JP2006054966A - 磁石ユニット、リニアモータ、ステージ装置、及び露光装置、並びに磁石ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生産性を向上することができ、しかも推力変動を抑えられた磁石ユニットを備えたリニアモータを提供する。
【解決手段】 リニアモータは、磁石ユニットからなる固定子１１を備えている。固定子１１は、第１、第２磁石部材１３、１５を有している。第１、第２磁石部材１３、１５を構成する母材１３Ｂ、１５Ｂは、Ｙ軸方向に延在する第１、第２面１７、１９を有しており、その第１、第２面１７、１９には、Ｎ極又はＳ極に磁化された着磁領域が、Ｙ軸方向に関して複数並んで設けられている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、磁石ユニット、リニアモータ、ステージ装置、及び露光装置、並びに磁石ユニットの製造方法に関するものである。

半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、所謂フォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写するものである。マスクステージや基板ステージの駆動源としてはリニアモータが用いられることが多い。リニアモータは、構造が簡易で部品点数が少なく、また、駆動における摩擦抵抗が少ないために動作精度が高い等の利点を有している。下記特許文献にはリニアモータに関する技術の一例が開示されている。
特開２００３−２９９３４０号公報

ところで、従来においては、リニアモータの磁石ユニットを製造する際には、例えばネオジウム・鉄・コバルト等の磁性材料からなる母材を１つずつ着磁装置で磁化（着磁）して磁石とし、形成した複数の磁石を１つずつヨーク上に配列していた。しかしながらこのような方法では、ヨーク上に磁石を配列する作業が必要であるため、工数の増加を招き、リニアモータの生産性向上の障害となっていた。

また、リニアモータにおいては磁石の配列方向に推力が発生するが、磁石を１つずつヨーク上に配列して磁石列を形成する構成では、配列誤差によって推力が一定とならない不都合が生じる可能性もあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、生産性を向上することができ、しかも推力変動を抑えられた磁石ユニット、リニアモータ、ステージ装置、及び露光装置、並びに磁石ユニットの製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図１〜図１４に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。

本発明の第１の態様に従えば、磁石部材（１３、１５）を有する磁石ユニット（１１）であって、磁石部材（１３、１５）を構成する母材（１３Ｂ、１５Ｂ）は第１の方向（Ｙ）に延在する所定面（１７、１９）を有し、母材（１３Ｂ、１５Ｂ）の所定面（１７、１９）には、正極又は負極に磁化された第１領域（ＡＲ１）が、第１の方向（Ｙ）に関して複数並んで設けられている磁石ユニットが提供される。

本発明の第１の態様によれば、１つの母材の所定面に、磁化された第１領域を複数並べて設けたので、複数の磁石をヨーク上に配列して磁石列を形成することなく、複数の磁極を第１の方向に関して並べることができる。したがって、磁石ユニットを効率良く製造できる。また、複数の磁石をヨーク上に配列する作業を行わなくても、複数の磁極を第１の方向に関して並べることができるので、この磁石ユニットをリニアモータに適用した場合、磁石の配列誤差に伴うリニアモータの推力変動を抑えることができる。

本発明の第２の態様に従えば、磁石ユニットを備えたリニアモータ（１０）であって、磁石ユニットに上記態様の磁石ユニット（１１）が用いられているリニアモータが提供される。

本発明の第２の態様によれば、磁石ユニットを効率良く製造でき、コスト低減を図ることができる。また、複数の磁石をヨーク上に配列する作業を行わなくても、複数の磁極を第１の方向に関して並べることができるので、磁石の配列誤差に伴うリニアモータの推力変動を抑えることができる。

本発明の第３の態様に従えば、駆動装置を有するステージ装置（ＭＳＴ、ＰＳＴ）であって、駆動装置（８０、９０）に上記態様のリニアモータ（１０）が用いられているステージ装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、生産性良く製造されたリニアモータを用いることで、ステージ装置のコスト低減を図ることができる。また、推力変動が抑えられたリニアモータを用いることで、動作精度の良好なステージ装置を得ることができる。

本発明の第４の態様に従えば、基板（Ｐ）を保持する基板ステージ（ＰＳＴ）とマスク（Ｍ）を保持するマスクステージ（ＭＳＴ）とを有し、基板ステージ（ＰＳＴ）とマスクステージ（ＭＳＴ）とにより基板（Ｐ）とマスク（Ｍ）とを位置決めして基板（Ｐ）の露光を行う露光装置（ＥＸ）において、基板ステージ（ＰＳＴ）とマスクステージ（ＭＳＴ）との少なくとも一方に上記態様のステージ装置が用いられている露光装置が提供される。

本発明の第４の態様によれば、コスト低減を図られたステージ装置を用いることで、露光装置全体のコスト低減を図ることができる。また、良好に動作するステージ装置を使って基板の露光を行うことができるので、基板を精度良く露光できる。

本発明の第５の態様に従えば、母材（１３Ｂ、１５Ｂ）を磁化して磁石部材（１３、１５）を形成する工程を有する磁石ユニットの製造方法であって、母材（１３Ｂ、１５Ｂ）は第１の方向（Ｙ）に延在する所定面（１７、１９）を有し、母材（１３Ｂ、１５Ｂ）の所定面（１７、１９）のうち第１の方向（Ｙ）に並んだ複数の第１領域（ＡＲ１）のそれぞれを正極又は負極に磁化することを含む磁石ユニットの製造方法が提供される。

本発明の第５の態様によれば、１つの母材の所定面のうち第１の方向に並んだ複数の第１領域のそれぞれを互いに異なる磁極で磁化するようにしたので、複数の磁石をヨーク上に配列して磁石列を形成することなく、第１の方向に関して並んだ複数の磁極を効率良く形成することができる。そして、この磁石ユニットをリニアモータに適用した場合、磁石の配列誤差に伴うリニアモータの推力変動を抑えることができる。

本発明によれば、磁石ユニットを生産性良く製造できるので、製造コストの低減を図ることができる。また、良好に動作する磁石ユニットを備えた装置を提供できる。

＜磁石ユニット及びリニアモータ＞
〔第１の実施形態〕
以下、磁石ユニット及びリニアモータの第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は第１の実施形態に係るリニアモータを示す外観構成を示す斜視図である。なお、以下の説明においては、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。

図１において、リニアモータ１０は、Ｙ軸方向を長手方向とし、その位置が固定された固定子１１と、Ｙ軸方向に移動可能な可動子１２とを備えている。本実施形態のリニアモータ１０は、所謂ムービングコイル型のリニアモータであり、固定子１１は、第１磁石部材１３及び第２磁石部材１５を有する磁石ユニットによって構成されている。第１磁石部材１３は、Ｙ軸方向を長手方向とした略直方体形状の板状部材からなる１つの部材（母材）１３Ｂによって構成されている。同様に、第２磁石部材１５も、Ｙ軸方向を長手方向とした略直方体形状の板状部材からなる１つの部材（母材）１５Ｂによって構成されている。

第１磁石部材１３及び第２磁石部材１５のそれぞれは、平板状の第１ヨーク１４及び第２ヨーク１６に保持されている。第１ヨーク１４及び第２ヨーク１６は、Ｘ軸方向における一端部においてスペーサＳＰで支持されており、第１ヨーク１４に支持された第１磁石部材１３と第２ヨーク１６に支持された第２磁石部材１５とは対向している。

第１、第２磁石部材１３、１５（母材１３Ｂ、１５Ｂ）は磁性材料を含んで形成されている。第１、第２磁石部材１３、１５（母材１３Ｂ、１５Ｂ）を形成する磁性材料としては、例えば、ネオジム・鉄・ボロン、サマリウム・コバルト等が挙げられる。また、第１、第２ヨーク１４、１６のそれぞれも、Ｙ軸方向を長手方向とした平板状の部材によって構成されており、例えばＳＳ４００相当の低炭素鋼により形成されている。

一方、可動子１２はコイルユニットによって構成されており、その可動子１２の一部が、固定子１１を構成する第１磁石部材１３と第２磁石部材１５との間の空隙部に配置されている。

図２は可動子１２の分解斜視図である。図２において、可動子１２は、複数のコイルからなるコイル列２３を有している。コイル列２３を構成する複数のコイルは樹脂等で固められており、コイル列２３はコイル保持体２４で保持されている。コイル列２３を保持したコイル保持体２４は、ジャケット２２に内包されるように保持される。ジャケット２２は、枠体２５と、枠体２５の上下両側にそれぞれ接合してコイル列２３及びコイル保持体２４を収納する閉空間を形成する薄板状の蓋体２６、２７とを備えている。枠体２５には、コイル保持体２４をネジで取り付ける際に用いられる複数の取付用孔２８、不図示の冷媒導入口、冷媒排出口、及び電線用コネクタ取付部等が設けられており、コイル列２３を保持したコイル保持体２４はネジ止めで枠体２５に固定される。また、枠体２５を蓋体２６，２７で閉塞したとき、コイル列２３と各蓋体２６，２７との間には、コイル列２３の温度調整を行うための冷媒が流れる隙間（流路）が形成される。

図３は固定子１１を＋Ｘ側から見た側面図、図４は第１磁石部材１３の平面図である。上述したように、第１磁石部材１３は、１つの部材（母材）１３Ｂによって構成されている。第１磁石部材１３のうち、第２磁石部材１５と対向する第１面１７は、Ｙ軸方向に延在する長方形状に形成されている。そして、第１磁石部材１３（母材１３Ｂ）の第１面１７には、Ｎ極及びＳ極に磁化された着磁領域（第１領域）ＡＲ１が、Ｙ軸方向に関して複数並んで設けられている。具体的には、第１磁石部材１３の第１面１７には、隣接する磁極の極性が互いに異なるように、Ｙ軸方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に並んでいる。本実施形態においては、着磁領域ＡＲ１のそれぞれは、互いにほぼ同じ大きさで設けられている。第２磁石部材１５も、第１磁石部材１３とほぼ同様の構成を有している。すなわち、第２磁石部材１５のうち、第１磁石部材１３と対向する第２面１９には、隣接する磁極の極性が互いに異なるように、Ｙ軸方向に沿って、Ｎ極とＳ極とが交互に並んでいる。第２磁石部材１５の着磁領域ＡＲ１のそれぞれも、互いにほぼ同じ大きさで設けられている。また、第１磁石部材１３の着磁領域ＡＲ１と、その第１磁石部材１３の着磁領域ＡＲ１に対向する第２磁石部材１５の着磁領域ＡＲ１とのＹ軸方向における位置は、互いに一致している。更に、第１磁石部材１３の着磁領域ＡＲ１の磁極と、その第１磁石部材１３の着磁領域ＡＲ１に対向する第２磁石部材１５の着磁領域ＡＲ１の磁極とは、互いに異なる磁極となっている。このように配置された第１、第２磁石部材１３、１５は、第１磁石部材１３と第２磁石部材１５とによって挟まれた空間内においてＹ軸方向に沿って周期的に変化する磁界を形成する。

次に、図３及び図４に示した第１磁石部材１３を製造する方法について説明する。第１磁石部材１３を形成するに際し、まず、上述したようなネオジム・鉄・ボロン等といった磁性材料からなる粉末体を型枠に入れて圧縮成型し、その後焼結処理を行って、前記磁性材料からなる母材１３Ｂを形成する。これにより、略直方体形状を有する板状部材からなる母材１３Ｂが形成される。そして図５に示すように、母材１３Ｂは、着磁装置１によって磁化（着磁）される。着磁装置１は、母材１３Ｂを磁化（着磁）し、第１磁石部材１３を形成するものであって、母材１３Ｂの第１面１７の延在方向に沿って複数並んだ着磁用コイル等からなる着磁部材２を有している。着磁部材２のそれぞれは、母材１３Ｂの第１面１７に対向する位置に設けられている。着磁装置１は、着磁部材２に電圧を印加して磁界を発生させることで、母材１３Ｂを磁化する。着磁装置１は、複数の着磁部材２を使って、母材１３Ｂの第１面１７の延在方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に並ぶようにこの母材１３Ｂを着磁する。これにより、母材１３Ｂの第１面１７のうち、この第１面１７の延在方向に並んだ複数の領域ＡＲ１のそれぞれがＮ極及びＳ極に磁化される。なお、図５においては、互いに隣り合う着磁部材２の間に磁気シールド３がそれぞれ配置されている。磁気シールド３を配置することにより、母材１３Ｂの第１面１７に、Ｎ極とＳ極とを交互に良好に設けることができる。磁気シールド３は、例えば珪素磁性薄板、ニッケル磁性薄板（例えばパーマロイ（商品名））等の高透磁率材料によって構成されている。

なおここでは、第１磁石部材１３を製造する場合を例にして説明したが、第２磁石部材１５も同様の手順で製造することができる。

以上説明したように、１つの母材１３Ｂ、１５Ｂの第１面１７、１９に、磁化された着磁領域ＡＲ１を複数並べて設けたので、第１、第２磁石部材１３、１５を含んで構成される固定子（磁石ユニット）１１を効率良く製造できる。また、複数の磁石をヨーク上に配列して磁石列を形成するといった作業を行わなくても、複数の磁極（Ｎ極、Ｓ極）をＹ軸方向に関して並べることができるので、磁石の配列誤差に伴うリニアモータ１０の推力変動を抑えることができる。

〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第１の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。

図６はリニアモータの第２の実施形態を示す側面図である。図６において、第１ヨーク１４には、複数の母材１３Ｂａ、１３Ｂｂ、１３Ｂｃが保持されている。図６においては、第１ヨーク１４は３つの母材１３Ｂａ、１３Ｂｂ、１３Ｂｃを保持している。そして、母材１３Ｂａの第１面１７ａには、複数のＮ極とＳ極とがＹ軸方向に沿って交互に並んで設けられている。同様に、１３Ｂｂ、１３Ｂｃの第１面１７ｂ、１７ｃのそれぞれにも、複数のＮ極とＳ極とがＹ軸方向に沿って交互に並んで設けられている。そして、複数の母材１３Ｂａ、１３Ｂｂ、１３Ｂｃは、互いに密接しながら、Ｙ軸方向に関して並んで第１ヨーク１４に保持されている。同様に、第２ヨーク１６には、複数（３つ）の母材１５Ｂａ、１５Ｂｂ、１５Ｂｃが保持されており、母材１５Ｂａ、１５Ｂｂ、１５Ｂｃの第２面１９ａ、１９ｂ、１９ｃのそれぞれには、複数のＮ極とＳ極とがＹ軸方向に沿って交互に並んで設けられている。このように、第１ヨーク１４（第２ヨーク１６）は、Ｎ極又はＳ極に磁化された着磁領域ＡＲ１を複数有する母材を複数保持するようにしてもよい。また、複数の母材をヨークに取り付けるとき、互いに密接させながら取り付けることで、母材の位置決めを精度良く行うことができる。

図７は複数の母材１３Ｂａ、１３Ｂｂ、１３Ｂｃを着磁装置１で着磁している状態を示す模式図である。母材１３Ｂａ、１３Ｂｂ、１３Ｂｃのそれぞれは、上述した第１の実施形態同様、ネオジム・鉄・ボロン等といった磁性材料からなる粉末体を圧縮成型し、その後焼結処理を行うことによって形成される。そして、これら複数の母材１３Ｂａ、１３Ｂｂ、１３Ｂｃを互いに密接させながら並べて配置し、着磁部材２によって磁界を発生することで、母材１３Ｂａ、１３Ｂｂ、１３Ｂｃのそれぞれを着磁することができる。

〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態について図８及び図９を参照しながら説明する。図８はリニアモータの固定子（磁石ユニット）１１の第３の実施形態を示す側面図、図９は第１磁石部材１３の平面図である。

図８及び図９において、母材１３Ｂには、ブロック状の非磁性体１８が挿入されている。非磁性体１８は、例えばセラミックスやステンレス鋼等によって構成されている。非磁性体１８はＹ軸方向に関して所定間隔で複数並んで設けられている。そして、第１磁石部材１３の第１面１７のうち、非磁性体１８が挿入されている位置に対応する領域は磁化されていない（磁極が形成されていない）。以下の説明においては、第１磁石部材１３の第１面１７のうち、非磁性体１８が挿入されている位置に対応する領域であって、磁化されていない領域を、「非着磁領域ＡＲ２」と称する。そして図９に示すように、非着磁領域（第２領域）ＡＲ２は、互いに隣り合う着磁領域ＡＲ１どうしの間に設けられている。なお、非磁性体１８の表面が第１面１７に露出し、非着磁領域ＡＲ２が非磁性体１８で形成されていてもよいし、非磁性体１８のうち非着磁領域ＡＲ２に対応する領域の表面が磁性材料で被覆されていてもよい。

そして、非着磁領域ＡＲ２を形成するための非磁性体１８は所定間隔で設けられているため、着磁領域ＡＲ１のそれぞれはＹ軸方向に関して所定間隔あけて設けられた構成となっている。また本実施形態においては、非磁性体１８の大きさ、ひいては非着磁領域ＡＲ２の大きさのそれぞれは、互いにほぼ同じであり、非磁性体１８（非着磁領域ＡＲ２）はＹ軸方向に関してほぼ等間隔で配置されているので、着磁領域ＡＲ１のそれぞれもほぼ等間隔で配置されている。

また、第２磁石部材１５も、第１磁石部材１３とほぼ同様の構成を有しており、Ｙ軸方向に関して所定間隔（等間隔）で非磁性体１８が挿入されており、第２面１９には、第２領域ＡＲ２が、互いに隣り合う第１領域ＡＲ１どうしの間に設けられている。

互いに隣り合う着磁領域ＡＲ１どうしの間に非着磁領域ＡＲ２を設けたことにより、複数の着磁領域ＡＲ１によって形成される磁束密度の分布を、所望の分布に容易に形成することができる。例えば、第１磁石部材１３により正弦波状の交番磁界を形成する場合に、互いに隣り合う着磁領域ＡＲ１どうしの間に適当な範囲の非着磁領域ＡＲ２を設けることにより、理想的な正弦波状の交番磁界を容易に形成することができる。また、非着磁領域ＡＲ２と対応する位置に非磁性体１８を挿入した場合には、非磁性体１８以外の部分を効率的に磁化することができる。

なお、非着磁領域ＡＲ２は非磁性体１８を挿入したことによって形成され、磁束密度を有していないが、僅かに磁束密度を有していてもよい。すなわち、着磁領域ＡＲ１によって形成される磁束密度の分布を所望の分布に容易に形成することができる。

図１０は、図８及び図９に示した第１磁石部材１３を着磁装置１で着磁している様子を示す図である。第１磁石部材１３を形成する際には、第１、第２の実施形態同様、ネオジム・鉄・ボロン等といった磁性材料からなる粉末体を型枠に入れて圧縮成型するが、その際、型枠内に、上記ブロック状の非磁性体１８を所定間隔（等間隔）で予め配置しておく。非磁性体１８は型枠内で位置決めされた状態で固定される。そして、非磁性体１８が配置された型枠内に上記磁性材料からなる粉末体を入れ、その後圧縮成型する。その後焼結処理を行って、前記磁性材料からなる母材１３Ｂを形成する。これにより、非磁性体１８が挿入された母材１３Ｂが形成される。その後、図１０に示すように、母材１３Ｂは、着磁装置１によって磁化（着磁）される。図１０に示す実施形態においても、着磁装置１は磁気シールド３を有しているが、更に、本実施形態においては、母材１３Ｂ中に非磁性体１８が挿入されているため、母材１３Ｂの第１面１７に、Ｎ極とＳ極とを交互により良好に設けることができる。

〔第４の実施形態〕
図１１は第４の実施形態を示す図である。図１１に示すリニアモータ１０’は、Ｙ軸方向を長手方向とし、その位置が固定された固定子１１’と、Ｙ軸方向に移動可能な可動子１２’とを備えている。本実施形態のリニアモータ１０’は、所謂ムービングマグネット型のリニアモータであり、固定子１１’は、Ｙ軸方向に複数並んだコイルからなるコイル列２３を有するコイルユニットによって構成されている。一方、可動子１２’は、第１磁石部材１３及び第２磁石部材１５を有する磁石ユニットによって構成されている。このように、第１磁石部材１３及び第２磁石部材１５を有する磁石ユニットをムービングマグネット型のリニアモータに適用することも可能である。

一方、第１〜第３の実施形態に示したようなムービングコイル型のリニアモータ１０は、長尺な固定子（磁石ユニット）１１、すなわち後述するようなステージのストロークに応じた長い距離を有する固定子（磁石ユニット）１１を必要とする。第１、第２磁石部材１３、１５は、Ｙ軸方向に複数並んだ着磁領域ＡＲ１を有した構成であって、第１、第２ヨーク１４、１６に対して取り付けるときの工数を抑えることができるとともに、取り付け誤差（配列誤差）を低減することができるという作用を有する。したがって、第１〜第３の実施形態のように、第１、第２磁石部材１３、１５を長尺な固定子１１に適用することで、比較的短尺な可動子１２’に適用する場合に比べて、上記作用を有効利用できる。

＜ステージ装置及び露光装置＞
次に、上述した磁石ユニットを備えたリニアモータを露光装置に適用した場合の一例について説明する。図１２は露光装置ＥＸの一実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを同期移動しつつマスクＭに設けられているパターンを投影光学系ＰＬを介して基板Ｐ上に転写する所謂スキャニングステッパである。以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内における前記同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と垂直な方向（非走査方向）をＹ軸方向とする。更に、Ｘ軸まわり、Ｙ軸まわり、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向とする。また、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上にレジストが塗布されたものを含み、「マスク」は感光基板上に縮小投影されるデバイスパターンが形成されたレチクルを含む。

図１２において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持するマスクテーブルＭＴを有し、マスクテーブルＭＴにマスクＭを保持して移動可能なマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを保持する基板テーブルＰＴを有し、基板テーブルＰＴに基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージＰＳＴと、光源を有し、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターン像を基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸの動作を統括制御する制御装置（不図示）とを備えている。基板Ｐを露光する際には、制御装置は、基板ステージＰＳＴとマスクステージＭＳＴとにより基板ＰとマスクＭとを位置決めし、照明光学系ＩＬを使って、マスクＭを露光光ＥＬで照明する。マスクＭを照明した露光光ＥＬは、マスクＭを通過した後、投影光学系ＰＬを介して基板Ｐ上に照射され、この基板Ｐを露光する。

露光装置ＥＸは、マスクステージＭＳＴ及び投影光学系ＰＬを支持するメインコラム５１を備えている。メインコラム５１は床面に水平に載置されたベースプレート５０上に設置されている。このメインコラム５１の上部側及び下部側には、内側に向けて突出する上側段部５１Ａ及び下側段部５１Ｂがそれぞれ形成されている。

照明光学系ＩＬはメインコラム５１の上面に固定された支持コラム５２により支持される。照明光学系ＩＬより射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。

マスクステージＭＳＴは、マスクＭを保持するマスクテーブルＭＴと、マスクテーブルＭＴを移動するためのリニアモータを含む駆動装置とを備えている。マスクテーブルＭＴは、マスク定盤５３の上面上でＸＹ方向に移動可能に支持されている。マスク定盤５３の上面はマスクテーブルＭＴの移動を案内するガイド面となっている。マスクテーブルＭＴは、マスク定盤５３の上面に対して、エアベアリング５５により非接触支持されている。マスク定盤５３は、メインコラム５１の上側段部５１Ａに防振ユニット５４を介してほぼ水平に支持されている。また、マスクテーブルＭＴ上には、レーザ干渉計６３用のミラー６２が設けられており、マスクテーブルＭＴの位置はレーザ干渉計６３でモニタされている。なお、マスクテーブルＭＴの中央部やマスク定盤５３の中央部には、マスクＭのパターン像が通過する開口（不図示）が形成されている。

投影光学系ＰＬは複数の光学素子により構成され、これら光学素子は鏡筒で支持されている。投影光学系ＰＬは、例えば１／４又は１／５の投影倍率を有する縮小系である。なお、投影光学系ＰＬとしては等倍系あるいは拡大系のいずれでもよい。投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫの外周にはこの鏡筒ＰＫに一体化されたフランジ部５６が設けられている。また、メインコラム５１の下側段部５１Ｂには、防振ユニット５８を介してほぼ水平に鏡筒定盤５７が支持されている。鏡筒定盤５７は投影光学系ＰＬのフランジ部５６を支持している。

基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを保持する基板テーブルＰＴと、基板テーブルＰＴを移動するためのリニアモータ８０、９０を含む駆動装置とを備えている。基板テーブルＰＴは、基板定盤５９の上面上でＸＹ方向に移動可能に支持されている。基板定盤５９の上面は基板テーブルＰＴの移動を案内するガイド面となっている。基板テーブルＰＴは、基板定盤５９の上面に対して、エアベアリング６１により非接触支持されている。基板定盤５９は、ベースプレート５０に防振ユニット６０を介してほぼ水平に支持されている。また、基板テーブルＰＴ上には、レーザ干渉計６５用のミラー６４が設けられており、基板テーブルＰＴの位置はレーザ干渉計６５でモニタされている。

図１３は基板ステージＰＳＴの概略斜視図である。基板ステージＰＳＴは、基板テーブルＰＴをＸ軸方向に案内しつつ移動自在に支持するＸガイドステージ６５と、Ｘガイドステージ６５に設けられ、基板テーブルＰＴをＸ軸方向に移動可能なＸリニアモータ８０と、Ｘガイドステージ６５をＹ軸方向に移動可能な一対のＹリニアモータ９０、９０とを有している。基板テーブルＰＴは基板Ｐを真空吸着保持する基板ホルダ（不図示）を有しており、基板Ｐは基板ホルダを介して基板テーブルＰＴに支持される。

Ｘガイドステージ６５はＸ軸方向に沿った長尺形状を有しており、Ｘリニアモータ８０は、Ｘガイドステージ６５で案内しつつ基板テーブルＰＴをＸ軸方向に所定ストロークで移動可能である。Ｙリニアモータ９０、９０は、Ｘガイドステージ６５の長手方向両端に設けられ、このＸガイドステージ６５を基板テーブルＰＴとともにＹ軸方向に移動可能である。

Ｘリニアモータ８０は、Ｘガイドステージ６５にＸ軸方向に延びるように設けられた固定子８１と、この固定子８１に対応して設けられ基板テーブルＰＴに固定された可動子８２とを備えている。そして、可動子８２が固定子８１に対して駆動することで基板テーブルＰＴがＸ軸方向に移動する。ここで、基板テーブルＰＴはＸガイドステージ６５に対してＺ軸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により非接触で支持されている。基板テーブルＰＴはＸガイドステージ６５に非接触支持された状態でＸリニアモータ８０によりＸ軸方向に移動する。

Ｙリニアモータ９０のそれぞれは、Ｘガイドステージ６５の長手方向両端に設けられた可動子９２と、この可動子９２に対応して設けられた固定子９１とを備えている。そして、可動子９２が固定子９１に対して駆動することでＸガイドステージ６５が基板テーブルＰＴとともにＹ軸方向に移動する。また、Ｙリニアモータ９０、９０のそれぞれの駆動を調整することでＸガイドステージ６５はθＺ方向にも回転移動可能となっている。

基板定盤５９のＸ軸方向両側のそれぞれには、基板定盤５９とは別の第２定盤６６が設けられている。第２定盤６６も、基板定盤５９同様、ベースプレート５０上に支持されている。第２定盤６６の側面視形状は略Ｌ字状である。第２定盤６６の平面部６７上に、エアベアリング６８を介してＹリニアモータ９０の固定子９１が支持されている。固定子９１は、エアベアリング６８により第２定盤６６の平面部６７に対して非接触支持される。また、第２定盤６６の上部はガイド部６９となっており、ガイド部６９はＸガイドステージ６５の両端下面に設けられた凹部７０Ａを有する被ガイド部材７０と係合する。凹部７０Ａとガイド部６９との間には気体軸受が介在している。ガイド部６９は被ガイド部材７０と係合しつつＹ軸方向に移動するＸガイドステージ６５を案内する。

上述したように、固定子９１は、エアベアリング６８により第２定盤６６の平面部６７に対して非接触支持される。このため、運動量保存の法則によりＸガイドステージ６５及び基板テーブルＰＴの＋Ｙ方向（−Ｙ方向）の移動に応じて固定子９１が−Ｙ方向（＋Ｙ方向）に移動する。この固定子９１の移動によりＸガイドステージ６５及び基板テーブルＰＴの移動に伴う反力が相殺されるとともに重心位置の変化を防ぐことができる。すなわち、固定子９１はいわゆるカウンタマスとしての機能を有している。

そして、上記Ｘリニアモータ８０及びＹリニアモータ９０が、第１〜第３の実施形態で説明したリニアモータ１０によって構成されている。すなわち、Ｘリニアモータ８０の固定子８１は、Ｘ軸方向を延在方向とする磁石部材（１３、１５）を有しており、その磁石部材には、Ｎ極又はＳ極に磁化された着磁領域ＡＲ１がＸ軸方向に並んで設けられている。また、Ｙリニアモータ９０の固定子９１は、Ｙ軸方向を延在方向とする磁石部材（１３、１５）を有しており、その磁石部材には、Ｎ極又はＳ極に磁化された着磁領域ＡＲ１がＹ軸方向に並んで設けられている。このように、リニアモータ８０、９０の推力を発生させる方向に沿って、複数の着磁領域ＡＲ１が並んで設けられている。

また、上述したように、固定子９１は、基板テーブルＰＴの移動に伴う反力を受けるカウンタマスとしての機能を有しているため、磁石部材１３、１５（母材１３Ｂ、１５Ｂ）は、そのカウンタマスの一部を構成している。固定子９１をカウンタマスとして機能させる場合、固定子９１は所定の重量（例えば基板テーブルＰＴ及びＸガイドステージ６５を含む総重量の５倍程度）を必要とする。そのため、比較的小片な磁石を所定方向に隙間をあけつつ配列して磁石列を形成する構成では、固定子９１の総重量をかせぐことができず、別の錘部材を取り付けるなどの処置が必要となる。本実施形態においては、固定子９１として、第１、第３の実施形態で説明したような、１つの長尺な母材１３Ｂ、１５Ｂで構成された磁石部材１３、１５を用いることによって、別の錘部材を取り付けるなどの処置を施すことなく、固定子９１の重量をかせぐことができる。あるいは、第２の実施形態で説明したような、複数の母材１３Ｂ、１５Ｂを互いに密接させることによっても、固定子９１の重量をかせぐことができる。

なおここでは、第１〜第３の実施形態で示したリニアモータを、基板ステージＰＳＴに適用した場合を例にして説明したが、マスクステージＭＳＴ（マスクテーブルＭＴ）を駆動するためのリニアモータに、第１〜第３の実施形態で示したリニアモータを適用することももちろん可能である。更には、マスクステージＭＳＴに設けられたリニアモータ（固定子）を、マスクテーブルＭＴの移動に伴う反力を受けるカウンタマスとして使ってもよい。

なお上述した実施形態の露光装置ＥＸとして、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを露光する走査型の露光装置の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置にも適用することができる。更には、上述の実施形態の露光装置ＥＸとして、投影光学系ＰＬを用いることなくマスクＭと基板Ｐとを密接させてマスクＭのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用することができる。

露光装置ＥＸの用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。

投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ_２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にすればよい。

上述した実施形態においては、基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータが用られているが、その場合、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。

基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。

上述の実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図１４に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置ＥＸによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。

本発明の第１の実施形態を示す図であって、磁石ユニットを備えたリニアモータを示す外観斜視図である。 図１のコイルユニットを示す分解斜視図である。 図１の磁石ユニットを示す側面図である。 図１の磁石部材を示す平面図である。 磁石ユニットの製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施形態を示す図であって、磁石ユニットを示す側面図である。 磁石ユニットの製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第３の実施形態を示す図であって、磁石ユニットを示す側面図である。 図１の磁石部材を示す平面図である。 磁石ユニットの製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第４の実施形態を示す図であって、リニアモータを示す外観斜視図である。 本発明に係るリニアモータを備えたステージ装置を有する露光装置の概略構成図である。 基板ステージを示す外観斜視図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。

符号の説明

１０…リニアモータ、１１…固定子（磁石ユニット）、１２…可動子（コイルユニット）、１３…第１磁石部材、１４…第１ヨーク、１３Ｂ…母材、１５…第２磁石部材、１５Ｂ…母材、１６…第２ヨーク、１７…第１面（所定面）、１８…非磁性体、１９…第２面（所定面）、８０…リニアモータ、９０…リニアモータ、９１…固定子（カウンタマス）、ＡＲ１…着磁領域（第１領域）、ＡＲ２…非着磁領域（第２領域）、ＥＸ…露光装置、ＭＳＴ…マスクステージ、ＭＴ…マスクテーブル、ＰＳＴ…基板ステージ、ＰＴ…基板テーブル

Claims (15)

1. 磁石部材を有する磁石ユニットであって、
   前記磁石部材を構成する母材は第１の方向に延在する所定面を有し、
   前記母材の所定面には、正極又は負極に磁化された第１領域が、前記第１の方向に関して複数並んで設けられている磁石ユニット。
2. 前記所定面において前記正極と前記負極とが交互に並んでいる請求項１記載の磁石ユニット。
3. 前記複数の第１領域のそれぞれは所定間隔あけて設けられている請求項１又は２記載の磁石ユニット。
4. 前記母材は板状部材である請求項１〜３のいずれか一項記載の磁石ユニット。
5. 前記母材の少なくとも一部に、前記第１領域よりも低い磁束密度を有する第２領域が設けられている請求項１〜４のいずれか一項記載の磁石ユニット。
6. 前記第２領域は、互いに隣り合う前記第１領域どうしの間に設けられている請求項５記載の磁石ユニット。
7. 前記第２領域は、前記母材に挿入された非磁性体によって形成される請求項５又は６記載の磁石ユニット。
8. 前記母材を保持するヨークを備え、
   前記母材は、互いに密接しながら前記第１の方向に関して複数並んで前記ヨークに保持されている請求項１〜７のいずれか一項記載の磁石ユニット。
9. 磁石ユニットを備えたリニアモータであって、
   前記磁石ユニットに請求項１〜請求項８のいずれか一項記載の磁石ユニットが用いられているリニアモータ。
10. 固定子と可動子とを有し、前記磁石ユニットは固定子を構成している請求項９記載のリニアモータ。
11. 駆動装置を有するステージ装置であって、
    前記駆動装置に請求項９又は請求項１０記載のリニアモータが用いられているステージ装置。
12. 前記リニアモータにより移動するテーブルを有し、
    前記母材は、前記テーブルの移動に伴う反力を受けるカウンタマスの少なくとも一部を構成する請求項１１記載のステージ装置。
13. 基板を保持する基板ステージとマスクを保持するマスクステージとを有し、前記基板ステージと前記マスクステージとにより前記基板と前記マスクとを位置決めして前記基板の露光を行う露光装置において、
    前記基板ステージと前記マスクステージとの少なくとも一方に請求項１１又は請求項１２記載のステージ装置が用いられている露光装置。
14. 母材を磁化して磁石部材を形成する工程を有する磁石ユニットの製造方法であって、
    前記母材は第１の方向に延在する所定面を有し、
    前記母材の所定面のうち前記第１の方向に並んだ複数の第１領域のそれぞれを正極又は負極に磁化することを含む磁石ユニットの製造方法。
15. 前記母材は、前記第１領域どうしの間に非磁性体からなる第２領域を有する請求項１４記載の磁石ユニットの製造方法。
    

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