JP2009254173A - 平面パルスモータ、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】平面パルスモータにおける可動子の回転制御に有用な技術を提供する。
【解決手段】平面パルスモータは、可動子4および固定子12を有する。可動子4は、磁性体を含んで構成され、固定子12に対向する面に複数の凸部を有する。固定子12は、可動子4を駆動するための複数の磁気発生ユニット6a、6bを有する。平面パルスモータの制御部は、複数の磁気発生ユニット6a、6bのうち、可動子12の駆動方向に沿った可動子4の中心線Cを跨がず、かつ、可動子4が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニットから選択される磁気発生ユニットを動作させることによって可動子4の回転を制御する。
【選択図】図5
【解決手段】平面パルスモータは、可動子4および固定子12を有する。可動子4は、磁性体を含んで構成され、固定子12に対向する面に複数の凸部を有する。固定子12は、可動子4を駆動するための複数の磁気発生ユニット6a、6bを有する。平面パルスモータの制御部は、複数の磁気発生ユニット6a、6bのうち、可動子12の駆動方向に沿った可動子4の中心線Cを跨がず、かつ、可動子4が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニットから選択される磁気発生ユニットを動作させることによって可動子4の回転を制御する。
【選択図】図5
Description
本発明は、平面パルスモータ、該平面パルスモータが組み込まれた露光装置、および、該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
平面パルスモータは、可動子の並進方向における位置を規制するためのガイドを要求しないという特徴を有する。そのため、平面パルスモータは、例えば、原版のパターンを基板に転写する露光装置における基板の位置決め機構の単純化に有用である。
特許文献1には、表面に突起歯を設けた平板状の磁性体からなる可動子と、5相の電磁石よりなる固定子とを有するサーフェースパルスモータが開示されている。特許文献1に記載されたパルスモータは、可動子がコイルを含まないので、可動子の軽量化が可能である。
特開平6−121520号公報
ところで、露光装置では、一般的に、基板をX、Y、Zおよびそれらの軸周りの合計6軸について制御する必要がある。また、平面パルスモータでは、可動子を並進駆動しているときに可動子にモーメントが加わって可動子が回転すると、可動子の制御が不能な状態に陥りうる。特許文献1は、可動子の回転制御について開示も示唆もしていない。
本発明は、例えば、平面パルスモータにおける可動子の回転制御に有用な技術を提供することを目的とする。
本発明の第1の側面は、可動子および固定子を有する平面パルスモータに係り、前記可動子は、磁性体を含んで構成され、かつ、前記固定子に対向する面に複数の凸部を有し、前記固定子は、前記可動子を駆動するための複数の磁気発生ユニットを有し、各磁気発生ユニットは、複数の櫛歯を有するヨークと、前記ヨークを励磁するコイルとを有する。前記平面パルスモータは、前記複数の磁気発生ユニットのうち、前記可動子の駆動方向に沿った前記可動子の中心線を跨がず、かつ、前記可動子が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニットから選択される磁気発生ユニットを動作させることによって前記可動子の回転を制御する制御部を備える。
本発明の第2の側面は、原版のパターンを基板に転写する露光装置に係り、前記露光装置は、前記基板を位置決めする位置決め機構と、前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系とを備える。前記位置決め機構は、上記の平面パルスモータを含み、前記平面パルスモータの可動子の上に配置された基板チャックによって前記基板が保持される。
本発明の第3の側面は、デバイス製造方法に係り、該方法は、感光剤が塗布された基板を請求項5に記載の露光装置によって露光する工程と、該感光剤を現像する工程とを含む。
本発明によれば、例えば、平面パルスモータにおける可動子の回転制御に有用な技術が提供される。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
[第1実施形態]
図1A、図1Bは、本発明の第1実施形態としての1軸パルスモータ(リニアパルスモータ)の構成を模式的に示す図である。第1実施形態としての1軸パルスモータは、可動子4と、固定子12とを備えている。典型的には、可動子4の駆動方向における当該可動子4の大きさは、当該駆動方向における固定子12の大きさよりも小さい。
図1A、図1Bは、本発明の第1実施形態としての1軸パルスモータ(リニアパルスモータ)の構成を模式的に示す図である。第1実施形態としての1軸パルスモータは、可動子4と、固定子12とを備えている。典型的には、可動子4の駆動方向における当該可動子4の大きさは、当該駆動方向における固定子12の大きさよりも小さい。
可動子4は、磁性体を含んで構成され、固定子12に対向する面に複数の凸部21が規則的に配列されている。複数の凸部21は、少なくとも可動子4の駆動方向に周期性を有するように配列されている。固定子12は、複数の磁気発生ユニット6が配列されて、定盤として構成されうる。各磁気発生ユニット6は、ヨーク9と、ヨーク9を励磁するコイル8とを有する。複数のコイル8は、複数の駆動回路13によって独立して駆動される。各ヨーク9は、磁性体を含んで構成され、可動子4に対向する面に複数の櫛歯10が規則的に配列されている。複数の櫛歯10は、少なくとも可動子4の駆動方向に周期性を有するように配列されている。コイル8によってヨーク9が励磁されることによって固定子12の櫛歯10と可動子4の凸部21を通る磁気回路が形成される。これにより、可動子4に推力が働いて、可動子4が固定子12に対して相対的に移動する。
可動子4は、ステージ又はその一部として構成されうる。可動子4には、例えば、微動ステージ2と、微動ステージ2を駆動する駆動機構3とが搭載されうる。この実施形態の一軸パルスモータが露光装置に組み込まれる場合には、該一軸パルスモータは、基板を位置決めする基板位置決め機構又は原版を位置決めする原版位置決め機構の一部として構成されうる。基板位置決め機構において、微動ステージ2には、基板1を保持する基板チャックが搭載されうる。可動子4は、冷却部11によって冷却されうる。微動ステージ2を駆動する駆動機構3および冷却部11等には、フレキシブルインターフェース(フレキシブルケーブル、フレキシブルチューブ等)7を介して電力、冷媒等が供給されうる。
可動子4には、それを移動させるための励磁コイルが搭載されていないので、励磁コイルの駆動による発熱はないが、可動子4で発生する渦電流や、磁性のヒステリシス損失によって発生する熱を回収するためには、冷却部11を備えることが好ましい。ただし、発熱量が許容可能な範囲である場合には、冷却部11は不要である。
可動子4および微動ステージ2は、レーザー干渉計等の計測器5によって位置が計測される。制御部14は、計測器5による計測結果に基づいて複数の駆動回路13を制御する。制御部14は、計測器5による計測結果に基づいて得られる可動子4の位置と可動子4の位置決め目標位置とに基づいて複数の駆動回路13を動作させる。この際に、全ての磁気発生ユニット6のコイル8に常に電流を流すことも可能である。
しかし、可動子4が上方に位置しない磁気発生ユニット6のコイル8については、消費電力の低減や発熱の低減のために、可動子4が磁気発生ユニット6の上方に移動してくる直前に当該磁気発生ユニット6のコイル8に電流を流すことが好ましい。磁気発生ユニット6の上方に可動子4が位置するときに当該磁気発生ユニット6のコイル8に電流を流すと、可動子4の制御に対する外乱となる可能性がある。コイル8の発熱が許容範囲を超える場合には、コイル8を冷却するための冷却部が備えられうる。
[第2実施形態]
図2A、図2Bは、本発明の第2実施形態としての平面パルスモータの構成を模式的に示す図である。この実施形態においても、典型的には、可動子4の駆動方向における可動子4の大きさは、当該駆動方向における固定子12の大きさよりも小さい。
図2A、図2Bは、本発明の第2実施形態としての平面パルスモータの構成を模式的に示す図である。この実施形態においても、典型的には、可動子4の駆動方向における可動子4の大きさは、当該駆動方向における固定子12の大きさよりも小さい。
この実施形態では、可動子4は、X方向(第1方向)およびY方向(第2方向)の位置、ならびにZ軸周りの回転(ωZ)が計測器5によって計測される。なお、X方向、Y方向およびZ方向は、互いに直交する方向であり、XYZ座標系に従う。可動子4は、前述の制御部14に相当する制御部14によって、計測器5による計測結果に基づいて可動子4が2次元平面内で駆動される。
この実施形態の平面パルスモータでは、固定子12は、X軸方向の駆動用の櫛歯10aを有するヨーク9aを備える第1磁気発生ユニット6aと、Y軸方向の駆動用の櫛歯10bを有するヨーク9bを備える第2磁気発生ユニット6bとを有する。第1、第2磁気発生ユニット6a、6bは、前述の磁気発生ユニット6と同様の構成を有しうる。ただし、第1磁気発生ユニット6aの櫛歯10aは、少なくともX軸方向に周期性を有するように配列され、第2磁気発生ユニット6bの櫛歯10bは、少なくともY軸方向に周期性を有するように配列される。
この実施形態では、可動子4の複数の凸部21は、少なくともX軸方向およびY軸方向に周期性を有するように配置されている。これは、可動子4をX軸方向およびY軸方向に駆動することを可能にするためである。第1、第2磁気発生ユニット6a、6bは、図2Aに例示されるように、チェッカーボードパターン状に配列されることが好ましい。つまり、チェッカーボードパターンにおける第1色の部分に第1、第2磁気発生ユニットの一方を配置し、第2色の部分に第1、第2磁気発生ユニットの他方を配置することが好ましい。
図3は、可動子4における複数の凸部21の配列例を示す図である。複数の凸部21は、複数行×複数列の行列状に配列されている。凸部21の間の領域には、非磁性体16が充填されて、これにより可動子4における固定子12に対向する面が平面となっている。充填のための非磁性体は、例えば、樹脂が好適である。
可動子4は、エアベアリングを構成するノズル17を有し、ノズル17から高圧のガスを噴射することによって、固定子12のガイド面(可動子4に対向する面)の上に浮上する。可動子4の浮上量は、一般的に5〜20μm程度であることが好ましく、可動子4の固定子12に対向する面、および、固定子12の可動子4に対向する面(ガイド面)は、例えば、1〜2μmオーダの平面度を有することが好ましい。
図4は、磁気発生ユニット6a、6bの他の配列例を示す図である。この配列例においても、第1、第2磁気発生ユニット6a、6bは、チェッカーボードパターン状に配列されている。図4に示す配列例では、図2Aに示す配列例よりも可動子4に対する各磁器発生ユニットの大きさが小さくされている。
図6は、第1、第2磁気発生ユニット6a、6bを制御することによって可動子4の位置および回転を制御する制御系の構成例を示す図である。図6に例示する制御系100は、前述の駆動回路13として、X方向の駆動用の駆動回路13Xと、Y方向の駆動用の駆動回路13Yとを備える。駆動回路13Xは、X軸方向の駆動用の磁気発生ユニット6aのコイル8としてのXコイル1〜N(8X−1〜8X−N)に対して選択的に電流を供給する。駆動回路13Yは、Y軸方向の駆動用の磁気発生ユニット6bのコイル8としてのYコイル1〜N(8Y−1〜8Y−N)に対して選択的に電流を供給する。
X駆動回路13Xは、例えば、Xコイルドライバ31と、制御部14からの指令に従って、Xコイルドライバ31から供給される電流をXコイル8X−1〜8X−Nのうち対応するコイルに供給するスイッチとしてのXスイッチ32−1〜32−Nとを含む。Y駆動回路13Yは、例えば、Yコイルドライバ41と、制御部14からの指令に従って、Yコイルドライバ41から供給される電流をYコイル8Y−1〜8Y−Nのうち対応するコイルに供給するスイッチとしてのYスイッチ42−1〜42−Nとを含む。
次に、図5を参照しながら制御系100による可動子4の制御について具体的に説明する。ここでは、一例として、平面パルスモータが可動子4をX方向に駆動する際における可動子4のZ軸周りの回転(ヨーイング)を制御する例を説明する。平面パルスモータは、一般にZ軸周りの回転がガイド等によって規制されないので、該回転が目標値になるような制御が要求される。
図5において、Cは、可動子4の中心を通る中心線である。制御部14による可動子4のZ軸周りの回転(ヨーイング)の制御において、中心線Cの両側に跨っているラベル"B"が付された磁気発生ユニットのコイルは通電されない。また、可動子4が存在する領域からはみ出した部分を有しているラベル"D"が付された磁気発生ユニットのコイルは通電されない。換言すると、制御部14による可動子4のZ軸周りの回転(ヨーイング)の制御において、中心線Cを跨がず、かつ、可動子4が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニットの中から動作させるべき磁気発生ユニットが選択される。
結果として、可動子4をX軸方向に駆動する場合には、ラベル"A"、"C"が付された磁気発生ユニットのコイルが通電されるように制御部14による制御がなされる。このような制御のために、計測器5による計測結果に基づいて可動子4と各磁気発生ユニットとの位置関係をリアルタイムで演算する。そして、制御部14は、可動子4の駆動方向に沿った可動子4の中心線を跨がず、かつ、可動子4が存在する領域からはみ出しておらず、かつ、当該駆動方向に可動子を駆動可能な磁気発生ユニットのコイルを通電する。ここで、可動子4の駆動方向に沿った可動子4の中心線を跨ぐ磁気発生ユニットを動作させると、それ自体によって可動子4にモーメントを発生させるので、モーメントの制御のための演算を複雑にする。また、可動子4が存在する領域から一部がはみ出した磁気発生ユニットを動作させると、それ自体によって可動子4にモーメントを発生させる。また、可動子4が存在する領域から完全にはみ出した磁気発生ユニットを動作させることは、消費電力や発熱を増加させるだけであり、可動子4の駆動には全く寄与しない。
図5において、Yは可動子4の中心のY座標であり、a,b,c,dはラベル"A"、"B"、"C"、"D"が付された磁気発生ユニットのY座標である。ここで、可動子4の重心周りに発生させたいモーメントをMとする。ラベル"A"が付された磁気発生ユニットによって発生させる推力のうちモーメントを発生させるために必要な力をFaとする。ラベル"C"が付された磁気発生ユニットによって発生させる推力のうちモーメントを発生させるために必要な力をFcとする。時計周りのモーメントを正方向とし、Fa、FcともにX軸方向に力を発生する場合を正とすると、(1)式がなりたつ。
M=−Fa(Y−a)+Fc(c−Y) ・・・(式1)
また、モーメントを発生させるための推力の和は、並進方向については、釣り合っていなければならないので、(2)式がなりたつ。
また、モーメントを発生させるための推力の和は、並進方向については、釣り合っていなければならないので、(2)式がなりたつ。
Fa+Fc=0 ・・・(式2)
よって、制御部14は、(1)式、(2)式に基づいて、2つの力Fa、Fcを演算することができる。
よって、制御部14は、(1)式、(2)式に基づいて、2つの力Fa、Fcを演算することができる。
力Fa、Fcは、モーメント制御をするためにだけに必要な力であるので、可動子4を並進方向に駆動する力をFa、Fcに加算した値がラベル"A"、"C"が付された磁気発生ユニットによって発生させるべき推力となる。
ラベル"B"が付された磁気発生ユニットは、磁気発生ユニットのY方向における長さの半分をL_coilとすると、そのような磁気発生ユニットは、(3)式を満たすものである。
Y−b<L_coil ・・・(式3)
また、ラベル"D"が付された磁気発生ユニットは、固定子12のY軸方向長さの半分をL_statorとすると、(4)式を満たすものである。
また、ラベル"D"が付された磁気発生ユニットは、固定子12のY軸方向長さの半分をL_statorとすると、(4)式を満たすものである。
Y+L_stator−d<L_coil・・・(式4)
以上より、各磁気発生ユニットのY座標をY_coilとすると、(5)式および(6)式がともに成立する場合に、モーメント制御用の磁気発生ユニットとして制御部14によって選択されることとなる。
以上より、各磁気発生ユニットのY座標をY_coilとすると、(5)式および(6)式がともに成立する場合に、モーメント制御用の磁気発生ユニットとして制御部14によって選択されることとなる。
|Y−Y_coil|>L_coil ・・・(5)
|Y+L_stator−Y_coil|>L_coil ・・・(6)
以上、ここでは、可動子4をX軸方向に駆動する場合の例を示したが、斜め方向に駆動する場合も同様に、X方向の駆動用の磁気発生ユニットを使用してモーメント制御を行うことが可能である。その場合は、上記の"Y"が可動子の駆動に伴って時間変化する変数となる。また、ここでは、X軸方向の駆動用の磁気発生ユニットを可動子のモーメント制御に用いたが、Y軸方向の駆動用の磁気発生ユニットを使用しても、同様に、可動子のモーメント方向制御が可能である。さらには、X、Y軸両方の磁気発生ユニットを使用することも可能である。
|Y+L_stator−Y_coil|>L_coil ・・・(6)
以上、ここでは、可動子4をX軸方向に駆動する場合の例を示したが、斜め方向に駆動する場合も同様に、X方向の駆動用の磁気発生ユニットを使用してモーメント制御を行うことが可能である。その場合は、上記の"Y"が可動子の駆動に伴って時間変化する変数となる。また、ここでは、X軸方向の駆動用の磁気発生ユニットを可動子のモーメント制御に用いたが、Y軸方向の駆動用の磁気発生ユニットを使用しても、同様に、可動子のモーメント方向制御が可能である。さらには、X、Y軸両方の磁気発生ユニットを使用することも可能である。
[第3実施形態]
図7は、本発明の第3実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。この実施形態の露光装置は、原版(レチクル又はマスクとも呼ばれる)120のパターンを投影光学系140によって基板(例えば、ウエハ、ガラスプレート)1に投影して基板1を露光するように構成されている。基板1には感光剤が塗布されていて、この露光によって原版120のパターンが基板に転写される。原版120は、原版ステージ130によって保持されていて、照明光学系110によって照明される。基板1は、位置決め機構150によって位置決めされる。
図7は、本発明の第3実施形態としての露光装置の概略構成を示す図である。この実施形態の露光装置は、原版(レチクル又はマスクとも呼ばれる)120のパターンを投影光学系140によって基板(例えば、ウエハ、ガラスプレート)1に投影して基板1を露光するように構成されている。基板1には感光剤が塗布されていて、この露光によって原版120のパターンが基板に転写される。原版120は、原版ステージ130によって保持されていて、照明光学系110によって照明される。基板1は、位置決め機構150によって位置決めされる。
位置決め機構150は、例えば、第2実施形態に従って構成されうる。より具体的には、位置決め機構150は、第2実施形態に従う平面パルスモータを含み、該平面パルスモータの可動子4の上に配置された基板チャックによって基板1が保持されうる。
[デバイス製造方法]
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイスの製造に好適であり、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の露光装置を用いて原版のパターンを転写する工程と、該感光剤を現像する工程とを含みうる。
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイスの製造に好適であり、感光剤が塗布された基板の該感光剤に上記の露光装置を用いて原版のパターンを転写する工程と、該感光剤を現像する工程とを含みうる。
1 基板
2 微動ステージ
3 駆動機構
4 可動子
5 計測器
6、6a、6b 磁気発生ユニット
7 フレキシブルインターフェース
8 コイル
9、9a、9b ヨーク
10、10a、10b 櫛歯
11 冷却部
12 固定子
13 駆動回路
14 制御部
21 凸部
2 微動ステージ
3 駆動機構
4 可動子
5 計測器
6、6a、6b 磁気発生ユニット
7 フレキシブルインターフェース
8 コイル
9、9a、9b ヨーク
10、10a、10b 櫛歯
11 冷却部
12 固定子
13 駆動回路
14 制御部
21 凸部
Claims (6)
- 可動子および固定子を有する平面パルスモータであって、
前記可動子は、磁性体を含んで構成され、かつ、前記固定子に対向する面に複数の凸部を有し、
前記固定子は、前記可動子を駆動するための複数の磁気発生ユニットを有し、各磁気発生ユニットは、複数の櫛歯を有するヨークと、前記ヨークを励磁するコイルとを有し、
前記平面パルスモータは、前記複数の磁気発生ユニットのうち、前記可動子の駆動方向に沿った前記可動子の中心線を跨がず、かつ、前記可動子が存在する領域からはみ出していない磁気発生ユニット、から選択される磁気発生ユニットを動作させることによって前記可動子の回転を制御する制御部を備える、
ことを特徴とする平面パルスモータ。 - 前記制御部は、前記複数の磁気発生ユニットのうち、前記可動子の駆動方向に沿った前記可動子の中心線を跨がず、かつ、前記可動子が存在する領域からはみ出しておらず、かつ、前記駆動方向に前記可動子を駆動可能な磁気発生ユニットを動作させることによって前記可動子の回転を制御する、
ことを特徴とする請求項1に記載の平面パルスモータ。 - 前記複数の磁気発生ユニットは、第1方向に前記可動子を駆動するための複数の第1磁気発生ユニットと、前記第1方向に直交する第2方向に前記可動子を駆動するための複数の第2磁気発生ユニットとを含み、
前記複数の第1磁気発生ユニットおよび前記複数の第2磁気発生ユニットがチェッカーボードパターン状に配列されている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の平面パルスモータ。 - 前記駆動方向における前記可動子の大きさが前記駆動方向における前記固定子の大きさよりも小さい、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の平面パルスモータ。 - 原版のパターンを基板に転写する露光装置であって、
前記基板を位置決めする位置決め機構と、
前記原版のパターンを前記基板に投影する投影光学系とを備え、
前記位置決め機構は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の平面パルスモータを含み、前記平面パルスモータの可動子の上に配置された基板チャックによって前記基板が保持される、
ことを特徴とする露光装置。 - デバイス製造方法であって、
感光剤が塗布された基板を請求項5に記載の露光装置によって露光する工程と、
該感光剤を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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