JP2000116104A

JP2000116104A - リニアアクチュエータ及びステージ装置

Info

Publication number: JP2000116104A
Application number: JP10279502A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Totsu; 政浩戸津
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】周囲への熱の伝達を低減しつつ、推力性能の
向上を図る。【解決手段】電機子ユニット２４Ａと磁極ユニット２
４Ｂとから構成されるリニアモータ２４において、磁極
ユニット２４Ｂが発生する磁界内に配置される電機子ユ
ニット２４Ａ内のコイルとして扁平コイル８４Ａ_i、８
４Ｂ_i（ｉ＝１〜Ｎ）を使用し、扁平コイル８４Ａ_iを棒
状支持部材８６Ａ₁、８６Ａ₂で支持するとともに、扁平
コイル８４Ｂ_iを棒状支持部材８６Ｂ₁、８６Ｂ₂で支持
する。これにより、推力性能を向上するとともに、周囲
環境や周囲部材への熱伝達を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアアクチュエ
ータ及びステージ装置に係り、より詳しくは、磁界と電
流との相互作用による電磁力によって駆動力を得るリニ
アアクチュエータ及び該リニアアクチュエータによって
ステージを駆動するステージ装置に関する。

【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「感応
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駆動源としていわゆるリ
ニアモータ等のリニアアクチュエータが使用されてい
る。これは、リニアアクチュエータは、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】かかるステージの駆動系に従来より用いら
れている代表的なリニアモータ１１０について、図６を
参照して説明する。なお、図６（Ａ）にはリニアモータ
１１０の概略的な全体構成が斜視図で示されている。ま
た、図６（Ｂ）には図６（Ａ）におけるリニアモータ１
１０のＣ−Ｃ断面が、また、図６（Ｃ）には図６（Ａ）
におけるリニアモータ１１０のＤ−Ｄ断面がそれぞれ示
されている。

【０００５】リニアモータ１１０は、図６（Ａ）に示さ
れるように、電機子ユニット１１０Ａと磁極ユニット１
１０Ｂとを備えて構成される。そして、電機子ユニット
１１０Ａが不図示の所定の部材に固定されて固定子とし
て機能し、磁極ユニット１１０Ｂが可動子として機能
し、磁極ユニット１１０ＢがＸ軸方向に駆動されるよう
になっている。なお、電機子ユニット１１０Ａを可動子
とし、磁極ユニット１１０Ｂを固定子として構成するこ
ともできる。

【０００６】前記磁極ユニット１１０Ｂは、図６（Ｂ）
に示されるように、断面形状が逆Ｕ字状の磁極べース１
１２を有しており、該磁極ベース１１２の一対の対向す
る内壁面には、界磁磁石群１１４と界磁磁石群１１６と
の磁極面が対向して配置されている。界磁磁石群１１４
及び界磁磁石群１１６は、Ｘ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るとともに、対向す
る磁極面の極性が互いに反対となるように配置されてい
る。

【０００７】前記電機子ユニット１１０Ａは、図６
（Ｂ）に示されるように、上面中央部に凹部を有する電
機子べース１１８を有しており、該電機子べ一ス１１８
には、その凹部に断面が矩形状の中空のキャン１２０が
配置されている。該キャン１２０の内部空間には、ＳＵ
Ｓ（ステンレス）等の金属で形成された板状の巻線ボビ
ン１２２に、Ｚ軸方向と交差する方向に巻かれたコイル
１２４が配置されている。また、巻線ボビン１２２は、
図６（Ｃ）に示されるように、スぺーサ１２６Ａ及びス
ペーサ１２６Ｂを介してキャン１２０に固定されてい
る。すなわち、図６のリニアモータでは、コイル１２４
を巻線ボビン１２２によって支持し、該巻線ボビン１２
２がスペーサ１２６Ａ、１２６Ｂを介してキャン１２０
に固定される方式が採用されていた。なお、キャン１２
０の内部空間には、コイル１２４を電流が流れることに
よって発生する熱を外部へ排出させるための冷媒が供給
及び排出されるようになっている。

【０００８】以上のように構成されたリニアモータ１１
０では、界磁磁石群１１４と界磁磁石群１１６との間に
生じる、Ｘ軸方向の交番磁束とコイル１２４を流れる電
流との相互作用によって生じるローレンツ電磁力の反作
用力を駆動力として、磁極ユニット１１０ＢがＸ軸方向
に駆動される。なお、不図示の電流供給装置がコイル１
２４に供給する電流の方向及び大きさを制御することに
よって、駆動力の方向及び大きさが制御されている。

【０００９】また、界磁空間に配置されるコイルを小型
化するために、巻線ボビンを使用しない平板状の扁平コ
イルを電機子ユニットに使用する技術も提案されてい
る。例えば、細長い亀甲状の帯コイルを所定の傾斜角で
ネジ状に折り曲げ成形して板状にしたコイルの技術が、
実公平５−３４２２４号公報に開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、投影露光装
置におけるレチクルステージやウエハステージでは、ス
ループットを向上させるため、できるだけ短時間で所定
位置に位置決めさせることが要求されるので、高速で安
定して移動でき、急激な加減速でも変形や振動を生じな
いように高い剛性を持たせる必要がある。このため、ス
テージの質量は大きくならざるを得ず、ステージの駆動
に用いるリニアモータには、重いステージを大きな加速
度で駆動できるだけの推力性能が要求されている。かか
る要求に応えてリニアモータの推力性能を向上させるに
は、大きなローレンツ電磁力を発生させるために、電流
を大きくする、磁束と交差する電流経路の長さすなわち
有効電線長を長くする等が考えられる。

【００１１】かかる推力性能の向上にあたって、図６に
示された従来のリニアモータ１１０においては、有効電
線長が長くなるように電機子ユニット１１０Ａのコイル
１２４の電線の巻数を増加させることが考えられるが、
コイル１２４の有効電線長を長くすると、コイル１２４
における発熱量が増大することにもなる。したがって、
従来のコイル支持方式を採用するリニアモータ１１０で
は、コイル１２４を支持する巻線ボビン１２２及びスぺ
ーサ１２６Ａ，１２６Ｂを介してキャン１２０に達し、
キャン１２０表面から放射される熱量が増加する。ここ
で、巻線ボビン１２２は、コイル１２４との接触面積も
大きく、かつ、スペーサ１２６Ａ，１２６Ｂへ向かう熱
の伝導路の断面積も大きいので、キャン１２０に達する
熱も多くなる。このため、周囲の雰囲気中の気体に揺ら
ぎを生じさせて、レーザ干渉計による位置測定精度が低
下する。また、キャン１２０から更に電機子べース１１
８を介して周囲の部材に伝達する熱量が増加するので、
周囲の部材の熱膨張量が増加し、ひいては露光精度が低
下する。なお、かかるコイル１２４における発熱量の増
加は、コイルを流れる電流を増加させたときにも同様に
生じる。

【００１２】また、コイル１２４の巻数を増加させると
コイル１２４の磁束方向（Ｙ軸方向）に関する厚さが厚
くなる。このため、界磁磁石群間の空隙（以下、「界磁
空隙」という）の幅を広げざるを得ず、そのため界磁空
隙における磁束密度の低下を招くことになる。したがっ
て、コイル１２４の電線の巻数を増加させても、リニア
モータ１１０の推力性能をそれほど向上させることがで
きない。そこで、前述のような巻線ボビンを必要としな
い扁平コイルを使用することにより界磁空隙の幅を狭め
たり、従来と同様のスペースで有効電線長を増加して推
進性能を向上させることが考えられる。この場合には、
適切に扁平コイルを保持しなければならないが、現在の
ところ、適切な扁平コイルの支持についての具体的な提
案はなされていない。

【００１３】以上のような背景の下、電機子ユニットに
おけるコイルに関し、リニアアクチュエータとして好適
な、新たな支持方式に関する新技術が待望されていた。

【００１４】これに応じ、本発明の目的は、コイルが新
たな支持方式によって好適に保持されたリニアアクチュ
エータ、及び該リニアアクチュエータが適用されたステ
ージ装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のリニアア
クチュエータは、磁界発生ユニット（２４Ｂ）と電機子
ユニット（２４Ａ）とを備え、所定方向を駆動方向とし
て、前記磁界発生ユニット（２４Ｂ）と前記電機子ユニ
ット（２４Ａ）とを相対駆動するリニアアクチュエータ
（２４）において、前記電機子ユニット（２４Ａ）は、
前記磁界発生ユニット（２４Ｂ）が発生する磁界中に配
置される、少なくとも１つの扁平コイル（８４Ａ₁、
…、８４Ｂ₁、…）と；前記所定方向に延び、前記扁平
コイル（８４Ａ₁、…、８４Ｂ₁、…）を前記所定方向に
沿って支持する棒状支持部材（８６Ａ ₁、８６Ａ₂、８６
Ｂ₁、８６Ｂ₂）とを備えることを特徴とする。

【００１６】ここで、扁平コイルとは、巻線ボビンのよ
うな巻芯が無く、コイル全体として平面状あるいは平板
状に形成されたものをいう。

【００１７】これによれば、扁平コイルが、所定方向に
延びた棒状支持部材によって、駆動制御の観点から好適
な前記所定方向に沿って支持されている。このため、支
持部材と扁平コイルとの接触面積が小さく、かつ支持部
材を経由する他の部材への熱伝導経路の断面積が小さく
なるので、扁平コイルの通電により発生し他の部材に伝
導する熱量を低減することができる。また、平板状の扁
平コイルを使用するので、扁平コイルの有効電線長を維
持しつつ界磁空隙の幅を低減することにより界磁空隙に
おける磁束密度を高めたり、界磁空隙の幅を維持しつつ
有効電線長を長くすることができる。したがって、推力
性能を向上するとともに、周囲への熱の伝達を低減可能
なリニアアクチュエータを実現することができる。

【００１８】また、本発明の第１のリニアアクチュエー
タにおいて、前記電機子ユニットを、前記扁平コイル及
び前記棒状支持部材を収納するとともに、冷媒通路を形
成する収容部材を更に備えて構成することができる。か
かる場合には、収容部材内に冷媒を供給し、冷媒通路を
通過し扁平コイルと熱交換を行った冷媒を排出すること
により、扁平コイルの通電によって発生した熱を外部へ
放出することができ、周囲への熱の伝達を低減すること
ができる。

【００１９】本発明の第２のリニアアクチュエータは、
磁界発生ユニット（２４Ｂ）と電機子ユニット（２４
Ａ）とを備え、所定方向を駆動方向として、前記磁界発
生ユニット（２４Ｂ）と前記電機子ユニット（２４Ａ）
とを相対駆動するリニアアクチュエータ（２４）におい
て、前記電機子ユニット（２４Ａ）は、前記磁界発生ユ
ニット（２４Ｂ）が発生する磁界中に配置され、所定の
曲率を有する折り曲げ部（９２₁、９２₂）を含む、少な
くとも１つのコイル（８４Ａ₁、…、８４Ｂ₁、…）と；
前記折り曲げ部（９２₁、９２₂）を介して前記コイル
（８４Ａ₁、…、８４Ｂ₁、…）を支持する支持部材（８
６Ａ₁、８６Ａ₂、８６Ｂ₁、８６Ｂ₂）とを備えることを
特徴とする。

【００２０】これによれば、コイルが、その一部である
折り曲げ部を介して支持部材によって支持されるので、
支持部材と扁平コイルとの接触面積を小さく、かつ、支
持部材を経由する他の部材への熱伝導経路の断面積を小
さくできるので、コイルの通電により発生し他の部材に
伝導する熱量を低減することができる。したがって、周
囲への熱の伝達を低減可能なリニアアクチュエータを実
現することができる。

【００２１】また、本発明の第２のリニアアクチュエー
タにおいても、本発明の第１のリニアアクチュエータと
同様に、前記電機子ユニットを、前記扁平コイル及び前
記支持部材を収納するとともに、冷媒通路を形成する収
容部材を更に備えて構成することができる。かかる場合
には、本発明の第１のリニアアクチュエータと同様に、
収容部材内に冷媒を供給することにより、周囲への熱の
伝達を低減することができる。

【００２２】また、本発明のステージ装置は、ステージ
（３６）と、前記ステージ（３６）を所定の移動面に沿
って駆動する駆動装置とを備えたステージ装置（１５）
において、前記駆動装置は、前記ステージ（３６）を駆
動する本発明のリニアアクチュエータ（２４、２６、３
２、３４）を含むことを特徴とする。

【００２３】これによれば、駆動装置が本発明のリニア
アクチュエータによってステージを移動させる駆動力を
発生するので、ステージの周囲の空気に熱による揺らぎ
やステージの熱膨張を抑制しつつ駆動することができ
る。したがって、ステージの位置制御を精度良く行うこ
とができるステージ装置を実現することができる。

【００２４】

【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。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な構成が示さ
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。

【００２５】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。

【００２６】前記照明系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。

【００２７】前記レチクルステージ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６６によって、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能で
常時検出される。

【００２８】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系６８及びこれを介
して主制御装置６０に送られ、ステージ制御系６８では
主制御装置６０からの指示に応じ、レチクルステージＲ
ＳＴ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。

【００２９】前記投影光学系ＰＬは、レチクルステージ
ＲＳＴ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ＩＡＲ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。

【００３０】前記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。

【００３１】前記駆動装置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。

【００３２】前記定盤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。

【００３３】前記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１
４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。

【００３４】前記移動体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の移動ガイド搬送体としての第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
所定距離隔てて当該第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
移動ガイド搬送体としての第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。

【００３５】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。本実施形態例で
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。

【００３６】第１のＸリニアモータ２４の磁界発生ユニ
ットとしての磁極ユニット（可動子）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１
６がＸ方向に駆動されるようになっている。

【００３７】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。

【００３８】前記ウエハステージ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４
０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
２２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３２Ｂ、３４Ｂ（但し、３４Ｂは図示
せず）が取り付けられており、Ｙリニアモータ３２、３
４の電機子ユニット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。

【００３９】前記天板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
４８、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。

【００４０】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
ージ制御系６８及びこれを介して主制御装置６０に送ら
れ、ステージ制御系６８では主制御装置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、３２
Ａ、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。

【００４１】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からされた冷却制御機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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】上述のように、リニアモータ２４は、電機
子ユニット２４Ａと磁極ユニット２４Ｂとから構成され
ている。

【００４７】前記磁極ユニット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。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とがス
トローク方向に交互に配列されて構成されている。な
お、界磁磁石７４Ｎの露出磁極面と界磁磁石７４Ｓの露
出磁極面とは同一形状であり、ストローク方向の幅
（ｌ）となっている。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。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７４Ｎとがストローク方向に交互に配列されて構
成されている。なお、界磁磁石７４Ｎの露出磁極面及び
界磁磁石７４Ｓ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。そして、界磁磁石７４Ｎと界磁磁石７６Ｓ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。

【００４８】このため、界磁磁石群７４と界磁磁石群７
６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。

【００４９】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。

【００５０】前記電機子ユニット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を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Ａ−Ａ断面図で
あり、また、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）におけるＢ−Ｂ
断面図である。

【００５１】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。

【００５２】電機子べース８８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
の扁平コイル８４Ａ₁、…、８４Ａ_Nからなる扁平コイル
群８４Ａと、扁平コイル群８４Ａの＋Ｙ方向側にＮ個の
扁平コイル８４Ｂ₁、…、８４Ｂ_Nからなる扁平コイル群
８４Ｂとが配置されている。

【００５３】各扁平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_i（ｉ＝１〜
Ｎ）（以下、任意の１つを「扁平コイル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、扁平コイル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よりもずっと大きい数となる。

【００５４】扁平コイル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
六角形状を有する平面状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２４
Ｂ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、扁平コイル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。

【００５５】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、扁平コイル８４が配置され、電流駆動装
置７０から扁平コイル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扁平
コイル全体にはストローク方向と平行な力のみが働く。
かかる扁平コイル８４に働く力の向き及び大きさは、電
流駆動装置７０から扁平コイル８４に供給された電流の
向き及び大きさ並びに偏平コイルと交番磁界と位置形関
係によって決まることになる。

【００５６】また、扁平コイル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。

【００５７】以上のような扁平コイル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。

【００５８】図４に戻り、扁平コイル群８４Ａは、上記
のように構成された扁平コイル８４Ａ_iが、ストローク
方向に沿って、扁平コイル８４Ａ_i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。扁平コイル
群８４Ａは、各扁平コイル８４Ａ_iの空間９２₁を貫通す
る棒状支持部材としての支持線材８６Ａ₁及び各扁平コ
イル８４Ａ_iの空間９２₂を貫通する棒状支持部材として
の支持線材８６Ａ₂によって支持されている。そして、
支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂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。

【００５９】また、扁平コイル群８４Ｂは、扁平コイル
群と同様に、扁平コイル８４Ｂ_iが、ストローク方向に
沿って、扁平コイル８４Ｂ_i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。そして、扁平コイ
ル群８４Ｂは、扁平コイル群と同様に、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、８６Ｂ₂によって支持されている。

【００６０】なお、支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂、８６Ｂ
₁、８６Ｂ₂のキャン８０への固定は、スペーサ８２Ａ、
８２Ｂを介さずに溶接等によって直接固定してもよい。
また、支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂、８６Ｂ₁、８６Ｂ₂に
張力をかけた状態で、支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂、８６
Ｂ₁、８６Ｂ₂をキャン８０に固定し、扁平コイル８４Ａ
_i、８４Ｂ_iにＺ軸方向に張力を加えることにしてもよ
い。

【００６１】支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂、８６Ｂ₁、８
６Ｂ₂の材質としては、剛性が高く、熱伝導率の低い金
属、セラミック、プラスチック等の樹脂などが好まし
い。例えば、高張力ワイヤ（ばね鋼、ピアノ線等）、被
覆導線、ナイロン線、金属のより糸等がある。また、ぺ
ルチェ素子を用い、支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂、８６Ｂ
₁、８６Ｂ₂に冷却機能を持たせることも可能である。ま
た、支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂、８６Ｂ₁、８６Ｂ₂に形
状記憶合金を用いれば、キャン内部の冷媒の温度、もし
くはコイルの使用温度に応じて、扁平コイル８４の保持
状態を調節することもできる。

【００６２】更に、導電性の支持線材８６Ａ₁、８６
Ａ₂、８６Ｂ₁、８６Ｂ₂を用いることにより、各扁平コ
イル８４への電気的配線として利用することもできる。
この場合には、キャン内部において別途の電気配線を簡
素化することができる。

【００６３】また、キャン８０には、冷却液の流入口８
８Ａ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
介してキャン内部に送り込まれ、該キャン内部を通過す
るときに扁平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iとの間で熱交換を
行い、扁平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_i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前記冷却制
御機７１に戻され、ここで再び冷却されてキャン内部に
送り込まれるようになっている。

【００６４】リニアモータ２４では、電機子ユニット２
４Ａの各扁平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_i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、各扁平コイル
８４Ａ_i、８４Ｂ_i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、扁平コイル群８４Ａ、
８４Ｂの各扁平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_i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
配列された扁平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iの３つから成る
扁平コイル組に対して、３相電流が電流駆動装置７０に
よって供給される。

【００６５】以上のように構成された本実施形態のリニ
アモータ２４では、電機子ユニット２４Ａにおいて、磁
極ユニット２４Ｂの界磁空隙に従来のような巻線ボビン
が設けられていないので、界磁空隙内に巻線ボビンが占
有していた領域を扁平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iの占有領
域に割り当てることができる。すなわち、磁極ユニット
２４Ｂを従来と同様に構成し、また界磁空隙の幅も従来
と同様にしたとき、界磁空隙における磁束密度を低下さ
せずに電機子ユニット２４Ａのコイル８４Ａ_i、８４Ｂ_i
の電線の巻数を増加させることができ、有効電線長を長
くすることができる。一方、電機子ユニット２４Ａの扁
平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iの電線の巻数を従来と同様と
した場合には、界磁空隙の幅を狭めることができ、有効
電線長を短くすることなく界磁空隙の磁束密度を増加さ
せることができる。このため、リニアモータの推力性能
を向上することができる。

【００６６】また、従来の電機子ユニットでは、コイル
で発生した熱が平板状の巻線ボビンという熱伝導の断面
積が広い部材を介してキャンへ向けて伝導する可能性が
あったが、本実施形態のリニアモータの電機子ユニット
２４Ａでは、コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iで発生した熱は、
支持線材８６Ａ₁、８６Ａ₂、８６Ｂ₁、８６Ｂ₂という熱
伝導路の断面積が非常に小さな部材を介してのみキャン
８０へ向けて伝導する。また、支持線材８６Ａ₁、８６
Ａ₂、８６Ｂ₁、８６Ｂ₂が、コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iの
折り曲げ部の空間９２₁、９２₂を介してコイル８４
Ａ_i、８４Ｂ_iを支持するので、支持線材８６Ａ₁、８６
Ａ₂、８６Ｂ₁、８６Ｂ₂とコイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iをと
の接触面積も小さくなる。さらに、ストローク方向の全
幅にわたって形成されたキャン内部を冷却液が流れ、扁
平コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iを冷却する。このため、扁平
コイル８４Ａ_i、８４Ｂ_iで発生した熱のキャン８０への
到達量を低減できるので、外部雰囲気や外部部材への熱
の影響を大幅に低減させることができる。

【００６７】したがって、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１５の周囲の空気に熱によ
る揺らぎや、ウエハステージ装置１５自身を構成する部
材を含む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。

【００６８】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
れるので、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。

【００６９】なお、上記の実施形態においては、ウエハ
ステージ装置１５に扁平コイルを棒状支持部材によって
支持した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Ｒ
ＳＴ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。

【００７０】また、上記の実施形態においては、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、所定の曲率で折り曲げられた折り曲げ部を介
して支持部材によってコイルを支持することより、コイ
ルと支持部材との接触面積が低減されるので、周囲への
熱の影響を低減することができる。

【００７１】また、上記の実施形態においては、２本の
棒状支持部材によって扁平コイルを支持したが、３本以
上の棒状支持部材を使用して扁平コイルの剛性を向上す
ることも可能である。さらに、上記の実施形態における
支持位置の一方のみに棒状支持部材を使用することにし
ても、周囲への熱の影響を従来よりも低減することがで
きる。

【００７２】また、上記の実施形態では、リニアモータ
の構成において、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たが、電機子ユニットを可動子と
し、磁極ユニットを固定子とすることも可能である。

【００７３】また、上記の実施形態では、扁平コイルの
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、扁平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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】また、本発明は、紫外線を光源にする縮小
投影露光装置、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
装置などあらゆるウエハ露光装置、液晶露光装置等に適
応できる。また、ステップ・アンド・リピート機、ステ
ップ・アンド・スキャン機、ステップ・アンド・スティ
ッチング機を問わない。

【００７７】さらに、本発明は、露光装置への適用に限
定されず、物体の形状を３次元的に測定する３次元測定
器の移動系等、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。

【００７８】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明のリ
ニアアクチュエータによれば、支持部材とコイルとの接
触面積を小さくでき、かつ支持部材を経由する熱の伝導
経路の断面積すなわち支持部材の断面積が小さくなる支
持方式によってコイルの支持を行うので、周囲への熱の
伝達が低減可能となる。

【００７９】また、本発明のステージ装置によれば、本
発明のリニアアクチュエータによってステージの駆動力
を発生するので、レーザ干渉計による位置検出精度の低
下を招く、ステージの周囲の空気に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。したがって、ステージの位置制御を精度良く
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る投影露光装置の概略的な構成
を示す図である。

【図２】図１の装置のウエハステージ装置の詳細構成を
説明するための図である。

【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的な構成を示す図である。

【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的な構成を示す図である
（Ａ〜Ｃ）。

【図５】図４の電機子ユニットで使用される扁平コイル
の構成を説明するための図である（Ａ〜Ｃ）。

【図６】従来のリニアモータの概略的な構成を示す図で
ある（Ａ〜Ｃ）。

【符号の説明】

１０…駆動装置、１５…ウエハステージ装置（ステージ
装置）、２４，２６，３２，３４…リニアモータ（リニ
アアクチュエータ）、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（ステージ）、８
４Ａ_i，８４Ｂ_i…扁平コイル（コイル）、８６Ａ₁，８
６Ａ₂，８６Ｂ₁，８６Ｂ₂…支持線材（棒状支持部
材）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁界発生ユニットと電機子ユニットとを
備え、所定方向を駆動方向として、前記磁界発生ユニッ
トと前記電機子ユニットとを相対駆動するリニアアクチ
ュエータにおいて、前記電機子ユニットは、前記磁界発生ユニットが発生する磁界中に配置される、
少なくとも１つの扁平コイルと；前記所定方向に延び、
前記扁平コイルを前記所定方向に沿って支持する棒状支
持部材とを備えることを特徴とするリニアアクチュエー
タ。
【請求項２】前記電機子ユニットは、前記扁平コイル
及び前記支持部材を収納するとともに、冷媒通路を形成
する収容部材を更に備えることを特徴とする請求項１に
記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】磁界発生ユニットと電機子ユニットとを
備え、前記磁界発生ユニットと前記電機子ユニットとを
相対駆動するリニアアクチュエータにおいて、前記電機子ユニットは、前記磁界発生ユニットが発生する磁界中に配置され、所
定の曲率を有する折り曲げ部を有する、少なくとも１つ
のコイルと；前記折り曲げ部を介して前記コイルを支持
する支持部材とを備えることを特徴とするリニアアクチ
ュエータ。
【請求項４】前記電機子ユニットは、前記コイル及び
前記支持部材を収納するとともに、冷媒通路を形成する
収容部材を更に備えることを特徴とする請求項３に記載
のリニアアクチュエータ。
【請求項５】ステージと、前記ステージを駆動する駆
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、請求項１〜４のいずれかに記載のリニ
アアクチュエータを含むことを特徴とするステージ装
置。