压电控制的磁致动器 【技术领域】
本发明涉及方案1前序部分中定义的用于控制磁力的致动装置。同时本发明涉及到方案3前序部分定义的用来控制调节力的磁致动器。此外，本发明涉及方案8前序部分所述的用来控制磁阻力的磁致动器，本发明还涉及方案13前序部分所定义的支承系统。再者，本发明还涉及方案14前序部分所定义的光刻投影设备。另外本发明也涉及到方案16前序部分所定义的器件制造方法。
背景技术
本发明发现了光刻投影设备领域中的一种优选应用，这种设备包括：用来提供辐射的投影射束的辐射系统；支承用来根据所需图案使投影射束图案化的图案化装置的支承结构；保持基片的基片台；以及将图案化射束投影到此基片一靶部上的投影系统。
这里所用的术语“图案化装置”应广义地解释为指这样一种装置，它可以用来使入射的辐射束具有与基片靶部中要形成的图案相对应的图案化剖面；在本文中也可以用“光阀”一词。一般，上述图案将对应于此靶部中形成的器件中地一特定功能层，例如集成电路或其他器件(参看以下所述)。这种图案化装置的例子包括：
--掩模。掩模的概念是光刻技术中周知的，包括例如二元型、交错相移型与衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。将这种掩模置于辐射束中时，将根据掩模上的图案对辐射到掩模上的射束作选择性的透射(在透射式掩模情形中)或反射(在反射式掩模情形中)。在使用掩模时，支承结构一般是掩模台，它确保掩模能保持在入射的辐射束中的所需位置处，并在有需要时可相对此射束移动；
--可编程反射镜阵列。这种装置的例子之一是具有粘弹性控制层与反射面的矩阵可寻址表面。此种设备的基本原理(例如)是，该反射面的编址区将入射光反射为衍射光，而未编址区则将入射光反射为非衍射光。应用适当的滤光片，上述非衍射光可以滤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据矩阵可寻址表面的编址图案而图案化。可编程反射镜阵列的另一实施例利用矩阵排列形式的微细反射镜，每个反射镜可以通过施加适当的局部电场或采用压电致动装置各自绕一轴线倾斜。再次指出，这些反射镜是矩阵可寻址的，使得已编址的反射镜将以不同于未编址的反射镜的方向使入射的辐射束反射；在此方式下，所反射的射束便根据此矩阵可寻址反射镜的编址图案而图案化。所要求的矩阵编址可以使用合适的电子装置来实现。上述两种情形下，这种图案化装置可以包括一个或多个可编程反射镜阵列。要想获得这里所涉及的反射镜阵列的更多信息，例如可参考美国专利US 5 296 891与US 5 523 193以及PCT专利申请WO98/38597与WO 98/33096，它们之中的内容已综合于此供参考。在此可编程反射镜阵列的情况下，所述支承结构可以具体表现为一支架或台，它们例如可根据需要固定或移动；以及
--可编程LCD阵列。这种结构的例子于美国专利US 5 229 872中给出，它的内容已综合于此供参考。如上所述，这种情形中的支承结构可以由支架或台来体现，它们例如可按需要固定或移动。
为简单起见，本说明书的其余部分在某些情况下具体为针对涉及掩模与掩模台的例子，但这种情形下所论述到的普遍原理应从以上所述图案化装置的广义内容上理解。
例如在集成电路(IC)的制造中可以采用光刻投影设备。这时的图案化装置可以产生与IC特定层对应的电路图案，而此图案则可以在涂有一层射线敏感材料(抗蚀剂)的基片(硅片)上的靶部(例如包括一或多个电路小片)上成像。一般，单个晶片将包含相邻各靶部的整个网络，这些靶部将一次一个地相继地通过投影系统被照射。在当前的这种设备中，在通过掩模台上的掩模进行图案化时，可以区分为两种不同的设备。在一种光刻投影设备中，各个靶部在一次过程中是通过将整个掩模图案敞露于靶部之上而被照射；这样一种设备一般称为晶片分级器或分级重复设备。在另一种通称为分级扫描装置的设备中，通过沿给定的基准方向(“扫描”方向)在投影射束下连续地扫描掩模图案且同步地与上述方向平行或逆平行扫描此基片台而照射各靶部，由于一般地说此投影系统具有一放大系数M(一般＜1)，因而扫描此基片台的速度V将是扫描此掩模台的速度的M倍。有关这里所述的光刻装置的更详细知识例如可以参考US 6 046 792，其中的内容已综合于此供参考。
在用光刻投影设备进行制造的过程中，是将(例如掩模中的)图案在至少是部分为一层辐射敏感材料(抗蚀剂)所覆盖的基片上成像。在此成像步骤之前，对此基片可作各种处理，如进行涂底漆、涂布抗蚀剂与软烘干。在曝光后，可对基片进行其他处理，如曝光后烘干(PEB)、显影、硬烘干以及成像部件的测量/检查。这一系列处理是对器件如IC的单个层进行图案化的基础。然后将这种已图案化的层再进行各种处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等，所有这些处理都是用来完成一单个层。要是需要有若干层，则此整个过程或其变形就必须对各个新层重复。结果在此基片(晶片)上便会出现一列器件。这些器件然后由例如裁切、锯割之类技术相互分开，由此可将各个器件安装到托架上，连接到管脚上，等等。有关这种工艺更详细的信息可以例如得自“Mrcrochip Fabrication：APractical Guide to Semiconductor Processing”，Third Edition，by Peter van Zant，McGraw Hi1l Publishing CO.，1997，ISBN0-07-067250-4，其内容已综合于此供参考。
为简单起见，这种投影系统以后称之为“透镜”；但此术语应广义理解为涵盖各种类型的投影系统，包括例如折射式光学系统、反射式光学系统与反折射光学系统。上述辐射系统也可包括按照用来引导、成形或控制投影的辐射束的任何这种设计类型工作的部件，而这类部件在下面也总体地或单一地称之为“透镜”。此外，这种光刻设备可以是具有两个或多个基片台(和/或两个或多个掩模台)的类型。在这类“多级”装置中，增设的台可以平行地使用，或者可在一个或多个台上进行预备性步骤，而一个或多个其他的台则用于曝光。双级式光刻设备例如描述于US 5 969 441与WO 98/40791中，这两者的内容已综合于此供参考。
在光刻投影设备中需有支承件来提供反抗重力的永久力。例如需要有准静态支承件来支承孤立的基准架(它支承此投影系统和各种传感器装置)并使之不受外部振动影响。需要有例如动态支承件以在长行程的组件上为基片或图案化装置支承短行程组件。在这种动态支承件中，提供了静态力部件来支承短行程组件的重量，同时提供动态力部件来驱动短行程组件。在这静态与动态支承件两者之中，重要的是这种支承件应具有很低的刚性以阻止传递振动。
以前，例如在EP 1 001 512或美国5 780 943中已公开了，提出利用磁引力和/或磁斥力来提供支承力。但这中间给出的技术方案所提供的支承力可能在沿着支承方向和垂直于支承方向上同位置有关。所提出的技术方案还可能受到退磁作用的影响。
本说明书中所引进的应用磁力的支承件还涉及到提供磁力的磁致动器。这种磁致动器用来提供必须被支承和/或定位于良好确定的位置处的载荷。通常，这种磁致动器产生调节位置的调节力或抵消所需的力(重力)的补偿力，或产生这样两种力。
在已有技术中，这种致动器是所谓Lorentz型的，它应用磁力将载荷保持于良好确定的位置处或因实际载荷改变而调节该位置。由这种类型致动器来产生磁力时，根据的是Lorentz对带电粒子的运动与外部磁场间的关系所给定的原理。
不利的是，在此致动器的实际工作中，这种致动器利用了导电线圈中的电流来产生磁力，并同时形成了连续的热耗散。这种热耗散会使致动器所在的系统部分产生温度变化。这种因热耗散造成的温度变化造成的热漂移或热膨胀(和/或热应力)有可能对支承件的稳定性产生不利的影响。
还应注意到，当现有技术的磁致动器是用来实现物体的磁力悬浮时，由于要在物体在悬浮下的运动期间经常补偿重力而需连续地改变形成此磁场所加电流的幅度，就使问题变得更为复杂。增大这种电流会在致动器中导致退磁作用。此外，用来建立悬浮效应时的热耗散可能会较大而给Lorentz致动器附近的其他部分带来热问题。再有，在悬浮过程中，在致动器的机械部分中可能产生较高的加速度，这会产生大的扰动力或可能在这些机械部件中产生相关的损伤。
用来产生调节力的另一种致动器则是根据压电原理，这种致动器包括一压电晶体，压电晶体中电感应的位移被应用来改变致动器的位置。尽管和Lorentz型致动器相比，压电致动器的热耗散较小，但是压电致动器不利之处是具有较小的致动范围，这是由于压电效应的有限值所致。此外，压电致动器不适合用来为物体形成悬浮力。
在持续不断的努力来形成能够以越来越细小的部件确定图案的光刻投影设备过程中，这种射束波长也已减小到越来越低的值。当前，典型的波长为157nm，这是电磁波谱的(远)紫外线(UV)部分。应知此UV波段中较小的波长(例如126nm)也是可能的，或是在5～20nm范围的极远紫外(EUV)波段。
已注意到，应将此设备的机械的与热的稳定性保持到使致动器检测不出热耗散对光刻投影设备的性能的影响的值以下。由于曝光的部件尺寸持续地减小，同时光刻投影设备所用的辐射波长越来越短，因而益发需要以更好的热与机械的稳定性来调节致动器。
【发明内容】
本发明的目的在于提供改进了热耗散性能的致动器。
上述目的和其他目的是依据本发明方案1前序部分中所限定的用于控制在载荷上的磁力的磁致动器而实现的，此磁致动器的特征在于，它设有一连接第一磁性件(M1；Y0)和第二磁性件(M2；Y1，Y2)的位移件(PE；PE2)，此位移件用来相对地位移该第一与第二磁性件。
应知一个磁性件可以代表一永磁铁也可代表一由铁磁材料制成的磁性件。还应认识到，所述位移件既可以包括压电元件，也可以包括例如能在第一与第二致动部间提供相对位移的液压或气动或磁致伸缩元件。一般地说，任何可提供体积变化的致动件都可适用作本申请中的位移件。这种体积变化也可根据化学物质的热膨胀或相变。
此外，本发明还涉及到方案1所限定的用于控制调节力的磁致动器，其中此第一磁性件与第二磁性件沿第一方向相互相邻设置且由第一间隙分开，此位移件被设置成用来使第一磁性件相对于第二磁性件沿该第一方向位移，以在第一致动部与第二致动部之间的磁互作用改变时沿第一方向产生一调节力。
本发明还涉及方案1所限定的用来产生磁阻力的磁致动器，其特征在于，此磁致动器包括上部、下部与中部，上部呈轭状件形状；中部于轭状件之下沿第二方向沿纵向延伸，且以其第一表面面向轭形件的第一端面，以其第二表面面向轭形件的第二端面；此下部位于中部之下且包括第一下部与第二下部，此第一与第二下部在第一方向中沿纵向延伸；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；此磁性致动器在上述第一表面与第一端面之间、同时在上述第二表面与第二端面之间提供第一间隙；此磁性致动器还在上述第三表面与第三端面之间、同时在上述第四表面与第四端面之间提供第二间隙；此中部包括一第四磁铁，其磁极化指向该第二方向。
这种磁致动器的特性是具有低的耗散，也就是说只在瞬变过程中才有耗散以及只在控制时才有临界耗散。这一特点的存在是由于磁系统与“位置致动器”，即对于稳定的状态具有零耗散的致动器相结合的结果。这种磁系统包括其具备的磁场不是由载流导体产生的磁性件。
本发明还涉及方案13前序部分中限定的包括有前述磁致动器的支承系统。
再有，上述目的和其他目的可根据本发明方案14的前序部分中所限定的设有上述磁致动器的光刻投影设备而实现。
根据本发明的另一方面，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动器。
虽然在本说明书中对于本发明的设备的用途具体涉及到IC的制造，但应清楚地认识到这种设备是可以用于其他许多方面的。例如这种设备可以用于制造集成光学系统、磁畴存储器的制导与探测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域普通技术人员应知，在其他这类应用的范围内，任何于本说明书中用到的术语：“标线片”、“晶片”或“电路小片”，都应理解为可分别置换为更一般性的术语：“掩模”、“基片”与“靶部”。
在本说明书中，“辐射”与“射束”等词是用来涵盖所有类型的电磁辐射的，包括紫外(UV)辐射(例如波长为365、248、193、157或126nm的)与极远紫外(EUV)辐射(例如波长在5-20nm的范围内)以及粒子束，如离子束或电子束。
【附图说明】
下面参考若干附图来说明本发明，但这些附图只用于阐明目的，而不是对所附权利要求书的保护范围的限制。
图1示明光刻投影设备；
图2概示本发明第一实施例的磁致动器的横剖面；
图3示出了本发明的磁致动器的第二个供选择的实施例；
图4a示明第三实施例的磁致动器的顶视图；
图4b示明本发明的磁致动器的第四实施例；
图4c示明本发明的磁致动器的第四实施例的另一种布置形式；
图4d示明本发明的磁致动器的第五实施例；
图4e示明本发明第一实施例的另一种磁铁的布置形式。
图5示明本发明的磁致动器的第六个供选择的实施例，用作沿大致水平方向起作用的磁致动器；
图6示明本发明第五实施例的磁致动器的示意性横剖面，这种磁致动器用作压电致动的磁阻马达；
图7示出作为本发明第五实施例的磁致动器运动部分位置函数的磁力的曲线图。
【具体实施方式】
图1概示本发明一特殊实施例的光刻投影设备1。此设备包括：
辐射系统Ex，IL，用来提供辐射(例如UV辐射)的投影射束PB。在此特定情形中，该辐射系统还包括辐射源LA；
第一物体台(掩模台)MT，它设有掩模支座以保持掩模MA(例如标线片)，并与用来使掩模相对于物件PL精确定位的第一定位装置PM连接；
第二物体台(基片台)WT，它设有用来保持基片W(例如涂有抗蚀剂的硅片)的基片支座，并与用来使基片相对于物件PL精确定位的第二定位装置PW连接；
投影系统(“透镜”)PL，用于使掩模MA的被照射部分于基片W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片)上成像。
如这里所述，此设备是反射型(即具有反射式掩模)。但一般地说，此设备也可以是透射型(例如具有透射式掩模)。或者，此设备也可以利用另一种图案化装置，例如上面所述的那种可编程反射镜阵列。
辐射源LA(例如汞灯或准分子激光器)产生辐射束。此射束送入照明系统(照明器)IL，或者是直接的或者是在通过了调节装置例如射束扩展器Ex之后。照明器IL可以包括调节装置AM用以设置光束强度分布中的外和/或内径向范围(一般分别称之为σ外与σ内)。此外，还通常包括各种其他部件，如积分器IN与聚光镜CO。这样，照射到掩模MA上的射束PB在其横剖面上便具有所需的均匀性与所需的强度分布。
从图1可见，辐射源LA可以在光刻投影设备的机壳内(例如当辐射源LA是汞灯时便常是如此)，但它也可远离光刻投影设备，它所产生的射束(例如借助适当的导向反射镜)被导引到此设备内；当辐射源LA是准分子激光器时便常属上述的后一种情形。本发明与权利要求书涵盖了这两种情形。
射束PB然后透过保持于掩模台MT上的掩模MA。透过掩模MA后的射束PB通过透镜PL而聚焦于基片W的靶部C。借助第二定位装置PW(以及干涉测量装置IF)，可使基片台WT精确地移动，例如得以沿射束PB的路径定位于不同的靶部C。类似地，第一定位装置PM可以例如在掩模MA从掩模库用机器检索以后或是在扫描过程中用来使掩模MA相对于射束PB的路径精确定位。一般，物体台MT、WT的运动可以借助未于图1中明白示出的长行程组件(粗定位)与短行程组件(精定位)实现。但在晶片分级器的情形(与分级扫描设备相反)，掩模台MT可以只连接到短程致动器上或可以固定。掩模MA与基片W可以利用掩模准直标志M1、M2以及基片准直标志P1、P2对准。
上述设备可以以两种不同方式使用。
1.分级方式，此时掩模台MT实质上保持不动，整个的掩模图像在一次操作(即一次“闪光”)投影到靶部C上。然后将基片台WT沿X和/或Y方向移动，以使光束PB能照射不同的靶部C；以及
2.扫描方式，基本上与上述情形相同，只是给定的靶部C不是在一次“闪光”中曝光，而是使掩模台MT沿给定方向(所谓的“扫描方向”例如为Y方向)以速度ν移动，使得让投影射束PB扫描过一掩模图像；同时使基片台WT以速度V＝Mν沿相同或相反方向移动，此M是透镜PL的倍率(一般M＝1/4或1/5)。在此方式下，可以曝光较大的靶部C而不必牺牲分辨率。
图2概示本发明第一实施例的磁致动器MAC的横剖面。
在此第一实施例的磁致动器MAC中，示明了第一、第二与第三永磁铁M1、M2、M3，各个磁铁例如围绕一共用中心轴线A1对称地呈环形排列。在第一与第二磁铁M1、M2之间设有压电元件PE。这第一与第二磁铁M1、M2和压电元件PE组合成磁致动器MAC的第一致动部MAC1。第三磁铁M3则是第二致动部MAC2的一部分。
压电元件PE是这样地设在磁铁M1与M2之间，使得第一与第二磁铁M1、M2能够沿平行于中央轴线A1的方向彼此相对移位。
此第一与第二磁铁M1、M2排列成使得第一磁铁的第一磁极化P1与第二磁铁的第二磁极化P2基本上按各自的箭头P1、P2所示平行。第三磁铁M3的磁极化P3则如箭头P3所示基本上垂直于第一与第二磁极化P1、P2的方向。下面参看图2说明用来产生调节力的本发明的作用。
第一磁铁M1定位成以其第一端面离开第二磁铁M2的第二端面某个距离G，以使在压电元件PE所在的下端面之间存在一间隙。
由这三个磁铁的磁场的相互作用产生的磁力取决于本实施例中三个磁铁的相对位置，这是本领域中普通技术人员所熟知的：第一磁铁M1的磁通与第二磁铁M2的磁通在此间隙上方相互作用，与此实际间隙距离相关，形成第一与第二磁铁M1、M2的某个总磁场。这三个磁铁M1、M2、M3的磁力则源于第一致动部MAC1的第一与第二磁铁形成的结构(隔一定的间隙距离)的总磁场与第二致动部MAC2的第三磁铁M3的磁场的相互作用。
这两个磁铁M1、M2的相对位置可以通过变更间隙距离G而改变。
在某个位置上，带有与第一致动部MAC1或第二致动部MAC2偶联的载荷(没有显示)的磁致动器MAC是处于稳态中，换言之，此相应的净力(磁致动器MAC的磁力与载荷所加的力之差)基本为零。
三个磁铁M1、M2、M3形成的结构下产生的磁力抵消了载荷在其连接的磁致动器MAC的这部分上所施加的力。在这种状态下，此载荷处于给定的位置上。为了将此载荷从该位置重新定位到另一位置上，就必须为重新定位此载荷而产生磁力的变更。可以通过改变第一与第二磁铁M1与M2间的间隙距离G而改变磁力。
此间隙距离的变更使得第一致动部MAC1的总磁场变化。当此总磁场相对于第三磁铁M3的磁场改变时，此磁致动器MAC的磁力不再抵消载荷所加的力。
取决于间隙距离G的改变，第一致动部的总磁场的变化可以使得此磁力沿向上或向下方向产生一净力。由于这一净力，此载荷将沿净力方向移动。
一旦到达所需的新位置时，第一与第二磁铁间的间隙距离G便改变成使此磁力再次抵消由载荷所加的力。此载荷将保持于最新选择的位置。这种力与运动(或位置)之间的关系将更详细地于后面说明。
应注意到最好提供设于闭环中的控制器(未图示)以确保上述运动部件的运动以受控方式发生。控制器包括有探测致动器的运动部件相对于固定部件的位置的位置探测器(未图示)，以及从此位置探测器读取位置信号以确定致动器运动部件的位置的处理单元(未图示)。此外，该控制器以本领域中普通技术人员所周知方式电连(未图示)到压电元件PE上。控制器设置成以下述方式控制压电元件PE，即，使得在达到新选择的位置时，会改变压电元件沿间隙距离方向的尺寸以便磁力再次抵消由载荷所加的力。由于控制器的这种作用，净力基本上为零。可以注意到此控制器的位置探测器可以布置成来探测一间接位置信号(例如与磁通有关的信号)，由此可以推导出位置信号。
磁致动器MAC在机械性能上具有低的刚度。这意味着作用于MAC1或磁铁M3上的磁力对于MAC1相对于M3(沿垂向)的位移(或行程)基本上不变。在几个mm的行程中可以获得约200N/m(0.2N/mm)的刚度。这就是说，只需稍许变动净力就可使MAC1相对M3移动。这种力的改变可通过改变间隙G实现。此磁致动器的力对间隙距离G的变化很敏感：间隙距离G的较小改变就会导致这种力有较大改变。间隙距离5～6μm的变化就会造成约0.15N的力的变化，而这样大的力当前述刚度为～200N/m时足以使载荷的位移大于0.5mm。
由于只需控制压电元件PE来改变用来调节磁力的间隙距离，本发明的磁致动器MAC的耗散是极低的。有利的是，本发明的磁致动器可以显著地减少热膨胀与热漂移之类的热效应。这种致动器的低刚度的另一个优点是，低刚度使得两个部件即MAC1与MAC2之间的振动是隔离的。由于低的刚度，这两个部件中之一的振动只对另一部件产生很小的影响，这是因为这两个部件间所产生的力基本上与这两个部件在工作范围的相对位置无关。
磁致动器MAC可以设在光刻投影设备(未图示)的支承着此设备的零部件即它的一部分的底部上。磁致动器MAC可以由第一致动部MAC1或者包括第三磁铁M3的第二致动部MAC2连接到底部。
上述底部可以接附于此设备所安装的地板部上，此时待支承的零件可以是孤立的参考框架，或者此底部可以是用于将重力载荷悬挂于光刻投影设备的短行程或长行程组件之类的动态部件。所支承的零件也可以是一种光学元件例如反射镜或透镜。应该注意到最好是提供这样一种带有三个致动器的支承系统以将物体支承于垂直位置，这三个致动器在垂直于支承方向的平面中排成三角形。在这种布置方式下，物体可沿垂向位置(Z方向)定位，但也可以沿X与Y方向倾斜。
图3示明了磁致动器MAC的第二个供选择的实施例。在该实施例中，部件采用与图1和2中相同的标号。
在此第二个供选择的实施例中，磁铁件M1、M2与M3再次取第一实施例中所示的环形。压电元件PE呈环形，环绕第一与第二磁铁M1、M2定位。压电元件PE通过框架与第一和第二磁铁M1、M2连接，此框架包括连接于压电元件PE上端与第一磁铁M1顶部外端的上盘件B1和连接于压电元件PE下端与第二磁铁M2底部外端的下盘件B2。第三磁铁M3的一侧为第一与第二磁铁M1、M2，而另一侧为压电元件PE。
在此第二实施例中，有利的是，压电元件的工作长度较大，并且驱动位移较大。
在此第二实施例中，磁铁M3可以通过盘件B1、B2中形成的孔与底部连接。
本领域中普通技术人员应该理解，通过采用机械元件例如盘件B1与B2，装置的刚度就会增加而会妨碍致动操作。最好是在应用会影响到致动器刚性的机械零件时，使这样的零件数保持到最少。
图4a是第三实施例的磁致动器的顶视图。
在此第三实施例中，代替环形压电元件PE可以用一组离散的压电元件来取代整套的柱形PE，例如采用两个压电元件并通过一上梁件和一下梁件将它们连接。
在第四实施例中包括环形磁铁M1、M2、M3与一共用中央轴线A1，压电元件PE位于沿共用中央轴线A1，在第一与第二磁铁M1、M2之内形成的柱形腔中(参看图4b)。压电元件PE以一个外端同第一磁铁的远离间隙G的外端连接，而以另一外端同第二磁铁的远离间隙G的外端连接。压电元件PE的工作长度在此第四实施例中等于第一磁铁的长度加上第二磁铁的长度再加上此第一与第二磁铁间的间隙距离。第四实施例的这一工作长度大于第一实施例的工作长度的优点是由此而提供了比第一实施例中大的致动范围。或者，也可将压电元件PE定位于第一致动部MAC1与第二致动部MAC2之间的间隙中(参看图4c)。
磁致动器的第五实施例(图4d)根据的是第一、第二与第三磁铁M1、M2、M3的布置。在此布置中，第三磁铁M3由间隙G3分为上部M31与下部M32。在第三磁铁M3的这一间隙内存在多个压电元件PEn，最好是三个压电元件相邻两个之间在水平面中构成120°的角。在此实施例中，通过对于间隙内的各压电元件产生不同的位移，第三磁铁的上部可以相对于第三磁铁的下部倾斜。这样就允许产生一垂直于该共用中心轴线方向的力偶以及一可以指向相对于共用中心轴线A1方向倾斜的方向的磁力。在此实施例中，第三磁铁M3实际上可以分为两个不同的部分或可以包括在磁铁M3的主体内的狭缝，其中各个狭缝设置成用于接纳一压电元件。本领域的普通技术人员显然可知：图4b与4c所示的压电元件的另外的布置形式也可用于图4d的实施例中的将磁铁M3分开的压电元件。还应注意到，在此第五实施例中，第一致动部MAC1可以包括单个磁铁，这是因为所产生的磁力可以由分开磁铁M3的上部与下部的压电元件调节。需知图2～4d所示的磁铁布置形式(即第一组件包括两个沿第一方向磁化的且为包括一在垂直于所述第一方向上磁化的磁铁的第二组件所围绕的磁铁)，仅仅是用来产生一在工作范围基本保持恒定的磁力的众多可能形式之一。图4e示明了另一种配置形式，其中此第一致动部包括两个具有平行于该第一方向的相反的磁极化的环形永磁铁M1、M2，而第二致动部包括一也沿第一方向极化的环形永磁铁。此致动力可以通过位于上述间隙中的压电元件改变第一与第二磁铁间的间隙来产生。
图5示明用作沿基本水平方向作用的磁致动器的磁致动器MAC的第六个供选择的实施例。在此第六个供选择的实施例中，磁振动器MAC用来沿水平方向产生位移。
本实施例的磁致动器包括两个磁致动器MAC-A与MAC-B，分别包括第一、第二与第三磁铁件M1A、M2A、M3A与M1B、M2B、M3B以及压电元件PE-A和PE-B。这些磁铁件M1A、M2A、M3A、M1B、M2B、M3B中每一个分别包括磁极化P1A、P2A、P3A、P1B、P2B与P3B。此外，磁致动器MAC-A与MAC-B通过连杆CR连接。磁致动器MAC-A的第一与第二磁铁的磁极化(P1A，P2A)指向与磁致动器MAC-B的第一与第二磁铁的磁极化(P1B，P2B)相反的方向，使磁致动器MAC-A与磁致动器MAC-B的磁力相互抵消。
产生位移的净力来自于各个磁致动器MAC-A与MAC-B的磁力差。在这两个磁致动器中，此磁力可以通过各磁铁致动器的压电元件PE改变。(可替换的是，在第六实施例中，可只有一个压电元件PE-A或PE-B，在另一个磁致动器中则可省去压电元件而以各致动器的第一与第二磁铁相互保持于固定位置。)
在图2～5所示的实施例中是使永磁铁取环形，但应认识到并非必须如此。应知图2～5所示的磁致动器也可包括非环形的例如矩形或方形的磁铁。
本发明如上所述的响应压电致动器产生磁力的原理也适用于压电致动的磁阻马达(或磁性轴承)。
图6示意地表明本发明第七实施例的压电致动磁阻马达的横剖图。
磁阻马达RM是由包括铁磁材料的第一致动部(即轭形件Y)和也包括铁磁材料的第二致动部(L0)组成。轭形件Y包括上部Y1、下部Y2和在Y1与Y2之间的中部Y0。第一部Y1包括第一子部Y11、中间子部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。
类似地，轭形件Y的下部Y2包括第四与第五子部Y24、Y25。第四与第五子部Y24、Y25两者在其各个指向轭状件中部Y0的端部具有斜面YS3、YS4。
中部Y0包括永磁铁M4、第一导向部YC1和第二导向部YC2，这两个导向部分别具有斜面YCS1a、YCS1b与YCS2a、YCS2b，分别相应于斜面YS1、YS2、YS3、YS4，用以将永磁铁M4的磁场导向到此轭状件的其他部分。永磁铁M4的磁极化P4由箭头P4表明。
在第一导向部YC1的斜面YCS1a与轭形件第一部Y1的第一子部Y11的表面YS1之间，对应地在YCS2a与YS2之间，设有第一间隙距离GD1。同样，在第一导向部YC1的斜面YCS1b与轭形件第二部Y2的第四子部Y24的表面YS3，对应地在YCS2b与YS4之间，设有第二间隙距离GD2。
此外，磁阻马达RM包括压电元件PE2，它连接着永磁铁M4的侧壁以及此轭形件的上部第一部Y1的第二子部Y12的侧壁。
在轭形件的下部Y2以下，可将一载荷(即，要提升至或定位于此轭形件下一给定位置处的物件)连接到第二致动部(未图示)上。
轭形件的上部第一部Y1与下部第二部Y2相互相对地处于固定位置。第一部Y1与第二部Y2可以通过一连接部(未图示)连接，此连接部包括非磁性的材料而最好是不导电的材料例如塑料或陶瓷。
轭形件的中部Y0设置成在由第一与第二间隙距离GD1、GD2给定的范围内沿向上或向下方向运动。应该指出，此中部Y0可以设置成防止与上部第一部Y1或下部第二部Y2作物理接触。永磁铁M4的磁场在轭形件Y的其他部分Y1、Y2、YC1与YC2中感生出磁场。
压电元件PE2设置成用来使第一间隙距离GD1与第二间隙距离GD2相互相对地改变。通过将中部Y0实际定位后，可设置第一间隙距离GD1与第二间隙距离GD2。
改变第一间隙距离GD1与第二间隙距离GD2之间的比例，可以影响各间隙距离上的实际磁通(即每单位面积上的磁场强度)。由于这些磁通的相互作用，与上述磁致动器MAC的第一至第六实施例中的情形类似，形成了能将载荷L0定位于轭形件第二部Y2之下某个给定位置上的磁力。此外，通过改变压电致动器PE2的尺寸来改变间隙距离比，就可改变磁力而使连接到第二致动部L0上的载荷位置改变到相对于轭形件Y的下部Y2较近或较远的位置。本领域中的普通技术人员可认识到，轭形件的上部Y1可以省去而第七实施例中的磁致动器仍保持其功能：通过改变第二间隙距离GD2，仍可控制作用到载荷上的磁力。但应认识到与存在有轭形件的上部Y1和两个反作用的磁通(分别在第一与第二间隙距离上)情形相比，实现这时的控制较为复杂；操作这种没有轭形件的上部Y1的磁致动器的效果较差。
图7中相对于第七实施例示明了磁致动器的运动部分的运动与磁力间的关系。但应认识到，正如本领域中的普通技术人员所知，同样存在有类似关系将所产生的磁力描述为压电元件位移的函数以及作为载荷位移的函数，而能与其他实施例作同样的计算。
图7概示了根据第七实施例的磁致动器，对于压电元件的不同位移，作为此磁致动器的第二致动部L0的位置的函数的磁力的曲线图。
在此曲线图中，沿垂向将磁力表示为此致动器的运动部件沿水平方向位置的函数。这里所示明的力—位置关系是由(有限元法)模拟而测定的。
给出了三条函数曲线，分别表明由致动器的压电元件PE2造成的不同位移。此例中的位移或为标称的，即在0.0mm的稳态位置，或者是在此曲线图中分别为-0.05或0.05mm的低于或高于此标称值位置的情形。
上方的函数曲线表示压电元件位移-0.05mm的力-位置曲线。
中间的函数曲线表示压电元件位移0.00mm的力-位置曲线。
下方的函数曲线表示压电元件位移+0.05mm的力-位置曲线。
磁力在此是按致动器的每米长度计算的。
各函数曲线的力响应是在运动部件在标称位置附近的行程为-0.5～+0.5mm的范围内计算的。
在此示范性的例子中假定了此运动部件的重量以及所附加的载荷为600N，此运动部件的磁铁可以保持在其标称位置。上述重量正好为磁力抵消。
当轭形件中部Y0的永磁铁M4例如移动到-0.05mm位置(上方曲线)处，引力便增加到约700N(对于标称位置中的运动部件)而此运动部件将由于磁力与重力的差而向上运动：当致动器的运动部件处于标称位置时有约100N的净力作用于其上。当此运动部件向上运动，此净力将增加得更多。
在磁铁运动到例如+0.5mm的位置时，引力增大到约800N而该运动部件会因磁力与重量差而进一步向上运动：在致动器的运动部分上作用有约200N的净力。
从图7可见，可以推出最大允许行程位置在向下和向上方向分别约为-0.3mm和+0.3mm。对于在标称位置(0.0mm)下-0.05mm的压电位移(上方曲线)，当运动部件位于-0.3mm的位置时可产生600N的磁力。注意到上述位置是可以补偿载荷的最低位置。在此位置之下，运动部件(以及载荷)不能再停止而将下降。当压电位移为在标称位置(0.0mm)上+0.05mm(下方曲线)时，在位置+0.3mm处的运动部件可以产生约600N的磁力。注意到这是最高可能的位置。要是此载荷移动到更高，它就不能停止而将被拉向轭形件。于是此运动部件的工作行程约比压电元件产生的行程大六倍。应该注意到此致动器的运动部分的扰动与加速度的影响在最大允许行程的讨论中未考虑进去。在此最大允许行程中，净力基本为零，此时没有能用来抵消上述扰动或加速度的力可利用。此最大允许行程是有上限的；上述净力必须是非零的以处理加速度。因此，允许抵消加速度的最大行程将比上述最大允许行程要小。
应该指出，对于给定尺寸的磁致动器的工作原理的优化可以集中于实际产生的磁力或作业行程的大小上。在磁力与行程组合中所存在的折衷是本领域中普通技术人员所熟知的。因此，这种原理一方面可以用于磁性轴承(大磁力与短行程)，而另一方面能用于短行程马达(小磁力与较大行程)。
还应指出，尽管此工作原理涉及到所有的示明的实施例，但第一至第六实施例更适用于包括有小磁力变化的情形，而第七实施例则更适用于包括有较大磁力变化的情形。第一～第三实施例的应用例如是光学元件(透镜、反射镜、光束分裂器等)的定位。第七实施例的应用例如是短行程马达或磁性轴承。
最后，上述的本发明的磁致动器涉及到平移系统。应知本发明的磁致动器也可用于转动系统。
本领域的普通技术人员在不背离本发明的实际精神下可以设想出本发明其他的供选择的和等同的实施例并使之实用化，本发明的范围只由所附权利要求书限定。