JP4314555B2 - Linear motor device, stage device, and exposure device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク又は感光基板等の物体を保持した状態で直線的に又は二次元平面内で移動させるステージ部を駆動するリニアモータ装置、並びに当該リニアモータ装置を備えるステージ装置及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、その他のマイクロデバイスの製造においては、露光装置を用いてフォトマスクやレチクル（以下、これらを総称する場合には、マスクという）に形成された微細なパターンをフォトレジスト等の感光剤が塗布された半導体ウェハやガラスプレート等（以下、これらを総称する場合には、感光基板という）の上に転写することが繰り返し行われる。
【０００３】
上記露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（所謂、ステッパ）又はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が用いられることが多い。ステッパは、マスクと感光基板との相対的な位置合わせを行った後で、マスクに形成されたパターンを感光基板上に設定された１つのショット領域に一括して転写し、転写後に感光基板をステップ移動させて他のショット領域の露光を行う露光装置である。また、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、マスクと感光基板とを相対的に移動（走査）させつつマスクに形成されたパターンを逐次感光基板に転写した後、走査方向に対して直交する方向に感光基板を所定距離移動させた後で再度走査露光を行う露光装置である。
【０００４】
上記のステッパは、マスクの位置は固定で感光基板の位置を可変させてマスクと感光基板との相対位置を変えつつマスクパターンの転写を行うため、感光基板を保持した状態で移動可能に構成された基板ステージを備える。また、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置は、マスクと感光基板とを共に移動させる必要があるため、マスクを保持した状態で移動可能に構成されたマスクステージと感光基板を保持した状態で移動可能に構成された基板ステージとを備える。これらのステージの多くはマスク又は感光基板を高精度で移動させるための駆動源としてリニアモータ装置を備える。
【０００５】
上記のリニアモータ装置の基本構成は、マスク又は感光基板を保持した状態で移動可能に構成されたステージ部の移動方向に沿って複数のコイルを配列したコイル列と同方向に沿って複数の磁石を配列した磁石列とを近接配置した構成であり、コイル列及び磁石列の何れか一方にステージ部が取り付けられる。尚、これらのコイル列及び磁石列のうち、ステージ部が取り付けられた部材が可動子となり、他方が固定子となる。そして、コイル列をなすコイルのうちの通電するコイルを選択して切り替えつつ複数相（例えば、３相）の電流を供給することにより、コイル列と磁石列との間に推力を発生させてコイル列と磁石列とを相対移動させることで、ステージ部を移動させている。
【０００６】
リニアモータ装置に電流を供給してステージ部を移動させる際には、ステージ部の加速及び減速に伴って、その質量と加速度との積に応じた大きさの反力（ニュートン第３法則）が生ずる。この反力はステージの基礎をなす定盤に加わり、定盤と機械的に結合された投影光学系及びステージの機構に不要な振動を発生させたり、露光装置のコラムに不要な応力を加えて構造物の機械的な配置又は構造物自体を歪ませ、その結果として重ね合わせ精度の悪化を招いてしまう。
【０００７】
かかる不具合を解消するため、従来のステージは上記のリニアモータ装置とは別個に反力処理用モータを設けており、リニアモータ装置の駆動に合わせて反力処理用モータを駆動することで、ステージ部の加速・減速に伴って生ずる反力を処理していた。尚、従来のリニアモータ装置の構成及び駆動方法に関連する先行技術文献情報としては以下の特許文献１〜３がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１９９７８２号公報
【特許文献２】
特開２００１−１２６９７７号公報
【特許文献３】
特開２００１−１１２２３４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように従来のステージはリニアモータ装置以外に反力処理用モータを備える必要があったため、ステージのコスト、ひいては露光装置全体のコストを上昇させる一因となっていた。
【００１０】
また、二次元的に移動可能に構成されたステージとして、Ｙ方向に沿って配置された２つの第１のリニアモータ装置とＸ方向に沿って配置された１つの第２のリニアモータ装置とを備え、第１のリニアモータ装置の可動子の各々に第２のリニアモータ装置の固定子をガイドバーとともに取り付け、第２のリニアモータ装置の可動子にステージ部を取り付けた構成のものがある。かかる構成のステージは、第２のリニアモータ装置を駆動することで、その可動子に取り付けられたステージ部をＸ方向に移動させ、第１のリニアモータ装置を駆動して第１のリニアモータ装置とガイドバーとを一体的に移動させることによりステージ部をＹ方向に移動させる。
【００１１】
以上の構成のステージにおいては、ステージ部をＸ方向に移動させるときには、その反力がガイドバーを介して第１のリニアモータ装置に伝達されるため、反力処理用のモータを備える必要があるという問題があった。また、ステージ部をＹ方向に移動させるときには、２つの第１のリニアモータ装置を駆動して第２のリニアモータ装置及びガイドバーを一体的に移動させているため、リニアモータ装置及びガイドバーの総合的な剛性が低いと、第１のリニアモータ装置の可動子に対するステージ部の動作に遅れが生じ、ステージ部の加速終了後における整定時間が長くなって同期精度及びスループットの低下を招くという問題があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト低減を図ることができ、且つ同期精度及びスループットの向上を図ることができるリニアモータ装置、並びに当該リニアモータ装置を備えるステージ装置及び露光装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によるリニアモータ装置は、第１方向（ｙ方向）と、当該第１方向と交差する第２方向（ｘ方向）とに沿って推力を発生するリニアモータ装置（１０）において、前記第１方向に直交する方向に延びた電流経路である第１部分（１３ａ）と、前記第１部分と連続し前記第２方向に直交する方向に延びた電流経路である第２部分（１３ｂ）とを有するコイル（１３）を、前記第１方向に沿って複数配列したコイル列（１４）を備えたコイルユニット（１１）と、前記第１方向に沿って配列された複数の磁石（１８、２１）を有し前記コイルの前記第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列（２６、２７）と、前記第１方向に関して前記第１磁石列とは異なる領域に配置され前記第２部分に対して磁界を発生する第２磁石列（３０、３１）とを有する磁石ユニット（１２）とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、第１部分（第１方向に直交する方向に延びた電流経路）と、第１部分と連続する第２部分（第２方向に直交する方向に延びた電流経路）とを有するコイルを第１方向に沿って複数配列したコイル列をコイルユニットに設けるとともに、コイルの第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列と、第１方向に関して第１磁石列とは異なる領域に配置されコイルの第２部分に対して磁界を発生する第２磁石列とを磁石ユニットに設けたため、リニアモータ装置単体で第１方向及び第２方向の両方向に対して推力を発生させることができる。このため、リニアモータ装置の動作に伴って生ずる反力を処理するための反力処理用のモータをリニアモータ装置と別個に設ける必要がなくなり、コスト低減を図ることができるとともに、同期精度及びスループットの向上を図ることができる。
この場合において、前記第２磁石列を構成する各々の磁石の前記第１方向に沿った方向の長さを、前記コイルの前記第２部分の長さの少なくとも２倍の長さにしてもよい。これにより、コイルに供給する電流の切替時においても第２方向に一定の推力を発生させることができる。
ここで、本発明の第１の観点によるリニアモータ装置は、前記第２磁石列が、前記第１磁石列の前記第１方向両端の外側にそれぞれ設けられることが好ましい。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によるリニアモータ装置は、第１方向（ｙ方向）と、当該第１方向と交差する第２方向（ｘ方向）とに沿って推力を発生するリニアモータ装置（４０）において、前記第１方向に直交する方向に延びた電流経路である第１部分（４７ａ）を有する第１コイル（４７）を前記第１方向に沿って複数配列したコイル列（４８）と、前記第１コイルと異なる形状のコイルであって前記第２方向に直交する方向に延びた電流経路である第２部分（４９ｂ）を有し、前記コイル列に隣接して前記第１コイルの配列軸上に設けられた第２コイル（４９）とを備えるコイルユニット（４２）と、異なる磁極が互いに隣り合う様に前記第１方向に沿って配列された複数の磁石（４３）を有し前記コイル列の前記第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列（４４）と、前記第１方向に沿って延在するとともに前記第２方向に配列された複数の磁石（４５）を有し前記第２コイルの前記第２部分に対して磁界を発生する第２磁石列（４６）とを備える磁石ユニット（４１）とを有することを特徴としている。
この発明によれば、第１部分（第１方向に直交する方向に延びた電流経路）を有する第１コイルを第１方向に沿って複数配列したコイル列と、第１コイルとは異なる形状のコイルであって第２部分（第２方向に直交する方向に延びた電流経路）を有し、コイル列に隣接して第１コイルの配列軸上に設けられた第２コイルとをコイルユニットに設けるとともに、コイル列に含まれる第１コイルの第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列と、第２コイルの第２部部に対して磁界を発生する第２磁石列とを磁石ユニットに設けたため、リニアモータ装置単体で第１方向及び第２方向の両方向に対して推力を発生させることができる。このため、リニアモータ装置の動作に伴って生ずる反力を処理するための反力処理用のモータをリニアモータ装置と別個に設ける必要がなくなり、コスト低減を図ることができるとともに、同期精度及びスループットの向上を図ることができる。
また、本発明の第２の観点によるリニアモータ装置は、前記第２コイルが、２つの前記第２部分と、当該２つの前記第２部分に連続し前記第１方向と直交する方向に延びた２つの電流経路（４９ａ）とを有し、前記２つの電流経路は前記第１磁石列の有する磁石の同極間距離の整数倍に等しい間隔であることを特徴としている。
ここで、本発明の第２の観点によるリニアモータ装置は、前記第２コイルが、前記第１コイルを有する前記コイル列を前記第１方向に挟んで２つ設けられることが好ましい。
また、本発明の第２の観点によるリニアモータ装置は、前記第２磁石列が、前記第１磁石列を前記第２方向に挟んで２つ設けられることが好適である。
また、本発明に係るステージ装置は、物体（Ｗ）を載置して移動可能な可動部（６８）と当該可動部を駆動する駆動装置（６６、６７）とを有するステージ装置（６４）において、前記駆動装置として前記第１又は第２の観点によるリニアモータ装置を少なくとも一つ用いることを特徴としている。これにより可動部に対して互いに直交する２方向に対して推力を発生することができるので、一の駆動方向と直交する他の方向に推力が必要な場合でも別の駆動装置を設ける必要はなく装置構成を簡略化することができる。
また、本発明に係る露光装置は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンを感光基板（Ｗ）に転写する露光装置であって、前記マスクを載置するマスクステージ（９８）と、前記感光基板を載置する基板ステージ（１０５）とを備え、前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一方として前記ステージ装置を備えることを特徴としている。これによれば、基板ステージやマスクステージの移動反力処理用のモータや、マスクステージ微動用のモータを別個に設ける必要がなく、コストの低減を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるリニアモータ装置について詳細に説明する。
【００１５】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示したリニアモータ装置の上面透視図であり、図３は、図１及び図２中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。尚、以下の説明においては、ｘｙｚ直交座標系を設定し、このｘｙｚ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ｘｙｚ直交座標系は、ｙ軸が固定子１１に対する可動子１２の相対移動方向に設定され、ｚ軸が鉛直上方向に設定されている。
【００１６】
図１に示すリニアモータ装置１０が備えるコイルユニットとしての固定子１１は、第１方向としてのｙ方向に沿って配列された複数のコイル１３からなるコイル列１４を備える。コイル列１４をなす各々のコイル１３は銅の丸線又は平角線をほぼ矩形形状に所定回数（例えば、数十〜数百回）巻回させて形成されている。各々のコイル１３は、その長辺部分１３ａ（第１部分）が第２方向としてのｘ軸とほぼ平行になり、短辺部分１３ｂ（第２部分）が第１方向としてのｙ軸とほぼ平行になるように、且つ、巻回面がｘｙ平面とほぼ平行となるように、つまりコイル１３に電流を流したときにコイル１３の中心において発生する磁界の方向がｚ軸とほぼ平行となるように配置されている。尚、コイル１３の巻線の材質は銅に限られるわけではなく、アルミ線を用いても良い。
【００１７】
コイル列１４は冷却管１５に収容される。冷却管１５は、非磁性ＳＵＳ材で形成された矩形の断面形状を有する環状の部材であって、その内部に冷却液が導入される。尚、冷却管１５は非磁性ＳＵＳ材に限られるわけではなく、非磁性であってＳＵＳ材程度又はそれ以上のヤング率を有する材質で形成することができる。また、冷却液の粘性抵抗を考慮してＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で形成することも可能である。
【００１８】
冷却管１５は、ｙ方向における端部において固定部材１６，１７で固定されている。固定部材１６には端子台１６ａが設けられており、コイル列１４をなす各コイル１３が端子台１６ａに結線されており、三相交流がこの端子台１６ａを介して各コイル１３に供給される。尚、各コイル１３の結線方法の詳細については後述する。また、冷却管１５に対する冷却液の導入口及び排出口は固定部材１６，１７の近傍であって、冷却管１５の側面にそれぞれ設けられている。
【００１９】
次に、リニアモータ装置１０が備える磁石ユニットとしての可動子１２は、磁石１８，１９（図２及び図３参照）が張り合わされた平板状の上ヨーク２０と、磁石２１，２２が張り合わされた平板状の下ヨーク２３と、上ヨーク２０及び下ヨーク２３をｘ方向における両端で支持する支柱部材２４，２５とからなる磁気回路を備える。上記固定子１１を構成するコイル列１４（コイル１３）及び冷却管１５は可動子１２の中央の空隙部に配置される。
【００２０】
磁石１８，１９，２１，２２はネオジウム・鉄・コバルト磁石で形成され、上ヨーク２０及び下ヨーク２３はＳＳ４００相当の低炭素鋼により形成され、支柱部材２４，２５は、軽量化のためにアルミ合金で形成されている。尚、磁石１８，１９，２１，２２は、上記のネオジウム・鉄・コバルト磁石以外に、サマリウム・コバルト磁石又はネオジム・鉄・ボロン磁石等の希土類磁石を用いることも可能である。
【００２１】
図１及び図２に示すように、磁石１８，２１はｘ方向の長さがコイル１３の長辺部分１３ａの長さと同程度に設定され、それぞれｙ方向に沿って交互に極性が変化するように複数配列されており、複数の磁石１８を含んで磁石列２６（図２参照）が構成されるとともに、複数の磁石２１を含んで磁石列２７が構成されている。これらの磁石列２６，２７は本発明にいう第１磁石列に相当するものであり、コイル列１４をなす各コイル１３の長辺部分１３ａと重なるように（長辺部分１３ａの＋ｚ方向に磁石列１８が位置し、−ｚ方向に磁石列２７が位置するように）配置される。
【００２２】
また、図３に示すように、磁石１８及び磁石２１の各々はコイル列１４を挟んで対をなすよう（各々のｙ方向における位置が一致するように）配置され、対をなす磁石１８及び磁石２１の磁界の向きは同一に設定される。このように配置された磁石列２６，２７は主にコイル１３の長辺部分１３ａに対して磁界を形成してｙ方向の推力を発生させるために設けられる。
【００２３】
更に、本実施形態では、図３に示すように、磁石列２６をなす磁石１８間に補助磁石２８が配置され、磁石列２７をなす磁石２１間に補助磁石２９が配置されている。補助磁石２８は、可動子１２の空隙部における磁束密度を高めるために、その磁界の方向が磁石１８の磁界の方向と９０度をなすように（磁界の方向がｙ方向に沿うように）配置される。同様に、補助磁石２９は、可動子１２の空隙部における磁束密度を高めるために、その磁界の方向が磁石２１の磁極と９０度をなすように配置されている。
【００２４】
つまり、図３を参照して磁束の経路を考えると、何れかの磁石１８（これを、第１磁石という）、補助磁石２８、第１磁石とは異なる磁石１８、コイル列１４（空隙部）、磁石２１（これを第２磁石という）、補助磁石２９、第２磁石とは異なる磁石２１、コイル列１４（空隙部）、及び第１磁石という経路が形成される。この経路内に補助磁石２８，２９がそれぞれ設けられるため、空隙部における磁束が高められることが分かる。空隙部における磁束密度が高くなると、リニアモータ装置で発生する推力も向上する。尚、図３に示すように、各々の補助磁石２８，２９も対をなすように配置されるが、対をなす補助磁石２８，２９が形成する磁界の方向が互いに反対になるように設定される。
【００２５】
また、上ヨーク２０に張り合わされた磁石１９は、ｙ方向の長さがコイル１３のｙ方向の長さ（短辺部分１３ｂ）の２倍の長さに設定され、ｘ方向に沿ってほぼコイル１３の長辺部分１３ａの長さ分だけ離間して配列されて磁石列３０を構成している。この磁石列３０は、磁石１９の一方の極（図２に示した例において、−ｘ側に配置された磁石１９ではＳ極の反対の極であるＮ極、＋ｘ側に配置された磁石１９ではＮ極の反対の極であるＳ極）が隣接する２つのコイル１３の短辺部分１３ｂと対面するように配置されるとともに、磁石列２６のｙ方向における両端の外側に設けられている。つまり、１つのコイル１３内において、磁石列３０をなす磁石１９のそれぞれは、異なる極が短辺部分１３ｂのそれぞれに対面するよう設定される。
【００２６】
同様に、下ヨーク２３に張り合わされた磁石２２は、ｙ方向の長さがコイル１３のｙ方向の長さ（短辺部分１３ｂ）の２倍の長さに設定され、ｘ方向に沿ってほぼコイル１３の長辺部分１３ａの長さ分だけ離間して配列されて磁石列３１を構成している。この磁石列３１は、上ヨーク２０に張り合わされた磁石１９と同様に、磁石列２７のｙ方向における両端の外側において磁石２２の一方の極（−ｘ側に配置された磁石２２ではＳ極、＋ｘ側に配置された磁石２２ではＳ極）が隣接する２つのコイル１３の短辺部分１３ｂと重なるように配置されている。
【００２７】
これらの磁石列３０，３１は、主にコイル１３の短辺部分１３ｂに対して磁界を形成してｘ方向の推力を発生させるために設けられる。尚、これらの磁石列３０，３１は本発明にいう第２磁石列に相当するものである。ここで、磁石列３０，３１のｙ方向の長さがコイル１３のｙ方向の長さの２倍の長さに設定されるのは、ｘ方向の推力を連続的に発生させ、モーメントを抑えるためである。
【００２８】
つまり、本実施形態では、コイル列１４に供給する電流の切り替え方を制御することで、コイル列１４と磁石列２６，２７との間でｙ方向の推力を発生させ、コイル列１４と磁石列３０，３１との間でｘ方向の推力を発生させている。コイル列３０，３１をなす磁石１９，２２のｙ方向の長さがコイル１３のｙ方向の長さ（短辺部分１３ｂ）の２倍より長く設定されているので、磁石１９，２２の発生する磁界の中には少なくとも一つのコイル１３が必ず存在することになる。そして、この磁石１９，２２の発生する磁界の中に存在する一つのコイル１３に電流を供給し、２つのコイル１３が同時に前記磁界内に存在するときに電流供給するコイル１３を切り替えることによって常に一定の推力を発生させることができ、コイル切替により推力が変動することはない、
【００２９】
また、図２に示すように、コイル列１４をなすコイル１３は、ｙ方向に沿って順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の電流が供給されるように冷却管１５内又は端子台１８の付近位置で結線されている。また、コイル１３のｙ方向における配列間隔（ピッチ）をｐとし、磁石１８，２１のｙ方向における配列間隔をＰｍとすると、４Ｐｍ＝３ｐとなるように、コイル１３及び磁石１８，２１はそれぞれ配列されている。このように、本実施形態のリニアモータ装置は、固定子１１にコイル（コイル列）が設けられ、可動子１２に磁石（磁石列）が設けられた所謂ムービングマグネット型のリニアモータ装置である。
【００３０】
次に、各コイル１３の結線方法について詳細に説明する。図４は、本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置が備える各コイル１３の結線図である。図４に示す通り、本実施形態のリニアモータ装置に設けられるコイル列１４は、計１２個のコイル１３を有しており、これらのコイル１３のうち４個のコイル１３（Ｕ１〜Ｕ４）はＵ相の電流Ｉ_ｕが供給されるコイルであり、他の４個のコイル１３（Ｖ１〜Ｖ４）はＶ相の電流Ｉ_ｖが供給されるコイルであり、残りの４個のコイル１３（Ｗ１〜Ｗ４）はＷ相の電流Ｉ_ｗが供給されるコイルである。
【００３１】
これらの１２個のコイル１３は、図２に示す通り−ｙ方向に向かって、Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、……、Ｕ４、Ｖ４、Ｗ４の順に配列されている。尚、以下の説明において、コイル１３の各々を区別する場合には、符号１３に替えて各々の相を示す符号を付し、例えばコイルＵ１、コイルＶ２といった具合に表記する。
【００３２】
三相の交流であるＵ相の電流Ｉ_ｕ、Ｖ相の電流Ｉ_ｖ、及びＷ相の電流Ｉ_ｗは、電流増幅部３５ａ〜３５ｃを介して所定の電流値となるように調整される。電流増幅部３５ａ〜３５ｃは、電流アンプと電流検出器とを備え、電流検出器の検出値を電流アンプにフィードバックして電流アンプのゲインを調整している。Ｕ相の電流Ｉ_ｕは、コイルＵ１〜Ｕ４の一端に設けられたスイッチ部３６ａ（ＳＷ１〜ＳＷ４）を介してコイルＵ１〜Ｕ４のそれぞれに供給される。また、コイルＵ１〜Ｕ４のそれぞれを介した電流はコイルＵ１〜Ｕ４の他端に設けられたスイッチ部３６ｂ（ＳＷ１〜ＳＷ４）を介して流出する。スイッチ部３６ｂはそれぞれ共通電極Ｃに接続されている。
【００３３】
スイッチ部３６ａ，３６ｂのオン・オフ制御をしてＵ相の電流Ｉ_ｕを供給するコイルＵ１〜Ｕ４を切り替えて、コイルＵ１〜Ｕ４により形成される磁界のｙ方向の位置を変化させることにより、連続的にｙ方向の推力を発生させることができる。尚、スイッチ部３６ａに含まれるスイッチＳＷ１〜ＳＷ４は各々独立してオン・オフ制御を行うことができるが、スイッチ部３６ｂはスイッチ部３６ａのオン・オフに同期して動作する。例えば、スイッチ部３６ｂに含まれるスイッチＳＷ１は、スイッチ部３６ａに含まれるスイッチＳＷ１のオン・オフに合わせて動作し、スイッチ部３６ｂに含まれるスイッチＳＷ２は、スイッチ部３６ａに含まれるスイッチＳＷ２のオン・オフに合わせて動作する。
【００３４】
Ｖ相の電流Ｉ_ｖは、コイルＶ１〜Ｖ４の一端に設けられたスイッチ部３７ａ（ＳＷ１〜ＳＷ４）を介してコイルＶ１〜Ｖ４のそれぞれに供給され、また、コイルＶ１〜Ｖ４のそれぞれを介した電流はコイルＶ１〜Ｖ４の他端に設けられたスイッチ部３７ｂ（ＳＷ１〜ＳＷ４）を介して共通電極Ｃに流入する。尚、スイッチ部３７ａとスイッチ部３７ｂとは、スイッチ部３６ａ及びスイッチ部３６ｂの関係と同様の関係をもって動作する。
【００３５】
同様に、Ｗ相の電流Ｉ_ｗは、コイルＷ１〜Ｗ４の一端に設けられたスイッチ部３８ａ（ＳＷ１〜ＳＷ４）を介してコイルＷ１〜Ｗ４のそれぞれに供給され、また、コイルＷ１〜Ｗ４のそれぞれを介した電流はコイルＷ１〜Ｗ４の他端に設けられたスイッチ部３８ｂ（ＳＷ１〜ＳＷ４）を介して共通電極Ｃに流入する。スイッチ部３７ａとスイッチ部３７ｂとは、スイッチ部３６ａ及びスイッチ部３６ｂの関係と同様の関係をもって動作する。尚、Ｕ相の電流Ｉ_ｕを制御するスイッチ部３６ａ，３６ｂ、Ｖ相の電流Ｉ_ｖを制御するスイッチ部３７ａ，３７ｂ、及びＷ相の電流Ｉ_ｗを制御するスイッチ部３８ａ，３８ｂは、相間で従属関係はなく独立してオン・オフを制御することができる。
【００３６】
また、本実施形態のリニアモータ装置は、ｘ方向に推力を発生させるための電流Ｉ_ｔが供給されている。この電流Ｉ_ｔは、直流電流であり、電流増幅部３５ｄを介して所定の電流値となるように調整される。この電流増幅部３５ｄは、電流増幅部３５ａ〜３５ｃと同様の構成であり、電流アンプと電流検出器とを備え、電流検出器の検出値を電流アンプにフィードバックして電流アンプのゲインを調整している。
【００３７】
電流Ｉ_ｔは、スイッチ部３６ａ〜３８ａの各々に含まれるスイッチＳＷ５〜ＳＷ８を介してコイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４のそれぞれに供給される。また、コイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４のそれぞれを介した電流はコイルＵ１〜Ｕ４，Ｖ１〜Ｖ４，Ｗ１〜Ｗ４の他端に設けられたスイッチ部３６ａ〜３８ａの各々に含まれるスイッチＳＷ５〜ＳＷ８を介して流出するよう構成されている。
【００３８】
スイッチ部３６ａ〜３８ａに含まれるスイッチＳＷ５〜ＳＷ８は、相内及び相間で従属関係はなく独立してオン・オフを制御することができる。また、スイッチ部３６ｂ〜３８ｂに含まれるスイッチＳＷ５〜ＳＷ８のそれぞれは、スイッチ部３６ａ〜３８ａに含まれるスイッチＳＷ５〜ＳＷ８の各々のオン・オフ動作に従属して動作する。このように、本実施形態においてはｙ方向に推力を発生させるためのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４とは別個にｘ方向に推力を発生させるためのスイッチＳＷ５〜ＳＷ８が設けられており、それぞれのオン・オフ制御を個別にすることによって、ｙ方向のみの推力発生、ｘ方向のみの推量発生、又はｘ方向とｙ方向との両方向への推力発生を制御することができるように構成される。
【００３９】
尚、図４においては、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相毎に電流増幅部３５ａ〜３５ｃを設けた構成について説明したが、必ずしも三相全てに電流増幅部を設ける必要はなく、三相のうちの二相のみに設けた構成であってもよい。但し、かかる構成にする場合には、共通電極Ｃにおける電流総和がＩ_ｕ＋Ｉ_ｖ＋Ｉ_ｗ＝０なる関係が満たされることが必要十分条件となる。
【００４０】
次に、本実施形態のリニアモータ装置を駆動する際におけるスイッチ部３６ａ，３６ｂ、３７ａ，３７ｂ、３８ａ，３８ｂの切り替えシーケンスについて説明する。図５は、本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置を駆動する際の切り替えシーケンスを示す図表である。本実施形態のリニアモータ装置は、固定子１１に対する可動子１２の位置に応じてスイッチ部３６ａ，３６ｂ、３７ａ，３７ｂ、３８ａ，３８ｂの切り替え制御を行っている。
【００４１】
図５に示した図表において、横方向の欄は固定子１１と可動子１２との規格化ずれ量Δｎｄを示しており、縦方向の欄はスイッチ部３６ａ，３６ｂ、３７ａ，３７ｂ、３８ａ，３８ｂに設けられたスイッチＳＷ１〜ＳＷ８のオン・オフ状態を示している。この図表において数値「０」が付されている箇所はスイッチがオフ状態にあることを示し、数値「１」が付されている箇所はｙ方向に推力を発生させるときにスイッチがオン状態になることを示し、数値「２」が付されている箇所はｘ方向に推力を発生させるときにスイッチがオン状態になることを示している。
【００４２】
ここで、図２及び図３に示すように、固定子１１の中心位置に対する可動子１２の中心位置のｙ方向における位置ずれ量をΔｄとする。上記の規格化ずれ量Δｎｄは、この位置ずれ量Δｄを固定子１２に設けられたコイル１３の配列間隔（ピッチ）ｐで規格化したものである。いま、可動子１２の中心が固定子１１の中心からずれた位置に配置されており、その位置ずれ量Δｄが６６ｍｍであり、コイル１３の配列間隔ｐが３０ｍｍであるとすると、このときの規格化ずれ量Δｎｄは１．２ｐとなる。
【００４３】
この規格化ずれ量Δｎｄは、図５に示す図表において、ｐ〜１．５ｐの範囲の値である。よって、固定子１１と可動子１２との位置関係がΔｎｄ＝１．２ｐとなる場合において、ｙ方向のみに推力を発生させるためにはＵ相のスイッチＳＷ２、Ｖ相のスイッチＳＷ２、及びＷ相のスイッチＳＷ２をオン状態にして、コイルＵ２、コイルＶ２、及びコイルＷ２に電流を供給する。また、固定子１１と可動子１２との位置関係がΔｎｄ＝１．２ｐとなる場合において、ｘ方向のみに推力を発生させるためには、Ｖ相のスイッチＳＷ５とＷ相のスイッチＳＷ７とをオン状態にして、コイルＶ５及びコイルＷ７に電流を供給する。
【００４４】
また、上記の位置関係において、ｘ方向とｙ方向の両方に推力を発生させるためには、Ｕ相のスイッチＳＷ２、Ｖ相のスイッチＳＷ２、Ｗ相のスイッチＳＷ２、Ｖ相のスイッチＳＷ５、及びＷ相のスイッチＳＷ７をオン状態にして、コイルＵ２、コイルＶ２、コイルＷ２、コイルＶ５、及びコイルＷ７に電流を供給する。このように、本実施形態においては、図５に示した図表に従って固定子１１と可動子１２との位置関係に応じて通電するコイルを切り替えることで、ｘ方向のみ、ｙ方向のみ、又はｘ方向とｙ方向との両方向へ推力を発生させることができる。尚、図５から明らかなように、同一のコイルに対してｙ方向推力発生用の電流（Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗ）とｘ方向推力発生用の電流Ｉ_ｔとが同時に供給されることはなく、個々のコイル１３は、固定子１１と可動子１２との位置関係に応じてそれぞれｘ方向のみ又はｙ方向のみの推力を発生する。
【００４５】
以上、本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置について説明した。上記の実施形態においては、磁石１９のｙ方向の長さがコイル１３のｙ方向の長さ（短辺部分１３ｂ）の２倍の長さである場合を例に挙げて説明したが、磁石１９のｙ方向の長さはコイル１３のｙ方向の長さの少なくとも２倍であればよい。つまり、モーメントの発生をより効果的に抑えられるのであれば、磁石１９のｙ方向の長さがコイル１３のｙ方向の長さの２倍以上であっても良い。
【００４６】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置について説明する。図６は、本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置の構成を示す図であり、一部を上面透視図としている。図６に示す本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置４０は、磁石ユニットとしての固定子４１とコイルユニットとしての可動子４２とを備える。
【００４７】
磁石ユニットとしての固定子４１は、第１方向としてのｙ方向に沿って交互に極性が変化するように（異なる磁極が互いに隣り合うように）配列された複数の磁石４３を有する磁石列４４と、ｙ方向に延在し（ｙ方向の長さが磁石列４４のｙ方向の長さと同程度に設定され）、第２方向としてのｘ方向に磁石列４４を挟むように配列された磁石４５からなる磁石列４６とを備える。尚、上記磁石列４４は本発明にいう第１磁石列に相当し、磁石列４６は本発明にいう第２磁石列に相当する。
【００４８】
上記磁石４３，４５はネオジウム・鉄・コバルト磁石、サマリウム・コバルト磁石、又はネオジム・鉄・ボロン磁石等の希土類磁石を用いることが可能である。尚、磁石列４４によって形成される磁束密度を高めるため、第１実施形態と同様に磁石列４４は磁石４３の間に補助磁石を備える構成であることが望ましい。
【００４９】
また、コイルユニットとしての可動子４２は、第１方向としてのｙ方向に沿って配列された複数（図６に示した例では６個）のコイル４７からなるコイル列４８と、ｙ方向においてコイル列４８の両端外側に設けられた２つのコイル４９とを備える。尚、上記コイル４７は本発明にいう第１コイルに相当し、コイル４９は本発明にいう第２コイルに相当する。
【００５０】
コイル列４８をなす各々のコイル４７は銅の丸線又は平角線をほぼ矩形形状に所定回数（例えば、数十〜数百回）巻回させて形成されている。尚、コイル４７の巻線の材質は銅に限られるわけではなく、アルミ線を用いても良い。コイル４７のｘ方向の長さは、磁石列４４をなす磁石４３のｘ方向の長さよりも長くなり、且つ磁石列４６をなす磁石４５の配列間隔よりも短くなるように設定されている。また、コイル４７のｙ方向における配列間隔（ピッチ）をｐとし、磁石４３のｙ方向における配列間隔をＰｍとすると、４Ｐｍ＝３ｐとなるように、コイル４７及び磁石４３はそれぞれ配列されている。
【００５１】
コイル４７は、その長辺部分４７ａ（第１部分）が第２方向としてのｘ軸とほぼ平行になり、短辺部分４７ｂが第１方向としてのｙ軸とほぼ平行になるように、且つ、巻回面がｘｙ平面とほぼ平行となるように、つまりコイル４７に電流を流したときにコイル４７の中心において発生する磁界の方向がｚ軸とほぼ平行となるように配置されている。また、コイル４７は、その長辺部分４７ａが磁石列４４をなす磁石４３と重なるように（コイル４７の長辺部分４７ａの−ｚ方向に磁石列４４が位置するように）、且つ磁石列４６をなす磁石４５と重ならないようにｘ方向の位置が設定されている。かかる配置において、磁石列４４はｙ方向の推力を発生させるために、主にコイル４７の長辺部分４７ａに対して磁界を形成する。
【００５２】
コイル４９はコイル４７と同様に銅の丸線又は平角線をほぼ矩形形状に所定回数（例えば、数十〜数百回）巻回させて形成されている。尚、コイル４９の巻線の材質は銅に限られるわけではなく、アルミ線を用いても良い。コイル４９のｘ方向の長さは磁石列４６をなす磁石４５の配列間隔と同程度に設定されており、第１方向に延びる短辺部分４９ｂ（第２部分）の各々が、磁石４５の一方の極（−ｘ側に配置された磁石４５ではＮ極、＋ｘ側に配置された磁石４５ではＮ極）に近接する位置に配置される。磁石４５（磁石列４６）はｘ方向の推力を発生させるために、主にコイル４９の短辺部分４９ｂに対して磁界を形成する。
【００５３】
また、ｙ方向におけるコイル４９の長辺部分４９ａ（第１方向と直交する方向に延びた２つの電流経路）の間隔は、磁石列４４をなす磁石４３の配列ピッチの２倍（２Ｐｍ）に設定されている。これは、コイル４９に電流を流したときに、磁石列４４がコイル４９の第１部分４９ａに形成する磁界によって発生する合成推力を零にするためである。つまり、コイル４９の各々の長辺部分４９ａに流れる電流は互いに反対方向（一方が＋ｘ方向であり、他方が−ｘ方向）である。コイル４９の長辺部分４９ａのｙ方向における間隔を磁石４３の配列ピッチの２倍（２Ｐｍ）とすると、各々の長辺部分４９ａにはコイル４９のｙ方向の位置に拘わらず同極の磁石４３が近接することになる。
【００５４】
このため、それぞれの長辺部分４９ａでは互いに反対方向の推力（一方の推力は＋ｙ方向であり、他方の推力は−ｙ方向である）が発生し、その結果として合成推力は零となる。このように、本実施形態においては、コイル４９に電流を流すことによりｘ方向のみの推力を発生させることができるよう構成されている。以上のように、本実施形態のリニアモータ装置は、固定子４１に磁石（磁石列）が設けられ、可動子４２にコイル（コイル列）が設けられた所謂ムービングコイル型のリニアモータ装置である。
【００５５】
また、図６に示すように、コイル列４８をなす６個のコイル４７には、ｙ方向に沿って順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗが供給されるように結線されており、６個のコイル４７のうち同相の電流が供給される２つのコイル４７が直列接続されている。Ｕ相の電流Ｉ_ｕ、Ｖ相の電流Ｉ_ｖ、及びＷ相の電流Ｉ_ｗは、第１実施形態と同様に、電流増幅部３５ａ〜３５ｃを介して所定の電流値となるように調整される。尚、コイル４７の各々は、各々を介してた電流が共通電極Ｃに流入するように結線されている。
【００５６】
また、２つのコイル４９は直列接続されており、ｘ方向に推力を発生させるための電流Ｉ_ｔが供給されてる。この電流Ｉ_ｔは、直流電流であり、電流増幅部３５ｄを介して所定の電流値となるように調整される。このように、本実施形態においては、コイル列４８をなす６つのコイル４７のうちの同相の２つのコイルがそれぞれ直列接続されるとともに、２つのコイル４９が直列接続されているため、基本的に図４に示すスイッチ部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂは不要となる。
【００５７】
本実施形態においてはコイル列４８のみに対してＵ相の電流Ｉ_ｕ、Ｖ相の電流Ｉ_ｖ、及びＷ相の電流Ｉ_ｗを供給することでｙ方向のみの推力を発生させることができ、コイル４９のみに対して電流Ｉ_ｔを供給することでｘ方向のみの推力を発生されることができ、コイル列４４及びコイル４９に対してＵ相の電流Ｉ_ｕ、Ｖ相の電流Ｉ_ｖ、Ｗ相の電流Ｉ_ｗ、及び電流Ｉ_ｔを供給することで、ｘ方向とｙ方向との両方向へ推力を発生されることができる。
【００５８】
以上、本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置について説明した。上記の実施形態においては、ｙ方向におけるコイル４９の長辺部分４９ａの間隔が磁石４３の配列ピッチの２倍（２Ｐｍ）である場合を例に挙げて説明したが、長辺部分４９ａの間隔は磁石４３の配列ピッチの偶数倍（磁石４３の同極間の距離の整数倍）であっても良い。
【００５９】
また、本実施形態においてはコイル４９をコイル列４８のｙ方向両端に２つ設けたが、コイル４９は、その空心部にコイル列４８を収容し、コイル列４８を取り囲むように設けても構わない。このような構成にすることによりｘ方向推力の発生に寄与するｙ方向と平行な第２部分４９ｂを長く取ることができ、大きな推力を発生することができる。この場合においてもｘ方向と平行な第１部分４９ａの間隔は、磁石４３の配列ピッチの偶数倍（磁石４３の同極間距離の整数倍）とするのが好ましい。これによりコイル４９はｘ方向にのみ推力を発生するようにすることができる。
【００６０】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態によるリニアモータ装置について説明する。図７は、本発明の第３実施形態によるリニアモータ装置の構成を示す図であり、一部を上面透視図としている。図７に示す本発明の第３実施形態によるリニアモータ装置５０は、第２実施形態と同様の固定子５１と可動子５２とを備える。
【００６１】
固定子５１はｙ方向に沿って交互に極性が変化するように（異なる磁極が互いに隣り合うように）配列された複数の磁石５３を有する磁石列５４を備え、可動子５２は、ｙ方向に沿って配列された複数（図６に示した例では６個）のコイル５５からなるコイル列５６を備える。尚、本実施形態においても磁石列５４によって形成される磁束密度を高めるため、磁石列５４は磁石５３の間に補助磁石を備える構成であることが望ましい。
【００６２】
上記磁石５３はネオジウム・鉄・コバルト磁石、サマリウム・コバルト磁石、又はネオジム・鉄・ボロン磁石等の希土類磁石を用いることが可能である。また、コイル列５６をなす各々のコイル５５は銅の丸線又は平角線をほぼ矩形形状に所定回数（例えば、数十〜数百回）巻回させて形成されている。尚、コイル５５の巻線の材質は銅に限られるわけではなく、アルミ線を用いても良い。
【００６３】
コイル５５のｙ方向における配列間隔（ピッチ）をｐとし、磁石５３のｙ方向における配列間隔をＰｍとすると、４Ｐｍ＝３ｐとなるように、コイル５５及び磁石５３はそれぞれ配列されている。また、コイル５５のｘ方向の長さと磁石５３のｘ方向の長さは同程度に設定されているが、コイル５５はその短辺部分５５ｂの一方がコイル列５６と重ならないように磁石５３に対してｘ方向に偏心させて配置されている。つまり、各コイル５５は長辺短辺部分５５ａと他方の短辺部分５５ｂがコイル列５６の＋ｚ方向に位置するように配置される。
【００６４】
かかる配置とするのは、各コイル５５に電流を流したときに、磁石列５４がコイル５５の長辺部分５５ａに形成する磁界によってｙ方向の推力を発生させ、磁石列５４がコイル５５の他方の短辺部分５５ｂに形成する磁界によってｘ方向の推力を発生させるためである。以上のように、本実施形態のリニアモータ装置は、第２実施形態と同様の所謂ムービングコイル型のリニアモータ装置である。
【００６５】
コイル列５６をなす６個のコイル５５には、ｙ方向に沿って順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相の電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗが供給されるように結線されており、６個のコイル５５のうち同相の電流が供給される２つのコイル５５がそれぞれ直列接続されている。Ｕ相の電流Ｉ_ｕ、Ｖ相の電流Ｉ_ｖ、及びＷ相の電流Ｉ_ｗは、第１実施形態と同様に、電流増幅部３５ａ〜３５ｃを介して所定の電流値となるように調整される。尚、コイル４７の各々は、各々を介してた電流が共通電極Ｃに流入するように結線されている。
【００６６】
電流増幅部３５ａ〜３５ｃの入力端には、電圧加算部５７〜５９がそれぞれ接続されている。電圧加算部５７は２つの入力端５７ａ，５７ｂを有し、各々の入力端５７ａ，５７ｂから入力される推力指令電圧を加算して電流増幅部３５ａへ出力する。入力端５７ａにはｙ方向に推力を発生させるためのＵ相主推力指令電圧が入力され、入力端５７ｂにはｘ方向に推力を発生させるためのＵ相副推力指令電圧が入力される。
【００６７】
電圧加算部５８は入力端５８ａから入力されるｙ方向に推力を発生させるためのＶ相主推力指令電圧と、入力端５８ｂから入力されるｘ方向に推力を発生させるためのＶ相副推力指令電圧とを加算して電流増幅部３５ｂへ出力する。同様に、電圧加算部５９は入力端５９ａから入力されるｙ方向に推力を発生させるためのＷ相主推力指令電圧と、入力端５９ｂから入力されるｘ方向に推力を発生させるためのＷ相副推力指令電圧とを加算して電流増幅部３５ｃへ出力する。
【００６８】
以上の構成のリニアモータ装置においては、電圧加算部５７〜５９の入力端５７ａ〜５９ａに入力させるＵ相主推力指令電圧、Ｖ相主推力指令電圧、及びＷ相主推力指令電圧によりｙ方向の推力発生を制御し、入力端５７ｂ〜５９ｂに入力させるＵ相副推力指令電圧、Ｖ相副推力指令電圧、及びＷ相副推力指令電圧によりｘ方向の推力発生を制御する。ここで、Ｕ相副推力指令電圧、Ｖ相副推力指令電圧、及びＷ相副推力指令電圧は、Ｕ相主推力指令電圧、Ｖ相主推力指令電圧、及びＷ相主推力指令電圧各々に対して一定の位相遅れ又は位相進みを有する電圧である。このような位相関係を有する主推力指令電圧及び副推力指令電圧を用いることで、ｙ方向に発生させる推力及びｘ方向に発生させる推力を制御することができる。
【００６９】
〔ステージ装置〕
次に、以上説明した第１実施形態によるリニアモータ装置を備えた本発明に係るステージ装置及びその制御装置の一実施形態について説明する。図８は、本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置を備えるステージ装置及びその制御装置を示す図である。尚、ここでは、ウェハ（半導体ウェハ）Ｗを水平面内で移動させるステージ制御装置について説明する。また、ウェハＷが移動する水平面内に互いに直交するＸ軸及びＹ軸を設定して説明を進める。図８に示すように、ステージ制御装置は、制御コントローラ６０、電流増幅部６１ａ〜６１ｃ、スイッチ部６２ａ〜６２ｃ、及び位置検出部６３ａ，６３ｂを含み、被制御対象としてのステージ装置６４を制御する。
【００７０】
制御コントローラ６０は、予め設定された制御情報（レシピ）と位置検出部６３ａ，６３ｂから出力される検出信号とに基づいて、ステージ装置６４が備えるリニアモータ装置６５〜６７を駆動するための駆動信号を生成し、ウェハＷを載置するステージとしてのウェハステージ６８の動作を制御する。また、制御コントローラ６０は、位置検出部６３ａ，６３ｂから出力される検出信号に基づいてウェハステージ６８の位置情報を算出する位置算出部６０ａと、位置算出部６０ａで算出された位置情報から図５を用いて説明したシーケンスに従ってスイッチ部６２ａ〜６２ｃに含まれる複数のスイッチのオン・オフ制御を行うための制御信号Ｃ１〜Ｃ３を出力する切り替え制御制御信号生成部６０ｂとを含んで構成される。
【００７１】
電流増幅部６１ａ〜６１ｃは、制御コントローラ６０から出力される駆動信号の電流を所定の増幅率で増幅してステージ装置６４に設けられるリニアモータ装置６５〜６７のそれぞれに供給する。この電流増幅部６１ａ〜６１ｃの各々は図４に示した電流増幅部３５ａ〜３５ｄの各々を含んで構成される。スイッチ部６２ａ〜６２ｃは、図４に示すスイッチ部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂを含んで構成され、制御コントローラ６０から出力される制御信号Ｃ１〜Ｃ３の各々に従ってスイッチ部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ各々に含まれるスイッチをオン・オフさせて、リニアモータ装置６５〜６７の各々に設けられる複数のコイルのうちの何れのコイルに電流を供給するかを制御する。位置検出部６３ａ，６３ｂは、ウェハステージ６８のＸ方向の位置及びＹ方向の位置（ステージ位置）をそれぞれ検出する。
【００７２】
次に、ステージ装置６４について詳細に説明する。図９は、ステージ装置６４の構成例を示す斜視図である。図８及び図９に示すように、ステージ装置６４は、可動部としてのウェハステージ６８、このウェハステージ６８をＸＹ平面に沿った２次元方向に移動可能に支持するウェハ定盤６９、ウェハステージ６８と一体的に設けられウェハＷを吸着保持する試料台７０、これらウェハステージ６８及び試料台７０を相対移動自在に支持するＸガイドバー７１を主体に構成されている。ウェハステージ６８の底面には、非接触ベアリングである不図示の複数のエアベアリング（エアパッド）が固定されており、これらのエアベアリングによってウェハステージ６８がウェハ定盤６９上に、例えば数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。
【００７３】
ウェハ定盤６９は、例えば不図示のベースプレートの上方に防振ユニットを介してほぼ水平に支持されている。ここで、防振ユニットは、例えばウェハ定盤６９の各コーナーに配置され、内圧が調整可能なエアマウントとボイスコイルモータとがベースプレート上に並列に配置された構成になっている。これらの防振ユニットによって、ベースプレートを介してウェハ定盤６９に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている。
【００７４】
また、図９に示すように、Ｘガイドバー７１は、Ｘ方向に沿った長尺形状を呈しており、その長さ方向の両端には電機子ユニットからなる可動子６５ａ及び可動子６６ａがそれぞれ設けられている。これらの可動子６５ａ，６６ａにそれぞれ対応する磁石ユニットを有する固定子６５ｂ，６６ｂは、ベースプレートに突設された支持部に設けられている。
【００７５】
上記の可動子６５ａ及び固定子６５ｂによってリニアモータ装置６５が構成され、可動子６６ａ及び固定子６６ｂによってリニアモータ装置６６が構成されている。これらのリニアモータ装置６５，６６は図１〜図３に示す本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置１０である。リニアモータ装置６５，６６は、可動子６５ａが固定子６５ｂとの間の電磁気的相互作用により駆動され、なおかつ可動子６６ａが固定子６６ｂとの間の電磁気的相互作用により駆動されることでＸガイドバー７１がＹ方向に移動し、リニアモータ装置６５とリニアモータ装置６６との駆動量を調整することで、ウェハステージ６はＸ軸及びＹ軸に直交するＺ軸周りに回転する。即ち、リニアモータ装置６５，６６によってＸガイドバー７１とほぼ一体的にウェハステージ６８（及び試料台７０）がＹ方向及びＺ軸周りに駆動されるようになっている。
【００７６】
試料台７０は、Ｘガイドバー７１との間にＺ方向に所定量のギャップを維持する磁石及びアクチュエータからなる磁気ガイドを介して、Ｘガイドバー７１にＸ方向に相対移動自在に非接触で支持・保持されている。また、ウェハステージ６８は、Ｘガイドバー７１に埋設された固定子を有するリニアモータ装置６７による電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動される。図９においてはリニアモータ装置６７の可動子は図示していないが、ウェハステージ６８に取り付けられている。試料台７０の上面には、不図示のウェハホルダを介してウェハＷが真空吸着等によって固定される。
【００７７】
また、ウェハステージ６８の端部にはＹ方向に延びる移動鏡７２とＸ方向に延びる移動鏡７３が取り付けられている。これらの移動鏡７２，７３の鏡面に対面する位置にレーザ干渉計７４，７５（図８参照）がそれぞれ取り付けられており、ウェハステージ６８のＸ方向の位置及びＹ方向の位置が所定の分解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でリアルタイムに計測される。尚、レーザ干渉計７４，７５の少なくとも一方は、測長軸を２軸以上有する多軸干渉計であり、これらレーザ干渉計の計測値に基づいてウェハステージ６８（ひいてはウェハＷ）のＸ方向の位置及びＹ方向の位置のみならず、Ｚ軸周りの回転量及びレベリング量をも求めることができるようになっている。
【００７８】
以上の構成のステージ装置６４において、例えばウェハＷを−Ｘ方向へ移動させる場合には、制御コントローラ６０は位置検出部６３ａから出力される検出信号に基づいてウェハステージ６８のＸ方向の位置情報を算出し、この位置情報から図５を用いて説明したシーケンスに従って制御信号Ｃ２を生成する。尚、ここでの制御信号Ｃ２は、スイッチ部６２ｂ（図４に示すスイッチ部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ）の各々に含まれるスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ状態を制御する制御信号である。また、制御コントローラ６０は、ステージ装置６４が備えるリニアモータ装置６７を駆動するための駆動信号を生成する。
【００７９】
更に、制御コントローラ６０は位置検出部６３ｂから出力される検出信号に基づいてウェハステージ６８のＹ方向の位置情報を算出し、この位置情報から図５を用いて説明したシーケンスに従って制御信号Ｃ１，Ｃ３を生成する。尚、ここでの制御信号Ｃ１，Ｃ３は、スイッチ部６２ａ，６２ｃ（図４に示すスイッチ部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ）の各々に含まれるスイッチＳＷ５〜ＳＷ８のオン・オフ状態を制御する制御信号である。また、制御コントローラ６０は、リニアモータ装置６７を駆動するための駆動信号に合わせてリニアモータ装置６５，６６を駆動するための駆動信号を生成する。
【００８０】
次に、制御コントローラ６０はリニアモータ装置６７を駆動するための駆動信号を電流増幅部６１ｂへ出力するとともに制御信号Ｃ２をスイッチ部６２ｂに出力し、リニアモータ装置６７に三相の電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗを供給して図８に示した−Ｘ方向の推力Ｆ１１を発生させる。これと同時に制御コントローラ６０は、リニアモータ装置６５，６６を駆動するための駆動信号を電流増幅部６１ａ，６１ｃへそれぞれ出力するとともに制御信号Ｃ１，Ｃ３をスイッチ部６２ａ，６２ｃのそれぞれに出力し、リニアモータ装置６５，６６に電流Ｉ_ｔを供給して図８に示した＋Ｘ方向の推力Ｆ１２，Ｆ１３をそれぞれ発生させる。
【００８１】
このように、ウェハＷを−Ｘ方向へ移動させる場合には、リニアモータ装置６７に−Ｘ方向へ推量Ｆ１１を発生させると同時に、リニアモータ装置６５，６６に＋Ｘ方向へ推力Ｆ１２，Ｆ１３を発生させる。これにより、リニアモータ装置６７の−Ｘ方向への推力発生により生ずる反力を推力Ｆ１２，Ｆ１３で相殺することができ、不要な振動の発生を抑えることができる。
【００８２】
また、例えばウェハＷを＋Ｙ方向へ移動させる場合には、制御コントローラ６０は位置検出部６３ｂから出力される検出信号に基づいてウェハステージ６８のＹ方向の位置情報を算出し、この位置情報から図５を用いて説明したシーケンスに従って制御信号Ｃ１，Ｃ３を生成する。尚、ここでの制御信号Ｃ１，Ｃ３は、スイッチ部６２ａ，６２ｃ（図４に示すスイッチ部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ）の各々に含まれるスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオン・オフ状態を制御する制御信号である。また、制御コントローラ６０は、ステージ装置６４が備えるリニアモータ装置６５，６６を駆動するための駆動信号を生成する。
【００８３】
更に、制御コントローラ６０は位置検出部６３ａから出力される検出信号に基づいてウェハステージ６８のＸ方向の位置情報を算出し、この位置情報から図５を用いて説明したシーケンスに従って制御信号Ｃ２を生成する。尚、ここでの制御信号Ｃ２は、スイッチ部６２ｂ（図４に示すスイッチ部３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ）の各々に含まれるスイッチＳＷ５〜ＳＷ６のオン・オフ状態を制御する制御信号である。また、制御コントローラ６０は、リニアモータ装置６５，６６を駆動するための駆動信号に合わせてリニアモータ装置６７を駆動するための駆動信号を生成する。
【００８４】
次に、制御コントローラ６０はリニアモータ装置６５，６６を駆動するための駆動信号を電流増幅部６１ａ，６１ｃのそれぞれに出力するとともに制御信号Ｃ１，Ｃ３をスイッチ部６２ａ，６２ｃのそれぞれに出力し、リニアモータ装置６５，６６に三相の電流Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗを供給して図８に示したＹ方向の推力Ｆ２１，Ｆ２２を発生させる。これと同時に制御コントローラ６０は、リニアモータ装置６７を駆動するための駆動信号を電流増幅部６１ｂへ出力するとともに制御信号Ｃ２をスイッチ部６２ｂに出力し、リニアモータ装置６７に電流Ｉ_ｔを供給して図８に示した＋Ｙ方向の推力Ｆ２３を発生させる。
【００８５】
このように、ウェハＷをＹ方向へ移動させる場合には、リニアモータ装置６５，６６にＹ方向へ推量Ｆ２１，Ｆ２２を発生させると同時に、リニアモータ装置６７にＹ方向へ推力Ｆ２３を発生させる。ウェハステージ６８をＹ方向へ移動させるには、ウェハステージ６８、リニアモータ装置６７，及びＸガイドバー７１を一体的にリニアモータ装置６５，６６で移動させる必要がある。このため、リニアモータ装置６７及びＸガイドバー７１の総合的な剛性が低いと、リニアモータ装置６５，６６が備える可動子６５ａ，６６ａに対するウェハステージ６８の動作遅れが生じる。
【００８６】
本実施形態においては、リニアモータ装置６５，６６のＹ方向への推力Ｆ２１，Ｆ２２の発生と同時に、推力Ｆ２１，Ｆ２２と同方向の推力Ｆ２３をリニアモータ装置６７により発生させている。これにより、見かけ上リニアモータ装置６７及びＸガイドバー７１からなる構成の剛性が無限大となり、その結果として可動子６５ａ，６６ａの移動に合わせてるウェハステージ６８が動作してウェハステージ６８の加速終了後における整定時間が短くなり、同期精度及びスループットの向上を図ることができる。
【００８７】
以上、リニアモータ装置６５〜６７として本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置１０を備えるステージ装置６４を例に挙げて説明した。しかしながら、ステージ装置６４は、リニアモータ装置６５〜６７として、図６に示す第２実施形態によるリニアモータ装置４０を備える構成、又は図７に示す第３実施形態によるリニアモータ装置５０を備える構成であっても良い。
【００８８】
図６に示す第２実施形態によるリニアモータ装置４０を備える構成の場合には、図８中の制御コントローラ６０が備える切り替え制御信号生成部６０ｂ及びスイッチ部６２ａ〜６２ｃが省略された構成となる。また、図７に示す第３実施形態によるリニアモータ装置５０を備える構成の場合には、図８中の制御コントローラ６０が備える切り替え制御信号生成部６０ｂ及びスイッチ部６２ａ〜６２ｃが省略された構成となり、更に図７に示す電圧加算部５７〜５９が電流増幅部６１ａ〜６１ｃの各々に追加されるとともに、電流増幅部６１ａ〜６１ｃの各々から電流増幅部３５ｄ（図４又は図６参照）に相当する構成が省略される。
【００８９】
尚、ステージ装置６４は、リニアモータ装置６５〜６８として第１実施形態〜第３実施形態のリニアモータ装置１０、４０，５０を混在して備える構成であっても良い。例えば、上記リニアモータ装置６５，６６よりもリニアモータ装置６７の方がウェハステージ６８上に載置されるウェハＷに近い位置に配置されており、リニアモータ装置６７の可動子が試料台７０に固定されている。このため、リニアモータ装置６７は発熱源であるコイルが固定子となりウェハＷから遠ざかり直接試料台７０に固定されないムービングマグネット型のリニアモータ装置（第２実施形態又は第３実施形態に示したリニアモータ装置）を用いることが望ましい。
【００９０】
リニアモータ装置６５，６６は、リニアモータ装置６７、Ｘガイドバー７１、及び試料台７０を一体として駆動するため、リニアモータ装置６７より遙かに大きい推力を必要とする。そのため、多くの電力を必要とし発熱量もリニアモータ装置６７より大きくなる。従って、リニアモータ装置６５，６６は、ムービングコイル型のリニアモータ装置（第１実施形態に示したリニアモータ装置）を用いることが望ましい。しかしながら、ムービングコイル型のリニアモータは可動子６５ａ，６６ａに冷媒を循環させる必要があるため、装置構成上の不具合がある場合には、可動子６５ａ，６６ａ側にマグネットを設けるムービングマグネット型のリニアモータ装置（第２実施形態又は第３実施形態に示したリニアモータ装置）を用いても良い。
【００９１】
〔露光装置〕
次に、本発明に係る露光装置について詳細に説明する。図１０は、露光装置の概略構成を示す図である。図１０に示す露光装置は、投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと感光基板としてのウェハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに転写して半導体素子を製造するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００９２】
尚、以下の説明においては、図１０中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態ではレチクルＲ及びウェハＷを移動させる方向（走査方向ＳＤ）をＹ方向に設定している。
【００９３】
図１０において、露光光源８１としては断面が略長方形状の平行光束である露光光ＩＬを射出するＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が用いられる。露光光源８１からの波長１９３ｎｍの紫外パルスよりなる露光光ＩＬ（露光ビーム）は、ビームマッチングユニット（ＢＭＵ）８２を通り、光アッテネータとしての可変減光器８３に入射する。可変減光器８３を通った露光光ＩＬは、レンズ系８４ａ，８４ｂよりなるビーム成形系８５を経て第１段のオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ）としての第１フライアイレンズ８６に入射する。この第１フライアイレンズ８６から射出された露光光ＩＬは、第１レンズ系８７ａ、光路折り曲げ用のミラー８８、及び第２レンズ系８７ｂを介して第２段のオプティカル・インテグレータとしての第２フライアイレンズ８９に入射する。
【００９４】
第２フライアイレンズ８９の射出面、即ち露光対象のレチクルＲのパターン面に対する光学的なフーリエ変換面（照明系の瞳面）には開口絞り板９０が、駆動モータ９０ｅによって回転自在に配置されている。開口絞り板９０には、通常照明用の円形の開口絞り９０ａ、輪帯照明用の開口絞り９０ｂ、及び複数（例えば４極）の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り（不図示）や小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の小円形の開口絞り（不図示）等が切り換え自在に配置されている。露光装置の全体の動作を統括制御する主制御系１０３が駆動モータ９０ｅを介して開口絞り板９０を回転させて、照明条件を設定する。
【００９５】
尚、変形照明（輪帯照明、４極照明等）を行うときに、露光光ＩＬの利用効率を高めて高い照度（パルスエネルギー）を得るには、露光光ＩＬが第２フライアイレンズ８９に入射する段階で、露光光ＩＬの断面形状をほぼ輪帯形状に整形しておくことが望ましい。このためには、第１フライアイレンズ８６を例えば多数の位相型の回折格子の集合体よりなる回折光学格子（Diffractive Optical Element：ＤＯＥ）で置き換えればよい。また、照明条件切り換え系は上記の構成に限られるものではなく、開口絞り板９０に組み合わせて又は単独で円錐プリズム（アキシコン）及び／又はズーム光学系と、回折光学素子とを用いるようにしても良い。尚、第２段のオプティカル・インテグレータとして内面反射型インテグレータ（ロッドインテグレータ等）を用いる場合には、例えばＤＯＥ、円錐プリズム、又は多面体プリズム等を用いて、照明系の光軸ＩＡＸに関して露光光ＩＬを傾けて内面反射型インテグレータに入射させるとともに、照明条件に応じてその入射面での露光光ＩＬの入射角度範囲を変更することが望ましい。
【００９６】
図１０において、第２フライアイレンズ８９から射出されて通常照明用の開口絞り９０ａを通過した露光光ＩＬは、光軸ＩＡＸに沿ってレンズ系９１，９２を順次経て、固定ブラインド（固定照明視野絞り）９３ａ及び可動ブラインド（可動照明視野絞り）９３ｂに入射する。固定ブラインド９３ａは、例えば特開平４−１９６５１３号公報及び対応する米国特許題５，４７３，４１０号に開示されているように、後述する投影光学系ＰＬの円形視野内の中央で走査露光方向と直交した方向に直線スリット状、又は矩形状（以下、まとめて「スリット状」という）に伸びるように配置された開口部を有する。
【００９７】
可動ブラインド９３ｂは、ウェハＷ上の各ショット領域への走査露光の開始時及び終了時に不要な露光を防止するために、照明視野領域の走査方向の幅を可変とするために使用される。また、走査方向と直交した方向（非走査方向）に関してレチクルＲのバターン領域のサイズを可変するために使用される。固定ブラインド９３ａ及び可動ブラインド９３ｂは、レチクルＲのパターンが形成されている面（以下、レチクル面という）に対する共役面に設置されている。
【００９８】
露光時に固定ブラインド９３ａ及び可動ブラインド９３ｂを通過した露光光ＩＬは、光路折り曲げ用のミラー９４、結像用のレンズ系９５、コンデンサレンズ９６、及び主コンデンサレンズ系９７を介して、マスクとしてのレチクルＲのパターン面（下面）の照明領域（照明視野領域）ＩＲを照明する。
【００９９】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域ＩＲ内の回路パターンの像が両側テレセントリックな投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４又は１／５等）で、投影光学系ＰＬの結像面に配置された基板としてのウェハＷ上のフォトレジスト層のスリット状の露光領域ＩＷに転写される。本実施形態の投影光学系ＰＬは、ジオプトリック系（屈折系）であるが、カタジオプトリック系（反射屈折系）や反射系も使用できることはいうまでもない。
【０１００】
また、レチクルＲは、マスクステージとしてのレチクルステージ９８上に吸着保持され、レチクルステージ９８は、レチクルベース９９上でＹ方向に等速移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に傾斜できるように載置されている。レチクルステージ９８の一端には移動鏡１００が取り付けられており、移動鏡１００の鏡面に対面してレーザ干渉計１０１が設けられている。このレーザ干渉計１０１によってレチクルステージ９８（レチクルＲ）の２次元的な位置及び回転角がリアルタイムに計測されている。このレーザ干渉計１０１の計測結果及び主制御系１０３からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット１０２がレチクルステージ９８の走査速度、及び位置の制御を行う。
【０１０１】
一方、ウェハＷは、ウェハホルダ１０４を介して基板ステージとしてのウェハステージ１０５上に吸着保持され、ウェハステージ１０５は、ウェハベース１０６上で投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って２次元移動する。即ち、ウェハステージ１０５は、ウェハベース１０６上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動する。更に、ウェハステージ１０５には、ウェハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）、並びにＸ軸及びＹ軸の回りの傾斜角を制御するＺレベリング機構も組み込まれている。
【０１０２】
また、図示は省略しているが、投影光学系ＰＬの側面に、ウェハＷの表面（ウェハ面）の複数の計測点に斜めにスリット像を投影する投射光学系と、そのウェハ面からの反射光を受光してそれらの複数の計測点のフォーカス位置に対応するフォ−カス信号を生成する受光光学系とからなる多点のオートフォーカスセンサも設けられており、それらのフォ−カス信号が主制御系１０３中の合焦制御部に供給されている。走査露光時には、主制御系１０３中の合焦制御部は、それらのフォーカス信号（フォーカス位置）の情報に基づいてオートフォーカス方式でウェハステージ１０５中のＺレベリング機構を連続的に駆動する。これによって、ウェハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦される。
【０１０３】
ウェハステージ１０５の一端には移動鏡１０７が取り付けられており、移動鏡１０７の鏡面に対面してレーザ干渉計１０８が設けられている。このレーザ干渉計１０８によってウェハステージ１０５のＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転角がリアルタイムに計測されている。レーザ干渉計１０８の計測結果及び主制御系１０３からの制御情報に基づいて、駆動制御ユニット１０９がウェハステージ１０５の走査速度、及び位置の制御を行う。尚、図１０中のウェハステージ１０５は、図８及び図９に示したステージ装置６４に相当するものであり、駆動制御ユニット１０９内に図８に示した制御コントローラ６０、位置検出部６３ａ，６３ｂ、電流増幅部６１ａ〜６１ｃ、及びスイッチ部６２ａ〜６２ｃが設けられている。また、移動鏡１０７は図９に示した移動鏡７２，７３に相当し、レーザ干渉計１０８は図８に示したレーザ干渉計７４，７５に相当する。
【０１０４】
主制御系１０３は、レチクルステージ９８及びウェハステージ１０５のそれぞれの移動位置、移動速度、移動加速度、位置オフセット等の各種情報を駆動制御ユニット１０２，１０９に送る。これに応じて、レチクルステージ９８を介して露光光ＩＬの照明領域ＩＲに対してレチクルＲが＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖｒで走査されるのに同期して、ウェハステージ１０５を介してレチクルＲのパターン像の露光領域ＩＷに対してウェハＷが−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度β・Ｖｒ（βはレチクルＲからウェハＷへの投影倍率）で走査される。この際の走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光を防止するために、可動ブラインド９３ｂの開閉動作が制御される。レチクルＲとウェハＷとの移動方向が逆であるのは、本実施形態の投影光学系ＰＬが反転投影を行うためである。
【０１０５】
次に、以上説明した構成の露光装置の露光時の動作について簡単に説明する。露光動作が開始されると、主制御系１０３から駆動制御ユニット１０２，１０９へ制御信号が出力され、駆動制御ユニット１０２，１０９はレチクルステージ９８及びウェハステージ１０５の加速度を上昇させる。駆動制御ユニット１０９は、主制御系１０３から出力される制御信号（目標位置信号）とレーザ干渉計１０８から出力される検出信号とに基づいてウェハステージ１０５を加速してウェハＷの露光すべきショット領域を露光開始位置へ移動させる。このとき、レチクルステージ９８又はウェハステージ１０５の移動に合わせて前述した反力処理を行う。尚、レチクルステージ９８についてもウェハステージ１０５と同様に加速動作が行われる。
【０１０６】
加速期間が終了して、ウェハステージ１０５及びレチクルステージ９８各々の速度が一定の速度になると、スリット状の照明光をレチクルＲに照射しつつ、ウェハステージ１０５を−Ｙ方向に速度Ｖｗ（＝β・Ｖｍ）で走査移動するとともに、レチクルステージユニットを＋Ｙ方向に速度Ｖｍで走査移動しつつ、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上に設定されたショット領域に転写する。１つのショット領域に対してレチクルのパターンの転写が終了すると、ウェハステージ１０５及びレチクルステージ９８を減速させて、レチクルＲへの照明光の照射を停止させる。
【０１０７】
次に、主制御系１０３は、ウェハステージ１０５を駆動して、次にパターンを転写するショット領域を投影光学系ＰＬの投影領域（レチクルＲのパターンが投影される領域）の近傍（露光開始位置）に移動させる。このときもウェハステージ１０５の移動に応じて生ずる反力を相殺する反力処理を行う。そして、上述した動作と同様に、ウェハステージ１０５及びレチクルステージ９８を加速して一定速度になった後、照明光をレチクルＲに照射して、レチクルのパターンをショット領域に逐次転写する。図１１は、パターン転写時における投影領域に対するウェハＷの移動経路の一例を示す図である。この図に示すように、ショット領域ＳＡにレチクルＲのパターンを転写する際には、ウェハＷをＹ方向（＋Ｙ方向又は−Ｙ方向）に沿って一定速度で移動させる。一方、１つのショット領域に対する露光処理が終了し、次に露光処理すべきショット領域の露光開始位置に移るときには、加速及び減速しつつＸ方向（または、Ｙ方向）にステップ移動する。このような動作を繰り返して、ウェハＷ上に設定された全てのショット領域に対する露光処理を行う。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では露光光源８１として、ＡｒＦエキシマレーザ光源の場合を例に挙げて説明したが、これ以外に露光光源８１としては、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、Ｆ_２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高周波発生装置、若しくは半導体レーザの高周波発生装置を用いることができる。
【０１０９】
更に、光源としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。
【０１１０】
特に、発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ_２レ−ザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ_２レーザ光とほぼ同一波長となる紫外光が得られる。この場合、単一波長発振レーザとしては例えばイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いることができる。
【０１１１】
また、本発明は半導体素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、液晶表示素子（ＬＣＤ）等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更には、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（遠紫外）光やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハなどが用いられる。
【０１１２】
また、本発明に係るリニアモータ装置は、ウェハステージのみならずレチクルステージにも適用することができる。この場合、レチクルの走査方向（ｙ方向）駆動用の長ストロークのリニアモータ装置と、走査方向と直交する方向（ｘ方向）駆動用の短ストロークのリニアモータ装置とをそれぞれ個別に設ける必要はなく、装置構成を簡略化することができ、コストを低減することができる。更に、本発明に係るリニアモータ装置は露光装置以外にも物体を載置した状態で移動させる（１次元的な移動又は２次元的な移動に制限されない）ステージ装置一般について適用することが可能である。
【０１１３】
次に、本発明の一実施形態による露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図１２は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。図１２に示すように、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【０１１４】
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【０１１５】
図１３は、半導体デバイスの場合における、図１２のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１３において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【０１１６】
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップ２７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１部分（第１方向に直交する方向に延びた電流経路）と、第１部分と連続する第２部分（第２方向に直交する方向に延びた電流経路）とを有するコイルを第１方向に沿って複数配列した磁石列をコイルユニットに設けるとともに、コイルの第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列と、コイルの第２部分に対して磁界を発生する第２磁石列とを磁石ユニットに設けたため、リニアモータ装置単体で第１方向及び第２方向の両方向に対して推力を発生させることができるという効果がある。
このため、リニアモータ装置の動作に伴って生ずる反力を処理するための反力処理用のモータをリニアモータ装置と別個に設ける必要がなくなり、コスト低減を図ることができるとともに、同期精度及びスループットの向上を図ることができるという効果がある。
また、第２磁石列を構成する各々の磁石の第１方向に沿った方向の長さをコイルの第２部分の長さの少なくとも２倍の長さにしたため、コイルに供給する電流の切替時においても第２方向に一定の推力を発生させることができるという効果がある。
また、本発明によれば、第１部分（第１方向に直交する方向に延びた電流経路）を有する第１コイルを第１方向に沿って複数配列したコイル列と、第１コイルとは異なるコイルであって第２部分（第２方向に直交する方向に延びた電流経路）を有する第２コイルとをコイルユニットに設けるとともに、コイル列に含まれる第１コイルの第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列と、第２コイルの第２部部に対して磁界を発生する第２磁石列とを磁石ユニットに設けたため、リニアモータ装置単体で第１方向及び第２方向の両方向に対して推力を発生させることができるという効果がある。
このため、リニアモータ装置の動作に伴って生ずる反力を処理するための反力処理用のモータをリニアモータ装置と別個に設ける必要がなくなり、コスト低減を図ることができるとともに、同期精度及びスループットの向上を図ることができるという効果がある。
また、本発明に係るステージ装置によれば、可動部に対して互いに直交する２方向に対して推力を発生することができるので、一の駆動方向と直交する他の方向に推力が必要な場合でも別個に駆動装置を設ける必要はなく装置構成を簡略化することができるという効果がある。
また、本発明に係る露光装置によれば、基板ステージ又はマスクステージの移動反力処理用のモータや、ステージの長ストローク方向と直交する方向に微動用のモータを別個に設ける必要がなく、コストの低減を図ることができるとともに、最適な反力処理によりスループットを向上することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】 図１に示したリニアモータ装置の上面透視図である。
【図３】 図１及び図２中のＡ−Ａ線の断面矢視図である。
【図４】 本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置が備える各コイル１３の結線図である。
【図５】 本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置を駆動する際の切り替えシーケンスを示す図表である。
【図６】 本発明の第２実施形態によるリニアモータ装置の構成を示す図である。
【図７】 本発明の第３実施形態によるリニアモータ装置の構成を示す図である。
【図８】 本発明の第１実施形態によるリニアモータ装置を備えるステージ装置及びその制御装置を示す図である。
【図９】 ステージ装置６４の構成例を示す斜視図である。
【図１０】 露光装置の概略構成を示す図である。
【図１１】 パターン転写時における投影領域に対するウェハＷの移動経路の一例を示す図である。
【図１２】 マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図１３】 半導体デバイスの場合における、図１２のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ リニアモータ装置
１１ 固定子（コイルユニット）
１２ 可動子（磁石ユニット）
１３ コイル
１３ａ 長辺部分（第１部分）
１３ｂ 短辺部分（第２部分）
１４ コイル列
１８ 磁石
１９ 磁石
２１ 磁石
２２ 磁石
２６，２７ 磁石列（第１磁石列）
３０，３１ 磁石列（第２磁石列）
４０ リニアモータ装置
４１ 固定子（磁石ユニット）
４２ 可動子（コイルユニット）
４３ 磁石
４４ 磁石列（第１磁石列）
４５ 磁石
４６ 磁石列（第２磁石列）
４７ コイル（第１コイル）
４７ａ 長辺部分（第１部分）
４８ コイル列
４９ コイル（第２コイル）
４９ａ 長辺部分（２つの電流経路）
４９ｂ 短辺部分（第２部分）
６４ ステージ装置
６６，６７ リニアモータ装置（駆動装置）
６８ ウェハステージ（可動部）
９８ レチクルステージ（マスクステージ）
１０５ ウェハステージ（基板ステージ）
Ｒ レチクル（マスク）
Ｗ ウェハ（物体、感光基板）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor device that drives a stage unit that moves linearly or within a two-dimensional plane while holding an object such as a mask or a photosensitive substrate, and a stage device and an exposure apparatus that include the linear motor device.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor elements, liquid crystal display elements, and other microdevices, a fine pattern formed on a photomask or reticle (hereinafter collectively referred to as a mask) using an exposure apparatus is used as a photoresist or the like. The transfer is repeatedly performed on a semiconductor wafer, a glass plate or the like (hereinafter, collectively referred to as a photosensitive substrate) to which the above photosensitive agent is applied.
[0003]
As the exposure apparatus, a step-and-repeat type projection exposure apparatus (so-called stepper) or a step-and-scan type projection exposure apparatus is often used. After the relative alignment between the mask and the photosensitive substrate, the stepper collectively transfers the pattern formed on the mask to one shot area set on the photosensitive substrate. It is an exposure apparatus that performs step movement and exposes other shot areas. Further, the step-and-scan type projection exposure apparatus sequentially transfers the pattern formed on the mask to the photosensitive substrate while relatively moving (scanning) the mask and the photosensitive substrate, and then orthogonal to the scanning direction. An exposure apparatus that performs scanning exposure again after moving the photosensitive substrate by a predetermined distance in the direction in which the photosensitive substrate is moved.
[0004]
The above stepper is configured to be movable while holding the photosensitive substrate in order to transfer the mask pattern while changing the relative position between the mask and the photosensitive substrate by changing the position of the photosensitive substrate by fixing the position of the mask. A substrate stage. In addition, since the step-and-scan type projection exposure apparatus needs to move the mask and the photosensitive substrate together, the mask stage and the photosensitive substrate that are configured to be movable while holding the mask are held. And a substrate stage configured to be movable. Many of these stages include a linear motor device as a drive source for moving the mask or the photosensitive substrate with high accuracy.
[0005]
The basic configuration of the linear motor device described above includes a plurality of magnets along the same direction as a coil array in which a plurality of coils are arranged along the moving direction of a stage unit configured to be movable while holding a mask or a photosensitive substrate. Are arranged close to each other, and a stage portion is attached to either the coil row or the magnet row. Of these coil arrays and magnet arrays, the member to which the stage portion is attached is the mover, and the other is the stator. Then, by selecting and switching a coil to be energized among the coils forming the coil array and supplying a plurality of phases (for example, three phases) current, a thrust is generated between the coil array and the magnet array to generate a coil. The stage unit is moved by relatively moving the row and the magnet row.
[0006]
When the stage unit is moved by supplying current to the linear motor device, a reaction force (Newton's third law) having a magnitude corresponding to the product of the mass and the acceleration is generated along with the acceleration and deceleration of the stage unit. Arise. This reaction force is applied to the surface plate that forms the basis of the stage, causing unnecessary vibrations in the projection optical system and stage mechanism mechanically coupled to the surface plate, and applying unnecessary stress to the column of the exposure apparatus. The mechanical arrangement of the structure or the structure itself is distorted, and as a result, the overlay accuracy is deteriorated.
[0007]
In order to eliminate such problems, the conventional stage is provided with a reaction force processing motor separately from the above linear motor device, and the stage is obtained by driving the reaction force processing motor in accordance with the driving of the linear motor device. The reaction force that accompanies the acceleration / deceleration of the part was processed. As prior art document information related to the configuration and driving method of a conventional linear motor device, there are the following Patent Documents 1 to 3.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-199782 A
[Patent Document 2]
JP 2001-129777 A
[Patent Document 3]
JP 2001-112234 A
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, as described above, the conventional stage needs to include a reaction force processing motor in addition to the linear motor device, which is a cause of increasing the cost of the stage, and thus the overall cost of the exposure apparatus.
[0010]
Further, as the stage configured to be movable two-dimensionally, two first linear motor devices arranged along the Y direction and one second linear motor device arranged along the X direction. There is a configuration in which a stator of a second linear motor device is attached to each of the movers of the first linear motor device together with a guide bar, and a stage portion is attached to the mover of the second linear motor device. The stage having such a configuration drives the second linear motor device to move the stage portion attached to the mover in the X direction, and drives the first linear motor device to drive the first linear motor device. And the guide bar are moved together to move the stage portion in the Y direction.
[0011]
In the stage having the above configuration, when the stage portion is moved in the X direction, the reaction force is transmitted to the first linear motor device via the guide bar, and therefore it is necessary to include a reaction force processing motor. There was a problem. Further, when the stage unit is moved in the Y direction, the two first linear motor devices and the guide bar are integrally moved by driving the two first linear motor devices. If the overall rigidity is low, there is a delay in the operation of the stage unit with respect to the mover of the first linear motor device, and the settling time after the acceleration of the stage unit is extended, resulting in a decrease in synchronization accuracy and throughput. was there.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, a linear motor device capable of reducing costs and improving synchronization accuracy and throughput, and a stage device and an exposure apparatus including the linear motor device. The purpose is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a linear motor device according to a first aspect of the present invention generates thrust along a first direction (y direction) and a second direction (x direction) intersecting the first direction. In the generated linear motor device (10), a first portion (13a) that is a current path extending in a direction orthogonal to the first direction, and a direction continuous to the first portion and orthogonal to the second direction. A coil unit (11) having a coil array (14) in which a plurality of coils (13) having a second portion (13b) as a current path are arranged along the first direction; and A first magnet row (26, 27) having a plurality of magnets (18, 21) arranged alongside and generating a magnetic field for the first portion of the coil; Arranged in a region different from the first magnet row in the first direction. And a magnet unit (12) having a second magnet array (30, 31) for generating a magnetic field with respect to the second portion.
According to the present invention, the first part (current path extending in a direction orthogonal to the first direction) and the second part continuous with the first part (current path extending in the direction orthogonal to the second direction) A plurality of coils having the same arrangement in the first direction Coil array And a first magnet row that generates a magnetic field for the first portion of the coil, It is arranged in a different area from the first magnet row in the first direction. Since the magnet unit is provided with the second magnet array that generates the magnetic field for the second portion of the coil, the linear motor device alone can generate thrust in both the first direction and the second direction. For this reason, it is not necessary to provide a reaction force processing motor separately from the linear motor device for processing the reaction force generated in accordance with the operation of the linear motor device, and the cost can be reduced and the synchronization accuracy and throughput can be reduced. Can be improved.
In this case, the length of each magnet constituting the second magnet row in the direction along the first direction may be at least twice the length of the second portion of the coil. . Thereby, a constant thrust can be generated in the second direction even when the current supplied to the coil is switched.
Here, in the linear motor device according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the second magnet row is provided outside both ends of the first magnet row in the first direction.
In order to solve the above problems, a linear motor device according to a second aspect of the present invention provides thrust along a first direction (y direction) and a second direction (x direction) intersecting the first direction. In the generated linear motor device (40), a plurality of first coils (47) having a first portion (47a) which is a current path extending in a direction orthogonal to the first direction are arranged along the first direction. The coil array (48) is different from the first coil Shape A second portion (49b) which is a coil and is a current path extending in a direction perpendicular to the second direction; And provided on the arrangement axis of the first coil adjacent to the coil row. A coil unit (42) including a second coil (49); and a plurality of magnets (43) arranged along the first direction so that different magnetic poles are adjacent to each other. A first magnet array (44) for generating a magnetic field with respect to the portion, and a plurality of magnets (45) extending along the first direction and arranged in the second direction, It has a magnet unit (41) provided with the 2nd magnet row (46) which generates a magnetic field to the 2nd portion.
According to this invention, the first coil is different from a coil array in which a plurality of first coils having a first portion (a current path extending in a direction orthogonal to the first direction) are arranged along the first direction. Shape A coil having a second part (current path extending in a direction perpendicular to the second direction) And provided on the arrangement axis of the first coil adjacent to the coil array A second coil is provided in the coil unit, and a first magnet row that generates a magnetic field for the first portion of the first coil included in the coil row and a magnetic field is generated for the second portion of the second coil. Since the second magnet row to be provided is provided in the magnet unit, it is possible to generate thrust in both the first direction and the second direction with a single linear motor device. For this reason, it is not necessary to provide a reaction force processing motor separately from the linear motor device for processing the reaction force generated in accordance with the operation of the linear motor device, and the cost can be reduced and the synchronization accuracy and throughput can be reduced. Can be improved.
Further, in the linear motor device according to the second aspect of the present invention, the second coil extends in a direction orthogonal to the first direction, which is continuous with the two second portions and the two second portions. There are two current paths (49a), and the two current paths have an interval equal to an integral multiple of the distance between the same poles of the magnets of the first magnet row.
Here, in the linear motor device according to the second aspect of the present invention, it is preferable that two of the second coils are provided with the coil row having the first coil sandwiched in the first direction.
In the linear motor device according to the second aspect of the present invention, it is preferable that two second magnet arrays are provided with the first magnet array sandwiched in the second direction.
Further, the stage apparatus according to the present invention is a stage apparatus (64) having a movable part (68) on which an object (W) can be placed and moved, and a drive device (66, 67) for driving the movable part. At least one linear motor device according to the first or second aspect is used as the driving device. As a result, thrust can be generated in two directions perpendicular to each other with respect to the movable part. Therefore, even when thrust is required in another direction perpendicular to one drive direction, there is no need to provide another drive device. The apparatus configuration can be simplified.
An exposure apparatus according to the present invention is an exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask (R) to a photosensitive substrate (W), the mask stage (98) on which the mask is placed, and the photosensitive substrate. And a stage stage as at least one of the mask stage and the substrate stage. According to this, it is not necessary to separately provide a motor for processing the reaction force for moving the substrate stage and the mask stage and a motor for fine movement of the mask stage, so that the cost can be reduced.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a linear motor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a linear motor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top perspective view of the linear motor device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. In the following description, an xyz orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this xyz orthogonal coordinate system. In the xyz orthogonal coordinate system, the y-axis is set to the relative movement direction of the mover 12 with respect to the stator 11, and the z-axis is set to the vertically upward direction.
[0016]
A stator 11 as a coil unit provided in the linear motor device 10 shown in FIG. 1 includes a coil array 14 including a plurality of coils 13 arranged along the y direction as the first direction. Each coil 13 constituting the coil array 14 is formed by winding a copper round wire or a flat wire into a substantially rectangular shape a predetermined number of times (for example, several tens to several hundreds). Each coil 13 has a long side portion 13a (first portion) substantially parallel to the x-axis as the second direction, and a short side portion 13b (second portion) substantially parallel to the y-axis as the first direction. And so that the winding surface is substantially parallel to the xy plane, that is, the direction of the magnetic field generated at the center of the coil 13 when a current is passed through the coil 13 is substantially parallel to the z-axis. Is arranged. The material of the coil 13 is not limited to copper, and an aluminum wire may be used.
[0017]
The coil array 14 is accommodated in the cooling pipe 15. The cooling pipe 15 is an annular member having a rectangular cross section formed of a nonmagnetic SUS material, and a coolant is introduced into the cooling pipe 15. The cooling pipe 15 is not limited to a non-magnetic SUS material, and can be formed of a non-magnetic material having a Young's modulus equal to or higher than that of a SUS material. It is also possible to form with CFRP (carbon fiber reinforced plastic) in consideration of the viscous resistance of the coolant.
[0018]
The cooling pipe 15 is fixed by fixing members 16 and 17 at the end in the y direction. The fixing member 16 is provided with a terminal block 16a. Each coil 13 forming the coil array 14 is connected to the terminal block 16a, and a three-phase alternating current is supplied to each coil 13 through the terminal block 16a. . In addition, the detail of the connection method of each coil 13 is mentioned later. In addition, an inlet and an outlet for the coolant with respect to the cooling pipe 15 are provided in the vicinity of the fixing members 16 and 17 and on the side surfaces of the cooling pipe 15.
[0019]
Next, the mover 12 as a magnet unit included in the linear motor device 10 has a flat upper yoke 20 on which magnets 18 and 19 (see FIGS. 2 and 3) are attached, and magnets 21 and 22 are attached. A magnetic circuit including a flat lower yoke 23 and support members 24 and 25 that support the upper yoke 20 and the lower yoke 23 at both ends in the x direction is provided. The coil array 14 (coil 13) and the cooling pipe 15 constituting the stator 11 are arranged in the central gap of the mover 12.
[0020]
The magnets 18, 19, 21, and 22 are made of neodymium, iron, and cobalt magnets, the upper yoke 20 and the lower yoke 23 are made of low carbon steel equivalent to SS400, and the support members 24 and 25 are made of aluminum for weight reduction. It is made of an alloy. The magnets 18, 19, 21, and 22 can use rare earth magnets such as samarium / cobalt magnets or neodymium / iron / boron magnets in addition to the neodymium / iron / cobalt magnets.
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, the magnets 18 and 21 are set so that the length in the x direction is approximately the same as the length of the long side portion 13 a of the coil 13, and the polarity changes alternately along the y direction. A plurality of magnets 18 are included and a magnet array 26 (see FIG. 2) is configured, and a magnet array 27 is configured including a plurality of magnets 21. These magnet rows 26 and 27 correspond to the first magnet row according to the present invention, and overlap with the long side portion 13a of each coil 13 constituting the coil row 14 (the magnets in the + z direction of the long side portion 13a). The column 18 is positioned and the magnet column 27 is positioned in the -z direction).
[0022]
Further, as shown in FIG. 3, each of the magnet 18 and the magnet 21 is arranged so as to make a pair with the coil array 14 interposed therebetween (the positions in the y direction coincide with each other). The direction of the magnetic field 21 is set to be the same. The magnet arrays 26 and 27 arranged in this way are provided mainly for generating a magnetic field with respect to the long side portion 13a of the coil 13 to generate a thrust in the y direction.
[0023]
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the auxiliary magnet 28 is disposed between the magnets 18 forming the magnet row 26, and the auxiliary magnet 29 is disposed between the magnets 21 forming the magnet row 27. The auxiliary magnet 28 is arranged so that the direction of the magnetic field is 90 degrees with the direction of the magnetic field of the magnet 18 in order to increase the magnetic flux density in the gap of the mover 12 (the direction of the magnetic field is along the y direction). Is done. Similarly, the auxiliary magnet 29 is arranged such that the direction of the magnetic field forms 90 degrees with the magnetic pole of the magnet 21 in order to increase the magnetic flux density in the gap of the mover 12.
[0024]
That is, when the path of the magnetic flux is considered with reference to FIG. 3, any one of the magnets 18 (referred to as the first magnet), the auxiliary magnet 28, the magnet 18 different from the first magnet, and the coil array 14 (gap portion). A path of a magnet 21 (this is referred to as a second magnet), an auxiliary magnet 29, a magnet 21 different from the second magnet, a coil array 14 (gap portion), and a first magnet is formed. It can be seen that since the auxiliary magnets 28 and 29 are provided in the path, the magnetic flux in the gap is increased. As the magnetic flux density in the gap increases, the thrust generated by the linear motor device also improves. As shown in FIG. 3, the auxiliary magnets 28 and 29 are also arranged in pairs, but the magnetic fields formed by the paired auxiliary magnets 28 and 29 are set to be opposite to each other. The
[0025]
The magnet 19 bonded to the upper yoke 20 has a length in the y direction set to twice the length of the coil 13 in the y direction (short side portion 13b), and is substantially coiled along the x direction. The magnet row 30 is configured by being spaced apart by the length of the 13 long side portions 13a. This magnet array 30 includes one pole of the magnet 19 (in the example shown in FIG. 2, the magnet 19 arranged on the −x side has an N pole opposite to the S pole, and the magnet 19 arranged on the + x side. Are arranged so as to face the short side portions 13b of the two adjacent coils 13 and are provided outside both ends of the magnet array 26 in the y direction. That is, in each coil 13, each of the magnets 19 forming the magnet array 30 is set such that a different pole faces each of the short side portions 13b.
[0026]
Similarly, the magnet 22 bonded to the lower yoke 23 has a length in the y direction set to twice the length of the coil 13 in the y direction (short side portion 13b), and is substantially along the x direction. A magnet array 31 is configured by being spaced apart by the length of the long side portion 13 a of the coil 13. Similarly to the magnet 19 bonded to the upper yoke 20, the magnet row 31 has one pole of the magnet 22 outside the both ends in the y direction of the magnet row 27 (the S pole in the magnet 22 arranged on the −x side). In the magnet 22 arranged on the + x side, the S pole) is arranged so as to overlap the short side portion 13b of the two adjacent coils 13.
[0027]
These magnet arrays 30 and 31 are provided mainly for forming a magnetic field on the short side portion 13b of the coil 13 to generate thrust in the x direction. These magnet rows 30 and 31 correspond to the second magnet row in the present invention. Here, the length in the y direction of the magnet arrays 30 and 31 is set to twice the length in the y direction of the coil 13 because the thrust in the x direction is continuously generated and the moment is suppressed. Because.
[0028]
That is, in the present embodiment, by controlling the switching of the current supplied to the coil array 14, thrust in the y direction is generated between the coil array 14 and the magnet arrays 26 and 27, and the coil array 14 and the magnet array A thrust in the x direction is generated between 30 and 31. Since the length of the magnets 19 and 22 forming the coil arrays 30 and 31 in the y direction is set to be longer than twice the length of the coil 13 in the y direction (short side portion 13b), the magnets 19 and 22 are generated. There will always be at least one coil 13 in the magnetic field. The current is supplied to one coil 13 existing in the magnetic field generated by the magnets 19 and 22, and the current supply coil 13 is always switched by switching the current supplying coil 13 when the two coils 13 exist in the magnetic field at the same time. A constant thrust can be generated, and the thrust does not fluctuate due to coil switching.
[0029]
As shown in FIG. 2, the coil 13 forming the coil array 14 is provided in the cooling pipe 15 or the terminal block so that three-phase currents of U phase, V phase, and W phase are sequentially supplied along the y direction. Wired at a position near 18. Further, if the arrangement interval (pitch) in the y direction of the coil 13 is p and the arrangement interval in the y direction of the magnets 18 and 21 is Pm, the coil 13 and the magnets 18 and 21 are arranged so that 4Pm = 3p. Has been. As described above, the linear motor device of the present embodiment is a so-called moving magnet type linear motor device in which the stator 11 is provided with the coil (coil array) and the mover 12 is provided with the magnet (magnet array).
[0030]
Next, a method for connecting the coils 13 will be described in detail. FIG. 4 is a connection diagram of each coil 13 provided in the linear motor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the coil array 14 provided in the linear motor device of this embodiment has a total of twelve coils 13, and four of these coils 13 (U <b> 1 to U <b> 4) U phase current I _u Are supplied, and the other four coils 13 (V1 to V4) are V-phase currents I. _v The remaining four coils 13 (W1 to W4) are W-phase currents I. _w Is a supplied coil.
[0031]
These twelve coils 13 are arranged in the order of U1, V1, W1, U2, V2, W2,..., U4, V4, W4 in the -y direction as shown in FIG. In the following description, when distinguishing each of the coils 13, reference numerals indicating the respective phases are attached instead of the reference numerals 13, and for example, the coil U 1 and the coil V 2 are described.
[0032]
U-phase current I, which is a three-phase alternating current _u V-phase current I _v , And W phase current I _w Is adjusted to have a predetermined current value via the current amplifiers 35a to 35c. The current amplifying units 35a to 35c include a current amplifier and a current detector, and adjust the gain of the current amplifier by feeding back the detection value of the current detector to the current amplifier. U phase current I _u Is supplied to each of the coils U1 to U4 via a switch part 36a (SW1 to SW4) provided at one end of the coils U1 to U4. Moreover, the electric current through each of the coils U1-U4 flows out through the switch part 36b (SW1-SW4) provided in the other end of the coils U1-U4. The switch portions 36b are connected to the common electrode C, respectively.
[0033]
The U-phase current I is controlled by turning on / off the switch sections 36a and 36b. _u By switching the coils U1 to U4 that supply and changing the position of the magnetic field formed by the coils U1 to U4 in the y direction, thrust in the y direction can be continuously generated. Note that the switches SW1 to SW4 included in the switch unit 36a can be independently turned on / off, but the switch unit 36b operates in synchronization with the on / off of the switch unit 36a. For example, the switch SW1 included in the switch unit 36b operates in accordance with the on / off of the switch SW1 included in the switch unit 36a, and the switch SW2 included in the switch unit 36b is turned on of the switch SW2 included in the switch unit 36a. • Operates according to off.
[0034]
V-phase current I _v Is supplied to each of the coils V1 to V4 via the switch part 37a (SW1 to SW4) provided at one end of the coils V1 to V4, and the currents passed through the coils V1 to V4 are the coils V1 to V4. It flows into the common electrode C through the switch part 37b (SW1-SW4) provided in the other end of the. In addition, the switch part 37a and the switch part 37b operate | move with the relationship similar to the relationship of the switch part 36a and the switch part 36b.
[0035]
Similarly, W-phase current I _w Is supplied to each of the coils W1 to W4 via the switch part 38a (SW1 to SW4) provided at one end of the coils W1 to W4, and the currents passing through the coils W1 to W4 are the coils W1 to W4. It flows into the common electrode C through the switch part 38b (SW1-SW4) provided at the other end of the. The switch unit 37a and the switch unit 37b operate with the same relationship as the relationship between the switch unit 36a and the switch unit 36b. U phase current I _u Switch parts 36a and 36b for controlling the current V-phase current I _v Switch units 37a and 37b for controlling the current and the W-phase current I _w The switch units 38a and 38b that control the above can independently be turned on / off without any dependency between the phases.
[0036]
Further, the linear motor device of the present embodiment has a current I for generating a thrust in the x direction. _t Is supplied. This current I _t Is a direct current, and is adjusted so as to have a predetermined current value via the current amplifier 35d. The current amplifying unit 35d has the same configuration as the current amplifying units 35a to 35c, and includes a current amplifier and a current detector, and feeds back the detection value of the current detector to the current amplifier to adjust the gain of the current amplifier. ing.
[0037]
Current I _t Is supplied to each of the coils U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4 via the switches SW5 to SW8 included in each of the switch sections 36a to 38a. In addition, currents through the coils U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4 are included in each of the switch portions 36a to 38a provided at the other ends of the coils U1 to U4, V1 to V4, and W1 to W4. It is configured to flow out through the switches SW5 to SW8.
[0038]
The switches SW5 to SW8 included in the switch sections 36a to 38a can be controlled on / off independently without any dependency in the phases and between the phases. Also, each of the switches SW5 to SW8 included in the switch units 36b to 38b operates depending on the on / off operation of each of the switches SW5 to SW8 included in the switch units 36a to 38a. Thus, in the present embodiment, the switches SW5 to SW8 for generating thrust in the x direction are provided separately from the switches SW1 to SW4 for generating thrust in the y direction. By making the control individually, it is configured to be able to control the generation of thrust only in the y direction, the generation of thrust only in the x direction, or the generation of thrust in both the x direction and the y direction.
[0039]
In addition, in FIG. 4, although the structure which provided the current amplification parts 35a-35c for every U phase, V phase, and W phase was demonstrated, it is not necessary to provide a current amplification part in all three phases, The structure provided only in the two phases may be sufficient. However, in this configuration, the total current at the common electrode C is I _u + I _v + I _w It is a necessary and sufficient condition that the relationship of = 0 is satisfied.
[0040]
Next, a switching sequence of the switch units 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b when driving the linear motor device of the present embodiment will be described. FIG. 5 is a chart showing a switching sequence when driving the linear motor device according to the first embodiment of the present invention. The linear motor device according to the present embodiment performs switching control of the switch portions 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b according to the position of the mover 12 with respect to the stator 11.
[0041]
In the chart shown in FIG. 5, the horizontal column indicates the normalized deviation Δnd between the stator 11 and the movable element 12, and the vertical column indicates the switch portions 36 a, 36 b, 37 a, 37 b, 38 a, 38 b. The on / off states of the switches SW1 to SW8 provided in the are shown. In this chart, the part with the numerical value “0” indicates that the switch is in the OFF state, and the part with the numerical value “1” is in the ON state when thrust is generated in the y direction. The part to which the numerical value “2” is attached indicates that the switch is turned on when thrust is generated in the x direction.
[0042]
Here, as shown in FIGS. 2 and 3, the amount of positional deviation in the y direction of the center position of the mover 12 with respect to the center position of the stator 11 is represented by Δd. The above-mentioned standardized deviation amount Δnd is obtained by standardizing the positional deviation amount Δd by the arrangement interval (pitch) p of the coils 13 provided in the stator 12. Now, assuming that the center of the mover 12 is disposed at a position deviated from the center of the stator 11, the positional deviation amount Δd is 66 mm, and the arrangement interval p of the coils 13 is 30 mm, the standard at this time The misalignment amount Δnd is 1.2p.
[0043]
This standardized deviation amount Δnd is a value in the range of p to 1.5p in the chart shown in FIG. Therefore, when the positional relationship between the stator 11 and the mover 12 is Δnd = 1.2p, in order to generate thrust only in the y direction, the U-phase switch SW2, the V-phase switch SW2, and the W-phase The switch SW2 is turned on to supply current to the coil U2, the coil V2, and the coil W2. When the positional relationship between the stator 11 and the mover 12 is Δnd = 1.2p, the V-phase switch SW5 and the W-phase switch SW7 are turned on in order to generate thrust only in the x direction. In this state, current is supplied to the coil V5 and the coil W7.
[0044]
In the above positional relationship, in order to generate thrust in both the x and y directions, the U-phase switch SW2, the V-phase switch SW2, the W-phase switch SW2, the V-phase switch SW5, and W The phase switch SW7 is turned on to supply current to the coil U2, the coil V2, the coil W2, the coil V5, and the coil W7. Thus, in this embodiment, by switching the coil to be energized according to the positional relationship between the stator 11 and the mover 12 according to the chart shown in FIG. 5, only the x direction, only the y direction, or the x direction And y direction can be generated in both directions. As is apparent from FIG. 5, the current (I) for generating the y-direction thrust is applied to the same coil. _u , I _v , I _w ) And current I for x-direction thrust generation _t Are not supplied at the same time, and each coil 13 generates thrust only in the x direction or only in the y direction, depending on the positional relationship between the stator 11 and the mover 12.
[0045]
The linear motor device according to the first embodiment of the present invention has been described above. In the above embodiment, the case where the length of the magnet 19 in the y direction is twice the length of the coil 13 in the y direction (short side portion 13b) has been described as an example. The length in the y direction may be at least twice the length of the coil 13 in the y direction. That is, the length of the magnet 19 in the y direction may be more than twice the length of the coil 13 in the y direction as long as the generation of moment can be more effectively suppressed.
[0046]
[Second Embodiment]
Next, a linear motor device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the linear motor device according to the second embodiment of the present invention, and a part thereof is a top perspective view. A linear motor device 40 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 includes a stator 41 as a magnet unit and a mover 42 as a coil unit.
[0047]
The stator 41 as a magnet unit includes a magnet array 44 having a plurality of magnets 43 arranged so that the polarities alternately change along the y direction as the first direction (different magnetic poles are adjacent to each other). , Magnets 45 extending in the y direction (the length in the y direction is set to be approximately the same as the length in the y direction of the magnet array 44) and arranged so as to sandwich the magnet array 44 in the x direction as the second direction. And a magnet row 46 made of The magnet array 44 corresponds to the first magnet array in the present invention, and the magnet array 46 corresponds to the second magnet array in the present invention.
[0048]
The magnets 43 and 45 may be rare earth magnets such as neodymium / iron / cobalt magnets, samarium / cobalt magnets, or neodymium / iron / boron magnets. In order to increase the magnetic flux density formed by the magnet row 44, it is desirable that the magnet row 44 has an auxiliary magnet between the magnets 43 as in the first embodiment.
[0049]
Further, the mover 42 as a coil unit includes a coil array 48 composed of a plurality of (six in the example shown in FIG. 6) coils 47 arranged in the y direction as the first direction, and a coil in the y direction. And two coils 49 provided outside both ends of the row 48. The coil 47 corresponds to the first coil according to the present invention, and the coil 49 corresponds to the second coil according to the present invention.
[0050]
Each coil 47 forming the coil array 48 is formed by winding a copper round wire or a flat wire into a substantially rectangular shape a predetermined number of times (for example, several tens to several hundreds). The material of the coil 47 is not limited to copper, and aluminum wire may be used. The length of the coil 47 in the x direction is set to be longer than the length of the magnet 43 forming the magnet array 44 in the x direction and shorter than the arrangement interval of the magnets 45 forming the magnet array 46. Further, if the arrangement interval (pitch) in the y direction of the coil 47 is p and the arrangement interval in the y direction of the magnet 43 is Pm, the coil 47 and the magnet 43 are arranged so that 4Pm = 3p.
[0051]
The coil 47 has a long side portion 47a (first portion) substantially parallel to the x-axis as the second direction, a short side portion 47b substantially parallel to the y-axis as the first direction, and The winding surface is disposed so as to be substantially parallel to the xy plane, that is, the direction of the magnetic field generated at the center of the coil 47 when a current is passed through the coil 47 is substantially parallel to the z axis. The coil 47 has a long side portion 47a that overlaps with the magnet 43 that forms the magnet row 44 (so that the magnet row 44 is positioned in the -z direction of the long side portion 47a of the coil 47), and the magnet row 46. The position in the x direction is set so as not to overlap with the magnet 45 forming In such an arrangement, the magnet array 44 forms a magnetic field mainly on the long side portion 47a of the coil 47 in order to generate a thrust in the y direction.
[0052]
Similarly to the coil 47, the coil 49 is formed by winding a copper round wire or a rectangular wire into a substantially rectangular shape a predetermined number of times (for example, several tens to several hundreds). The material of the coil 49 winding is not limited to copper, and an aluminum wire may be used. The length of the coil 49 in the x direction is set to be approximately equal to the arrangement interval of the magnets 45 forming the magnet array 46, and each of the short side portions 49 b (second portion) extending in the first direction is one of the magnets 45. (The N pole in the magnet 45 arranged on the −x side, and the N pole in the magnet 45 arranged on the + x side). The magnet 45 (magnet array 46) forms a magnetic field mainly on the short side portion 49b of the coil 49 in order to generate thrust in the x direction.
[0053]
Further, the interval between the long side portions 49a of the coil 49 in the y direction (two current paths extending in the direction orthogonal to the first direction) is set to twice (2 Pm) the arrangement pitch of the magnets 43 forming the magnet array 44. Has been. This is to make the combined thrust generated by the magnetic field formed by the magnet array 44 in the first portion 49 a of the coil 49 zero when a current is passed through the coil 49. That is, the currents flowing through the long side portions 49a of the coils 49 are in opposite directions (one is in the + x direction and the other is in the -x direction). When the interval in the y direction of the long side portion 49a of the coil 49 is twice (2Pm) the arrangement pitch of the magnets 43, each long side portion 49a has the same polarity magnet 43 regardless of the position of the coil 49 in the y direction. Will be close.
[0054]
For this reason, thrusts in opposite directions (one thrust is in the + y direction and the other thrust is in the -y direction) are generated in each long side portion 49a, and as a result, the combined thrust is zero. Thus, in this embodiment, it is comprised so that the thrust of only an x direction can be generated by sending an electric current through the coil 49. FIG. As described above, the linear motor device of the present embodiment is a so-called moving coil type linear motor device in which the stator 41 is provided with the magnet (magnet array) and the movable element 42 is provided with the coil (coil array). .
[0055]
In addition, as shown in FIG. 6, the six coils 47 forming the coil array 48 include three-phase currents I of U phase, V phase, and W phase in order along the y direction. _u , I _v , I _w Are connected so that two coils 47 to which current of the same phase is supplied among the six coils 47 are connected in series. U phase current I _u V-phase current I _v , And W phase current I _w Is adjusted so as to have a predetermined current value via the current amplifiers 35a to 35c, as in the first embodiment. Note that each of the coils 47 is connected so that a current flowing through each of the coils 47 flows into the common electrode C.
[0056]
The two coils 49 are connected in series, and a current I for generating a thrust in the x direction. _t Is supplied. This current I _t Is a direct current, and is adjusted so as to have a predetermined current value via the current amplifier 35d. Thus, in the present embodiment, two in-phase coils out of the six coils 47 forming the coil array 48 are connected in series and two coils 49 are connected in series. The switch portions 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b shown in FIG. 4 are not necessary.
[0057]
In the present embodiment, the U-phase current I is applied only to the coil array 48. _u V-phase current I _v , And W phase current I _w Can generate a thrust only in the y direction, and the current I is applied only to the coil 49. _t Can generate a thrust only in the x direction, and a U-phase current I is applied to the coil array 44 and the coil 49. _u V-phase current I _v W-phase current I _w And current I _t Can be used to generate thrust in both the x and y directions.
[0058]
The linear motor device according to the second embodiment of the present invention has been described above. In the above embodiment, the case where the interval between the long side portions 49a of the coil 49 in the y direction is twice (2Pm) the arrangement pitch of the magnets 43 has been described as an example. However, the interval between the long side portions 49a is as follows. It may be an even multiple of the arrangement pitch of the magnets 43 (an integral multiple of the distance between the same poles of the magnets 43).
[0059]
In the present embodiment, two coils 49 are provided at both ends of the coil group 48 in the y direction. However, the coil 49 may be provided so as to accommodate the coil group 48 in the air core and surround the coil group 48. Absent. By adopting such a configuration, the second portion 49b parallel to the y direction that contributes to the generation of the x direction thrust can be long, and a large thrust can be generated. Even in this case, the interval between the first portions 49a parallel to the x direction is preferably an even multiple of the arrangement pitch of the magnets 43 (an integral multiple of the distance between the same poles of the magnets 43). As a result, the coil 49 can generate thrust only in the x direction.
[0060]
[Third Embodiment]
Next explained is a linear motor device according to the third embodiment of the invention. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the linear motor device according to the third embodiment of the present invention, and a part thereof is a top perspective view. A linear motor device 50 according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 7 includes a stator 51 and a mover 52 similar to those of the second embodiment.
[0061]
The stator 51 includes a magnet row 54 having a plurality of magnets 53 arranged so that the polarities alternately change in the y direction (different magnetic poles are adjacent to each other), and the mover 52 is arranged in the y direction. A coil array 56 including a plurality (six in the example shown in FIG. 6) of coils 55 arranged along the line is provided. In this embodiment as well, it is desirable that the magnet array 54 includes an auxiliary magnet between the magnets 53 in order to increase the magnetic flux density formed by the magnet array 54.
[0062]
The magnet 53 may be a rare earth magnet such as a neodymium / iron / cobalt magnet, a samarium / cobalt magnet, or a neodymium / iron / boron magnet. Each coil 55 constituting the coil array 56 is formed by winding a copper round wire or a rectangular wire into a substantially rectangular shape a predetermined number of times (for example, several tens to several hundreds). The material of the coil 55 is not limited to copper, and an aluminum wire may be used.
[0063]
When the arrangement interval (pitch) in the y direction of the coil 55 is p and the arrangement interval in the y direction of the magnet 53 is Pm, the coil 55 and the magnet 53 are arranged so that 4Pm = 3p. The length of the coil 55 in the x direction and the length of the magnet 53 in the x direction are set to be approximately the same. However, the coil 55 is arranged on the magnet 53 so that one of the short side portions 55b does not overlap the coil array 56. On the other hand, they are arranged eccentrically in the x direction. That is, each coil 55 is arranged such that the long side short side portion 55 a and the other short side portion 55 b are positioned in the + z direction of the coil array 56.
[0064]
The reason for this arrangement is that when a current is passed through each coil 55, the magnet array 54 generates a thrust in the y direction by the magnetic field formed in the long side portion 55 a of the coil 55, and the magnet array 54 is connected to the other side of the coil 55. This is because the thrust in the x direction is generated by the magnetic field formed in the short side portion 55b of the. As described above, the linear motor device of this embodiment is a so-called moving coil type linear motor device similar to that of the second embodiment.
[0065]
The six coils 55 forming the coil array 56 have a three-phase current I of U phase, V phase, and W phase in order along the y direction. _u , I _v , I _w Are connected so that two coils 55 to which current of the same phase is supplied among the six coils 55 are connected in series. U phase current I _u V-phase current I _v , And W phase current I _w Is adjusted so as to have a predetermined current value via the current amplifiers 35a to 35c, as in the first embodiment. Note that each of the coils 47 is connected so that a current flowing through each of the coils 47 flows into the common electrode C.
[0066]
Voltage adders 57 to 59 are connected to the input terminals of the current amplifiers 35a to 35c, respectively. The voltage adder 57 has two input terminals 57a and 57b, adds the thrust command voltages input from the input terminals 57a and 57b, and outputs the sum to the current amplifier 35a. A U-phase main thrust command voltage for generating thrust in the y direction is input to the input end 57a, and a U-phase sub thrust command voltage for generating thrust in the x direction is input to the input end 57b.
[0067]
The voltage adding unit 58 receives a V-phase main thrust command voltage for generating thrust in the y direction input from the input end 58a, and a V-phase sub-thrust command for generating thrust in the x direction input from the input end 58b. The voltage is added and output to the current amplifier 35b. Similarly, the voltage adder 59 receives a W-phase main thrust command voltage for generating thrust in the y direction input from the input end 59a, and a W phase for generating thrust in the x direction input from the input end 59b. The auxiliary thrust command voltage is added and output to the current amplifier 35c.
[0068]
In the linear motor device having the above configuration, the y-direction main thrust command voltage, the V-phase main thrust command voltage, and the W-phase main thrust command voltage input to the input ends 57a to 59a of the voltage adders 57 to 59 are increased in the y direction. Thrust generation is controlled, and thrust generation in the x direction is controlled by the U-phase sub-thrust command voltage, the V-phase sub-thrust command voltage, and the W-phase sub-thrust command voltage input to the input terminals 57b to 59b. Here, the U-phase sub-thrust command voltage, the V-phase sub-thrust command voltage, and the W-phase sub-thrust command voltage are respectively for the U-phase main thrust command voltage, the V-phase main thrust command voltage, and the W-phase main thrust command voltage. Voltage having a certain phase lag or phase advance. By using the main thrust command voltage and the sub thrust command voltage having such a phase relationship, the thrust generated in the y direction and the thrust generated in the x direction can be controlled.
[0069]
[Stage device]
Next, a description will be given of an embodiment of a stage device and a control device thereof according to the present invention, which includes the linear motor device according to the first embodiment described above. FIG. 8 is a diagram showing a stage device including the linear motor device according to the first embodiment of the present invention and its control device. Here, a stage control device that moves a wafer (semiconductor wafer) W in a horizontal plane will be described. Further, the description will be made by setting the X axis and the Y axis orthogonal to each other in the horizontal plane in which the wafer W moves. As shown in FIG. 8, the stage control device includes a control controller 60, current amplification units 61a to 61c, switch units 62a to 62c, and position detection units 63a and 63b, and controls the stage device 64 as a controlled object. .
[0070]
The controller 60 drives the linear motor devices 65 to 67 included in the stage device 64 based on preset control information (recipe) and detection signals output from the position detectors 63a and 63b. And the operation of the wafer stage 68 as a stage on which the wafer W is placed is controlled. Further, the controller 60 calculates the position information of the wafer stage 68 based on the detection signals output from the position detectors 63a and 63b, and the position information calculated by the position calculator 60a from FIG. And a switching control control signal generation unit 60b that outputs control signals C1 to C3 for performing on / off control of a plurality of switches included in the switch units 62a to 62c according to the sequence described with reference to FIG.
[0071]
The current amplifying units 61 a to 61 c amplify the current of the drive signal output from the controller 60 with a predetermined amplification factor and supply the amplified current to the linear motor devices 65 to 67 provided in the stage device 64. Each of the current amplifying units 61a to 61c includes each of the current amplifying units 35a to 35d shown in FIG. The switch units 62a to 62c are configured to include the switch units 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, and 38b shown in FIG. 4, and switch units 36a and 36b according to the control signals C1 to C3 output from the controller 60, respectively. , 37a, 37b, 38a, 38b are turned on / off to control which of the plurality of coils provided in each of the linear motor devices 65-67 is supplied with current. The position detectors 63a and 63b detect the position in the X direction and the position in the Y direction (stage position) of the wafer stage 68, respectively.
[0072]
Next, the stage device 64 will be described in detail. FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration example of the stage device 64. As shown in FIGS. 8 and 9, the stage device 64 includes a wafer stage 68 as a movable part, a wafer surface plate 69 that supports the wafer stage 68 so as to be movable in a two-dimensional direction along the XY plane, and a wafer stage 68. And a sample stage 70 that sucks and holds the wafer W, and an X guide bar 71 that supports the wafer stage 68 and the sample stage 70 in a relatively movable manner. A plurality of air bearings (air pads) (not shown) which are non-contact bearings are fixed to the bottom surface of the wafer stage 68, and the wafer stage 68 is placed on the wafer surface plate 69 by the air bearings, for example, about several microns. It is supported by levitating via clearance.
[0073]
The wafer surface plate 69 is supported substantially horizontally via a vibration isolation unit, for example, above a base plate (not shown). Here, the anti-vibration unit is arranged at each corner of the wafer surface plate 69, for example, and has an arrangement in which an air mount and a voice coil motor capable of adjusting the internal pressure are arranged in parallel on the base plate. By these vibration isolation units, micro vibrations transmitted to the wafer surface plate 69 via the base plate are insulated at the micro G level.
[0074]
Further, as shown in FIG. 9, the X guide bar 71 has a long shape along the X direction, and a movable element 65a and a movable element 66a made of armature units are respectively provided at both ends in the longitudinal direction. Is provided. The stators 65b and 66b each having a magnet unit corresponding to each of the movers 65a and 66a are provided on a support portion protruding from the base plate.
[0075]
The mover 65a and the stator 65b constitute a linear motor device 65, and the mover 66a and the stator 66b constitute a linear motor device 66. These linear motor devices 65 and 66 are the linear motor device 10 according to the first embodiment of the present invention shown in FIGS. The linear motor devices 65 and 66 are driven by the movable element 65a being driven by electromagnetic interaction with the stator 65b and the movable element 66a being driven by electromagnetic interaction with the stator 66b. By moving the guide bar 71 in the Y direction and adjusting the drive amounts of the linear motor device 65 and the linear motor device 66, the wafer stage 6 rotates about the Z axis perpendicular to the X axis and the Y axis. In other words, the wafer stage 68 (and the sample stage 70) is driven around the Y direction and the Z axis almost integrally with the X guide bar 71 by the linear motor devices 65 and 66.
[0076]
The sample stage 70 is supported by the X guide bar 71 in a non-contact manner so as to be relatively movable in the X direction via a magnetic guide composed of a magnet and an actuator that maintain a predetermined amount of gap in the Z direction with the X guide bar 71. -Retained. Further, the wafer stage 68 is driven in the X direction by electromagnetic interaction by a linear motor device 67 having a stator embedded in the X guide bar 71. In FIG. 9, the mover of the linear motor device 67 is not shown, but is attached to the wafer stage 68. A wafer W is fixed to the upper surface of the sample stage 70 by vacuum suction or the like via a wafer holder (not shown).
[0077]
A moving mirror 72 extending in the Y direction and a moving mirror 73 extending in the X direction are attached to the end of the wafer stage 68. Laser interferometers 74 and 75 (see FIG. 8) are respectively attached at positions facing the mirror surfaces of the movable mirrors 72 and 73, and the position in the X direction and the Y direction of the wafer stage 68 have a predetermined resolution, For example, it is measured in real time with a resolution of about 0.5 to 1 nm. At least one of the laser interferometers 74 and 75 is a multi-axis interferometer having two or more measurement axes. Based on the measurement values of these laser interferometers, the wafer stage 68 (and thus the wafer W) in the X direction is used. Not only the position and the position in the Y direction, but also the rotation amount and leveling amount around the Z axis can be obtained.
[0078]
In the stage device 64 configured as described above, for example, when the wafer W is moved in the −X direction, the controller 60 obtains positional information of the wafer stage 68 in the X direction based on the detection signal output from the position detection unit 63a. The control signal C2 is generated from this position information according to the sequence described with reference to FIG. The control signal C2 here is a control for controlling the on / off states of the switches SW1 to SW4 included in each of the switch sections 62b (switch sections 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b shown in FIG. 4). Signal. Further, the controller 60 generates a drive signal for driving the linear motor device 67 included in the stage device 64.
[0079]
Further, the controller 60 calculates the position information of the wafer stage 68 in the Y direction based on the detection signal output from the position detector 63b, and the control signals C1, C3 from the position information according to the sequence described with reference to FIG. Is generated. The control signals C1 and C3 here are on / off states of the switches SW5 to SW8 included in each of the switch sections 62a and 62c (switch sections 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, and 38b shown in FIG. 4). Is a control signal for controlling. Further, the controller 60 generates a drive signal for driving the linear motor devices 65 and 66 in accordance with a drive signal for driving the linear motor device 67.
[0080]
Next, the controller 60 outputs a drive signal for driving the linear motor device 67 to the current amplifying unit 61b and also outputs a control signal C2 to the switch unit 62b. _u , I _v , I _w To generate a thrust force F11 in the -X direction shown in FIG. At the same time, the controller 60 outputs drive signals for driving the linear motor devices 65 and 66 to the current amplifiers 61a and 61c, and outputs control signals C1 and C3 to the switch units 62a and 62c, respectively. The linear motor devices 65 and 66 have a current I _t To generate the thrusts F12 and F13 in the + X direction shown in FIG.
[0081]
As described above, when the wafer W is moved in the −X direction, the linear motor device 67 generates the thrust F11 in the −X direction, and at the same time, the linear motor devices 65 and 66 generate the thrusts F12 and F13 in the + X direction. Let Thereby, the reaction force generated by the generation of thrust in the −X direction of the linear motor device 67 can be canceled by the thrusts F12 and F13, and generation of unnecessary vibration can be suppressed.
[0082]
Further, for example, when the wafer W is moved in the + Y direction, the controller 60 calculates the position information of the wafer stage 68 in the Y direction based on the detection signal output from the position detection unit 63b. Control signals C1 and C3 are generated in accordance with the sequence described with reference to FIG. The control signals C1 and C3 here are on / off states of the switches SW1 to SW4 included in each of the switch sections 62a and 62c (switch sections 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, and 38b shown in FIG. 4). Is a control signal for controlling. Further, the controller 60 generates a drive signal for driving the linear motor devices 65 and 66 included in the stage device 64.
[0083]
Further, the controller 60 calculates position information of the wafer stage 68 in the X direction based on the detection signal output from the position detector 63a, and generates a control signal C2 from this position information according to the sequence described with reference to FIG. To do. The control signal C2 here is a control for controlling the on / off states of the switches SW5 to SW6 included in each of the switch sections 62b (switch sections 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b shown in FIG. 4). Signal. In addition, the controller 60 generates a drive signal for driving the linear motor device 67 in accordance with a drive signal for driving the linear motor devices 65 and 66.
[0084]
Next, the controller 60 outputs a drive signal for driving the linear motor devices 65 and 66 to each of the current amplifying units 61a and 61c and outputs a control signal C1 and C3 to each of the switch units 62a and 62c. The linear motor devices 65 and 66 have a three-phase current I _u , I _v , I _w To generate Y-direction thrusts F21 and F22 shown in FIG. At the same time, the controller 60 outputs a drive signal for driving the linear motor device 67 to the current amplifying unit 61b and outputs a control signal C2 to the switch unit 62b. _t To generate the thrust F23 in the + Y direction shown in FIG.
[0085]
As described above, when the wafer W is moved in the Y direction, the linear motor devices 65 and 66 generate the thrusts F21 and F22 in the Y direction, and at the same time, the linear motor device 67 generates the thrust F23 in the Y direction. In order to move the wafer stage 68 in the Y direction, it is necessary to move the wafer stage 68, the linear motor device 67, and the X guide bar 71 integrally with the linear motor devices 65, 66. For this reason, if the overall rigidity of the linear motor device 67 and the X guide bar 71 is low, an operation delay of the wafer stage 68 with respect to the movers 65a and 66a included in the linear motor devices 65 and 66 occurs.
[0086]
In the present embodiment, the linear motor device 67 generates the thrust F23 in the same direction as the thrusts F21 and F22 simultaneously with the generation of the thrusts F21 and F22 in the Y direction of the linear motor devices 65 and 66. As a result, the apparent rigidity of the configuration including the linear motor device 67 and the X guide bar 71 becomes infinite, and as a result, the wafer stage 68 is operated in accordance with the movement of the movers 65a and 66a, and the acceleration of the wafer stage 68 is completed. Later settling time is shortened, and synchronization accuracy and throughput can be improved.
[0087]
Heretofore, the stage device 64 including the linear motor device 10 according to the first embodiment of the present invention has been described as an example of the linear motor devices 65 to 67. However, the stage device 64 is configured to include the linear motor device 40 according to the second embodiment shown in FIG. 6 as the linear motor devices 65 to 67 or the linear motor device 50 according to the third embodiment shown in FIG. There may be.
[0088]
In the configuration including the linear motor device 40 according to the second embodiment illustrated in FIG. 6, the switching control signal generation unit 60 b and the switch units 62 a to 62 c included in the control controller 60 in FIG. 8 are omitted. Further, in the case of the configuration including the linear motor device 50 according to the third embodiment shown in FIG. 7, the switching control signal generation unit 60b and the switch units 62a to 62c included in the control controller 60 in FIG. 8 are omitted. Further, voltage adding units 57 to 59 shown in FIG. 7 are added to each of the current amplifying units 61a to 61c, and each of the current amplifying units 61a to 61c corresponds to a current amplifying unit 35d (see FIG. 4 or FIG. 6). The structure to perform is omitted.
[0089]
The stage device 64 may be configured to include the linear motor devices 10, 40, and 50 according to the first to third embodiments as the linear motor devices 65 to 68. For example, the linear motor device 67 is disposed closer to the wafer W placed on the wafer stage 68 than the linear motor devices 65 and 66, and the mover of the linear motor device 67 is placed on the sample stage 70. It is fixed. For this reason, the linear motor device 67 is a moving magnet type linear motor device (the linear motor shown in the second embodiment or the third embodiment) that is not fixed to the sample stage 70 away from the wafer W because the coil as a heat source becomes a stator. It is desirable to use an apparatus.
[0090]
Since the linear motor devices 65 and 66 drive the linear motor device 67, the X guide bar 71, and the sample stage 70 as a unit, the linear motor devices 65 and 66 require much larger thrust than the linear motor device 67. Therefore, a large amount of electric power is required and the heat generation amount is larger than that of the linear motor device 67. Therefore, it is desirable to use the moving coil type linear motor device (the linear motor device shown in the first embodiment) as the linear motor devices 65 and 66. However, since the moving coil type linear motor needs to circulate the refrigerant through the movers 65a and 66a, if there is a problem in the configuration of the apparatus, the moving magnet type linear motor is provided with a magnet on the mover 65a and 66a side. You may use a motor apparatus (The linear motor apparatus shown in 2nd Embodiment or 3rd Embodiment).
[0091]
[Exposure equipment]
Next, the exposure apparatus according to the present invention will be described in detail. FIG. 10 is a view showing a schematic configuration of the exposure apparatus. The exposure apparatus shown in FIG. 10 transfers the pattern formed on the reticle R to the wafer W while moving the reticle R as a mask and the wafer W as a photosensitive substrate relative to the projection optical system PL. A case where the present invention is applied to a step-and-scan exposure apparatus for manufacturing semiconductor elements will be described as an example.
[0092]
In the following description, the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 10 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Y axis are parallel to the wafer W, and the Z axis is set in a direction orthogonal to the wafer W. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z-axis is set vertically upward. In the present embodiment, the direction (scanning direction SD) in which the reticle R and the wafer W are moved is set in the Y direction.
[0093]
In FIG. 10, as the exposure light source 81, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) that emits exposure light IL that is a parallel light beam having a substantially rectangular cross section is used. Exposure light IL (exposure beam) comprising an ultraviolet pulse with a wavelength of 193 nm from the exposure light source 81 passes through a beam matching unit (BMU) 82 and enters a variable dimmer 83 as an optical attenuator. The exposure light IL passing through the variable dimmer 83 enters a first fly-eye lens 86 as a first-stage optical integrator (a homogenizer or a homogenizer) through a beam shaping system 85 including lens systems 84a and 84b. To do. The exposure light IL emitted from the first fly-eye lens 86 passes through the first lens system 87a, the optical path bending mirror 88, and the second lens system 87b, and the second fly as a second-stage optical integrator. The light enters the eye lens 89.
[0094]
On the exit surface of the second fly-eye lens 89, that is, the optical Fourier transform surface (the pupil plane of the illumination system) with respect to the pattern surface of the reticle R to be exposed, an aperture stop plate 90 is rotatably arranged by a drive motor 90e. ing. The aperture stop plate 90 includes a circular aperture stop 90a for normal illumination, an aperture stop 90b for annular illumination, and an aperture stop for modified illumination (not shown) including a plurality of (for example, four poles) eccentric small apertures. A small circular aperture stop (not shown) for a small coherence factor (σ value) or the like is switchably arranged. A main control system 103 that performs overall control of the overall operation of the exposure apparatus rotates the aperture stop plate 90 via a drive motor 90e to set illumination conditions.
[0095]
Note that when performing modified illumination (annular illumination, quadrupole illumination, etc.), the exposure light IL is applied to the second fly's eye lens 89 in order to increase the utilization efficiency of the exposure light IL and obtain high illuminance (pulse energy). It is desirable to shape the cross-sectional shape of the exposure light IL into a substantially annular shape at the incident stage. For this purpose, the first fly-eye lens 86 may be replaced with, for example, a diffractive optical element (DOE) made of an assembly of a number of phase type diffraction gratings. Further, the illumination condition switching system is not limited to the above-described configuration, and a conical prism (axicon) and / or a zoom optical system and a diffractive optical element may be used alone or in combination with the aperture stop plate 90. good. When an internal reflection type integrator (rod integrator or the like) is used as the second-stage optical integrator, the exposure light IL is applied to the optical axis IAX of the illumination system using, for example, a DOE, a conical prism, or a polyhedral prism. It is desirable to make the light incident on the internal reflection type integrator and change the incident angle range of the exposure light IL on the incident surface according to the illumination conditions.
[0096]
In FIG. 10, the exposure light IL that is emitted from the second fly-eye lens 89 and passes through the aperture stop 90a for normal illumination sequentially passes through the lens systems 91 and 92 along the optical axis IAX, and then is fixed blind (fixed illumination field of view). It enters the diaphragm 93a and the movable blind (movable illumination field diaphragm) 93b. The fixed blind 93a has a scanning exposure direction at the center in a circular field of the projection optical system PL, which will be described later, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-196513 and the corresponding US Patent No. 5,473,410. It has an opening arranged so as to extend in a straight slit shape or a rectangular shape (hereinafter collectively referred to as a “slit shape”) in an orthogonal direction.
[0097]
The movable blind 93b is used to make the width in the scanning direction of the illumination visual field region variable in order to prevent unnecessary exposure at the start and end of scanning exposure on each shot region on the wafer W. Further, it is used to vary the size of the pattern area of the reticle R in the direction orthogonal to the scanning direction (non-scanning direction). The fixed blind 93a and the movable blind 93b are installed on a conjugate plane with respect to the surface on which the pattern of the reticle R is formed (hereinafter referred to as the reticle surface).
[0098]
The exposure light IL that has passed through the fixed blind 93a and the movable blind 93b during exposure passes through an optical path bending mirror 94, an imaging lens system 95, a condenser lens 96, and a main condenser lens system 97, as a reticle as a mask. The illumination area (illumination visual field area) IR of the R pattern surface (lower surface) is illuminated.
[0099]
Under the exposure light IL, an image of the circuit pattern in the illumination area IR of the reticle R is projected at a predetermined projection magnification β (β is, for example, 1/4 or 1/5) via the bilateral telecentric projection optical system PL. Then, it is transferred to the slit-shaped exposure region IW of the photoresist layer on the wafer W as the substrate disposed on the imaging plane of the projection optical system PL. Although the projection optical system PL of the present embodiment is a dioptric system (refractive system), it goes without saying that a catadioptric system (catadioptric system) and a reflective system can also be used.
[0100]
The reticle R is sucked and held on a reticle stage 98 as a mask stage. The reticle stage 98 can move at a constant speed in the Y direction on the reticle base 99 and can be tilted in the X, Y, and rotational directions. Is placed. A movable mirror 100 is attached to one end of the reticle stage 98, and a laser interferometer 101 is provided facing the mirror surface of the movable mirror 100. The laser interferometer 101 measures the two-dimensional position and rotation angle of the reticle stage 98 (reticle R) in real time. Based on the measurement result of the laser interferometer 101 and the control information from the main control system 103, the drive control unit 102 controls the scanning speed and position of the reticle stage 98.
[0101]
On the other hand, the wafer W is sucked and held on a wafer stage 105 as a substrate stage via a wafer holder 104, and the wafer stage 105 is 2 on the wafer base 106 along the XY plane parallel to the image plane of the projection optical system PL. Move dimension. That is, the wafer stage 105 moves on the wafer base 106 in the Y direction at a constant speed and also moves stepwise in the X direction and the Y direction. Further, the wafer stage 105 incorporates a Z leveling mechanism for controlling the position in the Z direction (focus position) of the wafer W and the tilt angles around the X axis and the Y axis.
[0102]
Although not shown, the projection optical system projects a slit image obliquely to a plurality of measurement points on the surface (wafer surface) of the wafer W on the side surface of the projection optical system PL, and the reflection from the wafer surface. A multipoint autofocus sensor is also provided, which includes a light receiving optical system that receives light and generates a focus signal corresponding to the focus positions of the plurality of measurement points. It is supplied to the focus control unit in the control system 103. At the time of scanning exposure, the focus control unit in the main control system 103 continuously drives the Z leveling mechanism in the wafer stage 105 by the autofocus method based on the information of those focus signals (focus positions). Thereby, the surface of the wafer W is focused on the image plane of the projection optical system PL.
[0103]
A movable mirror 107 is attached to one end of the wafer stage 105, and a laser interferometer 108 is provided facing the mirror surface of the movable mirror 107. The laser interferometer 108 measures the position of the wafer stage 105 in the X and Y directions and the rotation angles around the X, Y, and Z axes in real time. Based on the measurement result of the laser interferometer 108 and the control information from the main control system 103, the drive control unit 109 controls the scanning speed and position of the wafer stage 105. The wafer stage 105 in FIG. 10 corresponds to the stage device 64 shown in FIGS. 8 and 9, and the controller 60 and the position detectors 63a and 63b shown in FIG. Current amplifying units 61a to 61c and switch units 62a to 62c are provided. The movable mirror 107 corresponds to the movable mirrors 72 and 73 shown in FIG. 9, and the laser interferometer 108 corresponds to the laser interferometers 74 and 75 shown in FIG.
[0104]
The main control system 103 sends various information such as the movement position, movement speed, movement acceleration, and position offset of the reticle stage 98 and the wafer stage 105 to the drive control units 102 and 109. In response to this, the reticle R is scanned via the wafer stage 105 in synchronism with the scanning of the reticle R in the + Y direction (or -Y direction) at the speed Vr with respect to the illumination region IR of the exposure light IL via the reticle stage 98. Thus, the wafer W is scanned in the −Y direction (or + Y direction) at the speed β · Vr (β is the projection magnification from the reticle R to the wafer W) with respect to the exposure area IW of the pattern image of the reticle R. At this time, the opening / closing operation of the movable blind 93b is controlled in order to prevent exposure to unnecessary portions at the start and end of the scanning exposure. The movement direction of the reticle R and the wafer W is opposite because the projection optical system PL of this embodiment performs reverse projection.
[0105]
Next, an operation during exposure of the exposure apparatus having the above-described configuration will be briefly described. When the exposure operation is started, a control signal is output from the main control system 103 to the drive control units 102 and 109, and the drive control units 102 and 109 increase the acceleration of the reticle stage 98 and the wafer stage 105. The drive control unit 109 accelerates the wafer stage 105 on the basis of the control signal (target position signal) output from the main control system 103 and the detection signal output from the laser interferometer 108, and the shot to be exposed on the wafer W. The area is moved to the exposure start position. At this time, the reaction force process described above is performed in accordance with the movement of the reticle stage 98 or the wafer stage 105. Note that the reticle stage 98 is also accelerated similarly to the wafer stage 105.
[0106]
When the acceleration period ends and the respective speeds of the wafer stage 105 and the reticle stage 98 reach a constant speed, the wafer stage 105 is moved in the −Y direction at a speed Vw (= β) while irradiating the reticle R with slit-shaped illumination light. The pattern formed on the reticle is transferred to the shot area set on the wafer W via the projection optical system PL while the reticle stage unit is scanned and moved at the speed Vm in the + Y direction. To do. When the transfer of the reticle pattern to one shot area is completed, the wafer stage 105 and the reticle stage 98 are decelerated to stop the illumination light irradiation to the reticle R.
[0107]
Next, the main control system 103 drives the wafer stage 105 and sets the next shot area to which the pattern is transferred in the vicinity of the projection area of the projection optical system PL (area where the pattern of the reticle R is projected) (exposure start position). ). Also at this time, a reaction force process for canceling the reaction force generated in accordance with the movement of the wafer stage 105 is performed. Similarly to the above-described operation, after the wafer stage 105 and the reticle stage 98 are accelerated to a constant speed, the illumination light is irradiated onto the reticle R, and the reticle pattern is sequentially transferred to the shot area. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a movement path of the wafer W with respect to the projection area during pattern transfer. As shown in this figure, when the pattern of the reticle R is transferred to the shot area SA, the wafer W is moved at a constant speed along the Y direction (+ Y direction or -Y direction). On the other hand, when the exposure process for one shot area is completed and the process proceeds to the exposure start position of the next shot area to be exposed, the movement is stepped in the X direction (or Y direction) while accelerating and decelerating. By repeating such an operation, exposure processing is performed on all shot areas set on the wafer W.
[0108]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, It can change freely within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the ArF excimer laser light source is described as an example of the exposure light source 81. However, as the exposure light source 81, for example, g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365 nm) are used. Ejecting ultra-high pressure mercury lamp, KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF excimer laser (wavelength 193 nm), F ₂ Excimer laser (wavelength 157 nm), Kr ₂ A laser (wavelength 146 nm), a YAG laser high-frequency generator, or a semiconductor laser high-frequency generator can be used.
[0109]
Furthermore, a single wavelength laser beam in the infrared region or visible region oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser as a light source is amplified by, for example, a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and yttrium), and nonlinear optics You may use the harmonic which wavelength-converted into the ultraviolet light using the crystal | crystallization. For example, if the oscillation wavelength of a single wavelength laser is in the range of 1.51 to 1.59 μm, the generated wavelength is in the range of 189 to 199 nm, the eighth harmonic, or the generated wavelength is in the range of 151 to 159 nm. A 10th harmonic is output.
[0110]
In particular, when the oscillation wavelength is in the range of 1.544 to 1.553 μm, the 8th harmonic in the range of 193 to 194 nm, that is, ultraviolet light having substantially the same wavelength as the ArF excimer laser light is obtained. If the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, the generated wavelength is the 10th harmonic in the range of 157 to 158 nm, that is, F ₂ Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser light can be obtained. Further, if the oscillation wavelength is in the range of 1.03 to 1.12 μm, the seventh harmonic whose output wavelength is in the range of 147 to 160 nm is output, and in particular, the oscillation wavelength is in the range of 1.099 to 1.106 μm. If it is within, the 7th harmonic within the range of the generated wavelength of 157 to 158 μm, that is, F ₂ Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser light can be obtained. In this case, for example, an yttrium-doped fiber laser can be used as the single wavelength oscillation laser.
[0111]
Further, the present invention is not limited to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, but also used for manufacturing a display including a liquid crystal display element (LCD) and the like, an exposure apparatus for transferring a device pattern onto a glass plate, and a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that is used for manufacturing and transfers a device pattern onto a ceramic wafer, and an exposure apparatus that is used to manufacture an image sensor such as a CCD. Furthermore, in an exposure apparatus that transfers a circuit pattern onto a glass substrate or a silicon wafer in order to manufacture a reticle or mask used in an optical exposure apparatus, EUV exposure apparatus, X-ray exposure apparatus, electron beam exposure apparatus, or the like. The present invention can also be applied. Here, in an exposure apparatus using DUV (far ultraviolet) light, VUV (vacuum ultraviolet) light, or the like, a transmission type reticle is generally used. As a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride or quartz is used. Further, in a proximity type X-ray exposure apparatus or an electron beam exposure apparatus, a transmission type mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.
[0112]
The linear motor device according to the present invention can be applied not only to a wafer stage but also to a reticle stage. In this case, it is not necessary to separately provide a long stroke linear motor device for driving the reticle in the scanning direction (y direction) and a short stroke linear motor device for driving in the direction orthogonal to the scanning direction (x direction). The apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced. Furthermore, the linear motor device according to the present invention can be applied to a stage device in general (not limited to one-dimensional movement or two-dimensional movement) that moves in a state where an object is placed in addition to the exposure apparatus. is there.
[0113]
Next, an embodiment of a microdevice manufacturing method using the exposure apparatus and the exposure method according to an embodiment of the present invention in a lithography process will be described. FIG. 12 is a flowchart showing a manufacturing example of a microdevice (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin film magnetic head, a micromachine, or the like). As shown in FIG. 12, first, in step S10 (design step), a function / performance design (for example, circuit design of a semiconductor device) of a micro device is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S11 (mask manufacturing step), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S12 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
[0114]
Next, in step S13 (wafer processing step), using the mask and wafer prepared in steps S10 to S12, an actual circuit or the like is formed on the wafer by lithography or the like, as will be described later. Next, in step S14 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step S13. This step S14 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary. Finally, in step S15 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the microdevice manufactured in step S14 are performed. After these steps, the microdevice is completed and shipped.
[0115]
FIG. 13 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 of FIG. 12 in the case of a semiconductor device. In FIG. 13, in step S21 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step S22 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step S23 (electrode formation step), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step S24 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps S21 to S24 constitutes a pretreatment process at each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process at each stage.
[0116]
At each stage of the wafer process, when the above-described pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing process, first, in step 25 (resist formation step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step 26 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step 27 (development step), the exposed wafer is developed, and in step 28 (etching step), exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. Then, in step 29 (resist removal step), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0117]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first portion (current path extending in the direction orthogonal to the first direction) and the second portion continuous with the first portion (extending in the direction orthogonal to the second direction). A first magnet row for generating a magnetic field with respect to the first portion of the coil, and a second portion of the coil. Since the magnet unit is provided with the second magnet array that generates a magnetic field, the linear motor device alone can generate thrust in both the first direction and the second direction.
For this reason, it is not necessary to provide a reaction force processing motor separately from the linear motor device for processing the reaction force generated in accordance with the operation of the linear motor device, and the cost can be reduced and the synchronization accuracy and throughput can be reduced. There is an effect that it is possible to improve.
In addition, since the length of each magnet constituting the second magnet row in the direction along the first direction is at least twice the length of the second portion of the coil, the current supplied to the coil is switched. There is also an effect that a constant thrust can be generated in the second direction.
Further, according to the present invention, the first coil is different from a coil array in which a plurality of first coils having a first portion (a current path extending in a direction orthogonal to the first direction) are arranged along the first direction. The coil unit is provided with a second coil having a second portion (a current path extending in a direction orthogonal to the second direction), and a magnetic field is applied to the first portion of the first coil included in the coil array. Since the magnet unit is provided with the first magnet array that generates the magnetic field and the second magnet array that generates the magnetic field with respect to the second part of the second coil, both the first direction and the second direction of the linear motor device alone are provided. It is possible to generate a thrust against.
For this reason, it is not necessary to provide a reaction force processing motor separately from the linear motor device for processing the reaction force generated in accordance with the operation of the linear motor device, and the cost can be reduced and the synchronization accuracy and throughput can be reduced. There is an effect that it is possible to improve.
In addition, according to the stage device of the present invention, thrust can be generated in two directions orthogonal to the movable part, and thus thrust is required in another direction orthogonal to one drive direction. However, there is no need to provide a separate drive device, and the device configuration can be simplified.
In addition, according to the exposure apparatus of the present invention, it is not necessary to separately provide a motor for processing the reaction force of the substrate stage or the mask stage or a motor for fine movement in a direction orthogonal to the long stroke direction of the stage. As a result, the throughput can be improved by the optimum reaction force processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a linear motor device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a top perspective view of the linear motor device shown in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS. 1 and 2. FIG.
FIG. 4 is a connection diagram of each coil 13 provided in the linear motor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a chart showing a switching sequence when driving the linear motor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a linear motor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a linear motor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a stage device including the linear motor device according to the first embodiment of the present invention and its control device.
9 is a perspective view showing a configuration example of the stage device 64. FIG.
FIG. 10 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a movement path of the wafer W with respect to the projection area at the time of pattern transfer.
FIG. 12 is a flowchart showing an example of a microdevice manufacturing process.
13 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 12 in the case of a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
10 Linear motor device
11 Stator (coil unit)
12 Mover (Magnet unit)
13 coils
13a Long side part (first part)
13b Short side part (second part)
14 Coil array
18 Magnet
19 Magnet
21 Magnet
22 Magnet
26, 27 Magnet array (first magnet array)
30, 31 Magnet array (second magnet array)
40 Linear motor device
41 Stator (Magnet unit)
42 Mover (coil unit)
43 Magnet
44 Magnet array (first magnet array)
45 Magnet
46 Magnet array (second magnet array)
47 Coil (first coil)
47a Long side part (first part)
48 coil array
49 Coil (second coil)
49a Long side part (two current paths)
49b Short side part (second part)
64 stage equipment
66, 67 Linear motor device (drive device)
68 Wafer stage (movable part)
98 Reticle stage (mask stage)
105 Wafer stage (substrate stage)
R reticle (mask)
W wafer (object, photosensitive substrate)

Claims (9)

第１方向と、当該第１方向と交差する第２方向とに沿って推力を発生するリニアモータ装置において、
前記第１方向に直交する方向に延びた電流経路である第１部分と、前記第１部分と連続し前記第２方向に直交する方向に延びた電流経路である第２部分とを有するコイルを、前記第１方向に沿って複数配列したコイル列を備えたコイルユニットと、
前記第１方向に沿って配列された複数の磁石を有し前記コイルの前記第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列と、前記第１方向に関して前記第１磁石列とは異なる領域に配置され前記第２部分に対して磁界を発生する第２磁石列とを有する磁石ユニットと
を備えることを特徴とするリニアモータ装置。In the linear motor device that generates thrust along the first direction and the second direction intersecting the first direction,
A coil having a first portion which is a current path extending in a direction orthogonal to the first direction and a second portion which is a current path extending in a direction perpendicular to the second direction and continuous with the first portion; A coil unit comprising a plurality of coil arrays arranged along the first direction;
A first magnet row having a plurality of magnets arranged along the first direction and generating a magnetic field for the first portion of the coil, and a region different from the first magnet row in the first direction linear motor device characterized by comprising a magnet unit and a second magnet array for generating a magnetic field to arranged the second portion. 前記第２磁石列を構成する各々の磁石の前記第１方向に沿った方向の長さは、前記コイルの前記第２部分の長さの少なくとも２倍の長さを有することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ装置。  The length in the direction along the first direction of each magnet constituting the second magnet row has a length at least twice as long as the second portion of the coil. Item 10. The linear motor device according to Item 1. 前記第２磁石列は、前記第１磁石列の前記第１方向両端の外側にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のリニアモータ装置。  3. The linear motor device according to claim 1, wherein the second magnet row is provided outside of both ends of the first magnet row in the first direction. 4. 第１方向と、当該第１方向と交差する第２方向とに沿って推力を発生するリニアモータ装置において、
前記第１方向に直交する方向に延びた電流経路である第１部分を有する第１コイルを前記第１方向に沿って複数配列したコイル列と、前記第１コイルと異なる形状のコイルであって前記第２方向に直交する方向に延びた電流経路である第２部分を有し、前記コイル列に隣接して前記第１コイルの配列軸上に設けられた第２コイルとを備えるコイルユニットと、
異なる磁極が互いに隣り合う様に前記第１方向に沿って配列された複数の磁石を有し前記コイル列の前記第１部分に対して磁界を発生する第１磁石列と、前記第１方向に沿って延在するとともに前記第２方向に配列された複数の磁石を有し前記第２コイルの前記第２部分に対して磁界を発生する第２磁石列とを備える磁石ユニットと
を有することを特徴とするリニアモータ装置。In the linear motor device that generates thrust along the first direction and the second direction intersecting the first direction,
A coil array in which a plurality of first coils having a first portion that is a current path extending in a direction orthogonal to the first direction are arranged along the first direction, and a coil having a shape different from that of the first coil. have a second portion which is a current path extending in a direction perpendicular to the second direction, and a coil unit and a second coil provided adjacent to the coil array on the array axis of the first coil ,
A first magnet array having a plurality of magnets arranged along the first direction so that different magnetic poles are adjacent to each other, and generating a magnetic field for the first portion of the coil array; and in the first direction A magnet unit including a plurality of magnets extending along the second direction and having a plurality of magnets arranged in the second direction and generating a magnetic field with respect to the second portion of the second coil. A characteristic linear motor device. 前記第２コイルは、２つの前記第２部分と、当該２つの前記第２部分に連続し前記第１方向と直交する方向に延びた２つの電流経路とを有し、前記２つの電流経路は前記第１磁石列の有する磁石の同極間距離の整数倍に等しい間隔であることを特徴とする請求項４記載のリニアモータ装置。  The second coil includes two second portions and two current paths that are continuous with the two second portions and extend in a direction orthogonal to the first direction, and the two current paths are The linear motor device according to claim 4, wherein the distance is equal to an integral multiple of a distance between the same poles of the magnets of the first magnet row. 前記第２コイルは、前記第１コイルを有する前記コイル列を前記第１方向に挟んで２つ設けられることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のリニアモータ装置。  6. The linear motor device according to claim 4, wherein two second coils are provided with the coil array having the first coil sandwiched in the first direction. 7. 前記第２磁石列は、前記第１磁石列を前記第２方向に挟んで２つ設けられることを特徴とする請求項４から請求項６の何れか一項に記載のリニアモータ装置。  The linear motor device according to any one of claims 4 to 6, wherein two of the second magnet arrays are provided with the first magnet array sandwiched in the second direction. 物体を載置して移動可能な可動部と当該可動部を駆動する駆動装置とを有するステージ装置において、
前記駆動装置として請求項１から請求項７の何れか一項に記載のリニアモータ装置を少なくとも一つ用いることを特徴とするステージ装置。In a stage apparatus having a movable part that can move by placing an object and a drive device that drives the movable part,
A stage device using at least one of the linear motor devices according to claim 1 as the driving device. マスクに形成されたパターンを感光基板に転写する露光装置であって、
前記マスクを載置するマスクステージと、
前記感光基板を載置する基板ステージとを備え、
前記マスクステージ及び前記基板ステージの少なくとも一方として請求項８記載のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。An exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask to a photosensitive substrate,
A mask stage on which the mask is placed;
A substrate stage on which the photosensitive substrate is placed;
An exposure apparatus comprising the stage apparatus according to claim 8 as at least one of the mask stage and the substrate stage.

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