1…82-12 ;92-1…92-12)各包括偶数个磁体。
6. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，由弧形布置限定的弧延伸至少 30°的角。
7. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，由弧形布置限定的弧延伸 360°的角。
8. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体以圆弧形布置设置。
9. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体是梯形的。
10. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，还包括保持所述磁体的保持器装置 (31)，所述保持器装置包括基底部分（31a)和容座部分（31b)，其中，所述容座部分（31b) 刚性连接至所述结构元件（13)，所述基底部分（31a)和所述容座部分（31b)通过弹簧元件 (34)互连。
11. 如权利要求10所述的光刻装置（10)，其中，所述弹簧元件（34)是腹板。
12. 如权利要求10所述的光刻装置（10)，其中，所述腹板在所述容座部分（31b)和所 述基底部分（31a)之间径向延伸。
13. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)， 其中，由所述磁体产生的磁场在包括由所述弧形布置限定的弧的平面中延伸，并且 要制动的主方向以关于所述平面的法线成不大于45°的角度延伸。
14. 如权利要求13所述的光刻装置（10)，其中，要制动的方向基本上平行于所述平面 的法线延伸。
15. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)， 其中，所述涡电流制动器（30,70)包括多个磁体组，每个磁体组的磁体以弧形布置设 置在预定平面中；以及 其中，相邻组的平面相对彼此倾斜，使得所述组沿运动要被抑制的结构元件的轨迹 (84,94)设置。
16. 如权利要求15所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件的轨迹（84,94)是弧形 的。
17. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述导电片（35,67)附接至所 述结构元件（13)。
18. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述导电片（35,67)联接至定 位所述结构元件（13)的致动器（50,60)的运动部件。
19. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体附接至所述结构元 件（13)。
20. 如权利要求1至18任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件（13)以相对 于所述磁体可移动的方式布置。
21. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述磁体布置为柱形磁体布 置（66)，所述柱形磁体布置附接至定位所述结构元件（13)的致动器（50,60)的圆筒式线圈 (62)。
22. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件（13)是光学元 件。
23. 如上述权利要求任一项所述的光刻装置（10)，其中，所述结构元件（13)是反作用 体。
【文档编号】G03F7/20GK104160338SQ201380013579
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月19日 优先权日:2012年2月20日
【发明者】A.沃格勒, M.豪夫 申请人:卡尔蔡司Smt有限责任公司
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