WO2006035835A1

WO2006035835A1 - 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

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Publication number: WO2006035835A1
Application number: PCT/JP2005/017882
Authority: WO
Inventors: Masahiro Totsu
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2007-03-29
Also published as: JPWO2006035835A1

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

磁界発生装置、電磁ァクチユエータ、ステージ装置、露光装置、及びデバイスの製造方法

技術分野

[0001] 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、これを用いた電磁ァクチユエータ、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。

背景技術

[0002] 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 (ウエノ、、ガラスプレート等

)が載置されるウエノ、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ぐまた、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一プットや位置決め精度の向上が図れるためである。

[0003] 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力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、と、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。

[0004] 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ィ匕を抑えつつ、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。特許文献 1：特開 2001— 145328号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] し力しながら、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ィヒゃ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。

[0006] 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、電磁ァクチユエータ、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。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明に係る磁界発生装置、電磁ァクチユエータ、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 (LI, 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。

[0008] 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、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力なるものでは、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、磁性体力なるヨーク（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、磁束密度を確実に得ることができる。

[0009] また、第 1永久磁石ユニット（30)及び Z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、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さる。

[0010] 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、磁界を得ることができる。

[0011] 第 2の発明は、磁石ユニット（20, 50)と電機子ユニット（10)とからなる電磁ァクチュエータ（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、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ァクチユ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。

[0012] 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（12 2, 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の発明の電磁ァクチユエータ（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。

[0013] 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力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。

[0014] 第 5の発明は、デバイスの製造方法において、リソグラフイエ程を含むデバイスの製造方法にぉ、て、リソグラフイエ程にぉ、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ィ匕を実現することが可能となる。

発明の効果 [0015] 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ァクチユエータを得ることができる。また、少な、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ィ匕を実現することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]リニアモータ 1を示す概念図である。

[図 2]コイルユニット 10を示す断面図である。

[図 3]磁石ユニット 20の斜視図である。

[図 4]磁石ユニット 20の界磁磁石群 22, 23を示す図である。

[図 5]ステージ装置 100の構成を示す斜視図である。

[図 6]走査露光型の露光装置 200の概念図である。

[図 7]磁石ユニット 50を示す断面図である。

[図 8]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

[0017] 1 リニアモータ（電磁ァクチユエータ） 10 コイルユニット (電機子ユニット） 20, 5 0 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 ウェハステージ (ステージ） 122 第 IX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 ウェハステージ (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 ゥェハ（基板）

発明を実施するための最良の形態

[0018] 以下、本発明の磁界発生装置、電磁ァクチユエータ、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、電磁ァクチユ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（電磁ァクチユエータ） 1は、コイルユニット 10と磁石ユニット 20と力ら構成される。

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力もなり、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、コイルュ-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、る。

[0019] 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榭脂等力もなるコィルベース 11と、非磁性体力も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がー列に並べられる。また、複数のコィル 13は、キャン 12の内壁力も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、表面を榭脂等で固められて 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ぺーサ 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力コイル 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、る。

[0020] 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 XI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（XI)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力もなる。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。

[0021] 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極力も 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 2 1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。

[0022] 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（XI 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 (XI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。

[0023] 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（XI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 (XI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、これによつて、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 3(Τ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 4(Τ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 3CTの主磁石 31の磁極方向とがー致するように、かつ空隙 Κを隔てて第 1永久磁石ユニット 30、 3(Τ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、 30Ίこより磁気回路 L1が形成され、第 2永久磁石ユニット 40、 40Ίこより磁気回路 L2が形成される。第 2永久磁石ユニット 40、 4(Τ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、 4(Τ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、 4(Τ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永久磁石ュ- 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 Κ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に効率よぐ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、ウェハ Wを戴置するウェハステージ (ステージ） 110と、ゥェハステージ 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 IXリニアモータ 122、第 2Xリニアモータ 1 23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 2 Y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に沿つて 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のー咅でもある。

第 IXリニアモータ 122は、第 IX固定子 122aと、この第 IX固定子 122aに沿って移動する第 IX可動子 122bから構成され、第 IX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 1 23a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 2 Yガイド搬送体 126の側方に平行に延設される。そして、第 IX可動子 122bおよび第 2X可動子 123bが、それぞれ連結部材 127, 1 28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, 1 23b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。

[0026] Y方向駆動部 130は、ウェハステージ 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とカゝら構成され、 X方向移動体 124上に設置される。ウェハステージ 110は、 Yガイド 131を上下力も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に沿つて 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 133 a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)と力も構成され、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力それぞれウェハステージ 110に固定されるとともに、駆動されることによって、ウェハステージ 110が Yガイド 131に沿つて Y方向に移動する。

なお、第 IX,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。

[0027] そして、ウェハステージ 110には、天板 111を Z方向に移動させるとともに、 X、 Y、 Ζ 軸回りに回転駆動可能な Ζ Θ駆動部（図示略)が設けられ、更に天板 111上には、ゥェハ 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 Υ方向端面の近傍に Υ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 Υ座標計測用レーザ干渉計 106から X座標移動鏡 115及び Υ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、ウェハステージ 110の X方向、 Υ方向の位置が常時検出される。

[0028] 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ェハ（基板) Wに縮小投影する投影光学系 240、ウェハ Wを保持するとともに ΧΥ平面内で X方向及び Υ方向の 2方向に走査するウェハステージ（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等カゝら構成される。

[0029] 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。

[0030] 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カも構成される。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。

[0031] 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力も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。

[0032] 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 ( |8は例えば 1Z4)で縮小して、レチクル Rのパターンの像をウェハ 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レーザ等の真空紫外線を用いる場合には、透過率の良

2

好な光学硝材 (光学素子）として、蛍石 (CaFの結晶）、フッ素や水素等をドープした

2

石英ガラス、及びフッ化マグネシウム (MgF )等が用いられる。この場合、投影光学

2

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。

[0033] ウェハステージ (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、ウェハステージ 250は、ウェハ Wを戴置するウェハテーブル 25 1と、ウェハテーブル 251を XY平面内で駆動するリニアモータからなるウェハステージ駆動部 254と、定盤 255等とから構成される。ウェハステージ駆動部 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、ウェハテーブル 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、ウェハテーブル 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。

[0034] 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、る各種パラメータに基づ!/、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!/、てレチクルステージ 230を走査方向に移動させたり、ウェハステージ 250の位置情報に基づきウェハステージ 250を XY方向に移動させたりする。

[0035] 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、ウェハ Wがウエノ、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、ァラィメント等の準備作業が行われる。

次いで、主制御系 270は、ァ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、ウェハ Wのフアーストシヨット（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）にウェハステージ 250を移動させる。そして、レチクルステージ 230及びウェハステージ 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、レチクル尺のパターン PAがウェハ 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、ゥェハ 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、複数のウェハ Wの露光が行われる上述した露光処理では、ウェハテーブル 251が X方向及び Y方向に繰り返し移動する。すなわち、ウェハステージ駆動部 254を構成するリニアモータ 1 (第 IX,第 2Xリ -ァモータ 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、ウェハテーブル 251を高加減速、高速に移動させることができ、ゥェハ 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免ることもできる。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。

[0037] 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 5 2, 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極力 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 XI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力もなる。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。

[0038] 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 XI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) 6 la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（XI軸に沿った方向）に磁極を有する磁石であつて、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、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 6 lb, 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 6(Τを備えている。永久磁石ユニット 60Ίま、永久磁石ユニット 6(Τ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の磁極方向とがー致するように、及び空隙 Κ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!、る。

これ〖こより、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。

[0039] 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。

[0040] 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さる。

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 XI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ぐ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に効率よぐ強力な磁界を発生させることができる。

[0041] なお、上述した実施の形態にぉ、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。

[0042] 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 2 5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の構成を簡略ィ匕することができる。

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ヽ。

[0043] 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ちょい。

[0044] 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ぐ更に界磁磁石群 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ぐ磁石ユニット 20の構造に合わせて、例えば H字形に構成してもよい。 [0045] 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力本発明は、これに限らず、コイルュニット 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。

[0046] 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力本発明は、これに限らず、磁石ユニットの断面が口字形である、いわゆる両持ちタイプのリユ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。

[0047] 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。

[0048] 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ょヽ

[0049] 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ぐ例えば、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。

[0050] 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へキサボライト (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ょヽし、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ょ、。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

[0051] 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力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。

[0052] また、ウェハステージゃ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ータを用いる場合、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ュ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。

[0053] また、ウェ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。

[0054] 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。

[0055] 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、ては機械的精度を達成するための調整、各種電気系につ、ては電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステム力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力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。

[0056] 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 (ウエノ、、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 (ウエノ、 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、ボンデイング工程、ノ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

請求の範囲

[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、磁性体力も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 Z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ァクチユエータにお！/ヽて、

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ァクチユエータ。

[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

¾【こ; i l /、て、

前記リニアモータとして、請求項 8に記載の電磁ァクチユ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] リソグラフイエ程を含むデバイスの製造方法において、前記リソグラフイエ程において請求項 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。