JP2000078830A - リニアモータ及びステージ装置並びに露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２段構造を採用することなく、駆動対象物を
２次元方向に駆動できるリニアモータを提供する。 【解決手段】 リニアモータ３２は、所定の長ストロー
ク方向（Ｙ軸方向）に延びる一連の空隙内に磁束を発生
する磁極ユニット３２Ａと、この磁極ユニットとの間に
生じる電磁気的相互作用によって磁極ユニットに対して
Ｙ軸方向、並びにＹ軸方向及び前記磁束方向（Ｚ軸方
向）に直交する方向（Ｘ軸方向）に相対駆動される電機
子ユニット３２Ｂとを備える。磁極ユニット３２Ａと電
機子ユニット３２Ｂとの一方を固定子、他方を可動子と
した場合の可動子をＹ方向のみでなく、Ｘ方向にも駆動
することができる。従って、可動子側を駆動対象物に固
定することにより、２段構造を採用することなく、駆動
対象物を２次元方向に駆動することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータ及び
ステージ装置並びに露光装置に係り、更に詳しくは、機
械的なガイドを持たないガイドレスのステージ装置、及
びこのステージ装置のステージの駆動用に好適なリニア
モータ、並びに前記ステージ装置をマスク又は基板の駆
動装置として具備す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、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。この種の投影露光装置では、パタ
ーンが形成されたマスク又はレチクル（以下、「レチク
ル」と総称する）のパターンを投影光学系を介してレジ
ストが塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上
の複数のショット領域に順次転写する必要から、基板を
保持して２次元移動する基板ステージが設けられてい
る。また、走査型の露光装置の場合には、更にレチクル
を保持するレチクルステージも走査方向に駆動可能にな
っている。

【０００３】近年の投影露光装置では、スループット向
上の要請から、レチクルステージ、基板ステージ等の駆
動源としてリニアモータが用いられている。しかし、こ
のようなリニアモータを駆動源として用いる露光装置で
は、ステージの駆動反力によってステージベースが設け
られた本体コラムが振動するという不都合がある。通
常、本体コラムには投影光学系が保持されていることか
ら、本体コラムの振動によりレチクルと基板との重ね合
わせ精度の悪化や基板ステージの位置決め整定時間の増
加、あるいは位置決め精度の悪化等を招くという不都合
があった。また、走査型露光装置の場合には、これに加
え、走査露光時のレチクルステージと基板ステージの同
期整定時間の増大あるいは同期精度の悪化を招くという
不都合があった。

【０００４】本願出願人は、上記の不都合を改善すべ
く、レチクルステージの駆動による反力が露光装置の投
影レンズ等を支持するフレームや基板ステージとから分
離されており、レチクルステージの運動による振動が投
影レンズへ与える影響をほぼ解消したステージ機構を先
に提案している（特開平８−３３０２２４号公報参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載のステージ機構では、上記のような優れた効果
がある反面、レチクルを保持するステージが主として走
査方向に所定ストロークで移動自在に枠体（窓枠）によ
って支持され、この枠体が基部支持構造体（ステージベ
ース）に対して主として非走査方向に微小量相対移動可
能に支持されたいわゆる粗微動構造を採用したことか
ら、構造が複雑であるという不利な面をも有している。

【０００６】また、ＸＹ２次元移動ステージである基板
ステージをリニアモータ駆動により構成する場合、走査
方向及び非走査方向の一方を軸方向とする移動ガイドに
沿ってステージを駆動し、このステージと移動ガイドと
を一体的に走査方向及び非走査方向の他方を軸方向とす
るガイドに沿って駆動する必要があるため、直交２軸方
向のガイドが必要不可欠である。このため、ステージ駆
動時の反力が少なくとも一方のガイドを介してベース、
すなわち露光装置の投影レンズ等を支持するフレーム等
に伝わざるを得なかった。

【０００７】更に、従来のリニアモータを用いて、駆動
対象物を２次元方向に駆動する場合には、リニアモータ
を直交２軸方向に２段に配置する２段構造が一般的に採
用されているが、スペースに余裕のない場所では、かか
る２段構造は採用できないという不都合があった。

【０００８】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、２段構造を採用することなく、
駆動対象物を２次元方向に駆動することができるリニア
モータを提供することにある。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、簡単な構造
でしかもガイドレスでステージを駆動するステージ装置
を提供することにある。

【００１０】また、本発明の第３の目的は、ステージの
駆動による反力に起因する本体コラム（露光装置本体）
の振動を効果的に抑制することができる露光装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ガイドレス方式でステー
ジを２次元駆動する手法としては、いわゆる平面モータ
をステージの駆動源として用いることが最も一般的であ
ると考えられる。しかし、平面モータをステージの駆動
源として用いる場合には、構造が複雑である上、電機子
コイルの冷却、コスト面等で改善すべき問題も山積して
おり、現状では最善の手法であるとは言い難い。更に、
平面モータは、駆動するステージの重心に推力を与える
ことが原理的に難しいという欠点をも有している。

【００１２】そこで、本願発明者は、これに代わる駆動
源を求め、鋭意研究の結果、リニアモータであっても長
ストローク方向のみでなく、これに直交する方向にも力
を発生できるという着想を得るに至った。

【００１３】本発明は、かかる発明者の得た着想（新知
見）に基づいてなされたもので、以下のような構成を採
用する。すなわち、

【００１４】本発明に係るリニアモータ（３２）は、所
定の長ストローク方向に延びる一連の空隙内に磁束を発
生する磁極ユニット（３２Ａ）と；前記磁極ユニットと
の間に生じる電磁気的相互作用によって前記磁極ユニッ
トに対して前記長ストローク方向、並びに前記長ストロ
ーク方向及び前記磁束方向と異なる方向に相対駆動され
る電機子ユニット（３２Ｂ）とを備えることを特徴とす
る。

【００１５】これによれば、所定の長ストローク方向に
延びる一連の空隙内に磁束を発生する磁極ユニットと、
該磁極ユニットに対応して設けられた電機子ユニットと
が、当該両ユニット間に生じる電磁気的相互作用によっ
て長ストローク方向、並びに長ストローク方向及び磁束
方向と異なる方向に相対駆動可能となっている。

【００１６】このため、例えば上記の長ストローク方向
と異なる駆動方向を、長ストローク方向及び磁束方向と
直交する方向（以下、便宜上、適宜「短ストローク方
向」と呼ぶ）とした場合には、その短ストローク方向の
駆動力を保持力として発生させることにより、短ストロ
ーク方向について位置関係を保持した状態で、両ユニッ
トを長ストローク方向に直線的に相対駆動することがで
きる。従って、磁極ユニットと電機子ユニットとの一方
を固定子、他方を可動子とした場合の可動子の横ぶれ等
が生じない。また、上記の長ストローク方向と異なる駆
動方向が、上記短ストローク方向以外の場合には、その
駆動力を保持力として働かせることにより、その駆動力
の上記短ストローク方向の分力により短ストローク方向
について位置関係を保持した状態で、両ユニットを長ス
トローク方向に直線的に相対駆動することができる。

【００１７】勿論、上記の長ストローク方向と異なる方
向の駆動力を駆動力として発生させることにより、磁極
ユニットと電機子ユニットとの一方を固定子、他方を可
動子とした場合の可動子を長ストローク方向のみでな
く、これと異なる方向にも駆動することができる。この
場合、長ストローク方向と異なる方向の駆動力は、その
分力として長ストローク方向及びその直交方向の分力を
含む。従って、可動子側を駆動対象物に固定することに
より、２段構造を採用することなく、駆動対象物を２次
元方向に駆動することが可能になり、従来であればスペ
ース的に余裕がない場合であっても設置することが可能
になる。

【００１８】上述したように、磁極ユニットと電機子ユ
ニットとの一方を固定子、他方を可動子とした場合の可
動子が、長ストローク方向に直交する方向にも固定子に
対して相対駆動可能な本発明に係るリニアモータを、以
下、適宜「新リニアモータ」と呼ぶものとする。

【００１９】本発明に係る第１のステージ装置は、ステ
ージ（ＲＳＴ）と、前記ステージを所定の移動面（２８
ａ）に沿って少なくとも第１軸方向（Ｙ軸方向）に駆動
する駆動装置とを備えたステージ装置において、前記駆
動装置は、前記第１軸方向が前記長ストローク方向に設
定された新リニアモータ（３２）を少なくとも含む１又
は２以上のリニアモータを備えることを特徴とする。

【００２０】これによれば、駆動装置が、前記第１軸方
向が長ストローク方向に設定された新リニアモータ（３
２）を少なくとも含む１又は２以上のリニアモータを備
えることから、駆動装置により、ステージを移動面に沿
って第１軸方向に所定ストロークで駆動できるととも
に、新リニアモータによって第１軸に直交する第２軸方
向に微小駆動することが可能に成る。また、駆動装置が
第１軸方向が長ストローク方向に設定された新リニアモ
ータを含む２つのリニアモータを備える場合には、両リ
ニアモータの発生する推力を異ならせることにより、ス
テージを回転方向に微小駆動できる。従って、ステージ
の第２軸方向及び回転方向の位置を微調整しながら、ス
テージを第１軸方向に駆動することができる粗微動構造
でない簡単な構造のガイドレスのステージ装置を実現す
ることができる。

【００２１】ここで、「新リニアモータを少なくとも含
む」とは、駆動装置が長ストローク方向が第１軸方向に
設定された新リニアモータを少なくとも１つ含んでいれ
ば良い趣旨である。すなわち、新リニアモータを１つの
み用いてステージを移動面に沿って第１軸方向に所定ス
トロークで駆動するとともに第２軸方向に微小駆動して
も良い。あるいは、公知のリニアモータと新リニアモー
タとの組み合わせによって駆動装置を構成しステージを
移動面に沿って第１軸方向に所定ストロークで駆動する
とともに第２軸方向及び回転方向に微小駆動しても良
く、あるいは新リニアモータを一対用いてステージを同
様に駆動しても良い。

【００２２】本発明に係る第２のステージ装置は、ステ
ージ（ＰＳＴ）と、前記ステージを所定の移動面（２４
ａ）に沿って第１軸方向（Ｙ軸方向）及びこれに直交す
る第２軸方向（Ｘ軸方向）に駆動する駆動装置とを備え
たステージ装置において、前記駆動装置は、前記ステー
ジを第１軸方向に駆動する第１軸用リニアモータ（６
０，６２）と、前記第１軸用リニアモータ及び前記ステ
ージを前記第１軸に直交する第２軸方向に駆動する前記
長ストローク方向が前記第２軸方向に設定された新リニ
アモータ（６６）を少なくとも含む第２軸用リニアモー
タ（６４、６６）とを備えることを特徴とする。

【００２３】ここで、「新リニアモータを少なくとも含
む第２軸用リニアモータ」とは、上記と同様に、第２軸
用リニアモータが新リニアモータを少なくとも１つ含ん
でいれば良い趣旨である。

【００２４】これによれば、駆動装置を構成する第２軸
用リニアモータによって、ステージが第１軸用リニアモ
ータと一体で第２軸方向に駆動されるようになってい
る。このため、第２軸用リニアモータによって、第１軸
用リニアモータと一体でステージを、ガイドレスで第１
軸方向及び回転方向の位置を微調整しながら、第２軸方
向に駆動することができる。これに加え、第１軸用リニ
アモータによるステージの駆動の際の反力を相殺するよ
うに、第２軸用リニアモータに含まれる新リニアモータ
を用いて第１軸用リニアモータに対して第１軸方向の補
償力を与えることができるとともに、第１軸用リニアモ
ータを第１軸方向については定位置に保持することがで
きる。

【００２５】本発明に係る第１の露光装置は、マスク
(Ｒ）と基板（Ｐ）とを一次元方向に同期移動して前記
マスクのパターンを前記基板上に転写する露光装置であ
って、上記本発明に係る第１のステージ装置を、前記マ
スク及び基板の少なくとも一方の駆動装置として備える
ことを特徴とする。

【００２６】これによれば、本発明に係る第１のステー
ジ装置を、マスク及び基板の少なくとも一方の駆動装置
として備えることから、第１軸方向を走査方向（一次元
方向）に一致させることにより、マスクが搭載されるマ
スクステージ及び基板が搭載される基板ステージの少な
くとも一方を、粗微動構造にすることなく、簡単な構造
でしかもガイドレスで、非走査方向及び回転方向の位置
を微調整しながら、第１軸方向に駆動することができ
る。従って、そのステージの小型軽量化及び制御性の向
上が期待できる。

【００２７】この場合において、前記ステージ装置を構
成する前記各リニアモータの固定子を前記移動面（２８
ａ）が形成された本体コラム（１８）とは独立の保持部
材（１３Ａ、１３Ｂ）で保持することが望ましい。かか
る場合には、第１のステージ装置を構成するステージ
（マスクが搭載されるマスクステージ及び基板が搭載さ
れる基板ステージの少なくとも一方）の駆動時の反力
が、各リニアモータの固定子を介してそのステージの移
動面が形成された本体コラムに伝わることがないので、
ステージ駆動に起因する本体コラム（露光装置本体）の
振動を効果的に抑制することができる。特に、第１のス
テージ装置を、マスク及び基板の駆動装置として備える
場合には、ステージの駆動に起因する本体コラムの振動
を一層確実に抑制することができる。

【００２８】本発明に係る第２の露光装置は、所定のパ
ターンを光学系を介して基板（Ｐ）上に転写する露光装
置であって、上記本発明に係る第２のステージ装置を前
記基板の駆動装置として備えることを特徴とする。

【００２９】これによれば、本発明に係る第２のステー
ジ装置を基板の駆動装置として備えることから、基板が
搭載される基板ステージを、ガイドレスかつ制御性の良
い２次元ステージとして簡単な構造で実現できる。しか
も、基板ステージの第１軸方向の駆動の際の反力を、第
２軸用リニアモータに含まれる新リニアモータの発する
補償力によって相殺できる。

【００３０】この場合も、前記基板ステージ装置を構成
する前記第２軸用リニアモータの固定子を前記移動面
（２４ａ）が形成された本体コラム（１８）と独立の保
持部材（７２Ａ、７２Ｂ）で保持することが望ましい。
このようにすれば、基板ステージを第１軸方向及び第２
軸方向のいずれの方向に駆動しても、その駆動反力が本
体コラムに伝わることがなく、基板ステージの駆動に起
因する本体コラムの振動をほぼ完全に防止することがで
きる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図５に基づいて説明する。

【００３２】図１には、一実施形態に係る露光装置１０
の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステ
ップ・アンド・スキャン方式でマスクとしてのレチクル
のパターンを基板としての液晶用ガラスプレート（以
下、「プレートＰ」（図５参照）という）に転写する液
晶用の走査型露光装置である。

【００３３】露光装置１０は、照明系１２、レチクルス
テージ装置１４、プレートステージ装置１６、不図示の
投影光学系及びこの投影光学系が設けられた本体コラム
１８等を備えている。

【００３４】本体コラム１８は、設置床の上面に載置さ
れたベースフレーム（フレームキャスタ）２０の上面に
複数（ここでは４つ）の防振パッド２２を介して水平に
保持された定盤２４と、この定盤２４上に固定された第
１コラム２６と、この第１コラム２６上に設けられた不
図示の第２コラム等から構成されている。

【００３５】この内、定盤２４は、後述するプレートス
テージのベースを構成するもので、この定盤２４の上面
にプレートステージの移動面２４ａが形成されている。

【００３６】第１コラム２６には、不図示の投影光学系
がその光軸方向をＺ軸方向として保持されている。投影
光学系としては、ここでは両側テレセントリックな屈折
光学系が用いられており、その投影倍率は例えば等倍と
なっている。

【００３７】前記第２コラムは、投影光学系を囲むよう
な状態で第１コラム２６の上面に固定されており、この
第２コラム上に図１に示されるレチクルステージベース
２８が水平に固定されている。このレチクルステージベ
ース２８の上面にレチクルステージＲＳＴの移動面２８
ａが形成されている。

【００３８】このようにして構成された本体コラム１８
に対する設置床からの振動は、前記防振パッド２２によ
ってマイクロＧレベルで絶縁されている。

【００３９】前記照明系１２は、例えば特開平９−３２
０９５６号公報に開示されように、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、レチクルステージＲＳＴ
に保持されたレチクルＲ（図２参照）上の矩形（あるい
は円弧状）の照明領域を均一な照度で照明する。この照
明系１２は、図１に示されるように、一対の支持部材１
３Ａ、１３Ｂをそれぞれ介して本体コラム１８とは別に
設けられた一対の保持部材としてのリアクションフレー
ム４０Ａ、４０Ｂの上部に支持されている。これらのリ
アクションフレーム４０Ａ、４０Ｂの下端は、ベースフ
レーム２０の側方にて設置床に接続されている。

【００４０】前記レチクルステージ装置１４は、図２に
示されるように、レチクルステージＲＳＴと、このレチ
クルステージＲＳＴを移動面２８ａに沿って駆動する駆
動装置を構成する一組のリニアモータ３０、３２とを備
えている。

【００４１】これを更に詳述すると、レチクルステージ
ＲＳＴの下面には不図示のエアーパッドが複数配置され
ており、これらのエアーパッドによって移動面２８ａ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。レチクルステージＲＳＴの中央部には、断面矩形の
凹部１５が形成されており、この凹部１５の内底部にレ
チクルＲが真空吸着等によって固定されるようになって
いる。この凹部１５の内底部（レチクルＲの裏面側）に
は、照明光の通路を形成する矩形の開口（図示省略）が
形成されている。

【００４２】前記一方のリニアモータ３０は、レチクル
ステージベース２８の上方に配置され（図１参照）、走
査方向（ここではＹ軸方向とする）に沿って延びる断面
コの字状の磁極ユニットから成る固定子（ステータ）３
０Ａと、レチクルステージＲＳＴのＸ方向一側（−Ｘ
側）の側面に一体的に固定された電機子ユニットから成
る可動子（ローター）３０Ｂとから構成されている。固
定子３０Ａは、実際には、リアクションフレーム４０Ａ
の上部突出部の先端に固定されている。

【００４３】リニアモータ３０としては、公知のムービ
ングマグネット型のローレンツ電磁力駆動方式のリニア
モータが用いられている。

【００４４】他方のリニアモータ３２としては、本発明
に係る新リニアモータが用いられている。リニアモータ
３２は、図２に示されるように、レチクルステージベー
ス２８の上方に配置され（図１参照）、Ｙ軸方向に沿っ
て延びる断面コの字状の磁極ユニットから成る固定子
（ステータ）３２Ａと、レチクルステージＲＳＴのＸ方
向他側（＋Ｘ側）の側面に一体的に固定された電機子ユ
ニットから成る可動子（ローター）３２Ｂとから構成さ
れている。固定子３２Ａは、実際には、リアクションフ
レーム４０Ｂの上部突出部の先端に固定されている。

【００４５】図３には、リニアモータ３２の具体的構成
が示されている。磁極ユニット３２Ａは、ここではリニ
アモータ３２の固定子を構成し、Ｙ軸方向に延びる断面
コの字状の磁極ベースとしての固定子ヨーク３４と、該
固定子ヨーク３４の一対の対向面３４ａ、３４ｂのそれ
ぞれにＹ軸方向に沿って極性が交互に異なるように所定
間隔で配置された複数組みの永久磁石から成る第１の界
磁磁石（界磁石）３６と、前記一対の対向面３４ａ、３
４ｂの各々にＹ軸に直交するＸ軸方向に所定間隔を隔て
てＹ軸方向に延設された各１組の細長いＳ極磁石３８Ｓ
とＮ極磁石３８Ｎから成る第２の界磁磁石（界磁石）と
を有している。以下においては、各第２の界磁磁石に、
適宜識別符号を付して説明する。この場合、相互に対向
する面３４ａ側の各磁石と面３４ｂ側の各磁石とは、極
性が相互に反対となっている（図４（Ｂ）参照）。

【００４６】電機子ユニット３２Ｂは、ここではリニア
モータ３２の可動子を構成し、非磁性体材料から成る電
機子ベースを有し、その内部には、図４（Ａ）に模式的
に示されるように、固定子ヨーク３４上でＹ方向につい
て隣接する永久磁石３６（３６₁〜３６₈）の２個に１個
の割合で設けられた正方形コイルから成る複数（ここで
は４つ）の第１電機子コイル４２₁、４２₂、４２₃、４
２₄がＹ軸方向に沿って所定間隔で配置されている。ま
た、電機子ユニット３２Ｂの電機子ベースの内部には、
この図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示されるように、相互に
対向するＳ極磁石３８Ｓ₂とＮ極磁石３８Ｎ₁、及び相互
に対向するＮ極磁石３８Ｎ₂とＳ極磁石３８Ｓ₁とに対応
してＹ軸方向に細長い矩形状コイルから成る第２電機子
コイル４４が設けられている。

【００４７】ここで、このリニアモータ（新リニアモー
タ）３２の駆動原理について図４（Ａ）、（Ｂ）に基づ
いて簡単に説明する。図４（Ａ）には、電機子ユニット
３２Ｂがある位置にあるときの、電機子ユニット３２Ｂ
の内部構成が模式的に示され、図４（Ｂ）には、図４
（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図が模式的に示されている。以下
においては、便宜上、永久磁石３６にも適宜識別符号を
付して説明する。

【００４８】まず、走査方向であるＹ軸方向（長ストロ
ーク方向）の駆動原理について説明する。

【００４９】リニアモータ３２のある断面（図４（Ａ）
のＢ−Ｂ線断面の近傍）においては、図４（Ｂ）に示さ
れるように、固定子ヨーク３４の面３４ａに固定された
Ｎ極の永久磁石３６_2Nから面３４ｂに固定されたＳ極の
永久磁石３６_2Sに達した後、固定子ヨーク３４の内部を
通って前記永久磁石３６_2Nに戻る磁気回路５０が形成さ
れている。従って、この断面部分においては、第１電機
子コイル４２₁を横切る磁束の向きは、図４（Ｂ）中に
実線矢印で示されるように＋Ｚ方向となっている。従っ
て、図４（Ａ）の永久磁石３６₂（３６_2S、３６_2N）の
場所では、紙面奥側から手前側に向かって磁束が通って
いることになる。同様の理由により、図４（Ａ）の永久
磁石３６₄、３６₆、３６₈の場所では紙面奥側から手前
側に向かって磁束が通っている。また、永久磁石３
６₁、３６₃、３６₅、３６₇の場所では、紙面手前側から
奥側に向かって磁束が通っている。すなわち、このよう
にして磁極ユニット３２Ａの内部空間、すなわちＹ軸方
向に延びる一連の空隙内にはＹ軸方向に沿って交番磁界
が生じている。

【００５０】今、第１電機子コイル４２₁〜４２₄に図４
（Ａ）に示されるような反時計回りの電流Ｉを流すもの
とすると、第１電機子コイル４２₁〜４２₄の左側辺、右
側辺にともに＋Ｙ方向のローレンツ電磁力Ｆ₁、Ｆ₂が働
き、電機子ユニット３２Ｂは＋Ｙ方向に駆動される。上
記ローレンツ電磁力Ｆ₁、Ｆ₂は、磁極ユニット３２Ａと
電機子ユニット３２ＢとのＹ軸方向の相対位置関係、及
び電流Ｉの大きさ及び方向によって定まる。また、第１
電機子コイル４２と永久磁石３６の配置の周期性より、
第１電機子コイル４２₁〜４２₄の全てに同じローレンツ
電磁力Ｆ₁、Ｆ₂が働くようになっている。

【００５１】従って、図４（Ａ）の状態で、各第１電機
子コイル４２₁〜４２₄に流す電流の向きを逆向きにする
と、当然に電機子ユニット３２Ｂは−Ｙ方向に駆動され
る。なお、＋Ｙ方向、−Ｙ方向に電機子ユニット３２Ｂ
を駆動し続ける場合には、各第１電機子コイルに流す電
流の向き及び大きさを時間的に変化させる必要がある
が、かかる電流制御の方法は、従来のローレンツ電磁力
方式のリニアモータで採用されており、公知であるの
で、詳細な説明は省略する。

【００５２】次に、非走査方向であるＸ軸方向（短スト
ローク方向）の駆動原理について説明する。

【００５３】このリニアモータ３２では、前述した磁気
回路５０の他、図４（Ｂ）に示されるように、固定子ヨ
ーク３４の面３４ａに固定されたＮ極磁石３８Ｎ₁から
面３４ｂに固定されたＳ極磁石３８Ｓ₂に達した後、固
定子ヨーク３４の内部を通ってＮ極磁石３８Ｎ₂に至
り、該Ｎ極磁石３８Ｎ₂からＳ極磁石３８Ｓ₁に達した
後、固定子ヨーク３４の内部を通ってＮ極磁石３８Ｎ₁
に戻る磁気回路５１が形成されている。従って、図４
（Ｂ）の断面部分においては、第２電機子コイル４４を
横切る磁束の向きは、同図中に実線矢印で示されるよう
に該電機子コイル４４の上側辺部分で＋Ｚ方向、下側辺
部分で−Ｚ方向となっている。

【００５４】今、第２電機子コイル４４に図４（Ａ）に
示されるような反時計回りの電流ｉを流すと、第２電機
子コイル４４の上側辺、下側辺には、ともに−Ｘ方向の
ローレンツ電磁力ｆ₁、ｆ₂が働き、電機子ユニット３２
Ｂは−Ｘ方向に駆動される。上記ローレンツ電磁力
ｆ₁、ｆ₂は、磁極ユニット３２Ａと電機子ユニット３２
ＢとのＸ軸方向の相対位置関係、及び電流ｉの大きさ及
び方向によって定まる。この場合も第２電機子コイル４
４に流す電流ｉの向きを逆向きにすると、電機子ユニッ
ト３２Ｂは＋Ｘ方向に駆動される。また、第２電機子コ
イル４４に流す電流ｉの大きさ及び方向を変化させるこ
とにより、電機子ユニット３２Ｂを所望の量だけＸ軸方
向に駆動できることは明らかである。

【００５５】このように、リニアモータ３２は、長スト
ローク方向であるＹ軸方向の推力のみでなく、Ｙ軸方向
及び固定子ヨーク３４の空隙内の磁束方向（Ｚ軸方向）
に直交するＸ軸方向の推力をも発生できるようになって
いる。このため、図１及び図２に示されるレチクルステ
ージＲＳＴは、リニアモータ３０、３２によって走査方
向に所定ストロークで駆動されるとともに、非走査方向
に微少駆動可能となっている。また、リニアモータ３
０、３２で発生するＹ軸方向の推力の値に差を与える
（逆向きの推力を与える場合も含む）ことによって、レ
チクルステージＲＳＴをその重心を通るＺ軸回りに微小
回転させることができる。

【００５６】図２に戻り、レチクルステージＲＳＴ上面
の＋Ｙ側の端部には、一対のコーナーキューブが４６
Ａ、４６Ｂが固定されており、これらのコーナーキュー
ブ４６Ａ、４６Ｂに対向してレチクルステージベース２
８の上面の＋Ｙ方向端部にはレチクルＹ干渉計４８Ｙが
固定されている。このレチクルＹ干渉計４８Ｙは、実際
にはコーナーキューブ４６Ａ、４６Ｂに対して干渉計ビ
ームを投射し、それぞれの反射光を受光してコーナーキ
ューブ４６Ａ、４６ＢのＹ軸方向の位置を検出する一対
のダブルパス干渉計を含んで構成されている。

【００５７】また、レチクルステージＲＳＴ上面の＋Ｘ
側の端部には、Ｙ軸方向に延びる平面ミラー５０が固定
されており、この平面ミラー５０に対向してレチクルＸ
干渉計４８Ｘが配置されている。このレチクルＸ干渉計
４８Ｘは、断面Ｌ字状部材から成る干渉計取り付け部材
５２を介してレチクルステージベース２８に固定されて
いる。

【００５８】前記レチクルＹ干渉計４８Ｙ、レチクルＸ
干渉計４８Ｘの計測値は、不図示のステージ制御装置及
びこれを介して主制御装置に供給されるようになってお
り、ステージ制御装置では主制御装置からの指示に応じ
てレチクルＹ干渉計４８Ｙ、レチクルＸ干渉計４８Ｘの
計測値に基づいて前記各リニアモータ３０、３２を制御
することにより、レチクルステージＲＳＴの位置制御を
行うようになっている。

【００５９】図５には、露光装置１０を構成する第１コ
ラムより上方の構成部分を取り除いた状態の斜視図が示
されている。この図５に示されるように、プレートステ
ージ装置１６は、プレートステージＰＳＴと、このプレ
ートステージＰＳＴを移動面２４ａに沿って自在に駆動
する駆動装置とを備えている。

【００６０】プレートステージＰＳＴの下面には不図示
のエアーパッドが複数配置されており、これらのエアー
パッドによってプレートステージＰＳＴは移動面２４ａ
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。このプレートステージＰＳＴの上部には、プレート
Ｐが吸着保持されるようになっている。

【００６１】前記駆動装置は、プレートステージＰＳＴ
を移動面２４ａに沿って走査方向であるＹ軸方向に所定
のストロークで駆動するとともに、非走査方向であるＸ
軸方向及び回転方向に微小量駆動する第１軸用リニアモ
ータとしてのリニアモータ６０、６２と、これらのリニ
アモータ６０、６２の固定子の両端部相互間を連結する
連結部材６８、７０と、これらの連結部材６８、７０の
それぞれを介してリニアモータ６０、６２と一体でプレ
ートステージＰＳＴをＸ軸方向に駆動する第２軸用リニ
アモータ６４、６６とを備えている。

【００６２】ここで、Ｙ軸用リニアモータの内の一方の
リニアモータ６０としては、前述したリニアモータ３０
と同様の公知のリニアモータが用いられ、このリニアモ
ータ６０の可動子はプレートステージＰＳＴのＸ方向一
側（−Ｘ側）の側面に一体的に固定されている。また、
Ｙ軸用リニアモータの内の他方のリニアモータ６２は、
前述したリニアモータ３２と同様の新リニアモータが用
いられ、このリニアモータ６２の可動子はプレートステ
ージＰＳＴのＸ方向他側（＋Ｘ側）の側面に一体的に固
定されている。

【００６３】また、Ｘ軸用リニアモータの内の一方のリ
ニアモータ６４としては、リニアモータ３０、６０と同
様の公知のリニアモータが用いられ、このリニアモータ
６４の可動子は連結部材６８の＋Ｙ側の側面に一体的に
固定されている。このリニアモータ６４の固定子は、図
５に示される保持部材としてのリアクションフレーム７
２Ａの上部突出部の先端に固定されている。このリアク
ションフレーム７２Ａの下端は、ベースフレーム２０の
側方にて設置床に接続されている。

【００６４】また、Ｘ軸用リニアモータの内の他方のリ
ニアモータ６６は、前述したリニアモータ３２、６２と
同様の新リニアモータが用いられ、このリニアモータ６
６の可動子は連結部材７０の−Ｙ側の側面に一体的に固
定されている。このリニアモータ６６の固定子は、図５
に示される保持部材としてのリアクションフレーム７２
Ｂの上部突出部の先端に固定されている。このリアクシ
ョンフレーム７２Ｂの下端は、ベースフレーム２０の側
方にて設置床に接続されている。

【００６５】前記プレートステージＰＳＴのＸＹ面内の
位置は、不図示のレーザ干渉計システムによって、所定
の分解能で常時計測されている。このレーザ干渉計シス
テムの計測値は、不図示のステージ制御装置及びこれを
介して主制御装置に供給されるようになっており、ステ
ージ制御装置では主制御装置からの指示に応じてレーザ
干渉計システムの計測値に基づいて前記各リニアモータ
６０、６２、６４、６６を制御することにより、プレー
トステージＰＳＴの位置制御を行うようになっている。

【００６６】このようにして構成された本実施形態の露
光装置１０では、露光の際には、ステージ制御装置によ
って、レチクルステージＲＳＴとプレートステージＰＳ
Ｔとが、Ｙ軸方向に沿って互いに逆向きに不図示の投影
光学系の投影倍率に応じた速度比で同期移動してレチク
ルパターンをプレート上に逐次転写する走査露光動作
と、プレート上の隣接する区画領域の露光のための走査
開始位置へプレートステージを移動するステッピング動
作とが、繰り返し行われる。

【００６７】上記の走査露光に際して、レチクルステー
ジＲＳＴを駆動する駆動装置が、新リニアモータ３２を
含んで構成されているので、レチクルステージＲＳＴの
非走査方向（Ｘ軸方向）及び回転方向の位置を微調整し
ながら、ガイドレスでＹ軸方向に駆動することができ
る。従って、従来の粗微動構造のレチクルステージのよ
うに、複雑な構造を採用することなく、レチクルステー
ジＲＳＴの小型軽量化及び制御性の向上を図ることがで
きる。

【００６８】また、レチクルステージ装置１４を構成す
る各リニアモータ３０、３２の固定子を移動面２８ａが
形成された本体コラム１８とは独立のリアクションフレ
ーム４０Ａ、４０Ｂで保持しているので、レチクルステ
ージの駆動時の反力が、各リニアモータの固定子を介し
てレチクルステージＲＳＴの移動面２８ａが形成された
本体コラム１８に伝わることがないので、レチクルステ
ージ駆動に起因する本体コラム１８（露光装置本体）の
振動を効果的に抑制することができる。

【００６９】また、プレートステージＰＳＴの駆動装置
が、新リニアモータ６２を含むＹ軸用リニアモータを備
えていることから、レチクルステージＲＳＴと同様に、
プレートステージＰＳＴをその非走査方向（Ｘ軸方向）
及び回転方向の位置を微調整しながら、ガイドレスでＹ
軸方向に駆動することができる。これに加え、プレート
ステージＰＳＴの駆動装置が、該Ｙ軸用リニアモータと
一体的にプレートステージＰＳＴを駆動する新リニアモ
ータ６６を含むＸ軸用リニアモータとを含んでいるの
で、Ｘ軸用リニアモータ６４、６６によって、Ｙ軸用リ
ニアモータ６０、６２と一体でプレートステージＰＳＴ
を、ガイドレスでＹ軸方向及び回転方向の位置を微調整
しながら、Ｘ軸方向に駆動することができる。

【００７０】更に、Ｙ軸用リニアモータ６０、６２によ
るプレートステージＰＳＴの駆動の際の反力を相殺する
ように、Ｘ軸用リニアモータに含まれる新リニアモータ
６６を用いてＹ軸用リニアモータ６０、６２に対してＹ
軸方向の補償力を与えることができるとともに、Ｙ軸用
リニアモータ（の固定子）をＹ軸方向については定位置
に保持することができる。

【００７１】また、プレートステージ装置１６を構成す
るＸ軸用リニアモータ６４、６６の固定子が移動面２４
ａが形成された本体コラム１８と独立のリアクションフ
レーム７２Ａ、７２Ｂで保持されているので、プレート
ステージＰＳＴをＸＹ２次元方向のいずれの方向に駆動
しても、その駆動反力が本体コラム１８に伝わることが
なく、プレートステージＰＳＴの駆動に起因する本体コ
ラム１８の振動を効果的に抑制することができる。

【００７２】このように露光装置１０では、走査露光時
は勿論、ステッピング時においてもステージの駆動反力
が本体コラム１８に振動要因として伝わることがないの
で、レチクルステージＲＳＴとプレートステージとの同
期整定時間の短縮及びプレートステージの位置決め整定
時間の短縮によるスループットの向上と、ステージ制御
性の向上による重ね合わせ精度の向上とを共に実現する
ことができる。

【００７３】また、本実施形態では、レチクルステージ
装置１４、プレートステージ装置１６がともに、基本的
にガイドレス構成となっているのでガイドが不要になる
のに加え、粗微動構造でないシンプルな構造であるた
め、部品点数も減り大幅なコストダウンを図ることがで
きるとともに、構成部材の剛性を高めることができ、各
ステージの制御性能を高めることも可能となる。さら
に、レチクルステージ装置１４、プレートステージ装置
１６が、ともにコンパクトな設計が可能であるため装置
の小型化が実現でき、重量が軽減される利点もある。

【００７４】さらには、ヨーガイドが無くなると共に微
動系のガイドとアクチュエータも不要なため駆動重量も
大幅に削減され、リニアモータの推力仕様を下げること
ができ、駆動時の発熱に対しても非常に有利である。ま
た、本実施形態のリニアモータ３２、６２は、レチクル
ステージＲＳＴ、プレートステージＰＳＴの重心に推力
を与えることができ、レチクルステージＲＳＴ、プレー
トステージＰＳＴがピッチング方向に振動することがな
いので、高精度でかつ制御性の良いステージ装置を実現
できる。

【００７５】なお、上記実施形態では、レチクルステー
ジ装置１４が、公知のリニアモータ３０と新リニアモー
タ３２を備える場合について説明したが、本発明がこれ
に限定されるものではない。すなわち、新リニアモータ
を１つのみ用いてレチクルステージＲＳＴを移動面２８
ａに沿ってＹ軸方向に所定ストロークで駆動するととも
にＸ軸方向に微小駆動するようにしても良い。あるいは
一対の新リニアモータを用いて上記実施形態と同様にレ
チクルステージＲＳＴを移動面２８ａに沿ってＹ軸方向
に所定ストロークで駆動するとともにＸ軸方向及び回転
方向に微小駆動するようにしても良い。

【００７６】また、プレートステージ装置１６を構成す
るＹ軸用リニアモータとしては、新リニアモータを一対
用いても良い。但し、プレートステージ装置１６を構成
する第２軸用リニアモータとしてのＸ軸用リニアモータ
は、少なくとも新リニアモータを少なくとも１つ含むこ
とが、プレートステージＰＳＴの駆動による反力の影響
を相殺するという点で重要である。

【００７７】なお、Ｙ軸及びＸ軸をそれぞれ長ストロー
ク方向とし、ともにＺ軸方向を短ストローク方向（微小
ストローク方向）とする２つの本発明に係る新リニアモ
ータを、例えばプレートステージ装置に適当に組み込む
ことにより、Ｚ・レべリングステージの機能を有するプ
レートステージ装置を実現することも可能である。

【００７８】なお、上記実施形態では、本発明に係る第
１、第２のステージ装置が、液晶用のステップ・アンド
・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合につ
いて説明したが、半導体素子製造用のスキャニング・ス
テッパにも同様に適用できることは勿論である。また、
不図示の投影光学系は、縮小系でも拡大系でも構わな
い。更に、レチクルＲとプレートＰとを鉛直方向に沿っ
て支持し、走査露光を行う縦型露光装置にもリニアモー
タ３２、６２を適用することができる。

【００７９】また、例えば、マスクパターンの等倍正立
正像をプレート上に一括で転写する液晶用一括走査型の
露光装置などの場合は、マスク及びプレートの両方又は
一方の駆動装置として本発明に係る第１のステージ装置
を好適に適用できる。

【００８０】また、本発明に係る第２のステージ装置
は、走査型露光装置に限らず、ステップ・アンド・リピ
ート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）等の静止
露光型の露光装置や、電子線露光装置（ＥＢ露光装置）
などの露光装置は勿論、レーザリペア装置その他ＸＹス
テージを備えた装置であれば好適に適用できる。

【００８１】なお、複数のレンズから構成される照明光
学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整を
するとともに、多数の機械部品からなるレチクルステー
ジやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や
配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）
をすることにより上記実施形態の露光装置を製造するこ
とができる。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。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び２に
記載の各発明によれば、２段構造を採用することなく、
駆動対象物を２次元方向に駆動することができ、これに
より従来スペース的に余裕がないため設置が困難であっ
た場所にも適用できる優れたリニアモータを提供するこ
とができる。

【００８３】また、請求項３及び４に記載の各発明によ
れば、簡単な構造でしかもガイドレスでステージを駆動
するステージ装置を提供することができる。

【００８４】また、請求項５〜８に記載の各発明によれ
ば、ステージの駆動による反力に起因する本体コラム
（露光装置本体）の振動を効果的に抑制することができ
るという従来にない優れた露光装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の露光装置の構成を示す概略斜視図
である。

【図２】図１のレチクルステージ装置を示す概略斜視図
である。

【図３】図２のレチクルステージ装置を構成する新リニ
アモータ（本発明に係るリニアモータ）を示す概略斜視
図である。

【図４】図３のリニアモータの駆動原理を説明するため
の図である（（Ａ）、（Ｂ））。

【図５】図１の露光装置を構成する第１コラムより上方
の構成部分を取り除いた状態の斜視図である。

【符号の説明】

１０…露光装置、１４…レチクルステージ装置（第１の
ステージ装置）、１６…プレートステージ装置（第２の
ステージ装置）、１８…本体コラム、２４ａ…移動面、
２８ａ…移動面、３０…リニアモータ（駆動装置の一
部）、３２…リニアモータ（駆動装置の一部）、３２Ａ
…磁極ユニット、３２Ｂ…電機子ユニット、３４…固定
子ヨーク（磁極ベース）、３６…第１の界磁磁石、３８
Ｎ…Ｎ極磁石（第２の界磁磁石）、３８Ｓ…Ｓ極磁石
（第２の界磁磁石）、４０Ａ，４０Ｂ…リアクションフ
レーム（保持部材）、４２…第１電機子コイル、４４…
第２電機子コイル、６０…第１軸用リニアモータ（駆動
装置の一部）、６２…第１軸用リニアモータ（駆動装置
の一部）、６４…第２軸用リニアモータ（駆動装置の一
部）、６６…第２軸用リニアモータ（駆動装置の一
部）、７２Ａ、７２Ｂ…リアクションフレーム（保持部
材）、ＲＳＴ…レチクルステージ（ステージ）、ＰＳＴ
…プレートステージ（ステージ）、Ｒ…レチクル（マス
ク）、Ｐ…プレート（基板）。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の長ストローク方向に延びる一連の
   空隙内に磁束を発生する磁極ユニットと；前記磁極ユニ
   ットとの間に生じる電磁気的相互作用によって前記磁極
   ユニットに対して前記長ストローク方向、並びに前記長
   ストローク方向及び前記磁束方向と異なる方向に相対駆
   動される電機子ユニットとを備えることを特徴とするリ
   ニアモータ。
2. 【請求項２】 前記磁極ユニットは、その内部に前記空
   隙が形成される前記長ストローク方向に所定長さで延び
   る磁極ベースと、該磁極ベースに前記長ストローク方向
   に沿って極性が交互に異なるように所定間隔で配置され
   た複数組みの第１の界磁磁石と、前記磁極ベースに所定
   の間隔を隔てて相互に平行にかつ前記長ストローク方向
   に延設されたＳ極磁石とＮ極磁石から成る少なくとも一
   組の第２の界磁磁石とを有し、 前記電機子ユニットは、前記第１の界磁磁石に対応して
   配置された第１電機子コイルと、前記第２の界磁磁石に
   対応して配置された第２電機子コイルとを有することを
   特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 【請求項３】 ステージと、前記ステージを所定の移動
   面に沿って少なくとも第１軸方向に駆動する駆動装置と
   を備えたステージ装置において、 前記駆動装置は、前記長ストローク方向が前記第１軸方
   向に設定された請求項１に記載のリニアモータを少なく
   とも含む１又は２以上のリニアモータを備えることを特
   徴とするステージ装置。
4. 【請求項４】 ステージと、前記ステージを所定の移動
   面に沿って第１軸方向及びこれに直交する第２軸方向に
   駆動する駆動装置とを備えたステージ装置において、 前記駆動装置は、前記ステージを前記第１軸方向に駆動
   する第１軸用リニアモータと、前記第１軸用リニアモー
   タ及び前記ステージを前記第１軸に直交する第２軸方向
   に駆動する前記長ストローク方向が前記第２軸方向に設
   定された請求項１に記載のリニアモータを少なくとも含
   む第２軸用リニアモータとを備えることを特徴とするス
   テージ装置。
5. 【請求項５】 マスクと基板とを一次元方向に同期移動
   して前記マスクのパターンを前記基板上に転写する露光
   装置であって、 請求項３に記載のステージ装置を、前記マスク及び基板
   の少なくとも一方の駆動装置として備えることを特徴と
   する露光装置。
6. 【請求項６】 前記ステージ装置を構成する前記各リニ
   アモータの固定子を前記移動面が形成された本体コラム
   とは独立の保持部材で保持したことを特徴とする請求項
   ５に記載の露光装置。
7. 【請求項７】 所定のパターンを光学系を介して基板上
   に転写する露光装置であって、 請求項４に記載のステージ装置を前記基板の駆動装置と
   して備えることを特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 前記ステージ装置を構成する前記第２軸
   用リニアモータの固定子を前記移動面が形成された本体
   コラムと独立の保持部材で保持したことを特徴とする請
   求項７に記載の露光装置。