JPWO2006035835A1 - 磁界発生装置、電磁アクチュエータ、ステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

磁極が交互に配置された永久磁石群を備える磁界発生装置において、これら永久磁石群からの磁束密度を効率よく向上させて、高い磁界を得ることができる磁界発生装置等を提供する。永久磁石を対向して配置し、所定空間に磁界を発生させる磁界発生装置（２０）であって、所定空間（Ｋ）に重畳した磁界を発生させる複数の磁気回路（Ｌ１，Ｌ２）を有する。第１磁気回路（Ｌ１）を形成する第１永久磁石ユニット（３０）と、所定空間（Ｋ）に対して第１磁気回路（Ｌ１）よりも外側に第２磁気回路（Ｌ２）を形成する第２永久磁石ユニット（４０）とを備える。

Description

本発明は、磁極が交互に配置された永久磁石群を対向配置した磁界発生装置、これを用いた電磁アクチュエータ、ステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法に関する。
本願は、２００４年９月２９日に出願された特願２００４−２８４３６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

半導体デバイスや液晶表示素子等の製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル等）が載置されるレチクルステージや感光性の基板（ウエハ、ガラスプレート等）が載置されるウエハステージ等の駆動手段（ステージ装置）としてリニアモータが用いられている。リニアモータは、構造が簡単で部品数が少なく、また、動作精度が高く移動動作を迅速に行えるという利点を有しており、各ステージ装置に要求されるスループットや位置決め精度の向上が図れるためである。

リニアモータは、モータ単体で直線形運動ができる利点があるが、密閉空間の小さな空隙でエネルギー変換をする回転形モータと比較して漏れ磁束が多いという欠点がある。このため、例えば、直線状に並べられた磁石ユニットの外壁に、強磁性体（例えば、低炭素鋼）からなる十分な厚さを有するヨークを配置して、ヨーク内が内側に配置された永久磁石によって飽和磁束密度となるようにすることにより、永久磁石からの磁束を最大限にリニアモータの推進力に反映するものがある。

ところが、ヨークの厚さを十分に厚くすると、重量が大きくなり、特にムービングコイル型リニアモータの場合には、仕事量当たりのリニアモータの発熱量が大きくなり、エネルギー損失が大きいという問題がある。そこで、磁石ユニットの重量化を抑えつつ、磁束漏れを少なくしてモータ定数を高めるために、ヨークの内壁に磁気回路を形成する永久磁石と補極用永久磁石とを配置した磁石ユニットが提案されている。
特開２００１−１４５３２８号公報

しかしながら、上述した技術を用いたとしても、得られる磁束密度は、永久磁石の残留磁束密度に比べると低いものである。つまり、最強の磁力を有する永久磁石を用いたとしても、得られる磁束密度には限界がある。
したがって、更なるリニアモータの高推力化、高効率化、そして、ステージ装置の高スループット化や位置決め精度の高精度化の要請に十分に応えるためには、更なる磁束密度の向上が望まれている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、磁極が交互に配置された永久磁石群を備える磁界発生装置において、これら永久磁石群からの磁束密度を効率よく向上させて、高い磁界を得ることができる磁界発生装置、電磁アクチュエータ、ステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る磁界発生装置、電磁アクチュエータ、ステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、永久磁石を対向して配置し、所定空間に磁界を発生させる磁界発生装置（２０，５０）であって、所定空間（Ｋ）に重畳した磁界を発生させる複数の磁気回路（Ｌ１，Ｌ２）を有するようにした。
この発明によれば、所定空間に複数の磁気回路を重畳して形成することができるので、より強い磁界を得ることができる。

また、第１磁気回路（Ｌ１）を形成する第１永久磁石ユニット（３０）と、所定空間（Ｋ）に対して第１磁気回路よりも外側に第２磁気回路（Ｌ２）を形成する第２永久磁石ユニット（４０）と、を備えるものでは、２つの永久磁石ユニットを用いることにより、容易に二重の磁気回路を形成できるので、強い磁界を確実に得ることができる。
また、第１永久磁石ユニット（３０）は、比透磁率が空気の比透磁率と略同一の永久磁石からなるものでは、第１永久磁石ユニットの比透磁率を低く形成することにより、磁束が容易に通過して、第２磁気回路の内側に第１磁気回路を良好に形成することができる。
また、第２永久磁石ユニット（４０）は、磁性体からなるヨーク（２５）を含むものでは、外側に形成される第２磁気回路の磁束が更に外側の空間に漏れることを容易に防止することができるので、高い磁束密度を確実に得ることができる。

また、第１永久磁石ユニット（３０）及び／又は第２永久磁石ユニット（４０）は、所定空間（Ｋ）に向けて磁極が交互に配置された複数の主磁石（３１，４１）と、主磁石の間に配置されると共に主磁石の磁極方向と直交する方向に磁極を有する第１補助磁石（３２，４２）とを備えるものでは、第１補助磁石を設けることにより、第１磁気回路及び／又は第２磁気回路を形成する磁束が外部空間に漏れることを容易に防止することができるので、高い磁束密度を確実に得ることができる。
また、第１永久磁石ユニット（３０）は、主磁石（３１）と第１補助磁石（３２）との間に配置されると共に主磁石の磁極方向と第１補助磁石の磁極方向とのいずれとも交差する方向に磁極を有する第２補助磁石（３３）を備えるものでは、磁束が主磁石、第２補助磁石、第１補助磁石、第２補助磁石、主磁石の順に、磁束の方向が円滑に変化させつつ通過するので、より漏れが少なく高い磁束密度を有する第１磁気回路を得ることができる。

また、所定空間（Ｋ）に向けた磁極が交互になるように配置された複数の主磁石（６１）と、主磁石の間に配置されると共に主磁石の磁極方向と直交する方向に磁極を有する補助磁石（６２）とを備え、主磁石は、磁極方向に対して傾斜して構成され第１磁気回路（Ｌ１）の磁束が通過する第１側面部（６１ａ）と、磁極方向と平行に構成され第２磁気回路（Ｌ２）の磁束が通過する第２側面部（６１ｂ）とを有し、補助磁石（６２）は、第１側面部と第２側面部とに対応した側面部（６２ａ，６２ｂ）を有し、主磁石の間に嵌合して配置されるものでは、主磁石が磁極方向に対して傾斜した第１側面部を有するので、傾斜した方向に磁極を有する磁石を用意したのと同様の効果を得ることができる。
補助磁石は、第１側面部に対応した側面部を有し、主磁石の間に嵌合されるので、磁束が主磁石、第１補助磁石、主磁石の順に通過する際に、磁束の方向が円滑に変化するので、より漏れが少なく高い磁束密度を有する第１磁気回路を得ることができる。
更に、第１磁気回路の外側には、主磁石の第２側面部を通過する磁束が第２側面部に対応した側面部を有する補助磁石を通過する第２磁気回路が形成されて、二重の磁気回路を構成するので、容易に強い磁界を得ることができる。

第２の発明は、磁石ユニット（２０，５０）と電機子ユニット（１０）とからなる電磁アクチュエータ（１）において、磁石ユニットとして、第１の発明の磁界発生装置（２０，５０）が用いられるようにした。
この発明によれば、高い磁束密度の磁界を発生させる磁石ユニットが用いられるので、大きな推力を発生させることができる高性能な電磁アクチュエータを得ることができる。また、少ない電力で大きな推力を得ることができるので、発熱及びランニングコストを抑えることができる。

第３の発明は、移動可能なステージ（１１０）と、ステージを駆動するリニアモータ（１２２，１２３，１３２，１３３）とを有するステージ装置（１００）において、リニアモータとして第２の発明の電磁アクチュエータ（１）を用いるようにした。
この発明によれば、ステージを駆動するリニアモータが大きな推力を発生させることができるので、ステージを高加減速及び高速に移動させることが可能なステージ装置を得ることができる。

第４の発明は、マスク（Ｒ）を保持するマスクステージ（２３０）と、基板（Ｗ）を保持する基板ステージ（２５０）とを有し、マスクに形成されたパターン（ＰＡ）を基板に露光する露光装置（２００）において、マスクステージと基板ステージの少なくとも一方に、第３の発明のステージ装置（１００）を用いるようにした。
この発明によれば、マスクステージと基板ステージの少なくとも一方が、高加減速及び高速移動が可能であるので、露光装置の高スループット化を図ることができる。

第５の発明は、デバイスの製造方法において、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、リソグラフィ工程において第４の発明の露光装置（２００）を用いるようにした。
この発明によれば、デバイスを高効率に製造することができるので、高性能なデバイスの低コスト化を実現することが可能となる。

本発明によれば以下の効果を得ることができる。
所定空間に重畳した磁界を発生させる複数の磁気回路を有するようにしたので、所定空間に複数の磁気回路を重畳して形成されて、より強い磁界を効率よく得ることができる。
また、高い磁束密度の磁界を発生させる磁石ユニットが用いられるので、大きな推力を発生させることができる高性能な電磁アクチュエータを得ることができる。また、少ない電力で大きな推力を得ることができるので、発熱及びランニングコストを抑えることができる。
また、ステージを駆動するリニアモータが大きな推力を発生させることができるので、ステージを高加減速及び高速に移動させることが可能なステージ装置を得ることができる。
また、マスクステージと基板ステージの少なくとも一方が高加減速及び高速移動が可能であるので、露光装置の高スループット化を図ることができる。
また、デバイスの製造を高効率に製造することができるので、高性能なデバイスの低コスト化を実現することが可能となる。

リニアモータ１を示す概念図である。 コイルユニット１０を示す断面図である。 磁石ユニット２０の斜視図である。 磁石ユニット２０の界磁磁石群２２，２３を示す図である。 ステージ装置１００の構成を示す斜視図である。 走査露光型の露光装置２００の概念図である。 磁石ユニット５０を示す断面図である。 マイクロ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

１ リニアモータ（電磁アクチュエータ） １０ コイルユニット(電機子ユニット) ２０，５０ 磁石ユニット（磁界発生装置） ２５ ヨーク ３０ 第１永久磁石ユニット ４０ 第２永久磁石ユニット ３１，４１ 主磁石 ３２，４２ 第１補助磁石 ３３ 第２補助磁石 ６１ 主磁石 ６１ａ 第１側面（第１側面部） ６１ｂ 第２側面（第２側面部） ６２ 補助磁石 ６２ａ 第１側面（側面部） ６２ｂ 第２側面（側面部） １００ ステージ装置 １１０ ウエハステージ（ステージ） １２２ 第１Ｘリニアモータ １２３ 第２Ｘリニアモータ １３２ 第１Ｙリニアモータ １３３ 第２Ｙリニアモータ ２００ 露光装置 ２３０ レチクルステージ（マスクステージ） ２５０ ウエハステージ(基板ステージ) Ｋ 空隙（所定空間） Ｌ１ 第１磁気回路 Ｌ２ 第２磁気回路 Ｒ レチクル（マスク） ＰＡ パターン Ｗ ウエハ（基板）

以下、本発明の磁界発生装置、電磁アクチュエータ、ステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法の実施形態について図を参照して説明する。
本発明の係る磁界発生装置、電磁アクチュエータの実施形態を、図１から図４を用いて説明する。図１は、リニアモータ１を示す概念図である。
リニアモータ（電磁アクチュエータ）１は、コイルユニット１０と磁石ユニット２０とから構成される。
コイルユニット１０は、交番磁界を発生させる複数のコイル等からなり、逆Ｔ字形に形成される。一方、磁石ユニット２０は、Ｕ字形に形成されたベースの内壁のそれぞれに磁極が交互に配置された複数の永久磁石群を対向配置して構成される。そして、磁石ユニット２０の凹部にコイルユニット１０の凸部を所定の間隔で離間させつつ、嵌め合うように配置され、コイルユニット１０に交番電圧を印加することにより、コイルユニット１０と磁石ユニット２０との間に推力（ローレンツ力）が発生して、コイルユニット１０と磁石ユニット２０とが推力方向に相対移動するようになっている。

図２は、コイルユニット１０を示す断面図である。
コイルユニット(電機子ユニット)１０は、非磁性体の金属あるいは樹脂等からなるコイルベース１１と、非磁性体からなる中空の直方体形状を有するキャン１２とを備える。そして、キャン１２の内部には、複数のコイル１３が一列に並べられる。また、複数のコイル１３は、キャン１２の内壁から所定の間隔を空けて平行に並べて配置されることにより、キャン１２の内部に空隙Ｓが形成される。なお、コイル１３は、表面を樹脂等で固められて１枚の板状に形成される。そして、各コイル１３は、それぞれ上端及び下端に設けられたスペーサ１４を介してコイルベース１１及びキャン１２に固定される。
コイルベース１１には、空隙Ｓに冷媒Ｃを流入させるための冷媒入口１５と、空隙Ｓから冷媒Ｃを流出させるための冷媒出口１６が設けられる。そして、冷媒入口１５及び冷媒出口１６には、それぞれ不図示の冷媒供給機構と連結する配管が接続されて、冷媒Ｃを空隙Ｓ内に供給、回収可能に構成される。これにより、冷媒入口１５から流入した冷媒Ｃが、コイル１３の表面に沿って流れ、冷媒出口１６から排出されることにより、発熱したコイル１３を冷却するようになっている。

図３は、磁石ユニット２０の斜視図である。
磁石ユニット（磁界発生装置）２０は、端面の形状がＵ字型でＸ１方向に延在する非磁性体（例えば、セラミックス）で形成された磁極ベース２１と、磁極ベース２１の内壁の一方に配置された界磁磁石群２２と、他方の内壁に配置された界磁磁石群２３とから構成されている。
界磁磁石群２２は、露出磁極面がＮ極の磁石（後述する主磁石３１のＮ極）と露出磁極面がＳ極の磁石（主磁石３１のＳ極）３１Ｓとがストローク（Ｘ１）方向に交互に配列される等して構成されている。同様に、界磁磁石群２３は、露出磁極面がＳ極の磁石（主磁石３１のＳ極）と露出磁極面がＮ極の磁石（主磁石３１のＮ極）とがストローク方向に交互に配列される等して構成されている。そして、界磁磁石群２２と界磁磁石群２３の磁石が空隙（所定空間）Ｋを隔てて、異種の磁極が対向するように配置される。これにより、界磁磁石群２２と界磁磁石群２３の間に、磁極方向が交互に並ぶ磁界が発生するようになっている。
なお、界磁磁石群２２，２３を構成する複数の永久磁石の全ては、例えば、ネオジ鉄ボロン系磁石用合金など希土類磁石用合金からなる。ネオジ鉄ボロン（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石は、残留磁束密度が１．３Ｔ以上という強力な磁石である。

図４は、磁石ユニット２０の界磁磁石群２２，２３を示す図である。
なお、界磁磁石群２２，２３は、同一の構成を備えるため、主に界磁磁石群２２について説明する。また、図中の実線矢印の方向が各磁石の磁極方向（Ｓ極からＮ極への方向）を示し、破線矢印が各磁気回路を示す。
界磁磁石群２２は、複数の第１永久磁石ユニット３０及び第２永久磁石ユニット４０から構成される。第１永久磁石ユニット３０と第２永久磁石ユニット４０とは、磁極ベース２１の内壁にヨーク２５を介して、第２永久磁石ユニット４０、第１永久磁石ユニット３０の順に重ねて配置される。すなわち、第１永久磁石ユニット３０が磁極ベース２１の内側（凹部側）に露出する。

第１永久磁石ユニット３０は、所定間隔で配置された主磁石３１と、互いに隣り合う主磁石３１の間に配置される第１補助磁石３２及び第２補助磁石３３とから構成される。主磁石３１は、隣り合う主磁石３１の磁極が反対方向を向くように配置される。また、第１補助磁石３２は、主磁石３１の磁極方向（Ｙ１軸に沿った方向）に直交する方向（Ｘ１軸に沿った方向）に磁極を有する磁石であって、互いに隣り合う２つの主磁石３１の略中間に１つ配置される。また、第２補助磁石３３は、主磁石３１の磁極方向（Ｙ１軸に沿った方向）及び第１補助磁石３２の磁極方向（Ｘ１軸に沿った方向）に対して交差する方向に磁極を有する磁石であって、主磁石３１と第１補助磁石３２との間に１つずつ配置される。第２補助磁石３３は、その磁極方向がその第２補助磁石３３と隣り合う主磁石３１と第１補助磁石３１とのそれぞれの磁極方向の両方の方向成分を含んだ方向となるように構成されている。
これにより、第２補助磁石３３、第１補助磁石３２、第２補助磁石３３の順で徐々に磁極方向を回転させていくことができるので、ある主磁石３１から隣の主磁石３１にかけて効果的に磁極方向を反転させることができる。
なお、第１永久磁石ユニット３０を構成する主磁石３１、第１補助磁石３２、第２補助磁石３３は、それぞれ比透磁率が非常に小さい磁石で構成される。具体的には、空気の比透磁率（１．０）と略同一の比透磁率である。

次に、第２永久磁石ユニット４０は、第１永久磁石ユニット３０の主磁石３１と同一の間隔で配置された主磁石４１と、互いに隣り合う主磁石４１の間に配置される第１補助磁石４２とから構成される。主磁石４１は、隣り合う主磁石４１の磁極が反対方向を向くように配置される。また、第１補助磁石４２は、主磁石４１の磁極方向（Ｙ１軸に沿った方向）に直交する方向（Ｘ１軸に沿った方向）に磁極を有する磁石であって、互いに隣り合う２つの主磁石４１の略中間に１つ配置される。これにより、ある主磁石４１から隣の主磁石４１にかけて、第１補助磁石４２を介して効果的に磁極方向を反転させることができる。
なお、第１補助磁石４２は、第１永久磁石ユニット３０の１つの第１補助磁石３２と２つの第２補助磁石３３とを合わせた幅（Ｘ１軸に沿った方向の長さ）と同一の幅を有するように構成されている。
上記構成を有する第１永久磁石ユニット３０と第２永久磁石ユニット４０とは、第１永久磁石ユニット３０の主磁石３１と第２永久磁石ユニット４０の主磁石４１との位置及び磁極方向が一致するように重ねて配置され、これによって、界磁磁石群２２が構成されている。
界磁磁石群２３は、以上に説明した第1永久磁石ユニット３０と同様の構成を有する第１永久磁石ユニット３０´及び第２永久磁石ユニット４０と同様の構成を有する第２永久磁石ユニット４０´を、界磁磁石群２２と同様に配置して構成されている。そして、界磁磁石群２２と界磁磁石群２３とは、第１永久磁石ユニット３０の主磁石３１の磁極方向と、第１永久磁石ユニット３０´の主磁石３１の磁極方向とが一致するように、かつ空隙Ｋを隔てて第１永久磁石ユニット３０、３０´の主磁石３１同士が対向するように配置されている。
これにより、図４に点線矢印で示すように、第１永久磁石ユニット３０、３０´により磁気回路Ｌ１が形成され、第２永久磁石ユニット４０、４０´により磁気回路Ｌ２が形成される。
第２永久磁石ユニット４０、４０´と磁極ベース２１との間に配置されるヨーク２５は、強磁性体（例えば、低炭素鋼）からなる板部材であって、ヨーク２５に密着配置された第２永久磁石ユニット４０、４０´の磁束が外部（磁極ベース２１側）に漏れないようにするものである。ヨーク２５の厚さは、第２永久磁石ユニット４０、４０´からの磁束によって飽和磁束密度となるような厚みに設定されている。
なお、磁極ベース２１を磁性体材料で形成し、磁極ベース２１がヨーク２５を兼用するようにしても構わない。

このように、磁石ユニット２０の界磁磁石群２２，２３のそれぞれを、第１永久磁石ユニット３０及び第２永久磁石ユニット４０から構成することにより、磁石ユニット２０の内部の空隙Ｋに第１磁気回路Ｌ１と第２磁気回路Ｌ２とが重畳した磁界を発生させることができる。すなわち、第１永久磁石ユニット３０（主磁石３１、第１補助磁石３２、第２補助磁石３３）を比透磁率が非常に小さい磁石で構成することにより、良好に磁力線を通過させることが可能となって、第１磁気回路Ｌ１と第２磁気回路Ｌ２とが互いに干渉することなく重畳する。つまり、第１永久磁石ユニット３０に第２永久磁石ユニット４０を重ねることにより、良好に第１磁気回路Ｌ１の外側に第２磁気回路Ｌ２が形成される。
これにより、磁石ユニット２０の内部の空隙Ｋに効率よく、強力な磁界を発生させることができる。具体的には、従来の磁石ユニット（界磁磁石群２２，２３を主磁石のみで形成したもの）に比べて、空隙Ｋに約１．４倍の磁気を発生させることが可能であることが確認された。

次に、上述したリニアモータ１を用いたステージ装置１００について、図５を用いて説明する。図５は、ステージ装置１００の構成を示す斜視図である。
ステージ装置１００は、ウエハＷを戴置するウエハステージ（ステージ）１１０と、ウエハステージ１１０をＸＹ平面内で駆動するＸ方向駆動部１２０及びＹ方向駆動部１３０と、定盤１０１とから構成される。Ｘ方向駆動部１２０は、定盤１０１上にＸ方向に延設されたＸガイド１２１と、定盤１０１上をＸガイド１２１に沿って移動するＸ方向移動体１２４と、Ｘ方向移動体１２４をＸ方向に移動させる第１Ｘリニアモータ１２２、第２Ｘリニアモータ１２３から構成される。
Ｘガイド１２１は、定盤１０１のＹ方向端面の近傍にＸ方向に延設されてＸ方向の基準となる。Ｘ方向移動体１２４は、Ｘガイド１２１に近接して配置された第１Ｙガイド搬送体１２５と、この第１Ｙガイド搬送体１２５からＹ方向に間隔を開けて平行に配置された第２Ｙガイド搬送体１２６と、これら第１，第２Ｙガイド搬送体１２５，１２６を連結するとともにＹ方向に延設されてＹ方向の基準となるＹガイド１３１とから構成され、Ｘガイド１２１に沿ってＸ方向に移動可能に支持される。なお、Ｙガイド１３１は、後述するＹ方向駆動部１３０の一部でもある。
第１Ｘリニアモータ１２２は、第１Ｘ固定子１２２ａと、この第１Ｘ固定子１２２ａに沿って移動する第１Ｘ可動子１２２ｂから構成され、第１Ｘ固定子１２２ａがＸガイド１２１側方に平行に延設される。第２Ｘリニアモータ１２３は、第２Ｘ固定子１２３ａと、この第２Ｘ固定子１２３ａに沿って移動する第２Ｘ可動子１２３ｂとから構成され、第２Ｘ固定子１２３ａが第２Ｙガイド搬送体１２６の側方に平行に延設される。
そして、第１Ｘ可動子１２２ｂおよび第２Ｘ可動子１２３ｂが、それぞれ連結部材１２７，１２８を介してＸ方向移動体１２４に連結される。したがって、第１，第２Ｘ可動子１２２ｂ，１２３ｂを駆動することにより、Ｘ方向移動体１２４がＸガイド１２１に沿ってＸ方向に移動する。

Ｙ方向駆動部１３０は、ウエハステージ１１０をＹ方向に駆動する第１，第２Ｙリニアモータ１３２，１３３と、Ｙガイド１３１とから構成され、Ｘ方向移動体１２４上に設置される。
ウエハステージ１１０は、Ｙガイド１３１を上下から挟むようにして定盤１０１の上面に配置された天板１１１および底板１１２と、これら天板１１１と底板１１２とをＹガイド１３１の両側で連結する一対のＹ方向軸受体１１３，１１４とから構成され、Ｙガイド１３１に沿ってＹ方向に移動可能に支持される。
第１Ｙリニアモータ１３２は、第１Ｙ固定子１３２ａと、この第１Ｙ固定子１３２ａに沿って移動する第１Ｙ可動子１３２ｂから構成され、第１Ｙ固定子１３２ａがＹガイド１３１のＸ方向の＋側に平行に延設される。同様に、第２Ｙリニアモータ１３３は、第２Ｙ固定子１３３ａと、この第２Ｙ固定子１３３ａに沿って移動する第２Ｙ可動子１３３ｂ（図示略）とから構成され、第２Ｙ固定子１３３ａがＹガイド１３１のＸ方向の−側に平行に延設される。
そして、第１及び第２Ｙ可動子１３２ｂ，１３３ｂが、それぞれウエハステージ１１０に固定されるとともに、駆動されることによって、ウエハステージ１１０がＹガイド１３１に沿ってＹ方向に移動する。
なお、第１Ｘ，第２Ｘリニアモータ１２２，１２３、ならびに第１Ｙ，第２Ｙリニアモータ１３２，１３３はいずれも上述したリニアモータ１と略同一の構成を備え、磁石ユニット２０を可動子、コイルユニット１０を固定子として用いられる。

そして、ウエハステージ１１０には、天板１１１をＺ方向に移動させるとともに、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸回りに回転駆動可能なＺθ駆動部（図示略）が設けられ、更に天板１１１上には、ウエハＷを真空吸着する保持機構（図示略）が載置される。また、天板１１１のＸ方向端面の近傍にＸ座標移動鏡１１５が延設され、同様にＹ方向端面の近傍にＹ座標移動鏡１１６が延設される。
そして、Ｘ座標計測用レーザ干渉計１０５及びＹ座標計測用レーザ干渉計１０６からＸ座標移動鏡１１５及びＹ座標移動鏡１１６に測長レーザが照射され、その反射光をＸ座標計測用レーザ干渉計１０５及びＹ座標計測用レーザ干渉計１０６が受光することにより、ウエハステージ１１０のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時検出される。

次に、上述したステージ装置１００を用いた露光装置２００について、図６を用いて説明する。図６は、走査露光型の露光装置２００の概念図である。
露光装置２００は、レーザユニット２１０、レーザユニット２１０から射出されたレーザ光を回路パターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒに向けて照射する照明光学系２２０、レチクルＲを保持するとともに所定方向に走査するレチクルステージ（マスクステージ）２３０、照明光学系２２０により照明されたレチクルＲのパターン像を感光性のウエハ（基板）Ｗに縮小投影する投影光学系２４０、ウエハＷを保持するとともにＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向の２方向に走査するウエハステージ（基板ステージ）２５０、およびこれら各機器を制御する主制御系２７０等から構成される。

レーザユニット２１０は、露光用光源と複数の光学部材（いずれも図示略）から構成され、レーザ光を伝送する鏡筒（図示略）を通じて照明光学系２２０にレーザ光を照射する。露光光ＥＬとしては、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ２エキシマレーザ光、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波、あるいは超高圧水銀ランプの紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）等が用いられる。

照明光学系２２０は、ミラー２２１、フライアイレンズ、視野絞り（いずれも図示略）を含む複数の光学部材から構成される。レーザユニット２１０から照射されたレーザ光は、ミラー２２１で反射された後、レチクルステージ２３０上に保持されたレチクルＲ上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射される。

レチクルステージ（マスクステージ）２３０は、載置されたレチクルＲをＸ方向すなわち走査方向に駆動するリニアモータからなるレチクルステージ駆動部２３３を備えており、このリニアモータには、上述したリニアモータ１を用いることができる。
また、レチクルステージ２３０には、位置検出装置であるレーザ干渉計２３１から照射されるレーザ光を反射する移動鏡２３２が固定されており、レチクルステージ２３０のステージ移動面内の位置が常時検出される。そして、レーザ干渉計２３１に検出されたレチクルステージ２３０の位置情報は、主制御系２７０に送られる。

投影光学系２４０は、フッ素ドープ石英、蛍石、フッ化リチウム等のフッ化物結晶からなるレンズや反射鏡などの複数の投影レンズ系を投影系ハウジング（鏡筒）内に配置したものであり、レチクルステージ２３０の直下に設けられる。投影レンズ系は、レチクルＲを介して射出される露光光ＥＬを所定の投影倍率β（βは例えば１／４）で縮小して、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上の特定領域（ショット領域）に結像させる。なお、投影光学系２４０の投影レンズ系の各要素は、それぞれ保持部材（不図示）を介して投影系ハウジングに支持され、各保持部材は各要素の周縁部を保持するように例えば円環状に形成されている。
なお、露光光ＥＬとして、Ｆ_２レーザ等の真空紫外線を用いる場合には、透過率の良好な光学硝材（光学素子）として、蛍石（ＣａＦ_２の結晶）、フッ素や水素等をドープした石英ガラス、及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等が用いられる。この場合、投影光学系２４０において、屈折光学部材のみで構成して所望の結像特性（色収差特性等）を得るのは困難であることから、屈折光学部材と反射鏡とを組み合わせた反射屈折系を採用してもよい。

ウエハステージ（基板ステージ）２５０は、上述したステージ装置１００と略同一の構成を備える。すなわち、ウエハステージ２５０は、ウエハＷを戴置するウエハテーブル２５１と、ウエハテーブル２５１をＸＹ平面内で駆動するリニアモータからなるウエハステージ駆動部２５４と、定盤２５５等とから構成される。ウエハステージ駆動部２５４のリニアモータには、上述したリニアモータ１を用いることができる。
そして、ウエハテーブル２５１に設けられた反射鏡２５２に対してレーザ干渉計２５３から測長レーザを照射して、ウエハテーブル２５１のＸ方向、Ｙ方向の位置が常時検出される。そして、その情報は主制御系２７０に送られる。

主制御系２７０は、レーザ干渉計２３１，２５３等からの各種情報及び主制御系２７０に予め記憶されている各種パラメータに基づいて露光装置２００を統括的に制御する。例えば、レチクルステージ２３０の位置情報に基づいてレチクルステージ２３０を走査方向に移動させたり、ウエハステージ２５０の位置情報に基づきウエハステージ２５０をＸＹ方向に移動させたりする。

次に、上述したリニアモータ１、ステージ装置１００、露光装置２００の動作について説明する。
まず、レチクルＲがレチクルステージ２３０にロードされるとともに、ウエハＷがウエハステージ２５０にロードされる。
続いて、各種の露光条件が設定された後に、主制御系２７０の管理の下で、アライメント等の準備作業が行われる。
次いで、主制御系２７０は、アライメント結果に基づいて、Ｘ座標計測用レーザ干渉計１０５及びＹ座標計測用レーザ干渉計１０６の計測値をモニタしつつ、ウエハＷのファーストショット（第１番目のショット領域）の露光のための加速開始位置（走査開始位置）にウエハステージ２５０を移動させる。そして、レチクルステージ２３０及びウエハステージ２５０とのＹ方向の走査しつつ、露光光ＥＬを照射することにより、レチクルＲのパターンＰＡがウエハＷ上のファーストショット領域のレジスト層に縮小転写される。
そして、繰り返し、他のショット領域に対して上述したような走査露光が行われて、ウエハＷ上の全ての露光対象ショット領域にレチクルＲのパターンＰＡが順次転写される。また、このような処理を繰り返し行うことにより、複数のウエハＷの露光が行われる。

上述した露光処理では、ウエハテーブル２５１がＸ方向及びＹ方向に繰り返し移動する。すなわち、ウエハステージ駆動部２５４を構成するリニアモータ１（第１Ｘ，第２Ｘリニアモータ１２２，１２３、第１Ｙ，第２Ｙリニアモータ１３２，１３３）のコイルユニット１０には、所定の交番電圧が印加される。
これらのリニアモータ１のコイルユニット１０に対応する磁石ユニット２０は、高い磁力を効率よく発生させようにしているので、リニアモータ１は、高い推力を得ることができる。これにより、ウエハテーブル２５１を高加減速、高速に移動させることができ、ウエハＷを短時間に所定位置、速度に移動させることにより、露光処理をより短い時間で行うことができる。
また、コイルユニット１０に流す電流を抑えても大きな推力を得ることができるので、少ない電力で駆動可能である。また、仕事量当たりのコイルユニット１０の発熱量を抑えることができるので、コイルユニット１０の冷却に要するエネルギー消費量も抑えることができる。更に、冷媒Ｃの流量を減らすことができるので、冷媒Ｃの流通に伴う振動発生を抑えることもできる。
このように、露光装置２００によれば、高スループット、低ランニングコストで露光処理を行うことができるので、安価なデバイスを製造することが可能となる。

次に、磁石ユニットの変形例について説明する。
図７は、磁石ユニット５０の界磁磁石群５２，５３を示す図である。なお、界磁磁石群５２，５３は、同一の構成を備えるため、主に界磁磁石群５２について説明する。また、図中の実線矢印の方向が各磁石の磁極方向（Ｓ極からＮ極への方向）を示し、破線矢印の方向が各磁気回路を示す。
磁石ユニット（磁界発生装置）５０は、端面の形状がＵ字型でＸ１方向に延在する磁極ベース２１と、磁極ベース２１の内壁の一方に配置された界磁磁石群５２と、他方の内壁に配置された界磁磁石群５３とから構成されており、磁石ユニット２０と同様に、界磁磁石群５２と界磁磁石群５３の間に、磁極方向が交互に並ぶ磁界が発生するようになっている。
なお、界磁磁石群５２，５３を構成する複数の永久磁石の全ては、例えば、ネオジ鉄ボロン系磁石用合金など希土類磁石用合金からなる。ネオジ鉄ボロン（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁石は、残留磁束密度が１．３Ｔ以上という強力な磁石である。

界磁磁石群５２は、永久磁石ユニット６０から構成される。永久磁石ユニット６０は、磁極ベース２１の内壁にヨーク２５を介して配置される。
永久磁石ユニット６０は、所定間隔で配置された主磁石６１と、互いに隣り合う主磁石６１の間に配置される補助磁石６２とから構成される。主磁石６１のＸ１軸に沿った方向の両側面には、それぞれ、磁極方向（Ｙ１軸に沿った方向）に対して傾斜する第１側面（第１側面部）６１ａと、磁極方向に平行な第２側面（第２側面部）６１ｂが形成される。そして、互いに対向する第１側面６１ａは、空隙Ｋに向かって開くように形成されている。一方、主磁石６１の間に配置された補助磁石６２は、主磁石６１の磁極方向（Ｙ１軸に沿った方向）に直交する方向（Ｘ１軸に沿った方向）に磁極を有する磁石であって、主磁石６１の第１側面６１ａに対応する第１側面（側面部）６２ａと、第２側面６１ｂに対応する第２側面（側面部）６２ｂとが形成されている。
これにより、主磁石６１から第１側面６１ａ，６２ａを介して補助磁石６２を通過して、他方の第１側面６１ａ，６２ａを介して隣り合う主磁石６１に至る第１の磁界を発生させることができる。また、主磁石６１から第２側面６１ｂ，６２ｂを介して補助磁石６２を通過して、他方の第２側面６１ｂ，６２ｂを介して隣り合う主磁石６１に至る第２の磁界を発生させることができる。すなわち、永久磁石ユニット６０は、上記構成を有することにより、磁極方向が徐々に回転して反転する２つの磁界を得ることができる。
界磁磁石群５３は、以上に説明した永久磁石ユニット６０と同一の構成を有する永久磁石ユニット６０´を備えている。永久磁石ユニット６０´は、永久磁石ユニット６０´の主磁石６１の磁極方向と、永久磁石ユニット６０の主磁石６１の磁極方向とが一致するように、及び空隙Ｋを隔てて永久磁石ユニット６０と対向するように磁極ベース２１の内壁にヨーク２５を介して配置されている。
これにより、図７に点線矢印で示す磁気回路Ｌ１と第２磁気回路Ｌ２とが形成される。

なお、永久磁石ユニット６０と磁極ベース２１との間にヨーク２５を配置することにより、永久磁石ユニット６０の磁束が外部（磁極ベース２１側）に漏れないようにすることができる。ヨーク２５の厚さは、永久磁石ユニット６０からの磁束によって飽和磁束密度となるような厚みに設定される。また、磁極ベース２１がヨーク２５を兼用しても構わない。
また、永久磁石ユニット６０を構成する主磁石６１、補助磁石６２は、それぞれ比透磁率が非常に小さい磁石で構成される。具体的には、空気の比透磁率（１．０）と略同一の比透磁率である。

このように、磁石ユニット５０の界磁磁石群５２，５３を構成する主磁石６１、補助磁石６２のそれぞれに、磁極方向（Ｙ１方向）に対して傾斜する第１側面６１ａ，６２ａと、磁極方向（Ｙ１方向）に平行な第２側面６１ｂ，６２ｂを形成することにより、磁石ユニット５０の内部の空間Ｋに第１磁気回路Ｌ１と第２磁気回路Ｌ２とが重畳した磁界を発生させることができる。
すなわち、磁石ユニット２０の第２補助磁石３３のように、Ｘ１Ｙ１平面内でＹ１方向及びＸ１方向に対して傾斜する方向に磁極を有する磁石を用いることなく、磁極方向が徐々に回転して反転する第１磁気回路Ｌ１を発生させることができる。
また、主磁石６１、補助磁石６２を比透磁率が非常に小さい磁石で構成することにより、良好に磁力線を通過させることが可能となって、第１磁気回路Ｌ１と第２磁気回路Ｌ２とが互いに干渉することなく重畳させることができる。
これにより、永久磁石ユニット６０の内部の空間Ｋに効率よく、強力な磁界を発生させることができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。

例えば、磁石ユニット２０における第１永久磁石ユニット３０の主磁石３１と第２永久磁石ユニット４０の主磁石４１とを、一体形の磁石としてもよい。
また、磁石ユニット２０における第２永久磁石ユニットを主磁石４１だけで構成し、第１補助磁石４２の部分を空間にしてもよい。この場合であっても、ヨーク２５を介して磁気回路Ｌ２は形成される。更に、第１補助磁石４２を磁性体材料で置き換えても良い。
また、磁石ユニット２０における第２永久磁石ユニットを磁性体で構成されたヨーク２５で置き換えることもできる。この場合、主磁石３１からの磁束の一部がヨーク２５を通過して隣り合う主磁石３１に流入し、磁気回路Ｌ２を形成する。これによれば、第２永久磁石ユニットを設ける場合に比べると磁束密度は低下するが、磁石ユニット２０の構成を簡略化することができる。
また、磁石ユニット５０における永久磁石ユニット６０の主磁石６１及び補助磁石６２のそれぞれを、第１側面６１ａ，６２ａと第２側面６１ｂ，６２ｂとを境に上下２分割に構成してもよい。この場合において、第２側面６１ｂで挟まれる部分を空間としてもよい。この場合であっても、ヨーク２５を介して磁気回路Ｌ２は形成される。更に、第２側面６１ｂで挟まれる空間に磁性体を充填してもよい。

また、上述した実施形態では、永久磁石を実質的に２段に重ねることにより、２重に重畳した磁気回路を形成したが、多段に重ねる等により多重の磁気回路を形成してもよい。

また、磁石ユニット２０（磁極ベース２１）は、必ずしもＵ字形である必要はなく、更に界磁磁石群２２側と界磁磁石群２３側とに分離させた構造であってもよい。
また、コイルユニット１０は、逆Ｔ字形である必要はなく、磁石ユニット２０の構造に合わせて、例えばＨ字形に構成してもよい。

上述したステージ装置１００、露光装置２００では、リニアモータのコイルユニットを固定子とし、磁石ユニットを可動子として用いたが、本発明は、これに限らず、コイルユニット１０を可動子とし、磁石ユニット２０，５０を固定子として用いてもよい。

また、リニアモータ１として、推力方向と垂直な面における磁石ユニット２０，５０の断面がＵ字形である、いわゆる片持ちタイプのリニアモータについて説明したが、本発明は、これに限らず、磁石ユニットの断面がロ字形である、いわゆる両持ちタイプのリニアモータにも適用可能である。また、シャフトタイプのリニアモータに適用することもできる。

また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板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を用いてもよい。

また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。

また、露光装置の用途としては半導体デバイス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。

また、本発明が適用される露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。

また、投影光学系としては、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、Ｆ２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し（このとき、レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。

また、ウエハステージやレチクルステージには、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。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。

また、ウエハステージ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。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。

また、レチクルステージ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。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。

また、本発明が適用される露光装置は、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。

そして、半導体デバイスは、図７に示すように、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（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、上述した実施形態の露光装置によりマスク（レチクルＲ）のパターンを基板（ウエハＷ）に露光する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ２０５（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）、検査ステップ２０６等を経て製造される。

Claims (11)

1. 永久磁石を対向して配置し、所定空間に磁界を発生させる磁界発生装置であって、
   前記所定空間に重畳して磁界を発生させる複数の磁気回路を有することを特徴とする磁界発生装置。
2. 第１磁気回路を形成する第１永久磁石ユニットと、前記所定空間に対して前記第１磁気回路よりも外側に第２磁気回路を形成する第２永久磁石ユニットと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の磁界発生装置。
3. 前記第１永久磁石ユニットは、比透磁率が空気の比透磁率と略同一の永久磁石からなることを特徴とする請求項２に記載の磁界発生装置。
4. 前記第２永久磁石ユニットは、磁性体からなるヨークを含むことを特徴とする請求項２に記載の磁界発生装置。
5. 前記第１永久磁石ユニット及び／又は前記第２永久磁石ユニットは、前記所定空間に向けて磁極が交互に配置された複数の主磁石と、
   前記主磁石の間に配置されると共に前記主磁石の磁極方向と直交する方向に磁極を有する第１補助磁石とを備えることを特徴とする請求項２に記載の磁界発生装置。
6. 前記第１永久磁石ユニットは、前記主磁石と前記第１補助磁石との間に配置されると共に前記主磁石の磁極方向と前記第１補助磁石の磁極方向とのいずれとも交差する方向に磁極を有する第２補助磁石を備えることを特徴とする請求項５に記載の磁界発生装置。
7. 前記所定空間に向けた磁極が交互になるように配置された複数の主磁石と、
   前記主磁石の間に配置されると共に前記主磁石の磁極方向と直交する方向に磁極を有する補助磁石とを備え、
   前記主磁石は、磁極方向に対して傾斜して構成され第１磁気回路の磁束が通過する第１側面部と、前記磁極方向と平行に構成され第２磁気回路の磁束が通過する第２側面部とを有し、
   前記補助磁石は、前記第１側面部と前記第２側面部とに対応した側面部を有し、前記主磁石の間に嵌合して配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁界発生装置。
8. 磁石ユニットと電機子ユニットとからなる電磁アクチュエータにおいて、
   前記磁石ユニットとして、請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の磁界発生装置が用いられることを特徴とする電磁アクチュエータ。
9. 移動可能なステージと、前記ステージを駆動するリニアモータとを有するステージ装置において、
   前記リニアモータとして、請求項８に記載の電磁アクチュエータが用いられることを特徴とするステージ装置。
10. マスクを保持するマスクステージと、基板を保持する基板ステージとを有し、前記マスクに形成されたパターンを前記基板に露光する露光装置において、
    前記マスクステージと前記基板ステージの少なくとも一方に、請求項９に記載のステージ装置が用いられることを特徴とする露光装置。
11. リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、前記リソグラフィ工程において請求項１０に記載の露光装置が用いられることを特徴とするデバイスの製造方法。

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