JP6576964B2 - リニアリラクタンスアクチュエータおよびリソグラフィ装置 - Google Patents

Description

この出願は、２０１２年９月１９日に出願された米国仮出願第６１／７０２，９４９号の利益を要求し、その全体が参照により本明細書に援用される。

本発明は、リラクタンスアクチュエータアセンブリの較正方法、リラクタンスアクチュエータおよびリラクタンスアクチュエータを備えるリソグラフィ装置に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板の目標部分、通常は基板の目標部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルとも称されるパターニングデバイスが、集積回路の各層に対応した回路パターンを形成するために使用される。このパターンが基板（例えばシリコンウェーハ）の（例えばダイの一部、あるいは一つまたは複数のダイからなる）目標部分に転写される。パターン転写は典型的には基板に形成された放射感応性材料（レジスト）層への結像による。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的に露光される。従来のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各目標部分は照射を受ける。パターニングデバイスから基板へのパターン転写は、基板にパターンをインプリントすることによっても可能である。

リソグラフィ装置のスループットを高めるために、およびより大きな基板を取り扱えるようにするために、例えば基板テーブル上に大きな力を働かせることができるモータが必要とされており、同時にそのようなモータの質量を小さくすることが必要とされている。

リラクタンスアクチュエータおよびその較正の改善をいくつか提供することが望ましい。

本発明の一実施形態によると、リラクタンスアクチュエータアセンブリを較正する方法が提供される。リラクタンスアクチュエータアセンブリは、リラクタンスアクチュエータと、リラクタンスアクチュエータのギャップの磁束を測定する磁束センサと、磁束設定値と磁束センサによって測定される磁束とに基づきリラクタンスアクチュエータのアクチュエータコイルを駆動する磁束増幅器と、を備える。上記方法は、時定数成分と、励起周波数で正弦波状に変化する成分と、を有する磁束設定値を磁束増幅器に提供し、磁束設定値に応答してリラクタンスアクチュエータによって発生する力を測定し、測定された力を使用してリラクタンスアクチュエータアセンブリを較正することを含む。

本発明の別の実施形態によると、リラクタンスアクチュエータアセンブリを較正する方法が提供される。リラクタンスアクチュエータアセンブリは、リラクタンスアクチュエータと、リラクタンスアクチュエータのギャップの磁束を測定する磁束センサと、磁束設定値と磁束センサによって測定される磁束とに基づきリラクタンスアクチュエータのアクチュエータコイルを駆動する磁束増幅器と、を備える。上記方法は、外力によってリラクタンスアクチュエータの可動部をリラクタンスアクチュエータの静止部に対して移動させ、移動中に磁束センサによって磁束を測定し、測定された磁束センサ磁束を使用して磁束センサオフセットを決定することを含む。

本発明のさらなる実施形態によると、中心空間の周りに閉じた磁路を形成するステータヨークと、ステータヨークから中心空間内にそれぞれ突出する複数の歯と、複数の歯のそれぞれに磁束を生成するように配置された複数のコイルと、を有するステータと、中心空間に配置され複数の面を有する移動体であって、面のそれぞれが移動体と一つの歯との間にギャップを形成するように一つの歯と面している移動体と、を備えるリニアリラクタンスアクチュエータが提供される。

本発明のさらなる実施形態によると、ステータヨークと、ステータヨークからそれぞれ突出する複数の歯と、複数の歯のそれぞれに磁束を生成するように配置された複数のコイルと、を有するステータを備えるリラクタンスアクチュエータが提供される。動作中にそれぞれのコイルによって生成される磁束とは反対向きのバイアス磁束を生成する永久磁石の組が設けられる。

本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の様々な実施の形態の構造および作用とともに、添付の図面を参照して以下で詳細に説明される。本発明は、本書で説明される特定の実施形態に限定されないことに注意する。このような実施形態は、例証目的で本書に提示されているに過ぎない。本書に含まれる教示に基づけば、さらなる実施形態は関連分野の当業者にとって明らかであろう。

本書に包含され明細書の一部をなす添付の図面は本発明を例証し、詳細な説明とともに本発明の原理を説明し、関連分野の当業者が本発明を実施し使用できるようにする役割を有する。

本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。

本発明の一態様に係る較正方法を説明する際に根拠となるリラクタンスアクチュエータを高度に模式化した図である。

図３Ａ、３Ｂはそれぞれ、本発明の一態様に係る較正方法を例証する、磁束と時間の関係および磁力と時間の関係を表す図である。

本発明の一態様に係る較正方法を例証する、磁束密度とギャップサイズの関係を表す図である。

図５Ａ−５Ｃは、本発明の一実施形態に係るリラクタンスアクチュエータの模式図である。

図６Ａ−６Ｃは、本発明の一実施形態に係るリラクタンスアクチュエータの模式図である。

図７Ａ−７Ｂは、本発明の一実施形態に係るリラクタンスアクチュエータの模式図である。

本発明の一実施形態に係るリラクタンスアクチュエータの模式図である。

図９Ａ−９Ｂは、本発明の一実施形態に係るリラクタンスアクチュエータの模式図である。

図１０Ａ、１０Ｂは、本発明の一実施形態に係るリラクタンスアクチュエータを備えるステージの模式図である。

本発明の一実施形態に係るリラクタンスアクチュエータの模式図である。

図１２Ａ、１２Ｂはそれぞれ、本発明の一態様に係る較正方法を例証する、磁束と時間の関係および磁力と時間の関係を表す図である。

本発明の一態様に係る較正方法を例証する、磁束と力の関係を表す図である。

本発明の一態様に係る較正方法を例証する、外乱力があるときとないときの磁束と力の関係を表す図である。

本発明の特徴および利点は、同様の参照符号が全文書を通して対応する要素を特定する図面とともに以下で述べられる詳細な説明からより明らかになるだろう。一般に、図面において同様の参照符号は、同一の、機能的に類似の、および／または構造が類似の要素を表している。要素が最初に現れる図面は、対応する参照番号の左端の数字で表される。

本明細書は本発明の特徴を組み入れた一つまたは複数の実施形態を開示する。開示された実施形態は本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲は開示された実施形態には限定されない。本発明は添付の請求項により定義される。

説明される実施形態、および「一実施形態」、「実施形態」、「例示的な実施形態」等への明細書内での言及は、説明する実施形態が特定の特徴、構造または特性を備えてもよいが、必ずしもあらゆる実施形態がその特定の特徴、構造または特性を備える必要はないことを示している。また、このような表現は同一の実施形態を必ずしも指し示すものではない。さらに、実施形態とともに特定の特徴、構造または特性が記載される場合、明示的に記載されているか否かに関わらず、そのような特徴、構造または特性を他の実施形態とともに実現することは当業者の知識内であると理解されたい。

本発明の実施形態の特徴は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの任意の組み合わせで実装することができる。本発明の実施形態は、一つ以上のプロセッサにより読み取りおよび実行が可能な機械可読媒体に記録された命令として実装されてもよい。機械可読媒体は、機械（例えばコンピューティングデバイス）によって読み取り可能な形態で情報を記録または送信する任意のメカニズムを含んでよい。例えば、機械可読媒体は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記録媒体、光記録媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音響または他の形態の伝播信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号など）およびその他を含んでもよい。さらに、本明細書において、特定の動作を実行するものとしてファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令が記載されてもよい。しかしながら、このような記載は単に便宜上のものであり、実際にはこのような動作はコンピューティングデバイス、プロセッサ、コントローラ、またはファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令などを実行する他のデバイスに由来することを理解すべきである。

この種の実施形態をより詳細に説明する前に、本発明の実施形態を実装可能である例示的な環境を提示することが有益である。

図１は、本発明の一実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す図である。この装置は、放射ビームＢ（例えばＵＶ放射または任意の他の適切な放射）を調整するよう構成されている照明系（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするよう構成されている第１の位置決めデバイスＰＭに接続されているマスク支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、を備える。装置は、基板（例えばレジストでコーティングされたウェーハ）Ｗを保持するよう構成され、いくつかのパラメータに従って基板を正確に位置決めするよう構成されている第２の位置決めデバイスＰＷに接続されている基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴまたは「基板支持部」も備える。装置は、パターニングデバイスＭＡにより放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗの（例えば一つまたは複数のダイからなる）目標部分Ｃに投影するよう構成されている投影系（例えば屈折投影レンズ）ＰＳをさらに備える。

照明系は、放射の方向や形状の調整またはその他の制御用に、各種の光学素子例えば屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子または他の各種光学部品を含んでもよく、あるいはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。

マスク支持構造は、パターニングデバイスを支持すなわちその重量を支える。支持構造は、パターニングデバイスの向きやリソグラフィ装置の構成、あるいはパターニングデバイスが真空環境下で保持されるか否かなどの他の条件に応じた方式でパターニングデバイスを保持する。マスク支持構造は、機械的固定、真空固定、またはパターニングデバイスを保持するその他の固定用技術を用いてもよい。マスク支持構造は例えばフレームまたはテーブルであってよく、必要に応じて固定されていてもよいし移動可能であってもよい。マスク支持構造は、パターニングデバイスを例えば投影系に対して所望の位置に位置決めできるようにしてもよい。本明細書では「レチクル」または「マスク」という用語を用いた場合には、より一般的な用語である「パターニングデバイス」に同義であるとみなされるものとする。

本明細書では「パターニングデバイス」という用語は、例えば基板の目標部分にパターンを形成すべく放射ビームの断面にパターンを付与するために使用されうるいかなるデバイスをも指し示すよう広く解釈されるべきである。放射ビームに与えられるパターンは、基板の目標部分に所望されるパターンと厳密に対応していなくてもよい。このような場合には例えば、放射ビームのパターンが位相シフトフィーチャあるいはいわゆるアシストフィーチャを含む場合がある。一般には、放射ビームに付与されるパターンは、目標部分に形成される集積回路などのデバイスの特定の機能層に対応する。

パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、さらに各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。

本明細書では「投影系」という用語は、使用される露光光あるいは液浸や真空の利用などの他の要因に関して適切とされるいかなる投影系をも包含するよう広く解釈されるべきである。投影系には例えば屈折光学系、反射光学系、反射屈折光学系、磁気的光学系、電磁気的光学系、静電的光学系、またはこれらの任意の組み合わせなどが含まれる。以下では「投影レンズ」という用語は、より一般的な用語である「投影系」と同義に用いられうる。

ここに図示されるのは、（例えば透過型マスクを用いる）透過型のリソグラフィ装置である。これに代えて、（例えば上述のようなプログラマブルミラーアレイまたは反射型マスクを用いる）反射型のリソグラフィ装置を用いることもできる。

リソグラフィ装置は二つ以上（二つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブルまたは「基板支持部」（及び／または二つ以上のマスクテーブルまたは「マスク支持部」）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルまたはサポートが並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルまたはサポートで露光が行われている間に他の１以上のテーブルまたはサポートで準備工程を実行するようにしてもよい。

リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が、比較的高い屈折率を有する例えば水などの液体で覆われて投影系と基板との間の空間を満たすものであってもよい。液浸液は、例えばマスクと投影系の間などのリソグラフィ装置の他の空間に適用されるものであってもよい。液浸技術は、投影系の開口数を増大させるために使用することができる。本明細書では「液浸」という用語は、基板等の構造体が液体に完全に浸されているということを意味するのではなく、露光中に投影系と基板の間に液体が存在するということを意味するに過ぎない。

図１に示されるようにイルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受け取る。例えば光源がエキシマレーザである場合には、光源とリソグラフィ装置とは別体であってもよい。この場合、光源はリソグラフィ装置の一部を構成しているとはみなされなく、放射ビームは光源ＳＯからイルミネータＩＬへとビーム搬送系ＢＤを介して受け渡される。ビーム搬送系ＢＤは例えば適当な方向変更用のミラー及び／またはビームエキスパンダを含んで構成される。あるいは光源が例えば水銀ランプである場合には、光源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。光源ＳＯとイルミネータＩＬとは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射系または放射システムと総称される。

イルミネータＩＬは放射ビームの角強度分布を調整するように構成されたアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳面における強度分布の少なくとも半径方向外径及び／または内径の大きさ（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えてイルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の要素を備えてもよい。イルミネータはビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。

放射ビームＢは、マスク支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）に保持されるパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射して、当該パターニングデバイスによりパターンが付与される。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは投影系ＰＳに進入する。投影系ＰＳはビームを基板Ｗの目標部分Ｃに投影する。第２の位置決めデバイスＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）により基板テーブルＷＴを正確に移動させることができる。基板テーブルＷＴは例えば放射ビームＢの経路に異なる目標部分Ｃを順次位置決めするように移動される。同様に、第１の位置決めデバイスＰＭと他の位置センサ（図１には明示せず）とにより放射ビームＢ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。この位置決めは例えばマスクライブラリからのマスクの機械的交換後や露光走査中に行われる。一般に、マスクテーブルＭＴの移動は、第１の位置決めデバイスＰＭの一部を構成するロングストロークモジュール（粗い位置決め用）及びショートストロークモジュール（精細な位置決め用）により実現される。同様に、基板テーブルＷＴまたは「基板支持部」の移動は、第２ポジショナＰＷの一部を構成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現される。ステッパでは（スキャナとは異なり）、マスクテーブルＭＴはショートストロークのアクチュエータにのみ接続されているか、あるいは固定されていてもよい。マスクＭＡと基板Ｗとは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を用いてアライメントされてもよい。図においては基板アライメントマークが専用の目標部分を占拠しているが、アライメントマークは目標部分間のスペースに配置されてもよい（これはスクライブライン・アライメントマークとして公知である）。同様に、例えばマスクＭＡに複数のダイがある場合にはマスクアライメントマークをダイ間に配置してもよい。

図示の装置は例えば次のうちの少なくとも一つのモードで使用されうる。
１．ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射（すなわち単一静的露光）で目標部分Ｃに投影される間、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持部」及び基板テーブルＷＴまたは「基板支持部」は実質的に静止状態とされる。そして基板テーブルＷＴまたは「基板支持部」がｘ方向及び／またはｙ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズが単一静的露光で転写される目標部分Ｃのサイズを制限することになる。
２．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間（すなわち単一動的露光の間）、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持部」及び基板テーブルＷＴまたは「基板支持部」は同期して走査される。マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持部」に対する基板テーブルＷＴまたは「基板支持部」の速度及び方向は、投影系ＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが単一動的露光での目標部分の（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。
３．別のモードにおいては、マスクテーブルＭＴまたは「マスク支持部」がプログラム可能パターニングデバイスを保持して実質的に静止状態とされ、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴまたは「基板支持部」が移動または走査される。このモードではパルス放射源が通常用いられ、プログラム可能パターニングデバイスは、基板テーブルＷＴまたは「基板支持部」の毎回の移動後、または走査中の連続放射パルス間に必要に応じて更新される。この動作モードは、上述のプログラマブルミラーアレイ等のプログラム可能パターニングデバイスを利用するマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

上記で記載したモードの組み合わせおよび／または変形例を使用してもよいし、全く別のモードを使用してもよい。

参照によりその全体が本明細書に援用されるＵＳ２０１１−００６９２９３−Ａ１は、２自由度の構成を提供するリラクタンスアクチュエータを開示する。参照によりその全体が本明細書に援用されるＵＳ２０１２−００１９７９４−Ａ１は、磁束測定の原理を開示し、これはリラクタンスアクチュエータに適用することができる。

一般に、リラクタンスアクチュエータは、アクチュエータ電流、アクチュエータ力、アクチュエータギャップの間の関係が非線形である。アクチュエータギャップにおける磁束を測定するために磁束センサを用いることは既に説明した。本発明の第１態様は、このような磁束センサの較正を目的とする。

アクチュエータ力とアクチュエータギャップにおける磁束とは、次式で表される二次関係を有する。

ここで、ｋ［Ｎ／Ｔ^２］はアクチュエータ定数であり、Ｂ［Ｔ］はアクチュエータギャップにおける磁束密度である。この磁束密度は、この例ではホールセンサなどの磁束センサによって測定される。この測定における誤差は、次式のように力の誤差となる。

ここで、Ｂ_ｅ［Ｔ］は磁束密度の測定誤差であり、Ｆ＾［Ｎ］は力の推定値であり、Ｆ［Ｎ］は実際のアクチュエータ力であり、Ｆ_ｅ［Ｎ］は力の誤差である。

磁束と力が二次関係を持つため、力の誤差は磁束とともに拡大縮小する。ホールセンサは、磁束密度から電圧への変換器として作用する。センサオフセット較正を実行可能とするために、読み出し電子装置によって誘発される電圧オフセットと、小さな磁束密度場によって導入される電圧オフセットとを区別することが望ましい。加えて、磁束密度を力に関連させるアクチュエータ定数ｋを求めることが望ましい。

提案される解決策は、ＤＣ項と正弦項とを有する磁束設定値（flux setpoint）をアクチュエータに導入することである。すなわち、

アクチュエータ力は、次式に等しくなる。

この式は、ＤＣ力、径方向周波数ｗでの力、および径方向周波数ｗが二倍のときの力、磁束密度と力の間の二次関係に起因する二次高調波を意味している。

オフセット誤差Ｂ_ｅを等式に導入すると、加えられた力が次式に等しくなる。

実際の時間的に変化するアクチュエータ力は、エンコーダブロックの測定された変位から導出することができる。印加された力により、アクチュエータ（または、アクチュエータが接続されているステージまたは他の構造）は周波数ｗおよび２ｗで振動し始める。例えば径方向周波数の複数の期間について測定することによって、両方の径方向周波数における力を正確に求めることができる。周波数ｗ、２ｗにおいて実現される力を求めるために、フーリエ変換を適用してもよい。したがって、測定された力は次式のように記述することができる。

次に、センサのゲインおよびオフセットを、以下の複合方程式から解くことができる。すなわち、

をｋ、Ｂ_ｅについて解くと、

したがって、説明した較正方法によって、アクチュエータゲインｋおよびオフセットの較正が可能になり、比較的高速の較正が実現する。さらに、上記式においてアクチュエータ定数ｋはセンサオフセットに依存していないので、アクチュエータ定数ｋをセンサオフセットとは独立して求めることができる。言い換えると、センサオフセットは、アクチュエータゲインの較正に影響を与えない。

図２は、それぞれが二つの歯を有し各歯にコイルＣＬが設けられている二つのステータＳＴを備えるリラクタンスアクチュエータを模式的に示す。リラクタンスアクチュエータは、移動体（mover）ＭＶと、ステータＳＴの歯の一つと移動体ＭＶとの間のアクチュエータギャップ内の磁束センサＦＳ（ホールセンサなど）と、をさらに備える。コイルＣＬをそれぞれ駆動するために、磁束増幅器ＦＡが設けられる。磁束増幅器ＦＡには、磁束設定値ＦＳＴ（すなわち、所望の磁束）が適用される設定値入力と、磁束センサＦＳからの信号がフィードバックのために提供されるように磁束センサＦＳに接続される磁束フィードバック入力ＦＦと、が与えられる。上記の較正方法を図２に示す構成に適用すると、図３Ａに示すように、定数項と正弦時間変化項とを有する磁束Ｂが求められる。図３Ａは、磁束Ｂを縦軸に、時間を横軸に示している。アクチュエータによって生成される力は、例えばローレンツアクチュエータによって測定することができ、図３Ｂに示されている。図３Ｂは、測定されたアクチュエータ力を縦軸に、時間を横軸に示している。図示するように、測定された力から、適用される正弦変化する磁束成分の周波数における周波数成分と、この周波数の二倍（すなわち第二高調波）における周波数成分とを導出することで、アクチュエータ定数とオフセットとを求めることができる。

上述した較正法は、図２を参照して説明したリラクタンスアクチュエータに適用することができる。しかしながら、この較正法は、図５−１１を参照して以下で説明するアクチュエータなどの、磁束検出を有する任意の他のリラクタンスアクチュエータにも適用することができる。

本発明の別の態様に係るリラクタンスアクチュエータの較正について以下で説明する。

アクチュエータが、ゼロ電流で１［ｍＮ］の力を生じるヒステリシスを有するものとする。このヒステリシスを無視し、この操作点でゼロ磁束を示すようにホールセンサオフセットを較正する場合、１［ｋＮ］の力での力の誤差は、２［Ｎ］に等しくなる（ｋ＝４ｅ２Ｎ／Ｔ^２と仮定する）。したがって、アクチュエータのヒステリシス効果を包含するアクチュエータセンサオフセット較正が望ましい。

このようなヒステリシス力の直接測定は不正確なものとなり得ることに注意する。なぜなら、例えばウェハステージ応用形態においては、ケーブルや他のアクチュエータなどの他のソースからの外乱力に起因して、ｍＮレベルの力の測定は非常に困難だからである。

ホールセンサは、磁束密度から電圧への変換器として作用する。センサオフセット較正を実施可能とするためい、読み出し電子装置により誘発される電圧オフセットと、小さな磁束密度場により導入される電圧オフセットとを区別することが望ましい。

このような区別をするために、図２に示した構成に戻り、ホールセンサ（磁束センサＦＳ）が測定されつつ、アクチュエータギャップが変化し、アクチュエータの磁束増幅器ＦＡがディセーブルされる（すなわち、ゼロ電流にされる）。ヒステリシス磁束はギャップ変化により変化する。したがって、ホールセンサ電圧出力も変化する。電子機器に起因するホールセンサ電圧オフセットは、アクチュエータギャップの関数として変化しない。この測定により、ヒステリシス磁束とセンサ電圧オフセットの両方を求めることができる。

原理を説明するために、磁気ギャップの関数としてのホールセンサ電圧の測定を図４に示す。図４は、磁束密度ＢとアクチュエータギャップＧＰの関係を表している。図４に示すように、ヒステリシス磁束に起因する出力電圧は１／ｇに比例する。ここで、ｇは磁気アクチュエータギャップである。

図４から、ヒステリシス効果と電子機器オフセット電圧とを区別できることが分かる。測定された磁束密度を次式のように記述することができる。

ここで、ｃはアクチュエータヒステリシスから生じる定数項であり、ｏは電子機器オフセットから生じる定数項であり、ｇは磁気アクチュエータギャップである。こうして、曲線の漸近線からオフセットを求めることができる。この例では、適用されたパラメータはｃ＝１．３［ｍＴ・ｍ］、ｏ＝１．４［ｍＴ］である。

ホールセンサ精度の改善により、アクチュエータから磁束測定コイルを取り除くことも可能である。この結果、コストを削減し、複雑度を低減し、アクチュエータの製造性を高めることができる。

上述した較正は、図２を参照して説明したリラクタンスアクチュエータに適用することができる。しかしながら、この較正は、図５−１１を参照して以下で説明するアクチュエータなどの、磁束検出を有する任意の他のリラクタンスアクチュエータにも適用することができる。

本発明のさらに別の態様に係るリラクタンスアクチュエータの較正について以下で説明する。アクチュエータギャップにおいて特定のオフセットを持つ磁束密度をセンサが測定するものとする。すなわち、

ここで、Ｂ_ｍ［Ｔ］は測定された磁束密度場であり、Ｂ［Ｔ］は実際の磁束密度場であり、β［Ｔ］はセンサオフセットである。較正の次のステップでは、ゼロ周辺を中心とする正弦磁束密度設定値がリラクタンスアクチュエータに与えられる。このような設定値は、以下の力を生じる。

上式は、次式のように書き直すことができる。

ここで、ｋはアクチュエータ定数［Ｎ／Ｔ^２］である。Ｂ_ｍ−Ｆの関係は、Ｂ_ｍ方向にセンサオフセットβだけ移動された放物曲線である。この移動は、測定された放物曲線を適合させることによって求められる。

この原理を説明するために、リラクタンスアクチュエータの力に対抗するためにローレンツアクチュエータが使用される実験において、説明した較正手順を検証する。磁束密度および関連する力信号が、時間の関数として測定される（それぞれ図１２Ａおよび図１２Ｂに示す）。得られるＢｍ−Ｆ曲線（すなわち、力と磁束密度の関係）が、第１ホールセンサＨＬ１と第２ホールセンサＨＬ２にそれぞれ適合された放物曲線とともに、図１３に示されている。適合された曲線から、ホールセンサオフセットを、β_１＝−６．６８３８［ｍＴ］、β_２＝−０．７８１４１［ｍＴ］と求めることができる。ここで、添え字１、２はそれぞれ第１ホールセンサ、第２ホールセンサのオフセットを表している。

この方法が、例えばケーブルや他のアクチュエータから生じる静的外力の影響を実質的に受けないことをさらに示すために、ステータとリラクタンスアクチュエータの移動体との間に、約１［Ｎ］の外乱力を与えた。較正手順を繰り返した後に得られた放物曲線を図１４に示す。下側の二つの曲線は外乱力がない場合であり、上側の二つの曲線は外乱力がある場合である。センサオフセットが０．０２［ｍＴ］以内になることが分かる。

本発明のさらなる態様は、リラクタンスアクチュエータを提供する。図２に模式的に示したような既知のリラクタンスアクチュエータは、１自由度（ｄｏｆ）のアクチュエータである。

このようなリラクタンスアクチュエータをステージ（例えば基板テーブルＷＴ、例えば基板テーブルＷＴのショートストロークアクチュエータ）の移動のために適用すると、ステージ上の他の位置に配置された他のアクチュエータによって、非主方向での寄生力およびトルクに対抗しなければならなくなる。これは、変形につながる力をステージに及ぼし、オーバーレイ誤差を生じるおそれがある。この結果、アクチュエータのクロストーク仕様が非常に厳密なものとなる。

最も可能性の高い性能のために、アクチュエータの移動体は小さな質量と高い剛性とを有してもよい。図２に模式的に示したようなアクチュエータのジオメトリは、この点で最適ではないかもしれない。

本発明の一態様は、多自由度の磁束制御リラクタンスアクチュエータを提供する。このようなリラクタンスアクチュエータの一実施形態を、図５Ａ−５Ｃに模式的に示す。リラクタンスアクチュエータは、（アクチュエータの移動平面内で見て）中心空間の周りに閉じた磁路を形成するステータヨークＳＹを有するステータＳＴと、それぞれがステータヨークＳＹから中心空間内に突出する複数の歯ＴＨと、歯ＴＨのそれぞれに磁束を生成するように配置された複数のコイルＣＬと、複数の面を有し各面が一つの歯ＴＨと対面して移動体ＭＶと一つの歯との間にギャップを形成する移動体ＭＶと、を備えている。移動体は中心空間に配置される。図５Ａに示す構成では、４つの歯が設けられている。歯にはそれぞれコイルが設けられる。ヨークは、全ての歯をつなぐ磁気伝導路を提供する。移動体には４つの側面、すなわちそれぞれ一つの歯と対面する４つの面が設けられる。コイルを駆動する（すなわち、コイルに電流を与える）と、対応する一つの歯に磁束が発生し、移動体と一つの歯との間に対応する力が生じる。閉じた磁束線を形成するために、磁束は一つまたは複数の他の歯を経由してヨークに戻る。アクチュエータ力を所望のものとするために、他のコイルを対応して駆動してもよい。歯と対応するコイルとが実質的に対称的に配置されているので、一つの歯のコイルを駆動し、その隣接する（対称の）コイルを対応して駆動すると、一つの歯に向かう力が移動体に生じる。一例を図５Ｂに示す。ここでは、Ｙ個のコイルのうち一つが駆動され、対応する一つの歯に磁束が生じている。隣接する歯のコイル、すなわちＸ方向でその歯の左右のコイルが同様に作動し、両方がそれぞれの歯に対応するより小さな磁束を生成する。両方の隣接する歯が移動体に対して対称的に配置され、それらのコイルが実質的に同じ大きさを有する磁束を生じるので、Ｘ個の歯は互いに打ち消し合う反対向きの力を移動体に与え、その結果、（駆動された）一つの歯に向かうＹ方向で移動体に合力を生じさせる。別の例を図５Ｃに示す。ここでは、一つのＸコイルと一つのＹコイルに実質的に同一の磁束が供給され、これらの二つの隣接する歯に向かう力が移動体に生じている。その結果、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５度の角度で移動体に合力が発生する。

本発明の一態様に係るリラクタンスアクチュエータは、歯毎に磁束センサをさらに備えてもよい。磁束センサは、移動体と歯の間のギャップに設けられる。図２を参照して上述したように、リラクタンスアクチュエータが、磁束設定値と磁束センサにより測定された磁束とに基づきリラクタンスアクチュエータのコイルを駆動する磁束増幅器をさらに備えている点で、磁束制御が提供されてもよい。磁束増幅器は、アクチュエータの様々なコイルを駆動するマルチチャネル増幅器によって構成されてもよい。同様に、磁束設定値は、歯毎の磁束設定値を含んでもよい。全ての歯における磁束密度の測定を使用して、生じる力ベクトルが所望の方向と大きさとを有するように磁路を制御することができる。一般に、ステータの各歯において、移動体に引力が発生する。したがって、所望の力ベクトルを４つの成分（各歯に一つ）に変換することができる。これらの成分のそれぞれから、上述した式Ｆ＝ｋ・Ｂ^２（Ｆ：力、ｋ：アクチュエータの定数、Ｂ：磁束密度）にしたがって磁束設定値を導出することができる。測定された磁束が磁束設定値に一致するように、各コイルへの電圧を制御することができる。このようにして、各歯の力を制御することができ、任意の二次元力ベクトルを作ることができる。

（リニア）アクチュエータは、ｘ、ｙで同時に最大の力を出すことができ、Ｘ、Ｙの最大力の√２倍の最大合力を４５度で生じる。これは、ステージ内に力を導入することなく行える。

図６Ａ−６Ｃは、図５Ａ−５Ｃを参照して述べたアクチュエータの代替的なジオメトリを示す。代替的なジオメトリは同様の結果を得ることができる。一般に、このような代替形態は、ヨークがよりコンパクトになるので、合計の体積および／または質量が小さくなる。これは、（歯がコイルを収める必要がないので）歯が小さくなることにもなり、ヨークをより小さくしてその重量をより軽くすることができる。図６Ａ−６Ｃに示す実施形態では、隣り合う歯の間のヨークのそれぞれの部分の周りにコイルが設けられている。図６Ｂに示す構成は、Ｘ、Ｙ方向に比較的大きな力を発生することができる。が、これは、二つの歯による磁束および力成分が、Ｘ、Ｙ方向の合力に寄与するからである。

リラクタンスアクチュエータによって供給可能である最大の力は、典型的に、移動体またはステータのいずれかの飽和によって制限される。図２に模式的に示したような、１自由度ダブルＣコア構成によって供給可能である最大力は、その歯の表面積に比例する。したがって、アクチュエータの異なるポイントでの飽和を回避するために、Ｃコアおよび移動体の断面は、この断面と同様でなければならない。

図５Ａ−５Ｃに示す２自由度のアクチュエータについて、最大力は、同様に歯の表面積に比例する。図５Ａ−５Ｃに示す構成では、Ｘ、Ｙ方向の力を発生するとき、一つの歯のみがこの最大力を発生するので、最大力は、同様の歯サイズを有するダブルＣコアアクチュエータの最大力の約半分である。しかしながら、磁路は、ステータを通る左経路と右経路とに分割される。これらの部分では、ステータ断面を小さくすることができ、アクチュエータのステータ上の質量が節約される。回転（４５度）セットアップで二つの２自由度アクチュエータを使用すると、二つの１自由度アクチュエータと比較して主方向で√２倍の追加の力を得ることができる。１自由度のアクチュエータは、生成する大きな内部ステージ力に起因して、このように使用することはできない。このように、図２を参照して説明した１自由度のリラクタンスアクチュエータ構成と比較して、貢献しない中間部を除くことによって、質量の削減と剛性の改善を行うことができる。

図５および６を参照して説明した原理に係るリラクタンスアクチュエータの概念は、多自由度へとさらに一般化することができる。例えば、図７Ａ、７Ｂでは、ｘ、ｙ、Ｒｚ駆動に使用できるアクチュエータが示されている。図８では、ｘ、ｙ、ｚ用のアクチュエータの基本ジオメトリが示されている。一般に、６自由度で作動するアクチュエータを作成することが可能である。

一部のケースでは、他の方向と比べて一方向でより大きな最大力を出すことができるアクチュエータを有することが有益なことがある。これは、図９Ａに示すような非対称のジオメトリとすることで実現できる。ここで、Ｙ方向の歯は、Ｘ方向の歯よりも面積が大きく、Ｘ方向の最大力を越える最大力をＹ方向で発生することができる。図９Ｂでは、三角形設計のアクチュエータが示されている。原理上は、このような構成を使用しても２次由度の力を発生することができる。しかしながら、このアクチュエータは、斜め方向の側面が悪い方向で力成分を出すので、効率が悪くなる。形状の関係から、得られる最大力は、（歯面積が等しいと仮定して）図６ａのアクチュエータの最大力の半分であると推測される。

図５Ａ−Ｃおよび図６Ａ−Ｃに示す構成では、移動体の４つの側面を使用して力が生成される。力生成のために使用する移動体の側面が多くなるほど、移動体取り付けに利用できる側面が少なくなる。しかしながら、移動体の上面または下面のいずれかの取り付けで、剛性接続には十分な場合がある。移動体の上面または下面の取り付けは、移動体のサイズが小さくなるという利点を与え、温度変形による問題が少なくなる。

ステージアクチュエータ配置の一例を図１０Ａ、１０Ｂに示す。図１０Ａ、１０Ｂはそれぞれ、基板テーブルＷＴなどのステージを高度に模式化した上面図である。ステージには、ステージの各側面に沿って二つずつ、８つのアクチュエータが設けられている。アクチュエータＡＣＴは、ステージの中心線に対してＸ軸およびＹ軸に対称的に配置されている。図１０Ａでは、８つのアクチュエータは図２を参照して説明した１自由度のアクチュエータである。すなわち、（Ｘ方向に延びるステージの側面に沿って）Ｘ方向に４つ、（Ｙ方向に延びるステージの側面に沿って）Ｙ方向に４つである。図１０Ｂでは、図５Ａ−Ｃ、６Ａ−Ｃを参照して説明したタイプの、８つの２自由度のアクチュエータが設けられている。アクチュエータは、ステージの各側面に沿って二つずつ、ステージの中心線に対してＸ軸およびＹ軸に対称的に配置されている。Ｘ方向およびＹ方向でアクチュエータによって生成される力が最大になるように、アクチュエータの歯がＸ軸およびＹ軸に対して４５度の角度を向くようにアクチュエータが傾けられている。多数のアクチュエータを同時に駆動することで、ステージ上に大きな力を与えて高い加速度を可能にするとともに、ステージ内のトルクおよび曲げモードの潜在的な励起を低減する。

図５Ａ−５Ｃ、６Ａ−６Ｃを参照して説明したリラクタンスアクチュエータを使用すると、以下で説明するように、多数の効果を実現できる。二つの２自由度アクチュエータをステージ上で用いると、ｘ、ｙ、Ｒｚの全てを制御することができる。これは、ほぼ同一の重量と最大力とを有する二つの１自由度アクチュエータでは実現することができない。このような１自由度のアクチュエータが少なくとも３つ必要とされてもよい。多数の１自由度アクチュエータを同数の２自由度アクチュエータで置換すると、移動する質量をかなり削減することができる（同時に剛性も改善する）。最大力、必要容積および全質量などの他のパラメータは等しいかさらに良くなる。８つの１自由度アクチュエータ（４Ｘ、４Ｙ）を同じサイズの２自由度アクチュエータで置換すると、より均一にステージに力を供給することができ、加速に起因する変形が小さくなる。加えて、オーバーアクチュエーションのために使用可能な追加の自由度を提供してもよい（結果として、ステージの内部動的モードを抑制する）。各２自由度アクチュエータは、任意の（二次元）方向で力ベクトルを与える。アクチュエータの位置合わせ問題および寄生力が較正され、各個別のアクチュエータによって局所的に除外される。したがって、（ステージ変形につながる）アクチュエータ間のクロストークが小さくなるか、またはクロストークを相殺する必要がもはやなくなる。アクチュエータを４５度回転させることによって、最大Ｘ力および最大Ｙ力が合計力に寄与することができるので、主方向における最大力を√２倍増加することができる。

一般に、あらゆるタイプのリラクタンスアクチュエータにおいて、リラクタンスアクチュエータにおける飽和を防止するために、透磁構造の断面積は、磁気飽和を防止するのに十分に大きくなければならない。質量を最小化するために、設計者は、飽和とアクチュエータ質量とのバランスをとる必要がある。本発明の一態様によると、飽和を制限するために、小さな永久磁石をコイルの周りに配置し、コイルによって生成される磁束と反対向きのバイアス磁束を磁石が与えるようにしてもよい。一例を図１１に示す。コイルからの磁束は同一方向を向いている。永久磁石によって生じる磁束がコア内の正味磁束を減少し、より大きな電流レベルで飽和が発生するようになる。

図１１に示すリラクタンスアクチュエータは、ステータヨークＳＴと、ステータヨークからそれぞれ突出する複数の歯と、それぞれが一つの歯に磁束を生成するように配置された複数のコイルＣＬと、を備え、動作中にそれぞれのコイルによって生成される磁束とは反対向きのバイアス磁束ＭＢＦを生成する永久磁石ＭＧの組が設けられる。永久磁石の組は、ギャップ内の磁束にバイアス磁束が影響を与えないか、実質的な影響を与えないように配置される。動作中にそれぞれのコイルによって生成される磁束とは反対向きの磁束を生成する永久磁石は、図２−１０を参照して説明したものを含む任意のリラクタンスアクチュエータに適用できることに注意する。

この文書の全体を通して説明したリラクタンスアクチュエータで適用される磁束センサは、ホールセンサ、ホールセンサとコイルの組み合わせ、あるいは任意の他のタイプの磁束センサまたはその組み合わせで形成することができる。

ＩＣ製造におけるリソグラフィ装置の使用について本文書において特に言及をしてきたが、本明細書で述べたリソグラフィ装置は、他の応用形態も有していることを理解すべきである。例えば、集積された光学システム、磁気領域メモリ用の誘導及び検出パターン（guidance and detection pattern）、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどの製造といった応用である。当業者は、このような代替的な応用形態の文脈において、本明細書における「ウェハ」または「ダイ」という用語のいかなる使用も、それぞれより一般的な用語である「基板」または「目標部分」と同義とみなすことができることを認められよう。本明細書で参照された基板は、例えばトラック（通常、レジスト層を基板に付加し、露光されたレジストを現像するツール）、計測ツール及び／または検査ツールで露光の前後に加工されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示は、そのような基板処理工具または他の工具に対しても適用することができる。さらに、例えば多層ＩＣを作製するために二回以上基板が加工されてもよく、その結果、本明細書で使用された基板という用語は、複数回処理された層を既に含む基板のことも指してもよい。

光学的リソグラフィの文脈における本発明の実施形態の使用についてに特定の言及をしてきたが、本発明は、例えばインプリントリソグラフィなどの他の応用形態にも使用可能であり、文脈が許す限り光学的リソグラフィに限定されないことは理解されるだろう。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に生成されるパターンを定める。パターニングデバイスのトポグラフィーが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射、熱、圧力、またはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化した後、パターニングデバイスがレジストから外されてパターンが残る。

本明細書で使用される「照射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）照射（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７、または１２６ｎｍの波長を有する）、極端紫外線（ＥＵＶ）照射（例えば、５−２０ｎｍの範囲の波長を有する）、並びにイオンビームまたは電子ビームなどの粒子ビームを含む、あらゆるタイプの電磁気照射を包含する。

「レンズ」という用語は、文脈の許す限り、屈折光学部品、反射光学部品、磁気光学部品、電磁光学部品および静電光学部品を含む様々なタイプの光学部品のうちの任意の一つまたはその組み合わせを指す場合もある。

本発明の特定の実施形態が上述されたが、説明したもの以外の態様で本発明が実施されてもよい。例えば、本発明は、上述の方法を記述する機械で読み取り可能な命令の一つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラムの形式をとってもよいし、そのコンピュータプログラムを記録したデータ記録媒体（例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光ディスク）であってもよい。

上述の説明は例示であり限定することを意図していない。よって、当業者であれば以下に述べる請求項の範囲から逸脱することなく本発明の変形例を実施することが可能であろう。

「発明の概要」および「要約」の部分ではなく「発明の詳細な説明」の部分が請求項の解釈のために使用されるべきであることは理解されよう。「発明の概要」および「要約」の部分は、発明者によって考案された本発明の実施形態のうち一つまたは複数について述べているが、全ての例示的な実施形態について述べている訳ではない。したがって、本発明および添付の特許請求の範囲をいかなる方法によっても限定する意図はない。

特定の機能および関係の実現を例証する機能的な構成要素の助けを用いて本発明を説明してきた。これらの機能的な構成要素の境界は、説明の便宜上、適宜定義されている。それらの特別な機能および関係が適切に実行される限り、別の境界も定義することができる。

特定の実施形態についての上記説明は本発明の一般的性質を完全に公開しており、したがって、当分野の能力に含まれる知識を適用することによって、過度の実験をすることなく、および本発明の一般概念から逸脱することなく、種々の応用に対してそのような特定の実施形態を直ちに修正しおよび／または適応させることができる。したがって、そのような修正および適応は、本書に提示された教示および助言に基づき、開示された実施形態の意義および等価物の範囲内であると意図されている。本書の言葉遣いおよび専門用語は説明を目的としており限定のためではないと理解されるべきであり、本明細書の言葉遣いおよび専門用語は教示および助言を考慮して当業者によって解釈されるべきものである。

本発明の広がりおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、特許請求の範囲およびそれらの等価物に従ってのみ規定されるべきである。

Claims (11)

1. リニアリラクタンスアクチュエータであって、
   中心空間の周りに閉じた磁路を形成するステータヨークと、当該リニアリラクタンスアクチュエータのＸ軸方向およびＹ軸方向の複数の歯であって、前記ステータヨークから前記中心空間内にそれぞれが突出する複数の歯と、該複数の歯のそれぞれに磁束を生成するように構成された複数のコイルと、を有するステータと、
   前記中心空間に配置され、前記ステータヨークに対してＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な移動体であって、複数の面を有し、前記複数の面のそれぞれが当該移動体と一つの歯との間にギャップを形成するように一つの歯と対面している移動体と、
   を備え、
   前記複数の面のそれぞれは、前記複数の歯のそれぞれの表面に対面する表面を有しており、前記表面は実質的に平面であり、
   少なくとも１つのコイルの駆動は、当該リニアリラクタンスアクチュエータのＸ軸方向およびＹ軸方向の少なくとも一方に力を生じさせ、それにより、前記ステータヨークに対してＸ軸方向およびＹ軸方向の少なくとも一方に前記移動体を移動させる、リニアリラクタンスアクチュエータ。
2. 前記磁路は、前記複数の歯の全てをつなぐことを特徴とする請求項１に記載のリニアリラクタンスアクチュエータ。
3. 前記ステータおよび前記移動体は、前記中心空間を取り囲む連続的なギャップにより分離されることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアリラクタンスアクチュエータ。
4. 歯毎に磁束センサをさらに備え、該磁束センサは前記移動体と前記歯との間のギャップに設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアリラクタンスアクチュエータ。
5. 磁束設定値と前記磁束センサによって測定される磁束とに基づき当該リニアリラクタンスアクチュエータの前記コイルを駆動する磁束増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のリニアリラクタンスアクチュエータ。
6. 各コイルが一つの歯の周りに配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のリニアリラクタンスアクチュエータ。
7. 各コイルが、前記ステータヨークの隣り合う歯の間の部分の周りに配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のリニアリラクタンスアクチュエータ。
8. ４つの歯と４つのコイルとを備える請求項１から７のいずれかに記載のリニアリラクタンスアクチュエータ。
9. 移動物体と、該移動物体を移動させる請求項１から８のいずれかに記載の少なくとも一つのリニアリラクタンスアクチュエータと、を備える、パターニングデバイスから基板上にパターンを転写するように構成されたリソグラフィ装置。
10. 請求項１から８のいずれかに記載の少なくとも二つのリニアリラクタンスアクチュエータを備え、それぞれのリニアリラクタンスアクチュエータが少なくとも４つの歯と４つのコイルとを備えることを特徴とする、請求項９に記載のリソグラフィ装置。
11. 前記リニアリラクタンスアクチュエータの４つの歯のそれぞれが、前記移動物体の走査方向に対して実質的に４５度の角度を向いていることを特徴とする請求項１０に記載のリソグラフィ装置。

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