JP2005117049A - リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発生する力とエネルギー散逸の関係に関する性能が改善された平面モータを提供すること。
【解決手段】平面モータの磁界分布は、永久磁石或いは１つ又は複数の通電導体によって生成される。平面モータをリソグラフィ装置に適用して、対象物テーブルを第１の方向及び第１の方向に垂直な第２の方向に移動させることができる。永久磁石或いは通電導体の特定の配列により、前記第１又は第２の方向の一方で平面モータの効率を改善することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、リソグラフィ装置、とりわけリソグラフィ装置の位置決め装置、及びデバイス製造方法、とりわけ位置決め装置を用いた対象物テーブルの位置決めに関するものである。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板のターゲット部分に付与する機械である。リソグラフィ装置は、例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いることができる。そのような場合、マスクなどのパターン形成装置を用いてＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成することが可能であり、このパターンを、放射線感光材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウェハ）上の（例えば１つ又は複数のダイの一部を含む）ターゲット部分に結像させることができる。一般に単一のウェハは、連続的に露光される隣接するターゲット部分のネットワークを含む。周知のリソグラフィ装置には、パターン全体をターゲット部分に一度に露光することによって各ターゲット部分を照射する、いわゆるステッパと、パターンを投影ビームの下で所与の方向（「走査」方向）に走査し、それと同時にこの方向に対して平行又は逆平行に基板を同期して走査することによって各ターゲット部分を照射する、いわゆるスキャナとが含まれる。

リソグラフィ装置では、基板やレチクルのようなパターン形成装置などの対象物の移動が必要である。１方向又は２方向での比較的大きい移動と、正確な位置決めのための比較的小さい移動の両方が必要となる。この両方の必要条件はしばしば、対象物を１方向又は２方向で比較的長い距離にわたって移動させることのできる、いわゆる長ストローク・モータと、１つ又は複数のリニア・アクチュエータを有し、対象物を高精度で比較的短い距離にわたって移動させることのできる、いわゆる短ストローク・モータとを組み合わせることによって実現される。一般的な値としては、長ストローク・モータはマイクロメートルの精度でおよそ５００ｍｍのストロークを有し、（１つ又は複数の）リニア・アクチュエータはナノメートルの精度で数ｍｍのストロークを可能にする。短ストローク・モータを長ストローク・モータに取り付けることにより、前記短ストローク・モータに接続された対象物テーブルによって保持されている対象物を、長い距離にわたって移動させることも、正確に位置決めすることもできるようになる。こうした長ストローク・モータの特定の例は、米国特許第６４９６０９３号又は米国特許第６４４１５１４号に記載された平面モータであり、これらの全体を参照によって本明細書に組み込む。平面モータは、一般に磁石板及びコイル組立体を有し、板および組立体のうちの一方が、板および組立体のうちの他方に対して移動できるようになっている。例えば、平面モータは、固定された磁石板、及び複数のコイルの組を含む移動可能なコイル・ブロックを有していてもよい。様々なコイルの組に適当な電流を印加することにより、コイル・ブロックと磁石板との間に力を発生させることができる。この力はコイル・ブロックに接続された対象物テーブルを、磁石板の平面に平行な第１の方向、磁石板の平面に平行で第１の方向に垂直な第２の方向、及び前記平面に垂直な第３の方向に移動させることができる。一般に、対象物テーブルの距離及び／又は角度を水平面（Ｘ、Ｙ及びＲｚ）内で移動させるために磁石板の平面に平行な力を加え、対象物テーブルを所定の高さ及び傾き（Ｚ、Ｒｘ及びＲｙ）で維持するために前記平面に垂直な方向の力を発生させる。

前記第１の方向、及び前記第１の方向と直交する前記第２の方向における比較的長い距離の移動を可能にするために、磁石板はこの直交する２つの方向に周期的な交番磁界を有するように設計される。したがって、前記第１の方向に延び前記第２の方向に移動されるコイルは、周期的に交番する鎖交磁束を受ける。同じコイルを９０度回転させる、すなわちコイルが前記第２の方向に延び前記第１の方向に移動されるようにしても、コイルはやはり周期的に交番する鎖交磁束を受ける。コイルに電流が供給されると、コイルと磁石板との間に力が発生し、この力は電流及び鎖交磁束の変化量に比例する。

多相巻線を適用し、様々な相に適当な電流を与えることにより、（対象物テーブルの重量を補償するための）一定の垂直方向の力、及び（対象物テーブルを必要な位置及び／又は方向に移動させるための）水平方向の力を、磁石板と、多相巻線を備えたコイル・ブロックとの間に発生させることができる。前記第１及び第２の方向に互いに直交するようにずらした２つの多相巻線を適用することにより、前記第１及び第２の方向に沿った移動が可能になる。一般に、コイル・ブロックは３つ以上の多相巻線又はコイル・ユニットを備えている。様々なコイル・ユニットを適当に配置することにより、平面モータによって６自由度までの対象物テーブルの位置決めが可能になる。様々なコイル・ユニットの様々なコイルに適当な電流を与えることにより、６自由度までの必要な移動及び位置決めが実現される。その結果、様々な巻線でエネルギー散逸（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）が生じる。

他のほとんどの処理装置にもあてはまるリソグラフィ装置の観点は、単位時間当たりに処理される対象物の数、すなわち処理効率を最適化するという目的である。処理効率を向上させる１つの方法は、対象物テーブルにより大きい加速度及び減速度（すなわち、より大きい力の要求）を適用することである。しかし、コイル・ユニットの多相巻線におけるエネルギー散逸は巻線を通る電流の二乗に比例するため、より大きい力を加えることによって得られるより大きな加速度／減速度は、エネルギー散逸の増加をもたらす。

対象物の正確な位置決めを必要とする多くの製造工程では、対象物の温度を制御するために、エネルギー散逸又は熱汚染をできるだけ低く保つべきであるため、こうしたエネルギー散逸の増加が許されないことがしばしばである。したがって、位置決めされる対象物の環境で許容されるエネルギー散逸は、製造（例えばリソグラフィ）工程自体によって制限される。このため、平面モータのエネルギー散逸が、得られる処理効率に対する制限要因となる可能性がある。したがって、リソグラフィ装置の全体性能が、エネルギー散逸に対する平面モータの性能による影響を受ける可能性がある。

平面モータの他の欠点は、磁石板の磁界分布が、異なる自由度における必要な力の条件について最適化されないことである。例えば、平面モータの磁界分布は、一般に前記第１の方向と第２の方向とで同じである。その結果、第１及び第２の方向に同じ巻線が適用される場合、エネルギー散逸の単位量に対して発生する力はどちらの方向でも同じになる。前記第１及び第２の方向又は他の自由度では、一般に加速度又は負荷サイクルについての必要条件が異なるので、このために平面モータの最適な性能が得られない可能性がある。前記第１又は第２の方向に力を発生させるコイルのサイズを大きくしてこれに対処しようとすると、コイル・ブロックの容積が大きくなると共に重くなり、所望の加速度を得るために必要な力が増加する。この欠点は、様々なコイル・ユニットに対して異なるコイルを使用することを意味するため、コイル・ブロックの製造コストが上昇する可能性もある。

したがって、発生する力とエネルギー散逸との関係に関する性能の改善された平面モータが提供されると有利であろう。

本発明の一観点によれば、
放射線の投影ビームを提供するように構成された照明装置と、
投影ビームの断面にパターンを与えるように構成されたパターン形成装置を保持するように構成された支持構造体と、
基板を保持するように構成された基板テーブルと、
パターンの形成されたビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影装置と、
対象物テーブルを位置決めするように構成された位置決め装置とを含むリソグラフィ装置において、該位置決め装置が、
第１の方向及び第１の方向に垂直な第２の方向に周期的に交番する磁界分布を有し、磁界分布が、前記第１及び第２の方向に対して異方性を有する第１の部分と、
少なくとも第１の方向に力を発生させるように第１の部分に対して配置された第１の組のコイル、及び少なくとも第２の方向に力を発生させるように第１の部分に対して配置された第２の組のコイルを有する第２の部分とを有するリソグラフィ装置が提供される。

異方性の磁界分布では、前記第２の方向のエネルギー散逸に対する力の比率と比較して、前記第１の方向のエネルギー散逸に対する力の比率の方が大きい。すなわち位置決め装置は、前記第２の方向より前記第１の方向の移動に対してより効率的である。前記第１の方向の負荷サイクル、又は必要な加速度及び減速度が第２の方向より厳しい場合、エネルギー散逸に関するモータの全体性能は向上する。エネルギー散逸を減少させるとリソグラフィ装置内部における熱安定性を改善することができるため、これによってリソグラフィ装置の全体性能を改善することが可能になる。或いは、前記第１の方向のエネルギー散逸に対する力の比率を大きくする（すなわち効率を良くする）と、効率の改善されない場合に比べて、エネルギー散逸を増加させずに前記第１の方向における対象物テーブルの加速度を大きくすることが可能になる。平面モータを利用するほとんどの工程では２つの方向の負荷サイクルがかなり異なるので、単位時間当たりに処理される対象物の数についても、時間平均のモータのエネルギー散逸についても、モータの全体性能を著しく向上させることができる。

このことを説明するために、平面モータの固定部分が、水平面（ＸＹ平面とも称する）内に延びる磁石板を有することができるようにし、モータの可動部分が、それぞれ３相の巻線を備えた４つの同一のコイル・ブロックを含むようにする。こうした構成では、可動部分を固定部分から所定の距離に維持するために、コイル・ブロックと対象物テーブルと対象物とを合わせた重量に等しい力が必要となる。この力は１００％の負荷サイクルで必要となるものである。一般に、Ｘ方向及びＹ方向で必要な加速度並びに減速度は重力加速度より大きいが、負荷サイクルは一般に１００％未満である。回転の自由度に対する必要条件はしばしば、対象物テーブルを実質的に水平な位置に保つことだけである。この水平位置を維持するための力の必要量、したがって発生するエネルギー散逸は、一般に並進の自由度（Ｘ、Ｙ及びＺ）における力の必要量よりずっと小さい。したがって、この実施例で考えられる最も重要な平面モータのエネルギー散逸の「原因」は、Ｘ方向及びＹ方向の並進力を実現すること、並びにコイル・ブロックと対象物テーブルと対象物とを合わせた重量を補償する垂直方向の力を実現することである。Ｙ方向の力と負荷サイクルとを組み合わせた必要条件がＸ方向の必要条件より厳しい場合、コイル・ブロックに対する磁界分布の配置を、平面モータがＹ方向の移動に対してより高いエネルギー散逸に対する力の比率を有するようにすることが好ましい。

本発明による一具体例では、永久磁石によって磁界分布が生成される。様々な形の磁石を用いた様々な構成について記載する。磁界分布は、前記第１及び第２の方向に垂直に極性を与えた磁石のみを用いることによっても、前記第１及び第２の方向に垂直に磁化された磁石と磁界分布の平面に平行に磁化された磁石との両方を組み合わせることによっても生成することができる。永久磁石は、様々な形及びサイズで広く入手可能であり、汚染に関する厳しい条件が求められる環境で容易に利用できるような方法で、処理又は遮蔽することが可能である。

本発明による他の実施例では、通電導体によって磁界分布が生成される。一例として、銅巻線やアルミニウム・コイルなど通常の導体が利用できる。磁束密度を高めるには、導体を強磁性ヨーク又はいわゆる裏当鉄片（バックアイアン）に、少なくとも部分的に埋め込むことが好ましい。このように強磁性ヨーク及び（１つ又は複数の）通常のコイルを含む構成は、磁化された永久磁石を含む磁石板の組立体よりも簡単に組み立てることができる。永久磁石を含む磁石板は、強磁性ヨークに埋め込まれた１つ又は複数の通常の導体による構成より費用がかかることもある。

他の具体例では、磁界分布を発生させる通電導体が超伝導ワイヤで作製される。通常の導体ではなく超伝導体を使用することには、いくつかの利点がある。第１に、時間不変場である磁界分布をエネルギー散逸なしに生成させることができる。第２に、磁界強度を、永久磁石によって生成される磁界強度より数倍大きくすることができる。磁界強度が大きくなると、より少ないエネルギー散逸で同じモータ力を得ることによって、又は同じエネルギー散逸レベルでより大きいモータ力を実現することによって平面モータの性能が改善され、その結果、単位時間当たりに処理される対象物の数が増加する。

本発明の別の観点によれば、
位置決め装置を用いて対象物テーブルを位置決めする段階であって、位置決め装置が、第１の方向及び第１の方向に垂直な第２の方向に周期的に交番する磁界分布を有し、磁界分布が第１及び第２の方向について異方性を有する第１の部分と、少なくとも第１の方向に力を発生させるように第１の部分に対して配置した第１の組のコイル及び少なくとも第２の方向に力を発生させるように第１の部分に対して配置した第２の組のコイルを有する第２の部分とを有する段階と、
パターンの形成された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影する段階とを含むデバイス製造方法が提供される。

本明細書では、リソグラフィ装置をＩＣの製造に用いることについて特に言及することがあるが、本明細書で記載するリソグラフィ装置は、一体型光学装置、磁気ドメイン・メモリ用の誘導及び検出パターン、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドその他の製造など、他の用途にも使用可能であることを理解すべきである。こうした別の用途についての文脈では、本明細書中の「ウェハ」又は「ダイ」という用語の使用はいずれも、それぞれ「基板」又は「ターゲット部分」というより一般的な用語と同義であると考えられることが、当業者には理解されよう。本明細書で言及する基板は、露光前又は露光後に、例えばトラック（一般に基板にレジスト層を施し、露光されたレジストを現像する装置）や計測又は検査装置により処理することができる。適用可能であれば、本明細書の開示をこうした装置や他の基板処理装置に適用してもよい。さらに、例えば多層ＩＣを作製するために、基板を２回以上処理することも可能である。したがって本明細書で使用する基板という用語は、処理が施された複数の層を既に含む基板を指すこともある。

本明細書で使用する「放射線」及び「ビーム」という用語は、（例えば３６５、２４８、１９３、１５７又は１２６ｎｍの波長を有する）紫外線（ＵＶ）放射、及び（例えば５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）極紫外線（ＥＵＶ）放射を含むあらゆる種類の電磁放射線、並びにイオン・ビームや電子ビームなどの粒子ビームを包含している。

本明細書で使用する「パターン形成装置」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するためなど、投影ビームの断面にパターンを与えるために用いることのできる任意の装置を指すものとして広く解釈すべきである。投影ビームに与えられるパターンが、基板のターゲット部分における所望のパターンと厳密に一致しない可能性があることに留意すべきである。一般に、投影ビームに与えられるパターンは、集積回路などターゲット部分に作製されるデバイスの特定の機能層に対応している。

パターン形成装置は、透過式でも反射式でもよい。パターン形成装置の例には、マスク、プログラム可能ミラー・アレイ、及びプログラム可能ＬＣＤパネルが含まれる。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、それにはバイナリ・マスク、交互位相シフト・マスク（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ＰＳＭ）及び減衰位相シフト・マスク（ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ ＰＳＭ）などのマスク・タイプ、並びに様々なハイブリッド型のマスク・タイプが含まれる。プログラム可能ミラー・アレイの例は、小さいミラーの行列配列を使用するものであり、入射する放射線ビームを異なる方向に反射するように、それぞれのミラーを別々に傾斜させることができる。このようにして反射ビームにパターンが形成される。パターン形成装置の各例では、支持構造体を、例えばフレーム又はテーブルとすることが可能であり、これらは必要に応じて固定することも移動させることもできる。また、パターン形成装置が、例えば投影装置に対してなど所望される位置にあることを保証することができる。本明細書中の「レチクル」又は「マスク」という用語の使用はいずれも、「パターン形成装置」という、より一般的な用語と同義であると考えられる。

本明細書で使用する「投影装置」という用語は、適宜、例えば使用される露光放射線向け、又は浸漬液の使用や真空の使用など他の要素向けの屈折光学系、反射光学系及び反射屈折光学系を含めて様々な種類の投影装置を包含するものとして広く解釈すべきである。本明細書中の「レンズ」という用語の使用はいずれも、「投影装置」という、より一般的な用語と同義であると考えられる。

照明装置も、放射線の投影ビームの方向付け、成形又は制御のための屈折式、反射式及び反射屈折式の光学要素を含めて様々な種類の光学要素を包含することが可能であり、こうした構成要素も以下では一括して、又は単独で「レンズ」と呼ぶことがある。

リソグラフィ装置は、２（デュアル・ステージ）又は３以上の基板テーブル（及び／又は２以上のマスク・テーブル）を有する種類のものでもよい。こうした「マルチ・ステージ」装置では、追加のテーブルを並行して用いてもよく、或いは１つ又は複数のテーブル上で予備ステップを実施し、それと同時に１つ又は複数の他のテーブルを露光に用いてもよい。

リソグラフィ装置は、投影装置の最後の要素と基板との間の空間を満たすように、例えば水など比較的高い屈折率を有する液体に基板を浸す種類のものでもよい。浸漬液を、例えばマスクと投影装置の第１の要素との間など、リソグラフィ装置の他の空間に適用することもできる。投影装置の開口数を高めるための浸漬技術は、当技術分野では周知である。

次に本発明の実施例を、添付の概略図を参照して例示のみの目的で説明するが、図中において同じ参照記号は同じ部品を指すものであることに留意されたい。

図１は、本発明の特定の実施例によるリソグラフィ装置を概略的に示している。この装置は、
放射線（例えばＵＶ放射又はＥＵＶ放射）の投影ビームＰＢを提供するための照明装置（照明器）ＩＬと、
パターン形成装置（例えばマスク）ＭＡを支持するための第１の支持構造体（例えばマスク・テーブル）ＭＴであって、部材ＰＬに対してパターン形成装置を正確に位置決めするための第１の位置決め装置ＰＭに接続された第１の支持構造体ＭＴと、
基板（例えばレジスト塗布ウェハ）Ｗを保持するための基板テーブル（例えばウェハ・テーブル）ＷＴであって、部材ＰＬに対して基板を正確に位置決めするための第２の位置決め装置ＰＷに接続された基板テーブルＷＴと、
パターン形成装置ＭＡによって投影ビームＰＢに与えられたパターンを、基板Ｗの（例えば１つ又は複数のダイを含む）ターゲット部分Ｃに結像させるための投影装置（例えば反射投影レンズ）ＰＬとを含んでいる。

本明細書で図示する装置は、（例えば透過性マスクを使用する）透過式のものである。或いは、（例えば反射性マスク、又は先に言及した種類のプログラム可能ミラー・アレイを使用する）反射式のものでもよい。

照明器ＩＬは放射線源ＳＯから放射線ビームを受け取る。例えば放射線源がエキシマ・レーザーである場合、放射線源とリソグラフィ装置とを別々の構成要素にすることができる。そうした場合には、放射線源がリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線ビームは、例えば適切な指向性ミラー（ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ ｍｉｒｒｏｒ）及び／又はビーム・エキスパンダーを有するビーム発射装置ＢＤを用いて、放射線源ＳＯから照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば放射線源が水銀ランプである場合には、放射線源を装置の一部とすることができる。放射線源ＳＯ及び照明器ＩＬを、必要であればビーム発射装置ＢＤと共に、放射線装置と呼ぶことがある。

照明器ＩＬは、ビームの角強度分布を調整するための調整手段ＡＭを有していてもよい。一般に、照明器の瞳面内における強度分布の、少なくとも外側及び／又は内側の半径方向範囲（それぞれ一般にσ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）、σ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）と呼ばれる）を調整することができる。さらに照明器ＩＬは、積算器ＩＮやコンデンサＣＯなど他の様々な構成要素を含む。照明器は調節された放射線ビームを提供し、このビームは投影ビームＰＢと呼ばれ、その断面に所望される均一性及び強度分布を有している。

投影ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されているマスクＭＡに入射する。マスクＭＡを通過した投影ビームＰＢは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させるレンズＰＬを通過する。第２の位置決め装置ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば干渉測定装置）を用いて、基板テーブルＷＴを、例えば異なるターゲット部分ＣをビームＰＢの経路内に位置決めするように、正確に移動させることができる。同様に、第１の位置決め装置ＰＭ及び（図１には明示されていない）他の位置センサを用いて、例えばマスク・ライブラリから機械的に取り出した後、又は走査中に、マスクＭＡをビームＰＢの経路に対して正確に位置決めすることができる。一般に、対象物テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め装置ＰＭ及びＰＷの一部を形成する長ストローク・モジュール（粗い位置決め）及び短ストローク・モジュール（細かい位置決め）を用いて実現される。しかし（スキャナではなく）ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータに接続するだけでもよいし、又は固定してもよい。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置調整用マークＭ１、Ｍ２、及び基板位置調整用マークＰ１、Ｐ２を用いて位置を調整することができる。

図示した装置は、以下の好ましいモードで使用することができる。
１．ステップ・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを本質的に静止した状態に保ち、それと同時に投影ビームに与えられたパターン全体を１回でターゲット部分Ｃに投影する（すなわち、ただ１回の静止露光）。次いで、異なるターゲット部分Ｃを露光することができるように、基板テーブルＷＴをＸ方向及び／又はＹ方向に移動させる。ステップ・モードでは、露光フィールドの最大サイズによって１回の静止露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
２．走査モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期して走査し、それと同時に投影ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する（すなわち、ただ１回の動的露光）。マスク・テーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影装置ＰＬの拡大（縮小）率、及び像の反転特性によって決まる。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズによって１回の動的露光におけるターゲット部分の（非走査方向の）幅が制限され、走査移動の長さによってターゲット部分の（走査方向の）高さが決定される。
３．他のモードでは、プログラム可能なパターン形成装置を保持しながらマスク・テーブルＭＴを本質的に静止した状態に保ち、基板テーブルＷＴを移動又は走査させるのと同時に、投影ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス式の放射線源が使用され、基板テーブルＷＴが移動するたびに、又は走査中の連続する放射線パルスの合間に、プログラム可能なパターン形成装置が必要に応じて更新される。この作動モードは、先に言及した種類のプログラム可能ミラー・アレイなど、プログラム可能なパターン形成装置を利用するマスクレス・リソグラフィに簡単に適用することができる。

前記の使用モードの組み合わせ及び／又は変形形態、或いは全く異なる使用モードを採用することもできる。

図２ａは、互いに垂直な２つの方向に周期的に交番する磁界分布を発生させる、当分野で周知の磁石板を概略的に示している。正方形をした磁石を、行と列との両方に沿ってＮ極とＳ極とを交互に有するチェッカー盤パターンの形で配列することによって磁界を発生させる。コイル１０のように、チェッカー盤パターンの第１の対角方向Ｘに沿って延び、第１の対角線に垂直な第２の対角線Ｙに沿って移動されるコイルは、実質的に正弦曲線状に変化する鎖交磁束を受ける。前記第２の対角方向に延び、前記第１の対角方向に沿って移動されるコイル２０にも同じことが当てはまる。図２ｂは、コイル１０に鎖交する磁束ΨをＹ方向の移動量の関数として示したものである。最大の鎖交磁束は、コイルで覆われたＳ極に対するＮ極の比率が最大になるＹ位置で見られる。この位置を図２ｃに示す。コイル１０と２０との寸法及び巻き数が同じである場合、Ｘ方向およびＹ方向のどちらについても永久磁石の分布が対称になるため、交番する鎖交磁束の振幅は両方のコイルで等しくなる。したがって、コイルが第１の対角線に沿って配置され第２の対角線に沿って移動される場合、或いは第２の対角線に沿って配置され第１の対角線に沿って移動される場合に関わらず、通電コイルと磁石板との間に加えられる力は等しくなる。換言すれば、磁界分布は第１及び第２の方向に対して等方性を有する、すなわち、磁界分布はどちらの方向にも同じ特性を有する。

この等方性を、前記第１の対角線又は前記第２の対角線に平行な直線に沿った磁束密度を考えることによって説明することもできる。直線３０（図２ａ参照）はＮ極から始まり第１の対角方向（Ｘ方向）に沿って延び、直線３１は同じＮ極から始まり第２の対角方向（Ｙ方向）に沿って延びている。図２ｄは、直線３０および３１の両方に沿った磁束密度のＺ成分（Ｂｚ）を概略的に示している。両対角線に沿った等方的な磁界分布により、両直線に沿って同じ振幅を有する同じ磁束密度パターンが見られる。

さらに図２ｄから、平均磁束密度が直線に沿って見られる最大磁束密度よりかなり小さいことは明らかである。これは、２つの連続するＮ極の間では磁束密度がゼロまで低下するためである。異なる磁界パターンを用いると、磁束密度のゼロまでの低下を回避することが可能になり、対角線の一方に沿ってさらに高い平均磁束密度が実現される。図３はこの特性を有する磁界パターンを概略的に示している。

図３に示した磁界パターンは、２次元の交番磁界パターンである。図２ａと同様に、２つの対角方向Ｘ及びＹを定義することができる。コイル４０のようにＸ方向に延びＹ方向に移動される通電コイルは、コイルの鎖交磁束の変化に比例する交番力を受ける。同様に、コイル４１のように同じ電流を通すものの、Ｙ方向に延びＸ方向に移動される同一のコイルも、鎖交磁束の変化に比例する交番力を受ける。しかし、２次元の周期的な交番磁界の特定の形により、コイル４０が受ける交番力の振幅は、コイル４１が受ける交番力の振幅より大きくなる。要するに、コイル４０と磁界分布との間の相互作用は、コイル４１と磁界分布との間の相互作用よりも大きい単位電流当たりの力をもたらす。これは、コイル４０の鎖交磁束の変化がコイル４１の鎖交磁束の変化より大きいためである。このことが図４に図示してあり、この図は、コイル４０及び４１（これらのコイルは同一であると仮定する）がそれぞれＹ方向及びＸ方向に沿って移動された時の鎖交磁束を概略的に示している。

図４のグラフＡはコイル４０の鎖交磁束に相当し、グラフＢはコイル４１の鎖交磁束に相当している。鎖交磁束と移動量との関係は実質的に正弦曲線状であるため、鎖交磁束の変化（すなわち距離に対する鎖交磁束の微分、ｄΨ／ｄｘ又はｄΨ／ｄｙ）も実質的に正弦曲線状になり、鎖交磁束の振幅に比例する振幅を有する。図２ａに示した磁石板によって発生する磁界分布に比べると、図３の磁界分布はＸ方向とＹ方向とで同じ特性を有していない。すなわち磁界分布は両方向について異方性を有している。図３に示した磁界パターンの異方性は、図３に示した２つの直線４５及び４６に沿った磁束密度を考えることによって説明することもできる。どちらの直線も同じ点、すなわち２次元磁界分布のＮ極の中心から始まっているが、異なる方向に延びている。

図５は、図３に示したＸ方向に延びる直線４５に沿った磁束密度のＺ成分（Ｂｚ）を概略的に示し、図６は、図３のＹ方向に延びる直線４６に沿った磁束密度のＺ成分（Ｂｚ）を概略的に示している。図５と図６とを比べると、直線４５に沿った平均磁束密度の方が直線４６に沿った平均磁束密度より大きいことは明らかであり、前記の鎖交磁束の違いを示している。

図７ａ、図７ｃ、図７ｄ、図８、図９及び図１０は、図３に概略的に示した周期的に交番する２次元の磁界分布を得るための様々な配列を概略的に示している。

図７ａは、こうした磁界分布をＺ方向（正又は負）に磁化された永久磁石を用いてどのように実現することができるかについて、第１の実施例を概略的に示している。このパターンは、八角形をした磁石をチェッカー盤パターンの形に配列し、チェッカー盤パターンの対角線に沿って現れる孔に正方形をした磁石を配置することによって実現されている。チェッカー盤パターンの対角線は、図７ａに示したＸ方向及びＹ方向に一致している。正方形の磁石のサイズｗを大きくすることにより、Ｙ方向の移動量に対する単位電流当たりの力を増加させ、Ｘ方向の移動量に対する単位電流当たりの力を減少させることができる。サイズｗを磁気ピッチＴｙに等しくなるまで大きくした場合、Ｙ方向の移動量に対する力定数が最大になり、Ｘ方向の移動量に対する力定数はゼロまで低下する。図７ａに示す磁気ピッチはＸ方向およびＹ方向の両方について同じである（Ｔｘ＝Ｔｙ）が、これはモータの動作に対する必要条件ではないことに留意されたい。さらに、図に示したコイルの形は例示的なものに過ぎず、実際のコイルは様々な長さ、幅又は形を有することができる。

図７ｂは、当該分野では周知である、磁石板の他の実施例を概略的に示したものである。それに沿って力を発生させることのできる２つの直交する方向を、Ｘ方向及びＹ方向として示している。また２つのコイルも示している。この配列では、それに沿って力を発生させることのできる方向は、磁石パターンの行及び列と一致している。この磁石配列の欠点は、磁石板が低い充填率を有すること、すなわち磁石で覆われた領域の領域全体に対する比率が５０％しかないことである。図７ｃ及び図７ｄは、この磁石板をどのように改善して異方性の磁界分布を実現することができるかについての実施例を示している。

図７ｃは、正方形の磁石ではなく長方形の磁石を用いた磁石板の配列を示している。図７ｃに示した配列により、Ｘ方向の移動量に対する効率を改善することができる。この配列は図７ｂの配列と比較して、Ｘ方向またはＹ方向のどちらも磁気ピッチを変更していない。図７ｄは、正方形の磁石を用いて図７ｂの配列における正方形磁石の間の間隙を部分的に満たすようにした配列を示している。またこの配列では、変更を加えることによってＸ方向の効率を改善することができる。変更された図７ｃ及び図７ｄの配列のいずれによっても、磁石板の充填率が高められる。

図８は異方性の磁界分布をもたらす他の磁石配列を示している。図８の磁界分布は、Ｚ方向（正又は負）に磁化された、磁石６０、６１のように六角形をした磁石による交互のパターンを有している。この配列の利点は、１種類の形状の磁石のみを必要とすることである。さらに、磁気ピッチはＸ方向でもＹ方向でも同じである（Ｔｘ＝Ｔｙ）が、これはモータの動作に対する必要条件ではない。

図９は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿ったエネルギー散逸の単位量に対する力とは異なる、第１の方向に沿ったエネルギー散逸の単位量に対する力をもたらす、異方性磁界分布を得るために実施可能な永久磁石の他の配列を示している。図９に概略的に示した磁石のパターンは、Ｚ方向に磁化された正方形の磁石、及びＺ方向に垂直な方向に磁化された長方形の磁石を含んでいる。正方形をした大きい方の磁石７０、７１は、Ｚ方向に垂直な方向に磁化された磁石７２、７３、７４、７５と共に、いわゆる２次元のハルバッハ配列を形成している。ハルバッハ配列を用いて磁石板の１つの面の磁束密度を高め、そうすることによって平面モータの効率を高めることができる。２次元ハルバッハ配列の磁石の間に残る間隙は、さらに小さい正方形の磁石７６、７７で充たされている。磁石７６、７７を導入することによって異方性の磁界分布がもたらされる。この分布によって得られるエネルギー散逸に対する力の比率は、Ｘ方向の移動よりもＹ方向の移動に対して高くなる。

図３に概略的に示した２次元の磁界分布は、永久磁石ではなく通電導体を用いて実現することもできる。図１０は、そうした実施可能な配列を示している。この配列では、単一の巻線を用いて磁界分布を発生させる。巻線にＤＣ電流を与えると、２次元の磁界パターンが発生する。単一の巻線は、平行又は直列に接続することのできる様々な巻きを有していてもよいことが理解されよう。この方法では、電圧及び電流に関する必要条件を利用可能なＤＣ電源に合うように適合させることができる。さらに、複数の同心の巻線又は複層の巻線によって磁界分布を発生させることも可能であることが理解されよう。これにより、様々なコイル・ユニットの様々なコイルでさらに正弦曲線に近い鎖交磁束を得ることができるようになる。

他の実施例では、発生する単位電流当たりの磁束密度を高めるために、通電導体を少なくとも部分的に強磁性材料に埋め込む。こうした部分的に埋め込まれた導体の実施可能な配置を図１１に示す。図１１は、通電導体９５の埋め込まれた強磁石板９０を含む、図１０に示した直線Ａ−Ａ’に沿った磁石板の断面を示している。

他の実施例では、通電導体を超伝導ワイヤから作製する。超伝導体を図１１の実施例と同様の強磁性板に埋め込むこともできるが、その必要はない。巻線の超伝導特性により、超伝導体を埋め込むことなく強い磁界強度を発生させることができる。超伝導ワイヤを用いて発生させた磁界強度は、永久磁石で発生させた磁界より数倍大きいものとすることができる。

ここまで本発明の特定の実施例について説明してきたが、本発明は記載したものとは別の方法で実施可能であることが理解されよう。例えば本発明を、異なる自由度で負荷サイクル及び／又は力の必要条件に違いの見られる、任意の平面モータの用途に適用することができる。上記説明は本発明を限定するものではない。一例としては、本明細書に記載した磁界分布を有する磁石板を、水平面内で作動する平面モータに適用することができるが、水平ではない任意の平面内で作動する平面モータにも適用することができる。本明細書に記載した磁界分布を有する平面モータを、軸受、例えば球軸受や空気軸受などと組み合わせて作動させることもできる。こうした代替形態は、対象物テーブルの周りの環境条件がこうした軸受を許容する場合に考慮することができる。こうした用途では、平面モータはもはや２つの可動部分を互いから所定距離に保つために力を与える必要がない。このため、モータでのエネルギー散逸が小さくなる。平面モータの第１の部分（すなわち磁界分布を含む部分）を対象物テーブルに取り付けることも、コイル・ユニットを含む第２の部分を対象物テーブルに取り付けることも可能である。一般に、移動させる対象物テーブルに取り付けられていない平面モータ部分を、一例としてベース・フレーム、ベース・フレームから分離されたフレーム、又はバランス・マスに取り付けることができる。これを取り付けられた自由なバランス・マス、例えば水平面内を自由に移動することのできる空気軸受に支持されたバランス・マスとすることも、ベース・フレームに弾力的に結合され、ある程度伸びることができるバランス・マスとすることもできる。

さらに、本発明の実施例による平面モータの使用は、２方向で大きい移動を必要とする用途に限定されない。これを１方向のみに大きい移動を必要とする用途に適用することもできる。一般的な例は、リソグラフィ装置のレチクル・ステージの移動である。この例では、第１の方向における長ストロークの移動のみが必要であり、この方向に垂直な方向の移動は、第１の方向の移動に対してわずかに過ぎない。本発明の実施例による平面モータをこの用途に適用して、装置の効率及び処理能力を改善することができる。こうした用途では、必要な軸受の力を平面モータによって与えることも可能であり、したがって、空気軸受など追加の軸受は不要である。したがって有利には、この用途を真空中でも用いることができる。第１の方向に垂直な方向の移動が前記方向の磁気ピッチに比べて小さい場合、前記方向に力を発生させるためのコイル・ユニットは複相の巻線ではなく単一のコイルのみを有していてもよい。

一般に、本発明の実施例による平面モータの磁界分布は、様々な種類の巻線と組み合わせて利用することができる。以下の例は例示的なものに過ぎず本発明を限定するものではないが、例えば、コイル・ブロック中の異なるコイル・ユニットのコイルが、ある程度重複している複層の巻線を含むことが可能であり、巻線を、それぞれの巻線がそれ専用の増幅器又は２相若しくは３相の巻線を駆動する１つの複相の増幅器によって駆動される、２相又は３相の巻線とすることが可能であり、またコイル・ユニットが互いに隣接して配置される、通常のいわゆるレーストラック・コイルを含んでいてもよい。

本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を示す図。 当分野で周知の平面モータの磁石板を概略的に示す図。 図２ａに示した平面モータの磁石板の対角線に沿って移動されるコイルの鎖交磁束を概略的に示す図。 コイルに鎖交する磁束が最大になる、図２ａの磁石板上のコイルの位置を概略的に示す図。 図２ａに示した磁石板の対角線の一方に沿って延びる直線に沿った、磁束密度のＺ成分を概略的に示す図。 本発明の一実施例による２次元の磁界分布を概略的に示す図。 図３に示した磁界分布の対角線に沿って移動される、２つの同一のコイルの鎖交磁束を概略的に示す図。 本発明の一実施例による磁界分布の第１の対角線に沿って延びる直線に沿った、磁束密度の大きさを示す図。 本発明の一実施例による磁界分布の第２の対角線に沿って延びる直線に沿った、磁束密度の大きさを示す図。 本発明の一実施例による磁束密度をもたらす永久磁石の第１の配列を概略的に示す図。 当分野で周知の永久磁石の分布を概略的に示す図。 本発明の一実施例による磁界分布をもたらす、永久磁石の第２の配列を概略的に示す図。 本発明の一実施例による磁界分布をもたらす、永久磁石の第３の配列を概略的に示す図。 本発明の一実施例による磁界分布をもたらす、永久磁石の第４の配列を概略的に示す図。 本発明の一実施例による磁界分布をもたらす、永久磁石の第５の配列を概略的に示す図。 本発明の一実施例による磁界分布をもたらす、通電導体の配列を概略的に示す図。 本発明の一実施例による磁界分布をもたらす、通電導体の配列の断面を概略的に示す図。

符号の説明

ＡＭ 調整手段
ＢＤ ビーム発射装置
Ｃ ターゲット部分
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明器
ＭＡ パターン形成装置、マスク
ＭＴ 支持構造体、対象物テーブル、マスク・テーブル
Ｍ１、Ｍ２ マスク位置調整用マーク
ＰＢ 投影ビーム
ＰＬ 投影装置、レンズ
ＰＭ、ＰＷ 位置決め装置
Ｐ１、Ｐ２ 基板位置調整用マーク
ＳＯ 放射線源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル、対象物テーブル
１０、２０、４０、４１ コイル
６０、６１、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７ 磁石
９０ 強磁性板
９５ 通電導体

Claims (13)

1. 放射線の投影ビームを提供するように構成された照明装置と、
   投影ビームの断面にパターンを与えるように構成されたパターン形成装置を保持するように構成された支持構造体と、
   基板を保持するように構成された基板テーブルと、
   パターンの形成されたビームを前記基板のターゲット部分に投影するように構成された投影装置と、
   対象物テーブルを位置決めするように構成された位置決め装置とを含むリソグラフィ装置において、該位置決め装置が、
   第１の方向及び該第１の方向に垂直な第２の方向に周期的に交番する磁界分布を有し、該磁界分布が前記第１及び第２の方向に対して異方性を有する第１の部分と、
   少なくとも前記第１の方向に力を発生させるように前記第１の部分に対して配置された第１の組のコイル、及び少なくとも前記第２の方向に力を発生させるように前記第１の部分に対して配置された第２の組のコイルを有する第２の部分とを含むリソグラフィ装置。
2. 永久磁石によって前記磁界分布が生成される請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
3. 前記永久磁石が実質的に同一の形状を有する請求項２に記載されたリソグラフィ装置。
4. 八角形の磁石及び正方形の磁石が前記第１及び第２の方向に交互に配列されることによって前記磁界分布が生成され、前記第１の方向に沿った磁石が同じ極性を有し、前記第２の方向に沿った磁石が交番する極性を有する請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
5. 長方形の磁石が前記第１及び第２の方向に配列されることによって前記磁界分布が生成され、前記第１及び第２の方向に沿った磁石が同じ極性を有する請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
6. 第１の型の磁石及び第２の型の磁石が前記第１及び第２の方向に交互に配列されることによって前記磁界分布が生成され、前記第１の方向に沿った磁石が交番する極性を有し、前記第２の方向に沿った磁石が同じ極性を有し、前記第１の型の磁石が前記第２の型の磁石とは異なるサイズである請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
7. 六角形の磁石が前記第１及び第２の方向に配列されることによって前記磁界分布が生成される請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
8. 磁石の磁気ピッチが前記第１及び第２の両方向で等しい請求項７に記載されたリソグラフィ装置。
9. 前記第１及び第２の方向に延びる２次元のハルバッハ配列によって前記磁界分布が生成され、ハルバッハ配列の磁石間の間隙が正方形の磁石を含み、前記第１及び第２の方向に沿った該正方形の磁石が同じ極性を有する請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
10. 少なくとも１つの通電導体によって前記磁界分布が生成される請求項１に記載されたリソグラフィ装置。
11. 前記少なくとも１つの通電導体が、少なくとも部分的に強磁性板に埋め込まれている請求項１０に記載されたリソグラフィ装置。
12. 前記少なくとも１つの通電導体が超伝導体である請求項１０に記載されたリソグラフィ装置。
13. 位置決め装置を用いて対象物テーブルを位置決めする段階であって、該位置決め装置が、第１の方向及び第１の方向に垂直な第２の方向に周期的に交番する磁界分布を有し、該磁界分布が前記第１及び第２の方向について異方性を有する第１の部分と、少なくとも前記第１の方向に力を発生させるように前記第１の部分に対して配置した第１の組のコイル及び少なくとも前記第２の方向に力を発生させるように前記第１の部分に対して配置した第２の組のコイルを有する第２の部分とを有する段階と、
    パターンの形成された放射線ビームを基板のターゲット部分に投影する段階とを含むデバイス製造方法。
    

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