承载装置、磁性重力补偿器、振动隔离系统、光刻设备、控制具有负刚度的重力补偿器的方法、以及弹簧与流程

本申请要求于2017年3月16日提交的欧洲专利申请17161329.2和2017年5月23日提交的欧洲专利申请17172365.3以及2017年9月11日提交的欧洲专利申请17200742.9的优先权，这些申请通过整体引用并入本文。

本发明涉及承载装置、磁性重力补偿器、振动隔离系统、包含这种承载装置的光刻设备以及控制具有负刚度的重力补偿器的方法。本发明进一步涉及相对于支撑件支撑质量块的弹簧。

背景技术：

光刻设备是将所需图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻设备可用于集成电路(ic)的制造中。在那种情况下，可以使用图案形成装置(备选地称为掩模或掩模版)来生成要在ic的单独层上形成的电路图案。这个图案可以转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分、一个或几个裸片)上。图案的转印通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。通常，单个衬底将包含相继地被图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，其中通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描器，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案同时平行或反平行于该方向同步地扫描衬底来照射每个目标部分。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转印到衬底。

在光刻设备中，振动隔离系统用于相对于第二部分支撑光刻设备的第一部分，同时将防止或至少最小化从光刻设备的第二部分到光刻设备的第一部分的振动的传递，反之亦然。例如，振动隔离系统的示例是空气弹簧。

可以使用振动隔离系统的结构的示例是用于光刻设备的投影系统(例如，投影光学盒)的反射镜元件的支撑结构和/或用于被配置为确定这样的反射镜元件的位置的一个或多个传感器的支撑结构。重要的是，例如源自工厂的地板表面的振动不会传递到投影系统的反射镜元件或其相关的传感器，因为这会对光刻工艺产生负面影响，例如套刻或聚焦。

支撑结构的动态架构可以如下设计。底架布置在地板表面上并且支撑力架，力架支撑反射镜装置。包含空气弹簧的一个或多个振动隔离系统被布置在底架与力架之间，以至少部分地将力架与底架的振动隔离。进一步，底架支撑中间框架，中间框架又支撑传感器框架。同样在底架与中间框架之间，可以提供包含空气弹簧的一个或多个振动隔离系统。

为了优化安装在传感器框架上的传感器的传感器性能，有利的是在中间框架与传感器框架之间提供一个或多个振动隔离系统。在用于反射镜元件的支撑结构的一些实施例中，传感器框架与中间框架之间的振动隔离可能需要2hz的机械截止频率。由于由相对轻质的中间框架引起的低模态质量块，可能需要例如le4至le3n/m的振动隔离系统的相对低的刚度。进一步，传感器框架可以具有相对高的质量块(例如至少2000kg，例如2800kg)，其由一个或多个振动隔离系统支撑。在实施例中，提供了四个振动隔离系统，每个振动隔离系统布置在传感器框架的拐角处或附近。传感器框架的部分的低刚度和高质量块的组合由单个振动隔离系统(例如至少500kg，例如700kg)承载，需要具有挑战性的振动隔离系统设计。

在光刻设备的一些实施例中，这种振动隔离应该设置在真空环境中。在这种真空环境中，不能使用空气弹簧。可以在真空环境中使用的现有技术的振动隔离系统不能提供所需的性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供承载装置，其能够支撑相对大的质量块，但同时具有低刚度。本发明的另一个目的是提供磁性重力补偿器和包括这种承载装置的振动隔离系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种承载装置，承载装置布置成相对于设备的第二部分在竖直方向上支撑设备的第一部分，其包括磁性重力补偿器，其中磁性重力补偿器包括：

第一永磁体组件，被安装到第一部分和第二部分中的一个部分并且包括永磁体的至少第一列，第一列在竖直方向上延伸，其中永磁体具有在第一水平方向上或在与第一水平方向相反的第二水平方向上的极化方向，其中竖直相邻的永磁体具有相反的极化方向，

第二永磁体组件，其安装到第一部分和第二部分中的另一个部分并且包括永磁体的至少另一列，至少另一列在竖直方向上延伸，其中至少另一列的竖直相邻的永磁体在第一水平方向或第二水平方向上具有相反的极化方向，

其中第一永磁体组件至少部分地包围第二永磁体组件。

根据本发明的一个方面，提供了一种磁性重力补偿器，包括：

第一永磁体组件，被安装到第一部分和第二部分中的一个部分并且包括永磁体的至少第一列，第一列在竖直方向上延伸，其中永磁体具有在第一水平方向上或在与第一水平方向相反的第二水平方向上的极化方向，其中竖直相邻的永磁体具有相反的极化方向，

第二永磁体组件，其安装到第一部分和第二部分中的另一个部分并且包括永磁体的至少另一列，至少另一列在竖直方向上延伸，其中至少另一列的竖直相邻的永磁体在第一水平方向或第二水平方向上具有相反的极化方向，

其中第一永磁体组件至少部分地包围第二永磁体组件。

根据本发明的一个方面，提供了一种包括承载装置的振动隔离系统，承载装置被布置为相对于设备的第二部分在竖直方向上支撑设备的第一部分，其包括磁性重力补偿器，其中磁性重力补偿器包括：

第一永磁体组件，被安装到第一部分和第二部分中的一个部分并且包括永磁体的至少第一列，第一列在竖直方向上延伸，其中永磁体具有在第一水平方向上或在与第一水平方向相反的第二水平方向上的极化方向，其中竖直相邻的永磁体具有相反的极化方向，

第二永磁体组件，其安装到第一部分和第二部分中的另一个部分并且包括永磁体的至少另一列，至少另一列在竖直方向上延伸，其中至少另一列的竖直相邻的永磁体在第一水平方向或第二水平方向上具有相反的极化方向，

其中第一永磁体组件至少部分地包围第二永磁体组件。

根据本发明的一个方面，提供了一种光刻设备，包括：

支撑件，其被构造成支撑图案形成装置，图案形成装置能够在辐射束的截面中向辐射束赋予图案以形成经图案化的辐射束；

被狗造成保持衬底的衬底台；

投影系统，被配置为将经图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上；其中光刻设备包括承载装置，承载装置被布置成相对于光刻设备的第二部分在竖直方向上支撑光刻设备的第一部分，其中承载装置包括磁性重力补偿器，其中磁性重力补偿器包括：

第一永磁体组件，被安装到第一部分和第二部分中的一个部分并且包括永磁体的至少第一列，第一列在竖直方向上延伸，其中永磁体具有在第一水平方向上或在与第一水平方向相反的第二水平方向上的极化方向，其中竖直相邻的永磁体具有相反的极化方向，

第二永磁体组件，其安装到第一部分和第二部分中的另一个部分并且包括永磁体的至少另一列，至少另一列在竖直方向上延伸，其中至少另一列的竖直相邻的永磁体在第一水平方向或第二水平方向上具有相反的极化方向，

其中第一永磁体组件至少部分地包围第二永磁体组件。

根据本发明的一个方面，提供了一种使用控制系统控制重力补偿器的方法，重力补偿器具有负刚度并且布置在设备的第一部分与设备的第二部分之间，控制系统包括：

第一传感器，用于提供表示设备的第一部分与设备的第二部分之间的相对距离的第一测量信号，

第二传感器，用于提供表示设备的第一部分的加速度的第二测量信号，以及

控制器，包括第一子控制器和第二子控制器，第一子控制器被布置为接收第一测量信号，第二子控制器被布置为接收第二测量信号，控制器被布置成提供致动器信号以基于第一测量信号和第二测量信号来驱动设备的第一部分与设备的第二部分之间的致动器装置，

其中第一子控制器主要用于向承载装置添加刚度，从而允许共振，并且

其中第二子控制器被布置成阻尼该共振。

根据本发明的一个方面，提供了一种弹簧，用于相对于支撑件在支撑方向上支撑质量块，其中弹簧包括第一支撑元件、第二支撑元件以及一个或多个螺旋元件，螺旋元件在第一支撑元件与第二支撑元件之间基本上螺旋地延伸，

其中第一支撑元件和第二支撑元件中的一个支撑元件连接到或要连接到质量块，其中第一支撑元件和第二支撑元件中的另一个支撑元件连接到或要连接到支撑件，

其中一个或多个螺旋元件中的每个螺旋元件的截面从第一支撑元件朝向螺旋元件的中点减小并且从中点朝向第二支撑元件增加，其中中点位于第二支撑元件与第一支撑元件之间的中间位置。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考所附示意图描述本发明的实施例，其中对应的附图标记表示对应的部件，并且其中：

图1描绘了可以提供本发明的实施例的光刻设备；

图2示意性地示出了用于光刻设备的反射镜装置的支撑结构，包括根据本发明的振动隔离系统的实施例；

图3示出了根据本发明的实施例的磁性重力补偿器的透视图；

图4示出了图3的磁性重力补偿器的侧视图；

图5示出了图2的振动隔离系统的第一实施例；

图6示出了图2的振动隔离系统的第二实施例；

图7示出了图2的振动隔离系统的第三实施例；

图8示出了根据本发明的备选的实施例的磁性重力补偿器的透视图；

图9示出了图8的磁性重力补偿器的侧视图；

图10示出了用于图5中所示的振动隔离系统的控制结构；

图11示出了用于控制器的设计的相对控制回路的波特图；

图12示出了使用相对位置控制以及使用相对和绝对控制的组合的针对具有正刚度、开环和正刚度、闭环以及具有负刚度的承载装置的传递曲线；

图13示出了根据本发明的另一备选的实施例的磁性重力补偿器的顶视图；

图14示出了图13的磁性重力补偿器的截面a-a；

图15示意性地示出了具有径向向内极化方向的磁环与具有相对的纵向极化方向的两个磁环之间的等效性；

图16示出了根据本发明的一个方面的弹簧的实施例；

图17示出了图16的弹簧的第一截面a-a；

图18示出了图16的弹簧的第二截面b-b；并且

图19示出了根据本发明的一个方面的弹簧的备选的实施例。

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备。该设备包括照射系统il、支撑结构mt、衬底台wt和投影系统ps。

照射系统il被配置为调节辐射束b。支撑结构mt(例如，掩模台)被构造成支撑图案形成装置ma(例如，掩模)并且连接到第一定位器pm，第一定位器pm被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置。衬底台wt(例如，晶片台)被构造成保持衬底w(例如，涂有抗蚀剂的晶片)并且连接到第二定位器pw，第二定位器pw被配置为根据某些参数精确地定位衬底。投影系统ps被配置为通过图案形成装置ma将赋予辐射束b的图案投影到衬底w的目标部分c(例如，包括一个或多个裸片)上。

照射系统il可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或用于定向、成形或控制辐射的其它类型的光学部件或其任何组合。

本文使用的术语“辐射束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(uv)辐射(例如，具有365、355、248、193、157或126nm的波长或具有大约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(euv)辐射(例如，具有在5-20nm范围中的波长)，以及粒子束(诸如，离子束或电子束)。

支撑结构mt支撑图案形成装置ma，即，承载图案形成装置ma的重量。支撑结构mt以取决于图案形成装置ma的定向、光刻设备的设计和其它条件(诸如，图案形成装置ma是否保持在真空环境中)的方式保持图案形成装置ma。支撑结构mt可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置ma。例如，支撑结构mt可以是框架或台，其可以根据需要是固定的或可移动的。支撑结构mt可以确保图案形成装置ma(例如，相对于投影系统ps)处于期望的位置。

本文使用的术语“图案形成装置”应该广义地解释为可用于在辐射束b的截面中向辐射束b赋予图案的任何装置，以便在衬底w的目标部分c中创建图案。应当注意，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则赋予辐射束b的图案可能不完全对应于衬底w的目标部分c中的期望的图案。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分c中创建的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。

图案形成装置ma可以是透射的或反射的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程lcd面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且掩模类型包括诸如二元、交替相移和衰减相移、以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独地倾斜，以便在不同方向上对入射辐射束b进行反射。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束b中赋予图案。

本文使用的术语“投影系统”应该广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁和静电光学系统，或适合于所使用的曝光辐射或者其它因素(诸如，浸液的使用或真空的使用)的其任何组合。

如此处描绘的，装置是透射型的(例如采用透射式掩模)。备选地，装置可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双台)或多个衬底台wt(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加台，或者可以在一个或多个台上执行准备步骤，同时使用一个或多个其它台进行曝光。除了一个或多个衬底台wt之外，光刻设备可以具有测量台，该测量台布置在投影系统ps下方的位置处(当衬底台wt远离该位置时)。代替支撑衬底w，测量台可以设置有传感器以测量光刻设备的特性。例如，投影系统可以将图像投影在测量台上的传感器上，以确定图像质量。

光刻设备还可以是这样的类型，其中衬底w的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统与衬底之间的空间。浸液还可以施加到光刻设备中的其它(例如图案形成装置ma与投影系统ps之间的)空间。浸没技术在本领域中是众所周知的，用于增加投影系统的数值孔径。本文使用的术语“浸没”并不意味着结构(诸如衬底w)必须浸没在液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统ps与衬底w之间。

参考图1，照射系统il从辐射源so接收辐射束b。例如，当辐射源so是准分子激光器时，辐射源so和光刻设备可以是单独的实体。在这种情况下，辐射源不被认为是光刻设备的一部分，并且辐射束b借助于光束传递系统bd从辐射源so传递到照射系统il，光束传递系统bd包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其它情况下，例如当辐射源so是汞灯时，辐射源so可以是光刻设备的组成部分。辐射源so和照射器il与光束传递系统bd(如果需要)一起可以称为辐射系统。

照射系统il可以包括用于调节辐射束b的角强度分布的调节器ad。通常，可以调节照射系统的光瞳面中的强度分布的至少外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为σ外和σ内)。另外，照射系统il可以包括各种其它部件，诸如积分器in和聚光器co。照射系统il可以用于调节辐射束b，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束b入射在图案形成装置mt上，并且由图案形成装置ma图案化，图案形成装置mt被保持在支撑结构mt上。在穿过图案形成装置ma之后，辐射束b穿过投影系统ps，投影系统ps将光束聚焦到衬底w的目标部分c上。例如，借助于第二定位器pw和位置传感器if(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台wt可以精确地移动，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中。类似地，例如，在从掩模库中进行机械获取之后或在扫描期间，第一定位器pm和另一个位置传感器(图1中未明确地示出)可用于相对于辐射束b的路径精确地定位图案形成装置ma。通常，支撑结构mt的运动可以借助于长行程模块和短行程模块来实现，该长行程模块和短行程模块形成第一定位器pm的一部分。长行程模块可以在大范围的运动中提供短行程模块的粗略定位。短行程模块可以在小范围的运动中提供支撑结构mt相对于长行程模块的精细定位。类似地，可以使用长行程模块和短行程模块来实现衬底台wt的移动，长行程模块和短行程模块形成第二定位器pw的一部分。长行程模块可以在大范围的运动中提供短行程模块的粗略定位。短行程模块可以在小范围的运动中提供衬底台wt相对于长行程模块的精细定位。在步进器的情况下(与扫描器相反)，支撑结构mt可以仅连接到短行程致动器，或者可以是固定的。可以使用掩模对齐标记m1、m2和衬底对齐标记p1、p2来对齐图案形成装置ma和衬底w。尽管如图所示的衬底对齐标记p1、p2占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分c之间的空间(这些被称为划线对齐标记)中。类似地，在图案形成装置ma上提供多于一个裸片的情况下，掩模对齐标记m1、m2可以位于裸片之间。

所描绘的设备可以用于以下模式中的至少一种：

在第一模式(所谓的步进模式)中，支撑结构mt和衬底台wt保持基本静止，而赋予辐射束b的整个图案一次性投影到目标部分c上(即单次静态曝光)。然后衬底台wt在x和/或y方向上偏移，从而可以曝光不同的目标部分c。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的目标部分c的尺寸。

在第二模式(所谓的扫描模式)中，同步地扫描支撑结构mt和衬底台wt，同时将赋予辐射束b的图案投影到目标部分c上(即，单次动态曝光)。衬底台wt相对于支撑结构mt的速度和方向可以通过投影系统ps的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中目标部分(在非扫描方向上)的宽度，而扫描运动的长度确定了目标部分(在扫描方向上)的高度。

在第三模式中，支撑结构mt保持基本静止，保持可编程图案形成装置，并且移动或扫描衬底台wt，同时将赋予辐射束b的图案投影到目标部分c上。在这个模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在扫描期间在衬底台wt的每次移动之后或在连续的辐射脉冲之间根据需要更新可编程图案形成装置。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置的无掩模光刻，诸如上述类型的可编程反射镜阵列。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体或完全不同的使用模式。

图2示意性地示出了用于光刻设备的反射镜装置md的支撑结构和用于确定反射镜装置md的位置的一个或多个传感器sen。这个支撑结构还可以用于支撑投影系统ps的其它光学元件。

支撑结构包括底架bf，底架bf被布置在地板表面fs上，例如工厂地板。底架bf支撑力架ffr，力架ffr支撑反射镜装置md。第一振动隔离系统vis-bf被布置在底架bf与力架ffr之间，以至少部分地将力架ffr与底架bf(例如，由地板表面fs的振动引起)的振动隔离。

底架bf进一步支撑中间框架ifr。第二振动隔离系统vis-bi被布置在底架bf与中间框架ifr之间，以至少部分地将中间框架ifr与底架bf的振动隔离。中间框架ifr被布置成支撑传感器框架sfr。在传感器框架sfr上，布置一个或多个传感器sen以提供表示反射镜装置md相对于传感器框架sfr的位置的传感器信号。传感器信号被馈送到控制单元cu，控制单元cu被布置成控制反射镜装置致动器mact以控制反射镜装置md的位置。反射镜装置致动器mact被布置在反射镜装置md与反作用块rm之间，反作用块rm又被支撑在力架ffr上。

第一振动隔离系统vis-bf和第二振动隔离系统vos-bi包括空气弹簧。

值得注意的是，实际上，如图2中所示的多个支撑结构可用于(例如，在反射镜装置md的不同框架角部处)支撑反射镜装置。这些支撑结构可以布置在单个底架bf上或在不同的底架bf上。对应地，可以使用多个支撑结构来支撑传感器框架sfr。

在传感器框架sfr与中间框架ifr之间布置第三振动隔离系统vis-is。这个第三振动隔离系统vis-is可以布置在真空环境vac中。在这种真空环境vac中，不能使用空气弹簧。实际上，传感器框架sfr与中间框架ifr之间的振动隔离可能需要小于5hz的机械截止频率，例如2hz。由于由中间框架ifr的相对轻重量的质量块引起的低模态质量块，需要振动隔离系统vis-is的低刚度，例如小于5e4n/m的刚度，例如大约2e4n/m。

根据本发明的实施例，第三振动隔离系统vis-is包括承载装置，承载装置包括磁性重力补偿器mgc和致动器装置act。磁性重力补偿器mgc包括：第一永磁体组件pma1，其利用第一保持框架hfr1安装至传感器框架sfr，中间框架ifr；以及第二永磁体组件pma2，其利用第二保持框架hfr2安装到中间框架ifr。

图3更详细地示出了图2的第三振动隔离系统vis-is的磁性重力补偿器mgc。第一永磁体组件pma1包括四个永磁体条的第一列cl1和四个永磁体条的第二列cl2。第一列cl1和第二列cl2在竖直方向上彼此平行地延伸，并且布置在相同的高度处。例如，如图2所示，第一列cl1和第二列cl2的永磁体条通过第一保持框架hfr1彼此机械地联接，以形成第一永磁体组件pma1。值得注意的是，在备选的实施例中，永磁体条的每一列可以具有其自己的保持框架，永磁体条利用该保持框架安装在传感器框架sfr上。

第二永磁体组件pma2包括四个永磁体条的第三列cl3。第三列cl3在竖直方向上延伸并且至少部分地被布置在第一列cl1与第二列cl2之间。例如，如图2所示，第三列cl3的永磁体条通过第二保持框架hfr2彼此机械地联接，以形成第二永磁体组件pma2。

第一、第二和第三列cl1、cl2、cl3内的永磁体以节距pi相对于彼此间隔开。同一列中的相邻永磁体条之间的节距pi是恒定的。而且，不同列cl1、cl2、cl3的永磁体的节距pi是相同的。此外，第三列cl3相对于第一列和第二列布置在竖直位置处，该竖直位置在对应于或接近于节距pi一半的距离之上被移位，即第三列cl3的永磁体的中心点分别在与第一列cl1和第二列cl2的两个竖直地相邻的永磁体条之间的间隙基本相同的高度处。实际上，第三列cl3的位置可以相对于永磁体的节距pi的的恰好一半偏移，以优化磁性重力补偿器mgc的刚度和/或由磁性重力补偿器mgc承载的重量。这个偏移位置(例如与永磁体条中的每个永磁体条的高度尺寸超过10mm(通常超过20mm)相比，可以是几毫米的数量级)被认为是对应于或接近于节距pi的一半。

图4示出了第一列cl1、第二列cl2和第三列cl3的永磁体条的极化。从顶部到底部，第一列cl1和第二列cl2的第一和第三永磁体条在第一水平方向h1上具有极化方向，并且第一列cl1和第二列cl2的第二和第四永磁体条在第二水平方向h2上具有极化方向，其中第二水平方向h2与第一水平方向h1相反。第一水平方向h1和第二水平方向h2都垂直于第三水平方向，第三水平方向平行于永磁体条的纵向轴线。

在第三列cl3中，从顶部到底部，第一和第三永磁体条在第一水平方向h1上具有极化方向，并且第二和第四永磁体条在第二水平方向h2上具有极化方向。

因此，布置在相同高度的第一列cl1和第二列cl2的永磁体条的极化方向是相同的。在竖直向上方向上具有节距pi的大约一半的偏移位置的第三列cl3的永磁体条也具有相同的极化方向。值得注意的是，在第一永磁体组件pma1将被安装到中间框架ifr并且第二永磁体组件pma2将被安装到传感器框架sfr的实施例中，第三列cl3的永磁体条的极化方向将颠倒，即从顶部到底部，第三列cl3的第一和第三永磁体条将具有第二水平方向h2上的极化方向，并且第二和第四永磁体条将具有第一水平方向h1上的极化方向。

根据本发明的磁性重力补偿器mgc的设计提供了有效载荷与磁性重力补偿器mgc的刚度之间的比率，有效载荷即由磁性重力补偿器mgc支撑的重量，磁性重力补偿器mgc的刚度可以比磁性重力补偿器的(诸如在us2005/002008a1(其内容通过引用整体并入本文)中公开的)已知实施例大得多，例如10倍，或甚至超过15倍(例如20倍)。

在磁性重力补偿器mgc的设计中，负刚度可以保持在一些自由度，其中需要小的正刚度。

可实现的正刚度具有下限，因为需要添加阻尼以创建稳定的系统。通常，伺服控制回路的最小可实现的正刚度是负刚度的绝对值的两倍。如上所述，在一些应用中，希望具有小于5e4n/m的正刚度。这意味着最大允许负刚度为-2.5e4n/m。由于在磁性重力补偿器mgc的设计中，这种低刚度要求可能是关键的，因此竖直方向上的操作点由该刚度要求确定。竖直方向上的操作点是第一永磁体组件pma1相对于第二永磁体组件pma2的相对竖直位置，导致相对于偏移位置的偏移恰好是永磁体条的节距pi的一半。这意味着可以调节第三列cl3相对于第一列cl1和第二列cl2的竖直偏移，以在接近于第一列cl1与第二列cl2的两个永磁体条之间的恰好一半的范围内优化磁性重力补偿器的刚度。

当竖直位置用于优化磁性重力补偿器mgc的刚度时，竖直提升力可以以另一种方式优化。例如，磁性重力补偿器mgc的竖直提升力可以通过在磁性重力补偿器mgc的设计中改变第三列cl3与第一列cl1和/或第二列cl2之间的距离来优化。

然而，由磁性重力补偿器mgc提供的竖直提升力与由磁性重力补偿器mgc承载的质量块之间可能总是存在不匹配。为了补偿这种潜在的不匹配，图2的第三振动隔离系统vis-is包括致动器装置act。此外，由于其它原因(诸如，阻尼、位置控制或如上所述的伺服控制稳定)，也可能需要致动器装置act。

图5示出了第三振动隔离系统vis-is的第一实施例，第三振动隔离系统vis-is包括磁性重力补偿器mgc和致动器装置act的组合。例如，致动器装置act可以是洛伦兹致动器或磁阻致动器，其在传感器框架sfr与中间框架ifr之间安装在磁性重力补偿器mgc旁边。磁性重力补偿器mgc具有与图3和4中所示相同的设计，但也可以具有任何其它合适的设计。

与由第三振动隔离系统vis-is承载的总重量相比，致动器装置act仅必须被构造成提供相对小的竖直提升力，因为大部分重量(例如，传感器框架sfr的大于95％，例如98％至100％)可由磁性重力补偿器mgc承载。

洛伦兹致动器或磁阻致动器可具有任何合适的设计，诸如圆形设计、旋转对称圆形设计或多极设计。在磁阻致动器的设计中，必须注意寄生刚度。可能需要磁通反馈来满足该设计中的低刚度、线性和滞后要求。

图6示出了第三振动隔离系统vis-is的第二实施例，第三振动隔离系统vis-is包括磁性重力补偿器mgc和致动器装置act。致动器act是dc致动器，其包括布置在磁性重力补偿器mgc的相对侧的四个线圈coi。第一永磁体组件pma1的第一列cl1和第二列cl2的永磁体用作dc致动器的动子磁体。这样，不需要额外的磁体来创建额外的提升力以获得正刚度。磁性重力补偿器mgc和致动器act的这种集成设计的优点在于这两个装置需要较小的结构体积。此外，由于不需要用于致动器act的单独磁体，因此需要较少数目的磁体，因此总磁体成本降低。

图7示出了第三振动隔离系统vis-is的第三实施例。在该第三实施例中，通过机械弹簧ms而不是致动器装置act提供额外的刚度。机械弹簧ms在中间框架ifr与传感器框架sfr之间安装在磁性重力补偿器mgc的旁边。由于传感器框架sfr的大部分重量由磁性重力补偿器mgc承载，因此机械弹簧ms仅需要提供小的竖直提升力。因此，机械弹簧ms可以设计成具有非常低但足够的刚度，以提供与磁性重力补偿器mgc的刚度结合的小的正刚度。值得注意的是，弹簧还可以用于通过弹簧的相对小的压缩或松弛来调节由弹簧承载的框架的位置。

在上文中，已经公开了磁性重力补偿器mgc，其具有包括四个永磁体的第一列cl1、第二列cl2和第三列cl3的特定结构。第一列cl1和第二列cl2是连接到设备(特别是光刻设备)的第一部分的第一永磁体组件pma1的一部分，并且第三列cl3是连接到设备(特别是光刻设备)的第二部分的第二永磁体组件pma2的一部分。第一列cl1、第二列cl2和第三列cl3各自在竖直方向上彼此平行地延伸，其中第一列cl1、第二列cl2和第三列cl3的永磁体在第一水平方向h1上或在与第一水平方向h1相反的第二水平方向h2上具有极化方向。每列cl1、cl2、cl3内的竖直相邻的永磁体具有相反的极化方向。

如果设备的第二部分支撑设备的第一部分的重量，则具有与第一永磁体组件pma1的永磁体条相同的极化方向的第二永磁体组件pma2的永磁体条在竖直向上方向上处于大约一半节距pi的偏移位置。如果第一部分布置成支撑第二部分的重量，则具有与第一永磁体组件pma1的永磁体条相同的极化方向的第二永磁体组件pma2的永磁体条可以被布置在竖直向下方向上的大约一半节距pi的偏置位置处。

在备选的实施例中，永磁体的列可以在每列内具有任何其它数目的一个或多个永磁体，和/或不同列可以包括不同数目的磁体。此外，磁性重力补偿器mgc的第一永磁体组件pma1可以具有一个或多个具有永磁体的另外的列，并且第二永磁体组件pma2可以具有相同数目的具有永磁体的另外的列，其中第二永磁体pma2的另外的列至少部分地被布置在第一永磁体组件pma1的两列永磁体之间。

图8和9示出了磁性重力补偿器mgc的备选的实施例。图8和9的磁性重力补偿器mgc包括第一永磁体组件pma1，第一永磁体组件pma1具有第一列cl1、第二列cl2和另外的列cl4，每列具有两个彼此叠置的永磁体条。第一列cl1、第二列cl2和另外的列cl4的永磁体条通过(例如)保持框架(未示出)彼此机械地联接，以形成第一永磁体组件pma1。

第二永磁体组件pma2包括第三列cl3和第二个另外的列cl5，每列包括三个永磁体条。第三列cl3被布置在第一列cl1与第二列cl2之间，第二个另外的列cl5被布置在第二列cl2与另外的列cl4之间。

对应于图3和4的实施例，如图9所示，永磁体的极化方向是第一水平方向h1或与第一水平方向h1相反的第二水平方向h2。在第一列cl1、第二列cl2、第三列cl3、另外的列cl4和第二个另外的列cl5中的每个列内的竖直相邻的永磁体在第一水平方向或第二水平方向上具有相反的极化方向。

具有与第一永磁体组件pma1的永磁体条相同的极化方向的第二永磁体组件pma2的永磁体条在竖直向上的方向上处于大约一半节距的偏移位置。这个配置适合于支撑安装到第一永磁体组件pma1的设备的第一部分以及安装到第二永磁体组件pma2的设备的第二部分。如果第一部分被布置成支撑第二部分的重量，则具有与第一永磁体组件pma1的永磁体条相同的极化方向的第二永磁体组件pma2的永磁体条可以被布置在竖直向下方向上的大约一半节距pi的偏移位置处。

显然，第一永磁体组件pma1和第二永磁体组件pma2的许多不同配置是可能的。

进一步，值得注意的是，永磁体条可以具有任何合适的尺寸。永磁体条可以是直的或弯曲的。例如，圆形配置可以基于上述磁性重力补偿器mgc的概念，由此永磁体条沿圆形方向延伸。

根据本发明的振动隔离系统可以应用于任何合适的位置。

如关于图5中所示的实施例所解释的，提供致动器装置act以补偿由磁性重力补偿器mgc提供的竖直提升力与由磁性重力补偿器mgc承载的质量块之间的不匹配。致动器装置act还可以用于阻尼、位置控制和/或用于第三振动隔离系统vis-is的稳定。

进一步，磁性重力补偿器mgc可以在一些或所有方向上具有负刚度。这意味着磁性重力补偿器mgc本身不稳定并且需要通过控制来稳定。

图5示出了控制致动器act的控制系统。

位置传感器senr被布置为测量中间框架ifr与传感器框架sfr之间的距离。位置传感器senr提供表示中间框架ifr与传感器框架sfr之间的距离的第一传感器信号作为输出信号。进一步，在传感器框架sfr上提供加速度传感器sena，以测量传感器框架sfr的加速度。加速度传感器sena提供表示传感器框架sfr的加速度的第二传感器信号作为输出信号。

值得注意的是，第一传感器信号涉及相对测量，即中间框架ifr与传感器框架sfr之间的距离，而第二传感器信号涉及绝对测量，即传感器框架sfr的加速度。

控制器con包括第一子控制器c1和第二子控制器c2。第一测量信号被馈送到第一子控制器c1中，第二测量信号被馈送到第二子控制器c2中。第一子控制器c1和第二子控制器s2的输出被组合并用作致动器信号以驱动致动器act。

通过使用相对控制和绝对控制的组合，可以提高控制性能，相对控制使用位置传感器senr和第一子控制器c1，绝对控制使用加速度传感器sena和第二子控制器c2。特别地，通过相对和绝对控制的这种组合，当与仅使用相对控制相比时，可以降低悬架频率并且可以改善振动隔离。

当仅使用传感器框架sfr与中间框架ifr之间的相对位置测量时，需要一定的最小控制增益和阻尼来稳定磁性重力补偿器mgc。通常，所产生的悬架频率是由磁性重力补偿器mgc提供的“负”悬架频率的3倍。例如，具有正刚度k的重力补偿器将具有sqrt(k/m)的悬架频率，其中m是质量。但是具有负刚度-k的重力补偿器mgc将具有3.sqrt(k/m)的(受控)悬架频率。然后，较高频率的振动隔离比具有相同但相反刚度的正刚度重力补偿器差32＝9x。

例如，当仅使用相对控制时，这意味着不使用第二子控制器c2，第一子控制器c1需要稳定磁性重力补偿器mgc的负刚度，因此必须提供大于磁性重力补偿器mgc的负刚度的控制刚度。

为了获得稳定性，则需要导数动作，其中最低可行频率等于磁性重力补偿器mgc的负悬架频率。闭环悬架频率将至少为这个负悬架频率的三倍，以便产生足够的相位裕度。

除了稳定之外，控制器con，特别是子控制器s1需要包含用于定位传感器框架sfr的低带宽积分器。结果，当仅使用相对控制时，磁性重力补偿器mgc的悬架频率被限制为不小于基于负刚度的负悬架频率的三倍。这是对振动隔离系统性能的限制。

如图10所示的控制器con可以通过以下控制设计步骤来改善第三振动隔离系统vis-is的控制性能：

1.使用相对控制，即子控制器c1，主要是为第三振动隔离系统vis-is添加刚度，并且如果需要，还增加一些低通滤波和定位积分器。在这个相对控制回路中，闭环系统应该通过在带宽处精确地创建-180度相移来表现为无阻尼共振。

2.借助于基于加速度传感器sena和第二子控制器c2的加速度反馈回路来阻尼现在产生的共振。

图11示出了用于产生创建无阻尼共振的相对位置环的波特图。可以看出，原始负悬架频率在1hz处，相位被精确地调整到-180度，以创建闭环谐振系统。现在发生的谐振可以通过使用第二子控制器c2的主动阻尼回路以常规方式衰减，第二子控制器c2将传感器框架的加速度作为输入信号。

这种控制由重力补偿器(特别是具有负刚度的磁性重力补偿器mgc)悬挂的传感器框架sfr的位置的方式，允许悬架频率大致等于负悬架频率。这创建了从地板到传感器框架的改进的传递率。

图12示出了用于比较的四条传递率曲线。特别地，图12示出了：在没有控制的情况下针对具有6hz悬架频率的正刚度的一条曲线；在主动阻尼控制的情况下针对具有6hz悬架频率的正刚度的一条曲线；在相对控制的情况下针对-8e4n/m(“-1hz”)的负刚度的一条曲线，产生“3hz类似”的性能；以及在如上文提出的相对和绝对控制的组合的情况下针对-8e4n/m(“-1hz”)的负刚度的一条曲线，产生“1hz类似”的性能。

当与仅相对控制相比时，示出了使用绝对和相对控制的组合来控制具有负刚度的磁性重力补偿器mgc的相当大的改进。在10hz处，由于3hz闭环悬架频率与6hz正刚度频率相比较，相对控制方法执行6db或比正刚度情况好2倍。使用相对控制和绝对控制的组合的控制方法通过额外的20db或10x来改善这一点，与3hz相比，其匹配1hz的“有效”悬架频率。

图13和14示出了根据本发明的实施例的磁性重力补偿器mgc的备选的实施例。图13示出了该磁性重力补偿器mgc的俯视图，并且图14示出了该磁性重力补偿器mgc的截面a-a。

磁性重力补偿器mgc包括具有永磁体的第一列cl1的第一永磁体组件和具有永磁体的第二列cl2的第二永磁体组件。第一列cl1的永磁体具有环形形状。类似地，第二列cl2的永磁体具有环形形状。第二列cl2的永磁体的外径小于第一列lc1的永磁体的内径。第一列cl1和第二列cl2的纵向轴线彼此重合地布置，由此第一列cl1的永磁体包围第二列cl2的永磁体。

第一列cl1和第二列两者的磁性重力补偿器mgc的永磁体的极化方向是相对于永磁体的环形形状的径向向内方向r1或相对于永磁体的环形形状的径向向外方向r2。第一列cl1的竖直相邻的永磁体在径向向内方向r1和径向向外方向r2上具有相反的极化方向。对应地，第二列cl2的竖直相邻的永磁体在径向向内方向r1和径向向外方向r2上具有相反的极化方向。

第一永磁体组件可以连接到设备(特别是光刻设备)的第一部分，并且第二永磁体组件可以连接到设备(特别是光刻设备)的第二部分。例如，磁性重力补偿器mgc可以设置在传感器框架与中间框架之间(参见图2)，由此第一永磁体组件被安装在中间框架ifr上并且第二永磁体组件被安装在传感器框架sfr上。

图13和14的磁性重力补偿器mgc被设计成对磁串扰不太敏感。由于在磁性重力补偿器中使用相对大的永磁体，磁性重力补偿器可能对作用在磁性重力补偿器的永磁体上的干扰力(即，磁串扰)敏感。这个干扰力可能干扰敏感物体(诸如，反射镜装置、传感器装置或衬底台)的功能/性能。特别是当永磁体组件表现为偶极子时，磁性重力补偿器可能变得对磁串扰敏感并且变成磁杂散场的强发射器，其可能对电子束装置的电子束和/或磁敏传感器信号具有干扰作用。因此，作为距偶极子的距离的函数，偶极子的场具有相对缓慢的衰减，从而导致相对大的区域对磁串扰的影响敏感。

图13和14的磁性重力补偿器mgc的设计旨在避免磁性重力补偿器mgc的永磁体组件表现为磁偶极子。磁性重力补偿器的永磁体具有环形形状，其具有相对于环形形状径向向内(r1)或径向向外(r2)的极化方向。如图15所示，这种配置近似磁性地等效于两个在纵向上具有相反极化方向的环形磁体，即两个相反的偶极子。当从远大于相反的偶极子之间的距离的距离(例如，从长行程致动器线圈到衬底台或反射镜装置的距离)观察时，相反的偶极子有效地在彼此的顶部。结果，相反的偶极子具有相反的效果，通过该效果电磁串扰被有效地消除，或者至少基本上减小。

已经发现，例如，永磁体组件的串扰性能可以相对于外部致动器(诸如，长行程致动器线圈)的磁场灵敏度，而且可以相对于永磁体所发射的杂散场对磁性重力补偿器mgc的周围环境的影响(例如磁敏传感器和/或电子束应用的性能)，以5至200的因子得到改善。

因此，如图13和14所示的磁性重力补偿器mgc的设计在应该减少磁串扰的应用中特别有用。

在其它的实施例中，磁性重力补偿器mgc可以具有另外的环形永磁体列，其可以布置在图13和14中所示的第一列cl1和第二列cl2内或周围。而且，第一列cl1和第二列cl2中的每一列可以设置有比图13和14中所示的数目更多的永久环形永磁体。

图16示出了机械弹簧sp的实施例，机械弹簧sp被配置为相对于支撑件沿支撑方向(通常是竖直方向)支撑质量块。例如，质量块是框架(诸如传感器框架sfr或力架ffr)并且支撑件分别是中间框架ifr或底架bf。机械弹簧通常用作支撑装置，即相对于支撑件支撑质量块。

弹簧sp或这些弹簧sp的组合可以用作支撑装置，由此质量块仅由这个弹簧sp或弹簧sp的组合支撑。在备选的实施例中，弹簧sp可以与另一个支撑装置或元件(例如，如图7中所示的磁性重力补偿器mgc)组合使用，以形成支撑装置。

如图16所示，弹簧sp特别适合用于振动隔离系统。当弹簧sp应用在隔离振动系统中时，在弹簧sp的设计中应该考虑许多约束。

第一个约束是弹簧sp应该能够承载期望的有效载荷，例如由弹簧支撑的物体或其相应的部分的质量。第二个约束是弹簧应该具有低刚度以获得低刚性体模式频率。针对用于振动隔离系统中的弹簧的弹簧设计的第三个约束是弹簧的内部模式应该是高的。第四个约束是弹簧在横向载荷下(即在垂直于弹簧的支撑方向的方向上施加的力)应该具有足够的强度。

如图16所示的弹簧sp是根据这四个约束而专门设计的。

弹簧sp包括上支撑元件use和下支撑元件lse。上支撑元件use和下支撑元件lse是环形元件，其被设置用于将弹簧sp安装到要支撑的质量块和支撑件。例如，上支撑元件use可以安装在力架ffr上并且下支撑元件lse可以安装到底架bf上。上支撑元件use和下支撑元件lse可以具有适于将弹簧sp安装在相应的质量块和相应的支撑件上的任何形状。优选地，上支撑元件use和下支撑元件lse是环形或盘形的，并且可以与弹簧sp的纵向轴线同心地布置。

在图16所示的实施例中，一个螺旋元件he设置在上支撑元件use与下支撑元件lse之间。螺旋元件he在上支撑元件use与下支撑元件lse之间基本上螺旋地延伸。值得注意的是，在图16所示的弹簧sp中，在上支撑元件use与下支撑元件lse之间仅提供一个螺旋元件he。实际上，可以在上支撑元件use与下支撑元件lse之间提供两个或更多螺旋元件he。这两个或更多螺旋元件he可以均匀地分布在上支撑元件use和下支撑元件lse的圆周之上。

螺旋元件he包括从上支撑元件use朝向螺旋元件he的中点mp减小并且再次从中点mp朝向下支撑元件lse增加的截面。中点mp位于下支撑元件lse与上支撑元件use之间的中间位置。

图17和18示出了螺旋元件he的截面。图17中所示的截面a-a是相对接近螺旋元件he的中点mp的截面，而图18中所示的截面b-b是远离螺旋元件he的中点mp的截面。截面a-a和b-b各自具有矩形形状，该矩形形状具有宽度和高度。截面a-a具有宽度b1和高度h1。截面b-b具有宽度b2和高度h2。高度h1和高度h2相同，但是宽度b2基本上大于宽度b1。高度尺寸延伸的高度方向是弹簧sp的支撑方向。这个支撑方向通常对应于竖直方向。宽度方向是相对于弹簧sp的纵向轴线的径向方向。

螺旋元件he的截面的高度h1、h2至少在螺旋元件he的大部分之上基本上大于截面的宽度b1、b2。在弹簧sp的支撑方向上的这种相对大的尺寸提供了关于截面的宽度方向的高弯曲刚度。这有利地使用螺旋元件he的材料来支撑由弹簧sp支撑的质量块，同时螺旋元件he的总质量块保持相对低。这种相对低的质量块积极地增加了弹簧sp的内部模式。

选择中点mp处的螺旋元件he的截面的尺寸，使得弹簧sp提供足够的强度以支撑安装在弹簧sp上的质量块。螺旋元件he的截面从中点mp朝向上支撑元件use并且从中点mp朝向下支撑元件lse的逐渐增大的尺寸，将螺旋元件he中的应力水平保持在最大可允许的应力水平之下。

由于螺旋元件he的长度，弹簧sp还提供低刚度以获得低刚性体模式频率。

值得注意的是，当弹簧sp设置有两个或更多螺旋元件he时，这两个或更多螺旋元件he优选地具有相同的设计和尺寸。例如，在图16的实施例中，与图16中所示的螺旋元件he相同设计的四个或五个螺旋元件可以分布在上支撑元件use和下支撑元件lse的圆周之上，使得这些螺旋元件在上支撑元件use与下支撑元件lse之间螺旋地并且彼此平行地延伸。提供分布在弹簧圆周之上的两个或更多螺旋元件he将导致弹簧sp的更对称的性能，这通常是期望的。

图19示出了应用于振动隔离系统中的弹簧sp的备选的实施例。弹簧sp包括第一支撑元件fse、第二支撑元件sse和第三支撑元件tse。第二支撑元件sse安装在要支撑的质量块上，而第一支撑元件fse和第三支撑元件tse安装在支撑件上。

在第一支撑元件fse与第二支撑元件sse之间设置有螺旋元件he。而且，在第二支撑元件sse与第三支撑元件tse之间设置有螺旋元件he。螺旋元件he可以设计成与上文关于图16描述的实施例相同的螺旋元件。

在这个实施例中，第一支撑元件fse与第二支撑元件sse之间的螺旋元件he和第二支撑元件sse与第三支撑元件tse之间的螺旋元件he两者都用于相对于支撑件支撑质量块。

尽管在本文中可以具体参考光刻设备在ic的制造中的使用，但是应该理解，本文描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如集成光学系统的制造、磁畴存储器的引导及检测图案、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头等。本领域技术人员将理解，在这种备选的应用的上下文中，本文中术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以分别被认为与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里提到的衬底可以在曝光之前或曝光之后在(例如)轨道(通常将抗蚀剂层施加到衬底并且使曝光的抗蚀剂显影的工具)、量测工具和/或检查工具上进行处理。在适用的情况下，本文的公开可以应用于这种和其它衬底处理工具。进一步，衬底可以被处理一次以上，例如以便创建多层ic，使得本文中使用的术语衬底还可以指已经包含多个处理的层的衬底。

尽管上文已经在光学光刻的背景下具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明可以用于其它应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上创建的图案。可以将图案形成装置的形貌压入提供给衬底的抗蚀剂层中，由此通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化后，将图案形成装置移出抗蚀剂，在其中留下图案。

虽然上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应该理解，本发明可以不同于所描述的方式实施。例如，本发明可以采用包含一个或多个描述上文公开的方法的机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采用具有这样的计算机程序存储在其中的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离下面陈述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。