JP2005129941A - 位置決めシステム及び位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【目的】本発明の目的は、整定時間なしに、或いは少なくとも、位置フィードバックを用いる位置制御システムに比べて整定時間を短くして目標位置に物体を移動させる位置決めシステムを提供することである。
【構成】本発明の目標位置に物体を移動させる位置決めシステムは、制御電流に応答して第１方向に物体に力を加える第１アクチュエータ（６０）であって、このアクチュエータがアクチュエータ・ゲインを有し、生成される力が、制御電流及びアクチュエータ・ゲインの関数であり、このアクチュエータが、磁界を誘起する磁石（６２）と、前記磁界中のコイル（６６）とを備え、これらの磁石とコイルが相互に移動可能である第１アクチュエータ（６０）と、制御信号に応答してアクチュエータに制御電流を供給する電源（７０）と、電源に制御信号を供給することによってアクチュエータが生成する力を制御する制御システム（６８）とを備え、制御信号がアクチュエータ・ゲインに適合され、ゲインが、少なくとも１つのパラメータの関数としてあらかじめ決定される。
【選択図】図５

Description

本発明は、目標位置に物体を移動させる位置決めシステム、前記位置決めシステムを備えるリソグラフィ機器、物体の移動を制御する制御方法、及びデバイスの製造方法に関する。

リソグラフィ機器は、基板の目標部分に所望のパターンを投影する機械である。リソグラフィ機器は、例えばＩＣ（集積回路）の製造に使用することができる。この状況では、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンを生成するのに、マスクなどのパターン化手段を使用し得る。このパターンは、放射感受性材料（レジスト）の層を有する基板（例えばシリコン・ウエハ）上の（例えば、ダイの一部或いは１つ又は複数のダイを含む）目標部分に結像させることができる。一般に、１枚の基板は、次々に露光される隣接した網目状の目標部分を含む。周知のリソグラフィ機器の例には、１回で目標部分にパターン全体を露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所与の方向（「走査」方向）に投影ビームを通過してパターンを走査し、この方向と平行又は逆平行に基板を同期走査することによって各目標部分が照射される、いわゆるスキャナが含まれる。

パターン化手段を介して基板に放射を露光する前に、基板、又はパターン化手段、或いはその両方を位置決めすることによって、基板及びパターン化手段を位置合わせしなければならない。また、リソグラフィ機器の他の部分も移動可能にすることができ、基板上にパターンを投影する工程中の任意の時点でそれらの位置決めを行う必要があり得る。位置決めは正確に行うべきであり、正確な位置決めシステムが求められることがある。

位置決めは、例えばモータなどの駆動装置を使用して実施し得る。この駆動装置に物体を装着するか、或いは他の方法で結合する。駆動装置の例は、ローレンツ・アクチュエータ、すなわち、磁界を誘起する少なくとも１つの磁石と、前記磁界中で位置決め可能かつ移動可能な少なくとも１つのコイルとを備えるアクチュエータである。物理法則により、コイルに電流が流れると、電流及び磁界の両方に直交する向きの力が発生する。この力により、コイル及び磁石が相互に移動し得る。そのため、このアクチュエータに供給される制御電流により、コイル又は磁石に結合された物体に作用する力、したがってその動きが制御される。

この磁石は、例えば電磁石、永久磁石、又は天然磁石など、任意の種類の磁石とし得る。コイルは、例えば導線を多数回巻いたものを含み得る。力を発生させるには、コイルに電流を流さなければならず、かつ磁界が存在しなければならない。この力の強さを変化させるには、電流を変化させるか、或いは、例えば電磁石に流す電流を変化させることによって磁界の強さを変化させればよい。

通常、位置決め精度を向上させるために、例えばローレンツ・アクチュエータなどの前記駆動装置に接続された制御システムに、位置フィードバックを用いる位置制御システムを含める。アクチュエータの特性により、移動後の物体の実際の位置が目標位置からずれることがある。したがって、移動中及び移動後の物体の実際の位置を測定し、位置決めシステムにフィードバックする。次いで、この物体を位置決めし直すことによって、目標位置と実際の位置の差異を補償することができる。

しかし、このような位置制御システムでは、物体が前記目標位置に到達するまでに、誤差を含む多くの動きを補償し、かつ物体の再位置決めを多数回にわたって行う時間が必要なことがある。物体は必要とされる精度で目標位置に到達するが、目標位置に到達するのに必要とされる時間、すなわち整定時間が比較的長いことがある。リソグラフィ機器の場合には、整定時間が長いと、機器の処理能力が低くなる。

本発明の目的は、整定時間なしに、或いは少なくとも、位置フィードバックを用いる位置制御システムに比べて整定時間を短くして目標位置に物体を移動させる位置決めシステムを提供することである。

本発明によれば、上記その他の目的は、
制御電流に応答して第１方向に物体に力を加える第１アクチュエータであって、このアクチュエータがアクチュエータ・ゲインを有し、生成される力が制御電流及びアクチュエータ・ゲインの関数であり、このアクチュエータが、
磁界を誘起する磁石と、
前記磁界中のコイルとを備え、これらの磁石とコイルが相互に移動可能である第１アクチュエータと、
制御信号に応答してアクチュエータに制御電流を供給する電源と、
電源に制御信号を供給することによってアクチュエータが生成する力を制御する制御システムとを備え、制御信号がアクチュエータ・ゲインに適合され、このゲインが少なくとも１つのパラメータの関数としてあらかじめ決定される、目標位置に物体を移動させる位置決めシステムにおいて達成される。

アクチュエータによって生成され、物体に加えられる力は、アクチュエータに供給される制御電流及びアクチュエータ・ゲインの関数である。したがって、アクチュエータ・ゲインは、電流に応答して生成される力を示している。しかし、アクチュエータ・ゲインは、アクチュエータの理想的ではない特性を示すこともある。アクチュエータ・ゲインが示し得る特性は、磁界の均質性、制御電流の大きさに対する非線形応答、又は寄生力すなわち所望の方向以外の方向の力の発生を含む。

実際には、アクチュエータ・ゲインは一定と仮定され、したがって、アクチュエータに供給される特定の電流により、所望の力及び目標位置からの偏差を招く望まれない力（すなわち、寄生力）がそれぞれ常に同じ値で生じると仮定されていた。これらの偏差は、位置フィードバックを用いる位置制御システムを使用して補償されてきた。しかし、上記で述べたように、アクチュエータ・ゲインは、アクチュエータの様々な特性を示し得る。それに加えてアクチュエータ・ゲインは、少なくとも１つのパラメータの関数としてあらかじめ決定することができる。

アクチュエータは、電流又は電圧増幅器電源から供給される制御電流に応答して力を生成する。この電源は、制御システムから供給される制御信号に応答して制御電流を供給する。この制御システムは、物体の元の位置から目標位置までの必要とされる物体の変位を決定し、電源に制御信号を供給して物体に加えられる力を制御する。この力により、物体が加速され、目標位置に向かって移動する。

この制御システムは、電源したがって制御電流を制御することによって作用する力を制御し得る。このとき、制御信号したがって制御電流をアクチュエータ・ゲインに適合させることができる。この制御システムにアクチュエータ・ゲインを供給することができ、制御システムが、制御信号に応答して生成される力を計算する。このアクチュエータ・ゲインに基づいて、制御システムは、制御信号に応答して生じる物体の実際の変位を計算し得る。アクチュエータ・ゲインが少なくとも１つのパラメータに依存することとは別に、この制御システムは、おそらくは係続中の非公開欧州特許出願第０３０７７９９２．０号で開示されている当技術分野では周知の制御システムとし得る。

アクチュエータ・ゲインは、少なくとも１つのパラメータの関数としてあらかじめ決定し得る。このパラメータは、アクチュエータ・ゲインに影響を及ぼす任意のパラメータとし得る。物体の位置決め中に、任意の時点で、おそらくは連続的に、例えば測定又は計算によってこのパラメータの実際の値を決めることができる。次いで、このパラメータの値により、その時点での実際のアクチュエータ・ゲインが決まる。その後、この実際のアクチュエータ・ゲインを用いて、所望の力が発生するように制御電流を補償し得る。この所望の力は、この力がある時間にわたって加えられる場合、目標位置に物体が移動するように、制御システムによって決定し得る力である。

本発明による位置決めシステムにより、目標位置からの物体の位置の偏差が生じないようにすることができる。少なくとも１つのパラメータの関数としてあらかじめ決定されたアクチュエータ・ゲインを用いて、任意の時点で物体に加えられる力がわかる。力がわかると、変位を正確に計算し、この変位が所望の変位からずれている場合にはそれを補正することができる。移動中にわずかな偏差しか生じなければ、物体の実際の位置をフィードバックして、位置制御システムによってわずかな偏差を補償するだけでよい。このように、わずかな偏差を補償するのにかかる時間は、短いすなわち短縮された整定時間だけである。偏差が全く生じない場合には、整定時間も必要とされない。

本発明のある実施例では、制御システムにより、目標位置に物体を移動させるために物体に加え得る時変力を決定することができ、前記力を生成するために少なくとも１つの時変制御信号を電源に出力することができる。実際の位置から目標位置までの変位は、極めて多くの時変力によって実現し得る。アクチュエータ特性その他のおそらくは制限条件に基づいて、この制御システムは、目標位置に物体を移動させる力を、時間の関数として決定又は選択し得る。次いで、この制御システムは、前記力を生成するために所定のアクチュエータ・ゲインを用いて、時変力に対応する制御電流を時間の関数として計算する。

アクチュエータ・ゲインは、アクチュエータの多くの特性を示し得る。このような特性は、力の、コイルと磁石の距離に対する依存性であることがある。したがって、アクチュエータ・ゲインは、コイルと磁石の距離の関数としてあらかじめ決定し得る。次いで、この制御システムは、コイルと磁石の距離に制御信号を適合させる。

アクチュエータの力は、磁界中に位置するコイルを流れる電流によって発生する。したがって、この力は、磁界及び電流によって決まる。磁界の均質性にずれがあると、アクチュエータ・ゲインが変動することになる。

磁界の強さは、コイルと磁石の距離に応じて変動し得る。特に、この強さは、距離の２次関数として変動し得ることがわかっている。そのため、アクチュエータ・ゲインは、コイルと磁石の距離の２次関数として変動し得る。したがって、コイルと磁石の距離の関数としてアクチュエータ・ゲインをあらかじめ決定すると有利である。

コイルと磁石の距離を作為的に変更することができるが、この距離は、システムの特性によっても変化し得る。したがって、コイルと磁石の表面の距離を連続的に、或いは所定の間隔のサンプリング単位で測定し、次いで、それを制御システムに供給することができる。距離が測定されると、本発明による制御システムは、制御信号及び制御電流をアクチュエータ・ゲインに前記距離の関数として適合させることができる。

さらに、アクチュエータに供給される制御電流の関数としてアクチュエータ・ゲインをあらかじめ決定すると有利であり、制御システムにより、制御電流に制御信号を適合させる。アクチュエータ・ゲインは電流の振幅及び電流の方向の関数であることがわかっている。そのため、電流の大きさ及び方向は、アクチュエータによって生成される力に影響を及ぼす。

さらに、アクチュエータ・ゲインは、磁界の方向にほぼ直交する面内でのコイルと磁石の相対位置の関数とし得る。磁界は、磁石の表面に直交する方向、すなわち磁石までの距離以外の方向の均質性からのずれを示す。磁界の方向が磁石の表面にほぼ直交すると仮定すると、アクチュエータ・ゲインは、磁界の方向にほぼ直交する面内、すなわち、磁石の表面にほぼ平行な面内で変動し得る。

アクチュエータの特性のために、制御電流により、コイルを流れる電流及び磁界の方向に直交する所望の移動方向の力が発生するだけでなく、他の方向の力も発生し得る。この制御システムは、このような寄生力を補償し得る。それに加えて、この制御システムは、第２アクチュエータを含み得る。この第２アクチュエータは、第１アクチュエータの一部に補償力を加えて、第１アクチュエータの前記部分に作用する寄生力を補償することができる。例えば、寄生力がコイルに作用する場合、このコイルは磁石に向かって移動する傾向があり、その結果アクチュエータ・ゲインが変化する。しかし、第２アクチュエータにより、コイルに力を加えることができる。この力は、寄生力と同じ大きさであるが、それと反対の方向に向けられる。こうすると、寄生力が補償され、第２アクチュエータにより、望まれない方向へのコイルの動きが防止される。

これらの寄生力は制御電流により生成されるので、制御電流を制御することによってそれらを補償するか、或いはそれらが生成されないようにするのは不可能であるか、或いは難しいことがあることに留意されたい。したがって、この制御システムにより、これらの寄生力を反対方向の力で補償すればよい。さらに、第１アクチュエータの一部に力を加える他のアクチュエータを使用して寄生力をこのように補償することは、本発明に従って生成された力を制御する制御システムを用いない周知の位置決めシステムで利用することもできる。

アクチュエータ・ゲインは、所望の位置決め方向以外の方向でも決定することができる。寄生力の方向にアクチュエータ・ゲインをあらかじめ決定し、制御システムが、第２アクチュエータに制御信号を供給して、前記寄生方向に発生した寄生力を補償すると有利である。この制御システムは、少なくとも１つの寄生方向であらかじめ決定されたアクチュエータ・ゲインに基づいて、移動中に生じ得る寄生力を計算することができる。このように、この制御システムは、第２アクチュエータを制御して望まれない変位を防止することができる。

本発明の別の態様によれば、
放射投影ビームを提供する照明システムと、
投影ビームの横断面にパターンを付与する働きをするパターン化手段を支持する支持構造と、
基板を保持する基板テーブルと、
基板の目標部分にパターン化されたビームを投影する投影システムとを備えるリソグラフィ機器であって、本発明による少なくとも１つの位置決めシステム、具体的には、支持構造、又は基板テーブル、或いはその両方の動きを制御する位置決めシステムをさらに備えることを特徴とするリソグラフィ機器が提供される。

本発明の別の態様によれば、目標位置に物体を移動させる位置決め方法が提供される。この方法は、
少なくとも１つのパラメータの関数として、アクチュエータのアクチュエータ・ゲインを決定するステップであって、このアクチュエータが、電源から供給された制御電流に応答して、第１方向に前記物体に力を加えるように適合され、この力が制御電流及びアクチュエータ・ゲインの関数であるステップと、
少なくとも１つのパラメータの値を決定するステップであって、この少なくとも１つのパラメータの関数としてアクチュエータ・ゲインがあらかじめ決定されるステップと、
電源に制御信号を供給することによってアクチュエータが生成する力を制御するステップであって、この制御信号が、少なくとも１つのパラメータの関数としてあらかじめ決定されたアクチュエータ・ゲインに適合され、この少なくとも１つのパラメータの値が前のステップで決定されるステップと、
制御信号に応答して電源からアクチュエータに制御電流を供給するステップとを含む。

本発明の別の態様によれば、
基板を提供するステップと、
照明システムを使用して放射投影ビームを提供するステップと、
パターン化手段を使用して投影ビームの横断面にパターンを付与するステップと、
基板の目標部分にパターン化された放射ビームを投影するステップとを含むデバイスの製造方法であって、本発明による位置決め方法に従って動きを制御すること、具体的には、パターン化手段、又は基板、或いはその両方の動きを制御することを特徴とする方法が提供される。

本明細書では、ＩＣ製造におけるリソグラフィ機器の使用を具体的に参照することがあるが、本明細書で説明するリソグラフィ機器は、集積光学系、磁気ドメイン・メモリ用の誘導／検出パターン、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、薄膜磁気ヘッドの製造など、他の応用が可能であることを理解されたい。このような代替応用例の状況では、本明細書で用いる「ウエハ」又は「ダイ」という用語は、それぞれより一般的な用語である「基板」又は「目標部分」と同義とみなし得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、例えば、トラック（一般に、基板にレジスト層を塗布し、露光されたレジストを現像するツール）内で、或いは計測又は検査ツール内で露光前又は露光後に処理することがある。該当する場合には、本明細書の開示を上記その他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために２回以上処理することがある。そのため、本明細書で用いる基板という用語は、複数の処理済み層をすでに含む基板を指すこともある。

本明細書で用いる「放射」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）ＵＶ（紫外）放射、及び（例えば、５〜２０ｎｍの範囲の波長を有する）ＥＵＶ（極紫外）放射、並びにイオン・ビーム又は電子ビームなどの粒子ビームを含めて、あらゆるタイプの電磁放射を包含する。

本明細書で用いる「パターン化手段」という用語は、投影ビームの横断面にパターンを付与して、基板の目標部分にパターンを生成するのに用いることができる手段を指すものと広く解釈すべきである。投影ビームに付与されるパターンは、基板の目標部分内の所望のパターンに厳密に対応しないことがあることに留意されたい。一般に、投影ビームに付与されるパターンは、目標部分内に生成される集積回路などのデバイス中の特定の機能層に相当する。

パターン化手段は、透過型又は反射型とすることができる。パターン化手段の例には、マスク、プログラム可能なミラー・アレイ、及びプログラム可能なＬＣＤパネルが含まれる。マスクは、リソグラフィにおいて周知のものであり、その例には、バイナリ型、交互配置位相シフト型、及びハーフトーン位相シフト型などのマスク・タイプだけでなく、様々なハイブリッド型マスク・タイプが含まれる。プログラム可能なミラー・アレイの例では、入射する放射ビームが様々な方向に反射されるように、それぞれ個別に傾けることができるマトリックス配置の小ミラーを利用する。このようにして、反射ビームがパターン化される。パターン化手段のそれぞれの例では、支持構造は、例えばフレーム又はテーブルとすることができ、それらは、必要に応じて固定又は移動可能とし、例えば投影システムに対してパターン化手段が所望の位置にくるようにすることができる。本明細書で用いる「レチクル」又は「マスク」という用語は、「パターン化手段」というより一般的な用語と同義とみなし得る。

本明細書で用いる「投影システム」という用語は、例えば、露光に用いられる放射光、或いは浸漬液の使用又は真空の使用など他のファクタに応じて適宜、屈折光学系、反射光学系、及び反射屈折光学系を含めて、様々なタイプの投影システムを包含すると広く解釈すべきである。本明細書で用いる「レンズ」という用語は、「投影システム」というより一般的な用語と同義とみなし得る。

照明システムも、放射投影ビームを方向づけ、整形し、また制御する屈折型、反射型、及び反射屈折型光学コンポーネントを含めて、様々なタイプの光学コンポーネントを含み得る。このようなコンポーネントも、以下では総称して或いは単独で「レンズ」と称することがある。

リソグラフィ機器は、２つ（複式ステージ）以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のマスク・テーブル）を有するタイプのものとし得る。このような「複数ステージ」型の機械では、追加のテーブルを並列で使用し、すなわち準備ステップを１つ又は複数のテーブル上で実施しながら、１つ又は複数の他のテーブルを使用して露光を行うことができる。

リソグラフィ機器は、比較的高屈折率の液体、例えば水の中に基板を浸して、投影システムの最終要素と基板の間のスペースを満たすタイプのものとすることもできる。浸漬液は、リソグラフィ機器内の他のスペース、例えばマスクと投影システムの第１要素の間に用いることもできる。投影システムの開口数を大きくする液浸技術は、当技術分野では周知のものである。

次に、添付の概略図面を参照して、単なる例として本発明の実施例を説明する。図面では、対応する参照記号はそれに対応する部分を示す。

「実施例１」
図１に、本発明の特定の実施例によるリソグラフィ機器を概略的に示す。この機器は、
放射投影ビーム（例えば、ＵＶ放射）ＰＢを提供する照明システム（照明器）ＩＬと、
パターン化手段（例えば、マスク）ＭＡを支持し、要素ＰＬに対してパターン化手段を正確に位置決めする第１位置決め手段ＰＭに連結された第１支持構造（例えば、マスク・テーブル）ＭＴと、
基板（例えば、レジストを塗布したウエハ）Ｗを保持し、要素ＰＬに対して基板を正確に位置決めする第２位置決め手段ＰＷに連結された基板テーブル（例えば、ウエハ・テーブル）ＷＴと、
基板Ｗの（例えば、１つ又は複数のダイを含む）目標部分Ｃに、パターン化手段ＭＡによって投影ビームＰＢに付与されたパターンを結像する投影システム（例えば、屈折型投影レンズ）ＰＬとを備える。

ここで示すように、この機器は、（例えば、透過性マスクを用いる）透過タイプのものである。或いは、この機器は、（例えば、上記で言及したタイプのプログラム可能なミラー・アレイを用いる）反射タイプのものとし得る。

照明器ＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。この放射源及びリソグラフィ機器は、例えば放射源がエキシマ・レーザのときは別々の要素とし得る。このような場合には、放射源はリソグラフィ機器の一部を形成するとはみなさず、放射ビームは、放射源ＳＯから、例えば適当な方向づけミラー及び／又はビーム・エキスパンダを含むビーム送達システムＢＤを用いて照明器ＩＬに至る。他の場合には、例えば放射源が水銀ランプのとき、放射源は機器に一体化された部分とし得る。放射源ＳＯ及び照明器ＩＬは、必要な場合にはビーム送達システムＢＤとともに、放射システムと称することがある。

照明器ＩＬは、ビームの角度強度分布を調節する調節手段ＡＭを含み得る。一般に、照明器の瞳面内の強度分布の少なくとも外側及び／又は内側半径方向範囲（一般に、それぞれ外側σ及び内側σと称する）を調節することができる。一般に、照明器ＩＬは、統合器ＩＮ及びコンデンサＣＯなど他の様々なコンポーネントをさらに備える。この照明器は、ビーム断面において所望の均一性及び強度分布を有する調節された放射ビームを提供する。この調節された放射ビームを投影ビームＰＢと称する。

投影ビームＰＢは、マスク・テーブルＭＴ上に保持されたマスクＭＡに入射する。マスクＭＡを横切った後で、投影ビームＰＢは、レンズＰＬを通過し、レンズＰＬによって基板Ｗの目標部分Ｃに結像する。第２位置決め手段ＰＷ及び位置センサＩＦ（例えば、干渉計装置）を用いて、基板テーブルＷＴを正確に移動させて、例えば、ビームＰＢの経路内に異なる目標部分Ｃを位置決めすることができる。同様に、第１位置決め手段ＰＭ及び（図１には明示的に示さない）別の位置センサを用いて、例えば、マスク・ライブラリからマスクＭＡを機械的に取り出した後で、或いは走査中に、ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般に、物体テーブルＭＴ及びＷＴの移動は、位置決め手段ＰＭ及びＰＷの一部を形成する（粗い位置決め用の）長ストローク・モジュール及び（精密位置決め用の）短ストローク・モジュールを用いて実現される。ただし、（スキャナと異なり）ステッパの場合には、マスク・テーブルＭＴを短ストローク・アクチュエータだけに連結するか、或いは固定とすることができる。マスクＭＡ及び基板Ｗは、マスク位置合わせマークＭ１、Ｍ２及び基板位置合わせマークＰ１、Ｐ２を用いて位置合わせし得る。

図に示す機器は、下記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は本質的に固定したまま、投影ビームに付与されたパターン全体を目標部分Ｃに１回で投影する（すなわち、１回の静止露光）。次いで、基板テーブルＷＴをＸ方向及び／又はＹ方向に移動して、異なる目標部分Ｃを露光することができる。ステップ・モードでは、露光領域の最大サイズが、１回の静止露光で画像形成される目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．スキャン・モードでは、マスク・テーブルＭＴ及び基板テーブルＷＴを同期して走査しながら、投影ビームに付与されたパターンを目標部分Ｃに投影する（すなわち、１回の動的な露光）。マスク・テーブルＭＴに対する相対的な基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＬの倍率（縮小率）及び像の反転特性によって決まる。スキャン・モードでは、露光領域の最大サイズが、１回の動的な露光における目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、走査移動長により、目標部分の（走査方向の）高さが決まる。
３．別のモードでは、プログラム可能なパターン化手段を保持するマスク・テーブルＭＴを本質的に固定したまま、基板テーブルＷＴを移動すなわち走査し、投影ビームに付与されたパターンを目標部分Ｃに投影する。一般に、このモードでは、パルス化された放射源を用い、基板テーブルＷＴの各移動動作後に、或いは走査中に連続放射パルス間で、プログラム可能なパターン化手段が必要に応じて更新される。この動作モードは、上記で言及したタイプのプログラム可能なミラー・アレイなどのプログラム可能なパターン化手段を利用するマスクなしリソグラフィに容易に適用し得る。

上記で説明した使用モードの組合せ及び／又は変形、或いは全く異なる使用モードを用いることもできる。

図２に、磁石２及びコイル４を備えるローレンツ・アクチュエータの断面図を示す。図２には、磁石２によって誘起され、磁力線６で示す磁界の分布及び（流れの方向で記号的に示す）コイル断面４を流れる電流８も示す。電源を備える制御システム１０は、１つ又は複数の導線１２を介してコイル４に電流８を供給する。座標系１４は、以下で参照することがあるｘ、ｙ、及びｚ方向を示す。

図２に示す磁石２は、４つの別々の磁石２とし得る。ただし、図に示す４つの磁石２は、１つ又は複数の大型の磁石の一部とすることができる。磁石２は、永久磁石、電磁石その他の任意のタイプの磁石とし得る。アクチュエータの一方の側では磁界６は正のｚ方向を向き、他方の側では磁界は負のｚ方向を向く。

コイル４は、２つの断面部分を有する１つのコイル４として示されている。左側の部分では、電流８は断面に入るように（正のｘ方向に）流れ、右側の部分では、電流８は断面から出てくる。

物理法則（マックスウエルの法則）により、電流が磁界を貫通して磁界に直交して流れると、電流及び磁界の両方に直交する力が発生する。ここで、図２を参照すると、磁界６はほぼｚ方向を向いており、電流８はｘ方向を向いている。そのため、ほぼｙ方向を向く力が発生する。この力は、磁石２及びコイル４の両方に作用する。すなわち、磁石２及びコイル４は相互に、ｙ方向に加速されることになる。図２に示すローレンツ・アクチュエータの両側で磁界６と電流８の方向が異なるので、磁石２及びコイル４の両側で、力は１つの方向（正又は負のｙ方向）を向く。

この力の強さは、とりわけ磁界６の強さ及び電流８の大きさによって決まる。図２のアクチュエータを制御するのは、制御システム１０だけ、すなわちコイル４を流れる電流８だけと仮定すると、この力の強さは、電流８の大きさにゲインＧを掛けたものに等しい。理想的には、ゲインＧは、時間に無関係であり、かつ、アクチュエータの動作範囲にわたってコイルと磁石の相対位置に無関係とし得る。しかし、実際には、アクチュエータのゲインＧは、アクチュエータの多くの理想的でない特性の影響を受けることになる。

図３Ａに、別のローレンツ・アクチュエータの磁界の分布を示す。図３Ａに示す磁界の分布は、アクチュエータのコイルに電流が流れていない状態で、有限要素法ソフトウエアを利用して計算したものである。アクチュエータ２０は、磁石２２、コイル２４、電源を備える制御システム３０、及び１つ又は複数の電源用の導線３２を備える。また、図２と同様に、座標系３４を示す。磁力線２６は、磁石２２間の磁界を示す。コイル２４には電流が流れていない。図３Ａに示すアセンブリは、図２に示すアセンブリを２つ分備えるが、ほぼ同じように機能する。

以下の説明では、磁石２２がほぼ静止しており、磁界２６と、コイル２４を流れる電流とによって生成された力により、コイル２４が磁石２２に対して相対的に移動し得ると仮定する。ただし、力が生成された結果、コイルがほぼ静止し磁石が移動するか、或いは、磁石及びコイルがともに移動し得ることに留意されたい。

この磁界は理想的なものではない。この磁界は、磁力線２６の間隔の変動からわかるように均質ではない。特に、磁石２２の縁部付近で、磁界２６は、かなりの強さの変動を示している。こうした強さの変動のために、アクチュエータのゲインＧは、磁石２２に対する相対的なコイル２４の位置に関して一定にならない。そのため、磁石２２に対する相対的なコイル２４の動きは、少なくともコイル２４を流れる電流及びコイル２４の位置に依存する。磁界したがってゲインＧは、ｙ方向だけでなくｚ方向にも変化することに留意されたい。おそらくはｘ方向の変動もあるが、図３Ａではｘ方向に直交する断面しか示していないので、このような変動はこの説明では割愛する。

従来技術と同様にアクチュエータのゲインＧを一定と仮定すると、力の位置依存性、したがって動きの位置依存性により、目標位置に対して移動した後で位置誤差が生じる。この誤差は、実際の位置をフィードバックし、コイル２４を位置決めし直すことによって補正し得る。こうすると、別の位置誤差が生じることがあり、したがって別の補正を行い、これが、目標位置に達するまで繰り返される。ただし、このような補正方法は時間がかかる。

本発明によれば、補償回路３６が制御回路３０の中に含まれ、それによってアクチュエータ・ゲインＧの多くのパラメータに対する依存性が補償される。例えば、実際には、コイル２４と磁石２２の距離についての２次関数で、ｚ方向の強さの変動を近似し得ることが測定結果から示されている。補償回路３６内で、この２次関数の逆関数を実施することができる。次いで、制御回路３０がコイル２４に電流を供給するときに、補償回路３６が、磁界２６の変動について、これらの変動による位置誤差が生じ得る前に、電流を補償することができる。同様に、ｙ方向の変動を補償する補償回路を設けることができる。

図３Ｂに、図３Ａに示すものと同様のアセンブリを示す。ただし、図３Ａでは電流が流れていなかったが、図３Ｂでは、コイル２４に電流が流れている。やはり磁石２２がほぼ静止していると仮定すると、コイル２４を流れる電流により、これらのコイルを加速する力が発生する。コイル２４を流れる電流によって生成された磁界により磁界分布全体が影響を受けるので、アクチュエータのゲインＧは、コイル２４を流れる瞬時電流に依存することになると結論づけることができる。制御システム３０内の補償回路３６によって、この依存性を補償し得る。さらに、上記で説明した電流依存性は、この電流の方向に対する依存性も含み得る。

図３Ｃに、アクチュエータのゲインＧが、磁界の方向にほぼ直交する（図３Ａ及び図３Ｂではｙ方向）面内のアクチュエータの位置（ｄｙ）の関数として示されるグラフを示す。この位置依存性を２つの場合について求め、それらを示す。第１の場合は、１０Ａの正の電流（Ｉ＝１０Ａ）がコイルを流れ、第２の場合は、１０Ａの負の電流（Ｉ＝−１０Ａ）がコイルを流れる。これらの電流の方向は互いに反対であり、そのため反対向きの力が発生する。ｚ方向の位置は一定に保たれ、両方の場合について同じである。

図３Ｃに示すグラフは、アクチュエータのゲインＧが、磁石に対する相対的なコイルのｙ位置の関数として変動することを示している。さらに、このグラフは、アクチュエータのゲインＧが、電流の関数であることを示している。これらのゲインの変動はともに、コイルと磁石アセンブリの間でｙ方向の相対変位を示す位置ｄｙの２次関数として近似し得る。位置ｄｙ＝０は、磁石アセンブリに関するコイルの対称位置を示す。Ｉ＝−１０Ａについての特性は、ｄｙ＝０を起点とした図３Ｃの垂直軸の周りでＩ＝１０Ａについての特性を反転することによって得られることに留意されたい。

図３Ｃでは生成される力の強さの変動を示すが、図４に、生成される力の偏倚を示す。この場合も、磁石４２、コイル４４、磁界４６、電源を備える制御システム５０、及び少なくとも１つのパラメータの関数としてのアクチュエータ・ゲインを有する本発明による補償回路５６を備えるローレンツ・アクチュエータを概略的に示す。

磁石４２とコイル４４の組合せのある種の特性により、電流がコイル４４の巻き線を流れると、垂直方向の力（Ｆｙ）が発生するだけでなく、ｘ方向及びｚ方向の力（Ｆｘ、Ｆｚ）も発生することがある。これらの力は所望の力ではなく、以下では寄生力と称する。例えば、これらの寄生力により、コイル４４が磁石４２に向かって強制的にシフトするか、或いは、図４に示すようにコイル４４が回転することがある。第１に、このようなシフト又は回転は望ましいものではなく、第２に、このようなシフト又は回転により、上記で説明したように磁界が変動するためにさらなるアクチュエータ・ゲインの変動が生じる。

これらの寄生力は、制御システム５０に含まれる補償回路５６によって補償し得る。これらの寄生力は、コイル４４、磁界４６、及びそれらの組合せの関連する特性が含まれる式に従って計算するか、或いは、所定のアクチュエータ・ゲインから求めることができる。これらの式又はアクチュエータ・ゲインを用いて、補償回路５６により、これらの力をあらかじめ計算することができる。フィード・フォワード回路を用いて、補償回路５６により、シフト又は回転が生じないように寄生力と反対の力を加えることができる。

図５に本発明の実施例を示す。磁石アセンブリ６２及びコイル６６を備えるアクチュエータ６０が、制御システム６８に接続される。磁石アセンブリ６２によって誘起される磁界を、磁力線６４で概略的に示す。制御システム６８は、電源７０及び目標位置入力７２を有する。電源７０は、接続部７４を介してアクチュエータ６０のコイル６６に制御電流を供給し得る。制御システム６８は、所定のアクチュエータ・ゲインＧが格納された記憶装置７６をさらに備える。記憶装置７６は、ＲＡＭ又はＲＯＭなどのデジタル式記憶装置とし得るが、あるパラメータの関数としてのアクチュエータ・ゲインＧの特性を有する電子式又はデジタル式のフィルタをすることもできる。

図５の実施例は、第２アクチュエータ７８をさらに備える。第２アクチュエータ７８は、機械的なインターフェース８４によってコイル６６をあるｚ位置に位置決めすることができる。別の制御入力８０を用いてｚ位置入力を入力して、コイル６６に結合又は装着された物体を所望のｚ位置に変位させることができる。さらに、制御システム６８により、ｚ入力８２又は別の制御入力８０を介して制御信号を入力してｚ方向に力を発生させ、それによってｚ方向のいかなる寄生力も補償することができる。

第２アクチュエータ７８は、任意のタイプのものとし得る。第２アクチュエータ７８は、第１アクチュエータ６０と同じタイプのアクチュエータとし得る。第２アクチュエータ７８は、アクチュエータ６０の一部に力を加えるように適合される空気圧装置その他の任意の装置とすることもできる。

動作時に、制御システム６８の入力７２に目標位置を入力し得る。制御システム６８は、コイル６６に装着又は結合された物体の実際の位置から目標位置までの変位を計算するように適合させることができる。記憶装置７６に格納された所定のアクチュエータ・ゲインＧを用いて、制御システム６８は、コイル６６、したがって物体を目標位置に移動させる力を生成するのに必要とされる制御電流を計算し得る。このように計算された制御電流に従って、制御システム６８は、電源７０に制御信号を送出し得る。電源７０は、制御システム６８の一部とすることもできるし、別の装置とすることもできる。この電源は、制御信号に応答してアクチュエータ６０に、この場合にはアクチュエータ６０のコイル６６に制御電流を供給する。

この実施例では、実際の位置のフィードバックが必要とされない高精度で位置決めを実施することを想定している。コイル６６すなわち物体の位置は、以前に測定した位置か、或いはその他の方法で求められて入力された位置から計算し、次いで、誘起された変位から計算することができる。ただし、位置測定装置及びその測定位置のフィードバックを設けて、制御システム６８により、計算位置からの偏差を補正又は補償し得る。

この位置と、おそらくは他のパラメータを、制御システム６８内で求めるか、或いは、測定し、制御システム６８に入力する。次いで、制御システム６８がこれらのパラメータを用いて、これらのパラメータ及び制御電流の関数としてのアクチュエータ・ゲインＧから、アクチュエータ６０内で実際に発生する力を正確に求める。

図６に、アクチュエータに装着又は結合された物体の位置を制御するために位置フィードバックに用いる制御システムの実施例を示す。この制御システムの外部で所望の絶対位置を求め、設定値入力９２を介してこの制御システムに供給する。この所望の絶対位置から、被制御物体の実際の絶対位置の測定値１０６を減算して、この物体の所望の相対移動信号９４を得ることができる。次いで、所望の相対移動信号９４を、位置コントローラ９６に、その位置コントローラ入力を介して供給する。位置コントローラ９６は、当業者には周知の装置であり、移動信号を制御信号に変換し得る。位置コントローラ９６は、例えば、ＰＩＤコントローラ、ローパス・フィルタ、及び増幅器を含み得る。

位置コントローラ９６からの制御信号出力は、位置コントローラ信号９８として基準にすることができる。位置コントローラ信号９８をアクチュエータ１００に入力し、それによって、アクチュエータ１００に装着又は結合された物体が加速される（１０２）。

測定システム１０４により、物体の加速１０２を求め、かつ物体の実際の位置１０６を計算することもできるし、いかなる加速１０２も無視して直接、実際の位置１０６を測定することもできる。実際の位置１０６をこのシステムの入力にフィードバックし、設定値入力９２で入力された目標位置から減算する。

ここで説明した従来技術のシステムに加えて、アクチュエータ・ゲイン記憶装置１０８をこの制御システムに追加する。アクチュエータ・ゲイン記憶装置１０８は、１つ又は複数のパラメータの関数としてアクチュエータ・ゲインを格納する。このアクチュエータ・ゲイン記憶装置は、制御信号９８を計算する位置コントローラ９６に接続される。

図６の位置制御システムがどのように機能するかは、当業者には容易に理解されよう。設定値入力９２における位置入力と実際の測定位置信号１０６を減算器で減算して、所望の移動信号９４が得られる。所望の移動信号９４に基づいて、位置コントローラ９６により、物体を所望の位置に移動させるための力及び前記力の継続時間が決まる。位置コントローラ９６から出力された制御信号９８をアクチュエータ１００に供給する。位置コントローラ９６によって制御されるアクチュエータ１００から得られる力によって物体が加速される。

実際の位置１０６を測定し、この位置信号を減算器にフィードバックして、所望の指令位置９２と実際の位置９６の誤差９４を計算し、移動信号９４が補正される。しかし、実際の動きは、アクチュエータ１００によって加えられた力が意図した所望の動きとは異なることがある。というのは、アクチュエータのゲインが１つ又は複数のパラメータに依存するからである。そのため、位置コントローラ９６は、制御信号を変更して、目標位置からの偏差を補償する必要がある。

ただし、図６に示す位置コントローラ９６は、記憶装置１０８から、任意の適切な所定のパラメータの関数としての実際のアクチュエータ・ゲインを受け取ることができる。この受け取った実際のアクチュエータ・ゲインに基づいて、位置コントローラ９６は、より正確な制御信号９８を出力することができ、それによってこの物体は、位置フィードバック・ループを反復する回数が少ないか、おそらくは全く反復することさえなく、目標位置に近づくか、或いは到達することができる。

図６は、いかなるフィード・フォワード回路も含まないことに留意されたい。しかし、実際には、フィード・フォワード回路を設けることができる。例えば、所望の位置９２は、物体の所望の加速に対応し得る。一般に、この物体の所望の加速は、例えば物体の質量を掛けるなどの処理を施され、位置制御信号９８に加えられる。物体の特性の細部に応じて、他のフィード・フォワード回路を設けることもできる。

図６に関連して説明した実施例は単なる例であることを理解されたい。この所定のアクチュエータ・ゲインを位置コントローラ９６に埋め込み、別の記憶装置に格納しないことも可能である。また、他のアクチュエータへのフィード・フォワード信号を用いる他の実施例が可能である。

以上、本発明の特定の実施例を説明してきたが、上記で説明した以外の形で本発明を実施し得ることを理解されたい。この説明は本発明を限定するためのものではない。

コイル及び磁石を備えるローレンツ・アクチュエータと組み合わせて本発明を説明してきたが、これに加えて、任意の他の種類のアクチュエータを用いて本発明を実施することもできる。すなわち、１つ又は複数のパラメータの関数としてアクチュエータのゲインを決定し、この決定されたアクチュエータ・ゲインを用いて物体を正確に位置決めすることを、任意の他のアクチュエータで実施し得る。例として、本発明は、多相巻き線を備え、かつ３相電流源又は１相ごとに別の電流源を用いて電力が供給されるリニア・モータ又は平面モータに適用することもできる。リニア・モータの特定の例では、本発明を適用して、コギング又は飽和などの寄生効果を補償することができる。本発明を用いて、リニア・モータ又は平面モータで生じる非正弦波状の磁界分布を予測することもできる。磁界の形状をあらかじめ決定することによって、位置に対する適切な電流プロフィールを決定して、必要とされる力のプロフィールを生成することができる。

本発明の実施例によるリソグラフィ機器を示す図である。 リニア（ローレンツ）アクチュエータの磁界分布を示す概略図である。 コイルに電流が流れていない状態で、アクチュエータの磁界分布を示す概略図である。 コイルに電流が流れている状態で、アクチュエータの磁界分布を示す概略図である。 コイルを流れる２種類の異なる電流について、位置の関数としてのアクチュエータ・ゲインの値を示す２つのグラフを伴う図である。 直交する寄生力がコイルに作用するアクチュエータを示す概略図である。 アクチュエータ及び本発明による制御システムを備える実施例を示す概略図である。 本発明による制御システムの実施例を示す概略図である。

符号の説明

２ 磁石
４ コイル
６ 磁力線
８ 電流
１０ 制御システム
１２ 導線
１４ 座標系
２０ アクチュエータ
２２ 磁石
２４ コイル
２６ 磁力線、磁界
３０ 制御システム
３２ 導線
３４ 座標系
３６ 補償回路
４２ 磁石
４４ コイル
４６ 磁界
５０ 制御システム
５６ 補償回路
６０ アクチュエータ
６２ 磁石アセンブリ
６４ 磁力線
６６ コイル
６８ 制御システム
７０ 電源
７２ 目標位置入力
７４ 接続部
７６ 記憶装置
７８ 第２アクチュエータ
８０ 制御入力
８２ ｚ入力
８４ 機械式インターフェース
９２ 設定値入力、指令位置
９４ 相対移動信号、誤差
９６ 位置コントローラ
９８ 位置コントローラ信号、制御信号
１００ アクチュエータ
１０２ 物体の加速
１０４ 測定システム
１０６ 実際の絶対位置の測定値、測定位置信号
１０８ アクチュエータ・ゲイン記憶装置
ＡＭ 調節手段
ＢＤ ビーム送達システム
Ｃ 目標部分
ＣＯ コンデンサ
Ｆｙ ｙ方向の力
Ｆｚ ｚ方向の力
ＩＦ 位置センサ
ＩＬ 照明システム、照明器
ＩＮ 統合器
ＭＡ パターン化手段
ＭＴ 第１支持構造
Ｍ１ マスク位置合わせマーク
Ｍ２ マスク位置合わせマーク
ＰＢ 放射投影ビーム
ＰＬ 投影システム、レンズ
ＰＭ 第１位置決め手段
ＰＷ 第２位置決め手段
Ｐ１ 基板位置合わせマーク
Ｐ２ 基板位置合わせマーク
ＳＯ 放射源
Ｗ 基板
ＷＴ 基板テーブル

Claims (10)

1. 目標位置に物体を移動させる位置決めシステムであって、
   制御電流に応答して第１方向に前記物体に力を加える第１アクチュエータであって、前記アクチュエータがアクチュエータ・ゲインを有し、前記生成される力が、前記制御電流及び前記アクチュエータ・ゲインの関数であり、前記アクチュエータが、
   磁界を誘起する磁石と、
   前記磁界中のコイルとを備え、前記磁石と前記コイルが相互に移動可能である第１アクチュエータと、
   制御信号に応答して前記アクチュエータに前記制御電流を供給する電源と、
   前記電源に前記制御信号を供給することによって前記アクチュエータが生成する前記力を制御する制御システムとを備え、前記制御信号が前記アクチュエータ・ゲインに適合され、前記ゲインが、少なくとも１つのパラメータの関数としてあらかじめ決定される、位置決めシステム。
2. 前記制御システムにより、前記目標位置に前記物体を移動させるために前記物体に加えられる時変力が決まり、前記力を発生させるために少なくとも１つの時変制御信号が前記電源に出力される、請求項１に記載の位置決めシステム。
3. 前記アクチュエータ・ゲインが、前記第１方向にほぼ直交する方向の前記コイルと前記磁石の距離の関数としてあらかじめ決定され、前記制御システムが、前記磁石と前記コイルの距離に前記制御信号を適合させる、請求項１又は２に記載の位置決めシステム。
4. 前記アクチュエータ・ゲインが、前記アクチュエータに供給される前記制御電流の関数としてあらかじめ決定され、前記制御システムが、前記制御電流に前記制御信号を適合させる、請求項１から３までのいずれかに記載の位置決めシステム。
5. 前記制御システムが第２アクチュエータを備え、前記第２アクチュエータが、前記第１アクチュエータの一部に補償力を加えて、前記第１アクチュエータの前記部分に作用する寄生力を補償することができる、請求項１から４までのいずれかに記載の位置決めシステム。
6. 前記アクチュエータ・ゲインが、前記第１方向にほぼ直交する第２方向にあらかじめ決定され、前記制御システムが、前記第２アクチュエータに制御信号を供給して、前記第２方向に発生した力を補償する、請求項５に記載の位置決めシステム。
7. 前記第２アクチュエータへの前記制御信号が、フィード・フォワード回路を介して供給される、請求項６に記載の位置決めシステム。
8. 放射投影ビームを提供する照明システムと、
   前記投影ビームの横断面にパターンを付与する働きをするパターン化手段を支持する支持構造と、
   基板を保持する基板テーブルと、
   前記基板の目標部分に前記パターン化されたビームを投影する投影システムとを備えるリソグラフィ機器であって、請求項１から７までのいずれかに記載の少なくとも１つの位置決めシステム、具体的には、前記支持構造、又は前記基板テーブル、或いはその両方の動きを制御する位置決めシステムをさらに備えることを特徴とする、リソグラフィ機器。
9. 目標位置に物体を移動させる位置決め方法であって、
   少なくとも１つのパラメータの関数として、アクチュエータのアクチュエータ・ゲインを決定するステップであって、前記アクチュエータが、電源から供給された制御電流に応答して、第１方向に前記物体に力を加えるように適合され、前記力が前記制御電流及び前記アクチュエータ・ゲインの関数であるステップと、
   前記少なくとも１つのパラメータの値を決定するステップであって、前記少なくとも１つのパラメータの関数として前記アクチュエータ・ゲインがあらかじめ決定されるステップと、
   電源に制御信号を供給することによって前記アクチュエータが生成する前記力を制御するステップであって、前記制御信号が、前記少なくとも１つのパラメータの関数として前記あらかじめ決定されたアクチュエータ・ゲインに適合され、前記少なくとも１つのパラメータの値が前記ステップで決定されるステップと、
   前記制御信号に応答して前記電源から前記アクチュエータに前記制御電流を供給するステップとを含む、方法。
10. 基板を提供するステップと、
    照明システムを使用して放射投影ビームを提供するステップと、
    パターン化手段を使用して前記投影ビームの横断面にパターンを付与するステップと、
    前記基板の目標部分に前記パターン化された放射ビームを投影するステップとを含むデバイスの製造方法であって、請求項９に記載の位置決め方法に従って物体を位置決めすること、具体的には、前記パターン化手段、又は前記基板、或いはその両方を位置決めすることを特徴とする、方法。

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