JP4653189B2 - リニアモータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイス等を製造するための露光装置等に搭載されるステージ装置の駆動源として好適なリニアモータの製造方法に関するものである。

磁石とコイルの間に生じるローレンツ力によって前記磁石と前記コイルを相対的に移動するリニアモータは、例えば特許文献１により知られている。

特許文献１のリニアモータは、極性方向が周期的に逆向きになるように配列された複数の第１磁石と、極性方向が周期的に逆向きになるように第１磁石に隣接して配列された複数の第２磁石を有する第１磁石群と、極性方向が周期的に逆向きになるように配列された複数の第３磁石と、極性方向が周期的に逆向きになるように第３磁石に隣接して配列された複数の第４磁石を有する第２磁石群を、保持部材の表面と裏面にそれぞれ一体に連結して可動子を形成している。

また、これら第１及び第２磁石群に対向して固定子となる電磁コイルを複数設け、これらのコイルに電流を流すことで可動子との間に可動子を駆動するための推力としてのローレンツ力を発生している。
特開２００２−３２５４２１号公報

リニアモータは、対向して設けられている永久磁石としての磁石とコイルによって可動子の移動方向に推力としてのローレンツ力を発生するものであるが、本発明者は、リニアモータの可動子と固定子の間には推力の発生方向以外にも力が発生し、これが可動子に作用していることを発見した。この推力と異なる不要な力は、推力発生方向と交差する方向、特別には推力発生方向と直交する方向に固定子に対して可動子を移動させるよう作用し、可動子を固定子に接近または接触させてしまうという現象を生じさせる。また、この推力と異なる不要な力は、固定子に対して可動子を傾かせるという現象を生じさせる。

このような現象は、リニアモータの高精度な制御を困難にし、リニアモータを利用するステージ装置の位置決め精度を悪化させる。

そこで、本発明の課題は、高精度な制御を可能にするリニアモータを提供することにある。

なお、推力と異なる不要な力は、コイルの中心軸に対して磁石の着磁方向（Ｎ極からＳ極へ向かう磁束ベクトルの方向）が傾いてコイルに対する磁束密度分布が上部と下部で実質的に同一ではなくなるために生じると考えられる。

また、コイルの中心軸とは、特許文献１のように、複数のコイルをその端面が推力発生方向（可動子の移動方向）に平行もしくは実質的に平行となるように並べて配置するリニアモータの場合には、コイルの中心もしくは実質的に中心を通りコイルの端面に垂直もしくは実質的に垂直な線を含む仮想線のことである。コイルの中心におけるコイルの極性方向はコイルの中心軸に平行もしくは実質的に平行である。

従って、複数のコイルをその端面が推力発生方向（可動子の移動方向）に垂直もしくは実質的に垂直となるように重ねて配置するリニアモータの場合には、コイルの中心軸とは、コイルの中心もしくは実質的に中心を通りコイルの端面に垂直もしくは実質的に垂直な線と交差もしくは直交する線を含む仮想線を意味すると理解すべきである。

上記課題を解決するため、本発明は、磁石とコイルの間に生じるローレンツ力によって前記磁石と前記コイルを相対的に移動するリニアモータを製造する製造方法において、前記コイルの中心軸に沿って前記磁石を２つ設け、設計上の各磁石の着磁方向に対する、実際の各磁石の着磁方向の傾きが、前記中心軸に対して互いに逆方向に傾くように配置することを特徴とする。

（作用）
本発明によれば、コイルの中心軸に対して磁石の着磁方向が傾いている場合でも、可動子と固定子の間に推力の発生方向以外に発生する力を小さくもしくは発生しないようにできる。ここで、発生しないとは、文字通り可動子と固定子の間には推力の発生方向以外の力が発生しない場合と、発生はするがリニアモータの高精度な制御には影響を与えない程度である場合の両方を含む。

以上説明したように、本発明によれば、リニアモータを高精度に制御できる。

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＞
図１は一実施形態を示すもので、このリニアモータは、図示のＸＹＺ座標系において、可動子１０を固定子２０に対して相対的にＸ軸方向に移動させるものである。

このリニアモータは、それぞれの極性方向が周期的に逆向きになるように配列された永久磁石としての第１磁石１ａ，１ｃと、それぞれの極性方向が周期的に逆向きになるように第１磁石１ａ，１ｃの間に交互に隣接して配列された永久磁石としての第２磁石１ｂ，１ｄを有する第１磁石群１ａ〜１ｄを、磁性材もしくは非磁性材で形成された保持部材７の一方の面上でＸ軸方向に並べて配列して一体に連結している。第１磁石１ａ，１ｃの設計上の着磁方向（Ｎ極からＳ極へ向かう磁束ベクトルの方向）は可動子１０の移動方向となるＸ軸方向と直交するＹ軸方向に平行とされ、第２磁石１ｂ，１ｄの設計上の着磁方向はＸ軸方向に平行とされている。

保持部材７の他方の面上には第２磁石群５ａ〜５ｄが同様にＸ軸方向に並べて配列されている。第２磁石群も第１磁石群と同様に、それぞれの極性方向が周期的に逆向きになるように配列された永久磁石としての第３磁石５ａ，５ｃと、それぞれの極性方向が周期的に逆向きになるように第３磁石５ａ，５ｃの間に交互に隣接して配列された永久磁石としての第４磁石５ｂ，５ｄを有する。第３磁石５ａ，５ｃの設計上の着磁方向（Ｎ極からＳ極へ向かう磁束ベクトルの方向）は可動子１０の移動方向となるＸ軸方向と直交するＹ軸方向に平行とされ、第４磁石５ｂ，５ｄの設計上の着磁方向はＸ軸方向に平行とされている。

第１磁石１ａ，１ｃと第３磁石５ａ，５ｃは、設計上では互いに極性方向（Ｎ極からＳ極へ向かう磁束ベクトル）が同じ向きになるように配列され、第２磁石１ｂ，１ｄと第４磁石５ｂ，５ｄは、設計上では互いに極性方向が逆向きになるように配列される。

リニアモータの可動子１０は、第１磁石群１ａ〜１ｄ、第２磁石群５ａ〜５ｄ、及び保持部材７を有している。一方、リニアモータ２０の固定子２０は、コイルとしての電磁コイル２ａ，２ｂ、及び電磁コイル２ａ，２ｂをそれぞれ固定保持するヨーク３ａ，３ｂを有している。電磁コイル２ａ，２ｂはＸＺ面に沿って巻き回されたコイルを有している。コイル中心軸８は、コイル２ａ，２ｂの中心もしくは実質的に中心を通りコイルの端面（ＸＺ面に平行もしくは実質的に平行である）に垂直もしくは実質的に垂直な線を含む仮想線のことであり、コイル２ａ，２ｂの中心におけるコイルの極性方向はコイルの中心軸に平行もしくは実質的に平行である。

複数の上部電磁コイル２ａは、第１磁石群１ａ〜１ｄに対向するように設けられ、複数の下部電磁コイル２ｂは、第２磁石群５ａ〜５ｄに対向するように設けられている。ヨーク３ａは電磁コイル２ａの反磁石側に設けられ、ヨーク３ｂは電磁コイル２ｂの反磁石側には設けられる。ヨーク３ａに固定された複数の電磁コイル２ａは、それぞれ電気角で９０度、１８０度、２７０度、３６０度ずれて配置され、ヨーク３ｂに固定された複数の電磁コイル２ｂは、それぞれ電気角で９０度、１８０度、２７０度、３６０度ずれて配置されている。

固定子２０側の電磁コイル２ａ，２ｂに電流を流すことで、可動子１０側の磁石群１ａ〜１ｄ，５ａ〜５ｄとの間に稼動し移動方向としてのＸ軸方向に推力としてのローレンツ力を発生する。

なお、本実施形態は、磁石１ａ〜１ｄ，５ａ〜５ｄ側をリニアモータの固定子とし、電磁コイル２ａ，２ｂ側を可動子にしてもよい。また、本発明は、磁石１ａ〜１ｄ，５ａ〜５ｄの両側にコイル２ａ，２ｂを配置するのではなく、磁石１ａ〜１ｄと磁石５ａ〜５ｄをＹ軸方向に離して配置し、その間にコイル２ａ（または２ｂ）を配置するようなリニアモータに適用しても良い。

ところで、本実施形態でも、第１磁石１ａ，１ｃや第３磁石５ａ，５ｃの着磁方向、換言するとＮ極からＳ極へ向かうベクトルの方向は、Ｙ軸方向つまりコイル中心軸８と平行になるように設計される。しかし、実際は設計通りにはならず、その着磁方向はＹ軸方向に対して任意の方向に傾いていることが、本発明者により発見された。

この場合、上部電磁コイル２ａの存在領域における磁束密度分布と下部電磁コイル２ｂの存在領域における磁束密度分布に差が生じ、Ｘ軸方向の推力以外にＹ方向の推力やＺ軸回りの回転力が発生することになる。

本実施形態は、この可動子１０への推力とは異なる不要な力の発生を抑える、小さくする、もしくは発生させないために図２に示す構成を有する。図２において、磁石１ｃの着磁方向は、コイル中心軸８（Ｙ軸方向）に平行もしくは実質的に平行な設計上の着磁方向からＸＹ面上で反時計回りにある傾きを持っている。また、磁石５ｃの着磁方向は、コイル中心軸８（Ｙ軸方向）に平行もしくは実質的に平行な設計上の着磁方向からＸＹ面上で時計回りにある傾きを持ち、コイル中心軸８に対する磁石１ｃ，５ｃの着磁方向の傾きが異なり、もしくは傾きを異ならせている。

このように配置することで、電磁コイル２ａの存在領域における磁束密度分布と電磁コイル２ｂの存在領域における磁束密度分布を一致もしくは実質的に一致するように調整することができる。この調整によれば、Ｘ軸方向以外にＹ方向の推力やＺ軸回りの回転力が電磁コイル２ａ側と電磁コイル２ｂ側の一方で発生したとしても、他方側の磁石の着磁方向を傾けてそれを完全に相殺もしくは実質的に相殺することが可能となる。ここで実質的に相殺とは、可動子１０のＸ軸方向の移動に影響を与えない程度にＹ方向の推力やＺ軸回りの回転力を小さくすることである。

なお、本実施形態では、磁石１ｃ，５ｃのコイル中心軸８に対する着磁方向の傾きの総和が略ゼロになるように配置すると好ましく、更にＸＹ面において、コイル中心軸８に対する磁石１ｃの着磁方向の傾きを△θ１、コイル中心軸８に対する磁石５ｃの着磁方向の傾きを（−△θ５）とするとき、傾き△θ１と傾き（−△θ５）の和がゼロもしくは略ゼロとなるようにするのが好ましい。

磁石１ｃ，５ｃのコイル中心軸８に対する着磁方向の傾きの調整は、保持部材７に設けられた調整機構（不図示）もしくは保持部材７と磁石１ｃ，５ｃの間に調整部材を挟み込むことによって、磁石１ｃ，５ｃの少なくとも一方をＸ，Ｙ，Ｚの少なくとも一つの軸回りに回転もしくは傾けることにより行う。好ましくはＺ軸回りに回転もしくは傾けることにより行う。磁石１ａ，５ａも同様な関係に調整することが好ましい。

＜第２実施形態＞
図３に第２実施形態を示す。この実施形態は、実施形態１に対して磁石１ｂ，５ｂの組と、磁石１ｄ，５ｄの組に関しても着磁方向の調整を行うようにした点が異なっている。実施形態１と同様な部分の説明は繰り返さない。

本実施形態は、可動子１０への推力とは異なる不要な力の発生を抑える、小さくする、もしくは発生させないために図３に示す構成を有する。図３において、磁石１ｂの着磁方向は、コイル中心軸８（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に平行もしくは実質的に平行な設計上の着磁方向からＸＹ面上で時計回りにある傾きを持っている。また、磁石５ｂの着磁方向は、コイル中心軸８（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に平行もしくは実質的に平行な設計上の着磁方向からＸＹ面上で反時計回りにある傾きを持ち、コイル中心軸８に対する磁石１ｂ，５ｂの着磁方向の傾きが異なり、もしくは傾きを異ならせている。

換言すれば、磁石１ｂ，５ｂの着磁方向は、コイル中心軸８（Ｙ軸方向）に平行もしくは実質的に平行な方向からＸＹ面上でそれぞれ逆方向にある傾きを持って、着磁方向を異ならせている。

このように配置することで、電磁コイル２ａの存在領域における磁束密度分布と電磁コイル２ｂの存在領域における磁束密度分布を一致もしくは実質的に一致するように調整することができる。この調整によれば、Ｘ軸方向以外にＹ方向の推力やＺ軸回りの回転力が電磁コイル２ａ側と電磁コイル２ｂ側の一方で発生したとしても、他方側の磁石の着磁方向を傾けてそれを完全に相殺もしくは実質的に相殺することが可能となる。ここで実質的に相殺とは、可動子１０のＸ軸方向の移動に影響を与えない程度にＹ方向の推力やＺ軸回りの回転力を小さくすることである。

なお、本実施形態では、磁石１ｂ，５ｂのコイル中心軸８に対する着磁方向の傾きの総和が略ゼロになるように配置すると好ましく、更にＸＹ面において、コイル中心軸８に対する磁石１ｂの着磁方向の傾きを△θ１、コイル中心軸８に対する磁石５ｂの着磁方向の傾きを（−△θ５）とするとき、傾きΔθ１と傾き（−△θ５）の和がゼロもしくは略ゼロとなるようにするのが好ましい。

磁石１ｂ，５ｂのコイル中心軸８に対する着磁方向の傾きの調整は、保持部材７に設けられた調整機構（不図示）もしくは保持部材７と磁石１ｂ，５ｂの間に調整部材を挟み込むことによって、磁石１ｂ，５ｂの少なくとも一方をＸ，Ｙ，Ｚの各軸回りに回転もしくは傾けることにより行う。好ましくはＺ軸回りに回転もしくは傾けることにより行う。磁石１ｄ，５ｄも同様な関係に調整することが好ましい。

＜第３実施形態＞
上述の実施形態では、２つの磁石をコイル中心軸に沿って並べ、各磁石の着磁方向の傾きが異なるように配置する例を示したが、３つ以上の磁石をコイル中心軸に沿って並べてＹ方向の推力やＺ軸回りの回転力を小さくする調整を行うようにしても良い。

＜第４実施形態＞
図４は、上記と同様のリニアモータＭ１，Ｍ２を駆動部とするステージ装置をウエハステージとする半導体デバイス製造用の露光装置を示す。

この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルＲを介して基板としての半導体ウエハＷ上に光源６１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）６２を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。

この露光装置は、定盤５１上にガイド５２とリニアモータ固定子２１を固設している。前述と同様に、リニアモータ固定子２１は多相電磁コイルを、リニアモータ可動子１１は永久磁石群を有している。リニアモータ可動子１１を可動部５３として、ステージである可動ガイド５４に接続し、リニアモータＭ１の駆動によって可動ガイド５４を紙面法線方向に移動させる。可動部５３は、定盤５１の上面を基準に静圧軸受５５で、ガイド５２の側面を基準に静圧軸受５６で支持される。

可動ガイド５４を跨ぐようにして配置したステージである移動ステージ５７は静圧軸受５８によって支持されている。この移動ステージ５７は、上記と同様のリニアモータＭ２によって駆動され、可動ガイド５４を基準に移動ステージ５７が紙面左右方向に移動する。移動ステージ５７の動きは、移動ステージ５７に固設したミラー５９および干渉計６０を用いて計測する。

移動ステージ５７に搭載したチャック上に基板であるウエハＷを保持し、光源６１、投影光学系６２によって、原版であるレチクルＲのパターンをウエハＷ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで縮小転写する。

なお、本発明のリニアモータは、マスクを使用せずに半導体ウエハ上に回路パターンを直接描画してレジストを露光するタイプの露光装置にも、同様に適用できる。

＜第５実施形態＞
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図５は半導体デバイスの全体的な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。

＜実施態様の例＞
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。

［実施態様１］
磁石とコイルの間に生じるローレンツ力によって前記磁石と前記コイルを相対的に移動するリニアモータにおいて、前記コイルの中心軸に沿って前記磁石を複数設け、前記中心軸に対する各磁石の着磁方向の傾きが異なるようにしたことを特徴とするリニアモータ。

［実施態様２］
前記磁石のそれぞれの着磁方向は前記中心軸に対して逆方向に傾いていることを特徴とする実施態様１のリニアモータ。

［実施態様３］
前記磁石の前記中心軸に対する着磁方向の傾きの総和が略ゼロになるように配置されることを特徴とする実施態様２のリニアモータ。

［実施態様４］
実施態様１〜３のいずれか１つのリニアモータと、前記リニアモータにより駆動されるステージとを備え、前記コイルに通電して前記ステージを移動させることを特徴とするステージ装置。

［実施態様５］
実施態様４のステージ装置によって基板または原版あるいはその双方を位置決めすることを特徴とする露光装置。

［実施態様６］
実施態様５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。

本発明のリニアモータの第１実施形態を示す図。 第１実施形態の要部を示す図。 第２実施形態の要部を示す図。 本発明のリニアモータが適用される露光装置の一例を示す図。 デバイス製造プロセスを示すフローチャート。

符号の説明

１ａ〜１ｄ，５ａ〜５ｄ 永久磁石
２ａ，２ｂ 電磁コイル
３ａ，３ｂ ヨーク
７ 保持部材
８ コイル中心軸
１０ リニアモータ可動子
２０ リニアモータ固定子

Claims (2)

1. 磁石とコイルの間に生じるローレンツ力によって前記磁石と前記コイルを相対的に移動するリニアモータを製造する製造方法において、前記コイルの中心軸に沿って前記磁石を２つ設け、設計上の各磁石の着磁方向に対する、実際の各磁石の着磁方向の傾きが、前記中心軸に対して互いに逆方向に傾くように配置することを特徴とするリニアモータ製造方法。
2. 前記磁石の前記中心軸に対する着磁方向の傾きの総和が実質的にゼロになるように配置することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ製造方法。

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