JPWO2006077958A1 - リニアモータ、ステージ装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

リニアモータは、コイル体（６２）と、発磁体（７２）を支持しコイル体（６２）に対して相対移動するヨーク（７１）とを備える。ヨーク（７１）は、発磁体（７２）によって発生するヨーク（７１）内の磁気の飽和状態に基づいて配置された磁性材からなる第１部分（７３）を有する。

Description

本発明は、リニアモータ及びこのリニアモータを駆動装置として備えるステージ装置、並びにリニアモータの駆動により移動するステージを用いてマスクのパターンを基板に露光する露光装置に関するものである。
本願は、２００５年１月２１日に出願された特願２００５−０１３８２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

例えば半導体素子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の駆動装置として、非接触で駆動できるリニアモータが多く使用されている。
この種のリニアモータは、一群のコイル体と、このコイル体を上下から挟む永久磁石の列とを有する構造体からなり、永久磁石はそれぞれを保持するとともに永久磁石からの磁束が通る磁路を形成する目的で磁性体のヨークに接着等で固定されている。そして、永久磁石が発生する磁場内に位置するコイル体に通電することにより、ローレンツ力で駆動力（推力）を得る構成となっている。

コイル体により発生する磁力線は、コイルを収容するケースや永久磁石、それを支持しているヨークに作用するが、導電体であるケースや永久磁石、ヨークに変動磁場が作用すると、その磁場変動を打ち消すように導体表面近傍に渦電流が生じる。そこで、特許文献１には、コイル体のケースを高導電率の板材により形成し、この板材に渦電流に対する抵抗値を調節するための開口部を設ける技術が開示されている。
特開平１１−１９６５６１号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
上述した従来技術においては、コイル体のケースに発生する渦電流を調整しているが、渦電流はケースのみならず永久磁石やヨーク内にも発生する。
永久磁石やヨーク内に渦電流が流れると、ジュール損失による発熱が生じる。リニアモータからの発熱は、周囲の部材・装置を熱変形させたり、ステージの位置検出に用いられる光干渉式測長計の光路上における空気温度を変化させて測定値に誤差を生じさせパターンの転写精度が低下する虞がある。
特に、コイル体には電流を供給する必要があり、またコイル体が発熱するため冷却する必要があるため、電流供給の配線や冷媒用配管を接続する構成を考慮してコイル体を固定子に設け、配線や配管が不要な永久磁石を可動体に設けることを想定した場合、ヨークを冷却するための機構を別途設けることは困難である。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、モータ駆動時のヨークの発熱を抑えることができるリニアモータ及びこのリニアモータを駆動装置として備えるステージ装置、並びに露光装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図１ないし図１３に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明のリニアモータは、コイル体（６２）と、発磁体（７２）を支持しコイル体（６２）に対して相対移動するヨーク（７１）と、を備え、ヨーク（７１）は、発磁体（７２）によって発生するヨーク（７１）内の磁気の飽和状態に基づいて配置された磁性材からなる第１部分（７３）を有することを特徴とする。

ヨーク（７１）は発磁体（７２）が発生する磁力線の磁路を形成するが、発磁体（７２）の近傍では強い磁場（ＤＣ磁場）が作用するため、磁気が飽和に近い状態となっている。この磁気飽和状態においては、更に重畳的に作用する変動磁場（ＡＣ磁場）に対してヨーク（７１）の透磁率は減少する。（ここでＤＣ磁場は、重畳的に作用するＡＣ磁場よりも十分大きいものとする。これは、リニアモータにおいては一般的な条件である。）透磁率が大きい場合は、渦電流の流れる表皮厚さが薄くなり、渦電流がこの薄い表皮部分に集中する。薄い部分に電流が集中すると、電流の流れる断面積が減少するため、渦電流に対する抵抗値が増加することになり、発熱量も増加する。さらに、渦電流は、例えば変動磁場がヨーク（７１）に侵入してくる際に、それを妨げるように流れるが、渦電流の整定後はヨーク（７１）の透磁率が大きいと、より大きな磁力線を内部に引き込もうとするため、さらにそれを妨げるように渦電流が流れる。そのため、これらの相乗効果により、ヨーク（７１）内の透磁率が高い部分の方がより発熱が大きくなる。
従って、本発明では、ヨーク（７１）のうち、磁性材で形成され磁路を形成するために必要な第１部分（７３）を透磁率の低い部分、すなわち磁気が略飽和状態となっている部分に配置することで、ヨークの発熱を抑えることが可能になる。

一方、ヒステリシス発熱は、ヒステリシスカーブの内部面積に比例するが、透磁率が大きくヨーク（７１）内で磁気飽和していない部分は、透磁率が小さく磁気飽和している部分よりもヒステリシスカーブの内部面積が大きく発熱量も大きい。そのため、本発明では、渦電流を考慮した場合と同様に、第１部分（７３）を磁気の飽和状態に基づいた配置とすることで、ヨーク（７１）の発熱を抑えることが可能になる。
なお、本明細書における磁気の飽和状態とは、作用する外部磁場が大きくなっても、ヨーク内の磁束密度の増加率が飽和して、外部磁場がそれ以上大きくなっても実質的に磁束密度が増加しない状態のことを示している。

また、本発明のリニアモータは、コイル体（６２）と、発磁体（７２）を支持しコイル体（６２）に対して相対移動するヨーク（７１）と、を備え、ヨーク（６２）は、磁気飽和特性に基づいて選択された材料で形成されていることを特徴とする。
従って、本発明では、例えばフェライトやパーメンジュール等の材料でヨーク（７１）を形成している。フェライトやパーメンジュールは通常ヨークの材料として用いられる鉄（例えばＳＳ４００）と比較して飽和磁束密度が大きいので、ヨーク（７１）を小さくしても内部に十分な磁束を発生させることができる。一方、ヒステリシス発熱は体積に比例するので、ヨーク（７１）をフェライトやパーメンジュールで形成し、体積を小さくすることにより、ヒステリシス発熱を抑制することができる。

そして、本発明のステージ装置は、上記のリニアモータ（３０）が駆動装置として用いられることを特徴とするものである。また、本発明の露光装置は、ステージ装置（２）を用いて基板（Ｐ）にパターンを露光する露光装置（ＥＸ）において、ステージ装置として、上記のステージ装置（２）を用いたことを特徴としている。
従って、本発明のステージ装置及び露光装置では、モータ（３０）の駆動時にもヨーク（７１）からの発熱を抑えることができ、装置を熱変形させたり、ステージの位置検出精度を低下させてパターンの転写精度が低下することを抑えることができる。

なお、本発明をわかりやすく説明するために、一実施例を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。

本発明では、磁気飽和していないことで生じる渦電流やヒステリシス発熱等の発熱を効率的に抑制することが可能になる。
また、本発明では、発熱を抑えることにより、パターンの転写精度が低下することを防止できる。

本発明のリニアモータを備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 同露光装置を構成するステージ装置の概略斜視図である。 本発明のリニアモータを備えたステージ装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 リニアモータ１８、２１の分解斜視図である。 Ｙリニアモータの要部構成を示す図である。 ヨークの初磁化曲線を示す図である。 本発明に係るリニアモータの第２実施形態を示す図である。 本発明に係るリニアモータの別形態を示す図である。 本発明に係るリニアモータの第３実施形態を示す組立図である。 本発明に係るリニアモータの第３実施形態を示す分解図である。 本発明に係るリニアモータの第４実施形態を示す図である。 本発明に係るリニアモータの第５実施形態を示す図である。 本発明に係るリニアモータの第６実施形態を示す図である。 磁性体のヒステリシスカーブを示す図である。 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

ＥＸ…露光装置、 Ｒ…マスク（レチクル）、 Ｐ…感光基板（基板）、 ２…ステージ装置、 ３０…Ｙリニアモータ（リニアモータ、駆動装置）、 ６２…コイル体、 ７１…ヨーク、 ７２…永久磁石（発磁体）、 ７３…磁性部（第１部分）、 ７４…枠状部材（第２部分）、 ７４ａ、７４ｂ、７４ｃ…非磁性部（第２部分）

以下、本発明のリニアモータ及びステージ装置並びに露光装置について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明のリニアモータを駆動装置として備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。ここで、本実施形態における露光装置ＥＸは、マスクＭと感光基板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を介して感光基板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Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向と垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。更に、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、及びＺ軸周りの回転方向をそれぞれθＸ方向、θＹ方向、及びθＺ方向とする。また、ここでいう「感光基板」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１において、露光装置ＥＸは、マスク（レチクル）Ｍを保持して移動するマスクステージ（レチクルステージ）ＭＳＴ及びこのマスクステージＭＳＴを支持するマスク定盤３を有するステージ装置１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を露光光で照明する照明光学系ＩＬと、感光基板（基板）Ｐを保持して移動する基板ステージＰＳＴ及びこの基板ステージＰＳＴを支持する基板定盤４を有するステージ装置２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に支持されている感光基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、ステージ装置１及び投影光学系ＰＬを支持するリアクションフレーム５と、露光装置ＥＸの動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。リアクションフレーム５は床面に水平に載置されたベースプレート６上に設置されており、このリアクションフレーム５の上部側及び下部側には内側に向けて突出する段部５ａ及び５ｂがそれぞれ形成されている。

照明光学系ＩＬはリアクションフレーム５の上面に固定された支持コラム７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。

ステージ装置１のうちマスク定盤３は各コーナーにおいてリアクションフレーム５の段部５ａに防振ユニット８を介してほぼ水平に支持されており、その中央部にマスクＭのパターン像が通過する開口３ａを備えている。マスクステージＭＳＴはマスク定盤３上に設けられており、その中央部にマスク定盤３の開口３ａと連通しマスクＭのパターン像が通過する開口Ｋを備えている。マスクステージＭＳＴの底面には非接触ベアリングである複数のエアベアリング９が設けられており、マスクステージＭＳＴはエアベアリング９によりマスク定盤３に対して所定のクリアランスを介して浮上支持されている。

図２はマスクステージＭＳＴを有するステージ装置１の概略斜視図である。
図２に示すように、ステージ装置１（マスクステージＭＳＴ）は、マスク定盤３上に設けられたマスク粗動ステージ１６と、マスク粗動ステージ１６上に設けられたマスク微動ステージ１８と、マスク定盤３上において粗動ステージ１６をＹ軸方向に所定ストロークで移動可能な一対のＹリニアモータ２０と、マスク定盤３の中央部の上部突出部３ｂの上面に設けられ、Ｙ軸方向に移動する粗動ステージ１６を案内する一対のＹガイド部２４と、粗動ステージ１６上において微動ステージ１８をＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向に微小移動可能な一対のＸボイスコイルモータ１７Ｘ及び一対のＹボイスコイルモータ１７Ｙとを備えている。なお、図１では、粗動ステージ１６及び微動ステージ１８を簡略化して１つのステージとして図示している。

Ｙリニアモータ２０のそれぞれは、マスク定盤３上においてＹ軸方向に延びるように設けられたコイルユニット（電機子ユニット）からなる一対の固定子２１と、この固定子２１に対応して設けられ、連結部材２３を介して粗動ステージ１６に固定された磁石ユニットからなる可動子２２とを備えている。そして、これら固定子２１及び可動子２２によりムービングマグネット型のリニアモータ２０が構成されており、可動子２２が固定子２１との間の電磁気的相互作用により駆動することで粗動ステージ１６（マスクステージＭＳＴ）がＹ軸方向に移動する。固定子２１のそれぞれは非接触ベアリングである複数のエアベアリング１９によりマスク定盤３に対して浮上支持されている。このため、運動量保存の法則により粗動ステージ１６の＋Ｙ方向の移動に応じて固定子２１が−Ｙ方向に移動する。この固定子２１の移動により粗動ステージ１６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。なお、固定子２１は、マスク定盤３に変えてリアクションフレーム５に設けられてもよい。固定子２１をリアクションフレーム５に設ける場合にはエアベアリング１９を省略し、固定子２１をリアクションフレーム５に固定して粗動ステージ１６の移動により固定子２１に作用する反力をリアクションフレーム５を介して床に逃がしてもよい。

Ｙガイド部２４のそれぞれは、Ｙ軸方向に移動する粗動ステージ１６を案内するものであって、マスク定盤３の中央部に形成された上部突出部３ｂの上面においてＹ軸方向に延びるように固定されている。また、粗動ステージ１６とＹガイド部２４、２４との間には非接触ベアリングである不図示のエアベアリングが設けられており、粗動ステージ１６はＹガイド部２４に対して非接触で支持されている。

微動ステージ１８は不図示のバキュームチャックを介してマスクＭを吸着保持する。微動ステージ１８の＋Ｙ方向の端部にはコーナーキューブからなる一対のＹ移動鏡２５ａ、２５ｂが固定され、微動ステージ１８の−Ｘ方向の端部にはＹ軸方向に延びる平面ミラーからなるＸ移動鏡２６が固定されている。そして、これら移動鏡２５ａ、２５ｂ、２６に対して測長ビームを照射する３つのレーザ干渉計（いずれも不図示）が各移動鏡との距離を計測することにより、マスクステージＭＳＴのＸ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向の位置が高精度で検出される。制御装置ＣＯＮＴはこれらレーザ干渉計の検出結果に基づいて、Ｙリニアモータ２０、Ｘボイスコイルモータ１７Ｘ、及びＹボイスコイルモータ１７Ｙを含む各モータを駆動し、微動ステージ１８に支持されているマスクＭ（マスクステージＭＳＴ）の位置制御を行う。

図１に戻って、開口Ｋ及び開口３ａを通過したマスクＭのパターン像は投影光学系ＰＬに入射する。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の鏡筒の外周にはこの鏡筒に一体化されたフランジ部１０が設けられている。そして、投影光学系ＰＬはリアクションフレーム５の段部５ｂに防振ユニット１１を介してほぼ水平に支持された鏡筒定盤１２にフランジ部１０を係合している。

ステージ装置２は、基板ステージＰＳＴと、基板ステージＰＳＴをＸＹ平面に沿った２次元方向に移動可能に支持する基板定盤４と、基板ステージＰＳＴ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３５と、Ｘガイドステージ３５に設けられ、基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に移動可能なＸリニアモータ４０と、本発明に係るリニアモータでありＸガイドステージ３５をＹ軸方向に移動可能な一対のＹリニアモータ（リニアモータ、駆動装置）３０とを有している。基板ステージＰＳＴは感光基板Ｐを真空吸着保持する基板ホルダＰＨを有しており、感光基板Ｐは基板ホルダＰＨを介して基板ステージＰＳＴに支持される。また、基板ステージＰＳＴの底面には非接触ベアリングである複数のエアベアリング３７が設けられており、これらエアベアリング３７により基板ステージＰＳＴは基板定盤４に対して非接触で支持されている。また、基板定盤４はベースプレート６の上方に防振ユニット１３を介してほぼ水平に支持されている。

図３は基板ステージＰＳＴを有するステージ装置２の概略斜視図である。
図３に示すように、ステージ装置２は、Ｘ軸方向に沿った長尺形状を有するＸガイドステージ３５と、Ｘガイドステージ３５で案内しつつ基板ステージＰＳＴをＸ軸方向に所定ストロークで移動可能なＸリニアモータ４０と、Ｘガイドステージ３５の長手方向両端に設けられ、このＸガイドステージ３５を基板ステージＰＳＴとともにＹ軸方向に移動可能な一対のＹリニアモータ３０とを備えている。

Ｘリニアモータ４０は、Ｘガイドステージ３５にＸ軸方向に延びるように設けられたコイルユニットからなる固定子４１と、この固定子４１に対応して設けられ、基板ステージＰＳＴに固定された磁石ユニットからなる可動子４２とを備えている。これら固定子４１及び可動子４２によりムービングマグネット型のリニアモータ４０が構成されており、可動子４２が固定子４１との間の電磁気的相互作用により駆動することで基板ステージＰＳＴがＸ軸方向に移動する。ここで、基板ステージＰＳＴはＸガイドステージ３５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。基板ステージＰＳＴはＸガイドステージ３５に非接触支持された状態でＸリニアモータ４０によりＸ軸方向に移動する。

Ｙリニアモータ３０のそれぞれは、Ｘガイドステージ３５の長手方向両端に設けられた磁石ユニットからなる可動子３２と、この可動子３２に対応して設けられコイルユニットからなる固定子３１とを備えたムービングマグネット型のモータである。ここで、固定子３１はベースプレート６に突設された支持部３６（図１参照）に設けられている。なお、図１では固定子３１及び可動子３２は簡略化して図示されている。これら固定子３１及び可動子３２によりムービングマグネット型のリニアモータ３０が構成されており、可動子３２が固定子３１との間の電磁気的相互作用により駆動することでＸガイドステージ３５がＹ軸方向に移動する。また、Ｙリニアモータ３０のそれぞれの駆動を調整することでＸガイドステージ３５はθＺ方向にも回転移動可能となっている。したがって、このＹリニアモータ３０により基板ステージＰＳＴがＸガイドステージ３５とほぼ一体的にＹ軸方向及びθＺ方向に移動可能となっている。

図１に戻って、基板ステージＰＳＴの−Ｘ側の側縁にはＹ軸方向に沿って延設されたＸ移動鏡５１が設けられ、Ｘ移動鏡５１に対向する位置にはレーザ干渉計５０が設けられている。レーザ干渉計５０はＸ移動鏡５１の反射面と投影光学系ＰＬの鏡筒下端に設けられた参照鏡５２とのそれぞれに向けてレーザ光（検出光）を照射するとともに、その反射光と入射光との干渉に基づいてＸ移動鏡５１と参照鏡５２との相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴ、ひいては感光基板ＰのＸ軸方向における位置を所定の分解能でリアルタイムに検出する。同様に、基板ステージＰＳＴ上の＋Ｙ側の側縁にはＸ軸方向に沿って延設されたＹ移動鏡５３（図１には不図示、図３参照）が設けられ、Ｙ移動鏡５３に対向する位置にはＹレーザ干渉計（不図示）が設けられており、Ｙレーザ干渉計はＹ移動鏡５３の反射面と投影光学系ＰＬの鏡筒下端に設けられた参照鏡（不図示）とのそれぞれに向けてレーザ光を照射するとともに、その反射光と入射光との干渉に基づいてＹ移動鏡と参照鏡との相対変位を計測することにより、基板ステージＰＳＴ、ひいては感光基板ＰのＹ軸方向における位置を所定の分解能でリアルタイムに検出する。レーザ干渉計の検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計の検出結果に基づいてリニアモータ３０、４０を介して基板ステージＰＳＴの位置制御を行う。

Ｙリニアモータ３０の固定子３１は、図４に示すように、コイルジャケット６１内に長さ方向に沿ってコイル体６２が複数配列された構成となっている。
また、Ｙリニアモータ３０の可動子３２は、Ｘガイドステージ３５の両端に設けられたＹ方向視Ｕ字状の支持部材６０に、固定子３１を挟んだ両側にヨーク７１及び永久磁石７２がそれぞれ固定子３１と隙間をあけて対向して設けられる構成となっている。

永久磁石７２は、例えばブロック状態で磁化された後に、切断されて配列されたものであり、図５に示すように、磁化方向が固定子３１（コイル体６２）を貫く上記対向方向（Ｚ方向）となる主極７２Ａと、磁化方向が長さ方向（Ｙ方向）となる補極７２Ｂとが交互に、且つＸ軸周りの磁路を形成するように配列された構成となっている。これら永久磁石７２同士、及び永久磁石７２とヨーク７１とは、電気絶縁性を有する接着剤（樹脂接着剤等）で互いに電気的に絶縁された状態で固定されている。

ヨーク７１は、永久磁石７２を保持するとともに、主極７２Ａから漏れだした磁力線を補極７２Ｂに導くための磁路を形成するものであって、スタインメッツ定数が３０００程度の軟鉄（磁性材）で形成された磁性部（第１部分）７３と、平面視矩形のヨーク７１の一部を欠落することで形成した非磁性部（第２部分）７４ａ、７４ｂ、７４ｃとが、固定子３１と可動子３２との相対移動によってヨーク７１内に渦電流が流れる経路に応じて配置された構成となっている。

磁性部７３は、永久磁石７２から作用する磁場により略磁気飽和状態となる主極７２Ａの外周部近傍の領域（図４では二点鎖線で囲まれた環状の領域）Ｈと、永久磁石７２に大きな力が加わった際にも変形せずに永久磁石７２を支持可能な強度を維持できる箇所、及びヨーク７１を支持部材６０に締結固定する際に不図示の締結部材を挿通するための孔部７５周辺の領域とに配置されている。

非磁性部７４ａは、孔部７５の周辺を除くヨーク７１の外周を欠落して形成されている。非磁性部７４ｂは、飽和領域Ｈに囲まれ、図５に示すように、磁気の飽和が起きない主極７２Ａと対向する位置に形成された貫通孔で形成されている。非磁性部７４ｃは、隣り合う飽和領域Ｈの間の領域であって、磁気の飽和が起きない補極７２Ｂと対向する位置に形成された貫通孔で形成されている。すなわち、これら非磁性部７４ａ、７４ｂ、７４ｃには、平面視矩形であった磁性材の軟鉄が欠落して非磁性材で絶縁体の空気が存在することにより（言い換えると、軟鉄の一部を空気で置換することにより）、非磁性領域となっている。また、非磁性部７４ｂ、７４ｃは、ヨーク７１の短辺方向に沿ってスリット状に形成されている。

次に、上述したリニアモータ３０の作用について説明する。
制御装置ＣＯＮＴの制御のもとで、リニアモータ３０のコイル体６２に対して駆動電流として交流電流が供給されると、主極７２Ａが発生する磁力線はコイル体に作用しローレンツ力を発生させる。補極７２Ｂは、主極７２Ａから発生しコイル体６２（固定子３１）と逆方向へ向かう磁力線を引き寄せて隣接する主極７２Ａに導くための磁路を形成する。また、補極７２Ｂが発生する磁力線も隣接する主極７２Ａに導入されてコイル体６２に作用することにより、コイル体６２に作用する磁力線の数、即ち推力の増加に寄与することになる。

ここで、主極７２Ａと補極７２Ｂとの磁化方向が直交しており、また磁力線は急激に進行方向の向きを変えられないため、主極７２Ａから補極７２Ｂに導かれる磁力線及び補極７２Ｂから主極７２Ａに導かれる磁力線は、主極７２Ａと補極７２Ｂとの接合部近傍からヨーク７１に漏れ出し、ヨーク７１においても磁路の一部が形成される（図５に符号Ｂで示す）。ヨーク７１（磁性部７３）は導電性を有しているため、変動磁場が作用することにより、磁場変動を相殺するように表面近傍に渦電流が生じる。

このとき、特に主極７２Ａと補極７２Ｂとの接合部近傍の飽和領域Ｈにおいて、ヨーク７１は永久磁石７２（主極７２Ａ）からの強い磁場が作用することから、磁気が飽和気味となっている。図６にヨーク７１（軟鉄）の初磁化曲線を示す。初磁化曲線の傾きは、ヨーク７１に磁場が作用している位置での透磁率を示しており、磁場強度が大きくなるに従って磁気（磁束密度）は飽和状態に近づき、初磁化曲線の傾きは緩やかとなり透磁率が小さくなる。

ここで、透磁率が大きい場合には、渦電流の流れる表皮厚さが薄くなり、渦電流がこの薄い表皮部分に集中する。薄い部分に電流が集中すると、電流の流れる断面積が減少するため、渦電流に対する抵抗値が増加することになり、発熱量も増加する。また、渦電流は、変動磁場がヨーク７１に侵入してくる際に、それを妨げるように流れるが、渦電流の整定後はヨーク７１の透磁率が大きいと、より大きな磁力線を内部に引き込もうとするため、さらにそれを妨げるように渦電流が流れる。そのため、これらの相乗効果により、ヨーク７１内の透磁率が高い部分の方がより発熱が大きくなる。

一方、変動磁場が作用すると、磁性体内部にある磁区内の分極ベクトルが、変動する外部磁場の向きに回転する。この場合、磁性体の磁気ヒステリシスが大きいと、この分極ベクトルを回転させる際にエネルギ損失が生じて発熱する（ヒステリシス発熱）。
そこで、永久磁石７２からの磁場（ＤＣ磁場）が小さい場合（例えば図６ではＨ１）、ヒステリシスカーブはＨ１を中心としたカーブＨＣ１となる。また、永久磁石７２からの磁場が大きい場合（図６ではＨ２）、ヒステリシスカーブはＨ２を中心としたカーブＨＣ２となる。ヒステリシスに起因して生じる熱、いわゆるヒステリシス発熱は、ヒステリシスカーブの内部面積に比例するため、ヨーク７１においては磁気飽和していない部分（Ｈ１）の方が磁気飽和している部分（Ｈ２）と比較して、よりヒステリシスカーブの内部面積が大きく発熱量も多い。

そのため、本実施の形態では、ヨーク７１において磁気の飽和状態に基づいて磁性部７３を配置し、飽和領域Ｈ以外の磁路としての機能が少ない外周部、飽和領域Ｈに囲まれた内側の領域、及び隣り合う飽和領域Ｈの間の領域を欠落させて非磁性部７４ａ、７４ｂ、７４ｃとすることで、この非磁性部７４ａ、７４ｂが磁性を有している場合に磁気飽和していないことで生じる渦電流による発熱及びヒステリシス発熱を効率的に抑制することが可能になる。
また、ヨーク７１に形成された非磁性部７４ｂ、７４ｃは、ヨーク７１の短辺方向に沿ってスリット状に複数形成されているため渦電流の経路を分断し、渦電流の発生そのものを低減できるように作用している。
また、本実施の形態では、永久磁石７２同士及び、永久磁石７２とヨーク７１との間を電気絶縁した状態で固定しているので、永久磁石７２の内部に流れる渦電流を分断でき、渦電流を低減して発熱量をより小さくすることができる。特に、永久磁石７２は、強く磁化されており、内部は磁気的にほぼ完全に飽和しているため、ヒステリシス損失も低く、また渦電流も磁気飽和により透磁率がほぼ空気と同等で低いため、永久磁石７２で生じる熱を抑えることが可能になる。

続いて、上記の構成の露光装置ＥＸにおける露光動作について説明する。
不図示のレチクル顕微鏡および不図示のオフアクシス・アライメントセンサ等を用いたレチクルアライメント、ベースライン計測等の準備作業が行われ、その後アライメントセンサを用いた感光基板Ｐのファインアライメント（ＥＧＡ；エンハンスト・グローバル・アライメント等）が終了し、感光基板Ｐ上の複数のショット領域の配列座標が求められる。そして、アライメント結果に基づいてレーザ干渉計５０の計測値をモニタしつつ、リニアモータ３０、４０を制御して感光基板Ｐの第１ショットの露光のための走査開始位置に基板ステージＰＳＴを移動する。そして、リニアモータ２０、３０を介してマスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴとのＹ方向の走査を開始し、両ステージＭＳＴ、ＰＳＴがそれぞれの目標走査速度に達すると、ブラインド機構の駆動により設定された露光用照明光によってマスクＭのパターン領域が照明され、走査露光が開始される。

この走査露光時には、マスクステージＭＳＴのＹ方向の移動速度と、基板ステージＰＳＴのＹ方向の移動速度とが投影光学系ＰＬの投影倍率（１／５倍あるいは１／４倍）に応じた速度比に維持されるように、リニアモータ２０、３０を介してマスクステージＭＳＴおよび基板ステージＰＳＴを同期制御する。基板ステージＰＳＴの移動に伴って基板定盤４に変形が生じる場合には、防振ユニット１３を制御して定盤４の変形を補正することで、感光基板Ｐの表面位置を投影光学系ＰＬの焦点位置に位置決めすることができる。

また、防振ユニット１１は、鏡筒定盤１２の残留振動を抑える。例えば、防振ユニット１１は、エアマウント及びボイスコイルモータを有する。エアマウント及びボイスコイルモータの駆動により、上記のステージ移動に伴う重心変化時と同様に、鏡筒定盤１２がアクティブに制振される。また、メインフレーム５の段部５ｂを介して鏡筒定盤１２（投影光学系ＰＬ）に伝わるはずの微振動が遮断され、鏡筒定盤１２はマイクロＧ（Ｇは重力加速度）レベルで絶縁される。そして、マスクＭのパターン領域の異なる領域が照明光で逐次照明され、パターン領域全面に対する照明が完了することにより、感光基板Ｐ上の第１ショットの走査露光が完了する。これにより、マスクＭのパターンが投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｐ上の第１ショット領域に縮小転写される。

このように、本実施形態におけるステージ装置及び露光装置では、走査露光時にＹリニアモータ３０を駆動する際にも、ヨーク７１及び永久磁石７２からの発熱を抑制することができるため、発熱に起因する周囲の部材・装置の熱変形や、空気揺らぎ等のステージ位置検出精度の低下要因を排除することが可能になり、パターンの転写精度が低下することを防止できる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係るリニアモータの第２実施形態について図７を参照して説明する。
上記第１実施形態では、ヨーク７１の一部を欠落させることで、空気からなる非磁性部７４ａ、７４ｂ、７４ｃを形成する構成としたが、第２実施形態では非磁性の樹脂材で非磁性部を形成する。なお、この図において、図１乃至図６に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態におけるヨーク７１は、外周部の非磁性部７４ａ、飽和領域Ｈに囲まれた位置に形成された非磁性部７４ｂ、及び隣り合う飽和領域Ｈの間の領域に形成された非磁性部７４ｃが非磁性で絶縁体の樹脂材によって形成された構成となっている。非磁性の樹脂材としては、エポキシ樹脂や強度の高いエンジニアリングプラスチック樹脂を用いることができる。

本実施の形態では、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、第１実施形態ではヨーク７１の一部が欠落した部分が樹脂材でモールドされているため、機械的強度を高めることが可能になる。通常、リニアモータには強い推力が発生し、永久磁石７２には大きな力が作用するため、ヨーク７１には高い機械強度が要求されるが、第１実施形態のようにヨーク７１の一部を欠落させると強度が低下することになるが、本実施の形態では樹脂材により強度が向上し、強い力が作用する永久磁石７２に対しても支障なく支持することが可能である。
なお、非磁性部７４ａ、７４ｂのみならず、図８に示すように、永久磁石７２も非磁性の樹脂材によりヨーク７１に一体的にモールドする構成としてもよい。

（第３実施形態）
続いて、リニアモータの第３実施形態について図９Ａ及び９Ｂを参照して説明する。なお、この図において図１乃至図６に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態では、ヨーク７１において最低限必要な箇所に磁性材を配置し、他の箇所には電気伝導率が低い樹脂材（エポキシ樹脂等）を配置している。樹脂材に替えて複合材料（ＣＦＲＰ；炭素繊維強化熱硬化性プラスチック）やセラミック等で形成する構成としてもよい。
具体的には、図９Ａの組立図及び図９Ｂの分解図に示すとおり、飽和領域Ｈに対応した環状（長円のリング状）の磁性材（第１部分）７３（軟鉄やパーメンジュール等）をＣＦＲＰで形成された枠状部材（第２部分）７４に嵌め込んでヨーク７１を構成する。また、枠状部材７４の周辺にはヨーク７１を支持部材６０に締結固定するための孔部７５が形成されたブロック７６が設けられている。

この構成では、比重の大きい磁性材部分の割合を低減して、比重が小さく且つ剛性の高い部分の割合を大きくできるため、可動子３２の軽量化を図ることが可能になる。そのため、本実施の形態では、モータ駆動時の推力を小さくすることが可能になり、モータ駆動による発熱量を抑えることができる。なお、枠状部材７４の材質はＣＦＲＰの他、ステンレスやチタン合金、アルミニウムなどの非磁性金属を用いることもできる。

（第４実施形態）
続いて、リニアモータの第４実施形態について図１０を参照して説明する。
本実施形態においては、ヨーク７１が軟鉄等の磁性材からなる複数の分割体７１ａが上述した電気絶縁性の樹脂接着剤で格子状に固定された構成となっている。
この構成では、各分割体７１ａが電気的に分割されているため、ヨーク７１に渦電流が流れる際に、図１０に矢印で示すように、各分割体７１ａ毎に渦電流が生じる。そのため、本実施の形態では、渦電流の流れる時間が短く、整定時間が減少することから、渦電流発熱を抑制することが可能になる。
なお、これは、飽和領域Ｈに対応して磁性材を分離して配置する第３実施形態においても同様の効果を発現することになる。

（第５実施形態）
次に、リニアモータの第５実施形態について図１１を参照して説明する。
図１１に示すヨーク７１は、孔部７５を含む幅方向両側が非磁性金属（例えば非磁性ステンレス）で形成された非磁性部（第２部分）７４ｃとなっており、軟鉄等の磁性材で形成された磁性部７３に対して溶接等により一体的に固定されている。
本実施の形態では、非磁性部７４ｃの透磁率を低くすることができ渦電流及びその発熱を低減することが可能になる。また、非磁性部７４ｃが非磁性であることから、ヒステリシス発熱も生じず、発熱量の抑制に寄与することができる。
なお、非磁性金属としては、非磁性ステンレスの他に、チタンや銅、アルミニウム等を選択できる。

（第６実施形態）
続いて、リニアモータの第６実施形態について図１２及び図１３を参照して説明する。
上記の形態では、ヨーク７１の磁気飽和状態に基づいて磁性部と非磁性部とを配置することで、渦電流による発熱及びヒステリシス発熱を抑える構成としたが、本実施の形態ではヨーク７１の磁気飽和特性に基づいてヨーク７１の材料を選択することにより発熱を抑える構成について説明する。

すなわち、図１２に示すように、本実施の形態におけるヨーク７１は磁性部及び非磁性部が区画して形成されるのではなく、スタインメッツ定数に基づいて選択された材料で一様に形成されている。
より詳細には、磁性体の磁気特性は、図１３に示すヒステリシスカーブ（ＢＨカーブ）Ｃにより表されるが、外部磁場の変動により、ヒステリシスカーブＣが１回ループすると、ヒステリシスカーブＣで囲まれた面積に比例した発熱が生じる。
ここで、変動する磁束密度をＢ、変動周波数をｆ、磁性体の体積をＶとすると、発熱量Ｐはスタインメッツ定数ηに比例し、下記の式で表される。
Ｐ＝η×Ｂ^１．６×ｆ×Ｖ …（１）
軟鉄のスタインメッツ定数ηは３０００程度であることが知られているが、本実施の形態ではスタインメッツ定数ηが１０００以下の材料を選択することで、発熱量を大幅に抑えることができる。

スタインメッツ定数ηが１０００以下の材料としては、例えばフェライト（酸化物軟質磁性材料；η＝１２）やパーメンジュール（軟質磁性材料；η＝４４）が挙げられる。
フェライトは、電気絶縁性を有するため（実際は有限な電気抵抗を有するため渦電流が流れるが、流れる量が極微小である）、ほとんど発熱が生じない。また、フェライトは、非線形性が少なくヒステリシスカーブの内部面積も小さいことから、ヒステリシス損失に伴う発熱量の低減にも寄与できる。

また、パーメンジュールは、軟鉄を上回る飽和磁束密度を有し、非線形性（すなわちヒステリシスカーブの内部面積）も小さい材料である。そのため、パーメンジュールによりヨーク７１を形成した際には、特にヒステリシス発熱を小さくする点で有効である。

（第７実施形態）
続いて、リニアモータの第７実施形態について説明する。
本実施形態におけるヨーク７１は、磁性焼鈍した軟鉄で形成される。
磁性焼鈍は、ヨーク材料（軟鉄）をそのキュリー点付近（約６００〜８００℃）まで加熱した後に、徐冷する焼き鈍しである。この処理により鉄材料の内部の歪が解消され、また磁区構造も大きく成長することから、図１３に点線で示すように、ヒステリシスカーブＣ’も内部面積が小さくなる。例えばスタインメッツ定数が３０００程度であった軟鉄は、磁性焼鈍処理を施すことにより５００程度に減少することが知られている。従って、本実施形態では、ヒステリシス発熱を１／６程度に低減することができる。
なお、この磁性焼鈍処理は、鉄（軟鉄）以外にも、上述したパーメンジュールを含むあらゆる金属磁性体に適用可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した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設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施の形態では、永久磁石７２同士及び永久磁石７２とヨーク７１とを絶縁性を有する接着剤で固定する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば電気絶縁性を有する樹脂フィルムを用いて固定する構成としてもよい。この樹脂フィルムとしては、ポリイミドや、ガラスエポキシ、ガラスクロスシート等を用いることができる。

また、上記の実施形態では、本発明をＹリニアモータ３０に適用する構成としたが、これに限られず、Ｘリニアモータ４０に適用する構成としてもよい。さらに、上記実施形態では、本発明を基板Ｐ側のステージ装置２に適用する構成としたが、これ以外にもマスクＭ側のステージ装置１に適用してもよい。この場合、Ｙリニアモータ２０に本発明を適用できる。

なお、上記各実施形態におけるリニアモータは、固定子がコイル体を有し、可動子が永久磁石を有する所謂ムービングマグネット型のリニアモータとして説明したが、可動子がコイル体を有し、固定子が永久磁石を有するムービングコイル型のリニアモータにも適用可能である。

また、上記実施形態の感光基板Ｐとしては、半導体デバイス用の半導体ウエハのみならず、液晶ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置ＥＸとしては、マスクＭと感光基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置の他に、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、感光基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置にも適用することができる。

露光装置ＥＸの種類としては、ウエハに半導体デバイスパターンを露光する半導体デバイス製造用の露光装置に限られず、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表示素子製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

また、露光用照明光の光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．７ｎｍ）、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ド（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は、マスクＭを用いる構成としてもよいし、マスクＭを用いずに直接ウエハ上にパターンを形成する構成としてもよい。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高周波などを用いてもよい。

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し（マスクＭ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及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、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可能である。

上記実施形態のように基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合においてエアベアリングを用いたエア浮上型に限られず、ローレンツ力を用いた磁気浮上型を用いてもよい。また、各ステージＰＳＴ、ＭＳＴは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。

基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−１６６４７５号公報（USP5,528,118）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、投影光学系ＰＬに伝わらないように、特開平８−３３０２２４号公報（USP 5,874,820）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。

以上のように、本願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及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。

半導体デバイスは、図１４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処理を含むステップ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。

Claims (13)

1. コイル体と、
   発磁体を支持し前記コイル体に対して相対移動するヨークと、を備え、
   前記ヨークは、前記発磁体によって発生する前記ヨーク内の磁気の飽和状態に基づいて配置された磁性材からなる第１部分を有することを特徴とするリニアモータ。
2. 前記第１部分は、前記ヨーク内の磁気が飽和する部分に配置される。
3. 請求項１記載のリニアモータにおいて、
   前記ヨークは、非磁性材からなる第２部分を有する。
4. 請求項３記載のリニアモータにおいて、
   前記第２部分は絶縁体からなり、前記コイル体と前記発磁体との相対移動によって前記ヨーク内に渦電流が流れる経路に応じた位置にある。
5. 請求項３記載のリニアモータにおいて、
   前記第２部分は、非磁性の樹脂材からなる。
6. 請求項３記載のリニアモータにおいて、
   前記第２部分は、非磁性金属からなる。
7. コイル体と、
   発磁体を支持し前記コイル体に対して相対移動するヨークと、を備え、
   前記ヨークは、磁気飽和特性に基づいて選択された材料で形成されていることを特徴とするリニアモータ。
8. 請求項７記載のリニアモータにおいて、
   前記ヨークは、スタインメッツ定数が１０００以下の材料で形成されている。
9. 請求項７記載のリニアモータにおいて、
   前記ヨークは、フェライトまたはパーメンジュールで形成されている。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のリニアモータにおいて、
    前記ヨークと前記発磁体とは、樹脂材により一体的に成型されている。
11. 請求項１から９のいずれかに記載のリニアモータにおいて、
    前記ヨークと前記発磁体とが電気絶縁されている。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアモータが駆動装置として用いられるステージ装置。
13. ステージ装置を用いて基板にパターンを露光する露光装置において、
    前記ステージ装置として、請求項１２に記載のステージ装置を用いたことを特徴とする露光装置。

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