JPH11122905A - リニアモータ、ステージ装置および露光装置 - Google Patents
リニアモータ、ステージ装置および露光装置Info
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- JPH11122905A JPH11122905A JP9303330A JP30333097A JPH11122905A JP H11122905 A JPH11122905 A JP H11122905A JP 9303330 A JP9303330 A JP 9303330A JP 30333097 A JP30333097 A JP 30333097A JP H11122905 A JPH11122905 A JP H11122905A
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Abstract
プル(推力ムラ)の小さいリニアモータを提供する。 【解決手段】 永久磁石とコイルとが相対移動する構成
のリニアモータにおいて、複数の永久磁石の極性方向を
90度ずつ回転させながら移動方向に沿って配列し、そ
の終端部に位置する複数個の永久磁石の体積を、終端部
の永久磁石と同じまたは逆の極性方向を持つ他の永久磁
石の体積よりも小さくする。
Description
測定装置等の超精密機器の駆動機構として利用されるリ
ニアモータ並びに該リニアモータを用いたステージ装置
および露光装置に関する。
いる永久磁石の配列を示す。これは対向する永久磁石群
(固定子群)の片側のみを示しており、70はヨーク、
71(71a〜71c)はヨーク70上に配列した永久
磁石であり、各々の永久磁石71は角部を落とした非直
体形状となっている。また、複数の永久磁石71を極性
(N極、S極)が交互になるように配列するとともに、
対向する固定子群の間の空間に正弦波形の磁界を生じさ
せるように各永久磁石71の厚さや幅を決定している。
来例では、正弦波形の磁界を生じさせるために各永久磁
石の厚さや幅を位置により異ならせる必要がある上、そ
の形状も単純な直方体ではないため、永久磁石を精度良
く作製することが難しく高コストになるという課題があ
る。また、直方体形状のものに比べて磁束密度も低下す
るため、リニアモータの駆動力が低下するという課題も
ある。
たものであり、低コストかつ高駆動力でありながら推力
リップル(推力ムラ)の小さい優れたリニアモータを提
供することを目的とする。さらに、リニアモータを構成
する永久磁石の終端部に近い領域においても磁界を正弦
波形に限りなく近づけることにより、空間を有効に利用
すること、もしくは可動子を軽量化することを目的とす
る。また、本発明はこのリニアモータを使用した優れた
位置決め精度を有するステージ装置や露光装置を提供す
ることを目的とする。
成するため、本発明は、永久磁石とコイルとが相対移動
する構成のリニアモータにおいて、複数の永久磁石の極
性方向(磁極方向)を90度ずつ回転させながら移動方
向に沿って配列し、その終端部に位置する複数個の永久
磁石の体積が、終端部の永久磁石と同じまたは逆の極性
方向を持つ他の永久磁石の体積よりも小さいことを特徴
とする。
は、通常、対向する各永久磁石の極性方向が逆向きにな
るように一対配列され、コイルがこれらの対向した一対
の永久磁石間を相対移動するように構成される。
のリニアモータを駆動源としてステージを移動すること
を特徴とするものである。例えば、リニアモータの可動
子をステージの移動方向と平行に固定し、リニアモータ
の固定子をステージ装置の基体上に固定することにより
ステージの駆動を行うように構成することができる。
テージ装置を有することを特徴とするものである。即
ち、露光すべき基板の位置を制御しながらこの基板上に
露光を行う際に、上述のステージ装置上に基板を載せ、
このステージ位置を制御することにより基板の位置を制
御するように構成される。
具体的に説明する。図1は本発明のリニアモータの特徴
を最もよく表す図であり、リニアモータの終端部分を示
している。図1中、符号10a〜10d、11a〜11
dは永久磁石を示しており、x方向に極性方向(N極か
らS極への方向)を順番に90度ずつ回転させながら配
置している。ここで、極性方向の回転の向きは、対向す
る永久磁石10a〜10dと永久磁石11a〜11dと
では反対であり、永久磁石10a〜10dが図中時計周
りに極性が変われば、永久磁石11a〜11dは反時計
周りに極性が変わる。また、極性方向がx方向を向いて
いる4つの永久磁石10a、10c、11a、11cは
ともに同じ寸法であり、y方向を向いている4つの永久
磁石10b、10d、11b、11dはともに同じ寸法
である。
は、磁界分布を正弦波形状に近づけるために付けている
磁界を補正するための永久磁石であり、永久磁石10a
〜10d、11a〜11dの終端部に設置している。ま
た、補正磁石12a〜12bおよび13a〜13bの極
性方向は、永久磁石10a〜10d、11a〜11dと
同じ規則に従っている。また、補正磁石12aおよび1
3aの体積は、極性方向が同じ方向を向いている永久磁
石10a等の体積より小さくなっており、極性がy方向
を向いている補正磁石12bおよび13bの体積は、極
性方向が同じ方向を向いている永久磁石10b等の体積
より小さくなっている。
10a〜10dおよび補正磁石12a〜12bはヨーク
14に、永久磁石11a〜11dおよび補正磁石13a
〜13bはヨーク15上にそれぞれ設置されている。ヨ
ーク14とヨーク15は互いに動かないように固定され
ている。符号16は移動方向に複数配置された電磁コイ
ルであり、これに電流を流すことにより、永久磁石とコ
イルとが相対移動する。なお、永久磁石を可動子とする
場合には電磁コイルを固定子とし、逆に電磁コイルを可
動子とする場合には、永久磁石を固定子にすることがで
きる。
対向している永久磁石10a〜10dと11a〜11
d、および補正磁石12a〜12bと13a〜13bの
間の空間には、固定した磁界が生じる。特に、永久磁石
に対して上記のように補正磁石を設置した構成をとるこ
とにより、永久磁石間の空間に存在する磁界のy成分
を、永久磁石の終端部近傍にいたるまで、x軸方向に対
して正弦波形に近づけることができる。
設けている永久磁石の数は2つであることが望ましい。
さらには、これらの2つの永久磁石のうち、リニアモー
タの中心側に位置する永久磁石13aにおける相対移動
方向の寸法(L13a )は、下記数1式で示すように、こ
の永久磁石13aと同じ極性方向を持つリニアモータを
構成する他の永久磁石11aの寸法(L11a )の1/2
より大きく、
の相対移動方向の寸法(L13b )は、下記数2式で示す
ように、中心側の永久磁石13aの寸法から、他の永久
磁石11aの寸法の1/2を引いた値に、終端側の永久
磁石13bと同じ極性方向を持つ永久磁石11bの寸法
(L11b )を、中心側に位置する永久磁石13aと同じ
極性方向を持つリニアモータを構成する永久磁石11a
の寸法の1/2で割った値を乗じた値より小さいことが
より望ましい。
は、中心側の永久磁石13aの極性方向は相対移動方向
に平行であり、終端側の永久磁石13bの極性方向は相
対移動方向に垂直であることが望ましい。また、後に詳
述するように、この場合は、永久磁石を可動子とし、コ
イルを固定子とするのに好適であり、通常、相対移動時
のコイルの最外位置は、終端部に設けている2つの永久
磁石のうちの中心側の永久磁石13aの中心側の端か
ら、他の永久磁石11aの寸法の1/2だけ終端側にず
れた位置で設定される。
配置設計を示す。なお、ここでは永久磁石を可動子、コ
イルを固定子としている。
動方向(x方向)の長さを、磁石磁極がx方向の永久磁
石11a、11cは18mm、磁石磁極がx方向に垂直
なy方向の永久磁石11b、11dは18mmとしてい
る。ここでは、両者は同寸法であるが、異なる場合もあ
る。また、補正するための永久磁石において、磁石磁極
がx方向の補正磁石13aのx方向の長さは15mm、
磁石磁極がy方向の補正磁石13bのx方向の長さは5
mmとしている。また、永久磁石の厚さ(y方向)を1
0mmとし、幅(z方向)を80mmとしている。
おいて、永久磁石間の空間に存在する理想的な磁界のy
成分は、半波長が磁極方向の異なる磁石のx方向の寸法
の和(18mm)の正弦波形となり、リニアモータを駆
動するために電流を流すコイルの最外位置は図中のP
(永久磁石11dの9mm外側の位置)となる。このた
め、推力リップルを小さくするためには、少なくとも図
中Pより内側の領域にて、永久磁石間の空間に存在する
磁界のy成分をx軸方向に対して正弦波形に近づけなけ
ればならない。
示したリニアモータの終端部において、磁界のy方向成
分の2分の1周期(図2中のQとPの間)の波形を図3
に示す。破線が理想正弦波形、実線が本例での磁束密度
波形であるが、両者はほぼ一致している。特に、終端部
において、理想正弦波形に対する誤差を正弦波振幅の1
%以下と非常に小さくすることができる。
間の磁束密度分布を図4に矢印図として示している。終
端部分(領域A)の磁束密度分布は、中央部分の磁束密
度分布に近づけることができ、その結果磁界のy方向成
分を正弦波形に近づけることができる。
0度ずつ回転させながら配置することにより、永久磁石
間の空間につくられる磁界は、時計周りの磁束の流れと
反時計周りの磁束の流れがx方向に対して交互に現れ
る。例えば、図4では、永久磁石11b〜11dおよび
図示していないy方向に対向している3つの磁石(図1
における永久磁石10b〜10d)によって、反時計周
りの磁路が形成される(図では、典型的な磁束の方向を
白抜きの矢印で示している)。
と同じような磁束の流れをつくるように補正磁石を配置
することによって、終端部近傍の磁束のy成分を正弦波
形に近づけることができる。本実施例では、極性方向が
90度異なる2つの補正磁石を同じ規則に従って付ける
ことにより、他の領域とほぼ同じ分布の磁束の流れをつ
くっている。
方向がx方向を向いている補正磁石13aと、y方向を
向いている13bを組み合わせて配置することにより、
中央部に形成された磁束の流れとほぼ同じ時計周りの磁
束の流れを実現することができる。例えば、補正磁石1
3aのみを設置した場合、磁極方向がy方向を向いた補
正磁石13bがないために、補正磁石13aの端部にお
いてx方向へのもれ磁界が大きくなり、理想的な磁束の
流れからずれた分布となる。このため、終端部には、磁
極方向がx方向を向いた補正磁石と、y方向を向いた補
正磁石を組み合わせて設置することが重要である。
制御し、中央部と同様の磁束の流れを作るためには、補
正磁石の数は2つ以上であることが望ましい。特に、永
久磁石が可動子の場合、可動子を軽くすることによりリ
ニアモータの駆動力をできるだけ大きくしたいという設
計上の理由等から、補正磁石の数は2つがより望まし
い。
x方向の寸法が、推力リップルに与える影響として、終
端部に設けた磁界を補正するための永久磁石のx方向の
長さを変えた場合において、可動子が受ける推力の最大
値と最小値の差(推力の平均値で規格化した値)をFl
uctuationと定義し、この値の等高線表示を図
5に示している。用いたリニアモータの寸法は、補正磁
石以外については図2と同じであり、補正磁石13aの
x方向の長さをα、補正磁石13bのx方向の長さをβ
としている。
を変えるとFluctuationの値は変化し、両者
の長さを調整することによりFluctuationの
値を減らす、すなわち推力リップルを減らすことができ
る。例えば、Fluctuationの値を1%以下に
するためには、同図において1%を表す等高線の内側に
位置するαとβの組み合わせを用いることによって実現
できる。
げるためにはできるだけ永久磁石の重量を少なくする必
要がある。図5を用いることにより、Fluctuat
ionの値がある値以下を実現し、補正磁石の総長、も
しくは総体積を小さくするαとβの組み合わせを求める
ことができる。
は、αとβの値が永久磁石11aと11bの長さ(18
mm)より小さな値の範囲に含まれることが図5よりわ
かる。このことから、少なくとも終端部に設けた補正磁
石の長さもしくは体積を、他の永久磁石に比べ同じ、も
しくは小さくすることにより、推力リップルを小さくす
ることができる。図5においては、α=18mm、β=
18mmを表す2つの一点鎖線の内側がその領域を表
す。なお、より一般的には、永久磁石11aと11bの
長さが異なることから、αは磁極方向が同じ永久磁石1
1aの寸法より小さく、およびβは磁極方向が同じ永久
磁石11bの寸法より小さくすることにより、上記と同
じ効果を生むことができる。
の長さの1/2より大きくすることが望ましい。これ
は、図2で示したように、実際に電流を流すコイルの最
外位置が永久磁石11dの外側のPの位置であり、少な
くとも補正磁石の寸法がPの位置より長くする必要があ
るためである。具体的には、αの値は永久磁石11aの
長さの1/2(9mm)より大きいことが望ましい。
において(α、β)=(9、0)の点(不図示)と(1
8、18)の点を結んだ破線より下側に位置することか
ら、αの値と永久磁石11aの長さの1/2(9mm)
の差の2倍の値に比べてβの値を小さくすることによ
り、確実に推力リップルを小さくするαとβの組み合わ
せを求めることができる。なお、より一般的には、永久
磁石11aと11bの長さが異なることから、αの値は
永久磁石11aの長さの1/2より大きくすること、β
の値は(αの値から永久磁石11aの長さの1/2を引
いた値)に(永久磁石11bの長さを永久磁石11aの
長さの1/2で割った値)を乗じた値より大きくするこ
とにより、上記と同じ効果を生むことができる。
ジ装置を有する半導体デバイス製造用の露光装置の構成
を示す。同図の構成において、定盤601上にガイド6
02とリニアモータ603の固定子を固設している。こ
こで、リニアモータ603は上記説明した構成、すなわ
ち固定子は多相電磁コイルを、可動子は永久磁石を有し
ている。このリニアモータ603の可動子を可動部60
5および可動ガイド604に接続して、リニアモータ6
03の駆動によって可動ガイドを紙面法線方向に移動さ
せる。また、可動部605は定盤601の上面を基準に
静圧軸受け609で、ガイド602の側面を基準に静圧
軸受け608で保持する。
る。可動ガイド604をまたぐようにして配置した移動
ステージ607は静圧軸受け610によって支持してい
る。この移動ステージ607は、上記説明した構成を持
ったリニアモータ606によって、可動ガイド604を
基準にステージ607が紙面左右方向に移動する。ステ
ージ607の動きはステージ607に固設したミラー6
11およびレーザー干渉計612を用いて計測する。そ
して、ステージ607に搭載したチャックでウエハ61
6を保持しており、このウエハ616に回路パターンを
露光転写するために、光源613および投影光学系61
4によって、レチクル615上の回路パターンをウエハ
616上に縮小転写する。本例では、上記説明したよう
な優れた特性のリニアモータを用いることで、優れたス
テージ装置ひいては露光装置を達成している。
製造例について説明する。図8は微小デバイス(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)の製造のフローを示す。
ステップ1(回路設計)では半導体デバイスの回路設計
を行う。ステップ2(マスク製作)では設計したパター
ンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ3(ウ
エハ製造)ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエ
ハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程
と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成す
る。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ス
テップ4によって作製されたウエハを用いて半導体チッ
プ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、
ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等
の工程を含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で
作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テ
スト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイ
スが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明した露光の適否を確認す
る手段を有する露光装置によってマスクの回路パターン
をウエハに焼付露光する。ステップ17(現像)では露
光したウエハを現像する。ステップ18(エッチング)
では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステッ
プ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要と
なったレジストを取り除く。これらのステップ11〜1
9を繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路
パターンが形成される。
おいて、上記述べたように露光(ステップ16)のステ
ージ駆動において、優れた位置決め精度を有するステー
ジ装置を用いることにより、従来は製造が難しかった高
集積度のデバイスを低コストで製造することができる。
久磁石の終端部に近い領域まで磁界を正弦波形に近づけ
ることができ、長いストロークにわたって推力リップル
の小さい優れたリニアモータ装置を提供することができ
る。特に、本発明によれば、このリニアモータにより優
れた位置決め精度を有するステージ装置を提供すること
ができる。さらに、本発明によれば、高精度な露光が可
能な優れた露光装置を提供することができる。
例を示す図。
成分。
布の矢印図。
ルの相関図。
露光装置の構成図。
ト。
ト。
久磁石、14,15,70:ヨーク、16:電磁コイ
ル、12(a〜b),13(a〜b):終端部の永久磁
石、601:定盤、602:ガイド、603,606:
リニアモータ、604:可動ガイド、605:可動部、
607:ステージ、608,609,610:静圧軸受
け、611:ミラー、612:レーザー干渉計、61
3:光源、614:投影光学系、615:レチクル、6
16:ウエハ。
具体的に説明する。図1は本発明のリニアモータの特徴
を最もよく表す図であり、リニアモータの終端部分を示
している。図1中、符号10a〜10d、11a〜11
dは永久磁石を示しており、x方向に極性方向(S極か
らN極への方向)を順番に90度ずつ回転させながら配
置している。ここで、極性方向の回転の向きは、対向す
る永久磁石10a〜10dと永久磁石11a〜11dと
では反対であり、永久磁石10a〜10dが図中時計周
りに極性が変われば、永久磁石11a〜11dは反時計
周りに極性が変わる。また、極性方向がx方向を向いて
いる4つの永久磁石10a、10c、11a、11cは
ともに同じ寸法であり、y方向を向いている4つの永久
磁石10b、10d、11b、11dはともに同じ寸法
である。
において、永久磁石間の空間に存在する理想的な磁界の
y成分は、半波長が磁極方向の異なる磁石のx方向の寸
法の和(36mm)の正弦波形となり、リニアモータを
駆動するために電流を流すコイルの最外位置は図中のP
(永久磁石11dの9mm外側の位置)となる。このた
め、推力リップルを小さくするためには、少なくとも図
中Pより内側の領域にて、永久磁石間の空間に存在する
磁界のy成分をx軸方向に対して正弦波形に近づけなけ
ればならない。
90度ずつ回転させながら配置することにより、永久磁
石間の空間につくられる磁界は、時計周りの磁束の流れ
と反時計周りの磁束の流れがx方向に対して交互に現れ
る。例えば、図4では、永久磁石11b〜11dおよび
図示していないy方向に対向している3つの磁石(図1
における永久磁石10b〜10d)によって、時計回り
の磁路が形成される(図では、典型的な磁束の方向を白
抜きの矢印で示している)。
極方向がx方向を向いている補正磁石13aと、y方向
を向いている13bを組み合わせて配置することによ
り、中央部に形成された磁束の流れとほぼ同じ反時計回
りの磁束の流れを実現することができる。例えば、補正
磁石13aのみを設置した場合、磁極方向がy方向を向
いた補正磁石13bがないために、補正磁石13aの端
部においてx方向へのもれ磁界が大きくなり、理想的な
磁束の流れからずれた分布となる。このため、終端部に
は、磁極方向がx方向を向いた補正磁石と、y方向を向
いた補正磁石を組み合わせて設置することが重要であ
る。
中において(α、β)=(9、0)の点(不図示)と
(18、18)の点を結んだ破線より下側に位置するこ
とから、αの値と永久磁石11aの長さの1/2(9m
m)の差の2倍の値に比べてβの値を小さくすることに
より、確実に推力リップルを小さくするαとβの組み合
わせを求めることができる。なお、より一般的には、永
久磁石11aと11bの長さが異なることから、αの値
は永久磁石11aの長さの1/2より大きくすること、
βの値は(αの値から永久磁石11aの長さの1/2を
引いた値)に(永久磁石11bの長さを永久磁石11a
の長さの1/2で割った値)を乗じた値より小さくする
ことにより、上記と同じ効果を生むことができる。
Claims (9)
- 【請求項1】 永久磁石とコイルとが相対移動する構成
のリニアモータにおいて、複数の永久磁石の極性方向を
90度ずつ回転させながら移動方向に沿って配列し、そ
の終端部に位置する複数個の永久磁石の体積が、前記終
端部の永久磁石と同じまたは逆の極性方向を持つ他の永
久磁石の体積よりも小さいことを特徴とするリニアモー
タ。 - 【請求項2】 前記終端部に設けている永久磁石の数は
2つであることを特徴とする請求項1記載のリニアモー
タ。 - 【請求項3】 前記2つの永久磁石のうち、前記リニア
モータの中心側に位置する永久磁石(13a)の相対移
動方向の寸法は、この永久磁石(13a)と同じ極性方
向を持ち前記リニアモータを構成する他の永久磁石(1
1a)の寸法の1/2より大きく、かつ、前記リニアモ
ータの終端側に位置する永久磁石(13b)の相対移動
方向の寸法は、前記中心側の永久磁石(13a)の寸法
から前記他の永久磁石(11a)の寸法の1/2を引い
た値に、前記終端側の永久磁石(13b)と同じ極性方
向を持つ永久磁石(11b)の寸法を、前記中心側に位
置する永久磁石(13a)と同じ極性方向を持つ永久磁
石(11a)の寸法の1/2で割った値を乗じた値より
小さいことを特徴とする請求項2記載のリニアモータ。 - 【請求項4】 前記終端部に設けている2つの永久磁石
のうち、前記中心側の永久磁石(13a)の極性方向は
前記相対移動方向に平行であり、前記終端側の永久磁石
(13b)の極性方向は前記相対移動方向に垂直である
ことを特徴とする請求項2〜3のいずれかに記載のリニ
アモータ。 - 【請求項5】 前記複数の永久磁石は、対向する各永久
磁石の極性方向が逆向きになるように一対配列され、前
記コイルがこれらの対向した一対の永久磁石間を相対移
動するものであることを特徴とする請求項1〜4のいず
れかに記載のリニアモータ。 - 【請求項6】 前記永久磁石が可動子であり、前記コイ
ルが固定子であることを特徴とする請求項1〜5のいず
れかに記載のリニアモータ。 - 【請求項7】 前記相対移動時の前記コイルの最外位置
が、前記終端部に設けている永久磁石のうちの前記中心
側の永久磁石(13a)の中心側の端から、前記他の永
久磁石(11a)の寸法の1/2だけ終端側にずれた位
置であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記
載のリニアモータ。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載のリニア
モータを駆動源としてステージを移動することを特徴と
するステージ装置。 - 【請求項9】 請求項8記載のステージ装置を有するこ
とを特徴とする露光装置。
Priority Applications (2)
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