JP2009254173A - 平面パルスモータ、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平面パルスモータにおける可動子の回転制御に有用な技術を提供する。
【解決手段】平面パルスモータは、可動子４および固定子１２を有する。可動子４は、磁性体を含んで構成され、固定子１２に対向する面に複数の凸部を有する。固定子１２は、可動子４を駆動するための複数の磁気発生ユニット６ａ、６ｂを有する。平面パルスモータの制御部は、複数の磁気発生ユニット６ａ、６ｂのうち、可動子１２の駆動方向に沿った可動子４の中心線Ｃを跨がず、かつ、可動子４が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニットから選択される磁気発生ユニットを動作させることによって可動子４の回転を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、平面パルスモータ、該平面パルスモータが組み込まれた露光装置、および、該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

平面パルスモータは、可動子の並進方向における位置を規制するためのガイドを要求しないという特徴を有する。そのため、平面パルスモータは、例えば、原版のパターンを基板に転写する露光装置における基板の位置決め機構の単純化に有用である。

特許文献１には、表面に突起歯を設けた平板状の磁性体からなる可動子と、５相の電磁石よりなる固定子とを有するサーフェースパルスモータが開示されている。特許文献１に記載されたパルスモータは、可動子がコイルを含まないので、可動子の軽量化が可能である。
特開平６−１２１５２０号公報

ところで、露光装置では、一般的に、基板をＸ、Ｙ、Ｚおよびそれらの軸周りの合計６軸について制御する必要がある。また、平面パルスモータでは、可動子を並進駆動しているときに可動子にモーメントが加わって可動子が回転すると、可動子の制御が不能な状態に陥りうる。特許文献１は、可動子の回転制御について開示も示唆もしていない。

本発明は、例えば、平面パルスモータにおける可動子の回転制御に有用な技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、可動子および固定子を有する平面パルスモータに係り、前記可動子は、磁性体を含んで構成され、かつ、前記固定子に対向する面に複数の凸部を有し、前記固定子は、前記可動子を駆動するための複数の磁気発生ユニットを有し、各磁気発生ユニットは、複数の櫛歯を有するヨークと、前記ヨークを励磁するコイルとを有する。前記平面パルスモータは、前記複数の磁気発生ユニットのうち、前記可動子の駆動方向に沿った前記可動子の中心線を跨がず、かつ、前記可動子が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニットから選択される磁気発生ユニットを動作させることによって前記可動子の回転を制御する制御部を備える。

本発明の第２の側面は、原版のパターンを基板に転写する露光装置に係り、前記露光装置は、前記基板を位置決めする位置決め機構と、前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系とを備える。前記位置決め機構は、上記の平面パルスモータを含み、前記平面パルスモータの可動子の上に配置された基板チャックによって前記基板が保持される。

本発明の第３の側面は、デバイス製造方法に係り、該方法は、感光剤が塗布された基板を請求項５に記載の露光装置によって露光する工程と、該感光剤を現像する工程とを含む。

本発明によれば、例えば、平面パルスモータにおける可動子の回転制御に有用な技術が提供される。

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。

［第１実施形態］
図１Ａ、図１Ｂは、本発明の第１実施形態としての１軸パルスモータ（リニアパルスモータ）の構成を模式的に示す図である。第１実施形態としての１軸パルスモータは、可動子４と、固定子１２とを備えている。典型的には、可動子４の駆動方向における当該可動子４の大きさは、当該駆動方向における固定子１２の大きさよりも小さい。

可動子４は、磁性体を含んで構成され、固定子１２に対向する面に複数の凸部２１が規則的に配列されている。複数の凸部２１は、少なくとも可動子４の駆動方向に周期性を有するように配列されている。固定子１２は、複数の磁気発生ユニット６が配列されて、定盤として構成されうる。各磁気発生ユニット６は、ヨーク９と、ヨーク９を励磁するコイル８とを有する。複数のコイル８は、複数の駆動回路１３によって独立して駆動される。各ヨーク９は、磁性体を含んで構成され、可動子４に対向する面に複数の櫛歯１０が規則的に配列されている。複数の櫛歯１０は、少なくとも可動子４の駆動方向に周期性を有するように配列されている。コイル８によってヨーク９が励磁されることによって固定子１２の櫛歯１０と可動子４の凸部２１を通る磁気回路が形成される。これにより、可動子４に推力が働いて、可動子４が固定子１２に対して相対的に移動する。

可動子４は、ステージ又はその一部として構成されうる。可動子４には、例えば、微動ステージ２と、微動ステージ２を駆動する駆動機構３とが搭載されうる。この実施形態の一軸パルスモータが露光装置に組み込まれる場合には、該一軸パルスモータは、基板を位置決めする基板位置決め機構又は原版を位置決めする原版位置決め機構の一部として構成されうる。基板位置決め機構において、微動ステージ２には、基板１を保持する基板チャックが搭載されうる。可動子４は、冷却部１１によって冷却されうる。微動ステージ２を駆動する駆動機構３および冷却部１１等には、フレキシブルインターフェース（フレキシブルケーブル、フレキシブルチューブ等）７を介して電力、冷媒等が供給されうる。

可動子４には、それを移動させるための励磁コイルが搭載されていないので、励磁コイルの駆動による発熱はないが、可動子４で発生する渦電流や、磁性のヒステリシス損失によって発生する熱を回収するためには、冷却部１１を備えることが好ましい。ただし、発熱量が許容可能な範囲である場合には、冷却部１１は不要である。

可動子４および微動ステージ２は、レーザー干渉計等の計測器５によって位置が計測される。制御部１４は、計測器５による計測結果に基づいて複数の駆動回路１３を制御する。制御部１４は、計測器５による計測結果に基づいて得られる可動子４の位置と可動子４の位置決め目標位置とに基づいて複数の駆動回路１３を動作させる。この際に、全ての磁気発生ユニット６のコイル８に常に電流を流すことも可能である。

しかし、可動子４が上方に位置しない磁気発生ユニット６のコイル８については、消費電力の低減や発熱の低減のために、可動子４が磁気発生ユニット６の上方に移動してくる直前に当該磁気発生ユニット６のコイル８に電流を流すことが好ましい。磁気発生ユニット６の上方に可動子４が位置するときに当該磁気発生ユニット６のコイル８に電流を流すと、可動子４の制御に対する外乱となる可能性がある。コイル８の発熱が許容範囲を超える場合には、コイル８を冷却するための冷却部が備えられうる。

［第２実施形態］
図２Ａ、図２Ｂは、本発明の第２実施形態としての平面パルスモータの構成を模式的に示す図である。この実施形態においても、典型的には、可動子４の駆動方向における可動子４の大きさは、当該駆動方向における固定子１２の大きさよりも小さい。

この実施形態では、可動子４は、Ｘ方向（第１方向）およびＹ方向（第２方向）の位置、ならびにＺ軸周りの回転（ωＺ）が計測器５によって計測される。なお、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する方向であり、ＸＹＺ座標系に従う。可動子４は、前述の制御部１４に相当する制御部１４によって、計測器５による計測結果に基づいて可動子４が２次元平面内で駆動される。

この実施形態の平面パルスモータでは、固定子１２は、Ｘ軸方向の駆動用の櫛歯１０ａを有するヨーク９ａを備える第１磁気発生ユニット６ａと、Ｙ軸方向の駆動用の櫛歯１０ｂを有するヨーク９ｂを備える第２磁気発生ユニット６ｂとを有する。第１、第２磁気発生ユニット６ａ、６ｂは、前述の磁気発生ユニット６と同様の構成を有しうる。ただし、第１磁気発生ユニット６ａの櫛歯１０ａは、少なくともＸ軸方向に周期性を有するように配列され、第２磁気発生ユニット６ｂの櫛歯１０ｂは、少なくともＹ軸方向に周期性を有するように配列される。

この実施形態では、可動子４の複数の凸部２１は、少なくともＸ軸方向およびＹ軸方向に周期性を有するように配置されている。これは、可動子４をＸ軸方向およびＹ軸方向に駆動することを可能にするためである。第１、第２磁気発生ユニット６ａ、６ｂは、図２Ａに例示されるように、チェッカーボードパターン状に配列されることが好ましい。つまり、チェッカーボードパターンにおける第１色の部分に第１、第２磁気発生ユニットの一方を配置し、第２色の部分に第１、第２磁気発生ユニットの他方を配置することが好ましい。

図３は、可動子４における複数の凸部２１の配列例を示す図である。複数の凸部２１は、複数行×複数列の行列状に配列されている。凸部２１の間の領域には、非磁性体１６が充填されて、これにより可動子４における固定子１２に対向する面が平面となっている。充填のための非磁性体は、例えば、樹脂が好適である。

可動子４は、エアベアリングを構成するノズル１７を有し、ノズル１７から高圧のガスを噴射することによって、固定子１２のガイド面（可動子４に対向する面）の上に浮上する。可動子４の浮上量は、一般的に５〜２０μｍ程度であることが好ましく、可動子４の固定子１２に対向する面、および、固定子１２の可動子４に対向する面（ガイド面）は、例えば、１〜２μｍオーダの平面度を有することが好ましい。

図４は、磁気発生ユニット６ａ、６ｂの他の配列例を示す図である。この配列例においても、第１、第２磁気発生ユニット６ａ、６ｂは、チェッカーボードパターン状に配列されている。図４に示す配列例では、図２Ａに示す配列例よりも可動子４に対する各磁器発生ユニットの大きさが小さくされている。

図６は、第１、第２磁気発生ユニット６ａ、６ｂを制御することによって可動子４の位置および回転を制御する制御系の構成例を示す図である。図６に例示する制御系１００は、前述の駆動回路１３として、Ｘ方向の駆動用の駆動回路１３Ｘと、Ｙ方向の駆動用の駆動回路１３Ｙとを備える。駆動回路１３Ｘは、Ｘ軸方向の駆動用の磁気発生ユニット６ａのコイル８としてのＸコイル１〜Ｎ（８Ｘ−１〜８Ｘ−Ｎ）に対して選択的に電流を供給する。駆動回路１３Ｙは、Ｙ軸方向の駆動用の磁気発生ユニット６ｂのコイル８としてのＹコイル１〜Ｎ（８Ｙ−１〜８Ｙ−Ｎ）に対して選択的に電流を供給する。

Ｘ駆動回路１３Ｘは、例えば、Ｘコイルドライバ３１と、制御部１４からの指令に従って、Ｘコイルドライバ３１から供給される電流をＸコイル８Ｘ−１〜８Ｘ−Ｎのうち対応するコイルに供給するスイッチとしてのＸスイッチ３２−１〜３２−Ｎとを含む。Ｙ駆動回路１３Ｙは、例えば、Ｙコイルドライバ４１と、制御部１４からの指令に従って、Ｙコイルドライバ４１から供給される電流をＹコイル８Ｙ−１〜８Ｙ−Ｎのうち対応するコイルに供給するスイッチとしてのＹスイッチ４２−１〜４２−Ｎとを含む。

次に、図５を参照しながら制御系１００による可動子４の制御について具体的に説明する。ここでは、一例として、平面パルスモータが可動子４をＸ方向に駆動する際における可動子４のＺ軸周りの回転（ヨーイング）を制御する例を説明する。平面パルスモータは、一般にＺ軸周りの回転がガイド等によって規制されないので、該回転が目標値になるような制御が要求される。

図５において、Ｃは、可動子４の中心を通る中心線である。制御部１４による可動子４のＺ軸周りの回転（ヨーイング）の制御において、中心線Ｃの両側に跨っているラベル"Ｂ"が付された磁気発生ユニットのコイルは通電されない。また、可動子４が存在する領域からはみ出した部分を有しているラベル"Ｄ"が付された磁気発生ユニットのコイルは通電されない。換言すると、制御部１４による可動子４のＺ軸周りの回転（ヨーイング）の制御において、中心線Ｃを跨がず、かつ、可動子４が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニットの中から動作させるべき磁気発生ユニットが選択される。

結果として、可動子４をＸ軸方向に駆動する場合には、ラベル"Ａ"、"Ｃ"が付された磁気発生ユニットのコイルが通電されるように制御部１４による制御がなされる。このような制御のために、計測器５による計測結果に基づいて可動子４と各磁気発生ユニットとの位置関係をリアルタイムで演算する。そして、制御部１４は、可動子４の駆動方向に沿った可動子４の中心線を跨がず、かつ、可動子４が存在する領域からはみ出しておらず、かつ、当該駆動方向に可動子を駆動可能な磁気発生ユニットのコイルを通電する。ここで、可動子４の駆動方向に沿った可動子４の中心線を跨ぐ磁気発生ユニットを動作させると、それ自体によって可動子４にモーメントを発生させるので、モーメントの制御のための演算を複雑にする。また、可動子４が存在する領域から一部がはみ出した磁気発生ユニットを動作させると、それ自体によって可動子４にモーメントを発生させる。また、可動子４が存在する領域から完全にはみ出した磁気発生ユニットを動作させることは、消費電力や発熱を増加させるだけであり、可動子４の駆動には全く寄与しない。

図５において、Ｙは可動子４の中心のＹ座標であり、ａ，ｂ，ｃ，ｄはラベル"Ａ"、"Ｂ"、"Ｃ"、"Ｄ"が付された磁気発生ユニットのＹ座標である。ここで、可動子４の重心周りに発生させたいモーメントをＭとする。ラベル"Ａ"が付された磁気発生ユニットによって発生させる推力のうちモーメントを発生させるために必要な力をＦａとする。ラベル"Ｃ"が付された磁気発生ユニットによって発生させる推力のうちモーメントを発生させるために必要な力をＦｃとする。時計周りのモーメントを正方向とし、Ｆａ、ＦｃともにＸ軸方向に力を発生する場合を正とすると、（１）式がなりたつ。

Ｍ＝−Ｆａ（Ｙ−ａ）＋Ｆｃ（ｃ−Ｙ） ・・・（式１）
また、モーメントを発生させるための推力の和は、並進方向については、釣り合っていなければならないので、（２）式がなりたつ。

Ｆａ＋Ｆｃ＝０ ・・・（式２）
よって、制御部１４は、（１）式、（２）式に基づいて、２つの力Ｆａ、Ｆｃを演算することができる。

力Ｆａ、Ｆｃは、モーメント制御をするためにだけに必要な力であるので、可動子４を並進方向に駆動する力をＦａ、Ｆｃに加算した値がラベル"Ａ"、"Ｃ"が付された磁気発生ユニットによって発生させるべき推力となる。

ラベル"Ｂ"が付された磁気発生ユニットは、磁気発生ユニットのＹ方向における長さの半分をＬ＿ｃｏｉｌとすると、そのような磁気発生ユニットは、（３）式を満たすものである。

Ｙ−ｂ＜Ｌ＿ｃｏｉｌ ・・・（式３）
また、ラベル"Ｄ"が付された磁気発生ユニットは、固定子１２のＹ軸方向長さの半分をＬ＿ｓｔａｔｏｒとすると、（４）式を満たすものである。

Ｙ＋Ｌ＿ｓｔａｔｏｒ−ｄ＜Ｌ＿ｃｏｉｌ・・・（式４）
以上より、各磁気発生ユニットのＹ座標をＹ＿ｃｏｉｌとすると、（５）式および（６）式がともに成立する場合に、モーメント制御用の磁気発生ユニットとして制御部１４によって選択されることとなる。

｜Ｙ−Ｙ＿ｃｏｉｌ｜＞Ｌ＿ｃｏｉｌ ・・・（５）
｜Ｙ＋Ｌ＿ｓｔａｔｏｒ−Ｙ＿ｃｏｉｌ｜＞Ｌ＿ｃｏｉｌ ・・・（６）
以上、ここでは、可動子４をＸ軸方向に駆動する場合の例を示したが、斜め方向に駆動する場合も同様に、Ｘ方向の駆動用の磁気発生ユニットを使用してモーメント制御を行うことが可能である。その場合は、上記の"Ｙ"が可動子の駆動に伴って時間変化する変数となる。また、ここでは、Ｘ軸方向の駆動用の磁気発生ユニットを可動子のモーメント制御に用いたが、Ｙ軸方向の駆動用の磁気発生ユニットを使用しても、同様に、可動子のモーメント方向制御が可能である。さらには、Ｘ、Ｙ軸両方の磁気発生ユニットを使用することも可能である。

［第３実施形態］
図７は、本発明の第３実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。この実施形態の露光装置は、原版（レチクル又はマスクとも呼ばれる）１２０のパターンを投影光学系１４０によって基板（例えば、ウエハ、ガラスプレート）１に投影して基板１を露光するように構成されている。基板１には感光剤が塗布されていて、この露光によって原版１２０のパターンが基板に転写される。原版１２０は、原版ステージ１３０によって保持されていて、照明光学系１１０によって照明される。基板１は、位置決め機構１５０によって位置決めされる。

位置決め機構１５０は、例えば、第２実施形態に従って構成されうる。より具体的には、位置決め機構１５０は、第２実施形態に従う平面パルスモータを含み、該平面パルスモータの可動子４の上に配置された基板チャックによって基板１が保持されうる。

［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイスの製造に好適であり、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の露光装置を用いて原版のパターンを転写する工程と、該感光剤を現像する工程とを含みうる。

本発明の第１実施形態としての１軸パルスモータ（リニアパルスモータ）の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態としての１軸パルスモータ（リニアパルスモータ）の構成を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態としての平面パルスモータの構成を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態としての平面パルスモータの構成を模式的に示す図である。 可動子における複数の凸部の配列例を示す図である。 磁気発生ユニットの他の配列例を示す図である。 制御系による可動子の制御を例示的に説明するための図である。 磁気発生ユニットを制御することによって可動子の位置および回転を制御する制御系の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 微動ステージ
３ 駆動機構
４ 可動子
５ 計測器
６、６ａ、６ｂ 磁気発生ユニット
７ フレキシブルインターフェース
８ コイル
９、９ａ、９ｂ ヨーク
１０、１０ａ、１０ｂ 櫛歯
１１ 冷却部
１２ 固定子
１３ 駆動回路
１４ 制御部
２１ 凸部

Claims (6)

1. 可動子および固定子を有する平面パルスモータであって、
   前記可動子は、磁性体を含んで構成され、かつ、前記固定子に対向する面に複数の凸部を有し、
   前記固定子は、前記可動子を駆動するための複数の磁気発生ユニットを有し、各磁気発生ユニットは、複数の櫛歯を有するヨークと、前記ヨークを励磁するコイルとを有し、
   前記平面パルスモータは、前記複数の磁気発生ユニットのうち、前記可動子の駆動方向に沿った前記可動子の中心線を跨がず、かつ、前記可動子が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニット、から選択される磁気発生ユニットを動作させることによって前記可動子の回転を制御する制御部を備える、
   ことを特徴とする平面パルスモータ。
2. 前記制御部は、前記複数の磁気発生ユニットのうち、前記可動子の駆動方向に沿った前記可動子の中心線を跨がず、かつ、前記可動子が存在する領域からはみ出しておらず、かつ、前記駆動方向に前記可動子を駆動可能な磁気発生ユニットを動作させることによって前記可動子の回転を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の平面パルスモータ。
3. 前記複数の磁気発生ユニットは、第１方向に前記可動子を駆動するための複数の第１磁気発生ユニットと、前記第１方向に直交する第２方向に前記可動子を駆動するための複数の第２磁気発生ユニットとを含み、
   前記複数の第１磁気発生ユニットおよび前記複数の第２磁気発生ユニットがチェッカーボードパターン状に配列されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の平面パルスモータ。
4. 前記駆動方向における前記可動子の大きさが前記駆動方向における前記固定子の大きさよりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平面パルスモータ。
5. 原版のパターンを基板に転写する露光装置であって、
   前記基板を位置決めする位置決め機構と、
   前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系とを備え、
   前記位置決め機構は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の平面パルスモータを含み、前記平面パルスモータの可動子の上に配置された基板チャックによって前記基板が保持される、
   ことを特徴とする露光装置。
6. デバイス製造方法であって、
   感光剤が塗布された基板を請求項５に記載の露光装置によって露光する工程と、
   該感光剤を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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