JP2005117866A - リニアモータ、ステージ装置、露光装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 リニアモータ駆動時の発熱に起因する歪みの発生を防止できる。
【解決手段】 駆動軸周りに環状に巻かれ、該駆動軸方向に並ぶ複数の固定子コイル３と、固定子コイルの内側に設けた固定子ヨーク５と、固定子ヨーク５が固定される支持部材１と、固定子コイル３と固定子ヨーク５との間に設けられ、固定子コイル３と固定子ヨーク５とを電気的に絶縁する絶縁部材２と、固定子コイル３と相互作用して駆動軸方向に推力を発生する可動子とを備えたリニアモータにおいて、固定子ヨーク５及び絶縁部材２が駆動軸方向で分割され、各分割位置にギャップ６を有して配列されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体リソグラフィ工程等の高精度な加工に用いられる移動装置に好適なリニアモータ、これを用いたステージ装置及び露光装置、並びにデバイス製造方法に関する。

図１０は、半導体リソグラフィ工程等で使用される露光装置の概略の構成を示す図である。光源１１１より発せられ、原版１１２を通過した露光光は、投影光学系１１３によって所定倍率で縮小され基板１１４上に焦点を結ぶ。基板１１４は移動ステージ１１５に載置され、移動ステージ１１５を駆動することにより基板１１４の所定個所に原版１１２のパターンを露光することができる。このような移動ステージ１１５の駆動には高い移動精度と移動速度が要求され、近年ではその駆動機構にリニアモータを用いることが検討されている。

この種のリニアモータとして、例えば特許文献１に示されているような、永久磁石を複数配列した可動子を用いたリニアモータが提案されている。また、そのようなリニアモータに、駆動時の発熱を防止するための冷却機構を設けたものも提案されている。このようなリニアモータについて図８及び図９を参照して説明する。図８は、（ａ）リニアモータの外観と、（ｂ）駆動軸に垂直な方向の断面を示す模式図であり、図９はリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す模式図である。

１０１は支持部材であり、固定子全体を支持する構造体である。１０２は絶縁部材であり、固定子コイル１０３と固定子ヨーク１０５が電気的にショートすることを防ぐとともに、固定子コイル１０３の位置決めの役割を果たしている。１０３は可動子の駆動軸方向に等間隔で並べられている複数もしくは多数の固定子コイルであり、略四辺形形状の角筒の環状コイルである。１０４はコイル冷却用の冷媒媒体を通すための冷却媒体流路であり、支持部材１０１内に形成されている。なお、冷却媒体流路１０４は、図示したように一本であっても良いし、複数であってもよい。

１０５は固定子ヨークであり、可動子が有する可動子磁石と対向して配置される。固定子ヨーク１０５は、可動子の動きを妨げる磁気ヒステリシスやうず電流の発生を防止するために、保磁力の低い軟鉄系部材、例えばパーマロイ鋼板や、ケイ素鋼板等を積層して形成される。固定子コイル１０３は、上記支持部材に接合された固定子ヨークに更に接合された絶縁部材に接合されている。

リニアモータ可動子は、いわゆるハルバッハ配列で駆動軸方向に配列された複数の永久磁石（可動子マグネット１０６）で構成される。すなわち、可動子マグネット１０６は、略角筒状の筒内部に２周期の略サイン波磁界を発生させるようにマグネット固定板１０７に取り付けられる。マグネット固定板１０７は４面よりなる筒状に連結され、マグネット固定板１０７の各面に可動子マグネット１０６が装着される。１０８は可動子腕であり、基板１１４を載置する基板ステージ等に連結される。これにより、可動子腕１０８に連結された基板ステージにアクチュエータの動力が伝わることになる。
特開２００３−１１６２６０号

以上のような構造のリニアモータを駆動すると、冷却媒体流露１０４が設けられてはいるものの、固定子コイル１０５によるある程度の発熱は避けることができない。上述したような、駆動軸周りに環状に巻いた固定子コイル１０３と支持部材１０１の間に固定子ヨーク１０５と絶縁部材１０２を有するリニアモータ固定子において、固定子ヨーク１０５の線膨張係数と当該固定子ヨーク１０５に接着された絶縁部材１０２の線膨張係数は異なる。このため、モータ駆動時における固定子コイルの発熱と上記線膨張係数差に起因して固定子ヨーク１０５と絶縁部材１０２にバイメタル変形が生じてしまう。

例えば、上述のリニアモータにおいて、支持部材１０１（アルミ（Ａｌ））、固定子ヨーク１０５（珪素鋼）と、そのヨークに接着された絶縁部材１０２がモータ駆動時に発生する熱歪みによりバイメタル変形を起こす。そして、このようなバイメタル変形による、支持部材１０１と固定子ヨーク１０５における歪みの発生が問題となっている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、リニアモータ駆動時の発熱に起因する歪みの発生を防止することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明によるリニアモータは以下の構成を備える。即ち、
駆動軸周りに環状に巻かれ、該駆動軸方向に並ぶ複数の固定子コイルと、
前記固定子コイルの内側に設けた固定子ヨークと、
前記固定子ヨークが固定される支持部材と、
前記固定子コイルと前記固定子ヨークとの間に設けられ、該固定子コイルと該固定子ヨークとを電気的に絶縁する絶縁部材と、
前記固定子コイルと相互作用して前記駆動軸方向に推力を発生する可動子磁石とを備えたリニアモータであって、
前記固定子ヨーク及び前記絶縁部材が前記駆動軸方向で分割され、各分割位置にギャップを有して配列されていることを特徴とする。

以上の構成によれば、リニアモータ駆動時の発熱に起因する歪みの発生を防止することができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態のリニアモータは、その固定子に環状コイル、特に直線部を有する角筒型のコイルを持つリニアモータであり、温度上昇に伴ってバイメタル変形が発生する固定子ヨークと絶縁部材を等間隔もしくは非等間隔に分割し、その変形量を抑える。これにより、支持部材（Ａｌ）に対して一定の熱歪量に抑えることができ、推力を安定させることを可能とする。

以下に第１実施形態を説明する。図１は、（ａ）第１実施形態によるリニアモータ固定子の外観と、（ｂ）リニアモータ固定子の駆動軸に垂直な方向の断面を示す模式図である。また、図２は、（ａ）第１実施形態によるリニアモータ固定子の固定子コイルを除いた状態の外観と、（ｂ）リニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。なお、図２（ａ）ではギャップを明瞭に示すべくギャップ部分を強調して描いているが、環状コイルの間隔は（ｂ）に示されるように全て等間隔である。

本実施形態のリニアモータの外観および構成は図８及び図９により説明したリニアモータと同様であり、図１及び図２に示されるように、支持部材１（図８の１０１に対応する）、絶縁部材２（図８の１０２に対応する）、固定子コイル３（図８の１０３に対応する）、冷却媒体流路４（図８の１０４に対応する）、固定子ヨーク５（図８の１０５に対応する）を具備する。なお、リニアモータ可動子は上述の従来例のものと同一であるので図示及び説明を省略する。
本実施形態のリニアモータ固定子の断面を示す図２（ｂ）と上記従来例によるリニアモータ固定子の断面を示す図９との比較から明らかなように、本実施形態のリニアモータ固定子はギャップ６を有し、絶縁部材２及び固定子ヨーク５を駆動軸方向に分割していることを特徴とする。

例えば、図２の例では、固定子ヨーク５及び絶縁部材２を３つに分割しているので、夫々の熱による歪み量も１／３となる。このように、上記構成によれば、駆動時のコイルの発熱による剛体の変形、つまり、線膨張係数による固定子ヨーク５と絶縁部材２との間のバイメタル変形、及び、歪みの発生が減少され、絶縁部材２の割れやはがれを抑えることが可能となる。

なお、固定子ヨーク５及び絶縁部材２の分割位置（ギャップ間の固定子コイルの数）は図示のものに限られないことはいうまでもない。また、全て同一の間隔でギャップ６を設ける必要もない。

＜第２実施形態＞
上記第１実施形態では、固定子ヨークと絶縁部材を全て同一位置で分割していた。第２実施形態では、固定子ヨークと絶縁部材の分割位置を部分的に一致させ、絶縁部材を固定子ヨークよりも細かく分割する。すなわち、固定子ヨークの全ての分割位置は絶縁部材における分割位置と一致するが、絶縁部材には固定子ヨークの分割位置と一致しない位置にも分割位置を存在させる。

図３は第２実施形態による固定子ヨークの駆動軸方向の断面を示す図である。図３において図１、２と同じ符号は同一の構成要素を示す。第２実施形態においては、第１実施形態よりも細かく絶縁部材を駆動軸方向に分割する。特に第２実施形態では、絶縁部材２を全ての固定子コイル間で分割し、ギャップ６を設けて配置している。この構成によれば、絶縁部材の熱による歪み、膨張の影響をさらに低減することができる。 その他は第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
図４に第３実施形態を示す。第３実施形態では、ギャップ間の固定子コイルの数を１とする。すなわち、全ての固定子コイル間において、固定子ヨーク５と絶縁部材７を分割し、ギャップを設ける。第３実施形態によれば、固定子ヨークの変形が低減され、固定子全体の変形をさらに抑えることができる。その他は実施形態１と同様である。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、更に支持部材１を駆動軸方向に分割し、支持部材の熱変形による影響をも低減する。図５に第４実施形態を示す。図５において図１〜図４と同じ符号は同一の構成要素を示す。

第４実施形態では、第１実施形態の構成において、固定子ヨーク５及び絶縁部材７の分割位置で支持部材１を分割する。分割された支持部材１は、連結部材１４によって連結、固定されており、これにより冷却媒体流路４を確保し、モジュール化されている。これにより、固定子が長尺になった場合でも支持部材１の変形を抑えることが可能となる。この結果、支持部材１の形状が安定し、固定子全体の変形を抑えることができる。なお、冷却媒体流路に冷却管を用いてもよい。また、連結部材１４は、例えば金属製のパイプで形成し、これが各支持部材１を駆動軸方向に貫通して、各支持部材１を図示の状態に保持するようにしても良いし、セラミックス材料等で形成されたリング状のスペーサを連結部材１４とし、これを各支持部材１の間に挟み込み、接着により支持部材１と連結部材１４それぞれを固定するようにしても良い。その他は第１実施形態と同様である。

＜第５実施形態＞
図６に第５実施形態を示す。図６において図１〜図５と同じ符号は同一の構成要素を示す。

第５実施形態では、第２実施形態の構成において、固定子ヨーク５の分割位置で支持部材１を分割する。その他は第４実施形態と同様である。

＜第６実施形態＞
図６に第６実施形態を示す。図６において図１〜図５と同じ符号は同一の構成要素を示す。

第６実施形態では、第３実施形態の構成において、固定子ヨーク５及び絶縁部材２の分割位置で支持部材１を分割する。その他は第５実施形態と同様である。

なお、上述した各実施形態のリニアモータを図１０で説明したような露光装置のステージ装置等の駆動に利用可能であることは当業者には明らかであろう。

以上各実施形態により説明したように、固定子ヨーク５及び絶縁部材２を駆動軸方向に分割することにより、或いは更に支持部材１も駆動軸方向に分割することにより、駆動時のコイルの発熱による剛体の変形、つまり、線膨張係数による固定子ヨーク５と支持部材１の間、固定子ヨーク５と絶縁部材２との間のバイメタル問題による変形、及び、歪みの発生を減少することができる。これにより、絶縁スペーサ（絶縁部材）の割れ、はがれを抑えることが可能となる。また、高効率の環状コイルリニアモータを提供できる。

例えば、絶縁部材２としての絶縁スペーサに窒化アルミニウム、固定子ヨーク５に珪素鋼、支持部材１にアルミニウムを用いた場合で、固定子の長さを１０００ｍｍ、コイルが発熱し、５０℃になったとすると、リニアモータ端での膨張は、窒化アルミニウムが０.２２５ｍｍ、珪素鋼が０.６ｍｍ、アルミニウムが１.１６ｍｍとなる。この時、第４実施形態（図５）で示したように、それぞれの部材を３つに等分割したとすると、各々の膨張量も１／３となる。よって、歪みも１／３に低減することが可能となる。

なお、上述の実施形態によれば、絶縁部材の分割数≧固定子ヨークの分割数≧支持部材の分割数であり、支持部材の全ての分割位置は固定子ヨークの分割位置と一致しており、固定子ヨークの全ての分割位置は絶縁部材の分割位置と一致する。この条件を満足する範囲で、固定子ヨーク５、絶縁部材２、支持部材１の分割位置については種々のバリエーションが考えられることはいうまでもない。

また、上記各実施形態では、可動側に永久磁石を設けた、いわゆるムービングマグネットタイプのリニアモータを示したが、可動側にコイルを設けたムービングコイルタイプのリニアモータとしても構成可能である。また、上記実施形態では角筒型のリニアモータを示したが、円筒型のリニアモータでもよい。

図１１は、本発明に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

第１実施形態によるリニアモータ固定子の外観を示す図である。 第１実施形態によるリニアモータ固定子を固定子コイル省略して示す図、及びリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。 第２実施形態によるリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。 第３実施形態によるリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。 第４実施形態によるリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。 第５実施形態によるリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。 第６実施形態によるリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。 一般的なリニアモータの構成を説明する図である。 一般的なリニアモータ固定子の駆動軸方向の断面を示す図である。 リニアモータを適用可能な露光装置の概略構成を示す図である。 デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。

Claims (11)

1. 駆動軸周りに環状に巻かれ、該駆動軸方向に並ぶ複数の固定子コイル(3)と、
   前記固定子コイルの内側に設けた固定子ヨーク(5)と、
   前記固定子ヨークが固定される支持部材(1)と、
   前記固定子コイルと前記固定子ヨークとの間に設けられ、該固定子コイルと該固定子ヨークとを電気的に絶縁する絶縁部材(2)と、
   前記固定子コイルと相互作用して前記駆動軸方向に推力を発生する可動子磁石(106)とを備えたリニアモータであって、
   前記固定子ヨーク及び前記絶縁部材が前記駆動軸方向で分割され、各分割位置にギャップを有して配列されている(Fig.2-7)ことを特徴とするリニアモータ。
2. 前記固定子ヨークと前記絶縁部材の分割位置が少なくとも部分的に一致しており、
   各分割位置が前記駆動軸方向に隣接する固定子コイルの間に設けられる(Fig.2-7)ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記固定子ヨークと前記絶縁部材の分割位置が全て一致しており、前記分割位置が所定数の固定子コイル毎に設けられる(Fig.2,4,5,7)ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記絶縁部材の分割数が前記固定子ヨークの分割数よりも多い(Fig.3,6)ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
5. 前記絶縁部材は各固定子コイル間で分割され、前記固定子ヨークは２以上の所定数毎の固定子コイル間で分割されることを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記支持部材が、前記固定子ヨークの分割位置において分割され、連結部材で連結されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のリニアモータ。
7. 前記分割位置が等間隔に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のリニアモータ。
8. 前記固定子コイルは直線部を有する環状コイルであり、
   前記可動子磁石は複数の平面磁石列で構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のリニアモータ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のリニアモータを備え、該リニアモータによって駆動されるステージ装置。
10. 請求項１乃至８のいずれかに記載のリニアモータを備え、該リニアモータによって駆動されるステージ装置を備えた露光装置。
11. 請求項１０の露光装置によってデバイスを製造する工程を有するデバイス製造方法。

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