JP2004088844A

JP2004088844A - Linear motor arrangement, stage arrangement, and aligner

Info

Publication number: JP2004088844A
Application number: JP2002243685A
Authority: JP
Inventors: Shige Morimoto; 森本　樹; Hiroyuki Kato; 加藤　浩之
Original assignee: Nikon Corp; Sendai Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp; Sendai Nikon Corp
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motor arrangement comprising a can as a housing member of light weight and low cost, having stable rigidity, and also to provide a stage arrangement and an aligner which employ the linear motor arrangement for improved arrangement performance as temperature rising is suppressed. <P>SOLUTION: A stator 11 comprises a coil 13 arrayed in a y-direction and a can 15 which houses the coil 13. A moving member 12 is so configured as to be movable relative to the stator 11. Cooling liquid for cooling the coil 13 is supplied inside the can 15. At both ends in the x-direction of the can 15, reinforcing members 18a-18d and 19a-19d are provided that are formed of non-magnetic materials such as aluminum whose specific weight is smaller than the material of the can 15 and which extends in the y-direction to mechanically abut against the can 15. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ装置、ステージ装置、及び露光装置に係り、特にマスク又は感光基板等の物体を保持した状態で直線的に又は二次元平面内で移動させるステージ部を駆動するリニアモータ装置、当該ステージ部及びリニアモータ装置を備えるステージ装置、並びに当該ステージ装置を備える露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、その他のマイクロデバイスの製造においては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル（以下、これらを総称する場合には、マスクという）に形成された微細なパターンをフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウェハやガラスプレート等（以下、これらを総称する場合には、感光基板という）の上に転写することが繰り返し行われる。
【０００３】
上記露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（所謂、ステッパ）又はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が用いられることが多い。ステッパは、マスクと感光基板との相対的な位置合わせを行った後で、マスクに形成されたパターンを感光基板上に設定された１つのショット領域に一括して転写し、転写後に感光基板をステップ移動させて他のショット領域の露光を行う露光装置である。また、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、マスクと感光基板とを相対的に移動（走査）させつつマスクに形成されたパターンを順次感光基板上のショット領域に転写した後、次のショット領域に対応する位置に感光基板を所定距離移動させた後で再度走査露光を行う露光装置である。
【０００４】
上記のステッパは、マスクの位置は固定で感光基板の位置を可変させてマスクと感光基板との相対位置を変えつつマスクパターンの転写を行うため、感光基板を保持した状態で移動可能に構成された基板ステージを備える。また、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、マスクと感光基板とを共に移動させる必要があるため、マスクを保持した状態で移動可能に構成されたマスクステージと感光基板を保持した状態で移動可能に構成された基板ステージとを備える。
【０００５】
マスクステージ又は基板ステージとして設けられるステージ装置は、高速且つ精確にマスク又は基板を所定の位置に移動させるために駆動源としてリニアモータ装置を備える。このリニアモータ装置は固定子と可動子とからなり、固定子に対して可動子が相対移動するものであるが、固定子にコイルを設けて可動子に磁石を設けたムービングマグネット型のものと固定子に磁石を設けて可動子にコイルを設けたムービングコイル型のものとがある。
【０００６】
リニアモータ装置に設けられたコイルに電流を流すとコイルが発熱するため、リニアモータ装置は、コイルをキャンで覆い、キャンの内部に冷却液を導入してコイルを冷却することで温度上昇を抑えるように構成されている。尚、リニアモータ装置で発生する推力の低下を防止するため、コイルと磁石との間の隙間が極力小さくなるように設計されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、キャンの内部に冷却液を導入するとキャン内部に冷却液の水圧がかかるため、キャンが外側に膨張するように変形してしまう。上述したように、コイルと磁石との間の隙間は極力小さくなるように設計されているため、キャンが膨張するように変形するとキャンが磁石に接触し、リニアモータ装置の動作に不具合をきたすことなる。かかる不具合は、コイルと磁石との間の隙間を大きくすることで解消されるが、磁石により発せられる磁束の磁束密度が低下して上述した推力の低下を招くことになる。
【０００８】
コイルと磁石との間の隙間を大きくせずに上記の不具合を解消する方法として、キャンの剛性を高める方向が考えられる。しかしながら、キャンの剛性を高めるために高剛性を有する金属を多用するとキャンの重量が大きくなる。このため、可動体にコイルが設けられたリニアモータ装置においては、同一推力における加速度が低下してしまうという問題がある。また、高剛性を有する金属は高価であることが多いため、かかる金属をキャンの剛性を高めるために用いるとリニアモータ装置のコストが上昇してしまうという問題がある。
【０００９】
従来は、高剛性を有するステンレスでキャンを形成し、冷却液によりかかる応力の大きい箇所に軽量且つ安価なアルミニウムの補強部材を接着した構成にすることで、軽量且つ安価であり、総合的に高剛性のキャンが案出されている。しかしながら、かかる構成のキャンにおいては、接着剤によって補強部材がキャンに接着されているため、冷却液により応力が生じた場合には、接着剤の境界面（キャンと接着剤とが接する面、及び、補強部材と接着剤とが接する面）に剪断応力が集中して接着剤の剪断破壊が生ずるため、長期に亘ってキャンの総合的な剛性を保つことができないという問題があった。
【００１０】
また、接着剤は温度変化、湿度変化等の環境変化により劣化するものであるため、長期に亘って安定してキャンの剛性を保つことは困難である。更に、キャンの製造時における作業上のバラツキによって接着剤の接着力が変化するため、キャンの剛性が安定しないという問題がある。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、安定した高剛性を有し、軽量且つ安価な収容部材としてのキャンを備えるリニアモータ装置、当該リニアモータ装置を備えることにより、温度上昇が抑制されて装置性能の向上を図ることができるステージ装置及び露光装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のリニアモータ装置は、コイル（１３）を収容する収容部材（１５、３１）を有し、当該収容部材（１５、３１）の内部に冷却液が供給されるコイルユニット（１１、３０）と磁石ユニット（１２）とを備えるリニアモータ装置（１０）において、前記コイルユニット（１１、３０）と前記磁石ユニット（１２）との相対移動方向に沿って延在して前記コイルユニット（１１、３０）と機械的に当接し、前記収容部材（１５、３１）の材質よりも比重量が小さい非磁性体材料で形成された補強部材（１８、１９、３３、３４）を有することを特徴としている。
この発明によれば、収容するコイルを冷却するために内部に冷却液が供給される収容部材と補強部材とを機械的に当接させているため、収容部材の総合的な剛性を高めることができる。また、収容部材と補強部材とを機械的に当接させることにより、長期に亘って安定した剛性を保つことができる。また、補強部材は収容部材よりも比重量が小さいため、リニアモータ装置の重量増加を抑えることができる。このため、収容部材及び補強部材を可動子に含めた構成とした場合には同一の推力が与えられたときの著しい加速度低下が引き起こされることはなく、可動子を高速且つ精確に移動させる上で好適である。
また、本発明のリニアモータ装置は、前記補強部材（１８、１９、３３、３４）が、前記相対移動方向に直交する面内における断面形状が略コの字型形状であって、前記収容部材（１５、３１）を前記コの字型の開口部で挟んで機械的に当接することを特徴としている。
また、本発明のリニアモータ装置は、前記補強部材（１８、１９、３３、３４）が、前記相対移動方向に沿った複数箇所でネジ締結により機械的に前記収容部材（１５、３１）と当接していることを特徴としている。
また、本発明のリニアモータ装置は、前記収容部材（１５、３１）に対する前記補強部材（１８、１９、３３、３４）の機械的な締結部が、前記相対移動方向における前記収容部材（１５、３１）の端部よりも前記収容部材（１５、３１）の中央部において数多く設けられていることを特徴としている。
また、本発明のリニアモータ装置は、前記補強部材（１８、１９、３３、３４）が、かしめにより前記収容部材（１５、３１）と機械的に当接していることを特徴としている。
本発明のステージ装置は、上記の何れかに記載のリニアモータ装置によりステージ部が駆動されることを特徴としている。
更に、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを感光基板（Ｗ）に転写する露光装置（５１）であって、前記マスク（Ｒ）を載置するマスクステージ（５２）と、前記感光基板（Ｗ）を載置する基板ステージ（５５）とを備え、前記マスクステージ（５２）及び前記基板ステージ（５５）の少なくとも一方として、上記のステージ装置を備えることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるリニアモータ装置及びステージ装置並びに露光装置について詳細に説明する。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置の外観構成を示す斜視分解図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。尚、以下の説明においては、図１中に示したｘｙｚ直交座標系を設定し、このｘｙｚ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ｘｙｚ直交座標系は、ｙ軸が固定子１１に対する可動子１２の相対移動方向に設定され、ｚ軸が鉛直上方向に設定されている。尚、上記固定子１１は本発明にいうコイルユニットに相当し、可動子１２は本発明にいう磁石ユニットに相当する。
【００１５】
図１に示すリニアモータ装置１０が備える固定子１１は、ｙ方向に沿って配列された複数のコイル１３からなるコイル列１４を備える。図１に示した固定子１１はドッグボーン型と呼ばれるものである。ドッグボーン型の固定子１１を構成するコイル１３及びコイル列１４を図３に示す。図３は、コイル１３及びコイル列１４の構成を示す図である。各々のコイル１３は銅の丸線又は平角線をほぼ矩形形状に所定回数（例えば、数十〜数百回）巻回させて形成されており、矩形形状に形成された４辺のうち、ｘ方向と平行で互いに対向する一組の辺（以下、極部分という）とｙ方向に平行で互いに対向する他の一組の辺とが段違いとなるような形状を有している。そして、コイル１３の巻回面がｘｙ平面とほぼ平行となるように、つまりコイル１３に電流を流したときにコイル１３の中心において発生する磁界の方向がｚ軸とほぼ平行となるように配置されるとともに、コイル１３の極部分が隣接する他のコイル１３の空芯部に挿入され、コイル配列方向（ｙ方向）に沿って段違いの方向が交互になるように配置されている。このように構成されたドッグボーン型固定子１１はコイル１３の空芯部を他のコイル１３の極部分と組み合わせることにより埋め合わせているため、磁束密度を上げることができ、リニアモータの効率を向上することができる。尚、コイル１３の巻線の材質は銅に限られるわけではなく、アルミ線を用いても良い。
【００１６】
コイル列１４は収容部材としてのキャン１５に収容される。キャン１５は、非磁性ステンレス材で形成されたＨ字の断面形状を有する環状の部材であって、その内部に冷却液が導入される。尚、キャン１５は非磁性ステンレス材に限られるわけではなく、非磁性であってステンレス材程度又はそれ以上のヤング率を有する材質で形成することが好ましい。また、渦電流発生による粘性抵抗を考慮してＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やセラミックス等で形成することも可能である。
【００１７】
キャン１５は、ｙ方向における端部において固定部材１６，１７で固定されている。固定部材１６には不図示の端子台が設けられており、コイル列１４をなすコイル１３が端子台に結線されている。不図示の制御装置からの三相交流が端子台を介して各コイル１３に供給される。また、図示は省略しているが、キャン１５に対する冷却液の導入口及び排出口は固定部材１６，１７の近傍であって、キャン１５の側面に設けられている。
【００１８】
また、キャン１５のｘ方向における端部には、キャン１５の強度を補強するための補強部材１８（１８ａ〜１８ｄ），１９（１９ａ〜１９ｄ）がそれぞれ設けられている。補強部材１８，１９は、キャン１５をなす非磁性ステンレス材よりも比重量が小さい非磁性材料、例えばアルミニウムで形成されている。補強部材１８，１９として非磁性ステンレス材よりも比重量が小さい非磁性材料を用いることで、リニアモータ装置の軽量化を図ることができる。尚、本実施形態では、キャン１５のｘ方向における端部に、ｙ方向に沿ってそれぞれ４つの補強部材１８ａ〜１８ｄ，１９ａ〜１９ｄを並べた構成としているが、これは補強部材１８，１９の形成の容易さ、及び、キャン１５のｘ方向における端部への取り付け易さを考慮したためである。
【００１９】
補強部材１８，１９は、図２に示すように、ｚｘ平面内における断面形状が略コの字形状であり、その開口部でキャン１５のｘ方向における端部をそれぞれ挟んでいる。ここで、キャン１５と補強部材１９との接合部について詳細に説明する。図４は、キャン１５と補強部材１９との接合部の拡大図である。図４に示すように、補強部材１９は、その開口部でキャン１５のｘ方向における一方の端部を挟み、開口部の端部Ｐ１の位置で機械的にキャン１５に当接している。尚、キャン１５と補強部材１９との間には、キャン１５と補強部材１９とを補助的に締結するエポキシ系の接着剤２０が設けられている。
【００２０】
従来は補強部材を接着剤のみでキャンに接着していたため、キャンに冷却液による応力が生じたときに接着剤の剪断破壊が生じていた。これに対し、本実施形態では、応力の大きい箇所において、補強部材１９をキャン１５に機械的に当接させた構成としている。このため、大きな応力が生じたとしても従来のような接着剤の剪断破壊が生ずることがなく、キャン１５の総合的な剛性を安定して長期に亘って高めることができる。
【００２１】
補強部材１８．１９とキャン１５との組み立ては以下のような手順で行われる。まず、キャン１５と補強部材１８，１９とが当接する部分におけるキャン１５の外寸法を計測する。次に、キャン１５と当接する部分（Ｐ１）における補強部材１８，１９の内寸法を計測する。そして、計測されたキャン１５の外寸法と補強部材１８，１９の内寸法とに従い、補強部材１８，１９の内寸法がキャン１５の外寸法より若干小さくなるように補強部材１８，１９の内寸法を調整して、補強部材１８，１９にキャン１５を挿入することにより組み立てる。補強部材１８，１９の内寸法は、キャン１５がコイル１３と接触しない程度にキャン１５の外寸法より小さく設定され、シミュレーションあるいは実験によって決定される。
また、補強部材１８，１９の内寸法の調整は、内寸法が前述の通り決定された所定の寸法となるように、補強部材１８，１９を塑性変形させることにより行われる。尚、補強部材１８，１９とキャン１５との組み立てはこれに限られず、予め内寸法が所定の寸法となるように形成された補強部材１８，１９にキャン１５を挿入してもよいし、補強部材１８，１９にキャン１５を挿入した後、補強部材１８，１９をかしめても構わない。
【００２２】
次に、リニアモータ装置１０が備える可動子１２は、磁石２１が張り合わされた平板状の上ヨーク２２と平板状の下ヨーク２３と、上ヨーク２２及び下ヨーク２３をｘ方向における両端で支持する支柱部材２４，２５とからなる磁気回路を備える。磁石２１はネオジウム・鉄・コバルト磁石で形成され、上ヨーク２２及び下ヨーク２３はＳＳ４００相当の低炭素鋼により形成され、支柱部材２４，２５は、軽量化のためにアルミ合金で形成されている。尚、磁石２１は、上記のネオジウム・鉄・コバルト磁石以外に、サマリウム・コバルト磁石又はネオジム・鉄・ボロン磁石等の希土類磁石を用いることも可能である。
【００２３】
磁石２１はｙ方向に沿って交互に極性が変化するように複数配列されており、複数の磁石２１を含んで磁石列２６が構成されている。尚、図１においては、可動子１２を分解した状態で図示しているが、実際には上ヨーク２２に設けられている磁石列２６がキャン１５上面の凹部Ｈ１（図２参照）に位置し、下ヨーク２３に設けられている磁石列２６がキャン１５底面の凹部Ｈ２に位置するようにそれぞれ配置される。
【００２４】
尚、上記磁石列２６は、磁石２１の間であって、磁界の方向が磁石２１の磁界の方向と９０度をなすように（磁界の方向がｙ方向に沿うように）配置された補助磁石を含むように構成することが好ましい。かかる構成にすることで、上ヨーク２２と下ヨーク２３との間、つまりコイル列１４を通過する磁束の磁束密度を高めることができ、その結果としてリニアモータ装置の推力を向上させることができる。このように、本実施形態のリニアモータ装置は、固定子１１にコイル（コイル列）が設けられ、可動子１２に磁石（磁石列）が設けられた所謂ムービングマグネット型のリニアモータ装置である。
【００２５】
次に、以上の構成のリニアモータ装置を駆動する際には、コイル列１４をなす複数のコイル１３の内、一時に電流が供給される同相のコイル１３の数に応じて１極励磁方法、２極励磁方法等の励磁方法が用いられる。例えば、１極励磁方法においては、ｙ方向に配置されたコイルが順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相に設定され、各相のコイルにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流を供給して励磁することにより、リニアモータ装置１が駆動される。
【００２６】
また、２極励磁方法を用いる場合には、コイル１３のｙ方向における配列間隔をＰｃとすると、３Ｐｃの分だけ離間して配置された２つのコイル１３がＵ相に設定され、Ｕ相に設定されたコイル１３に隣接して配置された２つのコイル１３がＶ相に設定され、Ｕ相に設定されたコイル及びＶ相に設定されたコイルに隣接するコイルがＷ相に設定されて駆動される。尚、推力発生の観点からは、１極励磁方法よりも２極励磁方法を用いることが好ましい。以上のような励磁方法により、リニアモータ装置が備えるコイル１３に電流が供給されることによって可動子１２の推力が発生し、可動子１２は固定子１１に対してｙ方向に相対移動する。
【００２７】
〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置が備える固定子の外観斜視図であり、図６は、図５中のＢ−Ｂ線の断面矢視図である。本実施形態のリニアモータ装置が備える固定子は、Ｈ字の断面形状を有するキャン３１と、キャン３１をｙ方向における端部において固定する固定部材３２ａ，３２ｂと、キャン３１の強度を補強するためにキャン３１のｘ方向における端部に設けられた補強部材３３（３３ａ〜３３ｄ）、補強部材３４（３４ａ〜３４ｄ）とを含んで構成される。尚、図６においては、キャン３１に収容されたコイルは図示を省略している。
【００２８】
尚、第１実施形態と同様に、キャン３１は、ｙ方向に配列されたコイル列（図５においては図示省略）を収容し、非磁性ステンレス材で形成された環状の部材であって、その内部に冷却液が導入される。また、キャン３１は非磁性ステンレス材に限られるわけではなく、非磁性であってステンレス材程度又はそれ以上のヤング率を有する材質で形成することも可能である。更には、渦電流発生による粘性抵抗を考慮してＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やセラミックス等で形成することも可能である。また、補強部材３４は、キャン３１をなす非磁性ステンレス材よりも比重量が小さい非磁性材料、例えばアルミニウムで形成されている点において第１実施形態と同様である。
【００２９】
前述した第１実施形態においては、補強部材１８，１９をかしめて機械的にキャン１５に当接させていたが、本実施形態においては、ネジ締結により補強部材３３，３４をキャン３１に機械的に当接させている点において相違する。図５に示すように、キャン３１のｘ方向における両端部（補強部材３３，３４が当接する位置）にはｙ方向に沿って複数のナット３５（図７参照）がキャン３１に溶接されており、補強部材３３，３４にはナット３５が取り付けられた位置に対応してネジを取り付けるための孔部３６が形成されている。
【００３０】
図６に示すように、孔部３６を介してネジ３７をナット３５に締結することで、補強部材３３，３４をキャン３１に機械的に当接させている。ここで、ネジ締結部の構成についてより詳細に説明する。図７は、本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置のネジ締結部の詳細を示す拡大断面図である。尚、図７においては、補強部材３３ｄとキャン３１とのネジ締結部を図示している。
【００３１】
図７に示すように、キャン３１のナット３５が溶接される位置にはナット３５のネジ孔よりも径が大に設定された凹部３８が形成されており、この凹部３５の周囲においてナット３５がキャン３１に溶接されている。この凹部３８は、ネジ３７の足の部分（ネジが切ってある部分）がナット３５の高さよりも長く設定されており、ネジ３７をナット３５に締結したときに、ネジ３７の足の部分がナット３５よりも突出した状態になるため、ネジ３７の締結によるキャン３１の変形を防止すべく形成される。
【００３２】
また、補強部材３３ｄの裏面（キャン３１に対面する側の面）であって、孔部３６が形成された位置及びその周囲には、高さ（深さ）がナット３５の高さより僅かに小さく設定された切欠部３９が形成されている。よって、ナット３５の位置と孔部３６の位置とが一致するように補強部材３３ｄをキャン３１の一方の端部に嵌め込むと、ナット３５が切欠部３９内に配置され、ナット３５の上面と切欠部３９の切欠面３９ａとが当接した状態になる。かかる状態で孔部３６にネジ３７を嵌め込み、ネジ３７とナット３５とを締結すると、キャン３１と補強部材３３ｄとが僅かの隙間４０をもって固定されるとともに、ネジ締結部において機械的に当接する。
【００３３】
尚、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、キャン３１と補強部材３３，３４との間に、キャン３１と補強部材３３，３４とを補助的に締結するエポキシ系の接着剤を設けても良い。また、図７においてはキャン３１に凹部３８を形成していたが、必ずしもキャン３１に凹部３８を形成する必要はない。キャン３８に凹部３８を形成しない場合には、足の部分がナット３５の高さよりも短いネジを用いれば良い。
【００３４】
〔その他の実施形態〕
上述した第１実施形態においては、補強部材１８，１９自体の形状によりキャン１５に機械的に当接させ、第２実施形態においては、キャン３１と補強部材３３，３４とをネジ締結により機械的に当接させる形態について説明したが、キャンに棒状のピンを溶接により取り付けるとともに、このピンの取り付け位置に応じて補強部材に孔部を設け、ピンを孔部に通した後でピンをかしめることにより、キャンと補強部材とを機械的に当接させるようにしても良い。
【００３５】
また、上記実施形態においては、ネジ締結部がｙ方向に沿ってほぼ均一な間隔で設けられていたが、ネジ締結部をキャンのｙ方向の位置に応じて可変するようにしても良い。例えば、図５に示したキャン３１はｙ方向に延びた形状であるため、冷却液による応力はｙ方向における両端部よりも中央部において大きくなる。このため、ｙ方向におけるキャン３１の両端部に設けられるネジ締結部の数よりも、中央部に設けられるネジ締結部の数を多くすることが好ましい。また、以上説明した実施形態においてはドッグボーン型の固定子を有するリニアモータ装置について説明したが、本発明はこれに限られず、コイル１３を段差のない平坦な長円形のコイルとしてこれをｙ方向に配列し、断面ロの字型のキャンの内部に収納した固定子を有するリニアモータ装置とすることもできる。更に、以上説明した実施形態においては、ムービングマグネット型のリニアモータ装置について説明したが、ムービングコイル型のリニアモータ装置についても同様に適用することができる。
【００３６】
〔ステージ装置及び露光装置〕
次に、上述したリニアモータ装置を備えるステージ装置及び露光装置について詳細に説明する。図８は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。本実施形態においては、図８中の投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと感光基板としてのウェハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに転写して半導体素子を製造するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３７】
尚、以下の説明においては、図８中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った方向）に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態では露光中（パターン転写中）にレチクルＲ及びウェハＷを移動させる方向（走査方向）をＹ方向に設定している。尚、それぞれの軸周りの回転方向をθＺ、θＹ、θＸとする。
【００３８】
図８に示す露光装置５１は、照明光学系ＩＵ、ステージ装置５４、投影光学系ＰＬ、ステージ装置５７、及びリアクションフレーム５８から概略構成されている。照明光学系ＩＵは、光源（不図示）からの露光用照明光によりマスクとしてのレチクルＲ上の矩形状（又は円弧状）の照明領域を均一な照度で照明する。ステージ装置５４は、レチクルＲを保持して移動するマスクステージとしてのレチクルステージ５２とレチクルステージ５２を支持するレチクル定盤５３とを含んで構成される。投影光学系ＰＬは、レチクルＲに形成されたパターンを縮小倍率１／α（αは、例えば５又は４）で感光基板としてのウェハＷ上に投影する。ステージ装置５７は、ウェハＷを保持して移動する基板ステージとしてのウェハステージ５５とウェハステージ５５を保持するウェハ定盤５６とを含んで構成される。リアクションフレーム５８は、上記ステージ装置５４及び投影光学系ＰＬを支持する。
【００３９】
照明光学系ＩＵは、リアクションフレーム５８の上面に固定された支持コラム５９によって支持される。尚、露光用照明光としては、例えば超高圧水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、又はＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）若しくはＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ）等が用いられる。リアクションフレーム５８は、床面に水平に載置されたベースプレート６０上に設置されており、その上部側及び下部側には、内側に向けて突出する段部５８ａ，５８ｂがそれぞれ形成されている。
【００４０】
ステージ装置５４の一部をなすレチクル定盤５３は、各コーナーにおいてリアクションフレーム５８の段部５８ａに防振ユニット６１を介してほぼ水平に支持されており、その中央部にはレチクルＲに形成されたパターン像が通過する開口５３ａが形成されている。尚、図８においては、Ｘ方向に配置された防振ユニット６１のみを図示しており、Ｙ方向に配置された防振ユニットは図示を省略している。
【００４１】
尚、レチクル定盤５３の材料として金属やセラミックスを用いることができる。防振ユニット６１は、内圧が調整可能なエアマウント６２とボイスコイルモータ６３とが段部５８ａ上に直列に配置された構成になっている。これら防振ユニット６１によって、ベースプレート６０及びリアクションフレーム５８を介してレチクル定盤５３に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている（Ｇは重力加速度）。
【００４２】
レチクル定盤５３上には、レチクルステージ５２がレチクル定盤５３に沿って２次元的に移動可能に支持されている。レチクルステージ５２の底面には、複数のエアベアリング（エアパッド）６４が固定されており、これらのエアベアリング６４によってレチクルステージ５２がレチクル定盤５３上に数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。また、レチクルステージ５２の中央部には、レチクル定盤５３の開口５３ａと連通し、レチクルＲのパターン像が通過する開口５２ａが形成されている。
【００４３】
ここで、レチクルステージ５２について詳述する。図９は、本発明の一実施形態による露光装置に設けられるレチクルステージの外観斜視図である。尚、図９に示したレチクルステージは、本発明にいうステージ装置に相当するものでもある。図９に示すようにレチクルステージ５２は、レチクル定盤５３上を一対のＹリニアモータ６５，６５によってＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるレチクル粗動ステージ６６と、このレチクル粗動ステージ６６上を一対のＸボイスコイルモータ６７Ｘと一対のＹボイスコイルモータ６７ＹとによってＸ、Ｙ、θＺ方向に微小駆動されるレチクル微動ステージ６８とを備えた構成になっている。このように、レチクルステージ５２は、レチクル粗動ステージ６６とレチクル微動ステージ６８とから構成されるが、図８においては簡略化して図示している。
【００４４】
各Ｙリニアモータ６５は、レチクル定盤５３上に非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エアパッド）６９によって浮上支持されＹ軸方向に延びる固定子７０と、この固定子７０に対応して設けられ、連結部材７２を介してレチクル粗動ステージ６６に固定された可動子７１とから構成されている。このため、運動量保存の法則により、レチクル粗動ステージ６６の＋Ｙ方向の移動に応じて、固定子７０はカウンターマスとして−Ｙ方向に移動する。尚、Ｙリニアモータ６５は、前述したリニアモータ装置が用いられる。
【００４５】
この固定子７０の移動によりレチクル粗動ステージ６６の移動に伴う反力を相殺するとともに、重心位置の変化を防ぐことができる。尚、Ｙリニアモータ６５における可動子７１と固定子７０とはカップリングされているため、これらが相対移動した際には、元の位置に止まろうとする力が作用する。そのため、本実施の形態では、固定子７０が所定の位置に到達するようにその移動量を補正する不図示のトリムモータが設けられている。
【００４６】
レチクル粗動ステージ６６は、レチクル定盤５３の中央部に形成された上部突出部５３ｂの上面に固定されＹ軸方向に延びる一対のＹガイド１０１，１０１によってＹ軸方向に案内されるようになっている。また、レチクル粗動ステージ６６は、これらＹガイド１０１，１０１に対して不図示のエアベアリングによって非接触で支持されている。
【００４７】
レチクル微動ステージ６８は、バキュームチャックＢＣを介してレチクルＲを吸着保持するようになっている。レチクル微動ステージ６８の−Ｙ方向の端部には、コーナキューブからなる一対のＹ移動鏡１０２ａ，１０２ｂが固定され、また、レチクル微動ステージ６８の＋Ｘ方向の端部には、Ｙ軸方向に延びる平面ミラーからなるＸ移動鏡１０３が固定されている。そして、これらのＹ移動鏡１０２ａ，１０２ｂ及びＸ移動鏡１０３に対して、測長ビームを照射する３つのレーザ干渉計（いずれも不図示）が各移動鏡との距離を計測することにより、レチクルステージ５２のＸ方向及びＹ方向の位置並びにＺ軸回りの回転θＺが高精度に計測される。
【００４８】
図８に戻り、投影光学系ＰＬは、複数の屈折光学素子（レンズ素子）を含んで構成され、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側の両方がテレセントリックで円形の投影視野を有する。尚、投影光学系ＰＬが備える複数のレンズ素子の硝材は、露光用照明光の波長に応じて、例えば石英又は蛍石が選択される。照明光学系ＩＵから射出される照明光がレチクルＲを照明すると、レチクルＲを透過した照明光が投影光学系ＰＬに入射し、レチクルに形成されたパターンの部分倒立像が投影光学系ＰＬの像面側の円形視野の中央にスリット状に制限されて結像される。これにより、投影されたパターンの部分倒立像は、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウェハＷ上の複数のショット領域のうち、１つのショット領域表面のレジスト層に縮小転写される。
【００４９】
投影光学系ＰＬに設けられる（投影光学系ＰＬを構成する）レンズ素子の一部（例えば、５つのレンズ素子）は圧電素子を用いたアクチュエータ、磁歪アクチュエータ、流体圧アクチュエータ等の駆動源によって、光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動可能且つＸ方向又はＹ方向を軸として傾斜（チルト）可能に構成されている。これらの移行可能及び傾斜可能に構成されたレンズ素子の１つの姿勢を調整することにより、又は、複数のレンズ素子の姿勢を互いに関連付けて調整することにより、例えば投影光学系ＰＬで生ずる５つの回転対称収差及び５つの偏心収差を個別に補正することができる。ここでいう５つの回転対称収差とは、倍率、ディストーション（歪曲収差）、コマ収差、像面湾曲収差、及び球面収差をいう。また、５つの偏心収差とは、偏心ディストーション（歪曲収差）、偏心コマ収差、偏心アス収差、及び偏心球面収差をいう。
【００５０】
投影光学系ＰＬは、リアクションフレーム５８の段部５８ｂに防振ユニット７４を介してほぼ水平に支持された鋳物等で構成された鏡筒定盤７５に、光軸ＡＸ方向をＺ方向として上方から挿入されるとともに、フランジ７３が係合している。ここで、防振ユニット７４は、鏡筒定盤７５の各コーナーに少なくとも３箇所配置され、内圧が調整可能なエアマウント７６とボイスコイルモータ７７とが段部５８ｂ上に直列に配置された構成になっている。尚、図８においては、Ｘ方向に配置された防振ユニット７４のみを図示しており、Ｙ方向に配置された防振ユニットは図示を省略している。これらの防振ユニット７４によって、ベースプレート６０及びリアクションフレーム５８を介して鏡筒定盤７５（ひいては投影光学系ＰＬ）に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている。
【００５１】
ステージ装置５７は、ウェハステージ５５、このウェハステージ５５をＸＹ平面に沿った２次元方向に移動可能に支持するウェハ定盤５６、ウェハステージ５５と一体的に設けられウェハＷを吸着保持する試料台ＳＴ、これらウェハステージ５５及び試料台ＳＴを相対移動自在に支持するＸガイドバーＸＧを主体に構成されている。ウェハステージ５５の底面には、非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エアパッド）７８が固定されており、これらのエアベアリング７８によってウェハステージ５５がウェハ定盤５６上に、例えば数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。
【００５２】
ウェハ定盤５６は、ベースプレート６０の上方に、防振ユニット７９を介してほぼ水平に支持されている。防振ユニット７９は、ウェハ定盤５６の各コーナーに少なくとも３箇所配置され、内圧が調整可能なエアマウント８０とボイスコイルモータ８１とがベースプレート６０上に並列に配置された構成になっている。
尚、図８においては、Ｘ方向に配置された防振ユニット７９のみを図示しており、Ｙ方向に配置された防振ユニットは図示を省略している。これらの防振ユニット７９によって、ベースプレート６０を介してウェハ定盤５６に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている。
【００５３】
ここで、ウェハステージ５５について詳述する。図１０は、本発明の一実施形態による露光装置に設けられるウェハステージの外観斜視図である。尚、図１０に示したウェハステージは、本発明にいうステージ装置に相当するものでもある。図１０に示すように、ＸガイドバーＸＧは、Ｘ方向に沿った長尺形状を呈しており、その長さ方向両端には磁石列を有する可動子８６，８６がそれぞれ設けられている。これらの可動子８６，８６に対応するコイル列を有する固定子８７，８７は、ベースプレート６０に突設された支持部８２，８２に設けられている（図８参照。尚、図８では可動子８６及び固定子８７を簡略して図示している）。
【００５４】
これらの可動子８６及び固定子８７によってリニアモータ８３，８３が構成されており、可動子８６が固定子８７との間の電磁気的相互作用により駆動されることでＸガイドバーＸＧがＹ方向に移動し、リニアモータ８３，８３の駆動を調整することでθＺ方向に回転移動する。すなわち、このリニアモータ８３によってＸガイドバーＸＧとほぼ一体的にウェハステージ５５（及び試料台ＳＴ、以下単に試料台ＳＴという）がＹ方向及びθＺ方向に駆動されるようになっている。
尚、リニアモータ８３，８３は、前述したリニアモータ装置が用いられる。
【００５５】
また、ＸガイドバーＸＧの−Ｘ方向側には、Ｘトリムモータ８４の可動子が取り付けられている。Ｘトリムモータ８４は、Ｘ方向に推力を発生することでＸガイドバーＸＧのＸ方向の位置を調整するものであって、その固定子（不図示）はリアクションフレーム５８に設けられている。このため、ウェハステージ５５をＸ方向に駆動する際の反力は、リアクションフレーム５８を介してベースプレート６０に伝達される。
【００５６】
試料台ＳＴは、ＸガイドバーＸＧとの間にＺ方向に所定量のギャップを維持する磁石及びアクチュエータからなる磁気ガイドを介して、ＸガイドバーＸＧにＸ方向に相対移動自在に非接触で支持・保持されている。また、ウェハステージ５５は、ＸガイドバーＸＧに埋設された固定子を有するＸリニアモータ８５による電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動される。Ｘリニアモータの可動子は図示していないが、ウェハステージ５５に取り付けられている。試料台ＳＴの上面には、ウェハホルダ９１を介してウェハＷが真空吸着等によって固定される（図８参照。図１０では図示略）。尚、Ｘリニアモータ８５も、前述したリニアモータ装置が用いられる。
【００５７】
尚、上記リニアモータ８３よりもＸリニアモータ８５の方がウェハステージ５５上に載置されるウェハＷに近い位置に配置されている上、Ｘリニアモータ８５の可動子が試料台ＳＴに固定されている。このため、Ｘリニアモータ８５は発熱源であるコイルがウェハＷから遠くに位置する固定子となり、発熱源とならない磁石が可動子となるように、ムービングマグネット型のリニアモータを用いることが望ましい。また、リニアモータ８３は、Ｘリニアモータ８５、ＸガイドバーＸＧ、及び試料台ＳＴを一体とし駆動するため、Ｘリニアモータ８５より遙かに大きい推力を必要とする。そのため、多くの電力を必要とし発熱量もＸリニアモータ８５より大きくなる。この点を考慮して、全体的に発熱量が小さくなるようにリニアモータ８３としてムービングコイル型のリニアモータを用いることができる。一方、発熱源であるコイルは冷却液の循環により冷却されるので、冷却液循環のための配管が必要となる。この点を考慮して、配管部分が連動しないようにコイルを固定子とするムービングマグネット型のリニアモータを用いることもできる。
【００５８】
ウェハステージ５５のＸ方向の位置は、投影光学系ＰＬの鏡筒下端に固定された参照鏡９２（図８参照）を基準として、ウェハステージ５５の一部に固定された移動鏡９３の位置変化を計測する図８に示したレーザ干渉計９４によって所定の分解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でリアルタイムに計測される。尚、上記参照鏡９２、移動鏡９３、レーザ干渉計９４とほぼ直交するように配置された不図示の参照鏡、レーザ干渉計及び移動鏡によってウェハステージ５５のＹ方向の位置が計測される。尚、これらレーザ干渉計の中、少なくとも一方は、測長軸を２軸以上有する多軸干渉計であり、これらレーザ干渉計の計測値に基づいてウェハステージ５５（ひいてはウェハＷ）のＸ方向の位置及びＹ方向の位置のみならず、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸まわりの回転量をも求めることができるようになっている。
【００５９】
更に、図８に示すように、投影光学系ＰＬのフランジ７３には、異なる３カ所に３つのレーザ干渉計９５が固定されている（ただし、図８においてはこれらのレーザ干渉計のうち１つを代表して図示している）。各レーザ干渉計９５に対向する鏡筒定盤７５の部分には、開口７５ａがそれぞれ形成されており、これらの開口７５ａを介して各レーザ干渉計９５からＺ方向のレーザビーム（測長ビーム）がウェハ定盤５６に向けて照射される。ウェハ定盤５６の上面の各測長ビームの対向位置には、反射面がそれぞれ形成されている。このため、上記３つのレーザ干渉計９５によってウェハ定盤５６の異なる３点のＺ位置がフランジ７３を基準としてそれぞれ計測される。
【００６０】
次に、以上説明した構成の露光装置の露光時の動作について簡単に説明する。
露光動作が開始されると、不図示のステージコントローラがレチクルステージ５２及びウェハステージ５５を加速させ、レチクルステージ５２及びウェハステージ５５が所定の速度に達したときに、不図示の主制御系が照明光学系ＩＵから照明光を射出させ、レチクルＲ上の所定の矩形状の照明領域を均一な照度で照明させる。
【００６１】
この照明領域に対してレチクルＲがＹ方向に走査されるのに同期して、この照明領域と投影光学系ＰＬに関して光学的に共役な露光領域に対してウェハＷを走査する。これにより、レチクルＲのパターン領域を透過した照明光が投影光学系ＰＬにより１／α倍に縮小され、レジストが塗布されたウェハＷ上にパターンの縮小像が投影される。そして、ウェハＷ上の露光領域には、レチクルＲのパターンが逐次転写され、１回の走査でレチクルＲ上のパターン領域の全面がウェハＷ上のショット領域に転写される。１つのショット領域に対してパターン転写が終了すると、例えばＸ方向にウェハＷをステップ移動させて次にパターンを転写すべきショット領域を露光開始位置に移動させる。その後、不図示のステージコントローラがレチクルステージ５２及びウェハステージ５５を加速させ、上述した動作と同様の動作を繰り返す。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態で挙げた光源以外に、Ｋｒ_２レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高周波発生装置、若しくは半導体レーザの高周波発生装置を用いることができる。更に、光源としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。
【００６３】
特に、発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ_２レ−ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ_２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。
【００６４】
また、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。
【００６５】
また、本発明のステージ装置は、露光装置に設けられるステージ装置のみならず、物体を載置した状態で移動させる（１次元的な移動又は２次元的な移動に制限されない）ステージ装置を制御する場合一般について適用することが可能である。
【００６６】
次に、本発明の一実施形態による露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法の実施形態について簡単に説明する。図１１は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。図１１に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【００６７】
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロ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。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【００６８】
図１２は、半導体デバイスの場合における、図１１のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１２において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【００６９】
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、収容するコイルを冷却するために内部に冷却液が供給される収容部材と補強部材とを機械的に当接させているため、収容部材の総合的な剛性を高めることができるという効果がある。
また、収容部材と補強部材とを機械的に当接させることにより、長期に亘って安定した剛性を保つことができるという効果がある。
また、補強部材は収容部材よりも比重量が小さいため、リニアモータ装置の重量増加を抑えることができるという効果がある。
このため、収容部材及び補強部材を可動子に含めた構成とした場合には同一の推力が与えられたときの著しい加速度低下が引き起こされることはなく、可動子を高速且つ精確に移動させる上で好適であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置の外観構成を示す斜視分解図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。
【図３】コイル１３及びコイル列１４の構成を示す図である。
【図４】キャン１５と補強部材１９との接合部の拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置が備える固定子の外観斜視図である。
【図６】図５中のＢ−Ｂ線の断面矢視図である。
【図７】本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置のネジ締結部の詳細を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による露光装置に設けられるレチクルステージの外観斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態による露光装置に設けられるウェハステージの外観斜視図である。
【図１１】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図１２】半導体デバイスの場合における、図１１のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０　　リニアモータ装置
１１　　固定子（コイルユニット）
１２　　可動子（磁石ユニット）
１３　　コイル
１５　　キャン（収容部材）
１８　　補強部材
１９　　補強部材
３０　　固定子（コイルユニット）
３１　　キャン（収容部材）
３３　　補強部材
３４　　補強部材
５１　　露光装置
５２　　レチクルステージ（マスクステージ）
５５　　ウェハステージ（基板ステージ）
Ｒ　　　レチクル（マスク）
Ｗ　　　ウェハ（感光基板）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor device, a stage device, and an exposure device, in particular, a linear motor device that drives a stage portion that moves linearly or within a two-dimensional plane while holding an object such as a mask or a photosensitive substrate, The present invention relates to a stage device including the stage unit and the linear motor device, and an exposure apparatus including the stage device.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal display devices, and other microdevices, a fine pattern formed on a photomask or reticle (hereinafter, collectively referred to as a mask) using an exposure apparatus is used to form a photoresist or the like. Is transferred onto a semiconductor wafer, a glass plate, or the like (hereinafter collectively referred to as a photosensitive substrate) to which the photosensitive agent is applied.
[0003]
As the exposure apparatus, a step-and-repeat type projection exposure apparatus (a so-called stepper) or a step-and-scan type projection exposure apparatus is often used. The stepper, after performing relative positioning between the mask and the photosensitive substrate, collectively transfers the pattern formed on the mask to one shot area set on the photosensitive substrate, and transfers the pattern to the photosensitive substrate after the transfer. An exposure apparatus that performs step exposure to expose another shot area. In addition, the step-and-scan projection exposure apparatus sequentially transfers the pattern formed on the mask to a shot area on the photosensitive substrate while relatively moving (scanning) the mask and the photosensitive substrate, and then transfers the pattern to the next shot area. This is an exposure apparatus that performs scanning exposure again after moving the photosensitive substrate to a position corresponding to a shot area by a predetermined distance.
[0004]
The above-mentioned stepper is configured to be movable while holding the photosensitive substrate, in order to transfer the mask pattern while changing the relative position between the mask and the photosensitive substrate by changing the position of the photosensitive substrate while the position of the mask is fixed. Substrate stage. In addition, the projection exposure apparatus of the step-and-scan method needs to move the mask and the photosensitive substrate together, so that the mask stage and the photosensitive substrate that can be moved while holding the mask are held. A substrate stage configured to be movable.
[0005]
A stage device provided as a mask stage or a substrate stage includes a linear motor device as a drive source for moving a mask or a substrate to a predetermined position at high speed and accurately. This linear motor device consists of a stator and a mover, and the mover moves relative to the stator.However, there is a moving magnet type in which a coil is provided in the stator and a magnet is provided in the mover. There is a moving coil type in which a magnet is provided on a stator and a coil is provided on a mover.
[0006]
When a current is applied to the coil provided in the linear motor device, the coil generates heat, so the linear motor device covers the coil with a can and introduces a cooling liquid inside the can to cool the coil, thereby suppressing a rise in temperature. It is configured as follows. In order to prevent a reduction in thrust generated in the linear motor device, the gap between the coil and the magnet is designed to be as small as possible.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the cooling liquid is introduced into the can, the water pressure of the cooling liquid is applied to the inside of the can, so that the can is deformed so as to expand outward. As described above, since the gap between the coil and the magnet is designed to be as small as possible, when the can is deformed so as to expand, the can contacts the magnet, causing malfunction of the linear motor device. Become. Such a disadvantage is solved by increasing the gap between the coil and the magnet, but the magnetic flux density of the magnetic flux generated by the magnet is reduced, and the above-mentioned reduction in thrust is caused.
[0008]
As a method of solving the above problem without increasing the gap between the coil and the magnet, a method of increasing the rigidity of the can is considered. However, if a metal having high rigidity is frequently used to increase the rigidity of the can, the weight of the can increases. For this reason, in the linear motor device in which the coil is provided on the movable body, there is a problem that the acceleration at the same thrust decreases. Further, since a metal having high rigidity is often expensive, there is a problem that if such metal is used to increase the rigidity of the can, the cost of the linear motor device increases.
[0009]
Conventionally, a can is formed of stainless steel having high rigidity, and a lightweight and inexpensive aluminum reinforcing member is bonded to a location where a large amount of stress is applied by a cooling liquid, so that it is lightweight and inexpensive. A rigid can has been devised. However, in the can having such a configuration, since the reinforcing member is adhered to the can by the adhesive, when stress is generated by the coolant, the boundary surface of the adhesive (the surface where the can and the adhesive are in contact with each other, and However, since the shear stress is concentrated on the surface where the reinforcing member and the adhesive are in contact with each other and the adhesive is sheared, the overall rigidity of the can cannot be maintained for a long period of time.
[0010]
Further, since the adhesive deteriorates due to environmental changes such as temperature change and humidity change, it is difficult to stably maintain the rigidity of the can for a long period of time. Further, there is a problem that the rigidity of the can is not stable because the adhesive force of the adhesive changes due to a variation in operation at the time of manufacturing the can.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a stable and high rigidity. A linear motor device including a can as a lightweight and inexpensive housing member, and a temperature rise is suppressed by including the linear motor device. It is an object of the present invention to provide a stage apparatus and an exposure apparatus which can improve the performance of the apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a linear motor device according to the present invention has a housing member (15, 31) for housing a coil (13), and a coolant is supplied to the inside of the housing member (15, 31). In a linear motor device (10) including a coil unit (11, 30) and a magnet unit (12), the linear motor device extends along a direction of relative movement between the coil unit (11, 30) and the magnet unit (12). And a reinforcing member (18, 19, 33, 30) made of a non-magnetic material having a specific weight smaller than that of the housing member (15, 31) and mechanically in contact with the coil unit (11, 30). 34).
According to the present invention, the housing member to which the cooling liquid is supplied for cooling the housed coil is mechanically brought into contact with the reinforcing member, so that the overall rigidity of the housing member can be increased. it can. Further, by mechanically bringing the housing member and the reinforcing member into contact with each other, stable rigidity can be maintained for a long time. Further, since the reinforcing member has a smaller specific weight than the housing member, it is possible to suppress an increase in the weight of the linear motor device. For this reason, when the accommodating member and the reinforcing member are included in the mover, a significant decrease in acceleration when the same thrust is given does not occur, and in moving the mover at high speed and accurately. It is suitable.
Further, in the linear motor device of the present invention, the reinforcing member (18, 19, 33, 34) has a substantially U-shaped cross section in a plane orthogonal to the relative movement direction, and (15, 31) is characterized by being mechanically abutted with the U-shaped opening interposed therebetween.
Further, in the linear motor device of the present invention, the reinforcing members (18, 19, 33, 34) mechanically contact the housing members (15, 31) by screw fastening at a plurality of locations along the relative movement direction. It is characterized by being in contact.
Further, in the linear motor device according to the present invention, the mechanical fastening portion of the reinforcing member (18, 19, 33, 34) to the housing member (15, 31) may be configured such that the housing member (15, It is characterized in that a larger number are provided at the center of the housing member (15, 31) than at the end of (31).
Further, the linear motor device of the present invention is characterized in that the reinforcing members (18, 19, 33, 34) are mechanically in contact with the housing members (15, 31) by caulking.
A stage device according to the present invention is characterized in that the stage section is driven by any of the linear motor devices described above.
Further, the exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus (51) for transferring a pattern formed on a mask (R) to a photosensitive substrate (W), and a mask stage (52) for mounting the mask (R). And a substrate stage (55) on which the photosensitive substrate (W) is mounted. The stage device is provided as at least one of the mask stage (52) and the substrate stage (55). .
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a linear motor device, a stage device, and an exposure device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
[First Embodiment]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an external configuration of a linear motor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. In the following description, the xyz rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the xyz rectangular coordinate system. In the xyz rectangular coordinate system, the y-axis is set in the direction of relative movement of the mover 12 with respect to the stator 11, and the z-axis is set in a vertically upward direction. The stator 11 corresponds to a coil unit according to the present invention, and the mover 12 corresponds to a magnet unit according to the present invention.
[0015]
The stator 11 included in the linear motor device 10 illustrated in FIG. 1 includes a coil row 14 including a plurality of coils 13 arranged along the y direction. The stator 11 shown in FIG. 1 is of a dog bone type. FIG. 3 shows a coil 13 and a coil array 14 constituting the dogbone type stator 11. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the coil 13 and the coil array 14. Each coil 13 is formed by winding a copper round wire or a flat wire in a substantially rectangular shape a predetermined number of times (for example, tens to hundreds of times). Of the four sides formed in the rectangular shape, x A pair of sides (hereinafter, referred to as pole parts) that are parallel to the direction and oppose each other have a shape that is stepped from another pair of sides that are parallel and oppose each other in the y direction. The winding surface of the coil 13 is disposed so as to be substantially parallel to the xy plane, that is, the direction of the magnetic field generated at the center of the coil 13 when a current flows through the coil 13 is substantially parallel to the z-axis. At the same time, the pole portion of the coil 13 is inserted into the air core portion of another adjacent coil 13, and the coil 13 is arranged so that the steps at different levels are alternated along the coil arrangement direction (y direction). Since the dog-bone type stator 11 configured as described above compensates for the air core portion of the coil 13 by combining it with the pole portion of another coil 13, the magnetic flux density can be increased, and the efficiency of the linear motor can be improved. can do. The material of the winding of the coil 13 is not limited to copper, and an aluminum wire may be used.
[0016]
The coil array 14 is housed in a can 15 as a housing member. The can 15 is an annular member formed of a non-magnetic stainless material and having an H-shaped cross section, into which a cooling liquid is introduced. It should be noted that the can 15 is not limited to a non-magnetic stainless material, but is preferably formed of a non-magnetic material having a Young's modulus of about stainless steel or more. Further, it is also possible to form with CFRP (carbon fiber reinforced plastic), ceramics, or the like in consideration of viscous resistance due to eddy current generation.
[0017]
The can 15 is fixed by fixing members 16 and 17 at the end in the y direction. The fixing member 16 is provided with a terminal block (not shown), and the coils 13 forming the coil array 14 are connected to the terminal block. Three-phase alternating current from a control device (not shown) is supplied to each coil 13 via a terminal block. Although not shown, the inlet and outlet for the coolant to the can 15 are provided near the fixing members 16 and 17 on the side surface of the can 15.
[0018]
Further, reinforcing members 18 (18a to 18d) and 19 (19a to 19d) for reinforcing the strength of the can 15 are provided at the ends of the can 15 in the x direction. The reinforcing members 18 and 19 are made of a non-magnetic material having a specific weight smaller than that of the non-magnetic stainless steel forming the can 15, for example, aluminum. By using a non-magnetic material having a specific weight smaller than that of the non-magnetic stainless steel as the reinforcing members 18 and 19, the weight of the linear motor device can be reduced. In the present embodiment, four reinforcing members 18a to 18d and 19a to 19d are arranged along the y direction at the end of the can 15 in the x direction. This is because the ease of formation and the ease of attaching the can 15 to the end in the x direction are considered.
[0019]
As shown in FIG. 2, the reinforcing members 18 and 19 have a substantially U-shaped cross section in the zx plane, and sandwich the ends of the can 15 in the x direction with their openings. Here, the joint between the can 15 and the reinforcing member 19 will be described in detail. FIG. 4 is an enlarged view of a joint between the can 15 and the reinforcing member 19. As shown in FIG. 4, the reinforcing member 19 sandwiches one end of the can 15 in the x direction at the opening thereof, and mechanically abuts the can 15 at the position of the end P1 of the opening. In addition, between the can 15 and the reinforcing member 19, an epoxy-based adhesive 20 for auxiliary fastening the can 15 and the reinforcing member 19 is provided.
[0020]
Conventionally, since the reinforcing member is adhered to the can only by the adhesive, the shear fracture of the adhesive occurs when the stress is generated in the can by the cooling liquid. On the other hand, in the present embodiment, the reinforcing member 19 is mechanically brought into contact with the can 15 at a location where the stress is large. Therefore, even if a large stress is generated, the conventional adhesive does not suffer from shear breakage, and the overall rigidity of the can 15 can be stably increased over a long period of time.
[0021]
Assembling of the reinforcing member 18.19 and the can 15 is performed in the following procedure. First, the outer dimensions of the can 15 at the portion where the can 15 contacts the reinforcing members 18 and 19 are measured. Next, the inner dimensions of the reinforcing members 18 and 19 at the portion (P1) that comes into contact with the can 15 are measured. Then, according to the measured outer dimensions of the can 15 and the inner dimensions of the reinforcing members 18, 19, the inner dimensions of the reinforcing members 18, 19 are slightly smaller than the outer dimensions of the can 15. Is adjusted, and the can 15 is assembled by inserting the can 15 into the reinforcing members 18 and 19. The inner dimensions of the reinforcing members 18 and 19 are set smaller than the outer dimensions of the can 15 so that the can 15 does not contact the coil 13, and are determined by simulation or experiment.
The adjustment of the inner dimensions of the reinforcing members 18 and 19 is performed by plastically deforming the reinforcing members 18 and 19 so that the inner dimensions become the predetermined dimensions determined as described above. The assembling of the reinforcing members 18 and 19 and the can 15 is not limited to this, and the can 15 may be inserted into the reinforcing members 18 and 19 that are formed in advance so that the inner dimensions become a predetermined size. After inserting the can 15 into the members 18 and 19, the reinforcing members 18 and 19 may be swaged.
[0022]
Next, the mover 12 included in the linear motor device 10 supports the flat upper yoke 22 and the flat lower yoke 23 to which the magnets 21 are attached, and the upper yoke 22 and the lower yoke 23 at both ends in the x direction. A magnetic circuit including the support members 24 and 25 is provided. The magnet 21 is formed of a neodymium / iron / cobalt magnet, the upper yoke 22 and the lower yoke 23 are formed of low carbon steel equivalent to SS400, and the support members 24 and 25 are formed of an aluminum alloy for weight reduction. . The magnet 21 may be a rare earth magnet such as a samarium / cobalt magnet or a neodymium / iron / boron magnet other than the neodymium / iron / cobalt magnet.
[0023]
A plurality of magnets 21 are arranged so that the polarity changes alternately along the y direction, and a magnet array 26 including the plurality of magnets 21 is formed. Although the movable element 12 is shown in an exploded state in FIG. 1, the magnet row 26 provided on the upper yoke 22 is actually located in the concave portion H1 (see FIG. 2) on the upper surface of the can 15. , Are arranged such that the magnet rows 26 provided in the lower yoke 23 are located in the concave portions H2 on the bottom surface of the can 15.
[0024]
The magnet rows 26 are provided between the magnets 21 and are arranged such that the direction of the magnetic field is 90 degrees with respect to the direction of the magnetic field of the magnet 21 (the direction of the magnetic field is along the y direction). It is preferable to include the following. With this configuration, the magnetic flux density between the upper yoke 22 and the lower yoke 23, that is, the magnetic flux passing through the coil array 14, can be increased, and as a result, the thrust of the linear motor device can be improved. As described above, the linear motor device of the present embodiment is a so-called moving magnet type linear motor device in which the stator 11 is provided with the coil (coil array) and the mover 12 is provided with the magnet (magnet array).
[0025]
Next, when the linear motor device having the above configuration is driven, a single-pole excitation method is performed according to the number of in-phase coils 13 to which current is supplied at a time among the plurality of coils 13 forming the coil array 14, An excitation method such as a two-pole excitation method is used. For example, in the unipolar excitation method, the coils arranged in the y direction are set to a U-phase, a V-phase, and a W-phase in order, and the three-phase AC of the U-phase, the V-phase, and the W-phase is supplied to the coils of each phase. The excitation causes the linear motor device 1 to be driven.
[0026]
Further, when the two-pole excitation method is used, assuming that the arrangement interval of the coils 13 in the y direction is Pc, the two coils 13 which are spaced apart by 3Pc are set to the U phase and set to the U phase. The two coils 13 arranged adjacent to the set coil 13 are set to the V phase, and the coil set to the U phase and the coil adjacent to the coil set to the V phase are set and driven to the W phase. You. From the viewpoint of thrust generation, it is preferable to use a two-pole excitation method rather than a one-pole excitation method. According to the above-described excitation method, a current is supplied to the coil 13 included in the linear motor device to generate a thrust of the mover 12, and the mover 12 relatively moves in the y direction with respect to the stator 11.
[0027]
[Second embodiment]
FIG. 5 is an external perspective view of a stator included in the linear motor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. The stator included in the linear motor device according to the present embodiment includes a can 31 having an H-shaped cross section, fixing members 32 a and 32 b for fixing the can 31 at an end in the y direction, and reinforcing the strength of the can 31. And a reinforcement member 33 (33a to 33d) and a reinforcement member 34 (34a to 34d) provided at an end of the can 31 in the x direction. In FIG. 6, the coils housed in the can 31 are not shown.
[0028]
As in the first embodiment, the can 31 accommodates a coil array (not shown in FIG. 5) arranged in the y-direction and is an annular member formed of a non-magnetic stainless material. Coolant is introduced inside. Further, the can 31 is not limited to a non-magnetic stainless steel material, but can be formed of a non-magnetic material having a Young's modulus of about stainless steel or more. Furthermore, it is also possible to form with CFRP (carbon fiber reinforced plastic), ceramics, or the like in consideration of viscous resistance due to eddy current generation. The reinforcing member 34 is the same as that of the first embodiment in that it is formed of a non-magnetic material having a specific weight smaller than that of the non-magnetic stainless steel forming the can 31, for example, aluminum.
[0029]
In the above-described first embodiment, the reinforcing members 18 and 19 are caulked to mechanically contact the can 15. However, in the present embodiment, the reinforcing members 33 and 34 are mechanically attached to the can 31 by screwing. Is different from that of the first embodiment. As shown in FIG. 5, a plurality of nuts 35 (see FIG. 7) are welded to the can 31 along the y direction at both ends in the x direction of the can 31 (positions where the reinforcing members 33 and 34 abut). The reinforcing members 33 and 34 are formed with holes 36 for attaching screws corresponding to the positions where the nuts 35 are attached.
[0030]
As shown in FIG. 6, the reinforcing members 33 and 34 are mechanically brought into contact with the can 31 by fastening the screw 37 to the nut 35 through the hole 36. Here, the configuration of the screw fastening portion will be described in more detail. FIG. 7 is an enlarged sectional view showing details of a screw fastening portion of the linear motor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 illustrates a screw fastening portion between the reinforcing member 33d and the can 31.
[0031]
As shown in FIG. 7, a concave portion 38 having a larger diameter than the screw hole of the nut 35 is formed at a position where the nut 35 of the can 31 is welded. It is welded to the can 31. In the recess 38, the foot portion of the screw 37 (the portion where the screw is cut) is set to be longer than the height of the nut 35. When the screw 37 is fastened to the nut 35, the foot portion of the screw 37 is Since it is projected from the nut 35, it is formed to prevent the deformation of the can 31 due to the fastening of the screw 37.
[0032]
The height (depth) of the reinforcing member 33d is slightly smaller than the height of the nut 35 on the back surface (the surface facing the can 31) where the hole 36 is formed and around the hole 36. The set notch 39 is formed. Therefore, when the reinforcing member 33d is fitted to one end of the can 31 so that the position of the nut 35 matches the position of the hole 36, the nut 35 is disposed in the notch 39, and the upper surface of the nut 35 is The notch 39 is brought into contact with the notch 39a. In this state, when the screw 37 is fitted into the hole 36 and the screw 37 and the nut 35 are fastened, the can 31 and the reinforcing member 33d are fixed with a slight gap 40 and mechanically abut on the screw fastening portion.
[0033]
In this embodiment, as in the first embodiment, between the can 31 and the reinforcing members 33 and 34, an epoxy-based adhesive for auxiliary fastening the can 31 and the reinforcing members 33 and 34 is used. It may be provided. Further, in FIG. 7, the concave portion 38 is formed in the can 31, but the concave portion 38 does not always need to be formed in the can 31. When the concave portion 38 is not formed in the can 38, a screw whose foot portion is shorter than the height of the nut 35 may be used.
[0034]
[Other embodiments]
In the first embodiment described above, the shape of the reinforcing members 18 and 19 is used to mechanically contact the can 15, and in the second embodiment, the can 31 and the reinforcing members 33 and 34 are mechanically fastened by screwing. In the above description, a rod-shaped pin is attached to the can by welding, and a hole is formed in the reinforcing member according to the mounting position of the pin, and the pin is swaged after passing the pin through the hole. Thus, the can and the reinforcing member may be brought into mechanical contact with each other.
[0035]
In the above embodiment, the screw fastening portions are provided at substantially uniform intervals along the y direction. However, the screw fastening portions may be changed according to the position of the can in the y direction. For example, since the can 31 shown in FIG. 5 has a shape extending in the y direction, the stress due to the coolant is greater at the center than at both ends in the y direction. For this reason, it is preferable to increase the number of screw fastening portions provided at the center portion than the number of screw fastening portions provided at both ends of the can 31 in the y direction. Further, in the embodiment described above, the linear motor device having the dog-bone type stator has been described. However, the present invention is not limited to this. And a linear motor device having a stator housed inside a can having a rectangular cross section. Further, in the embodiment described above, the moving magnet type linear motor device has been described, but the present invention can be similarly applied to a moving coil type linear motor device.
[0036]
[Stage device and exposure device]
Next, a stage device and an exposure device including the above-described linear motor device will be described in detail. FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the pattern formed on the reticle R is transferred onto the wafer W while the reticle R as a mask and the wafer W as a photosensitive substrate are relatively moved with respect to the projection optical system PL in FIG. The present invention will be described by taking as an example a case where the present invention is applied to a step-and-scan type exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element.
[0037]
In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 8 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Y axis are parallel to the wafer W, and the Z axis is in a direction orthogonal to the wafer W (a direction along the optical axis AX of the projection optical system PL). Is set. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward. In the present embodiment, the direction (scanning direction) for moving the reticle R and the wafer W during exposure (during pattern transfer) is set to the Y direction. The rotation directions around the respective axes are denoted by θZ, θY, and θX.
[0038]
The exposure device 51 shown in FIG. 8 is schematically constituted by an illumination optical system IU, a stage device 54, a projection optical system PL, a stage device 57, and a reaction frame 58. The illumination optical system IU illuminates a rectangular (or arc-shaped) illumination area on the reticle R as a mask with uniform illumination by exposure illumination light from a light source (not shown). The stage device 54 includes a reticle stage 52 as a mask stage that holds and moves the reticle R, and a reticle surface plate 53 that supports the reticle stage 52. The projection optical system PL projects the pattern formed on the reticle R onto a wafer W as a photosensitive substrate at a reduction ratio of 1 / α (α is, for example, 5 or 4). The stage device 57 includes a wafer stage 55 as a substrate stage that holds and moves the wafer W, and a wafer surface plate 56 that holds the wafer stage 55. The reaction frame 58 supports the stage device 54 and the projection optical system PL.
[0039]
The illumination optical system IU is supported by a support column 59 fixed to the upper surface of the reaction frame 58. The illumination light for exposure may be, for example, an ultraviolet bright line (g-line, i-line) emitted from an extra-high pressure mercury lamp, far ultraviolet light (DUV light) such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), or ArF. Excimer laser light (wavelength 193 nm) or F ₂ Vacuum ultraviolet light (VUV) such as laser light (wavelength 157 nm) is used. The reaction frame 58 is installed on a base plate 60 placed horizontally on the floor, and has upper and lower sides formed with stepped portions 58a and 58b protruding inward.
[0040]
The reticle surface plate 53 forming a part of the stage device 54 is supported substantially horizontally on the step 58a of the reaction frame 58 at each corner via the vibration isolating unit 61, and is formed on the reticle R at the center thereof. An opening 53a through which the pattern image passes is formed. In FIG. 8, only the vibration isolating unit 61 arranged in the X direction is shown, and the vibration isolating unit arranged in the Y direction is not shown.
[0041]
Note that a metal or ceramics can be used as a material of the reticle surface plate 53. The anti-vibration unit 61 has a configuration in which an air mount 62 whose internal pressure is adjustable and a voice coil motor 63 are arranged in series on a step 58a. By these vibration isolating units 61, micro vibration transmitted to the reticle surface plate 53 via the base plate 60 and the reaction frame 58 is insulated at a micro G level (G is a gravitational acceleration).
[0042]
A reticle stage 52 is supported on the reticle base 53 so as to be two-dimensionally movable along the reticle base 53. A plurality of air bearings (air pads) 64 are fixed to the bottom surface of the reticle stage 52, and the reticle stage 52 is supported by the air bearings 64 on the reticle surface plate 53 via a clearance of about several microns. I have. At the center of the reticle stage 52, an opening 52a is formed which communicates with the opening 53a of the reticle surface plate 53 and through which the pattern image of the reticle R passes.
[0043]
Here, the reticle stage 52 will be described in detail. FIG. 9 is an external perspective view of a reticle stage provided in the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention. The reticle stage shown in FIG. 9 also corresponds to the stage device according to the present invention. As shown in FIG. 9, reticle stage 52 includes a reticle coarse movement stage 66 driven on reticle surface plate 53 by a pair of Y linear motors 65, 65 in a predetermined stroke in the Y-axis direction. And a reticle fine movement stage 68 that is finely driven in the X, Y, and θZ directions by a pair of X voice coil motors 67X and a pair of Y voice coil motors 67Y. As described above, the reticle stage 52 is constituted by the reticle coarse movement stage 66 and the reticle fine movement stage 68, but is simplified in FIG.
[0044]
Each Y linear motor 65 is provided on the reticle surface plate 53 in correspondence with the stator 70, which is levitated and supported by a plurality of air bearings (air pads) 69 as non-contact bearings and extends in the Y-axis direction. And a mover 71 fixed to the reticle coarse movement stage 66 via a connecting member 72. For this reason, according to the law of conservation of momentum, the stator 70 moves in the −Y direction as a counter mass according to the movement of the reticle coarse movement stage 66 in the + Y direction. The linear motor device described above is used as the Y linear motor 65.
[0045]
The movement of the stator 70 cancels the reaction force caused by the movement of the reticle coarse movement stage 66, and also prevents the change in the position of the center of gravity. Since the mover 71 and the stator 70 in the Y linear motor 65 are coupled, when they move relative to each other, a force acts to stop at the original position. Therefore, in the present embodiment, a trim motor (not shown) for correcting the amount of movement of the stator 70 to reach a predetermined position is provided.
[0046]
The reticle coarse movement stage 66 is fixed to the upper surface of an upper protruding portion 53b formed at the center of the reticle surface plate 53 and guided in the Y-axis direction by a pair of Y guides 101, 101 extending in the Y-axis direction. ing. The reticle coarse movement stage 66 is supported by the Y guides 101, 101 in a non-contact manner by an air bearing (not shown).
[0047]
The reticle fine movement stage 68 holds the reticle R by suction via a vacuum chuck BC. A pair of Y movable mirrors 102a and 102b formed of corner cubes are fixed to the ends in the −Y direction of reticle fine movement stage 68, and extend in the Y-axis direction to the ends in the + X direction of reticle fine movement stage 68. An X movable mirror 103 composed of a plane mirror is fixed. Then, three laser interferometers (all not shown) for irradiating the Y movable mirrors 102a and 102b and the X movable mirror 103 with a length measuring beam measure the distance between each movable mirror and the reticle. The position of the stage 52 in the X and Y directions and the rotation θZ about the Z axis are measured with high accuracy.
[0048]
Returning to FIG. 8, the projection optical system PL includes a plurality of refractive optical elements (lens elements), and both the object plane (reticle R) side and the image plane (wafer W) side are telecentric and have a circular projection field. Having. In addition, as the glass material of the plurality of lens elements included in the projection optical system PL, for example, quartz or fluorite is selected according to the wavelength of the illumination light for exposure. When the illumination light emitted from the illumination optical system IU illuminates the reticle R, the illumination light transmitted through the reticle R enters the projection optical system PL, and a partial inverted image of the pattern formed on the reticle becomes an image of the projection optical system PL. At the center of the circular field on the surface side, an image is formed while being limited to a slit shape. Thereby, the projected partial inverted image of the pattern is reduced and transferred to the resist layer on the surface of one of the shot areas on the wafer W arranged on the imaging plane of the projection optical system PL.
[0049]
Some of the lens elements (for example, five lens elements) provided in the projection optical system PL (constituting the projection optical system PL) are driven by a driving source such as an actuator using a piezoelectric element, a magnetostrictive actuator, or a fluid pressure actuator. It is configured to be movable in the axis AX direction (Z direction) and to be tiltable about the X direction or Y direction. By adjusting the attitude of one of the lens elements configured to be movable and tiltable, or by adjusting the attitude of a plurality of lens elements in association with each other, for example, five rotations generated in the projection optical system PL The symmetric aberration and the five eccentric aberrations can be individually corrected. The five rotationally symmetric aberrations referred to here include magnification, distortion (distortion), coma, field curvature, and spherical aberration. The five eccentric aberrations are eccentric distortion, eccentric coma, eccentric astigmatism, and eccentric spherical aberration.
[0050]
The projection optical system PL is mounted on a lens barrel base 75 made of a casting or the like substantially horizontally supported on a stepped portion 58b of the reaction frame 58 via an anti-vibration unit 74 from above with the optical axis AX direction as the Z direction. While being inserted, the flange 73 is engaged. Here, the anti-vibration units 74 are arranged at at least three places at each corner of the lens barrel base 75, and an air mount 76 whose internal pressure is adjustable and a voice coil motor 77 are arranged in series on the step 58b. It has become. In FIG. 8, only the vibration isolating unit 74 arranged in the X direction is shown, and the vibration isolating unit arranged in the Y direction is not shown. These vibration isolating units 74 insulate, at the micro G level, minute vibrations transmitted to the lens barrel base 75 (and eventually the projection optical system PL) via the base plate 60 and the reaction frame 58.
[0051]
The stage device 57 includes a wafer stage 55, a wafer surface plate 56 that supports the wafer stage 55 movably in a two-dimensional direction along the XY plane, and a sample stage that is provided integrally with the wafer stage 55 and that holds the wafer W by suction. ST, an X guide bar XG that supports the wafer stage 55 and the sample stage ST so as to be relatively movable. A plurality of air bearings (air pads) 78, which are non-contact bearings, are fixed to the bottom surface of the wafer stage 55. The air bearings 78 move the wafer stage 55 onto the wafer base 56, for example, with a clearance of about several microns. Floating supported via.
[0052]
The wafer surface plate 56 is supported substantially horizontally above the base plate 60 via an anti-vibration unit 79. The anti-vibration units 79 are arranged at at least three places at each corner of the wafer surface plate 56, and have a configuration in which an air mount 80 whose internal pressure is adjustable and a voice coil motor 81 are arranged in parallel on the base plate 60.
In FIG. 8, only the vibration isolating unit 79 arranged in the X direction is shown, and the vibration isolating unit arranged in the Y direction is not shown. By these vibration isolating units 79, micro vibration transmitted to the wafer surface plate 56 via the base plate 60 is insulated at a micro G level.
[0053]
Here, the wafer stage 55 will be described in detail. FIG. 10 is an external perspective view of a wafer stage provided in the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention. The wafer stage shown in FIG. 10 also corresponds to the stage device according to the present invention. As shown in FIG. 10, the X guide bar XG has an elongated shape along the X direction, and movers 86 having a magnet row are provided at both ends in the length direction. The stators 87, 87 having coil arrays corresponding to the movers 86, 86 are provided on supporting portions 82, 82 projecting from the base plate 60 (see FIG. 8; the mover in FIG. 8). 86 and the stator 87 are simply shown).
[0054]
The linear motors 83 and 83 are configured by the mover 86 and the stator 87, and the X guide bar XG is moved in the Y direction by driving the mover 86 by electromagnetic interaction with the stator 87. It moves and rotates in the θZ direction by adjusting the drive of the linear motors 83. That is, the wafer stage 55 (and the sample stage ST, hereinafter simply referred to as the sample stage ST) is driven in the Y direction and the θZ direction almost integrally with the X guide bar XG by the linear motor 83.
The linear motors 83 and 83 use the linear motor device described above.
[0055]
A mover of the X trim motor 84 is mounted on the −X direction side of the X guide bar XG. The X trim motor 84 adjusts the position of the X guide bar XG in the X direction by generating a thrust in the X direction, and its stator (not shown) is provided on the reaction frame 58. Therefore, the reaction force when driving the wafer stage 55 in the X direction is transmitted to the base plate 60 via the reaction frame 58.
[0056]
The sample stage ST is supported by the X guide bar XG in a non-contact manner so as to be relatively movable in the X direction via a magnetic guide composed of a magnet and an actuator that maintains a predetermined gap in the Z direction between the sample stage ST and the X guide bar XG.・ Holded. Further, the wafer stage 55 is driven in the X direction by electromagnetic interaction by an X linear motor 85 having a stator embedded in the X guide bar XG. The mover of the X linear motor is not shown, but is attached to the wafer stage 55. A wafer W is fixed to the upper surface of the sample stage ST via a wafer holder 91 by vacuum suction or the like (see FIG. 8; not shown in FIG. 10). Note that the X linear motor 85 also uses the above-described linear motor device.
[0057]
Note that the X linear motor 85 is disposed closer to the wafer W mounted on the wafer stage 55 than the linear motor 83, and the movable element of the X linear motor 85 is fixed to the sample stage ST. ing. For this reason, it is desirable to use a moving magnet type linear motor as the X linear motor 85 so that the coil serving as a heat source serves as a stator located far from the wafer W and the magnet which does not serve as a heat source serves as a mover. Further, the linear motor 83 requires a much larger thrust than the X linear motor 85 because the X linear motor 85, the X guide bar XG, and the sample stage ST are integrally driven. Therefore, a large amount of power is required, and the amount of heat generated is larger than that of the X linear motor 85. In consideration of this point, a moving coil type linear motor can be used as the linear motor 83 so as to reduce the amount of heat generated as a whole. On the other hand, since the coil, which is a heat source, is cooled by circulation of the cooling liquid, a pipe for circulating the cooling liquid is required. In consideration of this point, a moving magnet type linear motor using a coil as a stator so that the pipe portion does not interlock can be used.
[0058]
The position of the wafer stage 55 in the X direction changes with respect to a reference mirror 92 (see FIG. 8) fixed to the lower end of the lens barrel of the projection optical system PL. Is measured in real time at a predetermined resolution, for example, a resolution of about 0.5 to 1 nm by the laser interferometer 94 shown in FIG. Note that the position of the wafer stage 55 in the Y direction is measured by a reference mirror, a laser interferometer, and a movable mirror (not shown) arranged substantially orthogonal to the reference mirror 92, the movable mirror 93, and the laser interferometer 94. At least one of these laser interferometers is a multi-axis interferometer having two or more measurement axes. Based on the measurement values of these laser interferometers, the wafer stage 55 (and thus the wafer W) in the X direction is measured. In addition to the position and the position in the Y direction, the amount of rotation about each of the X, Y, and Z axes can be obtained.
[0059]
Further, as shown in FIG. 8, three laser interferometers 95 are fixed to three different places on the flange 73 of the projection optical system PL (however, in FIG. 8, one of these laser interferometers is fixed). Is shown as a representative). Openings 75a are respectively formed in portions of the lens barrel base 75 facing each of the laser interferometers 95, and a laser beam (length measuring beam) in the Z direction is transmitted from each of the laser interferometers 95 through these openings 75a. Is irradiated toward the wafer surface plate 56. A reflection surface is formed on the upper surface of the wafer base 56 at a position facing each of the measurement beams. Thus, the three laser interferometers 95 measure three different Z positions of the wafer surface plate 56 with the flange 73 as a reference.
[0060]
Next, the operation at the time of exposure of the exposure apparatus having the above-described configuration will be briefly described.
When the exposure operation is started, a stage controller (not shown) accelerates the reticle stage 52 and the wafer stage 55, and when the reticle stage 52 and the wafer stage 55 reach a predetermined speed, the main control system (not shown) illuminates. The illumination light is emitted from the optical system IU to illuminate a predetermined rectangular illumination area on the reticle R with uniform illuminance.
[0061]
In synchronization with the reticle R being scanned in the Y direction with respect to this illumination area, the wafer W is scanned with respect to an exposure area optically conjugate with respect to this illumination area and the projection optical system PL. As a result, the illumination light transmitted through the pattern area of the reticle R is reduced by a factor of 1 / α by the projection optical system PL, and a reduced image of the pattern is projected on the wafer W coated with the resist. Then, the pattern of the reticle R is sequentially transferred to the exposure area on the wafer W, and the entire pattern area on the reticle R is transferred to the shot area on the wafer W by one scan. When the pattern transfer to one shot area is completed, the wafer W is step-moved, for example, in the X direction, and the shot area where the pattern is to be transferred next is moved to the exposure start position. Thereafter, a stage controller (not shown) accelerates the reticle stage 52 and the wafer stage 55, and repeats the same operation as the above-described operation.
[0062]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in addition to the light sources described in the above embodiment, Kr ₂ A laser (wavelength: 146 nm), a high frequency generator of a YAG laser, or a high frequency generator of a semiconductor laser can be used. Further, a single-wavelength laser beam in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser as a light source is amplified by, for example, a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and ytterbium), and then nonlinearly amplified. It is also possible to use a harmonic whose wavelength has been converted to ultraviolet light using a crystal. For example, if the oscillation wavelength of the single-wavelength laser is in the range of 1.51 to 1.59 μm, the 8th harmonic whose generation wavelength is in the range of 189 to 199 nm, or the generation wavelength is in the range of 151 to 159 nm A certain tenth harmonic is output.
[0063]
In particular, when the oscillation wavelength is in the range of 1.544 to 1.553 μm, an 8th harmonic whose generation wavelength is in the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser light is obtained, Assuming that the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, the tenth harmonic, ie, F ₂ Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser light is obtained. When the oscillation wavelength is in the range of 1.03 to 1.12 μm, a seventh harmonic having a generation wavelength in the range of 147 to 160 nm is output. In particular, the oscillation wavelength is in the range of 1.099 to 1.106 μm. , The seventh harmonic having a generation wavelength in the range of 157 to 158 μm, that is, F ₂ Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser light is obtained. In this case, for example, an ytterbium-doped fiber laser can be used as the single-wavelength oscillation laser.
[0064]
The present invention is not limited to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, but also an exposure apparatus used for manufacturing a display including a liquid crystal display element (LCD) and the like, which transfers a device pattern onto a glass plate, and a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus used for manufacturing to transfer a device pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus used for manufacturing an imaging device such as a CCD, and the like. Furthermore, in order to manufacture a reticle or a mask used in an optical exposure apparatus, an EUV exposure apparatus, an X-ray exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, etc., an exposure apparatus for transferring a circuit pattern onto a glass substrate or a silicon wafer. The present invention can also be applied. Here, in an exposure apparatus that uses DUV (far ultraviolet) light or VUV (vacuum ultraviolet) light, a transmission type reticle is generally used, and as a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride, quartz, or the like is used. In a proximity type X-ray exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, or the like, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.
[0065]
Further, the stage device of the present invention controls not only the stage device provided in the exposure apparatus, but also the stage device that moves the object in a mounted state (not limited to one-dimensional movement or two-dimensional movement). It is possible to apply in general cases.
[0066]
Next, an embodiment of a method for manufacturing a micro device using an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be briefly described. FIG. 11 is a view showing a flowchart of a manufacturing example of a micro device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin-film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 11, first, in step S10 (design step), a function / performance design of a micro device (for example, a circuit design of a semiconductor device) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S11 (mask manufacturing step), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S12 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
[0067]
Next, in step S13 (wafer processing step), using the mask and the wafer prepared in steps S10 to S12, an actual circuit or the like is formed on the wafer by a lithography technique or the like, as described later. Next, in step S14 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step S13. Step S14 includes, as necessary, processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation). Finally, in step S15 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the microdevice manufactured in step S14 are performed. After these steps, the microdevice is completed and shipped.
[0068]
FIG. 12 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 11 in the case of a semiconductor device. In FIG. 12, in step S21 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step S22 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step S23 (electrode forming step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step S24 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps S21 to S24 constitutes a pre-processing step in each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.
[0069]
In each stage of the wafer process, when the above-mentioned pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, in step S25 (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step S26 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred onto the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step S27 (developing step), the exposed wafer is developed, and in step S28 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. Then, in step S29 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed. By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the housing member to which the cooling liquid is supplied and the reinforcing member are mechanically brought into contact in order to cool the housed coil, the overall housing member There is an effect that the rigidity can be increased.
Further, by mechanically contacting the housing member and the reinforcing member, there is an effect that stable rigidity can be maintained for a long time.
Further, since the reinforcing member has a smaller specific weight than the housing member, there is an effect that the weight increase of the linear motor device can be suppressed.
For this reason, when the accommodating member and the reinforcing member are included in the mover, a significant decrease in acceleration when the same thrust is given does not occur, and in moving the mover at high speed and accurately. There is an effect that it is suitable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an external configuration of a linear motor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a coil 13 and a coil array 14.
FIG. 4 is an enlarged view of a joint between the can 15 and the reinforcing member 19.
FIG. 5 is an external perspective view of a stator included in a linear motor device according to a second embodiment of the present invention.
6 is a sectional view taken along line BB in FIG. 5;
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing details of a screw fastening portion of a linear motor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an external perspective view of a reticle stage provided in the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an external perspective view of a wafer stage provided in the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a micro device manufacturing process.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 11 in the case of a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
10 Linear motor device
11 Stator (coil unit)
12 Mover (magnet unit)
13 coils
15 Can (accommodation member)
18 Reinforcement members
19 Reinforcement members
30 Stator (coil unit)
31 can (accommodation member)
33 Reinforcement member
34 Reinforcement members
51 Exposure equipment
52 Reticle Stage (Mask Stage)
55 Wafer Stage (Substrate Stage)
R reticle (mask)
W wafer (photosensitive substrate)

Claims

A linear motor device having a housing member that houses the coil, and a coil unit and a magnet unit to which a coolant is supplied inside the housing member,
Reinforcing member formed of a non-magnetic material having a specific weight smaller than the material of the housing member, extending along the direction of relative movement between the coil unit and the magnet unit and mechanically contacting the coil unit. A linear motor device comprising:

The reinforcing member has a substantially U-shaped cross section in a plane orthogonal to the relative movement direction, and mechanically abuts the housing member with the U-shaped opening interposed therebetween. Characteristic linear motor device.

The linear motor device according to claim 1, wherein the reinforcing member is mechanically in contact with the housing member at a plurality of locations along the relative movement direction by screw fastening.

The mechanical fastening portion of the reinforcing member to the housing member is provided more in a central portion of the housing member than in an end portion of the housing member in the relative movement direction. Linear motor device.

The linear motor device according to claim 1, wherein the reinforcing member is mechanically in contact with the housing member by caulking.

A stage device, wherein the stage unit is driven by the linear motor device according to any one of claims 1 to 5.

An exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask to a photosensitive substrate,
A mask stage for mounting the mask,
A substrate stage on which the photosensitive substrate is mounted,
An exposure apparatus comprising: the stage device according to claim 6 as at least one of the mask stage and the substrate stage.