專利名稱：壓電控制的磁致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及方案1前序部分中定義的用于控制磁力的致動裝置。同時本發(fā)明涉及到方案3前序部分定義的用來控制調(diào)節(jié)力的磁致動器。此外，本發(fā)明涉及方案8前序部分所述的用來控制磁阻力的磁致動器，本發(fā)明還涉及方案13前序部分所定義的支承系統(tǒng)。再者，本發(fā)明還涉及方案14前序部分所定義的光刻投影設(shè)備。另外本發(fā)明也涉及到方案16前序部分所定義的器件制造方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了光刻投影設(shè)備領(lǐng)域中的一種優(yōu)選應(yīng)用，這種設(shè)備包括用來提供輻射的投影射束的輻射系統(tǒng)；支承用來根據(jù)所需圖案使投影射束圖案化的圖案化裝置的支承結(jié)構(gòu)；保持基片的基片臺；以及將圖案化射束投影到此基片一靶部上的投影系統(tǒng)。
這里所用的術(shù)語“圖案化裝置”應(yīng)廣義地解釋為指這樣一種裝置，它可以用來使入射的輻射束具有與基片靶部中要形成的圖案相對應(yīng)的圖案化剖面；在本文中也可以用“光閥”一詞。一般，上述圖案將對應(yīng)于此靶部中形成的器件中的一特定功能層，例如集成電路或其他器件(參看以下所述)。這種圖案化裝置的例子包括--掩模。掩模的概念是光刻技術(shù)中周知的，包括例如二元型、交錯相移型與衰減相移型的掩模類型，以及各種混合掩模類型。將這種掩模置于輻射束中時，將根據(jù)掩模上的圖案對輻射到掩模上的射束作選擇性的透射(在透射式掩模情形中)或反射(在反射式掩模情形中)。在使用掩模時，支承結(jié)構(gòu)一般是掩模臺，它確保掩模能保持在入射的輻射束中的所需位置處，并在有需要時可相對此射束移動；--可編程反射鏡陣列。這種裝置的例子之一是具有粘彈性控制層與反射面的矩陣可尋址表面。此種設(shè)備的基本原理(例如)是，該反射面的編址區(qū)將入射光反射為衍射光，而未編址區(qū)則將入射光反射為非衍射光。應(yīng)用適當(dāng)?shù)臑V光片，上述非衍射光可以濾出反射的光束而只留下衍射光；在此方式下，上述反射的光束便根據(jù)矩陣可尋址表面的編址圖案而圖案化?？删幊谭瓷溏R陣列的另一實施例利用矩陣排列形式的微細反射鏡，每個反射鏡可以通過施加適當(dāng)?shù)木植侩妶龌虿捎脡弘娭聞友b置各自繞一軸線傾斜。再次指出，這些反射鏡是矩陣可尋址的，使得已編址的反射鏡將以不同于未編址的反射鏡的方向使入射的輻射束反射；在此方式下，所反射的射束便根據(jù)此矩陣可尋址反射鏡的編址圖案而圖案化。所要求的矩陣編址可以使用合適的電子裝置來實現(xiàn)。上述兩種情形下，這種圖案化裝置可以包括一個或多個可編程反射鏡陣列。要想獲得這里所涉及的反射鏡陣列的更多信息，例如可參考美國專利US 5 296 891與US 5 523 193以及PCT專利申請WO98/38597與WO 98/33096，它們之中的內(nèi)容已綜合于此供參考。在此可編程反射鏡陣列的情況下，所述支承結(jié)構(gòu)可以具體表現(xiàn)為一支架或臺，它們例如可根據(jù)需要固定或移動；以及--可編程LCD陣列。這種結(jié)構(gòu)的例子于美國專利US 5 229 872中給出，它的內(nèi)容已綜合于此供參考。如上所述，這種情形中的支承結(jié)構(gòu)可以由支架或臺來體現(xiàn)，它們例如可按需要固定或移動。
為簡單起見，本說明書的其余部分在某些情況下具體為針對涉及掩模與掩模臺的例子，但這種情形下所論述到的普遍原理應(yīng)從以上所述圖案化裝置的廣義內(nèi)容上理解。
例如在集成電路(IC)的制造中可以采用光刻投影設(shè)備。這時的圖案化裝置可以產(chǎn)生與IC特定層對應(yīng)的電路圖案，而此圖案則可以在涂有一層射線敏感材料(抗蝕劑)的基片(硅片)上的靶部(例如包括一或多個電路小片)上成像。一般，單個晶片將包含相鄰各靶部的整個網(wǎng)絡(luò)，這些靶部將一次一個地相繼地通過投影系統(tǒng)被照射。在當(dāng)前的這種設(shè)備中，在通過掩模臺上的掩模進行圖案化時，可以區(qū)分為兩種不同的設(shè)備。在一種光刻投影設(shè)備中，各個靶部在一次過程中是通過將整個掩模圖案敞露于靶部之上而被照射；這樣一種設(shè)備一般稱為晶片分級器或分級重復(fù)設(shè)備。在另一種通稱為分級掃描裝置的設(shè)備中，通過沿給定的基準方向(“掃描”方向)在投影射束下連續(xù)地掃描掩模圖案且同步地與上述方向平行或逆平行掃描此基片臺而照射各靶部，由于一般地說此投影系統(tǒng)具有一放大系數(shù)M(一般＜1)，因而掃描此基片臺的速度V將是掃描此掩模臺的速度的M倍。有關(guān)這里所述的光刻裝置的更詳細知識例如可以參考US 6 046 792，其中的內(nèi)容已綜合于此供參考。
在用光刻投影設(shè)備進行制造的過程中，是將(例如掩模中的)圖案在至少是部分為一層輻射敏感材料(抗蝕劑)所覆蓋的基片上成像。在此成像步驟之前，對此基片可作各種處理，如進行涂底漆、涂布抗蝕劑與軟烘干。在曝光后，可對基片進行其他處理，如曝光后烘干(PEB)、顯影、硬烘干以及成像部件的測量/檢查。這一系列處理是對器件如IC的單個層進行圖案化的基礎(chǔ)。然后將這種已圖案化的層再進行各種處理，如蝕刻、離子注入(摻雜)、金屬化、氧化、化學(xué)機械拋光等，所有這些處理都是用來完成一單個層。要是需要有若干層，則此整個過程或其變形就必須對各個新層重復(fù)。結(jié)果在此基片(晶片)上便會出現(xiàn)一列器件。這些器件然后由例如裁切、鋸割之類技術(shù)相互分開，由此可將各個器件安裝到托架上，連接到管腳上，等等。有關(guān)這種工藝更詳細的信息可以例如得自“Mrcrochip FabricationAPractical Guide to Semiconductor Processing”，Third Edition，by Peter van Zant，McGraw Hi1l Publishing CO.，1997，ISBN0-07-067250-4，其內(nèi)容已綜合于此供參考。
為簡單起見，這種投影系統(tǒng)以后稱之為“透鏡”；但此術(shù)語應(yīng)廣義理解為涵蓋各種類型的投影系統(tǒng)，包括例如折射式光學(xué)系統(tǒng)、反射式光學(xué)系統(tǒng)與反折射光學(xué)系統(tǒng)。上述輻射系統(tǒng)也可包括按照用來引導(dǎo)、成形或控制投影的輻射束的任何這種設(shè)計類型工作的部件，而這類部件在下面也總體地或單一地稱之為“透鏡”。此外，這種光刻設(shè)備可以是具有兩個或多個基片臺(和/或兩個或多個掩模臺)的類型。在這類“多級”裝置中，增設(shè)的臺可以平行地使用，或者可在一個或多個臺上進行預(yù)備性步驟，而一個或多個其他的臺則用于曝光。雙級式光刻設(shè)備例如描述于US 5 969 441與WO 98/40791中，這兩者的內(nèi)容已綜合于此供參考。
在光刻投影設(shè)備中需有支承件來提供反抗重力的永久力。例如需要有準靜態(tài)支承件來支承孤立的基準架(它支承此投影系統(tǒng)和各種傳感器裝置)并使之不受外部振動影響。需要有例如動態(tài)支承件以在長行程的組件上為基片或圖案化裝置支承短行程組件。在這種動態(tài)支承件中，提供了靜態(tài)力部件來支承短行程組件的重量，同時提供動態(tài)力部件來驅(qū)動短行程組件。在這靜態(tài)與動態(tài)支承件兩者之中，重要的是這種支承件應(yīng)具有很低的剛性以阻止傳遞振動。
以前，例如在EP 1 001 512或美國5 780 943中已公開了，提出利用磁引力和/或磁斥力來提供支承力。但這中間給出的技術(shù)方案所提供的支承力可能在沿著支承方向和垂直于支承方向上同位置有關(guān)。所提出的技術(shù)方案還可能受到退磁作用的影響。
本說明書中所引進的應(yīng)用磁力的支承件還涉及到提供磁力的磁致動器。這種磁致動器用來提供必須被支承和/或定位于良好確定的位置處的載荷。通常，這種磁致動器產(chǎn)生調(diào)節(jié)位置的調(diào)節(jié)力或抵消所需的力(重力)的補償力，或產(chǎn)生這樣兩種力。
在已有技術(shù)中，這種致動器是所謂Lorentz型的，它應(yīng)用磁力將載荷保持于良好確定的位置處或因?qū)嶋H載荷改變而調(diào)節(jié)該位置。由這種類型致動器來產(chǎn)生磁力時，根據(jù)的是Lorentz對帶電粒子的運動與外部磁場間的關(guān)系所給定的原理。
不利的是，在此致動器的實際工作中，這種致動器利用了導(dǎo)電線圈中的電流來產(chǎn)生磁力，并同時形成了連續(xù)的熱耗散。這種熱耗散會使致動器所在的系統(tǒng)部分產(chǎn)生溫度變化。這種因熱耗散造成的溫度變化造成的熱漂移或熱膨脹(和/或熱應(yīng)力)有可能對支承件的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。
還應(yīng)注意到，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的磁致動器是用來實現(xiàn)物體的磁力懸浮時，由于要在物體在懸浮下的運動期間經(jīng)常補償重力而需連續(xù)地改變形成此磁場所加電流的幅度，就使問題變得更為復(fù)雜。增大這種電流會在致動器中導(dǎo)致退磁作用。此外，用來建立懸浮效應(yīng)時的熱耗散可能會較大而給Lorentz致動器附近的其他部分帶來熱問題。再有，在懸浮過程中，在致動器的機械部分中可能產(chǎn)生較高的加速度，這會產(chǎn)生大的擾動力或可能在這些機械部件中產(chǎn)生相關(guān)的損傷。
用來產(chǎn)生調(diào)節(jié)力的另一種致動器則是根據(jù)壓電原理，這種致動器包括一壓電晶體，壓電晶體中電感應(yīng)的位移被應(yīng)用來改變致動器的位置。盡管和Lorentz型致動器相比，壓電致動器的熱耗散較小，但是壓電致動器不利之處是具有較小的致動范圍，這是由于壓電效應(yīng)的有限值所致。此外，壓電致動器不適合用來為物體形成懸浮力。
在持續(xù)不斷的努力來形成能夠以越來越細小的部件確定圖案的光刻投影設(shè)備過程中，這種射束波長也已減小到越來越低的值。當(dāng)前，典型的波長為157nm，這是電磁波譜的(遠)紫外線(UV)部分。應(yīng)知此UV波段中較小的波長(例如126nm)也是可能的，或是在5～20nm范圍的極遠紫外(EUV)波段。
已注意到，應(yīng)將此設(shè)備的機械的與熱的穩(wěn)定性保持到使致動器檢測不出熱耗散對光刻投影設(shè)備的性能的影響的值以下。由于曝光的部件尺寸持續(xù)地減小，同時光刻投影設(shè)備所用的輻射波長越來越短，因而益發(fā)需要以更好的熱與機械的穩(wěn)定性來調(diào)節(jié)致動器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供改進了熱耗散性能的致動器。
上述目的和其他目的是依據(jù)本發(fā)明方案1前序部分中所限定的用于控制在載荷上的磁力的磁致動器而實現(xiàn)的，此磁致動器的特征在于，它設(shè)有一連接第一磁性件(M1；Y0)和第二磁性件(M2；Y1，Y2)的位移件(PE；PE2)，此位移件用來相對地位移該第一與第二磁性件。
應(yīng)知一個磁性件可以代表一永磁鐵也可代表一由鐵磁材料制成的磁性件。還應(yīng)認識到，所述位移件既可以包括壓電元件，也可以包括例如能在第一與第二致動部間提供相對位移的液壓或氣動或磁致伸縮元件。一般地說，任何可提供體積變化的致動件都可適用作本申請中的位移件。這種體積變化也可根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的熱膨脹或相變。
此外，本發(fā)明還涉及到方案1所限定的用于控制調(diào)節(jié)力的磁致動器，其中此第一磁性件與第二磁性件沿第一方向相互相鄰設(shè)置且由第一間隙分開，此位移件被設(shè)置成用來使第一磁性件相對于第二磁性件沿該第一方向位移，以在第一致動部與第二致動部之間的磁互作用改變時沿第一方向產(chǎn)生一調(diào)節(jié)力。
本發(fā)明還涉及方案1所限定的用來產(chǎn)生磁阻力的磁致動器，其特征在于，此磁致動器包括上部、下部與中部，上部呈軛狀件形狀；中部于軛狀件之下沿第二方向沿縱向延伸，且以其第一表面面向軛形件的第一端面，以其第二表面面向軛形件的第二端面；此下部位于中部之下且包括第一下部與第二下部，此第一與第二下部在第一方向中沿縱向延伸；此第一下部布置成以第三端面面向中部的第三表面，此第二下部布置成以第四端面面向中部的第四表面；此磁性致動器在上述第一表面與第一端面之間、同時在上述第二表面與第二端面之間提供第一間隙；此磁性致動器還在上述第三表面與第三端面之間、同時在上述第四表面與第四端面之間提供第二間隙；此中部包括一第四磁鐵，其磁極化指向該第二方向。
這種磁致動器的特性是具有低的耗散，也就是說只在瞬變過程中才有耗散以及只在控制時才有臨界耗散。這一特點的存在是由于磁系統(tǒng)與“位置致動器”，即對于穩(wěn)定的狀態(tài)具有零耗散的致動器相結(jié)合的結(jié)果。這種磁系統(tǒng)包括其具備的磁場不是由載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁性件。
本發(fā)明還涉及方案13前序部分中限定的包括有前述磁致動器的支承系統(tǒng)。
再有，上述目的和其他目的可根據(jù)本發(fā)明方案14的前序部分中所限定的設(shè)有上述磁致動器的光刻投影設(shè)備而實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了方案16的前序部分中限定的器件制造方法，其特征在于提供了如上所述的磁致動器。
雖然在本說明書中對于本發(fā)明的設(shè)備的用途具體涉及到IC的制造，但應(yīng)清楚地認識到這種設(shè)備是可以用于其他許多方面的。例如這種設(shè)備可以用于制造集成光學(xué)系統(tǒng)、磁疇存儲器的制導(dǎo)與探測圖案、液晶顯示板、薄膜磁頭等等。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)知，在其他這類應(yīng)用的范圍內(nèi)，任何于本說明書中用到的術(shù)語“標線片”、“晶片”或“電路小片”，都應(yīng)理解為可分別置換為更一般性的術(shù)語“掩?！薄ⅰ盎迸c“靶部”。
在本說明書中，“輻射”與“射束”等詞是用來涵蓋所有類型的電磁輻射的，包括紫外(UV)輻射(例如波長為365、248、193、157或126nm的)與極遠紫外(EUV)輻射(例如波長在5-20nm的范圍內(nèi))以及粒子束，如離子束或電子束。


下面參考若干附圖來說明本發(fā)明，但這些附圖只用于闡明目的，而不是對所附權(quán)利要求書的保護范圍的限制。
圖1示明光刻投影設(shè)備；圖2概示本發(fā)明第一實施例的磁致動器的橫剖面；圖3示出了本發(fā)明的磁致動器的第二個供選擇的實施例；圖4a示明第三實施例的磁致動器的頂視圖；圖4b示明本發(fā)明的磁致動器的第四實施例；圖4c示明本發(fā)明的磁致動器的第四實施例的另一種布置形式；
圖4d示明本發(fā)明的磁致動器的第五實施例；圖4e示明本發(fā)明第一實施例的另一種磁鐵的布置形式。
圖5示明本發(fā)明的磁致動器的第六個供選擇的實施例，用作沿大致水平方向起作用的磁致動器；圖6示明本發(fā)明第五實施例的磁致動器的示意性橫剖面，這種磁致動器用作壓電致動的磁阻馬達；圖7示出作為本發(fā)明第五實施例的磁致動器運動部分位置函數(shù)的磁力的曲線圖。
具體實施例方式
圖1概示本發(fā)明一特殊實施例的光刻投影設(shè)備1。此設(shè)備包括輻射系統(tǒng)Ex，IL，用來提供輻射(例如UV輻射)的投影射束PB。在此特定情形中，該輻射系統(tǒng)還包括輻射源LA；第一物體臺(掩模臺)MT，它設(shè)有掩模支座以保持掩模MA(例如標線片)，并與用來使掩模相對于物件PL精確定位的第一定位裝置PM連接；第二物體臺(基片臺)WT，它設(shè)有用來保持基片W(例如涂有抗蝕劑的硅片)的基片支座，并與用來使基片相對于物件PL精確定位的第二定位裝置PW連接；投影系統(tǒng)(“透鏡”)PL，用于使掩模MA的被照射部分于基片W的靶部C(例如包括一個或多個電路小片)上成像。
如這里所述，此設(shè)備是反射型(即具有反射式掩模)。但一般地說，此設(shè)備也可以是透射型(例如具有透射式掩模)?；蛘?，此設(shè)備也可以利用另一種圖案化裝置，例如上面所述的那種可編程反射鏡陣列。
輻射源LA(例如汞燈或準分子激光器)產(chǎn)生輻射束。此射束送入照明系統(tǒng)(照明器)IL，或者是直接的或者是在通過了調(diào)節(jié)裝置例如射束擴展器Ex之后。照明器IL可以包括調(diào)節(jié)裝置AM用以設(shè)置光束強度分布中的外和/或內(nèi)徑向范圍(一般分別稱之為σ外與σ內(nèi))。此外，還通常包括各種其他部件，如積分器IN與聚光鏡CO。這樣，照射到掩模MA上的射束PB在其橫剖面上便具有所需的均勻性與所需的強度分布。
從圖1可見，輻射源LA可以在光刻投影設(shè)備的機殼內(nèi)(例如當(dāng)輻射源LA是汞燈時便常是如此)，但它也可遠離光刻投影設(shè)備，它所產(chǎn)生的射束(例如借助適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向反射鏡)被導(dǎo)引到此設(shè)備內(nèi)；當(dāng)輻射源LA是準分子激光器時便常屬上述的后一種情形。本發(fā)明與權(quán)利要求書涵蓋了這兩種情形。
射束PB然后透過保持于掩模臺MT上的掩模MA。透過掩模MA后的射束PB通過透鏡PL而聚焦于基片W的靶部C。借助第二定位裝置PW(以及干涉測量裝置IF)，可使基片臺WT精確地移動，例如得以沿射束PB的路徑定位于不同的靶部C。類似地，第一定位裝置PM可以例如在掩模MA從掩模庫用機器檢索以后或是在掃描過程中用來使掩模MA相對于射束PB的路徑精確定位。一般，物體臺MT、WT的運動可以借助未于圖1中明白示出的長行程組件(粗定位)與短行程組件(精定位)實現(xiàn)。但在晶片分級器的情形(與分級掃描設(shè)備相反)，掩模臺MT可以只連接到短程致動器上或可以固定。掩模MA與基片W可以利用掩模準直標志M1、M2以及基片準直標志P1、P2對準。
上述設(shè)備可以以兩種不同方式使用。
1.分級方式，此時掩模臺MT實質(zhì)上保持不動，整個的掩模圖像在一次操作(即一次“閃光”)投影到靶部C上。然后將基片臺WT沿X和/或Y方向移動，以使光束PB能照射不同的靶部C；以及2.掃描方式，基本上與上述情形相同，只是給定的靶部C不是在一次“閃光”中曝光，而是使掩模臺MT沿給定方向(所謂的“掃描方向”例如為Y方向)以速度ν移動，使得讓投影射束PB掃描過一掩模圖像；同時使基片臺WT以速度V＝Mν沿相同或相反方向移動，此M是透鏡PL的倍率(一般M＝1/4或1/5)。在此方式下，可以曝光較大的靶部C而不必犧牲分辨率。
圖2概示本發(fā)明第一實施例的磁致動器MAC的橫剖面。
在此第一實施例的磁致動器MAC中，示明了第一、第二與第三永磁鐵M1、M2、M3，各個磁鐵例如圍繞一共用中心軸線A1對稱地呈環(huán)形排列。在第一與第二磁鐵M1、M2之間設(shè)有壓電元件PE。這第一與第二磁鐵M1、M2和壓電元件PE組合成磁致動器MAC的第一致動部MAC1。第三磁鐵M3則是第二致動部MAC2的一部分。
壓電元件PE是這樣地設(shè)在磁鐵M1與M2之間，使得第一與第二磁鐵M1、M2能夠沿平行于中央軸線A1的方向彼此相對移位。
此第一與第二磁鐵M1、M2排列成使得第一磁鐵的第一磁極化P1與第二磁鐵的第二磁極化P2基本上按各自的箭頭P1、P2所示平行。第三磁鐵M3的磁極化P3則如箭頭P3所示基本上垂直于第一與第二磁極化P1、P2的方向。下面參看圖2說明用來產(chǎn)生調(diào)節(jié)力的本發(fā)明的作用。
第一磁鐵M1定位成以其第一端面離開第二磁鐵M2的第二端面某個距離G，以使在壓電元件PE所在的下端面之間存在一間隙。
由這三個磁鐵的磁場的相互作用產(chǎn)生的磁力取決于本實施例中三個磁鐵的相對位置，這是本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所熟知的第一磁鐵M1的磁通與第二磁鐵M2的磁通在此間隙上方相互作用，與此實際間隙距離相關(guān)，形成第一與第二磁鐵M1、M2的某個總磁場。這三個磁鐵M1、M2、M3的磁力則源于第一致動部MAC1的第一與第二磁鐵形成的結(jié)構(gòu)(隔一定的間隙距離)的總磁場與第二致動部MAC2的第三磁鐵M3的磁場的相互作用。
這兩個磁鐵M1、M2的相對位置可以通過變更間隙距離G而改變。
在某個位置上，帶有與第一致動部MAC1或第二致動部MAC2偶聯(lián)的載荷(沒有顯示)的磁致動器MAC是處于穩(wěn)態(tài)中，換言之，此相應(yīng)的凈力(磁致動器MAC的磁力與載荷所加的力之差)基本為零。
三個磁鐵M1、M2、M3形成的結(jié)構(gòu)下產(chǎn)生的磁力抵消了載荷在其連接的磁致動器MAC的這部分上所施加的力。在這種狀態(tài)下，此載荷處于給定的位置上。為了將此載荷從該位置重新定位到另一位置上，就必須為重新定位此載荷而產(chǎn)生磁力的變更?？梢酝ㄟ^改變第一與第二磁鐵M1與M2間的間隙距離G而改變磁力。
此間隙距離的變更使得第一致動部MAC1的總磁場變化。當(dāng)此總磁場相對于第三磁鐵M3的磁場改變時，此磁致動器MAC的磁力不再抵消載荷所加的力。
取決于間隙距離G的改變，第一致動部的總磁場的變化可以使得此磁力沿向上或向下方向產(chǎn)生一凈力。由于這一凈力，此載荷將沿凈力方向移動。
一旦到達所需的新位置時，第一與第二磁鐵間的間隙距離G便改變成使此磁力再次抵消由載荷所加的力。此載荷將保持于最新選擇的位置。這種力與運動(或位置)之間的關(guān)系將更詳細地于后面說明。
應(yīng)注意到最好提供設(shè)于閉環(huán)中的控制器(未圖示)以確保上述運動部件的運動以受控方式發(fā)生?？刂破靼ㄓ刑綔y致動器的運動部件相對于固定部件的位置的位置探測器(未圖示)，以及從此位置探測器讀取位置信號以確定致動器運動部件的位置的處理單元(未圖示)。此外，該控制器以本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所周知方式電連(未圖示)到壓電元件PE上。控制器設(shè)置成以下述方式控制壓電元件PE，即，使得在達到新選擇的位置時，會改變壓電元件沿間隙距離方向的尺寸以便磁力再次抵消由載荷所加的力。由于控制器的這種作用，凈力基本上為零?？梢宰⒁獾酱丝刂破鞯奈恢锰綔y器可以布置成來探測一間接位置信號(例如與磁通有關(guān)的信號)，由此可以推導(dǎo)出位置信號。
磁致動器MAC在機械性能上具有低的剛度。這意味著作用于MAC1或磁鐵M3上的磁力對于MAC1相對于M3(沿垂向)的位移(或行程)基本上不變。在幾個mm的行程中可以獲得約200N/m(0.2N/mm)的剛度。這就是說，只需稍許變動凈力就可使MAC1相對M3移動。這種力的改變可通過改變間隙G實現(xiàn)。此磁致動器的力對間隙距離G的變化很敏感間隙距離G的較小改變就會導(dǎo)致這種力有較大改變。間隙距離5～6μm的變化就會造成約0.15N的力的變化，而這樣大的力當(dāng)前述剛度為～200N/m時足以使載荷的位移大于0.5mm。
由于只需控制壓電元件PE來改變用來調(diào)節(jié)磁力的間隙距離，本發(fā)明的磁致動器MAC的耗散是極低的。有利的是，本發(fā)明的磁致動器可以顯著地減少熱膨脹與熱漂移之類的熱效應(yīng)。這種致動器的低剛度的另一個優(yōu)點是，低剛度使得兩個部件即MAC1與MAC2之間的振動是隔離的。由于低的剛度，這兩個部件中之一的振動只對另一部件產(chǎn)生很小的影響，這是因為這兩個部件間所產(chǎn)生的力基本上與這兩個部件在工作范圍的相對位置無關(guān)。
磁致動器MAC可以設(shè)在光刻投影設(shè)備(未圖示)的支承著此設(shè)備的零部件即它的一部分的底部上。磁致動器MAC可以由第一致動部MAC1或者包括第三磁鐵M3的第二致動部MAC2連接到底部。
上述底部可以接附于此設(shè)備所安裝的地板部上，此時待支承的零件可以是孤立的參考框架，或者此底部可以是用于將重力載荷懸掛于光刻投影設(shè)備的短行程或長行程組件之類的動態(tài)部件。所支承的零件也可以是一種光學(xué)元件例如反射鏡或透鏡。應(yīng)該注意到最好是提供這樣一種帶有三個致動器的支承系統(tǒng)以將物體支承于垂直位置，這三個致動器在垂直于支承方向的平面中排成三角形。在這種布置方式下，物體可沿垂向位置(Z方向)定位，但也可以沿X與Y方向傾斜。
圖3示明了磁致動器MAC的第二個供選擇的實施例。在該實施例中，部件采用與圖1和2中相同的標號。
在此第二個供選擇的實施例中，磁鐵件M1、M2與M3再次取第一實施例中所示的環(huán)形。壓電元件PE呈環(huán)形，環(huán)繞第一與第二磁鐵M1、M2定位。壓電元件PE通過框架與第一和第二磁鐵M1、M2連接，此框架包括連接于壓電元件PE上端與第一磁鐵M1頂部外端的上盤件B1和連接于壓電元件PE下端與第二磁鐵M2底部外端的下盤件B2。第三磁鐵M3的一側(cè)為第一與第二磁鐵M1、M2，而另一側(cè)為壓電元件PE。
在此第二實施例中，有利的是，壓電元件的工作長度較大，并且驅(qū)動位移較大。
在此第二實施例中，磁鐵M3可以通過盤件B1、B2中形成的孔與底部連接。
本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，通過采用機械元件例如盤件B1與B2，裝置的剛度就會增加而會妨礙致動操作。最好是在應(yīng)用會影響到致動器剛性的機械零件時，使這樣的零件數(shù)保持到最少。
圖4a是第三實施例的磁致動器的頂視圖。
在此第三實施例中，代替環(huán)形壓電元件PE可以用一組離散的壓電元件來取代整套的柱形PE，例如采用兩個壓電元件并通過一上梁件和一下梁件將它們連接。
在第四實施例中包括環(huán)形磁鐵M1、M2、M3與一共用中央軸線A1，壓電元件PE位于沿共用中央軸線A1，在第一與第二磁鐵M1、M2之內(nèi)形成的柱形腔中(參看圖4b)。壓電元件PE以一個外端同第一磁鐵的遠離間隙G的外端連接，而以另一外端同第二磁鐵的遠離間隙G的外端連接。壓電元件PE的工作長度在此第四實施例中等于第一磁鐵的長度加上第二磁鐵的長度再加上此第一與第二磁鐵間的間隙距離。第四實施例的這一工作長度大于第一實施例的工作長度的優(yōu)點是由此而提供了比第一實施例中大的致動范圍。或者，也可將壓電元件PE定位于第一致動部MAC1與第二致動部MAC2之間的間隙中(參看圖4c)。
磁致動器的第五實施例(圖4d)根據(jù)的是第一、第二與第三磁鐵M1、M2、M3的布置。在此布置中，第三磁鐵M3由間隙G3分為上部M31與下部M32。在第三磁鐵M3的這一間隙內(nèi)存在多個壓電元件PEn，最好是三個壓電元件相鄰兩個之間在水平面中構(gòu)成120°的角。在此實施例中，通過對于間隙內(nèi)的各壓電元件產(chǎn)生不同的位移，第三磁鐵的上部可以相對于第三磁鐵的下部傾斜。這樣就允許產(chǎn)生一垂直于該共用中心軸線方向的力偶以及一可以指向相對于共用中心軸線A1方向傾斜的方向的磁力。在此實施例中，第三磁鐵M3實際上可以分為兩個不同的部分或可以包括在磁鐵M3的主體內(nèi)的狹縫，其中各個狹縫設(shè)置成用于接納一壓電元件。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然可知圖4b與4c所示的壓電元件的另外的布置形式也可用于圖4d的實施例中的將磁鐵M3分開的壓電元件。還應(yīng)注意到，在此第五實施例中，第一致動部MAC1可以包括單個磁鐵，這是因為所產(chǎn)生的磁力可以由分開磁鐵M3的上部與下部的壓電元件調(diào)節(jié)。需知圖2～4d所示的磁鐵布置形式(即第一組件包括兩個沿第一方向磁化的且為包括一在垂直于所述第一方向上磁化的磁鐵的第二組件所圍繞的磁鐵)，僅僅是用來產(chǎn)生一在工作范圍基本保持恒定的磁力的眾多可能形式之一。圖4e示明了另一種配置形式，其中此第一致動部包括兩個具有平行于該第一方向的相反的磁極化的環(huán)形永磁鐵M1、M2，而第二致動部包括一也沿第一方向極化的環(huán)形永磁鐵。此致動力可以通過位于上述間隙中的壓電元件改變第一與第二磁鐵間的間隙來產(chǎn)生。
圖5示明用作沿基本水平方向作用的磁致動器的磁致動器MAC的第六個供選擇的實施例。在此第六個供選擇的實施例中，磁振動器MAC用來沿水平方向產(chǎn)生位移。
本實施例的磁致動器包括兩個磁致動器MAC-A與MAC-B，分別包括第一、第二與第三磁鐵件M1A、M2A、M3A與M1B、M2B、M3B以及壓電元件PE-A和PE-B。這些磁鐵件M1A、M2A、M3A、M1B、M2B、M3B中每一個分別包括磁極化P1A、P2A、P3A、P1B、P2B與P3B。此外，磁致動器MAC-A與MAC-B通過連桿CR連接。磁致動器MAC-A的第一與第二磁鐵的磁極化(P1A，P2A)指向與磁致動器MAC-B的第一與第二磁鐵的磁極化(P1B，P2B)相反的方向，使磁致動器MAC-A與磁致動器MAC-B的磁力相互抵消。
產(chǎn)生位移的凈力來自于各個磁致動器MAC-A與MAC-B的磁力差。在這兩個磁致動器中，此磁力可以通過各磁鐵致動器的壓電元件PE改變。(可替換的是，在第六實施例中，可只有一個壓電元件PE-A或PE-B，在另一個磁致動器中則可省去壓電元件而以各致動器的第一與第二磁鐵相互保持于固定位置。)在圖2～5所示的實施例中是使永磁鐵取環(huán)形，但應(yīng)認識到并非必須如此。應(yīng)知圖2～5所示的磁致動器也可包括非環(huán)形的例如矩形或方形的磁鐵。
本發(fā)明如上所述的響應(yīng)壓電致動器產(chǎn)生磁力的原理也適用于壓電致動的磁阻馬達(或磁性軸承)。
圖6示意地表明本發(fā)明第七實施例的壓電致動磁阻馬達的橫剖圖。
磁阻馬達RM是由包括鐵磁材料的第一致動部(即軛形件Y)和也包括鐵磁材料的第二致動部(L0)組成。軛形件Y包括上部Y1、下部Y2和在Y1與Y2之間的中部Y0。第一部Y1包括第一子部Y11、中間子部Y12和第三子部Y13。第一子部Y11的自由端有斜面YS1。第三子部Y13的自由端有斜面YS2。
類似地，軛形件Y的下部Y2包括第四與第五子部Y24、Y25。第四與第五子部Y24、Y25兩者在其各個指向軛狀件中部Y0的端部具有斜面YS3、YS4。
中部Y0包括永磁鐵M4、第一導(dǎo)向部YC1和第二導(dǎo)向部YC2，這兩個導(dǎo)向部分別具有斜面YCS1a、YCS1b與YCS2a、YCS2b，分別相應(yīng)于斜面YS1、YS2、YS3、YS4，用以將永磁鐵M4的磁場導(dǎo)向到此軛狀件的其他部分。永磁鐵M4的磁極化P4由箭頭P4表明。
在第一導(dǎo)向部YC1的斜面YCS1a與軛形件第一部Y1的第一子部Y11的表面YS1之間，對應(yīng)地在YCS2a與YS2之間，設(shè)有第一間隙距離GD1。同樣，在第一導(dǎo)向部YC1的斜面YCS1b與軛形件第二部Y2的第四子部Y24的表面YS3，對應(yīng)地在YCS2b與YS4之間，設(shè)有第二間隙距離GD2。
此外，磁阻馬達RM包括壓電元件PE2，它連接著永磁鐵M4的側(cè)壁以及此軛形件的上部第一部Y1的第二子部Y12的側(cè)壁。
在軛形件的下部Y2以下，可將一載荷(即，要提升至或定位于此軛形件下一給定位置處的物件)連接到第二致動部(未圖示)上。
軛形件的上部第一部Y1與下部第二部Y2相互相對地處于固定位置。第一部Y1與第二部Y2可以通過一連接部(未圖示)連接，此連接部包括非磁性的材料而最好是不導(dǎo)電的材料例如塑料或陶瓷。
軛形件的中部Y0設(shè)置成在由第一與第二間隙距離GD1、GD2給定的范圍內(nèi)沿向上或向下方向運動。應(yīng)該指出，此中部Y0可以設(shè)置成防止與上部第一部Y1或下部第二部Y2作物理接觸。永磁鐵M4的磁場在軛形件Y的其他部分Y1、Y2、YC1與YC2中感生出磁場。
壓電元件PE2設(shè)置成用來使第一間隙距離GD1與第二間隙距離GD2相互相對地改變。通過將中部Y0實際定位后，可設(shè)置第一間隙距離GD1與第二間隙距離GD2。
改變第一間隙距離GD1與第二間隙距離GD2之間的比例，可以影響各間隙距離上的實際磁通(即每單位面積上的磁場強度)。由于這些磁通的相互作用，與上述磁致動器MAC的第一至第六實施例中的情形類似，形成了能將載荷L0定位于軛形件第二部Y2之下某個給定位置上的磁力。此外，通過改變壓電致動器PE2的尺寸來改變間隙距離比，就可改變磁力而使連接到第二致動部L0上的載荷位置改變到相對于軛形件Y的下部Y2較近或較遠的位置。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可認識到，軛形件的上部Y1可以省去而第七實施例中的磁致動器仍保持其功能通過改變第二間隙距離GD2，仍可控制作用到載荷上的磁力。但應(yīng)認識到與存在有軛形件的上部Y1和兩個反作用的磁通(分別在第一與第二間隙距離上)情形相比，實現(xiàn)這時的控制較為復(fù)雜；操作這種沒有軛形件的上部Y1的磁致動器的效果較差。
圖7中相對于第七實施例示明了磁致動器的運動部分的運動與磁力間的關(guān)系。但應(yīng)認識到，正如本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所知，同樣存在有類似關(guān)系將所產(chǎn)生的磁力描述為壓電元件位移的函數(shù)以及作為載荷位移的函數(shù)，而能與其他實施例作同樣的計算。
圖7概示了根據(jù)第七實施例的磁致動器，對于壓電元件的不同位移，作為此磁致動器的第二致動部L0的位置的函數(shù)的磁力的曲線圖。
在此曲線圖中，沿垂向?qū)⒋帕Ρ硎緸榇酥聞悠鞯倪\動部件沿水平方向位置的函數(shù)。這里所示明的力—位置關(guān)系是由(有限元法)模擬而測定的。
給出了三條函數(shù)曲線，分別表明由致動器的壓電元件PE2造成的不同位移。此例中的位移或為標稱的，即在0.0mm的穩(wěn)態(tài)位置，或者是在此曲線圖中分別為-0.05或0.05mm的低于或高于此標稱值位置的情形。
上方的函數(shù)曲線表示壓電元件位移-0.05mm的力-位置曲線。
中間的函數(shù)曲線表示壓電元件位移0.00mm的力-位置曲線。
下方的函數(shù)曲線表示壓電元件位移+0.05mm的力-位置曲線。
磁力在此是按致動器的每米長度計算的。
各函數(shù)曲線的力響應(yīng)是在運動部件在標稱位置附近的行程為-0.5～+0.5mm的范圍內(nèi)計算的。
在此示范性的例子中假定了此運動部件的重量以及所附加的載荷為600N，此運動部件的磁鐵可以保持在其標稱位置。上述重量正好為磁力抵消。
當(dāng)軛形件中部Y0的永磁鐵M4例如移動到-0.05mm位置(上方曲線)處，引力便增加到約700N(對于標稱位置中的運動部件)而此運動部件將由于磁力與重力的差而向上運動當(dāng)致動器的運動部件處于標稱位置時有約100N的凈力作用于其上。當(dāng)此運動部件向上運動，此凈力將增加得更多。
在磁鐵運動到例如+0.5mm的位置時，引力增大到約800N而該運動部件會因磁力與重量差而進一步向上運動在致動器的運動部分上作用有約200N的凈力。
從圖7可見，可以推出最大允許行程位置在向下和向上方向分別約為-0.3mm和+0.3mm。對于在標稱位置(0.0mm)下-0.05mm的壓電位移(上方曲線)，當(dāng)運動部件位于-0.3mm的位置時可產(chǎn)生600N的磁力。注意到上述位置是可以補償載荷的最低位置。在此位置之下，運動部件(以及載荷)不能再停止而將下降。當(dāng)壓電位移為在標稱位置(0.0mm)上+0.05mm(下方曲線)時，在位置+0.3mm處的運動部件可以產(chǎn)生約600N的磁力。注意到這是最高可能的位置。要是此載荷移動到更高，它就不能停止而將被拉向軛形件。于是此運動部件的工作行程約比壓電元件產(chǎn)生的行程大六倍。應(yīng)該注意到此致動器的運動部分的擾動與加速度的影響在最大允許行程的討論中未考慮進去。在此最大允許行程中，凈力基本為零，此時沒有能用來抵消上述擾動或加速度的力可利用。此最大允許行程是有上限的；上述凈力必須是非零的以處理加速度。因此，允許抵消加速度的最大行程將比上述最大允許行程要小。
應(yīng)該指出，對于給定尺寸的磁致動器的工作原理的優(yōu)化可以集中于實際產(chǎn)生的磁力或作業(yè)行程的大小上。在磁力與行程組合中所存在的折衷是本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所熟知的。因此，這種原理一方面可以用于磁性軸承(大磁力與短行程)，而另一方面能用于短行程馬達(小磁力與較大行程)。
還應(yīng)指出，盡管此工作原理涉及到所有的示明的實施例，但第一至第六實施例更適用于包括有小磁力變化的情形，而第七實施例則更適用于包括有較大磁力變化的情形。第一～第三實施例的應(yīng)用例如是光學(xué)元件(透鏡、反射鏡、光束分裂器等)的定位。第七實施例的應(yīng)用例如是短行程馬達或磁性軸承。
最后，上述的本發(fā)明的磁致動器涉及到平移系統(tǒng)。應(yīng)知本發(fā)明的磁致動器也可用于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的實際精神下可以設(shè)想出本發(fā)明其他的供選擇的和等同的實施例并使之實用化，本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.用于調(diào)節(jié)載荷上的力的磁致動器(MAC；RM)，它包括第一致動部(MAC1；Y)與第二致動器(MAC2；L0)，此第一致動部包括第一磁性件(M1；Y0)與第二磁性件(M2；Y1，Y2)，此第二致動部(MAC2，L0)包括第三磁性件(M3；L0)，此第一與第二致動部被構(gòu)造與布置成在這兩部件之間產(chǎn)生沿第一方向的磁力，上述載荷加于此第一或第二致動部上，其特征在于，此磁致動器設(shè)有連接到第一(M1；Y0)與第二(M2；Y1，Y2)磁性件上的位移元件(PE；PE2)，用以相對地使此第一與第二磁性件移位。
2.如權(quán)利要求1所述的磁致動器(MAC；RM)，其特征在于，所述位移元件(PE；PE2)包括壓電元件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁致動器(MAC)，其特征在于，所述第一與第二磁性件被布置成在上述第一方向相互相鄰并分開第一間隙(G1)，此位移元件(PE)被布置成使第一磁性件(M1)相對于第二磁性件(M2)沿該第一方向移動，以在第一致動部(MAC1)與第二致動部(MAC2)之間的磁相互作用改變時在此第一方向上產(chǎn)生調(diào)節(jié)力。
4.如權(quán)利要求3所述的磁致動器，其特征在于，位移元件(PE)位于第一間隙(G1)中。
5.如權(quán)利要求3所述的磁致動器，其特征在于，第一磁性件(M1)與第二磁性件(M2)分別包括一沿第一方向延伸的腔，該位移元件(PE)設(shè)置于第一磁性件(M1)的腔內(nèi)和第二磁性件(M2)的腔內(nèi)，該位移元件(PE)與第一磁性件(M1)和第二磁性件(M2)耦聯(lián)，其具有的工作長度基本上等于此第一與第二磁性件的長度再加上第一間隙(G1)的距離。
6.如權(quán)利要求5所述的磁致動器，其特征在于，位移元件(PE)設(shè)置成與第一和第二磁性件(M1、M2)相鄰，位移元件(PE)與第一磁性件(M1)和第二磁性件(M2)耦聯(lián)，而其具有的工作長度基本上等于此第一與第二磁性件的長度再加上第一間隙(G1)的距離。
7.如權(quán)利要求6所述的磁致動器，其特征在于，提供了與第一磁性件(M1)耦聯(lián)的第一連接件(B1)以及與第二磁性件(M2)耦聯(lián)的第二連接件(B2)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的磁致動器(RM)，其特征在于，第一致動部(Y)包括上部(Y1)、下部(Y2)與中部(Y0)，中部(Y0)設(shè)置成以第一面(YC1a)面向此軛形件(Y1)的第一端面(YS1)和以第二端面(YS2a)面向此軛形件(Y1)的第二端面(YS2)；下部(Y2)位于中部(Y0)之下且包括第一下部(Y24)和第二下部(Y25)，此第一與第二下部(Y24、Y25)在第一方向沿縱向延伸；此第一下部(Y24)設(shè)置成以第三端面(YS3)面向中部(Y0)的第三表面(YC1b)，此第二下部(Y25)布置成以第四端面(YS4)面向中間部(Y0)的第四表面(YC2b)；此磁致動器在第一表面(YC1a)和第一端面(YS1)之間以及在第二表面(YC2a)與第二端面(YS2)之間提供第一間隙距離(GD1)；此磁致動器在第三表面(YC1b)和第三端面(YS3)以及在第四表面(YC2b)和第四端面(YS4)之間提供第二間隙距離(GD2)；上述中部(Y0)包括其磁極化(P4)指向第二方向的第四磁鐵(M4)。
9.如權(quán)利要求8所述的磁致動器，其特征在于，此第二磁性件(Y1)與第三磁性件(L0)是由第四磁鐵(M4)感生的磁鐵。
10.如權(quán)利要求8或9所述的磁致動器，其特征在于，中部(Y0)包括用于給第四磁鐵(M4)的磁場導(dǎo)向的導(dǎo)向件(YC1、YC2)。
11.如權(quán)利要求8或9或10所述的磁致動器，其特征在于，上述第一表面(YC1a)與第一端面(YS1)是相對于該第一方向的傾斜面，而上述第二表面(YC2a)與第二端面(YS2)是相對于第一方向的傾斜面。
12.如權(quán)利要求1～11所述的磁致動器(MAC；RM)，其特征在于，所述磁性件包括不可磁化的材料如碳基聚合物或陶瓷。
13.設(shè)有如上述任一項權(quán)利要求所述的磁致動器(MAC；RM)的支承系統(tǒng)。
14.光刻投影設(shè)備，它包括輻射系統(tǒng)，用于提供輻射的投影射束；支承結(jié)構(gòu)，用于支承圖案化裝置，此圖案化裝置用來依據(jù)所需圖案使此投影射束圖案化；基片臺，用來保持基片；以及投影系統(tǒng)，用來將圖案化的射束投影到基片的靶部，所述設(shè)備設(shè)有依據(jù)上述權(quán)利要求1～12中任一項所述的磁致動器。
15.光刻投影設(shè)備，它包括輻射系統(tǒng)，用來提供輻射的投影射束；支承結(jié)構(gòu)，用于支承圖案化裝置，此圖案化裝置用來依據(jù)所需圖案使此投影射束圖案化；基片臺，用來保持基片；以及投影系統(tǒng)，用來將圖案化的射束投影到基片的靶部，所述設(shè)備設(shè)有如權(quán)利要求14所述的支承系統(tǒng)。
16.器件制造方法，它包括下述步驟提供至少部分被一層輻射敏感材料覆蓋的基片；應(yīng)用輻射系統(tǒng)提供輻射的投影射束；應(yīng)用圖案化裝置使此投影射束于其橫剖面上具有圖案；以及將此輻射的圖案化射束投影到該輻射敏感材料層的靶部之上，其特征在于，提供如上述權(quán)利要求1～12中任一項所述的磁致動器。
全文摘要
用于控制載荷上磁力的磁致動器，它包括分別具有第一、第二與第三位置的第一、第二與第三磁性件，此第一與第二磁性件相互相鄰而沿第一方向分開一第一間隙，此第二與第三磁性件相互相鄰而沿第二方向分開一第二間隙；上述磁力是由此第一、第二與第三磁性件于其各自的第一、第二與第三位置處的磁相互作用產(chǎn)生，其中此磁致動器包括連接到上述三個磁性件的至少兩個之上的位移件，此位移件設(shè)置為通過使這三個磁性件至少之一從其相關(guān)位置上相對位移而改變這三個磁性件的磁相互作用。
文檔編號H01L21/027GK1505067SQ20031011953
公開日2004年6月16日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月29日
發(fā)明者R·E·M·L·德威爾德特, J·A·A·T·達姆斯, A T 達姆斯, R E M L 德威爾德特 申請人:Asml荷蘭有限公司