JP5058546B2

JP5058546B2 - 力発生装置およびこれを用いたステージ装置ならびに露光装置

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Application number: JP2006262852A
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Inventors: 真司内田; 俊哉浅野
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Description

本発明は永久磁石の反発力を用いて対象物に力を発生させる力発生装置に関するものである。このような装置は露光装置におけるステージ装置においてステージの支持または加減速をするために好適に用いられる。

従来、永久磁石の反発力を用いて対象物に力を発生させる装置として、特許文献１や特許文献２のようなものがあった。これらは露光装置用のステージ装置に用いられるものであり、前者はステージを支持するために用いられ、後者はステージを加減速するために用いられる。

図２１を用いて特許文献１の構成について説明する。ステージ可動部２１１は、ステージ固定部２１２に対して磁石支持ユニット２３１，２３２によって支持される。磁石支持ユニット２３１は、永久磁石２３３と永久磁石をステージ可動部２１１に支持する支持部材２３４とを備える。磁石支持ユニット２３２は、永久磁石２３３を挟み込むように配置され、ステージ固定部２１２に支持部材２３６，２３８を介して支持された一対の永久磁石２３９を備える。永久磁石２３３と永久磁石２３９とは同極が対向するように配置されており、相互に働く磁気反発力によって永久磁石２３３はＺ方向に力を受ける。この力とステージ可動部２１１の自重が釣りあうように設計することでステージ可動部２１１を支持することができる。また、図２１においてＸＬＭａ，ＸＬＭｂはステージ可動部２１１をＸ方向に駆動するリニアモータであり、ＹＬＭａ，ＹＬＭｂはＹ方向に駆動するリニアモータであり、ＺＬＭａ，ＺＬＭｂはＺ方向に駆動するリニアモータである。

図２２を用いて特許文献２の構成について説明する。ステージ可動部３０３は、ベース３０１に対して反発磁石ユニット３３３，３３５によって加減速される。反発磁石ユニット３３３、永久磁石３３２と永久磁石３３３をステージ可動部３０３に支持する支持部材３３１とを備える。反発磁石ユニット３３５は、永久磁石３３２を挟み込むように配置され、ベース３０１に支持部材３３６，３３８を介して支持された一対の永久磁石３３７を備える。永久磁石３３３と永久磁石３３７は同極が対向するように配置されており、相互に働く磁気反発力によって永久磁石３３３はＹ方向に力を受ける。この力を利用してステージ可動部３０３を加減速することができる。また、図２２において、ステージ可動部３０３を位置決めするためのリニアモータ３０５，３０６をさらに備える。
特開２００３−３４３５５９号公報特開２００４−７９６３９号公報

上述のような永久磁石を用いて対象物に力を発生させる装置において、力を発生させたい方向以外に力が発生してしまうことがある。このような力は対象物を位置決めする際には外乱力となってしまうため、好ましくない。

本発明者らは、この外乱力が永久磁石の着磁方向の傾きに起因するものであることを見出した。すなわち、永久磁石の着磁方向が製造誤差によって板厚方向に対して傾いており、この傾きが個々の永久磁石によって異なるために予期しない力が働いてしまうのである。ここで、着磁方向とは永久磁石内部のＳ極からＮ極へ向かう磁化ベクトルの代表方向のことである。

このような外乱力が発生すると、対象物を高精度に位置決めするためにリニアモータを用いなければならない。しかしながら、リニアモータからの発熱は部材の変形や位置計測手段の計測誤差を引き起こすため、極力抑えることが望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、外乱力を低減した力発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、対象物に磁気反発力を付与する力発生装置であって、前記対象物に固定された第１永久磁石と、前記第１永久磁石を非接触で挟み込むように配置され、前記第１永久磁石と同極が対面するように配置された第２および第３永久磁石とを備え、前記第２および第３永久磁石の着磁方向が、前記第１永久磁石との対面方向に対して互いに逆向きに傾いていることを特徴としている。

また、本発明の別の観点では、対象物に固定された第１永久磁石と、前記第１永久磁石を非接触で挟み込むように配置され、前記第１永久磁石と同極が対面するように配置された第２および第３永久磁石とを備えた力発生ユニットを複数備えた力発生装置であって、前記第１永久磁石の両面の磁場分布曲線の差分をとった差分曲線をすべての力発生ユニットにおいて足し合わせた総和差分曲線のピーク値は、前記第１永久磁石の磁場分布曲線のピーク値の４０％以下であることを特徴としている。

本発明によれば、外乱力を低減した支持装置、加減速装置を提供することができる。

（実施例１）
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例１における例における力発生装置の概略構成を示す図である。力発生装置はステージ装置におけるステージ可動部を支持するために用いられる。図において鉛直方向をＺ方向としている。ステージ装置は、ステージ可動部１と、ステージ固定部２と、ステージ可動部１の自重を支持する４つの磁石支持ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、ステージ固定部２に対してステージ可動部１を駆動するリニアモータ４等を備える。

ステージ可動部１上には位置決めすべき対象物が搭載される。また、ステージ固定部２はＸＹ方向に移動するＸＹステージであってもよい。

磁石支持ユニット３ａの構成について説明する。磁石支持ユニット３ｂ，３ｃ，３ｄは３ａと同様であるとして説明を省略する。磁石支持ユニット３ａは、ステージ可動部１に支持部材５ａを介して固定された板状の永久磁石６ａと、ステージ固定部２に支持部材７ａを介して固定された板状の永久磁石８ａ，９ａ等を備える。永久磁石８ａ，９ａは間隔を介して対面しており、この間隔は永久磁石６ａの板厚よりも大きい。このような構成により、永久磁石８ａ，９ａの間に永久磁石６ａを非接触で挿入することが可能となっている。

永久磁石６ａ，８ａ，９ａは、板厚方向（図中のＸ方向）に着磁された単極永久磁石である。永久磁石６ａおよび永久磁石８ａ，９ａはそれぞれ対向する面が同極となるように着磁されている。また永久磁石６ａのＹ方向の寸法は永久磁石８ａ，９ａのＹ方向の寸法よりも小さい。これにより、永久磁石８ａ，９ａ間に永久磁石６ａが挿入されると、永久磁石６ａはＺ方向に磁気反発力を受ける。この磁気反発力を利用してステージ可動部１の自重を非接触で支持することができる。

しかしながら、磁石支持ユニット３ａを構成する永久磁石６ａ，８ａ，９ａには実際の問題として着磁方向の傾き（ずれ）が存在する。ここで、着磁方向とは永久磁石内部のＳ極からＮ極へ向かう磁化ベクトルの代表方向をいう。図２は理想的な永久磁石の着磁方向を示した図であり、着磁方向は板厚方向と平行になっている。それに対して実際には着磁方向が板厚方向に対して傾いてしまうことがある。このような傾きは、例えば永久磁石の製造時に生じるものであり、傾きを完全になくすためには高いコストがかかってしまう。

このような着磁方向の傾きを考慮しなかった場合、磁石支持ユニット３ａはステージ可動部１にＺ方向以外の力を加えてしまう。このような力はステージ可動部１の位置決めに対して外乱となってしまう。すなわち、ステージ可動部１を位置決めするためにこの外乱力に対抗するだけの力をリニアモータ４が発生しなければならず、リニアモータからの発熱が問題となってしまう。

図３は本実施例において磁石支持ユニットを構成する各永久磁石の着磁方向を示す図である。図において矢印の先がＮ極を示し、矢印の元がＳ極を示す。永久磁石６ａ，８ａ，９ａの着磁方向は上述のように水平方向に対して傾いている。この傾きは例えば０〜±１５°程度である。本実施例では、支持ユニット３ａ，３ｂとで永久磁石の着磁方向の傾きによる外乱力を相殺するように配置している。すなわち、永久磁石６ａの着磁方向が水平方向に対して上向きに傾いているのに対して、永久磁石６ｂの着磁方向が水平方向に対して下向きに傾くように配置している。また、永久磁石８ａの着磁方向が水平方向に対して上向きに傾いているのに対して、永久磁石９ａの着磁方向が水平方向に対して下向きに傾くように配置している。同様に、永久磁石８ｂの着磁方向が水平方向に対して下向きに傾いているのに対して、永久磁石９ｂの着磁方向が水平方向に対して上向きに傾くように配置している。

このように永久磁石を配置することによって、磁石支持ユニット３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄがステージ可動部１に与える外乱力を低減することができ、リニアモータ４の発熱を低減してステージ可動部１の位置決め精度を向上させることができる。

以下、本実施例についてさらに詳細に説明をする。

まず、磁石支持ユニットによる力の発生メカニズムについて説明する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は永久磁石の着磁方向にずれがない場合を示す図である。すなわち図２と同じ理想的な状態である。図４（ａ）および（ｂ）では、永久磁石の着磁方向は永久磁石内の矢印で示す。図４（ｃ）では永久磁石によって発生する力を矢印で示す。

各永久磁石の着磁方向は板厚方向に対して平行になっている。すなわち、ステージが水平に保たれているときには、着磁方向は永久磁石の対面方向および水平方向とも平行になっている。

永久磁石６ａは永久磁石８ａ，９ａ間に挿入され、各永久磁石はギャップｇだけ離れている。永久磁石６ａと永久磁石８ａとの間で発生する反発力と、永久磁石６ａと永久磁石９ａとの間で発生する反発力によって永久磁石６ａは浮上力Ｆ１を受ける。

図４（ｄ）は永久磁石８ａの両面から距離ａだけ離れ、Ｚ方向に平行な直線Ａ‐Ａ’および直線Ｂ−Ｂ’上の磁束密度分布を示す図である。ここで、横軸はＺ方向における位置であり、縦軸は磁束密度のＸ方向成分Ｂｘである。なお、直線Ａ−Ａ’および直線Ｂ−Ｂ’のＹ方向における位置は同じである。

図からわかるように、直線Ａ‐Ａ’上の磁束密度分布を示す曲線（実線で示す）と直線Ｂ‐Ｂ’上の磁束密度分布を示す曲線（破線で示す）は概ね一致し、ともに永久磁石８ａの中央Ｚ_１でピークとなる。このことは永久磁石８ａにかぎらず、そのほかの永久磁石においても同様である。すなわち、永久磁石の着磁された両面から一定の距離だけ離れた２つの直線上の磁束密度分布は概ね一致し、永久磁石の中央でピークとなる。

図４（ａ）において、永久磁石８ａから永久磁石６ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置と、永久磁石６ａから永久磁石８ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置とのＺ方向における距離をΔＺｐｐ１とする。また、永久磁石９ａから永久磁石６ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置と、永久磁石６ａから永久磁石９ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置とのＺ方向における距離をΔＺｐｐ２とする。このとき、ほぼΔＺｐｐ１とΔＺｐｐ２は等しくなる。したがって、永久磁石６ａと永久磁石８ａとの間の距離と、永久磁石６ａと永久磁石９ａとの間の距離とが概ね等しければ、永久磁石６ａが永久磁石８ａから受けるＸ方向の反発力Ｆ３と永久磁石６ｅが永久磁石９ｅから受けるＸ方向の反発力Ｆ４は概ね等しくなる。つまり、永久磁石６ａが永久磁石８ａ，９ａから受けるＸ方向の力は相殺されて、Ｘ方向の外乱力を低減することができる。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は永久磁石の着磁方向に傾きがある場合を示す図である。永久磁石８ａの着磁方向は水平方向に対して下向きに傾いている。図５（ａ）および（ｂ）では、永久磁石の着磁方向は永久磁石内の矢印で示す。図５（ｃ）では永久磁石によって発生する力を矢印で示す。

図５（ｄ）は永久磁石８ａの両面から距離ａだけ離れ、Ｚ方向に平行な直線Ｃ‐Ｃ’および直線Ｄ−Ｄ’上の磁束密度分布を示す図である。ここで、横軸はＺ方向における位置であり、縦軸は磁束密度のＸ方向成分Ｂｘである。なお、直線Ｃ−Ｃ’および直線Ｄ−Ｄ’のＹ方向における位置は同じである。

図からわかるように、２つの曲線（直線Ｃ−Ｃ’を実線で示し、直線Ｄ−Ｄ’を破線で示す）は磁石中央Ｚ_１からそれぞれ両側にずれている。すなわち、永久磁石８ａから永久磁石６ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置は磁石中央より下方にずれている。

図５（ａ）において、永久磁石８ａから永久磁石６ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置と、永久磁石６ａから永久磁石８ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置とのＺ方向における距離をΔＺｐｐ１とする。また、永久磁石９ａから永久磁石６ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置と、永久磁石６ａから永久磁石９ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置とのＺ方向における距離をΔＺｐｐ２とする。このとき、ΔＺｐｐ１はΔＺｐｐ２より大きくなる。したがって、永久磁石６ａと永久磁石８ａとの間の距離と、永久磁石６ａと永久磁石９ａとの間の距離とが概ね等しければ、永久磁石６ａが永久磁石８ａから受けるＸ方向の反発力Ｆ３よりも永久磁石６ａは永久磁石９ａから受けるＸ方向の反発力Ｆ４の方が大きくなる。つまり、永久磁石６ａはＸ方向にＦ２＝Ｆ３−Ｆ４の外乱力を受ける。

永久磁石６ａの磁束が傾いている場合にも同様の説明ができる。図６（ａ），（ｂ）において、永久磁石６ａの着磁方向は水平方向に対して上向きに傾いている。永久磁石６ａから永久磁石８ａに向かう磁束密度ＢｘのピークＺ位置は磁石中央より上方へずれる。このため、ΔＺｐｐ１はΔＺｐｐ２より大きくなる。したがって、永久磁石６ａと永久磁石８ａとの間の距離と、永久磁石６ａと永久磁石９ａとの間の距離とが略等しければ、永久磁石６ａが永久磁石８ａから受けるＸ方向の反発力Ｆ５よりも永久磁石６ａは永久磁石９ａから受けるＸ方向の反発力Ｆ６の方が大きくなる。つまり、永久磁石６ａはＸ方向にＦ２＝Ｆ３−Ｆ４の外乱力を受ける。

つぎに、ステージ可動部１に与える外乱力を相殺するための永久磁石の配置の組合せについて説明する。
図７は永久磁石の着磁方向の組合せと、永久磁石６ａが受けるＸ方向の力の関係を示す一覧表である。
表において、１行〜５行目では永久磁石８ａ，９ａの着磁方向が異なり、１列〜３列目では永久磁石６ａの着磁方向が異なる。
たとえば、前述した図６の構成は、１行２列目に該当し、永久磁石６ａはＸ方向に力Ｆ２を受ける。

ここで、永久磁石の製造誤差による着磁方向の傾きは、磁石が対面する方向に対して一般には±１５°以内と小さい。そのため、永久磁石６ａの着磁方向のずれによる水平方向の外乱力と永久磁石８ａ，９ａの着磁方向の傾きによる水平方向の外乱力とは概ね独立に発生するとみることができる。

すなわち、表において、５行１列目の力と１行２列目の力を足し合わせた力は、５行２列目の力と等しくなっている。
また、永久磁石８ａの着磁方向の傾きによる水平方向の外乱力と、永久磁石９ａの着磁方向の傾きによる水平方向の外乱力とは概ね独立に発生するとみることができる。

すなわち、２行１列目において永久磁石８ａの着磁方向の傾きによる外乱力と永久磁石９ａの着磁方向の傾きによる外乱力とは相殺されている。

ここで、図３で説明した構成について表を用いて説明する。図３において、磁石支持ユニット３ａでは４行２列目の構成とし、磁石支持ユニット３ｂでは２行３列目の構成とし、それぞれの磁石支持ユニットで発生する外乱力を相殺させている。つまり、この例では磁石支持ユニット３ａ，３ｂをＸ方向に２つ配置して、永久磁石６ａと永久磁石６ｂの着磁方向の向きを互いに逆にして、永久磁石８ａ（９ａ）と永久磁石８ｂ（９ｂ）の着磁方向の向きを互いに逆にしている。

その他の例について図８〜１２を用いて説明する。図８〜１０は永久磁石８ａ，９ａ，８ｂ，９ｂの着磁方向にずれがあり、図１１〜１２は永久磁石６ａ，６ｂの着磁方向にずれがある。

図８では、磁石支持ユニット３ａは図７における４行１列目の構成となっており、磁石支持ユニット３ｂは図７における２行１列目の構成となっている。すなわち、磁石支持ユニット３ａにおいて、永久磁石６ａと永久磁石８ａとの間で発生するＸ方向の力と、永久磁石６ａと永久磁石９ａとの間で発生するＸ方向の力は互いに相殺されている。磁石支持ユニット３ｂにおいても同様である。

図９では、磁石支持ユニット３ａは図７における５行１列目の構成となっており、磁石支持ユニット３ｂは図７における３行１列目の構成となっている。すなわち、磁石支持ユニット３ａにおけるＸ方向の外乱力と磁石支持ユニット３ｂにおけるＸ方向の外乱力とが相殺されている。

図１０では、磁石支持ユニット３ａ，３ｂともに図７における５行１列目の構成となっている。ここで、永久磁石６ａと６ｂの着磁方向（極配置）を逆向きとすることによって、磁石支持ユニット３ａと３ｂにおける外乱力を互いに相殺するようにしている。

図１１では、磁石支持ユニット３ａは図７における１行２列目の構成となっており、磁石支持ユニット３ｂは図７における１行３列目の構成となっている。すなわち、磁石支持ユニット３ａにおけるＸ方向の外乱力と磁石支持ユニット３ｂにおけるＸ方向の外乱力とが相殺されている。

図１２では、磁石支持ユニット３ａ，３ｂともに図７における１行２列目の構成となっている。ここで、永久磁石８ａ（９ａ）と永久磁石８ｂ（９ｂ）の着磁方向（極配置）を逆向きとすることによって、磁石支持ユニット３ａと３ｂにおける外乱力を互いに相殺するようにしている。

以上のように、永久磁石と着磁方向の組合せ例を説明したが、これに限るものではなく様々な組合せが可能である。

次に永久磁石の着磁方向の測定方法と、磁石支持ユニットに用いる永久磁石の選定方法について説明する。

図５（ｂ）および図５（ｄ）を用いて説明したように、着磁方向が傾いている永久磁石では、直線Ｃ‐Ｃ’上および直線Ｄ−Ｄ’上とで磁束密度分布の曲線が異なる。説明のため、前者を曲線Ｂｘ１（実線）とし、後者を曲線Ｂｘ２（破線）とする。

永久磁石の着磁方向を測定するためには、曲線Ｂｘ１とＢｘ２の差分をとった差分曲線Ｂｘ２−Ｂｘ１を描けばよい。いいかえると、この差分曲線は永久磁石の両面の磁束密度分布曲線の差分をとったものである。

図１３は、この差分曲線Ｂｘ２−Ｂｘ１を示す図である。まず、差分曲線の極大値の位置と磁石中央の位置Ｚ_１との関係によって傾き方向がわかる。具体的には、極大値の位置が磁石中央よりも−Ｚ方向側にあるときには−Ｚ方向側（下向き）に傾いている。

ここで、極配置が逆の場合、つまり図５（ｂ）における着磁方向の矢印が右向きではなくて左向きの場合には関係が逆になることに注意すべきである。すなわち、極大値の位置が磁石中央よりも＋Ｚ方向側にあるときには−Ｚ方向側（下向き）に傾いている。

つぎに、差分曲線のピーク高さと着磁方向の傾き角度が概ね比例関係にあることを利用して、ピーク高さから傾き角度を算出することができる。本実施例では、着磁方向の傾き角度が−１５°のときに、差分曲線のピーク高さは磁束密度分布曲線Ｂｘ１，Ｂｘ２のピーク高さの概ね４０％となる。つまり、ピーク高さが４０％以下になるように永久磁石を選定すれば、着磁方向の傾き角度が１５°を小さくし、外乱力を小さくすることができる。

複数の永久磁石を選定する場合について図１４を用いて説明する。たとえば図１４（ａ）の永久磁石８ａ，９ａを選定する際に、まず各永久磁石で得られる差分曲線を求める。そして、２つの差分曲線を足し合わせた総和曲線を描く。

図１４（ｂ），１４（ｃ）は各永久磁石の差分曲線と総和曲線を示す図である。永久磁石８ａの差分曲線を実線、永久磁石９ａの差分曲線を破線で示し、総和曲線を点線で示す。この総和曲線のピーク高さがゼロになるように２つの永久磁石を選定すれば、外乱力はほぼ相殺される。図１４（ｂ）は外乱力が完全に相殺された状態を示す図であり、図１４（ｃ）は外乱力が少し残った状態を示す図である。図１４（ｂ）の状態が理想的であるが、実用上は図１４（ｃ）の状態でもよく、総和曲線のピーク高さが差分曲線の１０％以下になるようにすれば十分外乱力を低減することができる。なお、要求される精度によってはこの総和曲線のピーク高さが各永久磁石の磁場分布曲線の４０％以下にすればよい。

上述の永久磁石の選定方法は、図１４（ａ）の構成に限るものではなく、図７のいずれの構成においても適用できる。すなわち、１つの磁石支持ユニットの永久磁石８ａ，９ａにおいて適用できるだけでなく、２つの磁石支持ユニットの永久磁石６ａ，６ｂにおいても適用できる。また、永久磁石は２つ選定する場合にかぎらず、４つ選定する場合にも適用できる。

以下、永久磁石を４つ選定する場合について説明する。たとえば図９（ａ）の構成の場合である。永久磁石８ａ，９ａ，８ｂ，９ｂによる外乱力を装置全体として打ち消しあう必要がある場合である。各永久磁石から発生する外乱力は概ね独立とみることができるため、外乱力の総和を小さくするためには、各永久磁石の差分曲線を足し合わせた総和曲線のピークを小さくすればよい。図１５は各永久磁石の差分曲線と、総和曲線を示す図である。永久磁石８ａの差分曲線を実線、永久磁石９ａの差分曲線を破線、永久磁石８ｂの差分曲線を一点鎖線、永久磁石９ｂの差分曲線を二点鎖線、総和曲線を点線で示す。この総和曲線のピークがゼロに近づくように各永久磁石を選定すればよい。また、総和曲線のピークが各永久磁石の差分曲線のピークの１０％以下になるようにすれば十分外乱力を低減することができる。

上記の永久磁石の選定方法は図９（ａ）の構成にかぎるものではない。すなわち、図８（ａ）や図１０（ａ）にも適用できるし、それ以外の構成にも適用できる。各永久磁石から発生する外乱力は概ね独立であるため、各永久磁石の順番を変えても装置全体としての外乱力は概ね同じためである。ただし、図９（ａ）の構成の場合には、ステージ可動部１に引っ張りまたは圧縮の力が働くことに注意すべきである。

本実施例では、水平方向に対する着磁方向の傾きを考慮したが、水平面内における対面方向に対する着磁方向の傾きも存在し、それによって外乱力が発生する。この場合にも、水平方向に対する着磁方向の傾きと同様にして外乱力を低減することができる。具体的には、水平面内で各永久磁石の両面における磁束密度分布を求めて、その差分曲線を算出すればよい。

なお、本実施例では、磁石支持ユニットは４つ設けられているが、３つで構成してもよい。

（実施例２）
実施例２の構成について図１６（ａ），（ｂ）を用いて説明する。特に言及しない箇所については実施例１と同様であるものとする。実施例２では、実施例１における永久磁石８ａを永久磁石１８ａ，２８ａの２つを重ねて構成している点が実施例１と異なる。このように永久磁石を２つ重ねることで、この永久磁石２つで外乱力を相殺することができる。同様に永久磁石９ａを永久磁石１９ａ，２９ａにして、永久磁石８ｂを永久磁石１８ｂ，２８ｂとして、永久磁石９ｂを永久磁石１９ｂ，２９ｂとしている。

また図１６（ｂ）では永久磁石６ａを１６ａ，２６ａの２つを重ねて構成しており、永久磁石６ｂを永久磁石１６ｂ，２６ｂを重ねて構成している。

２つの永久磁石の選定方法は、実施例１で説明した方法をそのまま適用することができる。つまり、それぞれの永久磁石の差分曲線を足し合わせた総和曲線のピーク高さを小さくするように選ぶことによって、外乱力を低減することができる。

（実施例３）
実施例３の構成について図１７（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。特に言及しない箇所については実施例１と同様であるものとする。実施例１および実施例２では、ステージを支持する磁石支持ユニットにおいて力発生装置を適用しているが、実施例３ではステージを加減速するための磁石加速ユニットにおいて力発生装置を適用している。

ステージ装置は、ステージ可動部１１と、ステージ固定部１２と、ステージ可動部１１の加減速を行う２つの磁石加速ユニット１３と、ステージ固定部１２に対してステージ可動部１１を駆動するリニアモータ（不図示）等を備える。

磁石加速ユニット１３は、ステージ可動部１１に設けられた永久磁石１４と、ステージ固定部１２に設けられた永久磁石１５，１７とを備える。永久磁石１５，１７は、永久磁石１４を非接触で挟み込むように配置され、永久磁石１４と同極が対面するように配置される。このような構成により、ステージ可動部１１はこれらの磁石の反発力を利用して矢印Ｆの方向に加速される。

ここで、実施例１と同様の考え方を用いて、永久磁石１５および１７を選定することによって、Ｙ方向以外に発生する外乱力を低減した磁石加速ユニットを提供することができる。図１７（ｂ）および（ｃ）は実施例２と同様の考え方を適用したものである。図１７（ｂ）では、永久磁石１４を永久磁石２４，３４の２つを重ねて構成している。図１７（ｂ）では、永久磁石１５を永久磁石２５，３５の２つを重ねて構成しており、永久磁石１７を永久磁石２７，３７の２つを重ねて構成している。このようにすることで、重ねた永久磁石で外乱力を相殺することができる。

（本発明を適用した露光装置の例）
図１８は、上述の実施例の構成を適用した露光装置の概略を示す図である。

以下、本発明の力発生装置が適用される例示的な露光装置を説明する。露光装置は図１８に示すように、照明装置５０１、レチクル（原版）を搭載したレチクルステージ５０２、投影光学系５０３、ウエハ（基板）を搭載したウエハステージ５０４とを有する。露光装置は、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものであり、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。

照明装置５０１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができるが、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系５０３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子を少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。

レチクルステージ５０２およびウエハステージ５０４は、たとえばリニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージは同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージおよびレチクルステージの少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。

上述の実施例１乃至３のステージ装置は、このウエハステージまたはレチクルステージにおいて好適に用いられる。具体的な形態については図２１や図２２において説明したとおりであるが、この形態に限定されない。

このような露光装置は、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うる。

（上述の露光装置を用いたデバイス製造方法の例）
次に、図１９及び図２０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（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Ｓ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（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Ｓ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、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。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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、それが出荷（ステップＳ７）される。

図２０は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、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が形成される。

実施例１におけるステージ装置の概略構成を示す図である。永久磁石の着磁方向の理想状態を示す図である。実際の永久磁石の着磁方向を示す図である。理想状態における力発生のメカニズムを説明する図である。実際の力発生のメカニズムを説明する図である。永久磁石６ａの着磁方向に傾きをもつ例を示す図である。永久磁石の着磁方向の組合せと、永久磁石６ａが受けるＸ方向の力の関係を示す図である。図７における４行１列目と２行１列目を組み合わせた例を示す図である。図７における５行１列目と３行１列目を組み合わせた例を示す図である。図７における５行１列目を極配置を逆にして組み合わせた例を示す図である。図７における１行２列目と１行３列目を組み合わせた例を示す図である。図７における１行２列目を極配置を逆にして組み合わせた例を示す図である。Ｂｘ２−Ｂｘ１の差分曲線を示す図である。永久磁石の配置と、その差分曲線と総和曲線を示す図である。永久磁石を４つ配置したときの差分曲線と総和曲線を示す図である。永久磁石を２つ重ねた構成を示す図である。力発生装置をステージ可動部の加速に用いた構成を示す図である。露光装置の概略図である。デバイス製造方法を示す図である。ウエハプロセスを示す図である。特許文献１に記載の従来例を示す図である。特許文献２に記載の従来例を示す図である。

符号の説明

１ステージ可動部
２ステージ固定部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ磁石支持ユニット
４リニアモータ
５ａ支持部材
６ａ，６ｂ永久磁石
７ａ支持部材
８ａ，９ａ，８ｂ，９ｂ永久磁石
１１ステージ可動部
１２ステージ固定部
１４，２４，３４永久磁石
１５，２５，３５，１７，２７，３７永久磁石
１６ａ，２６ａ，１６ｂ，２６ｂ永久磁石
１８ａ，１９ａ，２８ａ，２９ａ，１８ｂ，１９ｂ，２８ｂ，２９ｂ永久磁石
５０１照明光学系
５０２レチクルステージ
５０３投影光学系
５０４ウエハステージ

Claims

対象物に磁気反発力を付与する力発生装置であって、
前記対象物に固定された第１永久磁石と、
前記第１永久磁石を非接触で挟み込むように配置され、前記第１永久磁石と同極が対面するように配置された第２および第３永久磁石とを備え、
前記第２および第３永久磁石の着磁方向が、前記第１永久磁石との対面方向に対して互いに逆向きに傾いていることを特徴とする力発生装置。
前記第２永久磁石の両面の磁束密度分布曲線の差分をとった差分曲線と、前記第３永久磁石の両面の磁束密度分布曲線の差分をとった差分曲線とを足し合わせた総和差分曲線のピーク値は、前記第２および第３永久磁石の磁束密度分布曲線のピーク値の４０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の力発生装置。
対象物に固定された第１永久磁石と、
前記第１永久磁石を非接触で挟み込むように配置され、前記第１永久磁石と同極が対面するように配置された第２および第３永久磁石とを備えた力発生ユニットを複数備えた力発生装置であって、
前記第１永久磁石の両面の磁束密度分布曲線の差分をとった差分曲線をすべての力発生ユニットにおいて足し合わせた総和差分曲線のピーク値は、前記第１永久磁石の磁束密度分布曲線のピーク値の４０％以下であることを特徴とする力発生装置。
前記第２永久磁石の両面の磁束密度分布曲線の差分をとった差分曲線と、前記第３永久磁石の両面の磁束密度分布曲線の差分をとった差分曲線と、をすべての力発生ユニットにおいて足し合わせた総和差分曲線のピーク値は、前記第２永久磁石および第３永久磁石の磁束密度分布曲線のピーク値の４０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の力発生装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の力発生装置を用いてステージ可動部をステージ固定部に対して支持し、前記第１永久磁石は前記ステージ可動部側に固定され、前記第２および第３永久磁石は前記ステージ固定部側に固定されることを特徴とするステージ装置。
請求項１乃至５のいずれかに記載の力発生装置を用いてステージ可動部をステージ固定部に対して加減速し、前記第１永久磁石は前記ステージ可動部側に固定され、前記第２および第３永久磁石は前記ステージ固定部側に固定されることを特徴とするステージ装置。
請求項５または６に記載のステージ装置を備え、
前記ステージ可動部を搭載した基板に露光処理を行うことを特徴とする露光装置。
請求項７に記載の露光装置を用いて基板に露光を行う工程と、
露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。