JP2007312516A - 駆動装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入れ替えが可能な２つの可動子（ステージ）を有する露光装置のフットプリントを小さくする。
【解決手段】露光装置は、アライメント用の計測処理と露光処理とを並列に実施する。露光装置は、計測領域ＭＡ及び露光領域ＥＡを含む固定子ＳＭと固定子上で移動可能な２つの可動子（ステージ）ＳＴ１、ＳＴ２とを有し各可動子が基板を保持するチャックを有するステージ装置ＳＤを備える。固定子ＳＭはコイルユニットを有する。コイルユニットは、計測領域ＭＡ及び露光領域ＥＡで可動子ＳＴ１、ＳＴ２を独立して駆動する駆動コイルＤＣと、計測領域ＭＡ及び露光領域ＥＡの間で可動子ＳＴ１、ＳＴ２を入れ替えるスワップコイルＳＣとを含む。コイルユニットは、駆動コイルＤＣの少なくとも一部とスワップコイルＳＣとが重なるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの可動子を備える駆動装置、露光装置及び該露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

特許文献１には、２つのウエハステージを有するステージ装置を備える露光装置が記載されている。このような露光装置では、一方のステージ上のウエハを露光している間に、他方のステージ上のウエハについてアライメント用の計測をすることができる。ウエハの露光は、露光領域において、投影光学系を介してウエハにパターンを投影することによってなされうる。アライメント用の計測は、計測領域において、計測光学系を使ってウエハ上のマーク位置を計測することによってなされうる。２つのステージは、露光領域と計測領域との間で入れ替えることができるように構成されている。この入れ替えのことをスワップともいう。

ステージ装置は、それぞれステージとして機能する２つの可動子と、平面部を有する固定子とを備える。各可動子は、略直方体の天板と、天板の下側（固定子側）に設けられた複数の永久磁石と、天板上に設けられた基板保持部（基板チャック）とを備える。

固定子は、コイルユニットを備える。図１８は、固定子のコイルユニットの構成を示す図である。コイルユニットは、Ｘ、ωｚ、ωｘ方向の駆動用の第１コイル列１７１（１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ）と、Ｙ、ωｚ、ωｙ方向の駆動用の第２コイル列１７２（１７２ａ、１７２ｂ）とを含む。第１コイル列１７１と第２コイル列１７２は、重ね合わせて配置される。

第１コイル列１７１は、Ｙ方向に沿った直線部を有しＸ方向に推力を発生する複数のコイルをＸ方向に並べて構成され、第２コイル列１７２は、Ｘ方向に沿った直線部を有しＹ方向に推力を発生する複数コイルをＹ方向に並べて構成されている。

アライメントのための計測処理と露光処理とを並列に実施するためには、２つのステージ（可動子）を独立して駆動する必要がある。図１８（ｂ）に示すように、Ｘ方向に推力を発生するコイルからなる第１コイル列１７１は、Ｙ方向に沿った直線部を有しＸ方向に推力を発生する複数のコイルをＸ方向に並べて構成されている。したがって、計測処理と露光処理とを並列に実施する際に、２つのステージ（可動子）を独立して駆動することができる。しかしながら、２つのステージを＋Ｙ方向、−Ｙ方向にそれぞれ駆動して２つのステージを入れ替えるためには、２つのステージがＹ方向に並ぶ際にも２つのステージを独立して駆動する必要がある。そこで、第１コイル列１７１は、Ｙ方向に分割されたスワップ用コイル列１７１ｃ１、１７１ｃ２を含む。結果として、第１コイル列１７１は、計測処理及びスワップ処理のためのコイル列１７１ａと、露光処理及びスワップ処理のためのコイル列１７１ｂと、スワップ処理専用のコイル列１７１ｃ１、１７１ｃ２とで構成される。

図１８（ａ）に示すように、Ｙ方向に推力を発生するコイルからなる第２コイル列１７２は、Ｘ方向に分割されている。分割されたコイル列１７２ａは、計測処理及びスワップ処理のためにステージを駆動し、分割されたコイル列１７２ｂは、露光処理及びスワップ処理のためにステージを駆動する。
特開２００４−２５４４８９号公報

特許文献１に記載された露光装置では、第１コイル列１７１は、コイル列１７１ａ、１７１ｂの他に、スワップ処理専用のコイル列１７１ｃ１、１７１ｃ２を有する。そして、コイル列１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ１、１７１ｃは、平面的に並べられている。したがって、スワップ処理専用のコイル列１７１ｃ１、１７１ｃ２が配置されている領域の分だけステージ装置或いは露光装置の設置面積（フットプリント）が増大する。

本発明は、上記のような課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、入れ替えが可能な２つの可動子を有する装置のフットプリントを小さくすることを目的とする。

本発明の第１の側面は、第１領域及び第２領域を含む固定子と、前記固定子上で移動可能な２つの可動子とを備える駆動装置に関する。前記可動子は磁石を有し、前記固定子はコイルユニットを有する。前記コイルユニットは、前記第１領域及び前記第２領域で前記２つの可動子を独立して駆動する駆動コイルと、前記第１領域及び前記第２領域の間で前記２つの可動子を入れ替えるスワップコイルとを含む。前記駆動コイルの少なくとも一部と前記スワップコイルとが重なるように構成される。

本発明の好適な実施形態によれば、前記スワップコイルは、前記第１領域及び前記第２領域が配列された第１方向と平行かつ互いに反対方向に前記２つの可動子を駆動することができるように構成されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記スワップコイルは、前記第１方向に直交する第２方向に分割された２つの分割コイル列を含みうる。各分割コイル列は、前記第２方向に沿った直線部を含む複数のコイルを前記第１方向に並べて構成されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記スワップコイルは、前記駆動コイルよりも前記可動子から遠い位置に配置されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記第１領域は、前記可動子に搭載された基板についてアライメント用の計測処理を行うための領域とすることができる。前記第２領域は、アライメント用の計測結果に基づいて前記基板をアライメントしながら露光処理を行うための領域とすることができる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記駆動コイルは、前記計測処理及び前記露光処理のほか、前記２つの可動子を入れ替えるスワップ処理のために使用されうる。

本発明の第２の側面は、アライメント用の計測処理と露光処理とを並列に実施する露光装置に関する。前記露光装置は、ステージ装置、計測ユニット及び露光ユニットを備える。前記ステージ装置は、計測領域及び露光領域を含む固定子と前記固定子上で移動可能な２つの可動子とを有し、各可動子が基板を保持するチャックを有する。前記計測ユニットは、前記計測領域において計測処理を実施し、前記露光ユニットは、前記露光領域において前記計測ユニットによる計測結果に基づいて基板をアライメントしながら露光処理を実施する。前記可動子は磁石を有し、前記固定子はコイルユニットを有する。前記コイルユニットは、前記計測領域及び前記露光領域で前記２つの可動子を独立して駆動する駆動コイルと、前記計測領域及び前記露光領域の間で前記２つの可動子を入れ替えるスワップコイルとを含む。前記コイルユニットは、前記駆動コイルの少なくとも一部と前記スワップコイルとが重なるように構成される。

本発明の好適な実施形態によれば、前記スワップコイルは、前記計測領域及び前記露光領域が配列された第１方向と平行かつ互いに反対方向に前記２つの可動子を駆動することができるように構成されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記スワップコイルは、前記第１方向に直交する第２方向に分割された２つの分割コイル列を含みうる。各分割コイル列は、前記第２方向に沿った直線部を含む複数のコイルを前記第１方向に並べて構成されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記スワップコイルは、前記駆動コイルよりも前記可動子から遠い位置に配置されうる。

本発明の好適な実施形態によれば、前記駆動コイルは、前記計測処理及び前記露光処理のほか、前記２つの可動子を入れ替えるスワップ処理のために使用されうる。

本発明の第３の側面は、デバイス製造方法に係り、前記露光装置を用いて、基板に塗布されら感光剤を露光する工程と、前記感光剤を現像する工程と、前記基板を処理する工程（例えば、エッチング）とを含む。

本発明によれば、例えば、駆動コイルの少なくとも一部とスワップコイルとを重ねて配置することによって、入れ替えが可能な２つの可動子を有する装置のフットプリントを小さくすることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の好適な実施形態に係るツインステージ構成の露光装置の構成を概略的に示す図である。図１（ａ）は、露光装置１００の概略的な側面図（斜線を付した部分は断面）、図１（ｂ）は、露光装置１００のステージ装置ＳＤの概略的な平面図である。

露光装置１００は、露光対象の基板を駆動する装置としてツインステージ構成のステージ装置（駆動装置）ＳＤを備えている。ステージ装置ＳＤは、平面部を有する固定子ＳＭ上に２つのステージ（可動子）ＳＴ１、ＳＴ２を有し、平面部上で２つのステージＳＴ１、ＳＴ２を駆動することができる。平面部上のステージＳＴ１、ＳＴ２が移動可能な領域には、計測領域ＭＡと、露光領域ＥＡと、スワップ領域ＳＡとが定義されている。ここで、スワップ領域ＳＡは、計測領域ＭＡの一部及び露光領域ＥＡの一部と重複している。

計測領域ＭＡでは、計測光学系等を含む計測ユニットＭＵにより、計測領域ＭＡ内のステージ上のチャックによって保持された基板についてアライメント用の計測処理がなされる。露光領域ＥＡでは、投影光学系等を含む露光ユニットＥＵにより、その計測処理の結果に基づいて、露光領域ＥＡ内のステージ上に基板をアライメントしながら露光処理がなされる。

一方のステージが露光領域ＥＡ内において基板の露光に利用されているときに、他方のステージが計測領域ＭＡ内において基板のアライメント用の計測に利用される。また、２つのステージＳＴ１、ＳＴ２は、スワップ領域ＳＡにおいて互いの位置を入れ替えることができる。計測領域ＭＡ内において計測がなされた基板を保持した第１ステージ（例えば、ＳＴ１）は、露光領域ＥＡ内に移動し、露光領域ＥＡにおいて、その基板は、計測結果に基づいてアライメントがなされながら露光がなされる。一方、露光領域ＥＡ内において露光がなされた基板を保持した第２ステージ（例えば、ＳＴ２）は、第１ステージが計測領域ＭＡから露光領域ＥＡに移動する際に、露光領域ＥＡから計測領域ＭＡに移動する。ここで、第２ステージ上の露光が終了した基板は、適当なタイミングで取り除かれ、新たな基板が第２ステージ上に載置される。

ステージ装置ＳＤは、床上に設置された平面モータ固定子ＳＭと、平面モータ固体子ＳＭ上でＸＹ方向に移動する平面モータ可動子（ステージ）ＳＴ１、ＳＴ２とを備える。

可動子ＳＴ１、ＳＴ２は、例えば、略直方体の天板と、天板の下側（固定子側）に設けられた複数の永久磁石と、天板上に設けられた基板チャックとを備えうる。天板は、セラミック等の剛性が高い材質で構成されることが望ましい。

固定子ＳＭは、ベースＢと、ベースＢの上又は中に配置されたコイルユニットを備える。固定子ＳＭは、計測領域ＭＡと、露光領域ＥＡとを含み、可動子ＳＴ１、ＳＴ２は、計測領域ＭＡと露光領域ＥＡの間を移動することができる。

コイルユニットは、計測領域ＭＡ内及び露光領域ＭＡ内でそれぞれ２つの可動子を独立して駆動するための駆動コイルＤＣと、計測領域ＭＡと露光領域ＥＡの間で２つの可動子を入れ替えるためのスワップコイルＳＣとを含む。駆動コイルＤＣは、領域ＭＡ、ＥＡ内で可動子をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向、及びＸ、Ｙ、Ｚ軸回りの回転方向であるωｘ、ωｙ、ωｚ方向に駆動することができるように構成されうる。例えば、ベースＢ上に絶縁シートを介してスワップコイルＳＣが配置され、その上に絶縁シートを介して駆動コイルＳＣが配置されうる。

図２は、駆動コイルの構成例を示す図である。駆動コイルＤＣは、例えば、６層構成のコイル列１〜６で構成されうる。各層のコイル列は、図３の（ａ）又は（ｂ）に例示するように、複数の略長円形のコイルを並べて構成されうる。各コイルは、直線部を含み、直線部がＸ方向又はＹ方向に平行になるように配置されうる。図２に示す構成例は、コイルの直線部がＸ方向に平行なもので構成される層が３層、コイルの直線部がＹ方向に平行なもので構成される層が３層である。

コイル列６は、スワップコイルＳＣの上に絶縁シートを介して配置されうる。コイル列６は、Ｘ方向に平行な直線部を有する複数の略長円形のコイルをＹ方向に並べて構成されるコイル層であり、ωｘ方向の駆動に用いられうる。その上に絶縁シートを介してコイル列５が配置されうる。コイル列５は、Ｙ方向に平行な直線部を有する複数の略長円形のコイルをＸ方向に並べて構成されるコイル層であり、ωｙ方向の駆動に用いられうる。その上に絶縁シートを介してコイル列４が配置されうる。コイル列４は、Ｘ方向に平行な直線部を有する複数の略長円形のコイルをＹ方向に並べて構成されるコイル層であり、ωｚ方向の駆動に用いられうる。その上に絶縁シートを介してコイル列３が配置されうる。コイル列３は、Ｙ方向に平行な直線部を有する複数の略長円形のコイルをＸ方向に並べて構成されるコイル層であり、Ｚ方向の駆動に用いられうる。その上に絶縁シートを介してコイル列２が配置されうる。コイル列２は、Ｘ方向に平行な直線部を有する複数の略長円形のコイルをＹ方向に並べて構成されるコイル層であり、Ｙ方向の駆動に用いられうる。その上に絶縁シートを介してコイル列１が設けられる。コイル層１は、Ｙ方向に平行な直線部を有する複数の略長円形のコイルをＸ方向に並べて構成されるコイル層であり、Ｘ方向の駆動に用いられうる。

図４は、可動子ＳＴ１、ＳＴ２の構成例を示す図である。天板（ステージ部材）Ｔの下部に磁石列Ｍが固定されている。磁石列Ｍは、Ｚ方向に上向きに着磁された磁石、Ｚ方向下向きに着磁された磁石、Ｘ方向に対して４５度方向、１３５度方向、−１３５度方向、−４５度方向に着磁された磁石の４種類の磁石を含む。

Ｚ方向に上向きに着磁された磁石は、○の中に×を書いた記号で示され、Ｚ方向下向きに着磁された磁石は、○の中に・を書いた記号で示されている。Ｘ方向に対して４５度方向、１３５度方向、−１３５度方向、−４５度方向に着磁された磁石はその方向の矢印を書いた記号で示されている。

図４下部の手前側空間において、Ｚ方向に上向きに着磁された磁石付近ではＺ方向上向きの磁束が、Ｚ方向下向きに着磁された磁石付近ではＺ方向下向きの磁束が発生している。また、Ｘ方向に対して４５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して−１３５度方向の磁束が、Ｘ方向に対して１３５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して−４５度方向の磁束が発生している。また、Ｘ方向に対して−４５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して１３５度方向の磁束が、Ｘ方向に対して−１３５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して４５度方向の磁束がそれぞれ発生している。つまり、着磁方向が水平面内にある磁石では、磁石の外部において磁石の着磁方向と逆向きの磁束が発生する。

Ｚ方向に着磁された磁石は、Ｘ方向、Ｙ方向には周期Ｌで並んでいて、Ｘ方向に対して４５度及び−４５度方向には周期√２×Ｌで並んでいる。更に、Ｘ方向に対して４５度及び−４５度方向にはＺ方向上向きに着磁された磁石とＺ方向下向きに着磁された磁石が距離√２／２×Ｌごとに交互に並んでいる。また、Ｘ方向に対して４５度方向にはＺ方向上向きに着磁された磁石とＺ方向下向きに着磁された磁石との間にＸ方向に対して４５度方向に着磁された磁石、Ｘ軸に対して−１３５度方向に着磁された磁石が交互に配置されている。また、Ｘ方向に対して−４５度方向にはＺ方向上向きに着磁された磁石とＺ方向下向きに着磁された磁石との間にＸ方向に対して−４５度方向に着磁された磁石、Ｘ軸に対して１３５度方向に着磁された磁石が交互に配置されている。このような配置方法は、ハルバッハ配列と呼ばれる。

図４（ｂ）は、可動子ＳＴ１、ＳＴ２を下から眺めた図である。磁石の手間側の面では、手前に向かう磁束（つまり、Ｚ方向下向きの磁束）は。四方から集められる形で強化され、紙面奥側に向かう磁束（つまり、Ｚ方向上向きの磁束）は、四方に分散される形で強化される。逆に、反対側の面つまり磁石と天板の接合部では、磁束が相殺してほとんどでないようになっている。別の側面では、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って磁石の配置を眺めると±Ｚ方向に着磁された磁石もＸ方向に対して±４５度方向に着磁された磁石も周期Ｌで並んでいる。よって、Ｘ又はＹ方向に沿った鉛直方向の磁束密度も水平方向の磁束密度も周期Ｌの略サイン波で分布している。更に、鉛直方向の磁束密度と水平方向の磁束密度は距離Ｌ／４だけずれて分布している。距離Ｌを３６０度とすると鉛直方向の磁束密度分布と水平方向の磁束密度分のピーク位置は９０度ずれている。

図４（ｂ）に示す構成例では、対角線上の右上部と左下部に欠損部が設けられている。この欠損部は、後述のようにωｚ方向のモーメント発生に寄与する。図４（ｂ）に示すように、前記対角線上の欠損部以外にも、Ｘ方向に３本、Ｙ方向に３本の直線状の欠損領域がある。これは、後述のように、対面するコイルがかならず通電されないように制御される領域であり、推力にあまり寄与しないため軽量化のために磁石を取り除いたものである。この結果、天板下面には、１４個の小磁石ユニッが配置されている。各磁石ユニットは、３３個の磁石で構成される。具体的には、小磁石ユニットには、＋Ｚ軸方向に着磁された４個の磁石と、−Ｚ軸方向に着磁された４個の磁石とが含まれる。小磁石ユニットには、Ｘ軸方向に対して、−４５度方向に着磁された９個の磁石と、４５度方向に着磁された６個の磁石と、１３５度方向に着磁された４個の磁石と、−１３５度方向に着磁された６個の磁石６個とが含まれる。磁石配置及び欠損部の配置については、上述の構成に限定されるものではなく、並進方向及び回転方向に力が発生可能に構成されていればよい。

次に、図５を参照しながら並進力及び浮上力の発生原理を説明する。並進力及び浮上力の基本は、フレミングの法則に従うローレンツ力である。コイルの直線部は、Ｘ又はＹ軸方向に平行なので、鉛直方向の磁束中でコイルに電流を流せばＸ又はＹ軸方向の並進力が発生するし、水平方向の磁束中でコイルに電流を流せば浮上力又は浮上力と逆方向の力を発生する。

図５は、コイル列２とステージＳＴ１（ＳＴ２）を下方から眺めた図である。前述のように、コイル列２は、直線部（長手方向）がＸ軸方向に沿った複数のコイルをＹ軸方向に沿って配列して構成される。各コイルの直線部のスパンは、磁石のＸ、Ｙ軸方向におけるＺ軸方向着磁磁石の周期Ｌの半分（つまりＬ／２）であり、隣り合うコイル同士は、３／４×Ｌずつ離れている。周期Ｌを３６０度としたとき、隣り合うコイルは、２７０度ずつ位相がずれている。１つおきのコイル同士の位相は、５４０度（つまり１８０度）ずれている。

あるコイルを基準に考えると隣のコイルは２７０度ずれ、更に隣のコイルは１８０度ずれ、更に隣のコイルは９０度ずれて、４つ目のコイルは同じ位相になり、以下これを繰り返す。１つおきのコイルの巻き方を逆にするか、必ず逆向きの電流を流すように制御すれば、見かけ上、０度と９０度の２種類の位相のコイルから構成されているようにも見える。

図５に示す構成例では、１つおきのコイルの電流方向を必ず逆にすることとして、逆電流を流すコイルには−符号をつけて示している。よって、見かけ上、コイルの相の種類は、Ａ相、Ｂ相の２種類で−Ａ相、−Ｂ相の電流は、Ａ相、Ｂ相の電流がきまると自動的に決まる。

前述のように、鉛直方向の磁束密度も水平方向の磁束密度も、周期Ｌの略サイン波分布を有する。よって、各コイルに鉛直方向の磁束密度分布と同じ位相の電流を流すようにサイン波制御すれば、位置によらず電流のサイン波振幅に比例した並進力が発生する。

具体的には、図５に示す位置をＹ＝０とするとき、矢印方向にＹが変化した場合、
Ａ相電流をＩＡ＝Ｉｃ×ｃｏｓ（Ｙ／Ｌ×２×π）
Ｂ相電流をＩＢ＝Ｉｃ×ｓｉｎ（Ｙ／Ｌ×２×π）
として、
−Ａ相にはＡ相と逆向きの電流を
−Ｂ相にはＢ相と逆向きの電流を
それぞれ流すと、位置に関係なく、Ｉｃに比例した量の±Ｙ軸方向の並進力が発生する。

また、各コイルに水平方向の磁束密度分布と同じ位相の電流を流すように制御すれば、位置に関係なく、ほぼ一定の浮上力又はその逆向きの力が発生する。

具体的には、図５に示す位置をＹ＝０とするとき矢印方向にＹが変化した場合、
Ａ相電流をＩＡ＝Ｉｃ×ｓｉｎ（Ｙ／Ｌ×２×π）
Ｂ相電流をＩＢ＝Ｉｃ×ｃｏｓ（Ｙ／Ｌ×２×π）
として、
−Ａ相にはＡ相と逆向きの電流を
−Ｂ相にはＢ相と逆向きの電流を
それぞれ流すと、位置に関係なく、Ｉｃに比例した量の±Ｚ軸方向の力（浮上力又はその逆方向の力）が発生する。いずれの場合もＩｃは、任意である。

つまり、図５のように、Ｘ軸方向に平行な直線部を有するコイルからなるコイル層では、±Ｙ軸方向又は±Ｚ軸方向に任意の大きさの力を発生することができる。

同様に、Ｙ軸方向に平行な直線部を有するコイルからなるコイル層では、±Ｘ軸方向又は±Ｚ軸方向に任意の大きさの力を発生することができる。

しかし、実際には、前述のように、磁石はステージ部材の下面の全体には配置されてはおらず、直線状の欠損領域を有する。磁石が存在しない部分では、コイルに電流を流しても意味がないので電流を流さないようにしている。換言すると、磁石と対面するコイルにだけに電流を流すように制御する。

対面するコイルにだけに電流を流す方法の基本は、Ａ相とＢ相あるいは−Ａ相と−Ｂ相のコイルの数を同じにすることである。コイルに磁束密度分布と同位相の電流を流す制御をすると、位置に関係なく、略一定の並進力又は浮上力が得られると述べたが、それはＡ相とＢ相のコイルの数が同じ場合である。磁石と作用するＡ相とＢ相のコイルの数を同じにするために、図６、図７に示すようなコイルのｏｎ、ｏｆｆ制御を行う。

図６は、並進系のコイル切り替え説明図である。図４に示したように、点板Ｔの下面には、１４個の小磁石ユニッが配置されている。これらの小磁石ユニットの各々に対して、Ａ相コイル、Ｂ相コイル又は−Ａ相コイル、−Ｂ相コイルが等しい数だけ作用するように、コイルをｏｎ、ｏｆｆ制御する。１層で考えると、等しい数というのは１であり、小ユニットにはＡ相、Ｂ相あるいは−Ａ相−Ｂ相コイルが１つずつ作用するように、コイルをｏｎ、ｏｆｆ制御する。

図６では、ｏｎになっているコイルが２重線あるいは太い実線で示され、ｏｆｆになっているコイルが細い線で示されている。図６（ａ）は、可動子がＹ軸方向に移動する途中で−Ａ相がｏｆｆになり、Ａ相がｏｎになった瞬間を示している。図６では、並進力を発生するように制御された状態が示されている。図６（ａ）の位置では、コイル直線部が±Ｚ方向に着磁された磁石の真上のＢ相又は−Ｂ相の電流が最大値、コイル直線部が±Ｚ方向に着磁された磁石の中間に存在するＡ相又は−Ａ相の電流がゼロになるように制御される。よって、この位置で−Ａ相からＡ相へのｏｎ、ｏｆｆ切り替えを行う。図６（ａ）に示す状態になる直前までは、−Ａ相がｏｎ、Ａ相がｏｆｆになっているが、図６（ａ）に示す状態になった瞬間に−Ａ相をｏｆｆ、Ａ相をｏｎにする。Ｂ相はｏｆｆである。また、可動子より外側にあるコイルはＡ相、Ｂ相、−Ａ相、―Ｂ相にかかわらず、すべてｏｆｆである。電流は、前述のように可動子の位置に応じてｓｉｎまたはｃｏｓの電流をＡ相と−Ｂ相に流す。

この状態で可動子が更にＹ軸方向に移動すると、図６（ｂ）の状態になる。この位置では、Ｂ相及び−Ｂ相の電流がゼロになる。ここで、今までｏｎだった−Ｂ相をｏｆｆにしてＢ相をｏｎにする。以下、同じ手順を繰り返す。このように制御することにより、小磁石ユニットにＡ相（−Ａ相）とＢ相（−Ｂ相）コイルが１個ずつ作用するようになり、全体としてもＡ相（−Ａ相）とＢ相（−Ｂ相）コイルが１個ずつ作用する。よって、位置に関係なく、指令値に比例した±Ｙ軸方向の並進力を発生することができる。

図７は、浮上系のコイル切り替え説明図である。切り替えの考え方は、図６の場合と同じで、小磁石ユニットにＡ相（−Ａ相）とＢ相（−Ｂ相）コイルが１個ずつ作用するように切り替えるようにしている。また、この切り替えは、電流がゼロになる位置で行うようにしている。

並進と浮上では、電流がゼロになるコイルの位置が異なる。並進力の場合は、コイルの直線部がＺ軸方向に着磁された磁石と−Ｚ軸方向に着磁された磁石の中間に位置するときに電流をゼロに制御する。一方、浮上力の場合は、コイル直線部が±Ｚ方向に着磁された磁石の真上に位置するときに電流をゼロに制御する。よって、図６と同様に、可動子がＹ軸方向に移動するとして、図７（ａ）のように、−ＡをｏｆｆしてＡをｏｎにするような切り替えを行う。更に可動子がＹ軸方向に移動して−ＢとＢのコイルの直線部が±Ｚ方向に着磁された磁石の真上にきたら−ＢからＢへの切り替えを行う。以下、同様に繰り返すことで、位置に関係なく、指令値に比例したＺ方向の力が発生することができる。

コイルの直線部がＹ軸方向に平行な層においても、同様に考えることができ、位置に関係なく、指令値に比例した±Ｙ方向の並進力および±Ｚ方向の浮上力を発生することができる。

以上からように、固定子ＳＭは、±Ｘ軸方向の並進力と±Ｚ軸方向の力を発生させる層を３層、±Ｙ方向の並進力と±Ｚ方向の力を発生させる層を３層含む。よって、ＸＹＺ軸方向の３自由度方向の力は以上のいずれかの組み合わせで発生可能である。具体的には、図２に示すように、磁石に最も近く直線部がＹ軸方向に平行な複数のコイルで構成されるコイル列１でＸ方向の駆動を行う。そして、それに隣接する、直線部がＸ軸方向に平行な複数のコイルで構成されるコイル列２でＹ軸方向の駆動を行う。そして、それに隣接する、直線部がＹ軸方向に平行な複数のコイルで構成されるコイル列３でＸ軸方向の駆動を行う。

次に、図８〜図１０を参照してωｚ、ωｘ、ωｙ方向のモーメント発生方法について説明する。

図８は、ωｚ方向の駆動方法を説明する図である。直線部がＸ軸方向に平行な複数のコイルで構成される層において、２つの欠損部を含む領域と対面しているコイル系だけを駆動し、更に、その両者で逆方向の並進力が出るように駆動する。欠損部があるため逆向きの並進力の作用線がＸ方向にずれてωｚ方向のモーメントが発生する。具体的には、図２に示すコイル列４でωｚ方向の駆動を行う。コイルの電流制御方法及び切り替え方法は前述の例に従う。

図９は、ωｘ方向の駆動方法を説明する図である。直線部がＸ軸方向に平行な複数のコイルで構成される層において、欠損部のない中央部の８個の小磁石ユニットと対面するコイル系だけを±Ｚ軸方向力を発生するよう駆動する。これにより、可動子の中心線を境にして互いに逆のＺ軸方向力を発生させる。Ｙ方向にずれた位置でＺ軸方向に沿って互いに逆向きの力が作用するので、ωｘ方向のモーメントが発生する。具体的には、図２に示すコイル列６でωｘ方向の駆動を行う。

図１０は、ωｙ方向の駆動方法を説明する図である。直線部がＹ軸方向に平行な複数のコイルで構成される層において、欠損部のない中央部の８個の小磁石ユニットと対面するコイル系だけを±Ｚ軸方向力を発生するよう駆動する。これにより、可動子の中心線を境にして互いに逆のＺ方向力を発生させる。Ｘ方向にずれた位置でＺ軸方向に沿って互いに逆向きの力が作用するので、ωｙ方向のモーメントが発生する。具体的には、図２に示すコイル列５でωｙ方向の駆動を行う。

これらの６軸方向の力は、電流に比例するもので、可動子と固定子との間で振動を絶縁することができる。

図１に示す構成では、計測処理及び露光処理において、計測領域ＭＡ内及び露光領域ＥＡ内でそれぞれステージを駆動する際には、駆動コイルＤＣのみ用いる。

図１１は、スワップコイルＳＣを示す図である。計測領域ＭＡで計測処理が終了し、露光領域ＥＡで露光処理が終了して、領域ＭＡ、ＥＡ間でステージを入れ替える動作をスワップ動作と呼ぶ。スワップ動作では、２つのステージＳＴ１、ＳＴ２が、計測領域ＭＡ及び露光領域ＥＡが配列された第１方向と平行かつ互いに逆方向に移動する間に、第１方向と直交する第２方向にステージＳＴ１、ＳＴ２が並ぶ期間がある。この期間において、第１方向についてのステージＳＴ１、ＳＴ２の駆動がスワップコイルＳＣによってなされる。スワップコイルＳＣは、Ｙ方向（第２方向）に２分割された第１、第２分割スワップコイル列ＳＣ１、ＳＣ２を含む。第１、第２分割スワップコイル列ＳＣ１、ＳＣ２は、それぞれ、直線部がＹ方向（第２方向）に平行な略長円形のコイルをＸ方向（第１方向）に並べて構成されている。第１、第２分割スワップコイル列ＳＣ１、ＳＣ２は、独立して制御される。スワップコイルＳＣは、駆動コイルＤＣの少なくとも一部と重ねて配置されているので、フットプリントが増加することがない。

スワップコイルＳＣは、駆動コイルＤＣよりも磁石Ｍから遠い位置に配置されることが望ましい。この場合、スワップコイルＳＣの位置では、駆動コイルＤＣの位置に比べて、磁石Ｍが発生する磁束密度が小さい。したがって、単位電流あたりの推力が小さくなるか、同一推力を発生したときの発熱が増加する。そこで、各ステージＳＴ１、ＳＴ２がスワップコイルＳＣ上を通過するまでにＹ方向の加速を終了し、スワップコイルＳＣ上は等速で通過するようにコイルユニットを制御することが好ましい。また、ステージＳＴ１、ＳＴ２の重量は、駆動コイルＤＣにおける直線部がＹ方向に平行なコイル群で発生するようにコイルユニットを制御することが好ましい。この場合、スワップコイルＳＣによって制御力だけを発生すればよいので、スワップコイルＳＣの発生力が小さいことによる発熱問題を回避することができる。

以上のように、駆動コイルの少なくとも一部とスワップコイルとを重ねて配置することによって、ステージ装置及びそれを含む露光装置のフットプリントを小さくすることができる。

上記の駆動コイルＤＣは、６層構成であるが、他の構成を採用することもできる。

図１２は、４層構成の駆動コイルＤＣを例示する図である。図１２に示す駆動コイルは、図１及び図４に示すような磁石列Ｍを有する可動子を駆動するために図１に示す駆動コイルＤＣの代わりに採用されうる。

図１２に示す駆動コイルＤＣは、直線部がＸ方向に平行な複数の略長円形のコイルでそれぞれ構成される２つの層と、直線部がＹ方向に平行な複数の略長円形のコイルでそれぞれ構成される２つの層を備える４層構成を有する。図２に示す駆動コイルは、６自由度方向の力を発生する層を別々に有するが、図１２に示す駆動コイルは、各層が２自由度の力を発生する。

図１３は、Ｙ、ωｚ方向の駆動の説明図である。直線部がＸ方向に平行な複数の略長円形のコイルからなるコイル列１２２を用いて可動子に対面するコイルだけを駆動しかつ可動子の上半分と下半分で個別の並進力が発生するように電流制御する。図１３の上半分が発生する力と下半分が発生する力の和がＹ方向の並進力になる。また、上半分が発生する力と下半分が発生するの作用線がＸ方向にずれているので、上半分が発生する力と下半分が発生する力との差がωｚ方向のモーメントになる。

図１４は、Ｚ、ωｘ方向の駆動の説明図である。直線部がＸ方向に平行な複数の略長円形のコイルからなるコイル列１２４を用いて可動子に対面するコイルだけを駆動しかつ可動子の上半分と下半分で個別の浮上力が出るように電流制御する。図１４の上半分が発生する浮上力と下半分が発生する浮上力との和が可動子に作用する浮上力になる。また、上半分が発生する力と下半分が発生する力の作用線がＹ方向にずれているので、上半分が発生する力と下半分が発生する力との差がωｘ方向のモーメントになる。

図１５は、Ｘ、ωｚ方向の駆動の説明図である。直線部がＹ方向に平行な複数の略長円形のコイルからなるコイル列１２１を用いて可動子に対面するコイルだけを駆動しかつ可動子の右半分と左半分で個別の並進力が出るように電流制御する。図１５の右半分が発生する力と左半分が発生する力との和がＸ方向の並進力になる。また、右半分が発生するＸ方向力と左半分が発生するＸ方向力の作用線がＹ方向にずれているので、上半分が発生する力と下半分が発生する力との差がωｚ方向のモーメントになる。

図１６は、Ｚ、ωｙ方向の駆動説明図である。直線部がＹ方向に平行な複数の略長円形のコイルからなるコイル列１２３を用いて可動子に対面するコイルだけを駆動しかつ可動子の右半分と左半分で個別の浮上力が出るように電流制御する。図１６の右半分が発生する浮上力と左半分が発生する浮上力との和が可動子に作用する浮上力になる。また、右半分が発生する力と左半分が発生する力との作用線がＸ方向にずれているので、右半分が発生する力と左半分が発生する力との差がωｙ方向のモーメントになる。

図１２に示す構成例によれば、コイル列の層数を減らすことができる。別の観点では、１層あたりのコイル断面積を増やすことができ、コイルの抵抗を減少させること、更にはコイルの発熱を減少させることができる。

図１７は、２層構成の駆動コイルＤＣを例示する図である。図１７に示す駆動コイルは、図１及び図４に示すような磁石列Ｍを有する可動子を駆動するために図１に示す駆動コイルＤＣの代わりに採用されうる。

図１７に示す駆動コイルＤＣは、直線部がＸ方向に平行な複数の略長円形のコイルからなるコイル列１７１と、直線部がＹ方向に平行な複数の略長円形のコイルからなるコイル列１７２との２層構成を有する。

既述のとおり、直線部がＸ方向に平行な長円形コイル群によってＹ方向駆動力、Ｚ方向駆動力、ωｘ方向モーメントを発生することができる。Ｙ方向駆動力を発生するための電流とＺ方向駆動力又はωｘ方向モーメントを発生するための電流とを重畳して直線部がコイル列１７２に流すことにより１層でＹ方向駆動力、Ｚ方向駆動力、ωｘ方向モーメントを発生することができる。同様に、直線部がＹ方向に平行な複数のコイルからなるコイル列１７１だけでＸ方向駆動力、Ｚ方向駆動力、ωｙ方向モーメントを発生することができる。

次に上記の露光装置を利用したデバイスの製造プロセスを説明する。図１９は、半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版）を作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（基板）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。

図２０は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記の露光装置によって回路パターンを感光剤が塗布されたウエハに転写して潜像パターンを形成する。ステップ１７（現像）ではウエハに転写された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１８（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の好適な実施形態に係るツインステージ構成の露光装置の構成を概略的に示す図である。 駆動コイルの構成例を示す図である。 コイルの配置例を示す図である。 可動子の構成例を示す図である。 並進力及び浮上力の発生原理を説明するための図である。 並進系のコイル切り替え説明図である。 浮上系のコイル切り替え説明図である。 ωｚ方向の駆動方法を説明する図である。 ωｘ方向の駆動方法を説明する図である。 ωｙ方向の駆動方法を説明する図である。 スワップコイルの構成例を示す図である。 ４層構成の駆動コイルを例示する図である。 Ｙ、ωｚ方向の駆動の説明図である。 Ｚ、ωｘ方向の駆動の説明図である。 Ｘ、ωｚ方向の駆動の説明図である。 図１６は、Ｚ、ωｙ方向の駆動説明図である。 ２層構成の駆動コイルを例示する図である。 固定子のコイルユニットの構成を示す図である。 全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

Claims (12)

1. 第１領域及び第２領域を含む固定子と、前記固定子上で移動可能な２つの可動子とを備える駆動装置であって、
   前記可動子は磁石を有し、
   前記固定子はコイルユニットを有し、
   前記コイルユニットは、前記第１領域及び前記第２領域で前記２つの可動子を独立して駆動する駆動コイルと、前記第１領域及び前記第２領域の間で前記２つの可動子を入れ替えるスワップコイルとを含み、前記コイルユニットは、前記駆動コイルの少なくとも一部と前記スワップコイルとが重なるように構成されていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記スワップコイルは、前記第１領域及び前記第２領域が配列された第１方向と平行かつ互いに反対方向に前記２つの可動子を駆動することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記スワップコイルは、前記第１方向に直交する第２方向に分割された２つの分割コイル列を含み、各分割コイル列は、前記第２方向に沿った直線部を含む複数のコイルを前記第１方向に並べて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記スワップコイルは、前記駆動コイルよりも前記可動子から遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 前記第１領域は、前記可動子に搭載された基板についてアライメント用の計測処理を行うための領域であり、前記第２領域は、アライメント用の計測結果に基づいて前記基板をアライメントしながら露光処理を行うための領域であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動装置。
6. 前記駆動コイルは、前記計測処理及び前記露光処理のほか、前記２つの可動子を入れ替えるスワップ処理のために使用されることを特徴とする請求項５に記載の駆動装置。
7. アライメント用の計測処理と露光処理とを並列に実施する露光装置であって、
   計測領域及び露光領域を含む固定子と前記固定子上で移動可能な２つの可動子とを有し、各可動子が基板を保持するチャックを有するステージ装置と、
   前記計測領域において前記計測処理を実施する計測ユニットと、
   前記露光領域において前記計測ユニットによる計測結果に基づいて基板をアライメントしながら前記露光処理を実施する露光ユニットとを備え、
   前記可動子は磁石を有し、
   前記固定子はコイルユニットを有し、
   前記コイルユニットは、前記計測領域及び前記露光領域で前記２つの可動子を独立して駆動する駆動コイルと、前記計測領域及び前記露光領域の間で前記２つの可動子を入れ替えるスワップコイルとを含み、前記コイルユニットは、前記駆動コイルの少なくとも一部と前記スワップコイルとが重なるように構成されている、
   ことを特徴とする露光装置。
8. 前記スワップコイルは、前記計測領域及び前記露光領域が配列された第１方向と平行かつ互いに反対方向に前記２つの可動子を駆動することができるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記スワップコイルは、前記第１方向に直交する第２方向に分割された２つの分割コイル列を含み、各分割コイル列は、前記第２方向に沿った直線部を含む複数のコイルを前記第１方向に並べて構成されていることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 前記スワップコイルは、前記駆動コイルよりも前記可動子から遠い位置に配置されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記駆動コイルは、前記計測処理及び前記露光処理のほか、前記２つの可動子を入れ替えるスワップ処理のために使用されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
12. デバイス製造方法であって、
    請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、基板に塗布されら感光剤を露光する工程と、
    前記感光剤を現像する工程と、
    前記基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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