JP2015213399A - リニアモータ、ステージ装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て及び保守のうち少なくとも一方に有利なリニアモータを提供する。【解決手段】長手方向としての第１方向に沿う２つの直線状部分を含むコイルと、前記２つの直線状部分を介して対向し、且つ、前記第１方向に沿って設けられた一対の冷却管と、前記コイル及び前記一対の冷却管が挿入される中空部が形成された磁石と、前記一対の冷却管に取り付けられ、前記一対の冷却管のための冷却剤の流路が形成されたアタッチメントと、を有し、前記一対の冷却管は、それぞれ、前記第１方向において、前記コイルから突出した突出部を含み、前記アタッチメントを取り付けた状態で前記コイル及び前記一対の冷却管が前記中空部に挿入可能であるように、前記アタッチメントが前記突出部に取り付けられていることを特徴とするリニアモータを提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、リニアモータ、ステージ装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。

描画装置、露光装置、インプリント装置などのリソグラフィ装置では、基板を保持して移動可能なステージとして、例えば、メカガイドがなく、全軸を磁気アクチュエータで駆動される磁気浮上ステージなどの精密ステージが用いられうる。このような精密ステージには、より高精度な制御を実現するため、ローレンツ力を利用した磁気アクチュエータが用いられうる（特許文献１参照）。

特許文献１には、リニアモータを含むステージ装置が開示されている。但し、このようなステージ装置は、リニアモータの発熱が問題となる。そこで、特許文献１に開示されたステージ装置は、リニアモータを冷却するための冷却機構を備えている。具体的には、板状のコイルユニットの端部にアタッチメントを取り付け、かかるアタッチメントに、コイルユニットの支持部材に形成された流路に冷媒を供給する供給管が接続されている（即ち、アタッチメントから供給管を引き出している）。

特許第２５１０８７４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステージ装置では、可動子である磁石ユニットよりもアタッチメントが出っ張っているため、アタッチメントを取り付けた状態でコイルユニットを磁石ユニットに挿入することができない。従って、コイルユニットを磁石ユニットに挿入した後に、コイルユニットにアタッチメントを取り付けなければならず、組み立て作業やメンテナンス（保守）作業が煩雑になってしまう。

本発明は、組み立て及び保守のうち少なくとも一方に有利なリニアモータを提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのリニアモータは、長手方向としての第１方向に沿う２つの直線状部分を含むコイルと、前記２つの直線状部分を介して対向し、且つ、前記第１方向に沿って設けられた一対の冷却管と、前記コイル及び前記一対の冷却管が挿入される中空部が形成された磁石と、前記一対の冷却管に取り付けられ、前記一対の冷却管のための冷却剤の流路が形成されたアタッチメントと、を有し、前記一対の冷却管は、それぞれ、前記第１方向において、前記コイルから突出した突出部を含み、前記アタッチメントを取り付けた状態で前記コイル及び前記一対の冷却管が前記中空部に挿入可能であるように、前記アタッチメントが前記突出部に取り付けられていることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、組み立て及び保守のうち少なくとも一方に有利なリニアモータを提供することができる。

本発明の一側面としての描画装置の構成を示す概略図である。 図１に示す描画装置における磁気ステージの構成を示す図である。 図１に示す描画装置における磁気ステージの構成を示す図である。 図１に示す描画装置におけるＺ駆動コイル及びＺ駆動磁石の構成を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての描画装置１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は、描画装置１の上面図であり、図１（ｂ）は、描画装置１の正面図であり、図１（ｃ）は、描画装置１における描画時のステージの移動軌跡を示す図である。描画装置１は、パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、荷電粒子線で基板に描画を行う。なお、荷電粒子線は、電子線に限定されるものではなく、例えば、イオンビームなどであってもよい。描画装置１は、荷電粒子光学系１０と、真空チャンバ２０と、ベース３０と、Ｘ移動体４０２及びＹ移動体４０４を含むステージ装置４０とを有する。

荷電粒子光学系１０は、真空チャンバ２０に支持され、パターンを形成するための荷電粒子線を基板に照射する。真空チャンバ２０の内部、具体的には、真空チャンバ２０の底面にはベース３０が設けられている。また、ベース３０の上には、ベース３０に対してＸ軸方向に移動するＸ移動体（Ｘステージ）４０２が設けられ、Ｘ移動体４０２の上には、ベース３０に対してＹ軸方向に移動するＹ移動体（Ｙステージ）４０４が設けられている。

Ｙ移動体４０４は、物体としての基板を保持する。また、Ｙ移動体４０４の上には、Ｘバーミラー４０６及びＹバーミラー４０８が設けられており、干渉計（不図示）によってＹ移動体４０４の６軸方向の位置を計測することが可能になっている。Ｙ移動体４０４は、後述するように、磁気浮上し、６軸方向に位置制御される。描画時には、図１（ｃ）に示すように、基板上の数μｍから数十μｍの幅を描画しながらＹ移動体４０４をＹ方向に高速で移動させ（スキャンし）、Ｙ方向への移動が終了したらＹ移動体４０４を数μｍから数十μｍだけＸ方向に移動させることを繰り返す。このような移動を実現するために、Ｙ移動体４０４は、磁気浮上して磁気ガイドされている。

図２（ａ）乃至図２（ｃ）、及び、図３を参照して、Ｙ移動体４０４を含む磁気ステージの構成について説明する。図２（ａ）は、Ｙ移動体４０４を含む磁気ステージの全体の上面図であり、図２（ｂ）は、Ｙ移動体４０４を含む磁気ステージの全体の正面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す磁気ステージのＡ−Ａ矢視図である。図３は、Ｙ移動体４０４を含む磁気ステージの全体の拡大正面図である。

Ｘ移動体４０２の上には、固定部材によって、第１Ｙ駆動コイル４２０ａ、第２Ｙ駆動コイル４２０ｂ、第１Ｚ駆動コイル４３０ａ、第２Ｚ駆動コイル４３０ｂ、第３Ｚ駆動コイル４３０ｃ、第４Ｚ駆動コイル４３０ｄ及びＸ駆動コイル４４０が固定されている。また、これらの各々を囲むように、第１Ｙ駆動磁石４５０ａ、第２Ｙ駆動磁石４５０ｂ、第１Ｚ駆動磁石４６０ａ、第２Ｚ駆動磁石４６０ｂ、第３Ｚ駆動磁石４６０ｃ、第４Ｚ駆動磁石４６０ｄ、Ｘ駆動磁石４７０が設けられている。

第１Ｙ駆動コイル４２０ａ及び第２Ｙ駆動コイル４２０ｂのそれぞれは、複数の多相のコイルで構成されている。第１Ｙ駆動磁石４５０ａは、図３に示すように、中間部材４５２を介して、第１Ｙ駆動コイル４２０ａを上下から一対のヨーク４５４及び磁石４５６で挟み込む構造を有する。また、第２Ｙ駆動磁石４５０ｂは、第１Ｙ駆動磁石４５０ａと同様に、第２Ｙ駆動コイル４２０ｂを挟み込む構造を有する。磁石４５６は、図３の紙面に垂直な方向、図２（ａ）のＹ軸方向に多極の磁石を配列することで構成されており、位置に応じて駆動コイルの電流位相制御を行うことでＹ軸方向の長ストローク移動を可能にしている。

第１Ｚ駆動コイル４３０ａ乃至第４Ｚ駆動コイル４３０ｄ及びＸ駆動コイル４４０は、単相の長円形コイルで構成されている。これらの駆動コイルに対応する磁石は各長円形コイルの２つの直線部分に逆の磁場を与えるように構成され、かかる駆動コイルに電流を流すことで長円形コイルの扁平面内において直線部分に直交する方向の力が発生する。

Ｘ駆動磁石４７０は、図３に示すように、中間部材４７２を介して、Ｘ駆動コイル４４０を上下から一対のヨーク４７４及び磁石４７６で挟み込む構造を有する。磁石４７６は、水平方向に磁化方向が逆となる磁石を配列すること、即ち、二極で構成されており、各極がＸ駆動コイル４４０（長円形コイル）の直線部分に逆方向の磁場を与える。

第１Ｚ駆動磁石４６０ａは、図３に示すように、中間部材４６２を介して、第１Ｚ駆動コイル４３０ａを左右から一対のヨーク４６４、第１磁石４６６及び第２磁石４６８で挟み込む構造を有する。第１磁石４６６と第２磁石４６８とは、逆方向に着磁されており、第１Ｚ駆動コイル４３０ａ（長円形コイル）の直線部分に逆方向の磁場を与える。また、第２Ｚ駆動磁石４６０ｂ、第３Ｚ駆動磁石４６０ｃ及び第４Ｚ駆動磁石４６０ｄのそれぞれは、第１Ｚ駆動磁石４６０ａと同様に、第２Ｚ駆動コイル４３０ｂ、第３Ｚ駆動コイル４３０ｃ及び第４Ｚ駆動コイル４３０ｄを挟み込む構造を有する。

Ｙ移動体４０４のＹ軸方向の位置制御及びＺ軸周りの位置制御は、第１Ｙ駆動磁石４５０ａ、第１Ｙ駆動コイル４２０ａ、第２Ｙ駆動磁石４５０ｂ及び第２Ｙ駆動コイル４２０ｂを用いて行う。また、Ｙ移動体４０４のＸ軸周り及びＹ軸周りの位置制御は、第１Ｚ駆動磁石４６０ａ乃至第４Ｚ駆動磁石４６０ｄ、及び、第１Ｚ駆動コイル４３０ａ乃至第４Ｚ駆動コイル４３０ｄを用いて行う。

Ｙ移動体４０４の磁気浮上は、固定浮上ユニット４８０と可動浮上ユニット４９０との間に働く永久磁石の吸引力によって行う。固定浮上ユニット４８０は、磁性体で構成され、可動浮上ユニット４９０は、磁性体４９２と、磁性体４９２の上に設けられ、互いに鉛直逆方向に着磁された第１永久磁石４９４及び第２永久磁石４９６とで構成されている。従って、固定浮上ユニット４８０と第１永久磁石４９４及び第２永久磁石４９６とが空隙を介して対面することで吸引力が発生する。

このような構成において、Ｚ駆動コイル（第１Ｚ駆動コイル４３０ａ乃至第４Ｙ駆動コイル４３０ｄ）は、主に、Ｚ軸方向の位置及びチルトの制御に用いられる。このため、Ｚ駆動コイルには、微弱な電流しか流れないため、巻き数の少ない薄型のコイル、本実施形態では、単相の長円形コイルが用いられる。従って、Ｚ駆動コイルに溶接又は接着され、かかるＺ駆動コイルを冷却する冷却管の断面積も小さくなる。

図４は、本実施形態におけるＺ駆動コイル４３０及びＺ駆動磁石４６０の構成を示す斜視図である。本実施形態では、Ｚ駆動コイル４３０及びＺ駆動磁石４６０は、後述する冷却管５００及びアタッチメント５４０と協同してリニアモータを構成している。

Ｚ駆動コイル４３０は、Ｙ軸方向（第１方向）を長手方向とし、Ｚ軸方向（第２方向）を短手方向とする板状のコイルユニットであって、図３に示すように、Ｙ軸方向に沿う２つの直線状部分を含む。Ｚ駆動コイル４３０は、上述したように、単相の長円形コイルで構成されている。

Ｚ駆動コイル４３０には、Ｙ軸方向に延在する冷却管５００が溶接又は接着を介して固定されている。冷却管５００は、冷却剤が流れる流路５１０を含み、Ｚ駆動コイル４３０の２つの直線状部分を介して対向し、且つ、Ｙ軸方向に沿って設けられた一対の冷却管、即ち、第１冷却管５００ａ及び第２冷却管５００ｂで構成されている。冷却剤は、Ｚ駆動コイル４３０を冷却するための液体又は気体（クーラント）である。第１冷却管５００ａ及び第２冷却管５００ｂは、それぞれ、Ｙ軸方向において、Ｚ駆動コイル４３０から突出した突出部５２０を含む。また流路５１０の端部には、流路５１０を閉じる栓５３０が取り付けられている。

Ｚ駆動磁石４６０は、上述したように、中間部材４６２を介して、Ｚ駆動コイル４３０を左右から一対のヨーク４６４、第１磁石４６６及び第２磁石４６８で挟み込む構造を有する。このように、Ｚ駆動磁石４６０は、Ｚ駆動コイル４３０及び冷却管５００が挿入される中空部４６９が形成された（即ち、筒状の）磁石ユニットを構成する。また、上述したように、第１磁石４６６と第２磁石４６８とは、逆方向に着磁されており、Ｚ駆動コイル４３０（長円形コイル）の直線部分に逆方向の磁場を与える。

ここで、上述したように、冷却管５００の断面積は小さく、冷却剤を供給する供給装置の供給管を流路５１０に直接接続することができない。そこで、本実施形態では、冷却剤を冷却管５００の流路５１０に導入するためのアタッチメント５４０を冷却管５００に取り付けている。具体的には、アタッチメント５４０を取り付けた状態でＺ駆動コイル４３０及び冷却管５００がＺ駆動磁石４６０の中空部４６９に挿入可能であるように、アタッチメント５４０が冷却管５００の突出部５２０に取り付けられている。換言すれば、アタッチメント５４０を、冷却管５００の端面とＺ駆動コイル４３０の端面に接し、Ｚ駆動コイル４３０の厚さを超えない空間（冷却管５００の２つの突出部５２０の間）に配置している。また、アタッチメント５４０のＹ軸方向の長さは、冷却管５００のＹ軸方向の長さより短く、Ｙ軸方向において、冷却管５００から突出しないように構成されている。なお、アタッチメント５４０と冷却管５００の突出部５２０とは、取り付けの際に、溶接又は接着される。

アタッチメント５４０は、冷却管５００と同程度の厚さである（即ち、断面積が小さい）ため、Ｙ軸方向において、その端面に冷却剤を供給する供給装置の供給管を直接接続することができない。そこで、アタッチメント５４０は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な面（即ち、Ｚ駆動コイル４３０の２つの直線状部分を含む面）５４２を有し、かかる面５４２に、冷却剤を供給する供給装置の供給管が接続される接続口５４４を有する。アタッチメント５４０には、接続口５４４を介して冷却管５００の流路５１０に連通する連通路（不図示）が形成されており、供給装置からの冷却剤を流路５１０に導入することができる。

このように、冷却管５００の断面積が小さい場合でも、アタッチメント５４０を取り付けることで、Ｚ駆動コイル４３０の長手方向（Ｙ軸方向）の寸法を拡大することが可能となる。従って、接続口５４４の内側の寸法（内径）を、冷却管５００のそれぞれの流路５１０の内側の寸法（内径）より大きくするこができ、十分な連通路用の断面積を確保することができる。

本実施形態によれば、アタッチメント５４０を冷却管５００に取り付けた状態でＺ駆動コイル４３０をＺ駆動磁石４６０に挿入することができるため、組み立て作業やメンテナンス（保守）作業が簡便になる。また、冷却剤を供給する供給装置の供給管は、全てを組み立てた後でアタッチメント５４０の接続口５４４に、例えば、ねじ締結などで接続すればよい。

描画装置１は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に描画装置１を用いてパターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、かかる工程でパターンを形成された基板を処理（現像）する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、単相の長円形コイルを用いるリニアモータへの適用例を説明したが、本発明は、複数の多相のコイルを用いるリニアモータにも適用可能である。また、本発明は、リソグラフィ装置を描画装置に限定するものではなく、露光装置やインプリント装置などのリソグラフィ装置にも適用することができる。ここで、露光装置は、光や荷電粒子等のビームを用い、レチクル又はマスク及び投影光学系を介して基板を露光するリソグラフィ装置である。また、インプリント装置は、基板上のインプリント材（樹脂など）をモールド（型）により成形してパターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。

１：描画装置 ４３０：Ｚ駆動コイル ４６０：Ｚ駆動磁石 ４６９：中空部 ５００：冷却管 ５１０：流路 ５２０：突出部 ５４０：アタッチメント

Claims (11)

1. 長手方向としての第１方向に沿う２つの直線状部分を含むコイルと、
   前記２つの直線状部分を介して対向し、且つ、前記第１方向に沿って設けられた一対の冷却管と、
   前記コイル及び前記一対の冷却管が挿入される中空部が形成された磁石と、
   前記一対の冷却管に取り付けられ、前記一対の冷却管のための冷却剤の流路が形成されたアタッチメントと、を有し、
   前記一対の冷却管は、それぞれ、前記第１方向において、前記コイルから突出した突出部を含み、
   前記アタッチメントを取り付けた状態で前記コイル及び前記一対の冷却管が前記中空部に挿入可能であるように、前記アタッチメントが前記突出部に取り付けられていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記アタッチメントは、
   前記２つの直線状部分を含む面を有し、
   前記冷却剤のための管が接続される接続口を前記面に有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記アタッチメントは、２つの前記突出部の間に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 前記アタッチメントの前記第１方向の長さは、前記突出部の前記第１方向の長さより短いことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のリニアモータ。
5. 前記コイルは、単相の長円形コイルを含むことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のリニアモータ。
6. 前記接続口の内側の寸法は、前記一対の冷却管それぞれの内側の寸法より大きいことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
7. 前記アタッチメントと前記突出部とは、溶接又は接着されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 前記コイルと前記一対の冷却管とは、溶接又は接着を介して固定されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のリニアモータ。
9. 物体を保持するステージと、
   前記ステージを移動させる請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のリニアモータと、
   を有することを特徴とするステージ装置。
10. パターンを物体に形成するリソグラフィ装置であって、
    前記物体を移動させる請求項９に記載のステージ装置を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
11. 請求項１０に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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