(57)【要約】【課題】漏れ磁場変動を低減する機構を有する位置決め装置を提供する。【解決手段】位置決め装置は、駆動軸方向の駆動をステージに伝達するに可動子と、可動子と磁路を形成し、第１の磁束を発生させて、該可動子を駆動軸方向に駆動させる第１電磁石と、その第１電磁石と離間して、重ね合わせ方向に配置され、可動子と磁路を形成し、第１の磁束と極性を反転させた第２の磁束を発生させて、可動子を前記駆動軸方向に駆動させる第２電磁石と、を備える。【選択図】  図２Ａ
2004153151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸方向の駆動をステージに伝達するに可動子と、
前記可動子と磁路を形成し、第１の磁束を発生させて、該可動子を駆動軸方向に駆動させる第１電磁石と、
前記第１電磁石と離間して、重ね合わせ方向に配置され、前記可動子と磁路を形成し、前記第１の磁束と極性を反転させた第２の磁束を発生させて、該可動子を前記駆動軸方向に駆動させる第２電磁石と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置決め技術に関するもので、特に荷電粒子線を用いてパターン描画を行なう荷電粒子線露光装置等の半導体製造装置に適用が可能な位置決め技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいて、ウエハ上にパターンの描画を行なう技術として、マスク上に形成された各種パターンを光でウェハ上に縮小転写するリソグラフィ技術が利用されている。このリソグラフィ技術で用いるマスクのパターンには極めて高い精度が要求され、これを作成するのに荷電粒子線露光装置が使用されている。また、マスクを用いることなしにウェハ上に直接パターンを描画する場合も荷電粒子線露光装置が使用されている。
【０００３】
荷電粒子線露光装置には、照射するビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、または照射するビームをサイズ可変の矩形断面にして使用する可変矩形ビーム型等の装置があるが、どの構成も一般的には荷電粒子線を発生させる電子銃部と、そこより発せられたビームを試料上に導くための電子光学系と、電子ビームに対して全面にわたって試料を走査するためのステージ系、および電子ビームを試料面上に高精度に位置決めしていくための対物偏向器を有している。
【０００４】
荷電粒子線の位置決め応答性は極めて高いため、ステージの機械的、制御的特性を高めるより、ステージの姿勢や位置ずれ量を計測し、荷電粒子線を走査させる偏向器によりビームの位置決めにフィードバックしたシステム構成をとることが一般的であった。
【０００５】
さらに、ステージは、真空チャンバ内に設置され、かつ荷電粒子線の位置決めに影響を与える磁場変動を引き起こしてはいけないという拘束があったため、従来、ステージは平面方向に動きさえすればよく、例えば、転がりガイドやボールネジアクチュエータといった接触型の限られた機構要素で構成されていた。このため、従来における接触型の機構要素では潤滑の問題や、発塵などの問題も生じる。その対応技術として、従来技術では、図１のようにＸＹステージの駆動要素に電磁石（１、２）を採用した構成のものもある。また、特許文献１では、電磁石アクチュエータ、磁気シールドを用いた非接触型６自由度ステージ機構が開示されている。特許文献１の方式によれば、漏れ磁場変動が少なく、高い清浄度環境を確保することができ、真空環境にも対応することが可能であり、かつ、高い精度の位置決め動作が可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１９４８２４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今後のさらなる露光精度の高精度化および装置のスループットの向上という観点から、ステージの駆動の高速化が求められるが、上記の特許文献１で示されている電磁石アクチュエータ、磁気シールドを用いた非接触型６自由度ステージでは、磁気シールド部分の構造が複雑になってしまうという問題点があった。すなわち、磁気シールド部分の構造が重厚になるために、ステージの可動部分の重量が重くなり、更なる高加減速、高速位置決めを達成することは、上述の機構要素を含む駆動系サーボ剛性とのトレードオフの問題により困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題に鑑み、漏れ磁場変動を低減する機構を有する位置決め装置を提供することを目的とする。または、位置決め装置は磁気シールド機構の簡素化を図ることにより微動基板ステージの軽量化を図り、かかる微動基板ステージを搭載したステージ装置の高加減速、高速位置決め制御の実現を可能にする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明にかかる位置決め装置は、
駆動軸方向の駆動をステージに伝達するに可動子と、
前記可動子と磁路を形成し、第１の磁束を発生させて、該可動子を駆動軸方向に駆動させる第１電磁石と、
前記第１電磁石と離間して、重ね合わせ方向に配置され、前記可動子と磁路を形成し、前記第１の磁束と極性を反転させた第２の磁束を発生させて、該可動子を前記駆動軸方向に駆動させる第２電磁石と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
第１実施形態にかかる１軸電磁石型ステージを図２Ａ〜４により説明する。
【００１１】
図２Ａは、電磁石を駆動源とする１軸駆動機構の構成を示す図である。同図に示すように１軸駆動機構は、可動子である鉄心Ｉコア２００と、その鉄心Ｉコア２００と一定の空隙を保って、鉄心Ｉコアを挟み込むように片側２個ずつ配置された電磁石２１０から構成される。鉄心Ｉコア２００を挟むように配置された電磁石２１０は、鉄心Ｅコア２２０と、その鉄心Ｅコアに巻回される励磁コイル２３０から構成される。４個の電磁石２１０は、鉄心Ｉコア２００に対する固定子２４０として配置され、それぞれが相対運動しないように一体に連結されている。
【００１２】
鉄心Ｉコア２００をＸ方向に駆動する場合、電磁石２１０の鉄心Ｅコア２２０ａに巻回されている励磁コイル２３０ａと鉄心Ｅコア２２０ｂに巻回されている励磁コイル２３０ｂには、鉄心Ｉコア２００を同一方向に吸引するために、逆方向の電流が各励磁コイル２３０ａ，２３０ｂに与えられ、励磁される（図３Ａ，図３Ｂを参照）。
【００１３】
ここで、励磁コイル２３０ａ，２３０ｂに対して、同じ量の電流を互いに逆方向に同時に流すために、それぞれに巻回される励磁コイル２３０ａ，２３０ｂは鉄心Ｅコアに対する巻き方向を互いに逆巻きにしてもよく、または、鉄心Ｅコアに対する巻き方向は同じでも、電流制御回路の制御により、励磁コイルへ印加する電流の極性を逆にしてもよい。
【００１４】
図２Ｂは、電流の極性を切替える電流制御回路７００と、この回路に接続する複数の電磁石２１０の組み合せを示す図である。電流制御回路７００は、所定の駆動軸方向に鉄心Ｉコア２００を駆動させるために、電流の極性と、電流量とを制御して、各電磁石に吸引力を発生させる。電磁石が生成する磁束は、励磁コイルの巻き方向、電流制御回路の制御（極性と、電流量）に依存して制御される。
【００１５】
このとき、鉄心Ｅコア２２０から鉄心Ｉコア２００におよぶ磁路に磁場が形成され、磁気的作用によって鉄心Ｅコア２２０と鉄心Ｉコア２００の間に吸引力が発生する。図２Ａは、電磁石２１０の磁気的作用により吸引力が鉄心Ｉコア２００に作用して、空隙内に鉄心Ｉコアが平衡した状態を示しているが、吸引力の大小関係に応じて鉄心Ｉコア２００はＸ（＋）方向、若しくはＸ（−）方向に並進駆動することが可能である。
【００１６】
次に、電磁石２１０の周りに形成される磁束、磁場の分布を図３Ａ〜Ｃにより説明する。図３Ａ、Ｂは、鉄心Ｉコア２００をＸ軸正方向（「Ｘ（＋）方向」と示す。）に吸引する場合の磁場の状態を模式的に示す図である。鉄心Ｉコア２００のＸ（＋）側に配置する電磁石２１０は、鉄心Ｅコア２２０と鉄心Ｉコア２００中に実線の矢印で示すような磁路を構成し、磁束を発生させる。この際、電磁石２１０における各励磁コイル２３０ａ，２３０ｂには同じ大きさで逆方向の電流が通電される。
【００１７】
Ｘ（＋）方向の２個の電磁石２１０のうち、Ｚ軸正方向側（Ｚ（＋）方向）に配置する電磁石が生成する磁束を図３Ａに示し、Ｚ軸負方向側（Ｚ（−）方向）に配置される電磁石が生成する磁束の様子を図３Ｂに示す。それぞれの電磁石には、鉄心Ｅコア２２０から空隙を介して鉄心Ｉコア２００におよぶ実線の矢印で示される磁路が形成される。各電磁石における２個の励磁コイル（２３０ａ，２３０ｂ）に流れる電流の向きは互いに逆方向なので、磁路を流れる磁束の向きも逆方向になる。各磁路において生成される磁束に応じた吸引力が鉄心Ｉコア２００と電磁石２１０との間で発生する。
【００１８】
また、鉄心Ｅコア２１０と鉄心Ｉコア２００の外部空間には、破線の矢印により示される方向に漏れ磁場が形成され、磁場の向きは図３Ａと図３Ｂとでは、それぞれ逆向きの分布となる。それぞれの電磁石から外部の空間に生成される漏れ磁場は極性が逆で、ほぼ等しい強さの磁場が形成されることになる。２個の電磁石２１０は同じ向きに、並列に（Ｚ方向に重ね合わせるように）配置されているので、生成された極性の逆の磁場は互いに相殺し合い、２個の電磁石周囲における漏れ磁場の発生は抑制される。
【００１９】
従って、磁場相殺効果を利用した電磁石を１軸方向の駆動推進源として利用することにより、周囲の漏れ磁場を小さくすることが可能な１軸電磁石型ステージを構成することができる。尚、磁場相殺効果の具体例は、後の第４実施形態の説明のおいて説明をするので、ここでは説明を省略する。
【００２０】
電磁石２１０と鉄心Ｉコア２００との位置関係を図３Ｃを用いて説明する。鉄心Ｅコア２２０の端面と鉄心Ｉコア２００の端面との空隙（図中の「ａ」）は、２，３［ｍｍ］以下に設定することが好ましいが、本発明の趣旨はこの値に限定されるものではない。この値は、並列に（Ｚ方向に重ね合わせるよう配置）する２個の電磁石（図３Ｃでは２１０ａと２１０ｂ）の間の距離（図中の「ｂ」）と比較して十分小さく設定されるものであればよい。
【００２１】
これは、電磁石（２１０ａ，２１０ｂ）を構成する鉄心Ｅコア相互間の磁束と、電磁石と鉄心Ｉコア２００との間で形成される磁束の強さのバランスを考慮したものであり、充分な吸引力を発生させるためには、間隙ａは電磁石間距離ｂに比べて十分小さいことが、必要とされる。
【００２２】
この条件を満たすＺ方向に配置する２個の電磁石２１０ａ，２１０ｂの鉄心Ｅコア相互間の磁路と、鉄心Ｅコアと鉄心Ｉコア２００よりなる磁路と、を想定した場合、鉄心Ｅコアと鉄心Ｉコア２００よりなる磁路に発生する磁束が支配的となり、電磁石２１０ａと２１０ｂの鉄心Ｅコア間の磁路の影響は非常に小さいものとなる。
【００２３】
（可動子の構成例）
上述の図２Ａに示す構成では、Ｘ軸負方向側（Ｘ（−）方向）にある２個の電磁石と、Ｘ軸正方向側（Ｘ（＋）方向）にある２個の電磁石が吸引する鉄心Ｉコア２００は単一の共通部材により構成されるものであった。しかし、可動子として機能する鉄心Ｉコア２００は必ずしも共通部材である必要はなく、例えば、図４に示すようにＸ（−）方向に吸引される鉄心Ｉコア４０１とＸ（＋）方向に吸引される鉄心Ｉコア４０２と、を設け、２つの鉄心Ｉコアが相対運動しないように、鉄心Ｉコア支持部材４０３を設けて一体に連結することもできる。また、鉄心Ｉコア支持部材４０３は磁性材料（例えば、磁性材料として、積層鋼板を使用することも可能である。）でもよく、非磁性材料でも良い。軽量な材料を支持部材４０３として採用することにより、可動子全体（４０１、４０２、４０３）の重量を軽減することが可能になり、高加減速、高速位置決め制御を実行する上で有利な構造となる。
【００２４】
＜第２実施形態＞
第２実施形態にかかる２軸電磁石型ステージの構成を図５を用いて説明する。
【００２５】
第１実施形態で説明した鉄心Ｉコアとそれを挟み込むように片側２個ずつ（左右合計４個）配置した電磁石を１組の電磁石ユニットとすると、電磁石ユニットを複数組み合せることで、多自由度方向の駆動源として、周囲の漏れ磁場を小さくすることが可能な多軸電磁石型ステージを構成することができる。
【００２６】
図５は、Ｘ軸方向の並進駆動と、Ｚ軸回りの回転駆動をするための２軸の駆動源として機能する、２組の電磁石ユニット５７０、５８０を使用した構成例を示す図である。電磁石５１０ａ〜ｈは、所定の吸引力を発生させて、鉄心Ｉコア５００を並進方向（例えば、Ｘ軸（＋／−）方向）に駆動させることが可能である。２組の電磁石ユニット５７０、５８０は、Ｙ軸方向に離間して配置され、例えば、電磁石ユニット５７０が、鉄心Ｉコア５００のＡ端をＸ（＋）方向に吸引し、電磁石ユニット５８０が、他端ＢをＸ（−）方向に吸引することにより、鉄心Ｉコア５００を、Ｚ軸回りに回転駆動させることができる。
【００２７】
鉄心Ｉコア５００全体をＸ（＋）方向に並進駆動する場合、励磁コイル５３０ａ，ｃ及び電磁石５１０ｂ，ｄの励磁コイルに所定の電流を通電し、Ｘ（＋）側に配置する電磁石５１０ａ〜ｄに吸引力を発生させればよい。同様にＸ（−）方向に並進駆動する場合は、電磁石５１０ｅ〜ｈに吸引力を発生させればよい。回転駆動は、一端をＸ（＋）方向に吸引し、他端をＸ（−）方向に吸引する駆動により実現される。
【００２８】
電磁石５１０ａ〜ｈが発生する吸引力は、第１実施形態で説明した図３Ａ〜Ｃと同様のメカニズムによるもので、詳細な説明は省略するが、例えば、電磁石５１０ａに示したように、鉄心Ｅコア５２０と鉄心Ｉコア５００中に実線の矢印で示すような磁路を構成し、各磁路において生成される磁束に応じた吸引力が鉄心Ｉコア５００と電磁石５１０ａとの間で発生する。
【００２９】
尚、この際、電磁石５１０ａに巻回される励磁コイル５３０ａと電磁石５１０ｂに巻回される励磁コイル５３０ｂには、同じ大きさで逆方向の電流が通電される。逆方向の電流の通電は、第１実施形態で説明したとおり、コイルの巻方向を逆にしてもよく、電流制御回路の制御により印加する電流の極性を逆にしてもよい。
【００３０】
また、吸引力を発生させている電磁石５１０ａに着目すると、鉄心Ｅコア５２０と鉄心Ｉコア５００の外部空間には、図３Ａに示されるような漏れ磁場が形成されるが、この漏れ磁場は、極性が逆で、ほぼ等しい強さの漏れ磁場（図３Ｂを参照）を形成する電磁石５１０ｂと、重ね合わせ方向に配置する組み合せにより相殺することができる。磁場相殺効果を利用した電磁石ユニットを２軸方向の駆動推進源として利用することにより、周囲の漏れ磁場を小さくすることが可能な２軸電磁石型ステージを構成することができる。
【００３１】
＜第３実施形態＞
第３実施形態にかかる２軸電磁石型ステージの構成を図６を用いて説明する。鉄心Ｉコア支持部材６５０には鉄心Ｉコア６６０、６７０が一体として設けられており、鉄心Ｉコア６７０を挟み込むように、電磁石６１０ａ〜ｄが構成されている。この電磁石６１０ａ〜ｄは、所定の吸引力を発生させて、鉄心Ｉコア６７０をＸ（＋／−）方向に並進駆動させる。
【００３２】
例えば、鉄心Ｉコア６７０をＸ（＋）方向に並進駆動する場合、励磁コイル６３０ａ及び電磁石６１０ｂの励磁コイルに所定の電流を通電し、Ｘ（＋）側に配置する電磁石６１０ａ、ｂに吸引力を発生させればよい。また、Ｘ（−）方向に並進駆動する場合は、電磁石６１０ｃ，ｄに吸引力を発生させればよい。
【００３３】
一方、鉄心Ｉコア６６０を挟み込むように、電磁石６１０ｅ〜ｈが構成されており、これらは、所定の吸引力を発生させて、鉄心Ｉコア６６０をＹ（＋／−）方向に並進駆動させる。
【００３４】
例えば、鉄心Ｉコア６６０をＹ（＋）方向に並進駆動する場合、励磁コイル６３０ｅ、ｆに所定の電流を通電し、Ｙ（＋）側に配置する電磁石６１０ｅ，ｆに吸引力を発生させればよい。また、同様にＹ（−）方向に並進駆動する場合は、電磁石６１０ｇ、ｈに吸引力を発生させればよい。
【００３５】
電磁石が発生する吸引力は、第１実施形態で説明した図３Ａ〜Ｃと同様のメカニズムによるもので、詳細な説明は省略するが、各電磁石ユニットが吸引力を発生する際に生じる漏れ磁場は、Ｚ方向に、並列（重ね合わせるよう）に配置した電磁石の組み合せ、具体的には、６１０ａとｂ、６１０ｃとｄ、６１０ｅとｆ、６１０ｇとｈ、との組み合せにより相殺することが可能であり、磁場相殺効果を利用した電磁石ユニットを２軸方向の駆動推進源として利用することにより、周囲の漏れ磁場を小さくすることが可能な２軸電磁石型ステージを構成することができる。
【００３６】
＜第４実施形態＞
（６自由度ステージの構造）
第４実施形態にかかる６軸電磁石型ステージの構成を図７〜１０により説明する。本実施形態における６軸電磁石型ステージは、例えば、荷電粒子線露光装置において基板（ウエハ）を搭載して、所定の位置及び姿勢に位置合わせするために、基板ステージの位置、姿勢を制御する微動基板ステージに好適な構成を有している。本実施形態では、この微動基板ステージに、先の実施形態で説明した電磁石ユニットを６軸分配置して、位置、姿勢を精密に制御するための構成を示す。
【００３７】
図７Ａは微動基板ステージの構成を示す図である。同図に示すように微動基板ステージは、ウエハ７０１を基板ホルダ７０３上に載置し、光軸  （Ｚ軸）方向、並進（Ｘ軸、Ｙ軸）方向、Ｚ軸回りの回転（θｚ）方向およびチルト方向（Ｘ、Ｙ軸回りの回転（θｘ，θｙ））に移動可能な６自由度ステージである。各自由度方向にステージを動かす駆動源として、前述の電磁石ユニットが６自由度分設けられている。底板７１０ａ及び側板７１０ｂは、６自由度ステージ機構を載置し、光軸  （Ｚ軸）と直交するＸＹ方向に移動可能な微動ＸＹステージとして機能する。底板７１０ａ及び側板７１０ｂ両者の組み合せを、以降、「センタスライダ７１０ｃ」と呼ぶ。
【００３８】
尚、センタスライダ７１０ｃは、ＸＹ面内を高速に駆動して、位置決めすることが可能なｘｙ搬送ステージ上に構成されているものとし、ウエハの位置は、このｘｙ搬送ステージで高速に粗位置決めがされた後、本実施形態で示す微動基板ステージにより、精密に位置決めされる。図８は、上述の微動基板ステージがステージベース７３０上に設けられ、ｘｙ運搬ステージに組込まれた概略構成を示す図である。
【００３９】
図７Ｂ（ａ）は、側板７１０ｂをｙｚ平面から見た場合の概略図であり、Ｙ可動ガイド７１９は開口部７２０ａの内部に設けられた軸受け７２１ａにより摺動可能な状態で支持されている。
【００４０】
同様に、図７Ｂ（ｂ）は、側板７１０ｂをｘｚ平面から見た場合の概略図であり、Ｘ可動ガイド７０９は開口部７２０ｂの内部に設けられた軸受け７２２ａにより摺動可能な状態で支持されている。
【００４１】
センタスライダ７１０ｃをｘ方向に動かす場合は、ｘ方向の推進力をＸ可動ガイドに加えて動かすことにより、Ｙ可動ガイド７１９は開口部７２０ａ内を摺動し、センタスライダ７１０ｃのｘ方向の駆動を案内する。また、センタスライダ７１０ｃをｙ方向に動かす場合は、ｙ方向の推進力をＹ可動ガイド７１９に加えて動かすことにより、Ｘ可動ガイド７０９は開口部７２０ｂ内を摺動し、センタスライダ７１０ｃのｙ方向の駆動を案内する。底板７１０ａは、微動基板ステージ７０４機構全体を支持するステージベース７３０上面に対面する底板７１０ａの下面に軸受７３１が設けられており、ｘｙ方向にセンタスライダ７１０ｃが駆動する場合に、ステージベース７３０の上面に沿ってその動きは滑動可能に案内される。
【００４２】
微動基板ステージ７０４の上面には、ウエハ等の搬送対象を保持する基板ホルダ７０３と、ステージの位置を計測するためのＸ反射ミラー７０２、Ｙ反射ミラー７１８を搭載している。これら反射ミラーを利用することにより、例えば、図示していない試料チャンバに保持されたレーザ干渉計によりチャンバ内壁基準に基板ステージのｘｙ方向の位置を計測することが可能である。
【００４３】
また、同一反射ミラーで、Ｚ軸回りの回転（θｚ）方向およびチルト方向（Ｘ、Ｙ軸回りの回転（θｘ，θｙ））の計測も行っている。回転及びチルト方向の計測は、複数ビームの並びと直交する側から、測定することが望ましく、ｚ方向は非感光性の光を用いた光学センサにより検出している。サーボ用のセンサとして、真空対応のエンコーダを用いてもよい。
【００４４】
微動基板ステージ７０４はセンタスライダ７１０ｃを取り囲むようなカゴ型構造をしており、Ｘ可動ガイド７０９、Ｙ可動ガイド７１９が、組み合わされた状態で貫通する開口部７０５、７１７を有している。
【００４５】
微動基板ステージ７０４には６個の可動子（７０６、７１４〜７１６等）が固定されており、各可動子に対して、電磁石ユニット（図２Ａ）を有する駆動ユニット（７０７，７０８，７１１〜７１３）が底板７１０ａ側に固定されている。
【００４６】
図７Ｃは、Ｙ１駆動ユニット７１２とＹ１可動子７１５とが組み合わされた状態を例示する図である。電磁石２１０を構成する鉄心Ｅコア２２０ａには励磁コイルａが巻回されており、鉄心Ｅコア２２０ｂには励磁コイルｂが巻回されており、所定の極性を有する電流を通電することにより、所定の方向の吸引力をＹ１可動子７１５に印加することが可能である。電磁石ユニットは磁気シールド７９０ａ，ｂが多重の設けられており、これら磁気シールドには、可動子７１５等を挿入するための開口部が形成されている。また、これら磁気シールドは底板７１０ａ側に固定されている。
【００４７】
図９（ａ）は、駆動軸方向に対応する電磁石ユニット固定子の配置例を示す図であり、３組のｚ方向に駆動力を発生するＺ１電磁石ユニット固定子、Ｚ２電磁石ユニット固定子およびＺ３電磁石ユニット固定子、１組のｘ方向に駆動力を発生するＸ１電磁石ユニット固定子、２組のｙ方向に駆動力を発生するＹ１電磁石ユニット固定子およびＹ２電磁石ユニット固定子が、所定の位置に配置されている。本実施形態は複数の駆動ユニット（７０７、７０８、７１１〜７１３、７２０等）により生成される複数方向の駆動力の組み合せにより、微動基板ステージ７０４を６自由度に駆動可能な構成となっており、各駆動ユニットのレイアウトは図９（ａ）に示すものに限定されるものではなく、ＸＹＺ方向の並進、ＸＹＺ軸回りの回転駆動が、各電磁石ユニット固定子による駆動力の組み合せにより達成できるものであればよい。
【００４８】
６個の駆動ユニット（７０７、７０８、７１１〜７１３、７２０等）には、磁場変動要因にならないようパーマロイなどで多重の磁気シールド（７９０ａ，７９０ｂ）が施されており、かつ縮小電子光学系からの漏れ磁場により磁場変動をおこさぬよう、縮小電子光学系より十分離れたところに配置されていることが好ましい（図９（ｂ））。具体的には、駆動ユニット（７０７，７０８、７１１〜７１３、７２０）の位置は、ｚ方向においてセンタスライダの重心を介して、基板と反対側に配置することが望ましい。
【００４９】
（駆動ユニットの説明）
駆動ユニットの構成は、図２Ａで説明したとおり、可動子になる鉄心Ｉコア２００と、固定子になる４個の鉄心Ｅコア２２０および８個の励磁コイルを１組とした電磁石ユニットより構成される。励磁コイル２３０ａは鉄心コア２２０ａに巻回され、励磁コイル２３０ｂは鉄心コアｂに巻回され、鉄心Ｉコア２００を両側からある一定の空隙を保って挟み込むようにして鉄心Ｅコアが設置されている（図２Ａを参照）。
【００５０】
駆動ユニットの可動子になる鉄心Ｉコアは微動基板ステージ７０４側に固定されている。また、各駆動ユニットはセンタスライダ７１０ｃ上に、互いに相対移動することなく固定されている。各励磁コイルに所定の極性の電流を流すことで、並列（Ｚ方向に重ね合わせるよう配置）する２個の鉄心Ｅコア（図２Ａの場合２２０ａ，２２０ｂ）がそれぞれ励磁され、鉄心Ｅコア（２２０ａ，２２０ｂ）から空隙を介して鉄心Ｉコア２００（図７の場合では、可動子７１４〜７１６等が該当する）におよぶ磁路を形成して、鉄心Ｅコアと鉄心Ｉコアの間に磁気的吸引力を発生させることができる。これによって可動子（鉄心Ｉコア）を左右両方向（あるいは上下方向）から吸引することができ、可動子である可動子（鉄心Ｉコア）を１軸上の正方向または負方向に駆動することが可能となる。この場合、２個の励磁コイル２３０ａ，２３０ｂには、同じ量の電流を互いに逆方向に同時に流すことにより、吸引力の発生方向を、所定の方向に合わせることができる。
【００５１】
電磁石の組み合せにより、空間中の漏れ磁場を打ち消すことができるということは、先の実施形態で説明したとおりであるが、その効果を具体的に図１０を参照して説明する。
【００５２】
（漏れ磁場相殺効果）
図１０は各電磁石ユニットを励磁したときの基板近傍の磁場分布の計算結果を示す図である。図１０（ａ）は、並列（Ｚ方向に重ね合わせるよう配置）する２個の電磁石に同方向の電流を流した場合で、図１０（ｂ）は並列する２個の電磁石に逆方向の電流を流した場合の計算結果である。図より磁場相殺効果によって少なくとも基板近傍の磁場が絶対値で１／１０以下に低減できることがわかる。
【００５３】
（鉄心の位置関係）
鉄心Ｅコア端面と鉄心Ｉコア端面に保っている一定の空隙の長さは実際２、３［ｍｍ］以下であり、この空隙は並列（Ｚ方向に重ね合わせるよう配置）する２個の電磁石間の距離と比較して非常に小さく設定されることが好ましい。並列する鉄心Ｅコア間と、鉄心Ｅコア及び鉄心Ｉコアとの位置関係は、先に図３Ｃを用いて説明したとおりであり、２個の電磁石２１０ａ，２１０ｂの鉄心Ｅコア相互間の磁路と、鉄心Ｅコアと鉄心Ｉコア２００よりなる磁路と、を想定した場合、上述の位置関係によれば、鉄心Ｅコアと鉄心Ｉコア２００よりなる磁路に発生する磁束が支配的となり、電磁石２１０ａと２１０ｂの鉄心Ｅコア間の磁路の影響は非常に小さいものとなる。
【００５４】
また、本実施形態にかかる可動子の構造は、一体のものに限定されず、例えば、図４で示したように、可動子を支持するための部材に、マイナス方向側、プラス方向側に対応する可動子を複数設けてもよい。この場合、可動子を支持する支持部材は、磁性材料でも非磁性材料でも良い。
【００５５】
駆動ユニットに所定の吸引力を発生させるために、励磁コイル２３０ａ，ｂに対して、同じ量の電流を互いに逆方向に同時に流す必要がある。この場合、それぞれに巻回される励磁コイル２３０ａ，２３０ｂは鉄心Ｅコアに対する巻き方向を互いに逆巻きにしてもよく、または、鉄心Ｅコアに対する巻き方向は同じでも、電流制御回路の制御により、励磁コイルへ印加する電流の極性を逆にすることで同様の効果を得ることができる。
【００５６】
＜第５実施形態＞
第５実施形態にかかる１軸電磁石型ステージを図１１により説明する。
【００５７】
図１１に示すように、電磁石を駆動源とする１軸駆動機構の構成は可動子である鉄心Ｉコア２００と、それをある一定の空隙を保って挟み込むように片側３個ずつ配置された電磁石２１０から構成される。６個の電磁石は、６個の鉄心Ｅコア２２０とそれぞれの鉄心Ｅコアに巻回される励磁コイル２３０ａ，２３０ｂ、２３０ｃから構成され、鉄心Ｅコア２２０ａには励磁コイル２３０ａが巻回され、鉄心Ｅコア２２０ｂには励磁コイル２３０ｂが巻回され、鉄心Ｅコア２２０ｃには励磁コイル２３０ｃが巻回されている。６個の鉄心Ｅコア２２０と励磁コイル２３０ａ，ｂ、ｃは固定子であり、それぞれが相対運動しないように一体に連結されている。
【００５８】
可動子２００をＸ（＋）方向に駆動させる場合、片側３個の電磁石（Ｘ（＋）方向に配置する電磁石をそれぞれ２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃとする）の励磁コイルに同時に、所定の極性を有する電流を流して電磁石を励磁し、鉄心Ｅコア２２０から空隙を介して鉄心Ｉコアへおよぶ磁路に磁束を流して、磁気的作用によって鉄心Ｅコア２２０と鉄心Ｉコア２００の間に吸引力を発生させる。
【００５９】
この吸引力によって鉄心Ｉコア２００を所定の方向に移動させることができる。励磁コイルに電流を流すとき、それぞれの磁路に形成される磁束の向きは、上述の磁場相殺効果を考慮して、両端の２個の電磁石（図１１Ａの２１０ａ，２１０ｃ）は同方向、中央の電磁石２１０ｂは両端の２個の電磁石に対して逆方向になるようにする（図１１Ｂ（ａ）〜（ｃ）を参照）。この場合、各電磁石が生成する磁束は、励磁コイルの巻き方向、図２Ｂで示した電流制御回路の制御（極性と、電流量）に依存して制御される。
【００６０】
３個の電磁石は、それぞれ鉄心Ｅコア２２０から空隙を介して鉄心Ｉコア２００におよぶ磁路を形成する。３個の電磁石のうち、中央の電磁石２１０ｂのみ電流の向きは逆方向なので、中央の電磁石のみ磁路を流れる磁束の向きも逆方向になる（図１１Ｂ（ｂ））。また、これに伴って電磁石から周辺の空間に漏れる磁場の分布も、中央の電磁石周りのみ逆方向の磁場が分布することになる。磁界の強さは電流量に比例するので、中央の電磁石２１０ｂが周辺の空間に形成する磁場の磁界の強さは、それぞれ両端の２個の電磁石２１０ａ，ｃが周辺に形成する磁場強さの２倍になればよい。
【００６１】
すなわち、電流制御回路７００が与える電流量（アンペアターン）は、両端の２個の電磁石（２１０ａ，ｂ）に流す電流量をそれぞれ「１」とすると、中央の電磁石２１０ｂに流す電流量は「２」となる。３個の電磁石を並列（Ｚ方向に重ね合わせるよう配置）させた場合の電流量は、１：２：１の比に従い、電流量を中央の電磁石のみ逆方向に同時に通電するように制御すればよい。
【００６２】
励磁されている３個の電磁石２１０ａ，ｂ，ｃは同じ向きに設置しており並列に（離間して、重ね合わせ方向に）配置しているので、それぞれの電磁石から周辺の空間に分布する磁場は重なり合うことになる。そして両端の２個の電磁石２１０ａ，ｃからの磁場と中央の電磁石２１０ｂからの磁場が互いに相殺し合い、トータルとして３個の電磁石の周辺の漏れ磁場を小さくすることができる。この磁場相殺効果によって漏れ磁場の小さい１軸電磁石型ステージが達成できる。
【００６３】
尚、本実施形態において、それぞれの励磁コイル２３０ａ，ｂ、ｃに通電される所定の極性の電流値は、鉄心Ｅコアに巻回される励磁コイル２３０ａ，２３０ｂ、２３０ｃの巻き方向を互いに逆巻きにし、または、鉄心Ｅコアに対する巻き方向は同じでも、電流制御回路７００（図２Ａ）の制御により、励磁コイルへ印加する電流の極性を逆にすることも可能である。
【００６４】
また、本実施形態にかかる可動子の構造は、一体のものに限定されず、例えば、図４で示したように、可動子を支持するための部材に、マイナス方向側、プラス方向側に対応する可動子を複数設けてもよい。この場合、可動子を一体に支持する支持部材は、磁性材料でも非磁性材料でも良い。また、鉄心Ｅコア２２０と鉄心Ｉコア２００の材質は磁性材料で、積層鋼板を使用することも可能である。
【００６５】
可動子支持部材を非磁性材料により構成することで、可動子全体の重量を軽減することが可能になり、高加減速、高速位置決め制御を実行する上で有利な構造となる。
【００６６】
＜第６実施形態（荷電粒子線露光装置）＞
第１乃至第５実施形態において示した電磁石を駆動源とする位置決め装置を組込んだ荷電粒子線露光装置について説明する。図１２は荷電粒子線露光装置の概略的な構成を示す図であり、同図において、５０１は荷電粒子源である電子銃を示し、不図示のカソード、グリッド、アノードを有する。この電子銃から放射された電子源ＥＳは、照明電子光学系５０２を介して電子光学系５０３に照射される。電子光学系５０３は不図示のアパーチャアレイ、ブランカアレイ、要素電子光学アレイユニット等で構成されている。電子光学系５０３は電子源ＥＳの像を複数形成し、この像を投影電子光学系５０４によって縮小投影して、被露光面であるウエハ５０５上に電子源ＥＳ像を形成する。ウエハ５０５を搭載する位置決め装置５０８はＸＹ方向に移動して面内における位置決めを行なう位置決め機構５０７と、５０７の位置決め機構により位置決めされた位置に対して、更に高精度の位置決めを行ない、各軸の回転方向の調整を行なうための微動機構５０６と、から構成されている。
【００６７】
ここで、位置決め機構５０６は先の実施形態において説明した位置決め装置を適用するものとする。図１３は荷電粒子線露光装置の制御ブロック図である。
【００６８】
制御系１３０１は光学系制御回路（１３０２〜１３０４）と、ステージの位置決めを制御するステージ駆動制御回路１３０５とを制御する。露光制御データに基づいて、照明電子光学系制御回路１３０２は照明電子光学系１３０６を制御し、電子光学系制御回路１３０３は、アパーチャアレイ１３０７、ブランカアレイ１３０８、要素電子光学系１３０９を制御し、投影電子光学系制御回路１３０４は偏向器１３１０、投影電子光学系１３１１等を制御する。
【００６９】
ステージ駆動制御回路１３０５は、位置決め機構の駆動のための全体的な位置計測、駆動指令の生成を司り、電流制御回路７００を介して微動基板ステージ７０４（図７Ａ）を駆動する個々の電磁石を制御する。
【００７０】
また、ステージ駆動制御回路１３０５はリニアモータ１３１２を駆動させてステージベース７３０の面内においてＸＹ搬送ステージの位置決めを制御する。
【００７１】
ステージ駆動制御回路１３０５は、リニアモータ１３１２及び電磁石６１０の制御において、ステージの位置情報をレーザ干渉計１３１３により検出して、位置情報を制御則に帰還することにより、各アクチュエータ（６１０、１３１２）を駆動制御して、露光制御データに対応した目標露光位置にウエハ７０１を位置決めする。
【００７２】
このように上記実施形態にかかる電磁石を駆動源とする位置決め装置を組み込んだ荷電粒子線露光装置によれば、ウエハの位置決めを高精度に行なうことが可能になる。
【００７３】
＜半導体製造プロセスへの適用例＞
上記の荷電粒子線露光装置を用いた半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、ＣＣＤ、液晶パネル等）の製造プロセスを図１４を用いて説明する。
【００７４】
図１４は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。
【００７５】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００７６】
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。上述の荷電粒子線露光装置を用いることにより、露光精度の高精度化および装置のスループットの向上を図ることが可能になるので、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００７７】
＜本発明の実施態様＞
本発明の実施態様の例を以下に示す。
（実施態様１）  駆動軸方向の駆動をステージに伝達するに可動子と、
前記可動子と磁路を形成し、第１の磁束を発生させて、該可動子を駆動軸方向に駆動させる第１電磁石と、
前記第１電磁石と離間して、重ね合わせ方向に配置され、前記可動子と磁路を形成し、前記第１の磁束と極性を反転させた第２の磁束を発生させて、該可動子を前記駆動軸方向に駆動させる第２電磁石と、を備えることを特徴とする位置決め装置。
【００７８】
（実施態様２）  前記第１電磁石と、前記第２電磁石と、にそれぞれ極性の異なる磁束を発生させるために、該第１電磁石を構成する鉄心に巻き回される第１コイルと、該第２電磁石を構成する鉄心に、該第１コイルと同一方向に巻き回される第２コイルと、にそれぞれ極性の異なる略同値の電流を通電させる電流制御手段を更に備えることを特徴とする、実施態様１に記載の位置決め装置。
【００７９】
（実施態様３）  前記電流制御手段が、同一極性の略同値の電流を通電する場合、前記第１電磁石を構成する鉄心に巻き回されるコイルの巻き方向と、前記第２電磁石を構成する鉄心に巻き回されるコイルの巻き方向と、は逆巻きに構成されることを特徴とする実施態様２に記載の位置決め装置。
【００８０】
（実施態様４）  前記可動子は、
前記第１及び第２電磁石との間で、それぞれ磁路を形成する磁性材により構成される可動鉄心部と、
前記可動鉄心部を支持する非磁性材により構成される支持部材と、を有することを特徴とする実施態様１に記載の位置決め装置。
【００８１】
（実施態様５）  前記第２電磁石と離間して、該第２電磁石に対して重ね合わせ方向に配置し、前記可動子と磁路を形成して前記第１の磁束と同一極性の磁束を発生させて、該可動子を前記駆動軸方向に駆動させる第３電磁石を更に有する場合、
前記電流制御手段は、前記第１電磁石、前記第２電磁石及び前記第３電磁石を構成する各コイルに１：２：１の割合に電流値を制御して通電する
ことを特徴とする実施態様２に記載の位置決め装置。
【００８２】
（実施態様６）  荷電粒子線露光装置であって、
荷電粒子線を放射する荷電粒子源と、
複数の電子レンズを有し、該複数の電子レンズにより前記荷電粒子源の中間像を複数形成する第１の電子光学系と、
前記第１の電子光学系によって形成される複数の中間像を基板上に投影する第２の電子光学系と、
前記基板を保持し、所定の位置に駆動して、ステージを位置決めする位置決め装置と、を備え、前記位置決め装置は、
駆動軸方向の駆動をステージに伝達するに可動子と、
前記可動子と磁路を形成し、第１の磁束を発生させて、該可動子を駆動軸方向に駆動させる第１電磁石と、
前記第１電磁石と離間して、重ね合わせ方向に配置され、前記可動子と磁路を形成し、前記第１の磁束と極性を反転させた第２の磁束を発生させて、該可動子を前記駆動軸方向に駆動させる第２電磁石と、を備えることを特徴とする荷電粒子線露光装置。
【００８３】
（実施態様７）  デバイスの製造方法であって、
実施態様６に記載の荷電粒子線露光装置を含む複数の半導体製造装置を工場に設置する工程と、
前記複数の半導体製造装置を用いて、半導体デバイスを製造する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、複数の電磁石を重ね合わせ方向に配置して、各々の電磁石相互間で漏れ磁束を相殺させることにより、電磁石近傍の環境の磁場変動を低減することが可能になる。
【００８５】
また、簡素な構成により、磁場変動の低減が可能になるために、微動基板ステージの軽量化を図ることが可能になり、かかる微動基板ステージを搭載したステージ装置の高加減速、高速位置決めを実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の駆動機構の構成を例示する図である。
【図２Ａ】電磁石ユニットを駆動源とする１軸駆動機構の構成を示す図である。
【図２Ｂ】電磁石の磁束を制御するための電流制御回路を説明する図である。
【図３Ａ】電磁石の磁束分布を説明する図である。
【図３Ｂ】電磁石の磁束分布を説明する図である。
【図３Ｃ】電磁石と鉄心Ｉコアとの位置関係を説明する図である。
【図４】鉄心Ｉコアの変形例を示す図である。
【図５】電磁石ユニットを駆動源とする２軸駆動機構の構成を示す図である。
【図６】電磁石ユニットを駆動源とする２軸駆動機構の構成を示す図である。
【図７Ａ】電磁石ユニットを駆動源とする６軸駆動機構の構成を示す図である。
【図７Ｂ】センタスライダを構成する側板の構造を説明する図である。
【図７Ｃ】駆動ユニットと可動子の関係を説明する図である。
【図８】ＸＹ運搬ステージに組込まれた微動基板ステージの全体的な構造を示す図である。
【図９】駆動ユニットの配置例を示す図である。
【図１０】漏れ磁場分布の計算結果を示す図である。
【図１１Ａ】電磁石ユニットを駆動源とする１軸駆動機構の構成を示す図である。
【図１１Ｂ】電磁石の磁束分布を説明する図である。
【図１２】荷電粒子線露光装置の概略的な構成を示す図である。
【図１３】荷電粒子線露光装置の制御ブロック図である。
【図１４】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【図１】
2004153151.tif 000003
【図２Ａ】
2004153151.tif 000004
【図２Ｂ】
2004153151.tif 000005
【図３Ａ】
2004153151.tif 000006
【図３Ｂ】
2004153151.tif 000007
【図３Ｃ】
2004153151.tif 000008
【図４】
2004153151.tif 000009
【図５】
2004153151.tif 000010
【図６】
2004153151.tif 000011
【図７Ａ】
2004153151.tif 000012
【図７Ｂ】
2004153151.tif 000013
【図７Ｃ】
2004153151.tif 000014
【図８】
2004153151.tif 000015
【図９】
2004153151.tif 000016
【図１０】
2004153151.tif 000017
【図１１Ａ】
2004153151.tif 000018
【図１１Ｂ】
2004153151.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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