(57)【要約】【課題】  磁場を発生しない自重補償機構と自重補償機構の自重支持力を調整できる支持力調整手段を備えることで、ステージ重量を増加させることなくステージから電子線に及ぼす磁気的外乱（漏れ磁場）を低減して、電子線の描画位置精度を向上させることを目的とする。【解決手段】  複数個の電磁石により少なくとも鉛直方向とその他１軸方向以上に駆動されるステージであって、前記ステージは試料を搭載して試料を移動させるステージであり、磁場を発生しないで機械的な剛性で前記ステージの自重を支持する自重補償機構を備える。【選択図】  図１
2005310808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の電磁石により少なくとも鉛直方向とその他１軸方向以上に駆動されるステージであって、
前記ステージは試料を搭載して試料を移動させるステージであり、
磁場を発生しないで機械的な剛性で前記ステージの自重を支持する自重補償機構を備えることを特徴とする電子線露光装置。
【請求項２】
前記自重補償機構の自重支持力を調整できる支持力調整手段を備え、
前記ステージからの漏れ磁場量をフィードバックして前記自重補償機構の自重支持力を適宜調整できることを特徴とする請求項１記載の電子線露光装置。
【請求項３】
前記電磁石の中で鉛直方向に吸引力を発生することが可能な電磁石と前記自重補償機構は、前記ステージの固定子と可動子の間で並列に配置されていることを特徴とする請求項１、２記載の電子線露光装置。
【請求項４】
前記ステージは６軸方向に駆動されることを特徴とする請求項３記載の電子線露光装置。
【請求項５】
前記自重補償機構は、ベロフラムもしくは空気を封入したベローズもしくはバネもしくはエアシリンダによって構成されていることを特徴とする請求項１から４記載の電子線露光装置。
【請求項６】
前記電磁石は箱型で開口を有する多重磁気シールドに覆われて、
前記電磁石と多重磁気シールドは一体に連結されており、
前記電磁石が吸引力を発生させるターゲットである鉄心部材は前記多重磁気シールドの中に収まっていることを特徴とする請求項１から５記載の電子線露光装置。
【請求項７】
前記多重磁気シールドは２分割構造になっており、
２分割される前記多重磁気シールドの端部の形状は段差がついており、
互いに嵌まり込む構成になっていることを特徴とする請求項６記載の電子線露光装置。
【請求項８】
前記電磁石は前記ステージ固定側に配置され、
前記ステージ固定側に配置された冷媒流路に冷媒を流すことで、
前記電磁石から発生する熱を回収することを特徴とする請求項１から７記載の電子線露光装置。
【請求項９】
前記ステージは真空中を移動することを特徴とする請求項１から８記載の電子線露光装置。
【請求項１０】
前記電磁石が吸引力を発生させるターゲットである前記鉄心部材の表面は光沢を持つことを特徴とする請求項９記載の電子線露光装置。
【請求項１１】
前記電磁石は鉄心コアと励磁コイルから構成され、前記鉄心コアと励磁コイルは樹脂によって一体に連結されていることを特徴とする請求項９、１０記載の電子線露光装置。
【請求項１２】
前記ステージは試料を搭載する試料搭載ステージであり、運搬ステージによって水平方向に運搬されることを特徴とする請求項１〜１１記載の電子線露光装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２記載の露光装置によってデバイスを製造する工程を有するデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に係り、真空中又は減圧された雰囲気中で基板等の試料にパターンを描画又は転写する電子線露光装置、及び、それを利用したデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、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電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電子線露光装置が使用されている。
【０００３】
電子線露光装置には、ビームをスポット状にして使用するポイントビーム型、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電子線を発生させる電子銃部と、そこより発せられた電子線を試料上に導くための電子光学系と、電子線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、および電子線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】
電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、電子線を走査させる偏向器により電子線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。さらに、ステージは、真空チャンバ内に設置され、かつ電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、従来は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。
【０００５】
また、接触型では潤滑の問題や、発塵などの問題も生じる。その対応技術として、特許文献１で公開されているような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自由度ステージ構成を図１１に示す。本方式によれば、漏れ磁場変動が少なく、高い清浄度環境を確保し真空環境にも対応可能で、かつ高い精度の位置決め動作が可能である。また、特許文献２においても非接触型６自由度ステージ構成が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−１９４８２４号公報
【特許文献２】特登録３４５６３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、今後のさらなる高精度化、高速化が求められるリソグラフィにおいて電子線の描画位置精度を向上させるためには、上記従来例の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、ステージから電子線に及ぼす磁気的外乱（漏れ磁場）を更に低減する必要がある。
【０００７】
上記従来例の非接触型６自由度ステージの場合、ステージの自重補償機構として可動子側に設置された永久磁石と固定子側に設置された永久磁石の吸引力を利用したものを適用している。永久磁石は絶えず外部に磁場を放出しているため、永久磁石に起因する磁気的外乱（漏れ磁場）はとても大きなものになる。永久磁石同士の吸引力を利用し、ヨークを用いて自重補償機構内の磁気回路を閉回路にしていても、その磁気回路内には絶えず大きな磁束が流れており、その磁気回路から外部への漏れ磁場は必ず存在する。
【０００８】
例えば電磁石を用いた自重補償機構の場合も同様で、自重は常に支持する必要があるので、電磁石は常に自重を支えるだけの磁束を発生し続けなければならない。このときの磁気回路が閉回路であっても、その磁気回路内には絶えず大きな磁束が流れていて、その磁気回路から外部への漏れ磁場は必ず存在する。
【０００９】
永久磁石同士の反発力を利用した自重補償機構の場合、上記ふたつの自重補償機構より膨大な漏れ磁場を発生させる。ふたつの永久磁石から出る磁束が反発しあう構成では、磁気回路は閉じていないからである。
【００１０】
これらの構成に対して従来例においてステージから電子線に及ぼす磁気的外乱（漏れ磁場）を更に低減する場合、磁気シールドの枚数を増やしたり、磁気シールドを更に重厚にして磁気遮蔽率を向上させることが考えられるが、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や、ステージ全体の重量が重くなり、ステージの更なる高加減速、高速位置決めを達成することが困難になるという問題点が発生する。
【００１１】
これらを踏まえて、更に電子線の描画位置精度を向上させることを目的としてステージからの磁気的外乱を低減させるためには、磁気シールド強化の他に発生磁場そのものを軽減させる手段が有効である。
【００１２】
本発明の目的は磁場を発生しない自重補償機構と自重補償機構の自重支持力を調整できる支持力調整手段を備えることで、ステージ重量を増加させることなくステージから電子線に及ぼす磁気的外乱（漏れ磁場）を低減して、電子線の描画位置精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の側面は、電子線露光装置であって、複数個の電磁石により少なくとも鉛直方向とその他１軸方向以上に駆動されるステージであって、前記ステージは試料を搭載して試料を移動させるステージであり、磁場を発生しないで機械的な剛性で前記ステージの自重を支持する自重補償機構を備え、前記自重補償機構の自重支持力を調整できる支持力調整手段を備え、前記ステージからの漏れ磁場量をフィードバックして前記自重補償機構の自重支持力を適宜調整できることを特徴とする。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記電磁石の中で鉛直方向に吸引力を発生することが可能な電磁石と前記自重補償機構は、前記ステージの固定子と可動子の間で並列に配置されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記ステージは複数個の前記電磁石によって６軸方向に駆動されることが好ましい。
【００１６】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記自重補償機構は、ベロフラムもしくは空気を封入したベローズもしくはバネもしくはエアシリンダによって構成されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記電磁石は箱型で開口を有する多重磁気シールドに覆われて、前記電磁石と多重磁気シールドは一体に連結されており、前記電磁石が吸引力を発生させるターゲットである鉄心部材は前記多重磁気シールドの中に収まっていることが好ましい。
【００１８】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記多重磁気シールドは２分割構造になっており、
２分割される前記多重磁気シールドの端部の形状は段差がついており、互いに嵌まり込む構成になっていることが好ましい。
【００１９】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記電磁石は前記ステージ固定側に配置され、
前記ステージ固定側に配置された冷媒流路に冷媒を流すことで、前記電磁石から発生する熱を回収することが好ましい。
【００２０】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記ステージは真空中を移動することが好ましい。
【００２１】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記電磁石が吸引力を発生させるターゲットである前記鉄心部材の表面は光沢を持つことが好ましい。
【００２２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記電磁石は鉄心コアと励磁コイルから構成され、前記鉄心コアと励磁コイルは樹脂によって一体に連結されていることが好ましい。
【００２３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記ステージは試料を搭載する試料搭載ステージであり、運搬ステージによって水平方向に運搬されることが好ましい。
【００２４】
本発明の第２の側面は、リソグラフィ工程を通してデバイスを製造するデバイス製造方法に係り、上記の露光装置を利用してデバイスにパターンを形成する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように鉛直方向に駆動する電磁石を備えたステージにおいて、
磁場を発生しない自重補償機構と自重補償機構の自重支持力を調整できる支持力調整手段を備え、適宜、自重補償機構の自重支持力を調整することで、ステージから電子線に及ぼす磁気的外乱（漏れ磁場）を低減することが可能になり、結果的に電子線の描画位置精度を向上させることが可能になる。
【００２６】
また、磁気シールドを簡素な構成にすること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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、例えば、真空又は所定圧力雰囲気内で電子線を用いて露光を行う電子線露光装置に適用可能である。本発明によれば、例えば、露光の対象物である試料が載置されるステージからの磁気的外乱を軽減し、電子線の描画位置精度を向上させることができる。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のステージの概略構成を示す図である。このステージは複数の電磁石によって可動子を２方向（Ｘ方向が水平方向、Ｚ方向が鉛直方向）に駆動可能なステージである。可動子７をＸ方向において両側から挟み込んでいる２個の電磁石３ａ、３ｂは、鉄心Ｅコア１ａ、１ｂとそれに巻回される励磁コイル２ａ、２ｂによって構成され、両側から可動子７に対して磁気的作用による吸引力を発生させて、可動子７をＸ方向に位置決めを行っている。同様に、可動子７をＺ方向において両側から挟み込んでいる２個の電磁石３ｃ、３ｄは、鉄心Ｅコア１ｃ、１ｄとそれに巻回される励磁コイル２ｃ、２ｄによって構成され、両側から可動子７に対して磁気的作用による吸引力を発生させて、可動子７をＺ方向に位置決めを行っている。これらの複数の電磁石３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは固定子４として一体に連結されている。可動子７には上記複数の電磁石３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが吸引するためのターゲットである鉄心Ｉコア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄがそれぞれ電磁石３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄとある一定のギャップを保って対面するように設置されている。鉄心Ｉコア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは可動子フレーム６によって一体に連結されて、可動子７を構成している。可動子７の上方で可動子７と固定子４の間に設置されたバネ８ａ、８ｂは自重補償機構として可動子７の自重を可動子７重心の位置で支持しており、可動子７の可動方向（Ｘ方向、Ｚ方向）において機械的な剛性で支持している。また、この自重補償機構にはバネ位置決め用ねじ９ａ、９ｂが設置されており、バネ位置決め用ねじ９ａ、９ｂによってＺ方向におけるバネ８ａ、８ｂの設置位置を調整できるようになっており、その結果、バネ８ａ、８ｂの自重補償機構としての自重支持力を調整できるようになっている。本実施例のようにバネ８ａ、８ｂを引張りで利用している場合、バネ８ａ、８ｂのＺ方向設置位置を上に移動させると自重支持力は増やすことができ、下に移動させると自重支持力は減らすことができる。
【００２９】
上記自重補償機構は磁場を発生せずに自重支持力を得ることができるとともに、自重支持力を適宜調整可能な支持力調整手段を備えていることを特徴とし、磁気的な作用によって鉛直方向の力を発生させる能動的アクチュエータと並列に設置することで、ステージの自重支持方向の精密な位置決めを可能にし、且つステージ全体からの漏れ磁場を低減するという効果を持つ。
【００３０】
本実施例の自重補償機構は、自重支持力としてバネ８ａ、８ｂの復元力を利用しており、支持力調整手段としてバネ位置決め用ねじ９ａ、９ｂを備えている。鉛直方向の能動的アクチュエータとして電磁石３ｃ、３ｄを利用しており、鉛直方向において自重補償機構と電磁石３ｃ、３ｄは固定子４と可動子７の間で並列に設置されている。
【００３１】
この構成において、支持力調整手段を利用してステージ全体からの漏れ磁場を低減させる方法について以下に説明する。前述のように支持力調整手段であるバネ位置決め用ねじ９ａ、９ｂを利用すると、バネ８ａ、８ｂのＺ方向設置位置を上に移動させると自重支持力は増やすことができ、下に移動させると自重支持力は減らすことができる。その結果、自重補償機構の自重支持力を最適な大きさに調整することができる。ここで言う最適な自重支持力の大きさとは、ある所望の位置に及ぶステージ全体からの磁気的外乱、漏れ磁場量が最小になるような自重補償機構の自重支持力の大きさである。
【００３２】
具体的な自重支持力の調整方法は、まず可動子７の位置を計測する手段を備えて、計測値を電磁石３ａ〜３ｄにフィードバックすることで可動子７位置にサーボをかけ、所望の位置に位置決めをする。このとき、電磁石３ａ〜３ｄと鉄心Ｉコア５ａ〜５ｄのギャップは所望のギャップを保持している。次にステージ全体から及ぶ磁気的外乱、漏れ磁場量を最小にしたい位置に磁場センサを設置する。このとき可動子７の自重は、自重補償機構８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂとＺ方向に位置決め可能な電磁石１ｃ、１ｄによって支持されている。そして、電磁石１ｃ、１ｄは可動子７の自重の一部を支持するために、電磁石１ｃ、１ｄの内部に磁場を発生させており、そこから磁場が漏れて上記磁場センサまで及んでいる。次にバネ位置決め用ねじ９ａ、９ｂを利用して、バネ８ａ、８ｂのＺ方向設置位置を調整し、自重補償機構の自重支持力を調整する。このとき上記磁場センサの計測値をフィードバックして、バネ８ａ、８ｂのＺ方向設置位置を調整し、上記磁場センサの位置での磁気的外乱、漏れ磁場量が最小になるように調整する。この結果、可動子７の自重のほとんどを自重補償機構が支持する状態に調整でき、電磁石１ｃ、１ｄはほとんど自重を支持していない状態に調整できている。電磁石１ｃ、１ｄはほとんど自重を支持する為の磁場を発生させる必要はなくなり、この分の磁場の漏れを減少させることになる。
【００３３】
支持力調整後の電磁石１ｃ、１ｄは、可動子７の位置にサーボをかけて位置決めを精密に制御するために駆動され、電磁石１ｃ、１ｄが発生する磁場は制御に必要な変動分がほとんどで、可動子７の自重を支持するためのオフセット分はほとんどない状態である。
【００３４】
上記自重補償機構の自重支持力はバネ８ａ、８ｂの復元力を利用していたが、ベロフラムやエアシリンダの空気圧や、空気を封入したベローズの空気圧を利用することも可能である。ベロフラム、エアシリンダやベローズで空気圧を利用する場合、封入する空気量を調整可能にしており、自重補償機構の自重支持力を調整可能にしている。
【００３５】
上記自重補償機構は磁場を発生しない力を利用しており、部材の着磁などの観点から着磁しにくい部材、りん青銅、銅、アルミなどや、その他非磁性部材によって構成されるとなお良い。
【００３６】
上記電磁石３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄや鉄心Ｉコア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは積層鋼板や珪素綱によって構成されても良い。また、本実施例のステージを真空中で駆動する場合、上記電磁石３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄや鉄心Ｉコア５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにニッケル等の金属のコーティングや、脱ガスの少ない樹脂のコーティング、その他酸化物などのコーティングが施され、脱ガスを防止して真空度を維持することも可能である。
【００３７】
上記ステージ構成で、更に電子線に与える磁気的外乱を低減させるために、固定子４に設置された電磁石３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに磁気シールドを施したり、固定子４全体に磁気シールドを施すことも可能である。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態である６軸電磁石型ステージを図２〜＊＊＊を用いて説明する。６軸電磁石型ステージは、電子線露光装置において基板を搭載して基板ステージとして駆動する。また、その基板ステージは大ストロークの運搬ステージに搭載される構成で、真空内で駆動する。
【００３９】
図２に示すように基板ステージ１７は、ウエハ１０を載置し、光軸（Ｚ軸）方向、並進（Ｘ軸、Ｙ軸）方向、Ｚ軸回りの回転（θ）方向およびチルト方向に移動可能な６自由度ステージである。可動子に対して固定子に設置された電磁石が磁気的吸引力を発生させて１軸並進方向に駆動可能なアクチュエータである電磁石ユニットを６組設けて駆動される。電磁石ユニットの詳細はあとで述べる。
【００４０】
センタスライダ２７は、６自由度ステージを載置し、光軸（Ｚ軸）と直交するＸＹ方向に移動可能なＸＹ運搬ステージであり、以降センタスライダ２７と呼ぶ。例えば、図３に示すようなｘｙ運搬ステージを適用することは可能である。
【００４１】
まず図４を用いてセンタスライダ２７詳細を説明する。センタスライダ２７は、底板２０および側板１９より構成されている。底板２０の下面には軸受２６がステージベース２４の上面に対向して構成され、また側板１９の内側には同様の軸受２６がｘ可動ガイド２１およびｙ可動ガイド２２を挟み込むように構成されている。ｘ可動ガイド２１、ｙ可動ガイド２２は田の字のように構成されており、センタスライダをｘ方向に動かす場合は、ｘ可動ガイド２１をｘ方向に動かすことにより、ｙ可動ガイド２２の側面およびステージベース２４の上面に沿って滑らかに動くことができる。またセンタスライダ２４をｙ方向に動かす場合は、ｙ可動ガイド２２をｙ方向に動かすことにより、ｘ可動ガイド２１の側面およびステージベース２４の上面に沿って滑らかに動くことができる。
【００４２】
次に基板ステージ詳細を図２、図５〜図１０を用いて説明する。
【００４３】
基板ステージ１７は上面に例えばウエハを保持する基板ホルダ１２、位置計測するためのＸ反射ミラー１１ａ、Ｙ反射ミラー１１ｂを搭載している。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１７のｘｙ位置を計測している。
【００４４】
同一反射ミラーで、θおよびチルト方向の計測も行っている。θ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い。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。
【００４５】
基板ステージ１７はセンタスライダ２７を取り囲むようなカゴ型構造をしており、ｘ可動ガイド２１、ｙ可動ガイド２２が貫通する開口１３ａ、１３ｂを有している。
【００４６】
基板ステージ１７の末端部には６個の電磁石ユニット可動子１５ａ〜ｆが固定されている。それぞれを挟み込むようにして、電磁石ユニット固定子１４ａ〜ｆがセンタスライダ底板２０に固定されている。電磁石ユニットの各駆動方向は図５に示すとおり、３組のｚ方向に駆動力を発生するＺ１電磁石ユニット２５ａ、Ｚ２電磁石ユニット２５ｃおよびＺ３電磁石ユニット２５ｄ、１組のｘ方向に駆動力を発生するＸ１電磁石ユニット２５ｅ、２組のｙ方向に駆動力を発生するＹ１電磁石ユニット２５ｂおよびＹ２電磁石ユニット２５ｆとなっている。
【００４７】
本実施例は複数方向の複数電磁石ユニットの組み合わせにより、基板ステージ１７を６自由度駆動できる構成となっており、電磁石ユニットの配置の組み合わせ方法はこの限りではない。６個の電磁石ユニット２５ａ〜ｆは、電子線に対して磁気的外乱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がほどこされており、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。具体的には、電磁石ユニットの位置は、ｚ方向においてセンタスライダ１７の重心を介して、基板１０と反対側に配置することが望ましい。
【００４８】
図２に示すように自重補償機構１８ａ〜ｄがセンタスライダ底板２０上に固定されている。自重補償機構１８ａ〜ｄは、基板ステージ１７側板に固定される自重補償機構ホルダ２３ａ〜ｄによって基板ステージとも連結される。自重補償機構１８ａ〜ｄは、センタスライダ２７と基板ステージ１７の間に設置され、基板ステージ１７の自重を磁場を発生せずに支持しており、６軸方向において機械的な剛性によって支持している。図５に示すように自重補償機構１８ａ〜ｄはセンタスライダ底板２０の４隅に４個設置されている。この４箇所から、できるだけ基板ステージ１７の重心近傍で基板ステージ１７の自重を支持している。
【００４９】
上記電磁石ユニット２５ａ〜ｆの詳細な構成を図６、７を用いて説明する。図６ａに電磁石ユニットの概観図を示す。上記電磁石ユニット２５ａ〜ｆはそれぞれ概ねこのような概観をしており、電磁石ユニット固定子側１４の中央に開口が突き抜けるように存在し、その開口を通って電磁石ユニット可動子側１５が突き抜けている構成である。図６ａの点線Ｂ−Ｂ'、Ｃ−Ｃ'、Ｄ−Ｄ'の矢印方向に切ったときの電磁石ユニット断面図をそれぞれ図６ｂ、図６ｃ、図６ｄに示す。
【００５０】
図６ｂから分かるように電磁石ユニットは、電磁石ユニット固定子側１４に設置された２個の電磁石１０３によって電磁石ユニット可動子側１５を両側から挟み込んだ構成で、磁気的吸引力を発生させて１軸並進方向に駆動可能な電磁石アクチュエータである。２個の電磁石１０３は、それぞれ鉄心Ｅコア１０１とそれに巻回される励磁コイル１０２によって構成され、電磁石ユニット可動子側１５に対して両側から磁気的作用による吸引力を発生させて、電磁石ユニット可動子側１５を紙面上下方向に位置決めを行っている。これら２個の電磁石１０３は電磁石ユニット固定子側１４としてＥコア連結部材１１８によって一体に連結されている。
【００５１】
電磁石ユニット可動子側１５には上記２個の電磁石１０３が吸引するためのターゲットである鉄心Ｉコア１０５が電磁石１０３とそれぞれある一定のギャップを保って対面するように設置されている。鉄心Ｉコア１０５は非磁性であるＩコア支持部材１１６と一体に連結されて支持されており、鉄心Ｉコア１０５とＩコア支持部材１１６で電磁石ユニット可動子１５を構成している。
【００５２】
磁気シールド１１７は多重シールド構成で上記電磁石１０３を取り囲むように設置されており、上記電磁石１０３と一体に連結されて電磁石ユニット固定子側１４に固定されている。磁気シールドには開口が設けられており、電磁石ユニット可動子側１５は磁気シールド１１７に非接触で貫通している。また多重シールドを構成するために、内側の磁気シールドと外側の磁気シールドは間に非磁性部材のスペーサ１１９を介して一体に連結されており、内側の磁気シールドと外側の磁気シールドが磁気的に接触しないようにギャップを保持している。このような構成の磁気シールド１１７は、上記電磁石１０３が鉄心Ｉコア１０１に対して磁気的吸引力を発生させるために、破線に示すような鉄心Ｅコア１０１から鉄心Ｉコア１０５に及ぶ閉じた磁気回路に磁束を流した場合、この磁気回路から外部へ漏れていく磁場を減衰させている。磁気シールド１１７は高透磁率で着磁しにくいパーマロイ、純鉄などの磁性材料から構成される。本実施例における多重式シールド構成の磁気シールド１１７の枚数は図６ａでは２枚だが、実際は何枚でもよく、シールドの遮蔽率は磁気シールド１１７の厚みや、２枚の磁気シールドのギャップにも依存しているので、それらのとの関係から枚数を決める。
【００５３】
鉄心Ｉコア１０５は磁気シールド１１７の中に収まるように配置されている。例えば、鉄心Ｉコア１０５が磁気シールド１１７の開口を通って外側まで配置される場合、上記の磁気回路を形成したときに磁気シールド１１７内部に分布する磁場が鉄心Ｉコア１０５内部を伝って、磁気シールド１１７開口を通り、磁気シールド１１７外部へ漏れていってしまう。このような磁場の漏れを低減するために、鉄心Ｉコア１０５は磁気シールド１１７の中に収まるように配置され、Ｉコア支持部材１１６は非磁性部材で構成されている。
【００５４】
図６ｃに示すように、磁気シールド１１７は２分割構造になっている。上方の磁気シールド１１７ａはスペーサを介して多重シールド構成で、上方の電磁石１０３ａと一体に連結されている。同様に下方の磁気シールド１１７ｂはスペーサを介して多重シールド構成で、下方の電磁石１０３ｂと一体に連結されている。そして、Ｅコア連結部材１１８によって上下が一体に連結され、電磁石ユニット固定側１４を構成している。
【００５５】
磁気シールド１１７は２分割構造になっており、Ｅコア連結部材１１８によって設置位置が決められるので、上方磁気シールド１１７ａと下方磁気シールド１１７ｂの繋ぎ目には、組立誤差や寸法公差によってわずかに隙間ができる。本実施例では図６ｃの破線に囲まれた部分で示しているように、磁気シールド１１７内部に分布する磁場がこの繋ぎ目の隙間から外部に漏れないようにするために、隙間が磁気シールド内部から外部に直線的に貫通しない構成にしている。上方磁気シールド１１７ａと下方磁気シールド１１７ｂの末端部が嵌め合いのような形状をしており、隙間が磁気シールド１１７を直線的に貫通しない構成になっている。
【００５６】
その他の例として、図６ｅは図６ｃの変形型であるが、破線に囲まれた部分に示すように、多重シールド構成において、複数の磁気シールドに渡って存在する隙間が直線的に貫通しないように、内側の磁気シールドの隙間と外側の磁気シールドの隙間の位置をずらす構成にしている。同様に、図６ｅに示すように電磁石１０３ａ、１０３ｂと磁気シールド１１７ａ、１１７ｂとスペーサ１１９やＥコア連結部材１１８を固定する固定用ねじ１２０を取付けるために開いている、磁気シールド１１７ａ、１１７ｂの開口においても、複数の磁気シールドに渡って存在する開口が直線的に貫通しないように、内側の磁気シールドの開口と外側の磁気シールドの開口の位置をずらしている。同様に、図６ｃに示すように電磁石１０３ａ、１０３ｂへの配線１２１を磁気シールド１１７ａ、１１７ｂ外部へ引出すために開いている、磁気シールド１１７ａ、１１７ｂの開口においても、複数の磁気シールドに渡って存在する開口が直線的に貫通しないように、内側の磁気シールドの開口と外側の磁気シールドの開口の位置をずらしている。固定用ねじ１２０用の磁気シールド開口の場合、固定用ねじ１２０を高透磁率の磁性材料で構成して、固定用ねじ１２０に磁気シールド性能を持たせることも有効である。
【００５７】
次に電磁石ユニット２５ａ〜ｆの設置方法について説明する。図７ａは、Ｚ１電磁石ユニット２５ａ、Ｚ２電磁石ユニット２５ｃおよびＺ３電磁石ユニット２５ｄの設置方法の概略図で、図５においてＸＺ平面で切ったときの断面図ある。図７ｂは、Ｙ１電磁石ユニット２５ｂおよびＹ２電磁石ユニット２５ｆの設置方法の概略図で、図５においてＸＺ平面で切ったときの断面図ある。
【００５８】
図７ａに示すように、Ｚ１電磁石ユニット２５ａ、Ｚ２電磁石ユニット２５ｃおよびＺ３電磁石ユニット２５ｄにおいて、電磁石ユニット固定子側１４はＥコア連結部材１１８を介してセンタスライダ底板２０に固定され、電磁石ユニット可動子側１５はＩコア支持部材１１６を介して基板ステージ１７側板に固定されている。そして、電磁石ユニット固定子側１４は電磁石ユニット可動子側１５をＺ方向に位置決めが可能な向きで設置されている。
【００５９】
同様に、図７ｂに示すように、Ｙ１電磁石ユニット２５ｂおよびＹ２電磁石ユニット２５ｆにおいて、電磁石ユニット固定子側１４はＥコア連結部材１１８を介してセンタスライダ底板２０に固定され、電磁石ユニット可動子側１５はＩコア支持部材１１６を介して基板ステージ１７側板に固定されている。そして、電磁石ユニット固定子側１４は電磁石ユニット可動子側１５をＹ方向に位置決めが可能な向きで設置されている。また、Ｘ１電磁石ユニット２５ｅにおいては、Ｙ１電磁石ユニット２５ｂおよびＹ２電磁石ユニット２５ｆと同様に設置されており、設置される向きがＸ方向とＹ方向で異なるのみである。
【００６０】
電磁石ユニット２５の変形例を図８に示す。図６ｂ、図６ｃにおける電磁石ユニット２５断面図と同じ切り口で見た断面図をそれぞれ図８ａ、図８ｂに示す。樹脂連結部材２０２は鉄心Ｅコア１０１と励磁コイル１０２を一体に連結して固定している。樹脂連結部材２０２は励磁コイル１０２全体を概ね覆っており、鉄心Ｅコア１０１と励磁コイル１０２の間の隙間にも存在し、鉄心Ｅコア１０１と励磁コイル１０２に密着している。そして、発熱源である励磁コイル１０２から発生する熱を鉄心Ｅコア１０１へ熱伝導で伝えている。
【００６１】
冷媒流路２０１はＥコア連結部材１１８内部に設置されており、２個の電磁石１０３の背面を通過するように配置されている。この冷媒流路２０１の中には液体の冷媒２０３が流されている。但し、電磁石ユニット２５は真空中で駆動するので、冷媒２０３は冷媒流路２０１内に密封されており、真空雰囲気に触れることはない。そしてこのような構成で、冷媒２０３は冷媒流路２０１を流れることによって、励磁コイル１０２→樹脂連結部材２０２→鉄心Ｅコア１０１→多重磁気シールド→Ｅコア連結部材１１８→冷媒２０３という熱伝導の経路を経由して、励磁コイル１０２の発熱を回収している。このようにして励磁コイル１０２が高温になり、焼けてショートするのを防止している。
【００６２】
鉄心Ｉコア１０５と対面している鉄心Ｅコア１０１や樹脂連結部材２０２の端面から鉄心Ｉコア１０５へ、輻射によって励磁コイル１０２の発熱が伝わらないように、鉄心Ｉコア１０５表面は光沢を保持している。
【００６３】
自重補償機構の詳細について図５、図９と図１０を用いて説明する。図９に示す自重補償機構１８は磁場を発生しない機構であり、ベローズに封入した空気の内圧を利用したものである。この自重補償機構１８はセンタスライダ底板２０に設置され、自重補償機構ホルダ２３を介して基板ステージ１７側板に連結されている。自重補償機構１８はセンタスライダ底板２０と基板ステージ１７の間に配置され、基板ステージ１７の自重をベローズ内に封入された空気の内圧によって支持している。
【００６４】
支持力調整手段が自重補償機構１８に設けられており、本実施例ではベローズ内の空気圧調整機構３０１である。空気圧調整機構３０１は具体的にはバルブであり、ここからベローズ内の空気を出し入れしてベローズ内の空気圧を調整し、その結果、自重補償機構１８の自重支持力を最適な大きさに調整することができる。ここで言う最適な自重支持力の大きさとは、基板ステージ１７全体から電子線へ与える磁気的外乱、漏れ磁場量が最小になるような自重補償機構１８の自重支持力の大きさである。
【００６５】
具体的な自重支持力の調整方法の一例を図５を用いて説明すると、まず６軸電磁石型ステージである基板ステージ１７にサーボをかけて所望の位置に位置決めをする。このとき、電磁石ユニット２５ａ〜ｆ内部の電磁石１０３と鉄心Ｉコア１０５のギャップは所望のギャップを保持している。次に基板ステージ１７からの磁気的外乱を最小にしたい位置、例えばウェハ上の描画位置や電子光学系から基板ステージ１７までの光軸上のある位置に磁場センサを設置する。このとき基板ステージ１７の自重は、自重補償機構１８ａ〜ｄとＺ方向に位置決め可能な電磁石ユニット２５ａ、２５ｃ、２５ｄによって支持されている。そして、電磁石ユニット２５ａ、２５ｃ、２５ｄは基板ステージ１７の自重の一部を支持するために、内部に磁場を発生させており、そこから磁場が漏れて上記磁場センサまで及んでいる。次に自重補償機構１８ａ〜ｄにそれぞれ設置される空気圧調整機構３０１を利用して、ベローズ内部の空気圧を調整し、それぞれの自重支持力を調整する。このとき上記磁場センサの計測値をフィードバックして、ベローズ内部の空気圧を調整し、上記磁場センサの位置での磁気的外乱、漏れ磁場量が最小になるように調整する。この結果、基板ステージ１７の自重のほとんどを自重補償機構１８ａ〜ｄが支持する状態に調整でき、電磁石ユニット２５ａ、２５ｃ、２５ｄはほとんど自重を支持していない状態に調整できている。電磁石ユニット２５ａ、２５ｃ、２５ｄはほとんど自重を支持する為の磁場を発生させる必要はなくなり、この分の磁場の漏れを減少させることになる。支持力調整後の電磁石ユニット２５ａ、２５ｃ、２５ｄは、基板ステージ１７にサーボをかけて位置決めを精密に制御するために駆動され、電磁石ユニット２５ａ、２５ｃ、２５ｄが発生する磁場は、制御に必要な変動分がほとんどで、可動子７の自重を支持するためのオフセット分はほとんどない状態である。
【００６６】
上記自重補償機構１８は内部に空気を封入したベローズで構成されたものであったが、この構成に限らない。その他の例として、バネで構成されたものについて図１０を用いて説明する。図１０に示す自重補償機構１８は磁場を発生しない機構であり、バネの復元力を利用したものである。この自重補償機構１８はセンタスライダ底板２０に設置され、自重補償機構ホルダ２３を介して基板ステージ１７側板に連結されている。自重補償機構１８はセンタスライダ底板２０と基板ステージ１７の間に配置され、基板ステージ１７の自重をバネの復元力によって支持している。支持力調整手段が自重補償機構１８に設けられており、この例ではバネ位置調整機構４０１である。バネ位置調整機構４０１は、具体的にはバネのＺ方向位置決めが可能な機構であり、位置決め用ねじによってバネのＺ方向取付け位置を調整し、その結果、自重補償機構１８の自重支持力を最適な大きさに調整することができる。
【００６７】
上記自重補償機構１８のその他の構成の例として、ベロフラムやエアシリンダで空気圧を利用したものもある。この場合、支持力調整手段として空気圧調整機構が挙げられる。
【００６８】
上記自重補償機構は磁場を発生しない力を利用しており、部材の着磁などの観点から着磁しにくい部材、りん青銅、銅、アルミなどや、その他非磁性部材によって構成されるとなお良い。
【００６９】
上記鉄心Ｅコアや鉄心Ｉコアは積層鋼板や珪素綱によって構成されても良い。また、本実施例のステージは真空中で駆動するので、上記鉄心Ｅコアや鉄心Ｉコアにニッケル等の金属のコーティングや、樹脂のコーティング、その他酸化物などのコーティングが施され、脱ガスを防止して真空度を維持することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態のステージの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の基板ステージの概略構成を示す図である。
【図３】運搬ステージの概略構成を示す図である。
【図４】運搬ステージのガイドと軸受の配置を説明する図である。
【図５】電磁石ユニットと自重補償機構の配置を説明する図である。
【図６】電磁石ユニットの詳細な構成を説明する図である。
【図７】電磁石ユニットの設置方法を説明する図である。
【図８】電磁石ユニットの冷却方法を説明する図である。
【図９】ベローズを利用した自重補償機構の概略構成を示す図である。
【図１０】バネを利用した自重補償機構の概略構成を示す図である。
【図１１】従来例のステージの構成を例示する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ａ〜ｄ  鉄心Ｅコア
２ａ〜ｄ  励磁コイル
３ａ〜ｄ  電磁石
４  固定子
５ａ〜ｄ  鉄心Ｉコア
６  可動子フレーム
７  可動子
８ａ〜ｂ  バネ
９ａ〜ｂ  バネ位置決め用ねじ
１０  ウェハ
１１ａ  Ｘ反射ミラー
１１ｂ  Ｙ反射ミラー
１２  基板ホルダ
１３ａ  Ｘ開口
１３ｂ  Ｙ開口
１４ａ〜ｆ  電磁石ユニット固定子側
１５ａ〜ｆ  電磁石ユニット可動子側
１７  基板ステージ
１８ａ〜ｄ  自重補償機構
１９  センタスライダ側板
２０  センタスライダ底板
２１  Ｘ可動ガイド
２２  Ｙ可動ガイド
２３ａ〜ｄ  自重補償機構ホルダ
２４  ステージベース
２５ａ〜ｆ  電磁石ユニット
２６  軸受
１０１  鉄心Ｅコア
１０２  励磁コイル
１０３  電磁石
１０５  鉄心Ｉコア
１１６  Ｉコア支持部材
１１７  磁気シールド
１１８  Ｅコア連結部材
１１９  スペーサ
１２０  固定用ねじ
１２１  配線
２０１  冷媒流路
２０２  樹脂固定部材
２０３  冷媒
３０１  空気圧調整機構
４０１  バネ位置調整機構
【図１】
2005310808.tif 000003
【図２】
2005310808.tif 000004
【図３】
2005310808.tif 000005
【図４】
2005310808.tif 000006
【図５】
2005310808.tif 000007
【図６】
2005310808.tif 000008
【図７】
2005310808.tif 000009
【図８】
2005310808.tif 000010
【図９】
2005310808.tif 000011
【図１０】
2005310808.tif 000012
【図１１】
2005310808.tif 000013