JP2012055064A - 検知方法、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子と可動子との間の距離の変化を検知可能な検知方法、この検知方法による検知結果に基づいて基板にパターンを転写露光する露光方法、及びこの露光方法を利用してデバイスを製造するデバイス製造方法を提供すること。
【解決手段】検知方法は、第１方向に沿って配列された複数の固定子に対して可動子を第１方向に沿って第１の速度で等速移動させ、等速移動させたときの可動子の第１方向における第１の推力の大きさを検出し、複数の固定子に対して可動子を第１方向に沿って第１の速度とは異なる第２の速度で等速移動させ、等速移動させたときの可動子の第１方向における第２の推力の大きさを検出し、第１及び第２の速度と、第１及び第２の推力の大きさとを用いて、固定子と可動子との間に作用するコギング力の大きさを算出し、算出ステップによって算出されたコギング力の大きさに基づいて、固定子と可動子との間の距離の変化を検知する。
【選択図】図７

Description

本発明は、モータを構成する固定子と可動子との間の距離の変化を検知する検知方法、この検知方法による検知結果に基づいて基板にパターンを転写露光する露光方法、及びこの露光方法を利用してデバイスを製造するデバイス製造方法に関するものである。

半導体デバイス等の電子デバイス又はマイクロデバイス（以下、デバイスと総称）は、マスク又はレチクル（以下、マスクと総称）上に形成されたパターンをガラスプレート又はウエハ（以下、基板と総称）上に転写するフォトリソグラフィ工程によって製造される。フォトリソグラフィ工程において使用される露光装置は、例えば、マスクを支持して２次元移動するマスクステージと、基板を支持して２次元移動する基板ステージとを有し、マスクステージと基板ステージとを逐次移動しながら投影光学系を介してマスク上に形成されたパターンを基板上に転写するものがある。

このような露光装置では、マスクと基板との相対位置を高精度に制御して、マスク上に形成されたパターンを基板上に転写することが要求されるために、マスクステージ及び基板ステージ（以下、移動体装置と総称）の位置決め精度が重要な性能の一つになっている。

従来の移動体装置として、Ｙ軸方向へマスク又は基板を移動させる移動機構が、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向へマスク又は基板を移動させる移動機構の上部に設けられた移動体装置が知られている。詳しくは、この移動体装置は、マスク又は基板を上面に保持するホルダ部と、ホルダ部をＹ軸方向に移動可能に下面から支持する第１のステージ部と、第１のステージ部をＸ軸方向に移動可能に下面から支持する第２のステージ部と、第１のステージ部をＹ軸方向に移動させる第１の移動機構と、第２のステージ部をＸ軸方向に移動させる第２の移動機構とを備える。

このような移動体装置では、第２のステージ部をＸ軸方向に移動させるために必要な力は第１のステージ部をＹ軸方向に移動させるために必要な力より大きくなるために、第２の移動機構は第１の移動機構の駆動力よりも大きな駆動力を出力可能に構成する必要がある。このため、このような移動体装置では、第２の移動機構として、大きな推力を出力可能なコア付きリニアモータが採用されている。このコア付きリニアモータは、例えば、Ｘ軸方向に沿って極性が交互に異なるように配列された固定子としての複数の永久磁石と、永久磁石に対向配置された可動子としての電磁石とを備え、永久磁石と電磁石との間の隙間を１ｍｍ以下と極めて狭く設定することによって、Ｘ軸方向に大きな推力を出力可能に構成されている。なお、第２の移動機構としてリニアモータを備える移動体装置としては、特許文献１に開示されているものがある。

特開２００４−２５４３７７号公報

ところで、コア付きリニアモータでは、電磁石を構成する鉄心と永久磁石との間の磁気吸引作用によって、出力される推力の数倍もの大きさの磁気吸引力が推力方向に直交する方向に発生する。具体的には、例えば、大きさ4,000Ｎの推力を出力するコア付きリニアモータでは、10,000〜20,000Ｎ程度の大きさの磁気吸引力が推力方向に直交する方向に発生する。このため、従来の移動体装置では、磁気吸引力によって永久磁石と電磁石とが接触しないように、永久磁石及び電磁石はボルトによって強固に固定されている。

しかしながら、移動体装置の移動距離が長い場合、移動方向に配置する永久磁石の数が増えるために、永久磁石を固定するために必要なボルト数が増える。このため、ボルトの締結不良によって永久磁石が強固に固定されていない状態が発生する可能性が高くなる。また、電磁石の移動に伴い永久磁石には磁気吸引力が作用している状態と作用してしない状態とが繰り返し発生する。この繰り返し応力によってボルトの締結不良が発生し、電磁石が強固に固定されていない状態が発生する可能性がある。

永久磁石や電磁石が強固に固定されていない場合、磁気吸引力によって永久磁石と電磁石とが接触し、電磁石の移動に伴い永久磁石と電磁石との接触部において粉塵が発生する恐れがある。発生した粉塵は、露光装置内部の清浄度（クリーン度）を低下させ、露光装置の露光精度に影響を及ぼす可能性がある。このため、永久磁石と電磁石との間の距離の変化を検知可能な検知方法の提供が期待されている。

本発明の態様は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、固定子と可動子との間の距離の変化を検知可能な検知方法、この検知方法による検知結果に基づいて基板にパターンを転写露光する露光方法、及びこの露光方法を利用してデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る検知方法は、第１方向に沿って配列された複数の固定子に対して可動子を前記第１方向に沿って第１の速度で等速移動させ、該等速移動させたときの該可動子の前記第１方向における第１の推力の大きさを検出する第１の検出ステップと、前記複数の固定子に対して前記可動子を前記第１方向に沿って前記第１の速度とは異なる第２の速度で等速移動させ、該等速移動させたときの該可動子の前記第１方向における第２の推力の大きさを検出する第２の検出ステップと、前記第１及び第２の速度と、前記第１及び第２の推力の大きさとを用いて、前記固定子と前記可動子との間に作用するコギング力の大きさを算出する算出ステップと、前記算出ステップによって算出された前記コギング力の大きさに基づいて、前記固定子と前記可動子との間の距離の変化を検知する検知ステップとを含む。

本発明の第２の態様に係る露光方法は、マスクを支持するマスクステージと、基板を支持する基板ステージとを有し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する露光方法であって、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方に設けられた固定子と可動子との間の距離の変化を、本発明の第１の態様に係る検知方法によって検知することと、該検知方法の検知結果に基づいて前記基板に前記パターンを転写する制御を行うこととを含む。

本発明の第３の態様に係るデバイス製造方法は、本発明の第２の態様に係る露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、前記パターンが形成された基板を処理することとを含む。

本発明の態様によれば、固定子と可動子との間の距離の変化を検知することができる検知方法、この検知方法による検知結果に基づいて基板にパターンを転写露光する露光方法、及びこの露光方法を利用してデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することができる。

図１は、一般的なリニアモータの構成を示す模式図である。 図２は、可動子の移動方向における可動子の速度分布及びリニアモータの推力分布を示す図である。 図３は、固定子と可動子との間の距離を変化させた場合と変化させていない場合におけるコギング力の分布状態を示す図である。 図４は、固定子と可動子との位置関係を示す模式図である。 図５は、固定子と可動子との間の距離を変化させた場合と変化させていない場合における可動子の移動方向におけるコギング力の平均値を示す図である。 図６は、固定子と可動子との間の距離を変化させた場合と変化させていない場合におけるコギング力の分布状態を示す図である。 図７は、本発明の一実施形態である露光装置の概略構成を示す模式図である。 図８は、図７に示す固定子ユニットの構成を説明するための部分拡大図である。 図９は、本発明の一実施形態である検知処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は、デバイス製造工程の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である検知方法、露光方法、及びデバイス製造方法について説明する。

〔本発明の概念〕
始めに、図１乃至図６を参照して、本発明に係る検知方法の概念について説明する。

図１は、一般的なリニアモータの構成を示す模式図である。図１に示すリニアモータは、固定体部１０２側に設けられた、Ｘ軸方向に沿って極性が交互に異なるように配列された複数の永久磁石等の固定子１０１と、移動体部１０４側に設けられた、固定子１０１に対向配置された複数の電磁石を含む可動子１０３とを備え、固定子１０１と可動子１０３との間の電磁相互作用によって移動体部１０４をＸ軸方向に沿って移動するものである。

このような構成を有するリニアモータでは、固定子１０１と可動子１０３との間には、可動子１０３の位置座標ｘに応じてその大きさが変化するコギング力ｃｏｇ（ｘ）が発生する。このコギング力ｃｏｇ（ｘ）とは、固定子１０１と可動子１０３との間に発生する磁気吸引力に起因する力であり、リニアモータが出力する推力方向成分の力である。可動子１０３の移動方向におけるコギング力ｃｏｇ（ｘ）は、以下のようにして算出することができる。

いま、可動子１０３が速度ｖｅｌ１で等速移動しているときには、コギング力ｃｏｇ（ｘ）とリニアモータの推力Ｓｖｏｕｔ１との間には以下の数式（１）に示すような関係がある。また同様に、可動子１０３が速度ｖｅｌ１とは異なる速度ｖｅｌ２で等速移動しているときには、コギング力ｃｏｇ（ｘ）とリニアモータの推力Ｓｖｏｕｔ２との間には以下の数式（２）に示すような関係がある。なお、数式（１），（２）中のパラメータｃ（ｘ）は、可動子１０３の位置座標ｘにおける粘性係数［Ｎ／ｍ・ｓｅｃ］を示す。

上記数式（１），（２）によれば、粘性係数ｃ（ｘ）は、以下の数式（３）のように表される。従って、以下の数式（３）を数式（１）又は数式（２）に代入することによって、可動子１０３の位置座標ｘにおけるコギング力ｃｏｇ（ｘ）は以下に示す数式（４）のように表される。以上のことから、可動子１０３の位置座標ｘにおけるコギング力ｃｏｇ（ｘ）は、異なる２つの速度ｖｅｌ１，ｖｅｌ２で可動子１０３が等速移動しているときのリニアモータの推力Ｓｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔ２を計測し、速度ｖｅｌ１，ｖｅｌ２と推力Ｓｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔ２とを以下に示す数式（４）に代入することによって算出することができる。実際に、図２（ａ）に示すように異なる２つの速度ｖｅｌ１，ｖｅｌ２で可動子１０３を等速移動させたときの推力Ｓｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔ２を図２（ｂ）に示すように計測し、この計測結果を用いてコギング力ｃｏｇ（ｘ）を算出した。算出結果を図３に示す。図３に実線で示すように、コギング力ｃｏｇ（ｘ）は可動子１０３の位置座標ｘに応じて変化し、またその大きさの変化に再現性があることが確認された。

次に、固定子１０１と可動子１０３との間の距離とコギング力ｃｏｇ（ｘ）との関係を明らかにするために、固定子１０１と可動子１０３との間の距離に伴うコギング力ｃｏｇ（ｘ）の変化を検証した。始めに、図４に示す固定子１０１ｃ（Ｘ軸方向の長さ５００ｍｍ）を可動子１０３（Ｘ軸方向の長さ１０００ｍｍ）の方向に０．５［ｍｍ］近づけた時のコギング力ｃｏｇ（ｘ）の変化を検証した。検証の結果、固定子１０１ｃを可動子１０３の方向に近づけた場合、図３に破線（シム厚０．５［ｍｍ］）で示すように、コギング力ｃｏｇ（ｘ）は、固定子１０１ｃを可動子１０３に近づけていない場合（図３に示す実線（シム厚０．０［ｍｍ］））と比較して、固定子１０１ｃの位置に対応する範囲（位置−０．５〜０．５［ｍ］の範囲）において大きくなっていることが知見された。詳しくは、可動子１０３の移動方向を複数区間に分け、各区間におけるコギング力ｃｏｇ（ｘ）の平均値を算出した結果、固定子１０１ｃを可動子１０３の方向に近づけた場合、図５に示すように、コギング力ｃｏｇ（ｘ）の平均値は、固定子１０１ｃを可動子１０３に近づけていない場合（図５に示す実線）と比較して、固定子１０１ｃの位置に対応する範囲（位置−０．５〜０．５［ｍ］の範囲）において大きくなっていることが知見された。

次に、可動子１０３に近づける固定子１０１を図４に示す固定子１０１ｃから固定子１０１ａへと変更した時のコギング力ｃｏｇ（ｘ）の分布状態の変化を検証した。この結果、図６に破線（シム厚０．５［ｍｍ］）で示すように、コギング力ｃｏｇ（ｘ）は、固定子１０１ａの位置に対応する範囲（位置−１．５〜−０．５［ｍ］の範囲）において大きくなり、固定子１０１と可動子１０３との間の距離が変化している箇所がスライドするのに応じてコギング力ｃｏｇ（ｘ）の変化箇所もスライドすることが知見された。以上のことから、コギング力ｃｏｇ（ｘ）を算出することによって、固定子１０１と可動子１０３との間の距離の変化を検出できることがわかる。そこで、本発明に係る検知方法では、可動子１０３の移動方向におけるコギング力ｃｏｇ（ｘ）を算出し、算出されたコギング力ｃｏｇ（ｘ）に基づいて固定子１０１と可動子１０３との間の位置の変化を検出することとする。

なお、可動子１０３が速度ｖｅｌ１から加速度ａｃｃ１で加速移動しているときには、コギング力ｃｏｇ（ｘ）とリニアモータの推力Ｓｖｏｕｔ１との間には以下の数式（５）に示すような関係がある。また同様に、可動子１０３が速度ｖｅｌ１とは異なる速度ｖｅｌ２から加速度ａｃｃ２で加速移動しているときには、コギング力ｃｏｇ（ｘ）とリニアモータの推力Ｓｖｏｕｔ２との間には以下の数式（６）に示すような関係がある。なお、数式（５），（６）中のパラメータｃ（ｘ）は可動子１０３の位置座標ｘにおける粘性係数［Ｎ／ｍ・ｓｅｃ］を示し、パラメータｍはリニアモータの駆動質量を示す。

上記数式（５），（６）によれば、粘性係数ｃ（ｘ）は、以下の数式（７）のように表される。従って、以下の数式（７）を数式（５）又は数式（６）に代入することによって、可動子１０３の位置座標ｘにおけるコギング力ｃｏｇ（ｘ）は以下に示す数式（８）のように表される。以上のことから、可動子１０３の位置座標ｘにおけるコギング力ｃｏｇ（ｘ）は、異なる２つの速度ｖｅｌ１，ｖｅｌ２で可動子１０３が加速移動しているときのリニアモータの推力Ｓｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔ２を計測し、速度ｖｅｌ１，ｖｅｌ２，加速度ａｃｃ１，ａｃｃ２，及び推力Ｓｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔ２を以下に示す数式（８）に代入することによっても算出することができる。以上のことから、可動子１０３が速度ｖｅｌ１から加速度ａｃｃ１で加速移動しているとき及び可動子１０３が速度ｖｅｌ１とは異なる速度ｖｅｌ２から加速度ａｃｃ２で加速移動しているときにモータが出力している推力Ｓｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔ２を計測し、この計測結果を用いてコギング力ｃｏｇ（ｘ）を算出してもよい。

以下、図面を参照して、上記の概念に基づいて構成された本発明の一実施形態である露光装置の構成について説明する。なお、図面は模式的なものを含み、図面相互間において互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

〔露光装置の構成〕
始めに、図７及び図８を参照して、本発明の一実施形態である露光装置の構成について説明する。図７は、本発明の一実施形態である露光装置の概略構成を示す模式図である。図８は、図７に示す固定子ユニットの構成を説明するための部分拡大図である。

図７に示すように、本発明の一実施形態である露光装置１は、液晶表示装置等に用いられる矩形形状のガラスプレートＰ（以下、基板Ｐと略記）を露光対象物とするステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置１は、照明系ＩＯＰ，マスクＭを保持するマスクステージＭＳＴ，投影光学系ＰＬ，マスクステージＭＳＴ及び投影光学系ＰＬが搭載されたボディ２，基板Ｐを保持する基板ステージ装置ＰＳＴ，及びこれらの動作を制御する主制御装置Ｓを備える。

以下、本明細書中では、露光時にマスクＭと基板Ｐとが投影光学系ＰＬに対しそれぞれ相対走査される方向をＸ軸方向として、水平面内でＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向と定義する。また、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，及びＺ軸方向周りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ方向，θｙ方向，θｚ方向と表現する。

照明系ＩＯＰは、米国特許第５，７２９，３３１号明細書に開示されている照明系と同様に構成されている。すなわち、照明系ＩＯＰは、それぞれ図示しない反射鏡，ダイクロイックミラー，シャッター，波長選択フィルタ，各種レンズ等を介して、図示しない水銀ランプ等の光源から射出された光を露光用照明光（以下、照明光と略記）ＩＬとしてマスクＭに照射する。照明光ＩＬとしては、ｉ線（波長３６５ｎｍ），ｇ線（波長４３６ｎｍ），ｈ線（波長４０５ｎｍ）等の光やｉ線，ｇ線，ｈ線の合成光を例示することができる。照明光ＩＬの波長は、図示しない波長選択フィルタによって要求される解像度に応じて適宜切り替えることができる。

マスクステージＭＳＴには、回路パターンがそのパターン面（図７における下面）に形成されたマスクＭが真空吸着によって固定されている。マスクステージＭＳＴは、ボディ２の一部を構成する鏡筒定盤２３の上面に固定されたマスクステージガイド２４上に図示しないエアベアリングを介して非接触状態で搭載されている。マスクステージＭＳＴは、コアレスリニアモータを含む図示しないマスクステージ駆動系によって、マスクステージガイド２４上で、Ｘ軸方向に所定のストロークで駆動されると共に、Ｙ軸方向及びθｚ方向にそれぞれ適宜微小駆動される。θｚ方向の回転情報を含むマスクステージＭＳＴのＸＹ平面内の位置情報は、マスクステージＭＳＴが有する図示しない反射面に測長ビームを照射するレーザ干渉計３を含むマスク干渉計システムによって計測される。

投影光学系ＰＬは、マスクステージＭＳＴの下方において、ボディ２の一部を構成する鏡筒定盤２３によって支持されている。投影光学系ＰＬは、米国特許第５，７２９，３３１号明細書に開示された投影光学系と同様に構成されている。すなわち、投影光学系ＰＬは、レンズモジュール等を含む光学系を複数有し、複数の光学系は、Ｙ軸方向にそって千鳥状に配列されている。複数の光学系それぞれとしては、例えば両側テレセントリックな等倍系で正立正像を形成するものが用いられる。

照明系ＩＯＰは、複数の光学系に対応した複数の照明光ＩＬをそれぞれマスクＭに照射するように構成されている。このため、マスクＭ上には、千鳥状に配列された複数の照明光ＩＬの照明領域が形成されると共に、投影光学系ＰＬの下方に配置された基板Ｐ上には、複数の光学系それぞれに対応して、千鳥状に配列された複数の照明光ＩＬの照明領域が形成される。この露光装置１では、基板Ｐ上に形成される複数の照明領域が合成されることによって、千鳥状に配置された複数の光学系からなる投影光学系ＰＬが、Ｙ軸方向を長手方向とする単一の長方形状（帯状）のイメージフィールドを有する投影光学系と同等に機能する。

このため、照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってマスクＭ上の照明領域が照明されると、マスクＭを通過した照明光ＩＬによって、投影光学系ＰＬを介して照明領域内のマスクＭの回路パターンの投影像（部分正立像）が、投影光学系ＰＬの像面側に配置される、表面にレジストが塗布された基板Ｐ上の照明領域に共役な照明光ＩＬの照明領域に形成される。そして、マスクステージＭＳＴと基板ステージ装置ＰＳＴとの同期駆動によって、照明領域に対してマスクＭをＸ軸方向に相対移動させると共に、露光領域に対して基板ＰをＸ軸方向に相対移動させることによって、基板Ｐ上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にマスクＭの回路パターンが転写される。すなわち、この露光装置１では、照明系ＩＯＰ及び投影光学系ＰＬによって基板Ｐ上にマスクＭの回路パターンが生成され、照明光ＩＬによる基板Ｐ上のレジスト層の露光によって基板Ｐ上にその回路パターンが形成される。

ボディ２は、基板ステージ架台２１，一対のサイドコラム２２，及び鏡筒定盤２３を備える。基板ステージ架台２１は、Ｙ軸方向に延びる部材によって構成され、Ｘ軸方向に所定の間隔で２つ設けられている（図７では、２つの基板ステージ架台２１は紙面垂直方向に重なっている）。２つの基板ステージ架台２１それぞれは、Ｙ軸方向の両端部が床面４上に設置された空気バネを含む防振装置５によって下方から支持され、床面４に対して振動的に分離されている。

一対のサイドコラム２２は、Ｘ軸方向に延びる部材によって構成され、２つの基板ステージ架台２１の＋Ｙ側（図７における左方向）の端部上、及び−Ｙ側（図７における右方向）の端部上にそれぞれ架け渡された状態で搭載されている。鏡筒定盤２３は、水平面に平行な平板状の部材によって構成され、投影光学系ＰＬを支持している。鏡筒定盤２３の上面にはマスクステージガイド２４が固定され、マスクステージガイド２４の上面には図示しないエアベアリングを介して非接触状態でマスクステージＭＳＴが搭載されている。鏡筒定盤２３は、一対のサイドコラム２２によってＹ軸方向の両端部が下方から支持されている。従って、ボディ２及びボディ２に支持された投影光学系ＰＬは、床面４に対して振動的に分離されている。

基板ステージ装置ＰＳＴは、定盤６，一対のベースフレーム７，及び基板ステージ８を備える。定盤６は、例えば石材によって形成された平面視でＸ軸方向を長手方向とする矩形形状の板状部材によって構成され、その上面は平面度が非常に高く仕上げられている。定盤６は、２つの基板ステージ架台２１上に架け渡された状態で搭載されている。

一対のベースフレーム７は、一方が定盤６の＋Ｙ側に、他方が定盤６の−Ｙ側に配置されている。一対のベースフレーム７は、Ｘ軸方向に延びる部材であり、基板ステージ架台２１に非接触状態（基板ステージ架台２１を跨いだ状態）で床面４上に設置されている。一対のベースフレーム７の床面４との設置面には、Ｚ軸方向に進退可能な高さ調整ネジ７１が設けられている。高さ調整ネジ７１をＺ軸方向に進退させることによって一対のベースフレーム７のＺ軸方向位置を調整することができる。一対のベースフレーム７の＋Ｙ側及び−Ｙ側の側面及び上端面には、それぞれＸ軸方向に平行に延びるＸリニアガイド部材７２が固定されている。

図８に示すように、一対のベースフレーム７の＋Ｙ側及び−Ｙ側の側面には、Ｘ軸方向に所定間隔で配列された複数の固定子ユニット７３が固定されている。各固定子ユニット７３は、支持部材７３ａと、支持部材７３ａの表面側に接合された永久磁石７３ｂとを備える。支持部材７３ａの裏面側は、取付ボルト７３ｃによって一対のベースフレーム７の側面に固定されている。一対のベースフレーム７の長手方向の両端部近傍には、それぞれショックアブソーバを含む図示しないストッパ装置が固定されている。ストッパ装置は基板ステージ８のＸ軸方向に関する移動可能範囲を機械的に規定する。

図７に戻る。基板ステージ８は、Ｘ粗動ステージ８１，Ｘ粗動ステージ８１上に搭載され、Ｘ粗動ステージ８１と共にいわゆるガントリー式のＸＹ２軸ステージ装置を構成するＹ粗動ステージ８２、Ｙ粗動ステージ８２の上方に配置された微動ステージ８３，及び定盤６上で微動ステージ８３を下方から支持する重量キャンセル装置８４を備える。Ｘ粗動ステージ８１は、Ｙ軸方向を長手方向とする平面視矩形形状の枠状部材によって構成され、その中央部にＹ軸方向を長手方向とする長孔状の開口部８１ａが形成されている。Ｘ粗動ステージ８１の下面には、一対のＸスライダ９が一対のベースフレーム７に対応する間隔で取り付けられている。

一対のＸスライダ９は、Ｘ軸方向から見て断面逆Ｕ字状の部材によって構成され、その一対の対向面間にベースフレーム７が挿入されている。Ｘスライダ９の一対の対向面及び天井面には、Ｘリニアガイド部材７２にスライド可能に係合するスライダ９３が固定されている。Ｘスライダ９の一対の対向面それぞれには、固定子ユニット７３に対向する可動子ユニット９４が固定されている。可動子ユニット９４は、鉄芯にコイルを巻回することによって形成された電磁石を含む。固定子ユニット７３と可動子ユニット９４とは、Ｘ粗動ステージ８１をＸ軸方向に駆動するためのローレンツ電磁力駆動方式のＸリニアモータ（コア付きリニアモータ）を構成する。Ｘリニアモータは、Ｘ粗動ステージの位置情報を計測する計測系（エンコーダヘッド９５ａとエンコーダスケール９５ｂ）の出力に基づいて主制御装置Ｓによって制御される。

Ｘ粗動ステージ８１の上面には、Ｙ軸方向に延びる複数のＹリニアガイド部材８１ｂ（図７では、複数のＹリニアガイド部材８１ｂは紙面垂直方向に重なっている）、及びＹ軸方向に所定間隔で配列された複数の永久磁石からなる図示しない固定子ユニットが固定されている。Ｘ粗動ステージ８１の上面であって、Ｙリニアガイド部材８１ｂの長手方向近傍には、それぞれショックアブソーバを含むストッパ装置８１ｃが固定されている。

Ｙ粗動ステージ８２は、平面視略正方形状の枠状部材によって構成され、その中央部に平面視略正方形状の開口部８２ａが形成されている。Ｙ粗動ステージ８２の下面の四隅近傍には、Ｙリニアガイド部材８１ｂにスライド可能に係合するスライダ８２ｂが固定されている。Ｙ粗動ステージ８１の下面には、Ｘ粗動ステージ８１の上面に固定された図示しない固定子ユニットに対向する電磁石を含む図示しない可動子ユニットが固定されている。図示しない固定子ユニットと図示しない可動子ユニットとは、Ｙ粗動ステージ８２をＸ粗動ステージ８１上でＹ軸方向に駆動するためのローレンツ電磁力駆動方式のＹリニアモータ（コア付きリニアモータ）を構成する。Ｙリニアモータは、Ｙ粗動ステージ８２の位置情報を計測する図示しない計測系の出力に基づいて、主制御装置Ｓによって制御される。Ｙ粗動ステージ８２のＸ軸方向に関する移動範囲はストッパ装置８１ｃによって機械的に固定される。

微動ステージ８３は、平面視略正方形の高さの低い直方体状の部材からなるステージ本体８３ａ、及びステージ本体８３ａの上面に固定された基板ホルダ８３ｂを含む。微動ステージ８３は、複数のボイスコイルモータを含む微動ステージ駆動系８３ｃによって、Ｙ粗動ステージ８２に対して６自由度方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向，θｘ方向，θｙ方向，θｚ方向）に微小駆動される。微動ステージ８３は、微動ステージ駆動系を介してＹ粗動ステージ８２に同期駆動されることによって、Ｙ粗動ステージ８２と一体的にＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に所定のストロークで移動される。基板ホルダ８３ｂは、図示しない真空吸着装置を有し、その上面に基板Ｐを吸着保持する。

ステージ本体８３ａの−Ｙ側の側面には、ミラーベース８３ｄを介してＹ軸方向に直交する反射面を有するＹ移動鏡（バーミラー）８３ｅが固定されている。ステージ本体８３ａの−Ｘ側の側面には、図示しないミラーベースを介してＸ軸方向に直交する反射面を有する図示しないＸ移動鏡が固定されている。ステージ本体８３ａのＸＹ平面内の位置情報は、Ｙ移動鏡８３ｅ及びＸ移動鏡それぞれに測長ビームを照射し、その反射光を受光するレーザ干渉計を含む図示しない基板干渉計システムによって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。図示しない基板干渉計システムは、Ｙ移動鏡８３ｅに測長ビームを照射するＹレーザ干渉計８５、及び図示しないＸ移動鏡に測長ビームを照射する図示しないＸレーザ干渉計を含む。図示しない基板干渉計システムの構成については、米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書に開示されている。

重量キャンセル装置８４は、Ｚ軸方向に延びる一本の柱状部材によって構成され、レベリング装置８６を介して微動ステージ８３を下方から支持する。重量キャンセル装置８４は、Ｘ粗動ステージ８１の開口部８１ａ内、及びＹ粗動ステージ８２の開口部８２ａ内に挿入されている。重量キャンセル装置８４は、その下端に取り付けられた複数の気体静圧軸受、例えば３つのエアベアリング８４ａによって、定盤６上に所定のクリアランスを介して非接触状態で支持されている。重量キャンセル装置８４は、その内部に設けられた図示しない空気バネ等が発生する上向きの力でその支持対象物、具体的には、微動ステージ８３及び基板Ｐ、レベリング装置８６等の重量（重力加速度による下向きの力）を打ち消す。

重量キャンセル装置８４は、板バネ又はバネ性を有さない薄い鋼板を含む図示しない複数の連結装置によってＹ粗動ステージ８２に機械的に接続されている。これにより、重量キャンセル装置８４は、Ｙ粗動ステージ８２と一体的にＸ軸及び／又はＹ軸方向に移動する。重量キャンセル装置８４は、その上端に取り付けられた図示しないエアベアリングから噴出される気体の静圧によって、レベリング装置８６を下方から所定のクリアランスを介して非接触支持している。

従って、微動ステージ８３と重量キャンセル装置８４とは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に関して振動的に分離されている。レベリング装置８６は、複数の気体静圧軸受を含み、微動ステージ８３を水平面に対してチルト可能（水平面に平行な軸線周りに微小角度回転可能）に下方から非接触支持している。重量キャンセル装置８４，レベリング装置８６、及び図示しない連結装置の具体的構成は、米国特許出願公開第２０１０／００１８９５０号明細書に開示されている。

このような構成を有する露光装置１では、主制御装置Ｓが以下に示す検知処理を実行することによって、Ｘ粗動ステージ８１をＸ軸方向に駆動するための固定子ユニット７３と可動子ユニット９４との間のＹ軸方向の距離の変化を検知する。以下、図９に示すフローチャートを参照して、この検知処理を実行する際の主制御装置Ｓの動作について説明する。なお、以下に示す検知処理は、Ｘ粗動ステージ８１を駆動するコア付きリニアモータに対するものであるが、Ｙ粗動ステージ８２やマスクステージＭＳＴ等のＸ粗動ステージ８１以外の移動体装置を駆動するリニアモータに対しても同様の検知処理を行うことができる。

〔検知処理〕
図９は、本発明の一実施形態である検知処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すフローチャートは、露光装置１の電源がオフ状態からオン状態に切り替えられたタイミングで開始となり、検知処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この検知処理は、露光装置１の電源がオン状態である間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１の処理では、主制御装置Ｓが、Ｘスライダ９、すなわち可動子ユニット９４を速度ｖｅｌ１で等速移動させたときにコア付きリニアモータが出力する推力の大きさＳｖｏｕｔ１を検出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、検知処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、主制御装置Ｓが、Ｘスライダ９、すなわち可動子ユニット９４を速度ｖｅｌ１とは異なる速度ｖｅｌ２で等速移動させたときにコア付きリニアモータが出力する推力の大きさＳｖｏｕｔ２を検出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、検知処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、主制御装置Ｓが、速度ｖｅｌ１，ｖｅｌ２とステップＳ１，Ｓ２の処理によって検出された推力の大きさＳｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔとを上述の数式（４）に代入することによってＸスライダ９の移動方向におけるコギング力の分布状態を算出する。また、主制御装置Ｓは、算出されたコギング力の分布状態に関するデータを次回の検知処理において使用するために記憶する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、検知処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、主制御装置Ｓが、ステップＳ３の処理によって得られたコギング力の分布状態が前回の検知処理によって記憶されたコギング力の分布状態から変化しているか否かを判別する。判別の結果、コギング力の分布状態に変化がない場合、主制御装置Ｓは検知処理をステップＳ５の処理に進める。一方、コギング力の分布状態に変化がある場合には、主制御装置Ｓは検知処理をステップＳ６の処理に進める。

ステップＳ５の処理では、主制御装置Ｓが、固定子ユニット７３と可動子ユニット９４との間のＹ軸方向の距離は変化していない正常状態であると判断する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、一連の検知処理は終了する。

ステップＳ６の処理では、主制御装置Ｓが、固定子ユニット７３と可動子ユニット９４との間のＹ軸方向の距離が変化していると判断し、露光動作を行っている場合には露光動作を即時停止したり、メンテナンスの必要がある旨のメッセージを出力したりする等の所定の処理を実行する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、一連の検知処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である検知処理によれば、主制御装置Ｓが、可動子ユニット９４を速度ｖｅｌ１で等速移動させたときの推力の大きさＳｖｏｕｔ１と、可動子ユニット９４を速度ｖｅｌ１とは異なる速度ｖｅｌ２で等速移動させたときの推力の大きさＳｖｏｕｔ２とを検出し、速度ｖｅｌ１，ｖｅｌ２と推力の大きさＳｖｏｕｔ１，Ｓｖｏｕｔとを用いて可動子ユニット９４の移動方向におけるコギング力の分布状態を算出する。そして、主制御装置Ｓは、コギング力の分布状態が変化しているか否かに基づいて、固定子ユニット７３と可動子ユニット９４との間の距離の変化を検知する。

これにより、固定子ユニット７３と可動子ユニット９４との接触を速やかに検知することが可能となり、可動子ユニット９４の移動に伴い固定子ユニット７３と可動子ユニット９４との接触部において粉塵が発生し、発生した粉塵によって露光装置１内部の清浄度が低下することを抑制できる。そして、この結果、本露光装置１によれば、基板上にレチクルのパターンを忠実に転写することができる。なお、主制御装置Ｓが、コギング力の大きさが所定値以上であるか否かを判別し、コギング力が所定値以上である位置において固定子ユニット７３と可動子ユニット９４との間の距離が変化していると判定するようにしてもよい。

〔デバイス製造工程〕
最後に、図１０を参照して、本発明の一実施形態である露光装置１を用いてデバイスを製造する場合のデバイス製造工程の流れについて説明する。

図１０は、デバイス製造工程の一例を示すフローチャートである。図１０に示すように、デバイスは、デバイスの機能、性能、パターンを設計するステップＳ１１、設計結果に基づいてマスクを製作するステップＳ１２、デバイスの基材である基板を製造してレジストを塗布するステップＳ１３、露光装置１によってマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱及びエッチング工程等を含む基板処理ステップＳ１４、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等の加工プロセスを含むデバイス組立ステップＳ１５，及び検査ステップＳ１６等を経て製造される。つまり、このデバイス製造工程は、露光装置１を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することとを含む。そして、この露光装置１によれば、基板上にレチクルのパターンを忠実に転写することができるので、このデバイス製造工程によれば、デバイスを高精度に製造することができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、実施形態の組み合わせ、及び運用技術等は、全て本発明の範疇に含まれる。

１ 露光装置
７ ベースフレーム
８ 基板ステージ
９ Ｘスライダ
７３ 固定子ユニット
８１ Ｘ粗動ステージ
８２ Ｙ粗動ステージ
９４ 可動子ユニット
１０１ 固定子
１０２ 固定体部
１０３ 可動子
１０４ 移動体部
ＭＳＴ マスクステージ
Ｓ 主制御装置

Claims (7)

1. 第１方向に沿って配列された複数の固定子に対して可動子を前記第１方向に沿って第１の速度で等速移動させ、該等速移動させたときの該可動子の前記第１方向における第１の推力の大きさを検出する第１の検出ステップと、
   前記複数の固定子に対して前記可動子を前記第１方向に沿って前記第１の速度とは異なる第２の速度で等速移動させ、該等速移動させたときの該可動子の前記第１方向における第２の推力の大きさを検出する第２の検出ステップと、
   前記第１及び第２の速度と、前記第１及び第２の推力の大きさとを用いて、前記固定子と前記可動子との間に作用するコギング力の大きさを算出する算出ステップと、
   前記算出ステップによって算出された前記コギング力の大きさに基づいて、前記固定子と前記可動子との間の距離の変化を検知する検知ステップと、
   を含むことを特徴とする検知方法。
2. 前記算出ステップは、前記可動子の前記第１方向の位置に対応して前記コギング力の大きさを算出し、
   前記検知ステップは、前記第１方向の位置に対する前記コギング力の大きさの分布状態を求め、該分布状態に基づいて、前記固定子と前記可動子との間の距離の変化を検知するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の検知方法。
3. 前記検知ステップは、前記算出ステップによって算出された前記コギング力の大きさが所定値以上である場合もしくは該所定値より大きい場合に、前記固定子ユニットと前記可動子ユニットとの間の距離が変化していると判定するステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の検知方法。
4. 前記算出ステップは、前記可動子の前記第１方向の位置に対応して前記コギング力の大きさを算出し、
   前記検知ステップは、前記前記コギング力の大きさが所定値以上もしくは該所定値よりも大きくなる前記第１方向の位置において前記固定子ユニットと前記可動子ユニットとの間の距離が変化していると判定するステップを含むことを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の検知方法。
5. 前記固定子及び前記可動子の一方は永久磁石であり、前記固定子及び前記可動子の他方は鉄心にコイルが巻回された電磁石であることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の検知方法。
6. マスクを支持するマスクステージと、基板を支持する基板ステージとを有し、前記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して前記基板に転写する露光方法であって、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方に設けられた固定子と可動子との間の距離の変化を、請求項１〜５のうち、いずれか１項に記載の検知方法によって検知することと、該検知方法の検知結果に基づいて前記基板に前記パターンを転写する制御を行うこととを含むことを特徴とする露光方法。
7. 請求項６に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、前記パターンが形成された基板を処理することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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