KR101208387B1 - 리니어 모터, 스테이지 장치, 및 노광 장치 - Google Patents

Abstract

리니어 모터는 코일체 (62) 와, 발자체 (72) 를 지지하고 코일체 (62) 에 대하여 상대 이동하는 요크 (71) 를 구비한다. 요크 (71) 는, 발자체 (72) 에 의해 발생하는 요크 (71) 내의 자기의 포화 상태에 기초하여 배치된 자성재로 이루어지는 제 1 부분 (73) 을 갖는다.

리니어 모터, 코일체, 요크, 스테이지 장치, 노광 장치

Description

리니어 모터, 스테이지 장치, 및 노광 장치{LINEAR MOTOR, STAGE APPARATUS, AND EXPOSURE APPARATUS}

기술분야

본 발명은 리니어 모터 및 이 리니어 모터를 구동 장치로서 구비하는 스테이지 장치, 그리고 리니어 모터의 구동에 의해 이동하는 스테이지를 사용하여 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 노광 장치에 관한 것이다.

본원은 2005 년 1 월 21 일에 출원된 일본 특허출원 2005-013824호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

배경기술

예를 들어, 반도체 소자나 액정 표시 소자 등의 제조에 사용되는 노광 장치에서는, 마스크 (레티클 등) 가 재치되는 레티클 스테이지나 감광성의 기판 (웨이퍼, 유리 플레이트 등) 이 재치되는 웨이퍼 스테이지의 구동 장치로서 비접촉으로 구동할 수 있는 리니어 모터가 많이 사용되고 있다.

이 종류의 리니어 모터는 1 군의 코일체와, 이 코일체를 상하로부터 사이에 끼우는 영구 자석의 열 (列) 을 갖는 구조체로 이루어지고, 영구 자석은 각각을 유지함과 함께 영구 자석으로부터의 자속이 통과하는 자로 (磁路) 를 형성할 목적에서 자성체의 요크에 접착 등으로 고정되어 있다. 그리고, 영구 자석이 발생하는 자기장 내에 위치하는 코일체에 통전함으로써, 로렌츠 힘으로 구동력 (추력) 을 얻는 구성으로 되어 있다.

코일체에 의해 발생하는 자력선은 코일을 수용하는 케이스나 영구 자석, 그것을 지지하는 요크에 작용하는데, 도전체인 케이스나 영구 자석, 요크에 변동 자기장이 작용하면, 그 자기장 변동을 없애기 위해 도체 표면 근방에 와전류가 발생한다. 그래서, 특허 문헌 1 에는 코일체의 케이스를 고도전율의 판재에 의해 형성하고, 이 판재에 와전류에 대한 저항치를 조절하기 위한 개구부를 형성하는 기술이 개시되어 있다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평11-196561호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 상기 서술한 바와 같은 종래 기술에는 이하와 같은 문제가 존재한다.

상기 서술한 종래 기술에 있어서는, 코일체의 케이스에 발생하는 와전류를 조정하고 있는데, 와전류는 케이스뿐만 아니라 영구 자석이나 요크 내에도 발생한다.

영구 자석이나 요크 내에 와전류가 흐르면, 줄 (joule) 손실에 의한 발열이 발생한다. 리니어 모터로부터의 발열은 주위의 부재?장치를 열변형시키거나 스테이지의 위치 검출에 사용되는 광 간섭식 측장계의 광로 상에 있어서의 공기 온도를 변화시키고 측정치에 오차를 발생시켜서 패턴의 전사 정밀도가 저하될 우려가 있다.

특히, 코일체에는 전류를 공급할 필요가 있고, 또 코일체가 발열하기 때문에 냉각시킬 필요가 있으므로, 전류 공급의 배선이나 냉매용 배관을 접속시키는 구성을 고려하여 코일체를 고정자에 형성하고, 배선이나 배관이 불필요한 영구 자석을 가동체에 형성하는 것을 상정한 경우, 요크를 냉각시키기 위한 기구를 별도 형성하는 것은 곤란하다.

본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 모터 구동시의 요크의 발열을 억제할 수 있는 리니어 모터 및 이 리니어 모터를 구동 장치로서 구비하는 스테이지 장치, 그리고 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실시형태를 나타내는 도 1 내지 도 13 에 대응시킨 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 리니어 모터는 코일체 (62) 와, 발자체 (發磁體) (72) 를 지지하고 코일체 (62) 에 대하여 상대 이동하는 요크 (71) 를 구비하고, 요크 (71) 는, 발자체 (72) 에 의해 발생하는 요크 (71) 내의 자기의 포화 상태에 기초하여 배치된 자성재로 이루어지는 제 1 부분 (73) 을 갖는 것을 특징으로 한다.

요크 (71) 는 발자체 (72) 가 발생하는 자력선의 자로를 형성하는데, 발자체 (72) 의 근방에서는 강한 자기장 (DC 자기장) 이 작용하기 때문에, 자기가 포화에 가까운 상태로 되어 있다. 이 자기 포화 상태에 있어서는, 더욱 중첩적으로 작용하는 변동 자기장 (AC 자기장) 에 대하여 요크 (71) 의 투자율은 감소한다. (여기서 DC 자기장은 중첩적으로 작용하는 AC 자기장보다 충분히 큰 것으로 한다. 이는, 리니어 모터에 있어서는 일반적인 조건이다.) 투자율이 큰 경우에는, 와전류가 흐르는 표피 두께가 얇아지고 와전류가 이 얇은 표피 부분에 집중된다. 얇은 부분에 전류가 집중되면, 전류가 흐르는 단면적이 감소하기 때문에 와전류에 대한 저항치가 증가하게 되어 발열량도 증가한다. 또한, 와전류는 예를 들어, 변동 자기장이 요크 (71) 에 침입할 때에 그것을 방해하도록 흐르는데, 와전류의 정정 후에는 요크 (71) 의 투자율이 크면, 보다 큰 자력선을 내부로 끌여들이려고 하기 때문에 더욱 그것을 방해하도록 와전류가 흐른다. 그 때문에, 이들 상승 효과에 의해 요크 (71) 내의 투자율이 높은 부분이 보다 발열이 커진다.

따라서, 본 발명에서는 요크 (71) 중, 자성재로 형성되고 자로를 형성하기 위하여 필요한 제 1 부분 (73) 을 투자율이 낮은 부분, 즉 자기가 대략 포화 상태로 되는 부분에 배치함으로써, 요크의 발열을 억제할 수 있게 된다.

한편, 히스테리시스 발열은 히스테리시스 커브의 내부 면적에 비례하는데, 투자율이 크고 요크 (71) 내에서 자기 포화되지 않은 부분은, 투자율이 작고 자기 포화되어 있는 부분보다 히스테리시스 커브의 내부 면적이 크고 발열량도 크다. 그 때문에, 본 발명에서는 와전류를 고려한 경우와 동일하게, 제 1 부분 (73) 을 자기의 포화 상태에 기초한 배치로 함으로써, 요크 (71) 의 발열을 억제할 수 있게 된다.

또한, 본 명세서에 있어서의 자기의 포화 상태란, 작용하는 외부 자기장이 커져도 요크 내의 자속 밀도의 증가율이 포화되고, 외부 자기장이 그 이상 커져도 실질적으로 자속 밀도가 증가하지 않는 상태의 것을 나타내고 있다.

또, 본 발명의 리니어 모터는 코일체 (62) 와, 발자체 (72) 를 지지하고 코일체 (62) 에 대하여 상대 이동하는 요크 (71) 를 구비하고, 요크 (62) 는, 자기 포화 특성에 기초하여 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 예를 들어, 페라이트 (ferrite) 나 펄멘듀어 (permendur) 등의 재료로 요크 (71) 를 형성하고 있다. 페라이트나 펄멘듀어는 통상 요크의 재료로서 사용되는 철 (예를 들어, SS400) 과 비교하여 포화 자속 밀도가 크기 때문에, 요크 (71) 를 작게 해도 내부에 충분한 자속을 발생시킬 수 있다. 한편, 히스테리시스 발열은 체적에 비례하기 때문에, 요크 (71) 를 페라이트나 펄멘듀어로 형성하고 체적을 작게 함으로써 히스테리시스 발열을 억제할 수 있다.

그리고, 본 발명의 스테이지 장치는 상기 리니어 모터 (30) 가 구동 장치로 사용되는 것을 특징으로 하는 것이다. 또, 본 발명의 노광 장치는 스테이지 장치 (2) 를 사용하여 기판 (P) 에 패턴을 노광하는 노광 장치 (EX) 에 있어서, 스테이지 장치로서 상기의 스테이지 장치 (2) 를 사용한 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 본 발명의 스테이지 장치 및 노광 장치에서는, 모터 (30) 의 구동시에도 요크 (71) 로부터의 발열을 억제할 수 있고, 장치를 열변형시키거나 스테이지의 위치 검출 정밀도를 저하시켜서 패턴의 전사 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위하여 일 실시예를 나타내는 도면의 부호에 대응시켜 설명하였는데, 본 발명이 실시예에 한정되는 것이 아님은 물론이 다.

발명의 효과

본 발명에서는, 자기 포화되어 있지 않음으로써 발생하는 와전류나 히스테리시스 발열 등의 발열을 효율적으로 억제할 수 있게 된다.

또, 본 발명에서는 발열을 억제함으로써 패턴의 전사 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 발명의 리니어 모터를 구비한 노광 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2 는 도 1 의 노광 장치를 구성하는 스테이지 장치의 개략 사시도이다.

도 3 은 본 발명의 리니어 모터를 구비한 스테이지 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 사시도이다.

도 4 는 리니어 모터 (18, 21) 의 분해 사시도이다.

도 5 는 Y 리니어 모터의 요부 구성을 나타내는 도면이다.

도 6 은 요크의 초기 자화 곡선을 나타내는 도면이다.

도 7 은 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 제 2 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 8 은 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 다른 형태를 나타내는 도면이다.

도 9a 는 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 제 3 실시형태를 나타내는 조립도이다.

도 9b 는 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 제 3 실시형태를 나타내는 분해도이다.

도 10 은 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 제 4 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 11 은 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 제 5 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 12 는 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 제 6 실시형태를 나타내는 도면이다.

도 13 은 자성체의 히스테리시스 커브를 나타내는 도면이다.

도 14 는 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우차트 도면이다.

부호의 설명

EX … 노광 장치, R … 마스크 (레티클), P … 노광 기판 (기판), 2 … 스테이지 장치, 30 … Y 리니어 모터 (리니어 모터, 구동 장치), 62 … 코일체, 71 … 요크, 72 … 영구 자석 (발자체), 73 … 자성부 (제 1 부분), 74 … 프레임 형상 부재 (제 2 부분), 74a, 74b, 74c … 비자성부 (제 2 부분)

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명 리니어 모터 및 스테이지 장치 그리고 노광 장치에 대하여 도 면을 참조하면서 설명한다.

(제 1 실시형태)

도 1 은 본 발명의 리니어 모터를 구동 장치로서 구비한 노광 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다. 여기서, 본 실시형태에 있어서의 노광 장치 (EX) 는, 마스크 (M) 와 감광 기판 (P) 을 동기 이동하면서 마스크 (M) 에 형성되어 있는 패턴을 투영 광학계 (PL) 를 개재하여 감광 기판 (P) 상에 전사하는 이른바 스캐닝 스테퍼이다. 이하의 설명에 있어서, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 일치하는 방향을 Z 축 방향, Z 축 방향에 수직인 평면 내에 있어서의 상기 동기 이동 방향 (주사 방향) 을 Y 축 방향, Z 축 방향 및 Y 축 방향과 수직인 방향 (비주사 방향) 을 X 축 방향으로 한다. 또한, X 축 둘레, Y 축 둘레, 및 Z 축 둘레의 회전 방향을 각각 θX 방향, θY 방향, 및 θZ 방향으로 한다. 또, 여기서 말하는 「감광 기판」은 반도체 웨이퍼 상에 레지스트가 도포된 것을 포함하고, 「마스크」는 감광 기판 상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.

도 1 에 있어서, 노광 장치 (EX) 는 마스크 (레티클) (M) 를 유지하고 이동하는 마스크 스테이지 (레티클 스테이지) (MST) 및 이 마스크 스테이지 (MST) 를 지지하는 마스크 정반 (3) 을 갖는 스테이지 장치 (1) 와, 광원을 갖고, 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되는 마스크 (M) 를 노광광으로 조명하는 조명 광학계 (IL) 와, 감광 기판 (기판) (P) 을 유지하고 이동하는 기판 스테이지 (PST) 및 이 기판 스테이지 (PST) 를 지지하는 기판 정반 (4) 을 갖는 스테이지 장치 (2) 와, 노광광 (EL) 으로 조명된 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 감광 기판 (P) 에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와, 스테이지 장치 (1) 및 투영 광학계 (PL) 를 지지하는 리액션 프레임 (5) 과, 노광 장치 (EX) 의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치 (CONT) 를 구비하고 있다. 리액션 프레임 (5) 은 바닥면에 수평하게 재치된 베이스 플레이트 (6) 상에 설치되어 있고, 이 리액션 프레임 (5) 의 상부측 및 하부측에는 내측을 향하여 돌출하는 단부 (5a, 5b) 가 각각 형성되어 있다.

조명 광학계 (IL) 는 리액션 프레임 (5) 의 상면에 고정된 지지 칼럼 (7) 에 의해 지지된다. 조명 광학계 (IL) 로부터 사출되는 노광광 (EL) 으로는, 예를 들어, 수은 램프로부터 사출되는 자외역의 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광) 이나, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 및 F₂ 레이저광 (파장 157㎚) 등의 진공 자외광 (VUV 광) 등이 사용된다.

스테이지 장치 (1) 중, 마스크 정반 (3) 은 각 코너에 있어서 리액션 프레임 (5) 의 단부 (5a) 에 방진 유닛 (8) 을 개재하여 거의 수평으로 지지되어 있고, 그 중앙부에 마스크 (M) 의 패턴 이미지가 통과하는 개구 (3a) 를 구비하고 있다. 마스크 스테이지 (MST) 는 마스크 정반 (3) 상에 형성되어 있고, 그 중앙부에 마스크 정반 (3) 의 개구 (3a) 와 연통하여 마스크 (M) 의 패턴 이미지가 통과하는 개구 (K) 를 구비하고 있다. 마스크 스테이지 (MST) 의 저면에는 비접촉 베어링인 복수의 에어 베어링 (9) 이 형성되어 있고, 마스크 스테이지 (MST) 는 에어 베어링 (9) 에 의해 마스크 정반 (3) 에 대하여 소정의 클리어런스를 통해 부상 지지되어 있다.

도 2 는 마스크 스테이지 (MST) 를 갖는 스테이지 장치 (1) 의 개략 사시도이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 스테이지 장치 (1) (마스크 스테이지 (MST)) 는 마스크 정반 (3) 상에 형성된 마스크 조동 스테이지 (16) 와, 마스크 조동 스테이지 (16) 상에 형성된 마스크 미동 스테이지 (18) 와, 마스크 정반 (3) 상에 있어서 조동 스테이지 (16) 를 Y 축 방향으로 소정 스트로크로 이동 가능한 한 쌍의 Y 리니어 모터 (20) 와, 마스크 정반 (3) 의 중앙부의 상부 돌출부 (3b) 상면에 형성되고, Y 축 방향으로 이동하는 조동 스테이지 (16) 를 안내하는 한 쌍의 Y 가이드부 (24) 와, 조동 스테이지 (16) 상에 있어서 미동 스테이지 (18) 를 X 축, Y 축, 및 θZ 방향으로 미소 이동할 수 있는 한 쌍의 X 보이스 코일 모터 (17X) 및 한 쌍의 Y 보이스 코일 모터 (17Y) 를 구비하고 있다. 또한, 도 1 에서는 조동 스테이지 (16) 및 미동 스테이지 (18) 를 간략화하여 1 개의 스테이지로서 도시하고 있다.

Y 리니어 모터 (20) 의 각각은 마스크 정반 (3) 상에 있어서 Y 축 방향으로 연장되도록 형성된 코일 유닛 (전기자 유닛) 으로 이루어지는 한 쌍의 고정자 (21) 와, 이 고정자 (21) 에 대응하여 형성되고, 연결 부재 (23) 를 개재하여 조동 스테이지 (16) 에 고정된 자석 유닛으로 이루어지는 가동자 (22) 를 구비하고 있다. 그리고, 이들 고정자 (21) 및 가동자 (22) 에 의해 무빙 마그넷형 리니어 모터 (20) 가 구성되어 있고, 가동자 (22) 가 고정자 (21) 와의 사이의 전자기적 상호 작용에 의해 구동함으로써 조동 스테이지 (16) (마스크 스테이지 (MST)) 가 Y 축 방향으로 이동한다. 고정자 (21) 의 각각은 비접촉 베어링인 복수의 에어 베어링 (19) 에 의해 마스크 정반 (3) 에 대하여 부상 지지되어 있다. 이 때문에, 운동량 보존의 법칙에 의해 조동 스테이지 (16) 의 ＋Y 방향의 이동에 따라 고정자 (21) 가 －Y 방향으로 이동한다. 이 고정자 (21) 의 이동에 의해 조동 스테이지 (16) 의 이동에 수반하는 반력이 상쇄됨과 함께 무게중심 위치의 변화를 방지할 수 있다. 또한, 고정자 (21) 는 마스크 정반 (3) 에 대신하여 리액션 프레임 (5) 에 형성되어도 된다. 고정자 (21) 를 리액션 프레임 (5) 에 형성하는 경우에는 에어 베어링 (19) 을 생략하고, 고정자 (21) 를 리액션 프레임 (5) 에 고정시켜 조동 스테이지 (16) 의 이동에 의해 고정자 (21) 에 작용하는 반력을 리액션 프레임 (5) 을 통하여 바닥으로 빠져나가게 할 수도 있다.

Y 가이드부 (24) 의 각각은, Y 축 방향으로 이동하는 조동 스테이지 (16) 를 안내하는 것으로서, 마스크 정반 (3) 의 중앙부에 형성된 상부 돌출부 (3b) 의 상면에 있어서 Y 축 방향으로 연장되도록 고정되어 있다. 또, 조동 스테이지 (16) 와 Y 가이드부 (24, 24) 사이에는 비접촉 베어링인 도시 생략의 에어 베어링이 형성되어 있고, 조동 스테이지 (16) 는 Y 가이드부 (24) 에 대하여 비접촉으로 지지되어 있다.

미동 스테이지 (18) 는 도시 생략의 진공 척을 통해 마스크 (M) 를 흡착 유지한다. 미동 스테이지 (18) 의 ＋Y 방향의 단부에는 코너 큐브로 이루어지는 한 쌍의 Y 이동경 (25a, 25b) 이 고정되고, 미동 스테이지 (18) 의 －X 방향의 단부에는 Y 축 방향으로 연장되는 평면 미러로 이루어지는 X 이동경 (26) 이 고정되어 있다. 그리고, 이들 이동경 (25a, 25b, 26) 에 대하여 측장 빔을 조사하는 3 개의 레이저 간섭계 (모두 도시 생략) 가 각 이동경과의 거리를 계측함으로써, 마스크 스테이지 (MST) 의 X 축, Y 축, 및 θZ 방향의 위치가 고정밀도로 검출된다. 제어 장치 (CONT) 는 이들 레이저 간섭계의 검출 결과에 기초하여 Y 리니어 모터 (20), X 보이스 코일 모터 (17X), 및 Y 보이스 코일 모터 (17Y) 를 포함하는 각 모터를 구동하고, 미동 스테이지 (18) 에 지지되어 있는 마스크 (M) (마스크 스테이지 (MST)) 의 위치 제어를 실시한다.

도 1 로 돌아와서, 개구 (K) 및 개구 (3a) 를 통과한 마스크 (M) 의 패턴 이미지는 투영 광학계 (PL) 에 입사한다. 투영 광학계 (PL) 는 복수의 광학 소자에 의해 구성되고, 이들 광학 소자는 경통에 의해 지지되어 있다. 투영 광학계 (PL) 는 예를 들어, 1/4 또는 1/5 의 투영 배율을 갖는 축소계이다. 또한, 투영 광학계 (PL) 는 등배계 혹은 확대계의 어느 것이어도 된다. 투영 광학계 (PL) 의 경통 외주에는 이 경통에 일체화된 플랜지부 (10) 가 형성되어 있다. 그리고, 투영 광학계 (PL) 는 리액션 프레임 (5) 의 단부 (5b) 에 방진 유닛 (11) 을 개재하여 거의 수평으로 지지된 경통 정반 (12) 에 플랜지부 (10) 를 걸어맞추고 있다.

스테이지 장치 (2) 는 기판 스테이지 (PST) 와, 기판 스테이지 (PST) 를 XY평면을 따른 2 차원 방향으로 이동 가능하게 지지하는 기판 정반 (4) 과, 기판 스테이지 (PST) 를 X 축 방향으로 안내하면서 자유롭게 이동할 수 있도록 지지하는 X 가이드 스테이지 (35) 와, X 가이드 스테이지 (35) 에 형성되고, 기판 스테이지 (PST) 를 X 축 방향으로 이동할 수 있는 X 리니어 모터 (40) 와, 본 발명에 관련되는 리니어 모터이고 X 가이드 스테이지 (35) 를 Y 축 방향으로 이동할 수 있는 한 쌍의 Y 리니어 모터 (리니어 모터, 구동 장치) (30) 를 갖고 있다. 기판 스테이지 (PST) 는 감광 기판 (P) 을 진공 흡착 유지하는 기판 홀더 (PH) 를 갖고, 감광 기판 (P) 은 기판 홀더 (PH) 를 통해 기판 스테이지 (PST) 에 지지된다. 또, 기판 스테이지 (PST) 의 저면에는 비접촉 베어링인 복수의 에어 베어링 (37) 이 형성되어 있고, 이들 에어 베어링 (37) 에 의해 기판 스테이지 (PST) 는 기판 정반 (4) 에 대하여 비접촉으로 지지되어 있다. 또, 기판 정반 (4) 은 베이스 플레이트 (6) 의 상방에 방진 유닛 (13) 을 통해 거의 수평으로 지지되어 있다.

도 3 은 기판 스테이지 (PST) 를 갖는 스테이지 장치 (2) 의 개략 사시도이다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 스테이지 장치 (2) 는 X 축 방향을 따른 장척 (長尺) 형상을 갖는 X 가이드 스테이지 (35) 와, X 가이드 스테이지 (35) 에 의해 안내하면서 기판 스테이지 (PST) 를 X 축 방향으로 소정 스트로크로 이동 가능한 X 리니어 모터 (40) 와, X 가이드 스테이지 (35) 의 길이 방향 양단에 형성되고, 이 X 가이드 스테이지 (35) 를 기판 스테이지 (PST) 와 함께 Y 축 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 Y 리니어 모터 (30) 를 구비하고 있다.

X 리니어 모터 (40) 는 X 가이드 스테이지 (35) 에 X 축 방향으로 연장되도록 형성된 코일 유닛으로 이루어지는 고정자 (41) 와, 이 고정자 (41) 에 대응하여 형성되고, 기판 스테이지 (PST) 에 고정된 자석 유닛으로 이루어지는 가동자 (42) 를 구비하고 있다. 이들 고정자 (41) 및 가동자 (42) 에 의해 무빙 마그넷형 리니어 모터 (40) 가 구성되어 있고, 가동자 (42) 가 고정자 (41) 와의 사이의 전자기적 상호 작용에 의해 구동함으로써 기판 스테이지 (PST) 가 X 축 방향으로 이동한다. 여기서, 기판 스테이지 (PST) 는 X 가이드 스테이지 (35) 에 대하여 Z 축 방향으로 소정량의 갭을 유지하는 자석 및 액츄에이터로 이루어지는 자기 가이드에 의해 비접촉으로 지지되어 있다. 기판 스테이지 (PST) 는 X 가이드 스테이지 (35) 에 비접촉 지지된 상태에서 X 리니어 모터 (40) 에 의해 X 축 방향으로 이동한다.

Y 리니어 모터 (30) 의 각각은 X 가이드 스테이지 (35) 의 길이 방향 양단에 형성된 자석 유닛으로 이루어지는 가동자 (32) 와, 이 가동자 (32) 에 대응하여 형성되고 코일 유닛으로 이루어지는 고정자 (31) 를 구비한 무빙 마그넷형의 모터이다. 여기서, 고정자 (31) 는 베이스 플레이트 (6) 에 돌출 형성된 지지부 (36) (도 1 참조) 에 형성되어 있다. 또한, 도 1 에서는 고정자 (31) 및 가동자 (32) 는 간략화하여 도시되고 있다. 이들 고정자 (31) 및 가동자 (32) 에 의해 무빙 마그넷형 리니어 모터 (30) 가 구성되어 있고, 가동자 (32) 가 고정자 (31) 와의 사이의 전자기적 상호 작용에 의해 구동함으로써 X 가이드 스테이지 (35) 가 Y 축 방향으로 이동한다. 또, Y 리니어 모터 (30) 의 각각의 구동을 조정함으로써 X 가이드 스테이지 (35) 는 θZ 방향으로도 회전 이동 가능하게 되어 있다. 따라서, 이 Y 리니어 모터 (30) 에 의해 기판 스테이지 (PST) 가 X 가이드 스테이지 (35) 와 거의 일체적으로 Y 축 방향 및 θZ 방향으로 이동 가능하게 되어 있 다.

도 1 로 돌아와서, 기판 스테이지 (PST) 의 －X 축의 측가장자리에는 Y 축 방향을 따라 연장 형성된 X 이동경 (51) 이 형성되고, X 이동경 (51) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (50) 가 형성되어 있다. 레이저 간섭계 (50) 는 X 이동경 (51) 의 반사면과 투영 광학계 (PL) 의 경통 하단에 형성된 참조경 (52) 의 각각을 향하여 레이저광 (검출광) 을 조사함과 함께, 그 반사광과 입사광의 간섭에 기초하여 X 이동경 (51) 과 참조경 (52) 의 상대 변위를 계측함으로써, 기판 스테이지 (PST), 나아가서는 감광 기판 (P) 의 X 축 방향에 있어서의 위치를 소정의 분해능으로 리얼 타임으로 검출한다. 동일하게, 기판 스테이지 (PST) 상의 ＋Y 축의 측가장자리에는 X 축 방향을 따라 연장 형성된 Y 이동경 (53) (도 1 에는 도시 생략, 도 3 참조) 이 형성되고, Y 이동경 (53) 에 대향하는 위치에는 Y 레이저 간섭계 (도시 생략) 가 형성되어 있고, Y 레이저 간섭계는 Y 이동경 (53) 의 반사면과 투영 광학계 (PL) 의 경통 하단에 형성된 참조경 (도시 생략) 의 각각을 향하여 레이저광을 조사함과 함께, 그 반사광과 입사광의 간섭에 기초하여 Y 이동경과 참조경의 상대 변위를 계측함으로써, 기판 스테이지 (PST), 나아가서는 감광 기판 (P) 의 Y 축 방향에 있어서의 위치를 소정의 분해능으로 리얼 타임으로 검출한다. 레이저 간섭계의 검출 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력되고, 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계의 검출 결과에 기초하여 리니어 모터 (30, 40) 를 개재하여 기판 스테이지 (PST) 의 위치 제어를 실시한다.

Y 리니어 모터 (30) 의 고정자 (31) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이 코일 재킷 (61) 내에 길이 방향을 따라 코일체 (62) 가 복수 배열된 구성으로 되어 있다.

또, Y 리니어 모터 (30) 의 가동자 (32) 는 X 가이드 스테이지 (35) 의 양단에 형성된 Y 방향에서 보았을 때 U 자 형상의 지지 부재 (60) 에, 고정자 (31) 를 사이에 끼운 양측으로 요크 (71) 및 영구 자석 (72) 이 각각 고정자 (31) 와 간극을 두고 대향하여 형성되는 구성으로 되어 있다.

영구 자석 (72) 은 예를 들어, 블록 상태로 자화된 후에 절단되어 배열된 것으로서, 도 5 에 나타내는 바와 같이 자화 방향이 고정자 (31) (코일체 (62)) 를 관통하는 상기 대향 방향 (Z 방향) 으로 되는 주극 (72A) 과, 자화 방향이 길이 방향 (Y 방향) 으로 되는 보조극 (72B) 이 교대로 또한, X 축 둘레의 자로를 형성하도록 배열된 구성으로 되어 있다. 이들 영구 자석 (72) 끼리, 및 영구 자석 (72) 과 요크 (71) 는 전기 절연성을 갖는 접착제 (수지 접착제 등) 로 서로 전기적으로 절연된 상태에서 고정되어 있다.

요크 (71) 는 영구 자석 (72) 을 유지함과 함께, 주극 (72A) 으로부터 누설된 자력선을 보조극 (72B) 으로 유도하기 위한 자로를 형성하는 것으로서, 스타인메츠 상수가 3000 정도인 연철 (자성재) 로 형성된 자성부 (제 1 부분) (73) 와, 평면에서 보았을 때 직사각형의 요크 (71) 의 일부를 결락시킴으로써 형성한 비자성부 (제 2 부분) (74a, 74b, 74c) 가, 고정자 (31) 와 가동자 (32) 의 상대 이동에 의해 요크 (71) 내에 와전류가 흐르는 경로에 따라 배치된 구성으로 되어 있다.

자성부 (73) 는 영구 자석 (72) 으로부터 작용하는 자기장에 의해 대략 자기 포화 상태가 되는 주극 (72A) 의 외주부 근방의 영역 (도 4 에서는 2 점 쇄선으로 둘러싸인 고리 형상의 영역) (H) 과, 영구 자석 (72) 에 큰 힘이 가해졌을 때에도 변형되지 않고 영구 자석 (72) 을 지지 가능한 강도를 유지할 수 있는 지점, 및 요크 (71) 를 지지 부재 (60) 에 체결 고정시킬 때에 도시를 생략한 체결 부재를 삽입 통과시키기 위한 구멍부 (75) 주변의 영역에 배치되어 있다.

비자성부 (74a) 는 구멍부 (75) 의 주변을 제외한 요크 (71) 의 외주를 결락시켜 형성되어 있다. 비자성부 (74b) 는 포화 영역 (H) 에 둘러싸이고, 도 5 에 나타내는 바와 같이 자기의 포화가 일어나지 않는 주극 (72A) 과 대향하는 위치에 형성된 관통 구멍으로 형성되어 있다. 비자성부 (74c) 는 이웃하는 포화 영역 (H) 사이의 영역으로서, 자기의 포화가 일어나지 않는 보조극 (72B) 과 대향하는 위치에 형성된 관통 구멍으로 형성되어 있다. 즉, 이들 비자성부 (74a, 74b, 74c) 에는 평면에서 보았을 때 직사각형이었던 자성재의 연철이 결락되어 비자성재에서 절연체의 공기가 존재함으로써 (바꾸어 말하면, 연철의 일부를 공기로 치환함으로써), 비자성 영역이 되어 있다. 또, 비자성부 (74b, 74c) 는 요크 (71) 의 단변 방향을 따라 슬릿 형상으로 형성되어 있다.

다음으로, 상기 서술한 리니어 모터 (30) 의 작용에 대하여 설명한다.

제어 장치 (CONT) 의 제어하에서, 리니어 모터 (30) 의 코일체 (62) 에 대하여 구동 전류로서 교류 전류가 공급되면, 주극 (72A) 이 발생하는 자력선은 코일체에 작용하여 로렌츠 힘을 발생시킨다. 보조극 (72B) 은 주극 (72A) 으로부터 발생하고 코일체 (62) (고정자 (31)) 와 역방향으로 향하는 자력선을 끌어 들여 인 접하는 주극 (72A) 으로 유도하기 위한 자로를 형성한다. 또, 보조극 (72B) 이 발생하는 자력선도 인접하는 주극 (72A) 에 도입되어 코일체 (62) 에 작용함으로써, 코일체 (62) 에 작용하는 자력선의 수, 즉 추력의 증가에 기여하게 된다.

여기서, 주극 (72A) 과 보조극 (72B) 의 자화 방향이 직교하고, 또 자력선은 급격하게 진행 방향의 방향을 바꿀 수 없기 때문에, 주극 (72A) 으로부터 보조극 (72B) 으로 유도되는 자력선 및 보조극 (72B) 으로부터 주극 (72A) 으로 유도되는 자력선은, 주극 (72A) 과 보조극 (72B) 의 접합부 근방으로부터 요크 (71) 로 누출되어, 요크 (71) 에서도 자로의 일부가 형성된다 (도 5 에 부호 B 로 나타낸다). 요크 (71) (자성부 (73)) 는 도전성을 갖고 있기 때문에, 변동 자기장이 작용함으로써, 자기장 변동을 상쇄하도록 표면 근방에 와전류가 발생한다.

이 때, 특히 주극 (72A) 과 보조극 (72B) 의 접합부 근방의 포화 영역 (H) 에 있어서, 요크 (71) 는 영구 자석 (72) (주극 (72A)) 으로부터의 강한 자기장이 작용하기 때문에 자기가 포화될 듯이 되어 있다. 도 6 에 요크 (71) (연철) 의 초기 자화 곡선을 나타낸다. 초기 자화 곡선의 기울기는 요크 (71) 에 자기장이 작용하고 있는 위치에서의 투자율을 나타내고, 자기장 강도가 커짐에 따라 자기 (자속 밀도) 는 포화 상태에 가까워지고, 초기 자화 곡선의 기울기는 완만해져서 투자율이 작아진다.

여기서, 투자율이 큰 경우에는 와전류가 흐르는 표피 두께가 얇아지고 와전류가 이 얇은 표피 부분에 집중된다. 얇은 부분에 전류가 집중되면 전류가 흐르는 단면적이 감소하기 때문에, 와전류에 대한 저항치가 증가하게 되어 발열량도 증가한다. 또, 와전류는 변동 자기장이 요크 (71) 에 침입해 올 때에 그것을 방해하도록 흐르는데, 와전류의 정정 (整定) 후에는 요크 (71) 의 투자율이 크면 보다 큰 자력선을 내부로 끌어 들이려고 하기 때문에, 더욱 그것을 방해하도록 와전류가 흐른다. 그 때문에, 이들 상승 효과에 의해 요크 (71) 내의 투자율이 높은 부분이 보다 발열이 커진다.

한편, 변동 자기장이 작용하면, 자성체 내부에 있는 자구 (磁區) 내의 분극 벡터가 변동하는 외부 자기장의 방향으로 회전한다. 이 경우, 자성체의 자기 히스테리시스가 크면 이 분극 벡터를 회전시킬 때에 에너지 손실이 발생하여 발열한다 (히스테리시스 발열).

그래서, 영구 자석 (72) 으로부터의 자기장 (DC 자기장) 이 작은 경우 (예를 들어 도 6 에서는 H1), 히스테리시스 커브는 H1 을 중심으로 한 커브 HC1 이 된다. 또, 영구 자석 (72) 으로부터의 자기장이 큰 경우 (도 6 에서는 H2), 히스테리시스 커브는 H2 를 중심으로 한 커브 HC2 가 된다. 히스테리시스에 기인하여 발생하는 열, 이른바 히스테리시스 발열은 히스테리시스 커브의 내부 면적에 비례하기 때문에, 요크 (71) 에 있어서는 자기 포화되지 않은 부분 (H1) 이 자기 포화되는 부분 (H2) 과 비교하여 보다 히스테리시스 커브의 내부 면적이 크고 발열량도 많다.

그 때문에, 본 실시형태에서는 요크 (71) 에 있어서 자기의 포화 상태에 기초하여 자성부 (73) 를 배치하고, 포화 영역 (H) 이외의 자로로서의 기능이 적은 외주부, 포화 영역 (H) 에 둘러싸인 내측의 영역, 및 이웃하는 포화 영역 (H) 사이의 영역을 결락시켜 비자성부 (74a, 74b, 74c) 로 함으로써, 이 비자성부 (74a, 74b) 가 자성을 갖는 경우에 자기 포화되어 있지 않음으로써 발생하는 와전류에 의한 발열 및 히스테리시스 발열을 효율적으로 억제할 수 있게 된다.

또, 요크 (71) 에 형성된 비자성부 (74b, 74c) 는 요크 (71) 의 단변 방향을 따라 슬릿 형상으로 복수 형성되어 있기 때문에 와전류의 경로를 분단하고, 와전류의 발생 그 자체를 저감시킬 수 있도록 작용하고 있다.

또, 본 실시형태에서는 영구 자석 (72) 끼리 및, 영구 자석 (72) 과 요크 (71) 사이를 전기 절연한 상태에서 고정시키고 있기 때문에, 영구 자석 (72) 의 내부에 흐르는 와전류를 분단할 수 있고 와전류를 저감하고 발열량을 보다 줄일 수 있다. 특히, 영구 자석 (72) 은 강하게 자화되어 있고 내부는 자기적으로 거의 완전히 포화되어 있기 때문에, 히스테리시스 손실도 낮고, 또 와전류도 자기 포화에 의해 투자율이 거의 공기와 동등하여 낮기 때문에, 영구 자석 (72) 에서 발생하는 열을 억제할 수 있게 된다.

이어서, 상기한 구성의 노광 장치 (EX) 에 있어서의 노광 동작에 대하여 설명한다.

도시 생략의 레티클 현미경 및 도시 생략의 오프 액시스?얼라인먼트 센서 등을 사용한 레티클 얼라인먼트, 베이스 라인 계측 등의 준비 작업이 실시되고, 그 후 얼라인먼트 센서를 사용한 감광 기판 (P) 의 파인 얼라인먼트 (EGA ; 인핸스드?글로벌?얼라인먼트 등) 가 종료되고, 감광 기판 (P) 상의 복수의 쇼트 영역의 배열 좌표가 구해진다. 그리고, 얼라인먼트 결과에 기초하여 레이저 간섭계 (50) 의 계측치를 모니터하면서, 리니어 모터 (30, 40) 를 제어하여 감광 기판 (P) 의 제 1 쇼트의 노광을 위한 주사 개시 위치로 기판 스테이지 (PST) 를 이동한다. 그리고, 리니어 모터 (20, 30) 를 통해 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 의 Y 방향의 주사를 개시하고, 양 스테이지 (MST, PST) 가 각각의 목표 주사 속도에 이르면, 블라인드 기구의 구동에 의해 설정된 노광용 조명광에 의해 마스크 (M) 의 패턴 영역이 조명되고 주사 노광이 개시된다.

이 주사 노광시에는, 마스크 스테이지 (MST) 의 Y 방향의 이동 속도와, 기판 스테이지 (PST) 의 Y 방향의 이동 속도가 투영 광학계 (PL) 의 투영 배율 (1/5 배 혹은 1/4 배) 에 따른 속도비로 유지되도록, 리니어 모터 (20, 30) 를 개재하여 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지 (PST) 를 동기 제어한다. 기판 스테이지 (PST) 의 이동에 수반하여 기판 정반 (4) 에 변형이 발생하는 경우에는, 방진 유닛 (13) 을 제어하여 정반 (4) 의 변형을 보정함으로써 감광 기판 (P) 의 표면 위치를 투영 광학계 (PL) 의 초점 위치에 위치 결정할 수 있다.

또, 방진 유닛 (11) 은 경통 정반 (12) 의 잔류 진동을 억제한다. 예를 들어, 방진 유닛 (11) 은 에어 마운트 및 보이스 코일 모터를 갖는다. 에어 마운트 및 보이스 코일 모터의 구동에 의해, 상기의 스테이지 이동에 수반하는 무게중심 변화시와 동일하게 경통 정반 (12) 이 액티브하게 제진된다. 또, 메인 프레임 (5) 의 단부 (5b) 를 개재하여 경통 정반 (12) (투영 광학계 (PL)) 에 전해질 미세 진동이 차단되고, 경통 정반 (12) 은 마이크로 G (G 는 중력 가속도) 레벨로 절연된다. 그리고, 마스크 (M) 의 패턴 영역의 상이한 영역이 조명광으로 축차 조명되고 패턴 영역 전체 면에 대한 조명이 완료됨으로써, 감광 기판 (P) 상의 제 1 쇼트의 주사 노광이 완료된다. 이로써, 마스크 (M) 의 패턴이 투영 광학계 (PL) 를 개재하여 감광 기판 (P) 상의 제 1 쇼트 영역에 축소 전사된다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서의 스테이지 장치 및 노광 장치에서는, 주사 노광시에 Y 리니어 모터 (30) 를 구동할 때에도 요크 (71) 및 영구 자석 (72) 으로부터의 발열을 억제할 수 있기 때문에, 발열에 기인하는 주위의 부재?장치의 열변형이나, 공기 요동 등의 스테이지 위치 검출 정밀도의 저하 요인을 배제할 수 있게 되고, 패턴의 전사 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명에 관련되는 리니어 모터의 제 2 실시형태에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.

상기 제 1 실시형태에서는 요크 (71) 의 일부를 결락시킴으로써, 공기로 이루어지는 비자성부 (74a, 74b, 74c) 를 형성하는 구성으로 하였는데, 제 2 실시형태에서는 비자성의 수지재로 비자성부를 형성한다. 또한, 이 도면에 있어서, 도 1 내지 도 6 에 나타내는 제 1 실시형태의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 요크 (71) 는 외주부의 비자성부 (74a), 포화 영역 (H) 에 둘러싸인 위치에 형성된 비자성부 (74b), 및 이웃하는 포화 영역 (H) 사이의 영역에 형성된 비자성부 (74c) 가 비자성으로 절연체의 수지재에 의해 형성된 구성으로 되어 있다. 비자성의 수지재로는 에폭시 수지나 강도가 높은 엔지니어링 플라스틱 수지를 사용할 수 있다.

본 실시형태에서는, 상기 제 1 실시형태와 동일한 작용?효과가 얻어지는 것에 덧붙여, 제 1 실시형태에서는 요크 (71) 의 일부가 결락된 부분이 수지재로 몰드되어 있기 때문에 기계적 강도를 높일 수 있게 된다. 통상, 리니어 모터에는 강한 추력이 발생하고 영구 자석 (72) 에는 큰 힘이 작용하기 때문에, 요크 (71) 에는 높은 기계 강도가 요구되는데, 제 1 실시형태와 같이 요크 (71) 의 일부를 결락시키면 강도가 저하되게 되지만, 본 실시형태에서는 수지재에 의해 강도가 향상되고, 강한 힘이 작용하는 영구 자석 (72) 에 대해서도 지장없이 지지할 수 있다.

또한, 비자성부 (74a, 74b) 뿐만 아니라 도 8 에 나타내는 바와 같이, 영구 자석 (72) 도 비자성의 수지재에 의해 요크 (71) 에 일체적으로 몰드하는 구성으로 해도 된다.

(제 3 실시형태)

이어서, 리니어 모터의 제 3 실시형태에 대하여 도 9a 및 9b 를 참조하여 설명한다. 또한, 이 도면에 있어서, 도 1 내지 도 6 에 나타내는 제 1 실시형태의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는, 요크 (71) 에 있어서 최저한의 필요한 지점에 자성재를 배치하고, 다른 지점에는 전기 전도율이 낮은 수지재 (에폭시 수지 등) 를 배치하고 있다. 수지재를 대신하여 복합 재료 (CFRP ; 탄소 섬유 강화 열경화성 플라스틱) 나 세라믹 등으로 형성하는 구성으로 해도 된다.

구체적으로는, 도 9a 의 조립도 및 도 9b 의 분해도에 나타내는 바와 같이, 포화 영역 (H) 에 대응한 고리 형상 (타원의 링 형상) 의 자성재 (제 1 부분) (73) (연철이나 펄멘듀어 등) 를 CFRP 로 형성된 프레임 형상 부재 (제 2 부분) (74) 에 끼워 넣어 요크 (71) 를 구성한다. 또, 프레임 형상 부재 (74) 의 주변에는 요크 (71) 를 지지 부재 (60) 에 체결 고정시키기 위한 구멍부 (75) 가 형성된 블록 (76) 이 형성되어 있다.

이 구성에서는, 비중이 큰 자성재 부분의 비율을 저감시키고 비중이 작고 또한 강성이 높은 부분의 비율을 크게 할 수 있기 때문에, 가동자 (32) 의 경량화를 도모할 수 있게 된다. 그 때문에, 본 실시형태에서는, 모터 구동시의 추력을 줄일 수 있게 되고, 모터 구동에 의한 발열량을 억제할 수 있다. 또한, 프레임 형상 부재 (74) 의 재질은 CFRP 이외에 스테인레스나 티탄 합금, 알루미늄 등의 비자성 금속을 사용할 수도 있다.

(제 4 실시형태)

다음으로, 리니어 모터의 제 4 실시형태에 대하여 도 10 을 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서는, 요크 (71) 가 연철 등의 자성재로 이루어지는 복수의 분할체 (71a) 가 상기 서술한 전기 절연성의 수지 접착제로 격자 형상으로 고정된 구성으로 되어 있다.

이 구성에서는 각 분할체 (71a) 가 전기적으로 분할되어 있기 때문에, 요크 (71) 에 와전류가 흐를 때에, 도 10 에 화살표로 나타내는 바와 같이 각 분할체 (71a) 마다 와전류가 발생한다. 그 때문에, 본 실시형태에서는 와전류가 흐르는 시간이 짧고 정정 시간이 감소되기 때문에, 와전류 발열을 억제할 수 있게 된 다.

또한, 이는 포화 영역 (H) 에 대응하여 자성재를 분리하여 배치하는 제 3 실시형태에 있어서도 동일한 효과를 발현하게 된다.

(제 5 실시형태)

다음으로, 리니어 모터의 제 5 실시형태에 대하여 도 11 을 참조하여 설명한다.

도 11 에 나타내는 요크 (71) 는 구멍부 (75) 를 포함하는 폭 방향 양측이 비자성 금속 (예를 들어, 비자성 스테인레스) 으로 형성된 비자성부 (제 2 부분) (74c) 가 되어 있고, 연철 등의 자성재로 형성된 자성부 (73) 에 대하여 용접 등에 의해 일체적으로 고정되어 있다.

본 실시형태에서는, 비자성부 (74c) 의 투자율을 낮출 수 있고 와전류 및 그 발열을 저감시킬 수 있게 된다. 또, 비자성부 (74c) 가 비자성이기 때문에, 히스테리시스 발열도 발생하지 않고 발열량의 억제에 기여할 수 있다.

또한, 비자성 금속으로는 비자성 스테인레스 이외에 티탄이나 구리, 알루미늄 등을 선택할 수 있다.

(제 6 실시형태)

이어서, 리니어 모터의 제 6 실시형태에 대하여 도 12 및 도 13 을 참조하여 설명한다.

상기의 형태에서는, 요크 (71) 의 자기 포화 상태에 기초하여 자성부와 비자성부를 배치함으로써, 와전류에 의한 발열 및 히스테리시스 발열을 억제하는 구성 으로 하였는데, 본 실시형태에서는 요크 (71) 의 자기 포화 특성에 기초하여 요크 (71) 의 재료를 선택함으로써 발열을 억제하는 구성에 대하여 설명한다.

즉, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 요크 (71) 는 자성부 및 비자성부가 구획되어 형성되는 것이 아니라, 스타인메츠 상수에 기초하여 선택된 재료로 동일하게 형성되어 있다.

보다 상세하게는, 자성체의 자기 특성은 도 13 에 나타내는 히스테리시스 커브 (BH 커브) (C) 에 의해 나타내어지는데, 외부 자기장의 변동에 의해 히스테리시스 커브 (C) 가 1 회 루프하면, 히스테리시스 커브 (C) 로 둘러싸인 면적에 비례한 발열이 발생한다.

여기서, 변동하는 자속 밀도를 B, 변동 주파수를 f, 자성체의 체적을 V 라고 하면, 발열량 P 는 스타인메츠 상수 η 에 비례하고 하기의 식으로 표시된다.

P ＝ η × B^1.6 × f × V … (1)

연철의 스타인메츠 상수 η 는 3000 정도인 것이 알려져 있는데, 본 실시형태에서는 스타인메츠 상수 η 가 1000 이하인 재료를 선택함으로써, 발열량을 대폭 억제할 수 있다.

스타인메츠 상수 η 가 1000 이하인 재료로는, 예를 들어 페라이트 (산화물 연질 자성 재료 ; η ＝ 12) 나 펄멘듀어 (연질 자성 재료 ; η ＝ 44) 를 들 수 있다.

페라이트는 전기 절연성을 갖기 때문에 (실제는 유한한 전기 저항을 갖기 때 문에 와전류가 흐르는데, 흐르는 양이 극미소하다) 거의 발열이 발생하지 않는다. 또, 페라이트는 비선형성이 적고 히스테리시스 커브의 내부 면적도 작기 때문에, 히스테리시스 손실에 수반하는 발열량의 저감에도 기여할 수 있다.

또, 펄멘듀어는 연철을 상회하는 포화 자속 밀도를 갖고, 비선형성 (즉 히스테리시스 커브의 내부 면적) 도 작은 재료이다. 그 때문에, 펄멘듀어에 의해 요크 (71) 를 형성했을 때에는, 특히 히스테리시스 발열을 줄인다는 점에서 유효하다.

(제 7 실시형태)

이어서, 리니어 모터의 제 7 실시형태에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 있어서의 요크 (71) 는 자성 소둔 (燒鈍) 한 연철로 형성된다.

자성 소둔은 요크 재료 (연철) 를 그 퀴리점 부근 (약 600 ～ 800℃) 까지 가열한 후에 서랭하는 소둔이다. 이 처리에 의해 철 재료의 내부의 변형이 해소되고 또 자구 구조도 크게 성장하기 때문에, 도 13 에 점선으로 나타내는 바와 같이, 히스테리시스 커브 (C′) 도 내부 면적이 작아진다. 예를 들어, 스타인메츠 상수가 3000 정도이었던 연철은 자성 소둔 처리를 실시함으로써 500 정도로 감소되는 것이 알려져 있다. 따라서, 본 실시형태에서는 히스테리시스 발열을 1/6 정도로 저감시킬 수 있다.

또한, 이 자성 소둔 처리는 철 (연철) 이외에도 상기 서술한 펄멘듀어를 포함하는 모든 금속 자성체에 적용할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관련되는 바람직한 실시형태에 대하여 설명하였는데, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않음은 물론이다. 상기 서술한 예에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 제 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 여러 가지 변경할 수 있다.

예를 들어, 상기 실시형태에서는 영구 자석 (72) 끼리 및 영구 자석 (72) 과 요크 (71) 를 절연성을 갖는 접착제로 고정시키는 구성으로 하였는데, 여기에 한정되지 않고, 예를 들어 전기 절연성을 갖는 수지 필름을 사용하여 고정시키는 구성으로 해도 된다. 이 수지 필름으로는 폴리이미드나, 유리 에폭시, 유리 크로스 시트 등을 사용할 수 있다.

또, 상기의 실시형태에서는 본 발명을 Y 리니어 모터 (30) 에 적용하는 구성으로 하였는데, 여기에 한정되지 않고 X 리니어 모터 (40) 에 적용하는 구성으로 해도 된다. 또한, 상기 실시형태에서는 본 발명을 기판 (P) 측의 스테이지 장치 (2) 에 적용하는 구성으로 하였는데, 그 외에도 마스크 (M) 측의 스테이지 장치 (1) 에 적용해도 된다. 이 경우, Y 리니어 모터 (20) 에 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 상기 각 실시형태에 있어서의 리니어 모터는 고정자가 코일체를 갖고, 가동자가 영구 자석을 갖는 소위 무빙 마그넷형 리니어 모터로서 설명하였는데, 가동자가 코일체를 갖고, 고정자가 영구 자석을 갖는 무빙 코일형의 리니어 모터에도 적용할 수 있다.

또, 상기 실시형태의 감광 기판 (P) 으로는 반도체 디바이스용의 반도체 웨이퍼뿐만 아니라, 액정 디스플레이 디바이스용의 유리 기판이나, 박막 자기 헤드용의 세라믹 웨이퍼, 혹은 노광 장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성 석영, 실리콘 웨이퍼) 등이 적용된다.

노광 장치 (EX) 로는 마스크 (M) 와 감광 기판 (P) 을 동기 이동하여 마스크 (M) 의 패턴을 주사 노광하는 스텝 앤드 스캔 방식의 주사형 노광 장치 이외에, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 정지시킨 상태에서 마스크 (M) 의 패턴을 노광하고, 감광 기판 (P) 을 순차 단계 이동시키는 스텝 앤드 리피트 방식의 투영 노광 장치에도 적용할 수 있다.

노광 장치 (EX) 의 종류로는, 웨이퍼에 반도체 디바이스 패턴을 노광하는 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치로 한정되지 않고, 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 노광하는 액정 표시 소자 제조용의 노광 장치나, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD) 혹은 마스크 등을 제조하기 위한 노광 장치 등에도 널리 적용할 수 있다.

또, 노광용 조명광의 광원으로서, 초고압 수은 램프로부터 발생하는 휘선 (g 선 (436㎚), h 선 (404.7㎚), i 선 (365㎚)), KrF 엑시머 레이저 (248㎚), ArF 엑시머 레이저 (193㎚), F₂ 레이저 (157㎚) 뿐만 아니라, X 선이나 전자선 등의 하전 입자선을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전자선을 사용하는 경우에는 전자총으로서 열전자 방사형의 란탄헥사보라이드 (LaB₆), 탄탈 (Ta) 을 사용할 수 있다. 또한, 전자선을 사용하는 경우에는 마스크 (M) 를 사용하는 구성으로 해도 되고, 마스크 (M) 를 사용하지 않고 직접 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 구성으로 해도 된다. 또, YAG 레이저나 반도체 레이저 등의 고주파 등을 사용해도 된다.

투영 광학계 (PL) 로는, 엑시머 레이저 등의 원자외선을 사용하는 경우에는 초재 (硝材) 로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과시키는 재료를 사용하고, F₂ 레이저나 X 선을 사용하는 경우에는 반사 굴절계 또는 굴절계의 광학계로 하고 (마스크 (M) 도 반사형 타입의 것을 사용한다), 또 전자선을 사용하는 경우에는 광학계로서 전자 렌즈 및 편향기로 이루어지는 전자 광학계를 사용하면 된다. 또한, 전자선이 통과하는 광로는 진공 상태로 하는 것은 말할 것도 없다. 또, 투영 광학계 (PL) 를 사용하지 않고 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 밀접시켜서 마스크 (M) 의 패턴을 노광하는 프록시미티 노광 장치에도 적용할 수 있다.

상기 실시형태와 같이 기판 스테이지 (PST) 나 마스크 스테이지 (MST) 에 리니어 모터를 사용하는 경우에 있어서 에어 베어링을 사용한 에어 부상형에 한정되지 않고, 로렌츠 힘을 사용한 자기 부상형을 사용해도 된다. 또, 각 스테이지 (PST, MST) 는 가이드를 따라 이동하는 타입이어도 되고, 가이드를 형성하지 않은가이드리스 타입이어도 된다.

기판 스테이지 (PST) 의 이동에 의해 발생하는 반력은 투영 광학계 (PL) 에 전해지지 않도록 일본 공개특허공보 평8-166475호 (USP 5,528,118) 에 기재되는 바와 같이, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 빠져나가게 할 수 도 있다. 마스크 스테이지 (MST) 의 이동에 의해 발생하는 반력은 투영 광학계 (PL) 에 전해지지 않도록 일본 공개특허공보 평8-330224호 (USP 5,874,820) 에 기재되는 바와 같이, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 빠져나가게 할 수도 있다.

이상과 같이, 본원 실시형태의 노광 장치 (EX) 는 본원 특허 청구의 범위에 서술된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브 시스템을 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위하여, 이 조립 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 실시된다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정 전에, 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있음은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면 종합 조정이 실시되어, 노광 장치 전체에 대한 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린 룸에서 실시하는 것이 바람직하다.

반도체 디바이스는 도 14 에 나타내는 바와 같이, 디바이스의 기능?성능 설계를 실시하는 단계 (201), 이 설계 단계에 근거한 마스크 (레티클) 를 제작하는 단계 (202), 디바이스의 기재인 기판을 제조하는 단계 (203), 전술한 실시형태의 노광 장치 (EX) 에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 처리를 포함하는 단계 (204), 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다) (205), 검사 단계 (206) 등을 거쳐 제조된다.

Claims (13)

1. 코일체와,

   발자체를 지지하고 상기 코일체에 대하여 상대 이동하는 요크를 구비하고,

   상기 요크는, 상기 발자체에 의해 발생하는 상기 요크 내의 자기가 포화되는 부분에 배치되고 자성재로 이루어지는 자성부를 갖는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 요크는, 비자성재로 이루어지는 비자성부를 갖는, 리니어 모터.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 비자성부는 절연체로 이루어지고, 상기 코일체와 상기 발자체의 상대 이동에 의해 상기 요크 내에 와전류가 흐르는 경로에 따른 위치에 있는, 리니어 모터.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 비자성부는, 비자성의 수지재로 이루어지는, 리니어 모터.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 비자성부는, 비자성 금속으로 이루어지는, 리니어 모터.
7. 코일체와,

   발자체를 지지하고 상기 코일체에 대하여 상대 이동하는 요크를 구비하고,

   상기 요크는, 철과 비교하여 포화 자속 밀도가 큰 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 요크는, 스타인메츠 상수가 1000 이하인 재료로 형성되는, 리니어 모터.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 요크는, 페라이트 또는 펄멘듀어로 형성되는, 리니어 모터.
10. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 요크와 상기 발자체는, 수지재에 의해 일체적으로 성형되는, 리니어 모터.
11. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 요크와 상기 발자체가 전기 절연되는, 리니어 모터.
12. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 리니어 모터가 구동 장치로서 사용되는, 스테이지 장치.
13. 스테이지 장치를 사용하고 기판에 패턴을 노광하는 노광 장치로서,

    상기 스테이지 장치로서, 제 12 항에 기재된 스테이지 장치를 사용한 것을 특징으로 하는 노광 장치.

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