JPS607727A

JPS607727A - 電磁アラインメント装置

Info

Publication number: JPS607727A
Application number: JP59118401A
Authority: JP
Inventors: ダニエル・ギヤルバ−ト
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1984-06-11
Publication date: 1985-01-16
Also published as: EP0131155A3; DE3481734D1; EP0131155B1; CA1219893A; US4506204A; JPH0586848B2; EP0131155A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、装置、特に、多くの他の可能な用途の中でマ
イクロリトグラフィ装置におけるウェーハの位置合せも
しくはアラインメントでの使用に適応されている電磁ア
ラインメント装置に関する。

従来技術従来、対象物を平面運動により確定される６つの自由度
で運動させるために、台もしくはステージを互いに積み
重ねるようにして配置し、それぞれ単軸のステージもし
くは台を駆動するための６つの個々のりニヤおよび／ま
たは回転モータを用いることが必要であると考えられて
いた。

上記の様な装置は長い年月に亘り用いられており応分の
成功を収めている。

発明が解決しようとする問題点本発明は、上記のような技術分野における貢献を企図す
るものであって上記のような公知の装置に対し改良され
た新規な型のアラインメント装置を提供することにある
。

問題点を解決するための手段本発明は、少なくとも３つの磁石アッセンブリと該磁石
アッセンブリを互いに離間関係で取付けるための手段ξ
を特徴とする電磁アラインメント装置を提供しようとす
るものである。この装置はさらに、それぞれ磁石アッセ
ンブリの高磁束領域を通るようにして取付けられた少な
くとも６つのコイルアンセンブリを備えており、該コイ
ルアッセンブリの幅はそれぞれ高磁束領域の幅よりも相
当に小さい。さらに、コイルアンセンブリそれぞれにお
ける電流の流れを制御するだめの手段が設けられる。そ
れに加えて、コイルアンセンブリを接続して、磁石アッ
センブリに対して運動可能な構造を形成するための手段
が設げられ、該構造上には例えばＩＪ　）グラフィ装置
で用いるためのシリコンウェーハを取付けることができ
る。コイルアンセンブリは、コイルに対する電流の供給
を制御することにより上記構造が選択的に３つの自由度
で運動できるような相互関係で巻回される。

本発明の一実施態様においては、４つの磁石゛アッセン
ブリおよび４つのコイルアンセンブリが用いられる。本
発明の他の様相によれは、磁気回路の高磁束領域はその
両側で閉結されておって、それにより各コイルアンセン
ブリは常時上記高磁束領域内に含まれる。本発明の他の
様相によれば、インダクタンスを最小にするために各磁
気回路の各側部要素を取巻いて閉ループのワイヤもしく
は導体が取付けられる。

本発明の他の実施態様においては、４つの磁石アッセン
ブリには、該磁石アッセンブリを互いに矩形関係で取付
けるための手段が設けられる。その場合、一対の隣接す
る１石アッセンブリは、磁気回路が第１の磁石の上部磁
極から第１の磁石の下部磁極へ、そしてそこから第２の
磁石の下部磁極を介して該第２の上部磁極へ延び上記第
１の磁石の上部磁極に戻るように配列される。他の対の
隣接する缶石アッセンブリは、磁気回路が第６の磁石の
上部磁極から該第６の磁石の下部磁極へ、そしてそこか
ら第４の磁石の下部磁極を介し第５の磁石の上部磁極へ
と延びて上記第３の磁石の上部磁極に戻るように配列さ
れる。このアッセンブリはまた、それぞれ磁石の高磁束
領域を通るように取付けられた４つのコイルアンセンブ
リを備えている。コイルアッセンブリの幅は、それぞれ
、高磁束領域の幅よりも相当に小さい。さらにコイルア
ンセンブリを流れる電流を制御するための手段ならびに
コイルアンセンブリを接続して磁石に対し運動可能な構
造を形成するための手段が設げられる。コイルアッセン
ブリは、該コイルへの電流の供給を制御することにより
上記構造が選択的に３つの自由度で運動できるような相
互関係で巻回される。。

上には、以下の詳細な説明の良き理解を得んがため並び
に当該技術分野に対する本発明の貢献に関する深い理解
を得んがために本発明の比較的重要な特徴に関しおおま
かに梗概した。これら以外に本発明の付加的な特徴があ
ることは言うまでもな（、これら付加的な特徴に関して
は追って詳細に説明する。また当業者には、本明細書に
おける開示の基礎となる思想を、本発明の幾つかの目的
を実施するための他の装置の設計の基礎に容易に利用可
能であることは理解されるであろう。したがって、本明
細書での開示は、本発明の範囲を逸脱することなく均等
な装置をも包摂するものと見做されるべきである。

実施例説明の便宜上本発明の幾つかの実施例を選択し、以下添
付図面を参照してこれら実施例に関し説明する。

第１図を参照するに、この図にしま、少なくとも６つの
磁石アッセンブリを含む電磁アライメント（位置合せ）
装置が示されている。なお、磁石アッセンブリは総て類
似の構造のものであるので図面には１つの磁石アッセン
ブリだけを図示するに留めた。この磁石アッセンブリは
第１図に参照数字１０で全体的に表わされている。

この磁石アッセンブリは、磁気回路もしくは磁路が上部
板１２から」二部磁極片１４に、そしてヤヤツプ１６を
横切って下部磁極片１８へと延びるように構成されてい
る。第１図に線および矢印２２で図示したように、磁束
は下部磁極片１８の中央部で２手に分れて側部もしくは
角部要素２０を介し上部磁極１２に戻っている。インダ
クタンスを最小にするために、角部要素２０を取巻いて
閉ループのワイヤもしくは導体２４が設けられている。

装置はさらに、それぞれ磁石アッセンブリの高磁束領域
を横切るように取付けられた少なくとも６つのコイルア
ンセンブリを備えている。

総てのコイルアンセンブリは類似の構造であるので、１
つのコイルアンセンブリ２６だけを図示するに留めた。

このコイルアンセンブリは磁石アッセンブリ１０の高磁
束領域１６を横切っている。特に、このコイルアンセン
ブリ２６０幅は磁石アッセンブリ１０の高磁束領域′１
６の幅よりも相当に小さい点に注意されたい。高磁束領
域１６は、側部もしくは角部要素２０により閉結されて
おり、したがってコイルアンセンブリ２６は常時高磁束
領域内に含まれている。

コイルアンセンブリ２６にはリード線２８および３０が
設けられている。これらリード線もしくはリードに供給
される電流はコントロー、う３２によって制御される。

磁石アッセンブリ１０に対して可動である構造３４を形
成するようにコイルアンセンブリを接続するだめの手段
が設けられており、そのうちの１つが参照数字２６で示
されている。例えばシリコンウェーハのような対象物を
、マイクロリトグラフィ装置で使用するために構造３４
上に取付けることができる。なお、この装置はマイクロ
リトグラフィでの使用に限られるものではな（゛、他の
多くの使用が可能である。

第１図を参照するに、電流の方向は矢印３６で示されて
おり、磁気回路は参照数字２２で表わされている。その
結果としてコイルおよび構造３４に生ずる正味の力は矢
印３８で示されている。このようにして、６つまたは４
つ以上の磁石アッセンブリならびに同数のコイルアンセ
ンブリを単一平面に取付けた場合には、コイルを流れる
電流の制御で６つの自由度、即ちＸおよびＹ軸方向にお
ける構造３４の運動ならびに回転運動が制御される。

次に第２図を参照するに、この図には、互いに矩形を形
成する関係で配列された２対の磁石アッセンブリ４０，
４２．４４および４６を含む本発明の別の実施例による
電磁アラインメント装置が示しである。これらアッセン
ブリは総て同一平面内にある。隣接対をなす磁石アッセ
ンブリ４０および４２においては、磁石は、磁気回路も
しくは磁路４７が第１の磁石４０の上部磁極４８から上
部磁極片５０へ、そしてギャツ７６５２を横切り第１の
磁石の下部磁極５４へと延び、そこから第２の磁石４２
の下部磁極５６へ、そして上向きにギャップ５８を゛横
切って上部磁極片６０へ、そしてそこから該第２の磁石
４２の上部磁極６２へと延び、第１の磁石４０の上部磁
極４８に戻っている。一対の磁石アッセンブリ４４およ
び４８は、上述の磁路に類似の磁路もしくは磁気回路を
有する。角部要素もしくはコーナ片６４は、支持構造要
素であるが、磁気的に絶縁材料から形成されている。

さらに第２図を参照するに、装置はさらに、それぞれ磁
石アッセンブリの高磁束領域を横切るようにして取付け
られた４つのコイルアンセンブリを備えている。これら
コイルアンセンブリは類似の構造であるので、図面には
２つのコイルアンセンブリ６６および６８だけを示すに
留めた。コイルアンセンブリ６６は研石アッセンブリ４
０の高磁束領域５２を横切るようにして設けられ、他方
コイルアンセンブリ６８は磁石アッセンブリ４２高磁束
領域５８を横切るように設けられている。なお、コイル
アンセンブリ６６０幅は高磁束領域５２０幅よりも相当
に小さく、そしてコイルアンセンブリ６８の幅も高磁束
領域５８の幅よりも相当に小さい点に留意されたい。こ
れら高磁束領域は、両側において側部もしくは角部要素
６４により閉結されておって、それによりコイルアンセ
ンブリ６６および６８はそれぞれ常時高磁束領域内に含
まれている。

コイルアンセンブリ６６には一対のリード７０および７
２が設げられており、そしてコイルアンセンブリ６８に
は、一対のリード７４および７６が設けられている。こ
れらリードに供給される電流はコントローラ７８によっ
て制御される。

磁石アッセンブリ４０，４２．４４および４６に対し運
動可能である構造８０を形成するようにコイルアンセン
ブリを接続するための手段が設けられており、図にはそ
のうち２つの手段６６および６８だけが示されている。

例えはシリコンウェーハのような対象物は、マイクロリ
トグラフィ装置で使用するために構造８０上に取付ける
ことができる。なお装置は、この用途に限られるもので
はなく他の多くの使用が可能である。

第２図を参照するに、第１のコイルアンセンブリ６６に
おける電流の方向は矢印８２で示されており、磁気回路
は参照数字４７で示されている。コイルおよび構造８０
上には、矢印８４で示す正味の力が作用する。第２のコ
イルアンセンブリ６８における電流の方向は矢印８６で
示されており、磁気回路は参照数字４７で表わされてい
る。したがって、コイルおよび構造８０には矢印８８で
示すような正味の力が生ずる。

その結果として、コイルアンセンブリ６６および６８な
らびに図示してない２つのコイルアンセンブリにおける
電流の制御で・、力８４および８８ならびに図示してい
ない他の２つの力を制＠Ｉして、それにより６つの自由
度、即ちＸおよびＹ軸方向における構造８０の運動なら
びに回転運動を制御することができる。

次に第６図に示した本発明の実施例について述べると、
強磁性の基部９０上には、総括的に参照数字９２．９４
．９６および９８で示すように互いに矩形を形成する関
係で一平面内に取付けられた４つの磁石アッセンブリが
設けられている。これら４つのアッセンブリは類似の構
造である。各磁石アッセンブリは、磁気回路もしくは磁
路が、上部磁極片１００から高磁束領域もしくはギャッ
プ１０２を通って下部磁極片１０４へと下方に延びそこ
から磁石１０６へと延びるように構成されている。磁束
は中央部で２手に分れて、第１図の実施例と関連して説
明したのと類似の仕方で側部もしくはコーナ片１０８を
介し上部磁極片１００へと戻る。

装置はさらに、それぞれ磁石アッセンブリ９２．９４．
９６および９８の高磁束領域を横切るようにし取付けら
れた４つのコイルアンセンブリ１１０，１１２．１１４
および１１６を備えている。即ち、コイルアンセンブリ
１１２は、磁石アッセンブリ９４の高磁束ギャップ１０
２を通るように取付けられている。この場合にも、各コ
イルアンセンブリの幅はそれぞれ磁石アッセンブリの高
磁束領域の幅よりも一相当に小さいことは諒解されるで
あろう。１０２で示したような高磁束領域の各々は、側
部もしくは角部要素１０８によって両側で閉結されてお
り、したがって、コイルアンセンブリ１１２のようなコ
イルアンセンブリは、常時高磁束領域内に置かれる。

コイルアンセンブリ１１０にはリード１１８および１２
０が設けられており、コイルアンセンブリ１１２にはリ
ード１２２および１２４が設けられている。同様にして
、コイルアンセンブリ１１４はリード１２６および１２
８を有し、他方コイルアンセンブリ１１６はリード１３
０および１３２を有している。これらリードに供給すれ
る電流はコントローラ１３４によって制御される。

構造もしくは作業台（プラットフォーム）１３６を形成
するようにコイルアンセンブリを接続するための手段が
設けられている。作業台もしくはプラットフォームは４
つの取付はブラケット１３８上にしつか９と取付けられ
ている。

４つのコイルアツセンプり１１０，１１２゜１１４およ
び１１６も、ブラケット１３８に固定的に取付けられて
おって、単一のユニットとして運動可能である堅牢な構
造を形成している。

例えば、シリコンウェーハのような対象物はこの構造も
しくは作業プラットフォーム上に数例けられる。しかし
ながら、この装置の他の多くの用途も可能である。各ブ
ラケット１３８は、非常に低い摩擦でエアパッド表面１
４２上を運動するように適応されたエアパッド１４０を
担持している。なお２つの千アバツトだけを図示するに
留めた。高さおよび水平位調節用アクチュエータ１４４
は、エアパッドしたがってまた作業プラットフォームの
各磁石アッセンブリに対する高さを調節したり水平位調
節をする働きをなす。

動作において、コントローラ１３４０制御下で、磁界内
のも・ろいろなコイルアンセンブリに供給される電流の
方向およ゛び大きさが制御され、それによりコイル自体
ならびに作業プラットフォームに対応の力が発生されて
、固定的に取付けられた磁石アッセンブリに対するプラ
ットフォームの運動を制御することができる。この構造
によれば、６つの自由度即ちＸおよびＹ軸方向における
運動、ならびに回転運動が達成される。

上の説明から明らかなように本発明によれば、大きな力
を発生する能力を有し、電力消費が小さく、運動質量が
小さくて、しかも平面内で大きな範囲に亘り運動が可能
で、ブラシレス直流デバイスとして実現することができ
る改良された電磁アラインメント装置が提案された。

本明細書では、説明の便宜上、本発明のいくつかの特定
の実施例を開示したが、本発明が属する技術分野の専門
家には、本明細書の検討後、これら実施例の他のいろい
ろな変更が本発明の範囲を逸脱することなく可能であろ
うことを付記する。

発明の効果本発明によれば、従来、対象物を平面運動により確定さ
れる６つの自由度で運動させるために必要であると考え
られていた複数のリニヤモータおよび／または回転モー
タを用いずに、６つの自由度、即ちＸ軸、Ｙ軸方向にお
ける対象物の運動ならびに回転運動の制御可能性が達成
され、しかも本発明によれば、大きな力を発生する能力
を有し、電力消費が小さく、運動質量が小さく、かつ平
面内で大きな範囲に亘シ運動が可能で、ブラシレス直流
デバイスとして実現できる改良された電磁アラインメン
ト装置が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の思想に従がって構成された電磁アラ
インメント装置の一部分を示す一部切欠き斜視図、第２
図は、本発明の別の実施例を示す第１図に類似の一部切
欠き斜視図、そして第６図は、本発明のさらに他の実施
例を示す一部切欠き斜視図である。１０．４０，４２，４４，４６，４８，９２゜９４．９
６．９８，１０６・・・磁石アッセンブリ、１２・・・
上部板、１４，５０，６０，１００・・・上部磁極片、
１６，５２，５８，１０２・・・高磁束領域、１８，５
４，１０４・・・下部磁極片、２０゜６４．１０８・・
・角部要素、２２・・・磁束、２４・・・導体ワイヤ、
２６，６６．６８，１１０，１１２゜１１４．１１６・
・・コイルアッセンブリ、２８゜３０．７０，７２，７
４，７６．１２２，１２４゜１３０．１３２・・・リー
ド、３２，７８，１３４・・・コントローラ、３４，８
０，１３６・・・プラットフォーム、４７・・・磁路、
４８．６２・・・上部磁極、５６・・・下部磁極、９０
・・・基部、１３８・・・取付はブラケット、１４０・
・・エアパッド、１４４・・・アクチュエータ。

Claims

【特許請求の範囲】１、　少なくとも６つの磁石アッセンブリと、該磁石ア
ッセンブリを互いに離間ないし空間配置関係で取付ける
だめの手段と、それぞれ磁石アッセンブリの高磁束領域
を通るように取付けられた少なくとも６つのコイルアン
センブリとを備え、該コイルアンセンブリの幅をそれぞ
れ前記高磁束領域の幅よりも相当に小さくシ、さらに、
それぞれ前記コイルアンセンブリを流れる電流を制御す
るための手段と、前記コイルアンセンブリを接続して前
記磁石アッセンブリに対し運動可能な構造を形成する手
段とを備え、前記コイルアンセンブリは、該コイルアン
センブリに対する電流の供給を制御することにより前記
構造が選択的に３つの自由度で運動できるような相互関
係で巻回されていることを特徴とする電磁アラインメン
ト装置。２、実質的に単一平面内に４つの磁石アッセンブリと４
つのコイルアンセンブリとが配置されている特許請求の
範囲第１項記載の電磁アラインメント装置。６、磁気回路の高磁束領域が両側で閉結されておって、
それにより前記コイルアンセンブリがそれぞれ常時該高
磁束領域内に含まれるようにした特許請求の範囲第１項
記載の電磁アラインメント装置。４、　インダクタンスを最小にするために各磁気回路の
各側部片の周りに取付けられた閉ループの導体を備えて
いる特許請求の範囲第６項記載の電磁アラインメント装
置。５、磁石アッセンブリを互いに薙形関係で取付け、隣接
する磁石アッセンブリを該矩形の角部要素で互いに接続
し、各磁石アッセンブリを、磁気回路が上部磁極から下
部磁極へ、そしてそこから隣接の角部要素へ延びて該角
部要素を介し上方に延び前記上部磁極に戻るように構成
されている特許請求の範囲第２項記載の電磁アラインメ
ント装置。６．４つの磁石アッセンブリと、該磁石アッセンブリを
互いに離間関係で実質的に１つの平面内に取付けるため
の手段とを備え、前記磁石アッセンブリは互いに矩形の
関係に配列されて、隣接の磁石アッセンブリを前記矩形
の角部要素により互いに接続し、各磁石アッセンブリは
、磁気回路が上部磁極から下部磁極へ、そしてそこから
隣接の角部要素に延び該角部要素を介して上方に延びて
該上部磁極へと戻るように配列され、さらに、それぞれ
磁石アッセンブリの高磁束領域を通るように取付けられ
た４つのコイルアンセンブリを有し、該コイルアンセン
ブリの幅をそれぞれ高磁束領域の幅よりも相当に小さく
シ、さらに前記コイルアンセンブリそれぞれを流れる電
流を制御するための手段と、前記コイルアンセンブリを
接続して前記磁石アッセンブリに対し運動可能な構造を
形成するための手段とを備え、該手段は、前記４つのコ
イルアンセンブリをそれぞれ担持する４つの取付はブラ
ケットと、該４つの取付はブラケットに堅固に取付ケラ
れた作業プラットフォームとを有し、各取付はブラケッ
トは空気パッド表面上に取付けるだめの空気パッドを担
持し、各取付はブラケットは前記構造の傾斜および高さ
を制御するための高さおよび水平位制御アクチュエータ
を担持し、前記コイルアンセンブリは、前記コイルに対
する電流の供給を制御することにより前記構造が選択的
に３つの自由度で運動可能なような相互関係で巻回され
ていることを特徴とする電磁アラインメント装置。Ｚ　４つの磁石アッセンブリと、該磁石アッセンブリを
互いに矩形関係で取付けるための手段とを備え、一対の
隣接する前記磁石アッセンブリは、磁気回路が第１の磁
石の上部磁極から該第１の磁石の下部磁極へ、そしてそ
こから第２の磁石の下部磁極を経て該第２の磁石の上部
磁極へ延び、前記第１の上部磁極に戻るように配列され
、隣接する他の対の磁石アッセンブリは、磁気回路が、
第６の磁石の上部磁極から該第６の磁石の下部磁極へ、
そしてそこから第４の磁石の下部磁極を介して該第４の
磁石の上部磁極へ延びそして前記第３の磁石の上部磁極
に戻るように配列され、さらにそれぞれ前記磁石アッセ
ンブリの高磁束領域を通るように取付けられた４つのコ
イ／Ｉ／　７　ツセｙ　フＩＪ　ヲ備え、該コイルアン
センブリの幅をそれぞれ前記高磁束領域の幅よりも相当
に小さくシ、さらに、前記コイルアンセンブリそれぞれ
における電流の流れを制御するための手段と、前記コイ
ルアンセンブリを接続して前記磁石アッセンブリに対し
運動可能な構造を形成するための手段とを備え、前記コ
イルアッセンブリは該コイルアンセンブリへの電流の供
給を制御することにより前記構造が選択的に６つの自由
度で運動できるような相互関係で巻回されていることを
特徴とする電磁アラインメント装置。