JP2000348932A

JP2000348932A - ステージ装置及び露光装置

Info

Publication number: JP2000348932A
Application number: JP11159247A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Kikuchi; 俊秀菊池
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱量を大きくすることなしに大きな推力を得
ることができる電磁アクチュエータを備えたステージ装
置を提供することが主な課題である。【解決手段】ステージ３６に接続された可動子２４Ｂと
複数の要素コイル８４を有する固定子２４Ａとを備えた
電磁アクチュエータによりステージ３６を移動するステ
ージ装置において、ステージ３６の位置に応じて複数の
要素コイル８４のうちの選択されたコイルに通電する制
御装置６８を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、電磁ア
クチュエータによりステージを移動するステージ装置に
関し、特に、露光装置で用いられるマスク（レチク
ル）、ウエハ等の移動対象物を高精度で移動するのに適
したステージ装置及び該ステージ装置が適用される露光
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子等
を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレ
チクル（以下、「レチクル」と総称する）に形成された
パターンを投影光学系を介してレジスト等が塗布された
ウエハ又はガラスプレート等の基板（以下、適宜「感光
基板又はウエハ」という）上に転写する露光装置が用い
られている。こうした露光装置としては、いわゆるステ
ッパ等の静止露光型の投影露光装置や、いわゆるスキャ
ニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主と
して用いられている。これらの種類の投影露光装置で
は、レチクルに形成されたパターンをウエハ上の複数の
ショット領域に順次転写する必要から、ウエハを保持し
て２次元移動可能なウエハステージが設けられている。
また、走査露光型の投影露光装置の場合には、レチクル
を保持するレチクルステージも走査方向に移動可能とな
っている。

【０００３】近年の投影露光装置においては、レチクル
ステージ、ウエハステージ等のステージ装置における駆
動源としていわゆるリニアモータ等の電磁アクチュエー
タが使用されている。これは、電磁アクチュエータは、
構造が簡易で部品点数が少なく済み、駆動における摩擦
抵抗が少ないために動作精度が高く、また、直接的に直
線駆動を行うので移動動作を迅速に行うことができると
いう利点を有しており、レチクルステージ、ウエハステ
ージ等に関するスループットや位置決め精度の向上の要
請に応えるのに適しているからである。

【０００４】静止露光型の投影露光装置において、ウエ
ハステージを駆動するための電磁アクチュエータに要求
される性能は次のような項目に集約される：（Ａ）いかに早くウエハを目標位置に移動させるかとい
う高速性；（Ｂ）いかに高精度にウエハを目標位置に停止させるか
という高精度性；そして（Ｃ）ウエハの停止時にいかに安定に静止させるかとい
う停止安定性。

【０００５】また、走査型露光装置において、ウエハス
テージを走査方向に駆動するための電磁アクチュエータ
に要求される性能は次のような項目に集約される：（Ｄ）いかに早くウエハが目標速度に到達するかという
高速性；（Ｅ）いかに高速且つ等速にウエハを走査するかという
定速性；そして（Ｆ）ウエハステージとレチクルステージとの相対位置
関係を所定の位置関係に維持するという高精度性。

【０００６】上述した要求性能の多くを満足するため
に、様々なリニアモータが開発されている。一般的に、
リニアモータは、所定の部材に固定された固定子と、そ
の所定の部材に対して移動する部材上に固定された可動
子とからなり、固定子がコイルを含むときは、可動子は
永久磁石等の発磁体を含み、固定子が発磁体を含むとき
は、可動子はコイルを含む。そして、発磁体が可動子に
含まれ、コイルが固定子に含まれているものは、ムービ
ングマグネット型のリニアモータと称され、一方、コイ
ルが可動子に含まれ、発磁体が固定子に含まれるもの
は、ムービングコイル型のリニアモータと称される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、露光装置に
おけるレチクルステージやウエハステージにおいては、
精密な位置決めが必要とされるので、リニアモータが用
いられている場合、コイルの発熱による微妙な温度変化
が周辺機器の精度に影響を及ぼして問題が生じることが
ある。例えば、コイルの発熱により周囲の雰囲気中の気
体に揺らぎが生じ、レーザ干渉計による位置測定精度が
低下することがある。また、製作するデバイスの大型化
に伴い、レチクルステージやウエハステージも大型化
し、重量も大きくなってきている。このため、レチクル
ステージやウエハステージを駆動するリニアモータにも
推力の大きいものが望まれるようになってきている。

【０００８】リニアモータを高推力化するためには、
電機子コイルの巻き数を増やす、電機子コイルに大電
流を流す、永久磁石の磁力を大きくする等が考えられ
る。しかし、これらの条件は互いに制限し合うため、最
適な条件設定が必要になることになる。例えば、推力を
増すために電機子コイルの巻き数を増やせば、それだけ
多くの空気間隙が必要になり、必ずしも推力は巻き数の
増大に対して比例的には増大しない。空気間隙を変えず
に巻き数を増やすためには、コイルの導線の線形を小さ
くすれば良いが、線形を小さくすると抵抗が大きくな
り、巻き数の増加によっても抵抗が大きくなることか
ら、発熱量が増大することになる。電流を大きくしても
同様に発熱が大きくなる。このように、リニアモータの
大きさ或いは規模が決定されると、最大電流、巻き数、
電機子コイルの抵抗、空気間隙等の条件も決定され、こ
れらの変更により推力を増大させるのには限界があっ
た。

【０００９】コイルから発生した熱を除去するために、
コイル周辺に冷却管を設けたり、熱の伝達を遮るための
断熱材を使用する方法が知られている。しかし、これら
の方法では、露光装置における精密な位置決めに必要な
温度の安定性を得ることができなかったり、装置が大型
化してしまうという問題がある。

【００１０】また、高推力化のために大電流を必要とす
る場合、上述した従来の方法では、大量の冷媒を高圧、
高速で流したり、冷却通路を大型化しなくてはならな
い。冷媒を高速で流すためには、高圧な循環ポンプを使
用しなければならず、循環ルートの溶接部や接続部に負
担がかかり、冷媒が漏れ出すといった事故につながる可
能性もある。

【００１１】よって、本発明の目的は、発熱量を大きく
することなしに大きな推力を得ることができる電磁アク
チュエータを備えたステージ装置を提供することであ
る。

【００１２】本発明の他の目的は、そのような発熱量の
小さな電磁アクチュエータを備えたステージ装置を適用
して露光精度の高い露光装置を提供することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は以下の説明から
明らかになる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す例で
は、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施形
態の図に示す代表的な参照符号を付して説明するが、本
発明の構成又は各構成要件は、これら参照符号によって
拘束されるものに限定されない。

【００１５】本発明によると、ステージ（３６）に接続
された可動子（２４Ｂ）と複数の要素コイル（８４）を
有する固定子（２４Ａ）とを備えた電磁アクチュエータ
（２４）により前記ステージ（３６）を移動するステー
ジ装置において、前記ステージ（３６）の位置に応じて
前記複数の要素コイル（８４）のうちの選択されたコイ
ルに通電する制御装置を備えたことを特徴とするステー
ジ装置が提供される。

【００１６】この構成によると、ステージの位置に応じ
て選択された要素コイルに通電する制御装置を採用して
いるので、例えば、ステージに接続された可動子に関連
する要素コイルだけに通電して効率的な駆動を行うこと
ができるようになり、発熱量を大きくすることなしに大
きな推力を得ることができるようになる。

【００１７】本発明の他の側面によると、パターンが形
成されたレチクル（Ｒ）を介して感光基板（Ｗ）を露光
する露光装置が提供される。レチクル（Ｒ）及び感光基
板（Ｗ）の少なくとも一方は、本発明によるステージ装
置によって移動させられる。

【００１８】この構成によると、本発明に従ってステー
ジ装置の電磁アクチュエータの発熱量を小さく抑えるこ
とができるので、ステージ周囲の雰囲気中の気体の揺ら
ぎに起因するレーザ干渉計による位置測定精度の低下を
防止することができ、また、ステージ等の周辺部品の熱
膨張を小さく抑えることができ、その結果、露光精度が
向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係る露光
装置１００の全体的な構成が概略的に示されている。な
お、この露光装置１００は、いわゆるステップ・アンド
・スキャン露光方式の投影露光装置である。

【００２０】この露光装置１００は、照明系ＩＯＰ、レ
チクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学
系ＰＬ、ウエハＷをＸＹ平面内でＸＹ２次元方向に駆動
するステージ装置としてのウエハステージ装置１５、及
びこれらの制御系等を備えている。

【００２１】照明系ＩＯＰは、光源ユニット、シャッ
タ、２次光源形成光学系、ビームスプリッタ、集光レン
ズ系、レチクルブラインド、及び結像レンズ系等（いず
れも不図示）から構成されている。この照明系ＩＯＰの
構成等については、例えば特開平９−３２０９５６に開
示されている。この照明系ＩＯＰから出力された照明光
ＩＬは、折り曲げミラー６２で反射された後にレチクル
ステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照
明領域を照明する。

【００２２】レチクルステージＲＳＴ上にはレチクルＲ
が、例えば真空吸着により固定されている。このレチク
ルステージＲＳＴ上にはレチクルレーザ干渉計（以下、
「レチクル干渉計」という）６６からのレーザビームを
反射する移動鏡６４が固定されており、レチクルステー
ジＲＳＴのステージ移動面内の位置はレチクル干渉計６
６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時
検出される。

【００２３】レチクル干渉計６６からのレチクルステー
ジＲＳＴの位置情報はステージ制御装置６８及びこれを
介して主制御装置６０に送られ、ステージ制御装置６８
は、主制御装置６０からの指示に応じ、レチクルステー
ジＲＳＴの位置情報に基づいてレチクル駆動部（図示省
略）を介してレチクルステージＲＳＴを駆動する。

【００２４】投影光学系ＰＬは、レチクルステージＲＳ
Ｔの図１における下方に配置され、その光軸ＡＸ（照明
光学系の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ軸方向とされてい
る。ここでは両側テレセントリックな光学配置となるよ
うに光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚
のレンズエレメントから成る屈折光学系が使用されてい
る。この投影光学系ＰＬは所定の投影倍率、例えば１／
５（あるいは１／４）を有する縮小光学系である。この
ため、照明光学系からの照明光ＩＬによってレチクルＲ
の照明領域が照明されると、このレチクルＲを通過した
照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介してその照明領
域内のレチクルＲの回路パターンの縮小像（部分倒立
像）が、表面にフォトレジストが塗布されたウエハＷ上
の前記照明領域に共役な被露光領域に形成される。

【００２５】ウエハステージ装置１５は、駆動装置１０
及びステージとしてのウエハステージ３６から構成され
ている。

【００２６】駆動装置１０は、図２に示されるように、
定盤１２と、定盤１２上に固定されたガイドバーとして
のＸガイド１４と、定盤１２上面及びＸガイド１４に沿
ってＸ方向に移動可能な移動体１６と、この移動体１６
の移動ガイドとしてのＹガイド２２とを備えている。

【００２７】定盤１２としては、例えば鉄に比べ軽量で
傷のつき難いアルミナセラミックス製の長方形状のもの
が使用される。この定盤１２の上面は基準面とされてい
る。

【００２８】Ｘガイド１４としては、例えばアルミナセ
ラミックス製のものが使用される。このＸガイド１４
は、定盤１２上のＹ方向の一端面近傍にＸ方向に沿って
配置されている。なお、このＸガイド１４のＹ方向の他
端側の面は基準面とされている。

【００２９】移動体１６は、定盤１２上にＸガイド１４
に近接してＸ方向に沿って配置された断面Ｌ字状部材か
ら成る第１のＹガイド搬送体１８と、この第１のＹガイ
ド搬送体１８から所定距離隔てて第１のＹガイド搬送体
１８と平行に定盤１２上に配置された細長い板状部材か
ら成る第２のＹガイド搬送体２０と、これら第１、第２
のＹガイド搬送体１８，２０相互間に架設されたＹ方向
に延びる前記Ｙガイド２２とを有している。

【００３０】定盤１２上のＸガイド１４のＹ方向の一側
には、第１のＸリニアモータ２４の固定子としての電機
子ユニット２４Ａが、Ｘガイド１４に近接してＸ方向に
延設されている。また、定盤１２上のＹ方向の他端部近
傍で第２のＹガイド搬送体２０のＹ方向の他側には、第
２のＸリニアモータ２６の固定子としての電機子ユニッ
ト２６Ａが、Ｘ方向に延設されている。本実施形態で
は、第１、第２のＸリニアモータ２４，２６として、い
わゆるムービングマグネット型のリニアモータが使用さ
れている。

【００３１】第１のＸリニアモータ２４の可動子として
の磁極ユニット２４Ｂは、連結部材２８を介してＹガイ
ド２２の一端に連結されており、第２のＸリニアモータ
２６の可動子としての磁極ユニット２６Ｂは、連結部材
３０を介してＹガイド２２の他端に連結されている。こ
のため、第１、第２のＸリニアモータ２４，２６の磁極
ユニット２４Ｂ，２６Ｂの移動によって移動体１６がＸ
方向に駆動されるようになっている。

【００３２】Ｙガイド２２のＸ方向の一側と他側には、
第１、第２のＹリニアモータ３２，３４の電機子ユニッ
ト（固定子）３２Ａ，３４ＡがＹ方向に沿って配置さ
れ、第１、第２のＹガイド搬送体１８，２０間に懸架さ
れている。但し、図２では、奥側の第２のＹリニアモー
タの磁極ユニットは図示を省略されている。第１、第２
のＹリニアモータとしてもムービングマグネット型のリ
ニアモータが使用されている。

【００３３】ウエハステージ３６は、Ｙガイド２２を上
下から挟む状態で相互に平行にかつ定盤１２の上面（基
準面）にほぼ平行に配置された天板３８及び底板４０
と、これらの天板３８と底板４０とをＹガイド２２の両
側で相互に連結する一対のＹ方向軸受体４２，４２とを
有している。これらのＹ方向軸受体４２，４２はＹガイ
ド２２との間に所定の間隙を形成した状態でＹガイド２
２に平行に配置されている。これらのＹ方向軸受体４
２，４２の外面には、ウエハステージ３６の駆動手段を
構成する前述した第１、第２のＹリニアモータ３２，３
４の磁極ユニット（可動子）３２Ｂ，３４Ｂ（但し、３
４Ｂは図示せず）が取り付けられており、Ｙリニアモー
タ３２，３４の磁極ユニット３２Ｂ，３４Ｂの移動によ
ってウエハステージ３６がＹ方向に駆動されるようにな
っている。また、Ｙ方向軸受体４２の内面には、図示し
ない空気吹き出し部が設けられている。更に、これらの
Ｙ方向軸受体４２の高さ方向の寸法は、Ｙガイド２２の
それにより大きく設定されている。

【００３４】天板３８は、基板テーブルを兼ねており、
この天板３８の上面には、定盤１２上に固定されたＸ座
標計測用レーザ干渉計４４及びＹ座標計測用レーザ干渉
計４６から放射されるレーザ光を反射するＸ移動鏡４
８、Ｙ移動鏡５０及びウエハＷが搭載されている。な
お、このウエハＷは、実際には、上下(Ｚ方向)の移動、
およびＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの回転が可能な不図示のＺレベ
リングステージを介して天板３８上に搭載される。そし
て天板３８のステージ移動面内の位置はＸ座標計測用レ
ーザ干渉計４４及びＹ座標計測用レーザ干渉計４６によ
って、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で常時検出さ
れる。

【００３５】図１に戻り、Ｘ座標計測用レーザ干渉計４
４及びＹ座標計測用レーザ干渉計４６（図１においては
図示せず、図２参照）からの天板３８の位置情報はステ
ージ制御装置６８及びこれを介して主制御装置６０に送
られ、ステージ制御装置６８は、主制御装置６０からの
指示に応じ、天板部３８の位置情報に基づいて電流駆動
装置７０から上記の電機子ユニット２４Ａ，２６Ａ，３
２Ａ，３４Ａに供給される電流の向きと大きさとを調整
することにより、ウエハステージ装置１５を制御してい
る。

【００３６】かかるウエハステージ装置１５の制御のた
めに、電流駆動装置７０から電機子ユニット２４Ａ，２
６Ａ，３２Ａ，３４Ａに電流が供給されると、電機子ユ
ニット２４Ａ，２６Ａ，３２Ａ，３４Ａが発熱する。そ
こで、電機子ユニット２４Ａ，２６Ａ，３２Ａ，３４Ａ
を冷却するために、冷却液（水（純水）又はフロリナー
ト（住友スリーエム（株）、フッ素系不活性液体）等）
が冷却制御機７１からウエハステージ装置１５に供給さ
れており、また、冷却用に使用された冷却液がウエハス
テージ装置１５から冷却制御機７１に戻され、冷却制御
機７１で冷却された後に再びウエハステージ装置１５に
供給されるようになっている。但し、必ずしもこのよう
な冷却液の循環経路を構成することなく、熱吸収後の冷
却液を外部に排出するようにしても良い。

【００３７】また、ウエハステージ装置１５では、いろ
いろな所に空気噴出部と真空予圧部とを備えた真空予圧
型静圧空気軸受が設けられており、かかる空気圧制御の
ための不図示のエアーポンプがウエハステージ装置１５
に接続されている。

【００３８】更に、図１の装置には、ウエハＷ表面の露
光領域内部分及びその近傍の領域のＺ方向（光軸ＡＸ方
向）の位置を検出するための斜入射光式のフォーカス検
出系（焦点検出系）の一つである多点フォーカス位置検
出系（図示省略）が設けられている。この多点フォーカ
ス位置検出系の詳細な構成等については、例えば特開平
６−２８３４０３号公報に開示されている。

【００３９】以上のように構成された本実施形態の露光
装置１００では、レチクルＲの走査方向に対して垂直な
方向に長手方向を有するスリット状の照明領域でレチク
ルＲが照明される。そして、レチクルＲとウエハＷとが
互いに逆方向に同期移動することにより、レチクルＲの
パターン領域に形成されたパターンの全体がウエハＷ上
のショット領域に正確な投影倍率で転写される。

【００４０】次に、図２に示されたウエハステージ装置
１５に搭載されているリニアモータ２４，２６，３２，
３４について、図３〜図５を参照して説明する。なお、
リニアモータ２４，２６，３２，３４は、互いに同様に
構成されているので、以下ではリニアモータ２４を例に
とって説明する。

【００４１】上述のように、リニアモータ２４は、固定
子としての電機子ユニット２４Ａと可動子としての磁極
ユニット２４Ｂとから構成されている。

【００４２】磁極ユニット２４Ｂは、図３に示されるよ
うに、磁性体から成り端面の形状がＵ字状でストローク
方向（Ｘ軸方向）に延びた磁極ベース７２と、磁極ベー
ス７２の空隙を隔てて互いに対向する内壁の一側に埋め
込まれた界磁磁石群７４と、互いに対向する内壁の他側
に埋め込まれた界磁磁石群７６とから構成されている。

【００４３】ここで、磁石群７４は、露出磁極面がＮ極
の界磁磁石７４Ｎと露出磁極面がＳ極の界磁磁石７４Ｓ
とをストローク方向に交互に配列して構成されている。
なお、界磁磁石７４Ｎの露出磁極面と界磁磁石７４Ｓの
露出磁極面とは同一長方形形状であり、当該長方形の一
辺により各磁極面のストローク方向の幅（ｌ）が定義さ
れている。そして、界磁磁石７４Ｎと界磁磁石７４Ｓと
は、ストローク方向に幅（Ｌ−ｌ）の空間を隔てて配置
されている。

【００４４】また、界磁磁石群７６は、露出磁極面がＳ
極の界磁磁石７６Ｓと露出磁極面がＮ極の界磁磁石７６
Ｎとをストローク方向に交互に配列して構成されてい
る。なお、界磁磁石７６Ｎの露出磁極面及び界磁磁石７
６Ｓの露出磁極面は、界磁磁石７４Ｎの露出磁極面又は
界磁磁石７４Ｓの露出磁極面と同一形状となっている。

【００４５】そして、界磁磁石７４Ｓと界磁磁石７６Ｎ
とが、また、界磁磁石７４Ｎと界磁磁石７６Ｓとが空隙
を隔てて対向するように配置されている。このため、界
磁磁石群７４と界磁磁石群７６との間の空隙は、ストロ
ーク方向に沿って周期Ｌで、ストローク方向の直交方向
（Ｙ軸方向）の交番磁束が発生している界磁空隙となっ
ている。そして、界磁磁石群７４、界磁磁石群７６、磁
極ベース７２、及び界磁空隙によって磁気回路が構成さ
れている。

【００４６】なお、本実施形態の磁極ユニット２４Ｂで
は、界磁磁石群７４及び界磁磁石群７６を磁極ベース７
２に埋め込んだが、磁極ベース７２の対向する内壁を平
坦面とし、界磁磁石群７４及び界磁磁石群７６を磁極ベ
ース７２の対向する内壁に接着剤等で貼り付けて磁極ユ
ニットを構成することもできる。

【００４７】電機子ユニット２４Ａの概略的な構成は、
図４に示されている。ここで、図４（Ａ）は、電機子ユ
ニット２４ＡのＸＺ面に平行な面による断面図であり、
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図であ
り、また、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）におけるＣ−Ｃ断
面図である。

【００４８】電機子ユニット２４Ａは、図４に示される
ように、非磁性体の金属あるいは樹脂等からなる電機子
べース７８と、非磁性体の材質から成り、中空の直方体
の一面を開口させた形状を有し、開口部が電機子べース
７８の＋Ｚ方向側の面に固定されたキャン８０とを備え
ている。

【００４９】電機子べース７８及びキャン８０で形成さ
れた閉空間（以下、「キャン内部」という）には、Ｎ個
の要素コイル８４Ａ_１，…，８４Ａ_Ｎからなる要素
コイル群８４Ａと、要素コイル群８４Ａの＋Ｙ方向側に
設けられたＮ個の要素コイル８４Ｂ_１，…，８４Ｂ
_Ｎからなる扁平コイル群８４Ｂとが配置されている。

【００５０】各要素コイル８４Ａi，８４Ｂi（ｉ＝１〜
Ｎ）（以下、任意の１つを「要素コイル８４」という）
は同様に構成されており、その概略的な構成が図５に示
されている。ここで、要素コイル８４を図４（Ａ）の紙
面手前側から見たときを正面視として、その正面図が図
５（Ａ）に、右側面図が図５（Ｂ）に、また、平面図が
図５（Ｃ）に示されている。なお、図５においては、作
図の関係で巻数が３の場合を示しているが、通常、電線
は幅Ｌ／３に比べて十分に細いものであるので、巻き数
は３よりも十分大きい数（例えば１０）となる。

【００５１】要素コイル８４は、図５（Ａ）〜（Ｃ）を
総合的に見て明らかなように、正面視において所定幅の
六角形状を有する薄型化に適した平面状コイル（扁平コ
イル）として構成されている。より具体的に説明する
と、電線９０がＺ軸方向の両端部が２頂点となる六角形
とされ、前述の磁極ユニット２４Ｂにおける交番磁束の
周期Ｌのほぼ１／３（＝Ｌ／３）の幅の辺を有し、中空
部のストローク方向（Ｘ軸方向）に関する最大幅がほぼ
２Ｌ／３となるように構成されている。また、要素コイ
ル８４は、コイル中心を通るストローク方向に延びる軸
に対してほぼ線対称となるように構成されている。

【００５２】この結果、磁極ユニット７２が形成するス
トローク方向に沿った周期Ｌの交番磁束が発生している
界磁空隙中に、要素コイル８４が配置され、電流駆動装
置７０から要素コイル８４に電流（Ｉ）が供給される
と、各辺に発生するローレンツ電磁力の合力として要素
コイル全体にはストローク方向と平行な力のみが働く。
かかる要素コイル８４に働く力の向き及び大きさは、電
流駆動装置７０から要素コイル８４に供給された電流の
向き及び大きさ並びに要素コイルと交番磁界との位置関
係によって決まることになる。

【００５３】また、要素コイル８４は、Ｚ軸方向の両端
部において折り曲げられているが、この折り返し部にお
いて電線９０が断線しないように緩やかに折り曲げられ
ている。この結果、特に図５（Ｂ）に明瞭に表されるよ
うに、折り曲げ部のそれぞれにおいて、その内部にスト
ローク方向に延びる空間９２１，９２２が形成されてい
る。

【００５４】以上のような要素コイル８４は、コイル用
の電線９０を巻いて、中空部が六角柱状のコイルを作製
後、そのコイルを平板状に押し潰すことによって製造す
ることができる。

【００５５】図４に戻り、要素コイル群８４Ａは、上記
のように構成された要素コイル８４Ａｉが、ストローク
方向に沿って、要素コイル８４ＡｉのＺ軸に平行な辺が
隣接するように順次並べられて構成される。また、要素
コイル群８４Ｂは、要素コイル群８４Ａと同様に、要素
コイル８４Ｂｉが、ストローク方向に沿って、要素コイ
ル８４ＢｉのＺ軸に平行な辺が隣接するように順次並べ
られて構成される。

【００５６】要素コイル８４の保持方法としては、キ
ャン８０内に保持板を取り付け、保持板に要素コイル８
４を張り付ける方法、並べられた要素コイル８４全体
を包み込むように取り囲み保持する方法、要素コイル
８４に線材を通し保持する方法等がある。本実施形態で
は、が採用されており、これを具体的に説明する。

【００５７】図４によく示されるように、要素コイル群
８４Ａは、各要素コイル８４Ａｉの空間９２１を貫通す
る支持線材８６Ａ_１及び要素コイル８４Ａｉの空間９
２２を貫通する支持線材８６Ａ_２によって支持されて
いる。そして、支持線材８６Ａ_１，８６Ａ_２の一端
は、スペーサ８２Ａを介してキャン８０に固定され、他
端はスペーサ８２Ｂを介してキャン８０に固定されてい
る。また、要素コイル群８４Ｂは、要素コイル群８４Ａ
と同様に、一端がスペーサ８２Ａを介してキャン８０に
固定され、他端がスペーサ８２Ｂを介してキャン８０に
固定された支持線材８６Ｂ_１，８６Ｂ_２によって支
持されている。

【００５８】キャン８０には、冷却液（冷媒）の流入口
８８Ａと流出口８８Ｂとが設けられている。そして、図
１に示される冷却制御機７１から冷却液が流入口８８Ａ
を介してキャン８０内部に送り込まれ、キャン８０内部
を通過するときに要素コイル８４Ａｉ，８４Ｂｉとの間
で熱交換を行い、要素コイル８４Ａｉ，８４Ｂｉで発生
した熱を吸収して高温となった冷却液が流出口８８Ｂを
介して外部に排出されるようになっている。この場合、
流出口８８Ｂを介して排出された冷却液は液通路を介し
て冷却制御機７１に戻され、ここで再び冷却されてキャ
ン８０内部に送り込まれるようになっている。

【００５９】リニアモータ２４では、電機子ユニット２
４Ａの各要素コイル８４Ａｉ，８４Ｂｉへ供給する電流
を電流駆動装置７０が制御することにより、各要素コイ
ル８４Ａｉ，８４Ｂｉに発生するローレンツ電磁力の反
力によって磁極ユニット２４Ｂが駆動される。かかる磁
極ユニット２４Ｂの駆動においては、要素コイル群８４
Ａ，８４Ｂの各要素コイル８４Ａｉ，８４Ｂｉの電流経
路辺の幅Ｌ／３が磁極ユニット２４Ｂにおける交番磁束
の周期Ｌのほぼ１／３であることから、ストローク方向
に順次配列された要素コイル８４Ａｉ，８４Ｂｉの３つ
から成る要素コイル組に対して、３相電流が電流駆動装
置７０によって供給される。

【００６０】以下、要素コイル群８４Ａを例にとり、本
実施形態で特徴となる電流の供給制御について説明す
る。図６は、要素コイル群８４Ａに関連する制御系を示
すブロック図である。本実施形態では、要素コイル群８
４Ａを各々６つの要素コイル８４Ａｉからなる複数のユ
ニット８４＃１，８４＃２，…に分け、ステージ制御装
置６８がユニット単位で通電する要素コイル８４Ａｉを
変更するようにしている。例えば、ユニット８４＃１は
要素コイル８４Ａ_１〜８４Ａ_６を含み、要素コイル
８４Ａ_１，８４Ａ_４は電流駆動装置７０に含まれる
３相交流電源のＵ相に直列に接続され、要素コイル８４
Ａ_２，８４Ａ_５はＶ相に直列に接続され、要素コイ
ル８４Ａ_３，８４Ａ_６はＷ相に直列に接続されてい
る。また、ユニット８４＃２，８４＃３，…も、ユニッ
ト８４＃１と同じように電流駆動装置７０に接続されて
いる。

【００６１】可動子としての磁極ユニット２４Ｂが要素
コイル８４Ａ_１から要素コイル８４Ａ_Ｎに向けて
（図４（Ａ）の左から右に向けて）動く場合には、ま
ず、第１乃至第３ユニット８４＃１，８４＃２，８４＃
３に電流が供給される。磁極ユニット２４Ｂが完全に第
１ユニット８４＃１を通過する前に第４ユニット８４＃
４に電流が供給され、磁極ユニット２４Ｂが完全に第１
ユニット８４＃１を通過した段階で第１ユニット８４＃
１への電流の供給が停止される。新たに電流が供給され
た第４ユニット８４＃４により磁極ユニット２４Ｂはさ
らに前述の方向に移動する。次に、磁極ユニット２４Ｂ
が完全に第２ユニット８４＃２を通過する前に第５ユニ
ット８４＃５に電流が供給され、磁極ユニット２４Ｂが
完全に第２ユニット８４＃２を通過した段階で第２ユニ
ット８４＃２への電流の供給が停止される。新たに電流
が供給された第５ユニット８４＃５により磁極ユニット
２４Ｂはさらに上述の方向に移動する。このような駆動
が順次繰り返され、磁極ユニット２４Ｂはスムーズに移
動していく。

【００６２】このような動作を有効に行わせるために
は、ユニット８４＃１，８４＃２，…の各々と磁極ユニ
ット２４Ｂのストローク方向の長さ（界磁磁石がｍ個の
場合はｍＬ＋（Ｌ−ｌ））とを等しく設定しておくこと
が望ましい。

【００６３】このように本実施形態においては、磁極ユ
ニット２４Ｂの位置、従ってウエハステージ３６（図２
参照）の位置に応じて要素コイル群８４Ａのうちの選択
されたコイルにだけ通電するようにしているので、コイ
ル全体に常時電流を供給する場合と比較してコイルによ
る発熱量を大幅に削減することができる。ウエハステー
ジ３６の位置に応じたコイルの選択は、ウエハステージ
３６の位置を検出する位置検出装置による検出値に基づ
き行うことができる。図６では、Ｘ方向の駆動のための
リニアモータ２４における要素コイル群８４Ａが示され
ているので、上述の位置検出装置としては、Ｘ座標計測
用レーザ干渉計４４を用いることができる。Ｙ方向の駆
動のためのリニアモータ３２（図２参照）においては、
Ｙ座標計測用レーザ干渉計４６を位置検出装置として用
いることができる。

【００６４】このように発熱量が減ることにより、リニ
アモータ２４及びこれと同様に構成されたリニアモータ
２６，３２，３４を駆動力の発生源として使用する本実
施形態のウエハステージ装置１５では、レーザ干渉計に
よる位置検出の精度を低下させるウエハステージ装置１
５の周囲の空気の熱による揺らぎや、ウエハステージ装
置１５自身を構成する部材その他の部材の熱膨張を抑制
しつつ、大きな推力で駆動することができる。したがっ
て、ウエハステージ装置１５に搭載されたウエハＷを迅
速にＸＹ２次元面内で移動することができるとともに、
ウエハＷの位置制御を精度良く行うことができる。

【００６５】そして、上述のように構成された本実施形
態の投影露光装置１００によれば、ウエハステージ装置
１５によってウエハＷの移動及び位置決めを行うので、
ウエハＷの迅速かつ精度の良い移動及び位置制御が行わ
れ、スループット及び露光精度を向上して、レチクルＲ
に形成されたパターンをウエハＷのショット領域に転写
することができる。

【００６６】なお、上記の実施形態においては、ウエハ
ステージ装置１５に本発明によるリニアモータを適用し
たが、これらと同様の構成のリニアモータをレチクルス
テージＲＳＴに適用することも可能である。この場合に
は、レチクルステージＲＳＴの周囲の空気に熱による揺
らぎやレチクルステージＲＳＴを構成する部材の熱膨張
を抑制しつつ、大きな推力で駆動することができる。し
たがって、レチクルステージＲＳＴに搭載されたレチク
ルを迅速にＹ軸方向に移動することができるとともに、
レチクルＲの位置制御を精度良く行うことができる。

【００６７】また、上記の実施形態においては、要素コ
イルとして扁平コイルを使用したが、例えば巻線ボビン
を有するコイルであっても、同様に適用することができ
る。

【００６８】上記の実施形態では、電機子ユニットを固
定子とし磁極ユニットを可動子としていわゆるムービン
グマグネット型のリニアモータを構成しているので、冷
却のための配管等を固定的に行うことができ、装置構成
を簡単にすることができる。

【００６９】また、上記の実施形態では、要素コイルの
形状を六角形状としたが、ストローク方向に配列可能な
形状であれば、他の形状とすることが可能である。更
に、要素コイルの電流経路辺の幅を磁極ユニットによる
交番磁束の周期の１／３とし、３相電流を供給すること
にしたが、電流経路辺の幅を磁極ユニットによる交番磁
束の周期の１／ｎ（ｎは、２以上かつ３以外の整数）と
し、ｎ相電流を供給することにしても推力性能を向上す
ることができる。

【００７０】また、上記の実施形態では、磁極ユニット
の界磁磁石に永久磁石を使用したが、永久磁石に代えて
永久磁石と同様な方向に磁力線を発生する電磁石を使用
することも可能である。

【００７１】さらに、上記実施形態では電機子コイルの
冷却用に冷却液を使用したが、冷媒となる流体であれば
気体冷媒を使用することが可能である。

【００７２】また、本発明は、露光装置への適用に限定
されず、種々の装置の駆動装置、扁平コイルを利用する
種々の機器にも適用することができる。

【００７３】さらに、上記の実施形態では、複数の要素
コイル（要素コイル群８４Ａ）を少なくとも２つのユニ
ット（ユニット８４＃１，８４＃２，…）に分け、制御
装置（ステージ制御装置６８）がユニット単位で通電す
る要素コイルを変更する場合について説明したが、制御
装置が要素コイル単位で通電する要素コイルを変更する
ようにしても良い。

【００７４】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
の理解を容易にするために記載されたものであって、本
発明を限定するために記載されたものではない。したが
って、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明
の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む
趣旨である。

【００７５】例えば、上記の実施形態では、ステップ・
アンド・スキャン方式の縮小投影型露光装置についての
説明としたが、レチクルとウエハとを静止させた状態で
レチクルパターンの全面に露光用照明光を照射して、そ
のレチクルパターンが転写されるべきウエハ上の１つの
区画領域（ショット領域）を一括露光するステップ・ア
ップ・リピート方式の縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）、さらにはミラープロジェクション方式やプロキシ
ミティ方式又はコンタクト方式等の露光装置にも同様に
本発明を適用することが可能である。

【００７６】また、遠紫外光又は真空紫外光などを露光
光として用いる、ステップ・アンド・スティッチ方式の
縮小投影型露光装置にも本発明を適用できる。この露光
装置では、基板（例えば、レチクル基板）に形成すべき
回路パターンをその縮小倍率の逆数倍だけ拡大し、その
拡大パターンを複数に分割してそれぞれ複数のレチクル
に形成し、この複数のレチクルの各パターンを縮小投影
して、基板上でつなぎ合わせて転写するものである。各
レチクルのパターンを基板上に転写するときには走査露
光方式及び静止露光方式のいずれを採用してもよい。ま
た、基板上で隣接して転写される複数のパターン間でそ
の接続部がなくてもよい。即ち、ステップ・アンド・ス
ティッチ方式とは、パターンの接続部の有無に関係な
く、基板上で部分的に重畳する複数の被露光領域にそれ
ぞれレチクルのパターンを転写するものである。

【００７７】さらに、半導体素子、液晶ディスプレイ、
プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、及び撮像素子
（ＣＣＤなど）の製造に用いられる露光装置だけでな
く、レチクル、又はマスクを製造するために、ガラス基
板、又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する
露光装置にも本発明を適用できる。即ち本発明は、露光
装置の露光方式や用途等に関係なく適用可能である。

【００７８】本発明が適用される露光装置の光源として
は、特に限定されず、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４
８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、
Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（波長
１４６ｎｍ）、ＫｒＡｒレーザ（波長１３４ｎｍ）、Ａ
ｒ_２レーザ（波長１２６ｎｍ）等を用いることができ
る。

【００７９】また、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はフ
ァイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単
一波長レーザを、エルビウム（又はエルビウムとイット
リビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増
幅し、さらに非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換
した高調波を用いてもよい。なお、単一波長発振レーザ
としてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを
用いる。

【００８０】また、波長１０ｎｍ前後の軟Ｘ線を光源に
する縮小投影露光装置、波長１ｎｍ前後を光源にするＸ
線露光装置、ＥＢ（電子ビーム）やイオンビームによる
露光装置等にも本発明を適用できる。

【００８１】ところで、半導体素子は回路の機能・性能
設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、レ
チクルを製作するステップ、シリコンウエハを製作する
ステップ、前述の実施形態で説明した露光装置を用いて
レチクルのパターンをウエハ上に転写するステップ、組
立ステップ（ダイシング工程、パッケージ工程などを含
む）、及び検査ステップ等を経て製造される。

【００８２】本実施の形態の露光装置は、レチクルステ
ージＲＳＴ、ウエハステージ装置１５などの多数の部品
からなるステージ装置を組み立てるとともに、複数のレ
ンズから構成される照明系ＩＯＰや投影光学系ＰＬの光
学調整を行い、更に、総合調整（電気調整、動作確認
等）をすることにより製造することができる。

【００８３】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。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
発熱量を大きくすることなしに大きな推力を得ることが
できる電磁アクチュエータを備えたステージ装置の提供
が可能になるという効果が生じる。また、本発明による
と、この発熱量の小さな電磁アクチュエータを備えたス
テージ装置を適用して露光精度の高い露光装置の提供が
可能になるという効果が生じる。

【００８５】ステージの位置を検出する位置検出装置と
してレーザ干渉計が用いられている場合、レーザ干渉計
による位置検出精度の低下を招くステージ周囲の空気の
熱による揺らぎやステージの熱膨張を抑制しつつ、ステ
ージを駆動することができる。従って、ステージの位置
制御を精度良く行うことができる。

【００８６】また、前述のように要素コイルをユニット
化した場合、駆動すべきユニットにのみ電流を供給する
ことができるので、発熱量を極めて小さく抑えることが
できる。

【００８７】さらに、特定のユニットにのみ大電流を流
すこともできるので、従来の電磁アクチュエータを用い
たステージ装置と比較して大きい推力を得ることができ
る。一部の要素コイルが破損した場合に、その要素コイ
ル或いはその要素コイルを含むユニットのみを取り替え
ることができるという利点もある。

【００８８】また、複数のユニットを順次並べていくだ
けで容易に大型のリニアモータを製作することができ
る。さらに、個々の要素コイルに抵抗値のばらつきがあ
る場合、ユニット化によりそのばらつきは平均化され、
より精度よくリニアモータを制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す露光装置の概略構成図
である。

【図２】図１の装置のウエハステージ装置の詳細構成を
示す斜視図である。

【図３】図２のウエハステージ装置に使用されるリニア
モータの磁極ユニットの概略構成を示す斜視図である。

【図４】図２のウエハステージ装置に使用されるリニア
モータの電機子ユニットの概略構成を示す断面図であ
る。

【図５】図４の電機子ユニットで使用される要素コイル
の構成を説明するための図である。

【図６】図４等に示される要素コイル群への電流供給制
御のための制御系を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０…駆動装置１５…ウエハステージ装置２４，２６，３２，３４…リニアモータ２４Ａ，２６Ａ，３２Ａ，３４Ａ…電機子ユニット２４Ｂ，２６Ｂ，３２Ｂ，３４Ｂ…磁極ユニット３６…ウエハステージ６０…主制御装置６８…ステージ制御装置７０…電流駆動回路８４Ａｉ，８４Ｂｉ…要素コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージに接続された可動子と複数の要
素コイルを有する固定子とを備えた電磁アクチュエータ
により前記ステージを移動するステージ装置において、前記ステージの位置に応じて前記複数の要素コイルのう
ちの選択されたコイルに通電する制御装置を備えたこと
を特徴とするステージ装置。
【請求項２】前記複数の要素コイルを少なくとも２の
ユニットに分け、前記制御装置は該ユニット単位で通電
する要素コイルを変更することを特徴とする請求項１に
記載のステージ装置。
【請求項３】前記ステージの位置を検出する位置検出
装置を備え、前記制御装置は、前記位置検出装置による
検出値に基づき、通電する要素コイルを選択するように
したことを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ
装置。
【請求項４】前記位置検出装置はレーザ干渉計である
ことを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
【請求項５】前記要素コイルは扁平コイルであること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のステ
ージ装置。
【請求項６】前記固定子は前記コイル要素を冷却する
冷媒を流通させる通路を有することを特徴とする請求項
１〜５のいずれか一項に記載のステージ装置。
【請求項７】パターンが形成されたマスクを介して感
光基板を露光する露光装置において、前記マスク及び前記感光基板の少なくとも一方を、請求
項１〜７のいずれか一項に記載のステージ装置により移
動することを特徴とする露光装置。