JP2000139093A

JP2000139093A - ブラシレスｄｃモ―タの磁気的オフセットを設定するためのシステムおよび方法

Info

Publication number: JP2000139093A
Application number: JP11265117A
Authority: JP
Inventors: Gabor Szoboszlay; ガボー・ジョボウストレイ
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2000-05-16
Also published as: US6046555A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】最適の磁気オフセットを検出する。【解決手段】一組の磁石とブラシレス直流電動機の一組
の巻線との間の磁気オフセットを正確に決定するため、
第１位置値を整流制御器のセンサ位置入力部に入力し、
整流制御器から出力された正弦波整流信号で巻線を励磁
し、その相対的な運動から巻線と磁石間の距離を測定
し、整流信号がモータを定常状態とするように、位置帰
還信号に応答して、第２位置値を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレス(brush
less)直流モータの制御分野に関し,特にブラシレス直流
モータの磁気オフセットを決定し、モータが最高の能率
で作動できる整流電流を与えるため磁気オフセットを使
用する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】代表的にはブラシレス直流モータは多数
の巻線を有する固定された固定子と、一組の磁石を有す
る可動の回転子とからなる。整流電流（commutation cu
rrent）と称される巻線を通る電流は、磁界の発生をも
たらす。磁界は回転子磁石に運動を起こし、モータに出
力を供給させる。モータが能率的に作動するためには、
巻線を励磁するために使用される整流電流が、適切な位
相と値のものでなければならない。適切な整流電流が供
給されないモータは、電流を力又はトルクに変換するに
は不充分であり、逆方向に作動することさえある。

【０００３】適切な整流電流の量と位相を見つけるため
に、巻線に対する回転子磁石の位置を決定（測定）しな
ければならない。まず、位置センサが、モータの極に関
連して磁石の初期位置を決定する。増分位置センサで
は、その測定位置の値は、センサが初期化された時の任
意の距離である。適切な整流のために、センサの位置が
実際の磁石の極に位置合わせできるように、実際のオフ
セット値（即ち、増分距離）が決定されることが必ず必
要である。このオフセット値は、”磁気オフセット”と
して言及される。

【０００４】位置センサを実際の極の位置に位置合わせ
させる１つの方法は、任意の磁気オフセットを用いて三
相電流値を巻線に与えることである。供給された電流
は、巻線と磁石の初期の位置合わせ状態と、供給された
電流の位相の分離とに依存して、ある力及びある方向で
モータを回転させる。供給された電流はパルスであり、
モータの有意な運動を避けるために同じパルスが反対方
向に供給される。続いて、モータにより出力される運動
と力に依存して初期電流設定値より低いか又は高い三相
電流パルスが供給される。モータにより最大の力が出力
されるまで、任意の一連の磁気オフセット値で巻線を励
磁し続けられる。最大値が達成されると、その後の整流
のためにこのオフセットは保存（即ち記憶）される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この手順は、望ましく
ないモータの運動を避けるために短い電流パルスを必要
とする。しかし、磁気オフセットの精度に影響する測定
誤差が生じるかもしれないので、これらのパルスは短す
ぎてはならない。

【０００６】モータによって生じる力は、磁気オフセッ
トがどの程度正確に計算できるかの正弦波関数であるの
で、オフセットの決定は重要である。例えば、計算され
た磁気オフセットと実際の値との誤差が３％であれば、
モータによって生じる力は可能な（及び予想された）最
大出力の９８％となるであろう。７％の誤差では、モー
タによる出力は９０％に低下する。図１は磁気オフセッ
ト誤差と正弦波で整流されるモータにより出力された力
との間の関係を示す波形図である。図１で明らかなよう
に、磁気オフセットの誤差が零に近いほど、モータによ
り発生する力が大きく、更に能率的に作動される。

【０００７】このように、磁石と巻線との間の距離を監
視するセンサにより検出された位置と、磁石から巻線ま
での間の実際のオフセットとの間の磁気オフセット誤差
を減少させることが望ましい。又、適切な整流電流がモ
ータに供給できるように磁気オフセットを迅速に且つ正
確に決定することが望ましい。更に、モータの動きと応
力が最小となるように磁気オフセットの決定が行われる
ことが望ましい。この決定は、モータにより出力される
動力を連続的に監視する必要なく自動的に行われるべき
である。

【０００８】従って、関係する技術の問題と不利益を有
効に克服する解決法を提供することが望まれる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に従った装置と方
法は、ブラシレス直流モータの磁気オフセット値を決定
する閉ループ装置を提供することによって、これらの要
求を満たし、他の利益を提供するものである。この閉ル
ープ装置は、モータの巻線を介して一定の振幅の三相電
流を連続的に供給する。最大の力を生じる望ましい磁気
オフセットを直接見出すのではなく、本発明に従った装
置と方法は、零出力を生じる（即ちモータを定常状態に
なす）オフセット値を決定する。

【００１０】更に、本発明に従った装置と方法は、位置
センサをモータの磁極の実際の位置に迅速に位置合わせ
させることにより、ブラシレス直流モータをより正確に
且つ迅速に安定化させるものである。この位置合わせの
速度により、モータが更に能率的に作動し、モータが始
動する間、応力や動きを少なくして最大の出力が発生で
きる。

【００１１】ここに具体化され広く説明された本発明の
目的に従って、本発明の原理に従った装置が、複数の巻
線と複数の磁石を有するブラシレス直流モータを制御す
るために提供される。この装置は回転子と巻線との間の
角度距離を表す磁気オフセット値を決定し且つモータが
最大の力を出力するため磁気オフセットを使用する構成
とされた位置検出器を含む。位置検出器は、モータの運
動をひきおこす正弦波整流信号を複数の巻線に与える構
成とされた整流制御器と、；及び、整流制御器に結合さ
れ、帰還（フィードバック）信号に応答してモータを定
常状態におく構成とされたリードフィルタ（lead filte
r）とを含む。更に、この装置はモータの運動から生じ
る位置変化信号を受信する構成とされた位置センサを含
み、位置変化信号は磁石と複数の巻線との間の距離を表
し、また帰還信号に対応するものである。

【００１２】また、本発明の原理に従った方法が、一組
の磁石と一組の巻線とを有するブラシレス三相直流モー
タの磁気オフセットを決定するため提供される。この方
法は、開始位置値を整流制御器のセンサ位置入力部に与
えるステップと；整流制御器により出力される正弦波整
流信号でモータの巻線を励磁するステップと（該整流信
号は磁石の運動を起こす）；その相対的な運動から生じ
る巻線と磁石との間の距離を測定するステップと；位置
帰還信号に応答して、整流制御器により出力された整流
信号がモータを定常状態に入るように第二位置値を決定
するステップとを含む。

【００１３】次の発明の実施の形態の説明は、本発明の
範囲を限定するものではない。他の者が本発明を実行で
きるように実施例と説明を与えるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明を実行する次の説明は、添
付図面に関するものである。適切な場合、異なる図面で
の同じ参照番号が同じ又は類似の要素を示す。

【００１５】図２は、本発明に従って、ブラシレス直流
モータの磁気オフセット定数を決定するため使用され、
位置センサをモータの磁極に位置合わせさせるため磁気
オフセットを用いる装置１００のブロック線図である。
装置１００はブラシレス三相直流モータ１４０に結合し
た極位置決め装置１１０と、モータ１４０からの位置信
号を受信するため置かれた位置センサ１５０とを含む。
極位置決め装置１１０は、モータ１４０に対し整流設定
値を出力する整流制御器１３０に結合したリードフィル
タ素子１２０を含む。

【００１６】本発明によると、極位置決め装置１１０の
操作とそれに含まれる構成部分の機能とは、ソフトウエ
アで実行される。好ましくは、マイクロプロセッサ、デ
ィジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）又は類似の装置が、
リードフィルタ素子１２０と、整流制御器１３０の機能
を実行するために必要な設定がプログラムされている。
スペクトラムシグナルプロセシングシステム社
（バーナビー、バンクーバー、Ｂ．Ｃ．カナダ）のＰＣ
／Ｃ３１ＤＳＰは、本発明の装置と方法とを実行するた
め使用できるＤＳＰボードの例である。好ましくは、Ｄ
ＳＰボードは、また、例えばパラメータ、多様な制御機
能及び命令を記憶できる局所記憶素子のような周辺装置
を含む。当業界の熟練者によって認識されるように、論
理素子や個別部品もまた極位置決め装置１１０の機能を
実行するため使用できよう。

【００１７】本発明によると、モータ１４０は正弦波で
整流されることができるブラシレス三相リニアＤＣ（直
流）モータである。本発明に従ったシステムと方法は、
リニアモータに限定されず、正弦波整流によつて作動で
きるあらゆる多相ブラシレス直流モータで利用できよ
う。

【００１８】本発明によると、一定の振幅の三相電流が
モータ１４０の巻線を連続的に流れるような閉ループ技
術が使用される。本発明に従った装置と方法は、モータ
１４０から零出力を発生させる磁気オフセット値を決定
するものである。対照的に、従来の技術はモータから最
大の力を発生させる所望の磁気オフセットを直接見出そ
うとするものである。

【００１９】好ましくは、整流制御器１３０が正弦波整
流入力信号をモータ１４０に与える。言い換えれば、そ
れは３つの入力、（１）センサ位置、（２）所望の出
力、及び（３）磁気オフセットを三相信号（位相０、位
相１２０、及び位相２４０）に変換する。この整流信号
は、モータ１４０から出力を発生させるために必要な励
磁電流を与える。

【００２０】図３は、本発明に従った、ブラシレス直流
モータの磁気オフセット定数を決定し、モータの磁極に
位置センサを位置合わせさせるため磁気オフセットを使
用する手順の主なステップの流れ図である。まず、磁気
オフセット値に関する最初の推測が、整流制御器１３０
のオフセット入力部に供給される（ステップ３１０）。
便宜のために、零の初期入力が選択される。次に、整流
制御器１３０の「センサ位置」入力がまた零入力レベル
で供給され（ステップ３２０）、整流制御器１３０の
「所望の力」の入力が、定数に設定される（ステップ３
３０）。

【００２１】整流制御器１３０に対しこれらの３つの供
給された入力の結果、モータ１４０の磁極に関して任意
の位相の三相整流信号が発生する（ステップ３４０）。
この三相信号は、モータ１４０の巻線を励磁して、整流
信号の力と同じ方向に運動を発生させるために使用され
る。この運動で、モータ１４０は位置変化信号を出力す
る。この位置変化信号は、位置センサ１５０によって検
出される、モータ１４０の磁石と巻線との間の角度位置
関係を表している（ステップ３６０）。位置センサ１５
０は、この実際の極及び磁石位置の読みを極位置決め装
置１１０に送る（ステップ３６０）。

【００２２】極位置決め装置１１０に到達すると、角位
置がリードフィルタ素子１２０でフイルタ処理される。
リードフィルタ素子１２０は、整流制御器１３０の入力
部にゲイン信号を出力する。このゲイン信号は、本質的
に、測定されたセンサ位置値と初期の開始位置値との間
の差である（ステップ３７０）。リードフィルタ１２０
のフィルタ操作は、整流制御器１３０に供給される次の
磁気オフセット値がモータの力を零に調整するように選
択される。言い換えれば、閉ループシステムは、モータ
１４０が定常状態に到達し位置が変化しなくなるまで、
あるいは同じことであるがモータがもはや正味の力を発
生しなくなるまで、差の信号を発生し続ける（ステップ
３８０）。最後に、９０°の値が最終オフセット値に加
えられ、それを最小の力の値から最大の力の値に変換す
る（ステップ３９０）。

【００２３】モータ１４０を流れる三相電流が力を発生
しない２つの平衡点、即ち、０及び１８０°の磁気オフ
セット誤差が存在することに注意すべきである。前者は
安定であり、後者は不安定（正帰還に対応する）であ
り、これは実際には定常状態の解が−１８０から１８０
°で唯一であることを意味する。３６０°のあらゆるシ
フトは、それが２つの磁極の正確な距離であるので物理
的に等しく有効である。

【００２４】数学的に、装置１００は下記の数式で表す
ことができる。

【００２５】

【数３】

【００２６】式中、ｘは位置、

【数４】は加速度、φは磁気オフセット推定値（位置と同じ単
位）、φ０は実際の磁気オフセットである。ｐｏｌｅ
ｐｉｔｃｈ（極(磁極)ピッチ）は角単位又は角度で示す
磁石と巻線との間の距離であり、Ｆｍａｘはモータによ
り出力される最大の力である。

【００２７】本発明によると、リードフィルタ１２０は
下記の数式で示される応答Ｃ（ｓ）を与えることによっ
て、閉ループ装置を安定化する構成とされている。

【００２８】

【数５】

【００２９】この方程式は、リードフィルタ１２０が１
０ｒａｄで零、１００ｒａｄで極を持つことを示してい
る。１０００ｒａｄでの他の極点はあらゆる高周波ノイ
ズを減少させる。当業界の熟練者は本発明によるこの閉
ループ装置が非線形であり、２つの平衡点近傍以外では
簡単な固有値分析では不十分であることを認識するであ
ろう。好ましくはフィルターの利得値は、最悪の場合の
位置の動きとノイズ感度との兼ね合いである。

【００３０】例えば、Ｃ（ｓ）のＤＣ利得が１０．０に
設定された場合、モータは初期の位置から定常位置まで
適切には±１８０／１０＝±１８°動くであろう。極
（磁極）のピッチが３４mmの場合、これは初期の始動シ
ーケンスの間±３．４mmのモータの運動となる。

【００３１】好ましくは、この閉ループ磁気オフセツト
φは、代表的には半秒未満の間で定常状態に到達する。
オフセットを決定する最終的な方程式は下記の数式で示
される。

【００３２】

【数６】

【００３３】式中、表記ｗｒaｐ（）は３６０°のあ
らゆる倍数だけの減少を示している。この方程式中、実
際の位置の代わりに整流制御器１３０の位置入力部に最
初に零が供給されるので、最終位置値ｘ_finalはオフセ
ットとの合計である。上記の方程式中９０°の項又は極
（磁極）の半ピッチは最小の力から最大の力への移動を
示している。好ましくはこの最終値が変動磁気オフセッ
トとして保存され、及び極位置決め装置１１０により行
なわれるその後の全ての整流計算に使用される。この値
は、モータを始動させる時位置センサ１５０を磁極に位
置合わせさせるため使用される。

【００３４】図４は本発明に従った第２の実施態様であ
る。図４において、例示の目的のためにだけに示され説
明される装置４００は、第１の実施態様で示された構成
部分の大多数を含むが、実際に実行するため幾つかの付
加的な素子を有する。好ましくは、この第２の実施態様
は半導体リソグラフィの分野で使用され、その構成部分
は前に説明した方法で作動される。

【００３５】第２の実施態様によると、モータ４４０は
半導体位置決めテーブルの運動を制御するため使用され
るブラシレスリニアＤＣモータである。第１の実施例の
位置センサ１５０は干渉計４５０に置き換えられてい
る。干渉計４５０はこの可動コイルモータの巻線の位置
の正確な光学的読取りを提供するものである。又、この
実施態様には装置４００内の各種の素子間の両立性を確
保するため幾つかのインターフェイスと調整構成部分が
含まれる。

【００３６】例えば、アナログインターフェイス（Ｉ／
Ｆ）ボード４３３が、整流制御器４３０からの整流信号
を３つのアナログ出力に変換する。このアナログ信号は
アナログ（Ｉ／Ｆ）ボード４３３に存在するアナログ−
ディジタルコンバータにより出力される電圧信号であ
る。増幅器及び信号調整ボード４３５は、アナログＩ／
Ｆボード４３３からの３つの電圧信号を受信してその電
圧レベルを電流に変換し、その電流を増幅し三相整流電
流をモータ制御器４４０に供給する。

【００３７】この好ましい実施態様の場合、干渉計４５
０の出力は標準的なＶＭＥディジタルバスに適合するデ
ジタル信号である。この位置検出装置４１０に伝達する
ため、ＶＭＥ信号がディジタルＩ／Ｆボード４５５によ
り、前に説明したＰＣ／Ｃ３１のための特別なバス整流
信号に変換される。この構成において使用されるバスは
ＤＳＰＬＩＮＫである。

【００３８】図５Ａと５Ｂは、本発明の装置と方法に従
った、固定磁石とトラック移動巻線モータの直線位置間
の関係を表す波形図である。例えば、図５Ａにおいて直
流モータの最初の直線位置が約１８４．２mmであると示
されている。始動すると、本発明に従った装置と方法
は、約１８４．７mm最終的な定常状態の位置を決定す
る。図５Ａの下半分で理解されるように、対応する磁気
オフセットは０から０．５mmに変化した。その後、極位
置決め装置１１０のソフトウェアとハードウェアは、磁
気オフセットを用いて、約０．４秒の安定化時間内にモ
ータ１４０を作動する適切な整流電流を与える。図５Ａ
の波形図の下半分は、磁気オフセット誤差を示す。この
値が記憶され、その後の整流に使用される。図５Ｂは、
本発明に従った、ブラシレスリニアＤＣモータの始動と
位置合わせシーケンスに関する同様の試験結果である。

【００３９】第３の実施の形態として、本発明を露光装
置に適用した例について説明する。本実施形態の露光装
置は、レチクルのパターンの縮小像をウエハの各ショッ
ト領域に露光するステッパー型の投影露光装置である。

【００４０】図６は本実施形態の投影露光装置を示し、
この図６において、照明光学系１からの露光光ＩＬが、
ダイクロイックミラー２により反射されてレチクルＲの
パターン領域を照明する。ダイクロイックミラー２によ
り反射された後の露光光ＩＬの光軸に平行にＺ軸を取
り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で図６の紙面に平行な方
向にＸ軸を、図６の紙面に垂直な方向にＹ軸を取る。

【００４１】この場合、レチクルＲは、レチクル側Ｙス
テージ３Ｙ、及びレチクル側Ｘステージ３Ｘを介してレ
チクルベース４上に載置され、レチクル側Ｘステージ３
Ｘはレチクルベース４に対して固定子５Ａ、及び可動子
５Ｂよりなるリニアモーター（以下、「リニアモータ
５」と呼ぶ）を介してＸ方向に駆動され、レチクル側Ｙ
ステージ３Ｙはレチクル側Ｘステージ３Ｘに対して不図
示のリニアモータによりＹ方向に駆動される。また、レ
チクル側Ｙステージ３Ｙ上にＸ軸用の移動鏡６Ｘ、及び
不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡６Ｘ、及び
外部に設置されたＸ軸用のレチクル側のレーザ干渉計
（以下、「レチクル干渉計」という）７Ｘによりレチク
ル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸR が計測され、不図示の
Ｙ軸用の移動鏡、及び不図示のＹ軸用のレチクル干渉計
によりレチクル側Ｙステージ３ＹのＹ座標が計測され、
計測されたＸ座標ＸR 及びＹ座標は、装置全体の動作を
統括制御する中央制御系８に供給される。レチクル側Ｙ
ステージ３Ｙ、レチクル側Ｘステージ３Ｘ、レチクルベ
ース４、Ｘ軸のリニアモータ５、及びＹ軸のリニアモー
タよりなるステージ系をレチクルステージと呼ぶ。

【００４２】露光光ＩＬのもとで、レチクルＲのパター
ンは、投影倍率β（βは例えば１／５）の投影光学系Ｐ
Ｌを介して縮小されてウエハＷ上の各ショット領域に投
影露光される。ウエハＷは、ウエハ側Ｙステージ１０
Ｙ、及びウエハ側Ｘステージ１０Ｘを介してウエハベー
ス１１上に載置され、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘはウエ
ハベース１１に対して固定子１２Ａ、及び可動子１２Ｂ
よりなるリニアモータ(以下、「リニアモータ１２」と呼
ぶ)を介してＸ方向に駆動され、ウエハ側Ｙステージ１
０Ｙはウエハ側Ｘステージ１０Ｘに対して不図示のリニ
アモータによりＹ方向に駆動される。また、ウエハ側Ｙ
ステージ１０Ｙ上にＸ軸用の移動鏡１３Ｘ、及び不図示
のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡１３Ｘ、及び外部
に設置されたＸ軸用のウエハ側のレーザ干渉計（以下、
ウエハ「干渉計」という）１４Ｘによりウエハ側Ｘステー
ジ１０ＸのＸ座標ＸＷが計測され、不図示のＹ軸用の移
動鏡、及び不図示のＹ軸用のウエハ干渉計によりウエハ
側Ｙステージ１０ＹのＹ座標が計測され、計測されたＸ
座標ＸＷ及びＹ座標は、中央制御系８に供給される。ウ
エハ側Ｙステージ１０Ｙ、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘ、
ウエハベース１１、Ｘ軸用のリニアモータ１２、Ｙ軸用
のリニアモータ、並びにウエハＷのＺ方向への位置及び
傾斜角を制御するＺレベリングステージ(不図示)よりな
るステージ系をウエハステージと呼ぶ。

【００４３】中央制御系８は、レチクルステージ駆動系
１５を介してレチクル側のＸ軸用のリニアモータ５及び
Ｙ軸用のリニアモータの動作を制御してレチクルＲの位
置決めを行うと共に、ウエハステージ駆動系１６を介し
てウエハ側のＸ軸用のリニアモータ１２及びＹ軸用のリ
ニアモータの動作を制御してウエハＷの位置決めを行
う。

【００４４】また、本実施形態ではウエハ側Ｙステージ
１０Ｙ上に、表面がウエハＷの表面と同じ高さになるよ
うに基準マーク部材９が固定され、この基準マーク部材
９の表面に例えば十字型の基準マークが形成されてい
る。通常この基準マークは、ウエハステージに対するレ
チクルＲの位置合わせ(レチクルアライメント)、及びウ
エハＷの各ショット領域に敷設されたウエハマーク(ア
ライメントマーク)の位置検出を行うためのアライメン
トセンサの検出中心と露光中心との間隔(ベースライン)
の検出等に使用される。本例では更に、基準マーク部材
９上の基準マークをリニアモータの界磁石の位置の基準
としても使用する。

【００４５】そのアライメントセンサとして、本例では
投影光学系ＰＬの側面に固定されたオフ・アクシス方式
で、且つ撮像方式のアライメントセンサ２０を使用す
る。このアライメントセンサ２０内には、基準マーク部
材９（又はウエハＷ）の表面と共役な位置に所定の指標
マークが配置され、検出対象となりマークの像とその指
標マークとが同時に内部の撮像素子で撮像され、その撮
像信号Ｓ１が中央制御系８に供給されている。中央制御
系８では、その撮像信号Ｓ１を処理してそのアライメン
トセンサ２０内の指標マークに対する計測対象のマーク
の位置ずれ量を求める。また、ダイクロイックミラー２
の上方には、ＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式でレ
チクルＲとウエハＷの各ショット領域との位置関係を検
出するためのアライメントセンサ（不図示）も配置され
ている。

【００４６】図７は、図６中のウエハステージの側面
図、及びその制御系の構成図である。図７において、リ
ニアモータ１２の固定子１２Ａは、所定のカバー内に３
相の電機子コイル１９を装着して構成されている。電機
子コイルには、ウエハステージ系１６から、３相分の駆
動電流（励磁電流）３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが供給され
る。また、可動子１２Ｂは、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘ
の側面に固定された平板状のバックヨーク１７の底面に
Ｘ方向に極ピッチＰＭで極性が順次反転するように４個
の永久磁石１８を固定して構成されている。即ち、本例
のリニアモータ１２はムービング・マグネット型の３相
のリニア同期モータであり、可動子１２Ｂの構成が簡略
であるため、故障発生の確率が低く、且つメンテナンス
が容易となっている。但し、可動子側に電機子コイルを
収納したムービング・コイル型のリニアモータを使用し
てもよい。

【００４７】そして、図６及び図７の構成において、リ
ニアモータ１２が、図２、図４における３相モータ１４
０、４４０に相当する。また、ウエハ干渉計１４Ｘが、
図２における位置センサ１５０または図４における干渉
計４５０に相当する。また、ウエハステージ駆動系１６
が、図４における増幅器４３５を含む構成となってい
る。更に、中央制御系８が、図２における磁極位置設定
装置１１０または図４における磁極位置設定装置４１
０、デジタルＩ／Ｆ基板４５５及びアナログＩ／Ｆ基板
４３３を含む構成となっている。

【００４８】そのため、この第３の実施形態において
も、第１、第２の各実施形態と同様、リニアモータにお
ける磁石のオフセットを精度良く検出することができ、
リニアモータの所望の性能を引き出すことができる。そ
の結果、露光装置全体としての性能が向上し、位置決め
精度やスループットの向上等の効果を得ることができ
る。

【００４９】なお、本実施形態の露光装置としては、マ
スクと基板とを同期移動してマスクのパターンを露光す
る走査型の露光装置にも適用することができる。走査型
の露光装置は、例えば、米国特許第５，４７３，４１０
号に開示されており、本発明はこのような露光装置にも
適用可能である。この場合、レチクルを同期移動させる
ためのレチクルステージの駆動装置としても、前述の各
実施の形態で説明したリニアモータ及びその制御装置を
適用することができる。

【００５０】なお、本実施形態の露光装置として、投影
光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマ
スクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも
適用することができる。

【００５１】露光装置の用途としては半導体製造用の露
光装置に限らない。例えば、角型のガラスプレートに液
晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄
膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適用で
きる。

【００５２】本実施形態の露光装置の光源としては、ｇ
線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシ
マレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９
３ｎｍ）、Ｆ₂ レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線
や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例え
ば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射
型のランタンヘキサボライト（ＬaＢ₆）、タンタル（Ｔ
ａ）を用いることができる。更に、電子線を用いる場合
は、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用い
ずに電子線による直接描画によって基板上にパターンを
形成する構成としてもよい。

【００５３】なお、投影光学系の倍率は縮小系のみなら
ず等倍及び拡大系のいずれでもよい。投影光学系として
は、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材
として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い
ればよい。また、Ｆ₂ レーザやＸ線を用いる場合は反射
屈折系または屈折系の光学系にし（レチクルも反射型タ
イプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には
光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学
系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空
状態にすることはいうまでもない。

【００５４】また、波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外
光（ＶＵＶ光）を用いる露光装置では、投影光学系とし
て反射屈折型の光学系を用いることも考えられる。反射
屈折型の光学系としては、例えば、特開平８−１７１０
５４号公報およびこれに対応する米国特許第５，６６
８，６７２号、並びに特開平１０−２０１９５号公報お
よびこれに対応する米国特許第５，８３５，２７５号等
に開示されている、反射光学素子としてビームスプリッ
タと凹面鏡とを有する反射屈折型の光学系を用いること
ができる。また、特開平８−３３４６９５号公報および
これに対応する米国特許第５，６８９，３７７号、並び
に特開平１０−３０３９号公報およびこれに対応する米
国特許出願第８７３，６０５号（出願日：１９９７年６
月１２日）などに開示された、反射光学素子としてビー
ムスプリッタを用いず凹面鏡などを有する反射屈折型の
光学系を用いることができる。本発明はこのような投影
光学系を備えた露光装置にも適用可能である。

【００５５】この他、米国特許第５，０３１，９７６
号、５，４８８，２２９号、および５，７１７，５１８
号に開示された、複数の屈折光学素子と２枚のミラー
（凹面鏡である主鏡と、反射素子または平行平面板の入
射面と反対側に反射面が形成される裏面鏡である副鏡）
とを同軸上に配置し、その複数の屈折光学素子によって
形成されるレチクルパターンの中間像を、主鏡と副鏡と
によってウエハ上に再結像させる反射屈折型の光学系を
用いてもよい。この反射屈折型の光学系では、複数の屈
折光学素子に続けて主鏡と副鏡とが配置され、照明光が
主鏡の一部を通ってウエハ上に達することになる。

【００５６】さらに、反射屈折型の投影光学系として
は、たとえば、円形のイメージフィールドを有し、かつ
物体面側および像面側が共にテレセントリックであると
ともに、その投影倍率が１／４倍または１／５倍となる
縮小系を用いてもよい。この反射屈折型の投影光学系を
備えた走査型露光装置の場合、照明光の照射領域が、投
影光学系の視野内でその光軸を略中心とし、かつレチク
ルまたはウエハの走査方向と略直交する方向に沿って延
びる矩形スリット状に規定されるタイプであってもよ
い。このような走査型露光装置によれば、例えば、波長
１５７ｎｍのＦ₂レーザ光を露光用照明光として用いて
も１００ｎｍＬ／Ｓパターン程度の微細パターンをウエ
ハ上に高精度に転写することが可能である。本発明はこ
のような投影光学系を備えた露光装置にも適用可能であ
る。

【００５７】ウエハステージやレチクルステージにリニ
アモータを用いる場合、エアベアリングを用いたエア浮
上型や、ローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁
気浮上型のどちらを用いてもよい。また、ステージは、
ガイドに沿って移動するタイプでもよいし、ガイドを設
けないガイドレスタイプでもよい。

【００５８】ステージの駆動装置として、２次元方向に
移動可能なリニアモータ（平面モータ）を用いることが
でき、この場合も本発明を適用できる。平面モータを用
いる場合、磁石ユニットと電機子ユニットのいずれか一
方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニット
の他方をステージの移動面側に設ければよい。

【００５９】ウエハステージの移動により発生する反力
は、例えば、特開平８−１６６４７５号公報に記載され
ているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大
地）に逃がしてもよい。本発明はこのような反力処理機
構を備えたウエハステージにも適用可能である。

【００６０】レチクルステージの移動により発生する反
力は、例えば、特開平８−３３０２２４号公報に記載さ
れているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大
地）に逃がしてもよい。本発明はこのような反力処理機
構を備えたレチクルステージにも適用可能である。

【００６１】本願発明における実施の形態の露光装置
は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む
各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、
光学的精度を保つように、組み立てることで製造され
る。これら各種精度を確保するために、この組み立ての
前後には、各種光学系については光学的精度を達成する
ための調整、各種機械系については機械的精度を達成す
るための調整、各種電気系については電気的精度を達成
するための調整が行われる。各種サブシステムから露光
装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機
械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等
が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組
み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程
があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光
装置への組み立て工程が終了した後、電気調整、動作確
認等を含む総合調整が行われ、露光装置全体としての各
種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およ
びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うこと
が望ましい。

【００６２】半導体デバイスは、図８に示すように、デ
バイスの機能・性能設計を行うステップ１００１、この
設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する
ステップ１００２、シリコン材料からウエハを製造する
ステップ１００３、前述した実施形態の露光装置により
レチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理ステ
ップ１００４、デバイス組み立てステップ（ダイシング
工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）１０
０５、検査ステップ１００６等を経て製造される。

【００６３】以下、デバイスの製造方法についてさらに
詳細に説明する。図８には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ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）の製造例の一例を示すフローチャー
トが示されている。図８に示すように、まず、ステップ
１００１（設計ステップ）において、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１００２（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１００３（ウエハ製造
ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハ
を製造する。

【００６４】次に、ステップ１００４（ウエハ処理ステ
ップ）において、ステップ１００１〜ステップ１００３
で用意したマスク（レチクル）とウエハを用いて、後述
するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実
際の回路等を形成する。次いで、ステップ１００５（デ
バイス組立てステップ）において、ステップ１００４で
処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。この
ステップ１００５には、ダイシング工程、ボンディング
工程、およ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。

【００６５】最後に、ステップ１００６（検査ステッ
ブ）において、ステップ１００５で製作されたデバイス
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デバイスが完成し、このデバイスが
出荷される。

【００６６】図９には、半導体デバイスの場合におけ
る、前記ステップ１００４の詳細なフロー例が示されて
いる。図９において、ステップ１０１１（酸化ステッ
プ）においては、ウエハの表面を酸化させる。ステップ
１０１２（ＣＶＤステッブ）においては、ウエハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ１０１３（電極形成ステッ
プ）においては、蒸着によってウエハ上に電極を形成す
る。ステップ１０１４（イオン打込みステップ）におい
ては、ウエハにイオンを打込む。以上のステップ１０１
１〜ステップ１０１４のそれぞれは、ウエハ処理の各段
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。

【００６７】ウエ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１
０１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感
光剤を塗布する。引き続き、ステップ１０１６（露光ス
テップ）において、前述の図６、７に示す露光装置を用
いてマスク（レチクル）の回路がパターンをウエハに転
写する。次に、ステップ１０１７（現像ステップ）にお
いて露光されたウエハを現像し、ステップ１０１８（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
分以外の露出部材表面をエッチングにより取り去る。そ
して、ステップ１０１９（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。

【００６８】これらの前処理と後処理とを繰り返し行う
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。

【００６９】当業界の熟練者は、本発明の範囲又は精神
を逸脱することなく、前述の実施例に於いて多様な変更
及び変化をなすことができると認識するであろう。

【００７０】この明細書は本発明を限定するものではな
い。その代わりに、通常の熟練者が本発明を実施する様
々な方法を認識てきるように実施例と説明を与えるもの
である。

【図面の簡単な説明】

詳細な説明の一部をなす添付図面は、本発明の１実施態
様を示し、詳細な説明と共に本発明の原理を説明するも
のである。

【図１】本発明に従った、磁気オフセット誤差とブラシ
レス直流モータにより出力された力との関係を示す波形
図。

【図２】本発明に従った、ブラシレス直流モータの磁気
オフセット定数を決定し、位置センサをモータの磁極に
位置合わせするために磁気オフセットを使用する装置の
ブロック線図。

【図３】本発明に従った、ブラシレス直流モータの磁気
オフセット定数を決定し、位置センサをモータの磁極に
位置合わせするために磁気オフセットを使用する手順の
主なステップの流れ図。

【図４】図２の従った他の実施態様の主な構成部分のブ
ロック線図。

【図５Ａ】本発明に従った、始動時の固定磁石とトラッ
ク−移動巻線モータとの直線位置間の関係を示す波形
図。

【図５Ｂ】本発明に従った、始動時の固定磁石とトラッ
ク−移動巻線モータとの直線位置間の関係を示す波形
図。

【図６】本発明の一実施例の投影露光装置を示す概略構
成図である。

【図７】図６のウエハステージ及びその制御系の一部を
示す構成図である。

【図８】本発明の一実施例の露光装置を用いた半導体デ
バイスの製造プロセスを示す図である。

【図９】本発明の一実施例の露光装置を用いた半導体デ
バイスのより具体的な製造プロセスを示す図である。

【符号の説明】

１００装置１１０極位置決め装置１３０整流制御器１４０ブラシレス三相直流モータ１５０位置センサ４００装置４４０モータ４５０干渉計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一組の磁石と一組の巻線とを有するブラ
シレス三相直流モータの磁気オフセットを決定する方法
であって、第１位置値を整流制御器のセンサ位置入力部に与えるス
テップと；前記整流制御器により出力された前記磁石に
運動を発生させる正弦波整流信号で前記巻線を励磁する
ステップと、；その相対的な運動から生じる前記巻線と
前記磁石との間の距離を測定するステップと；及び前記
整流制御器により出力された前記整流信号が前記モータ
を定常状態とするように、位置帰還信号に応答して、第
２位置値を決定するステップとからなる方法。
【請求項２】前記モータが、磁石と巻線との間の角度
距離を測定する位置センサに結合されていること、並び
に前記測定ステップが、前記モータからの前記位置センサの距離を受信するサブ
ステップと；及び距離に対応する前記位置帰還信号を前
記整流制御器に結合した帰還素子に転送するサブステッ
プとを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】前記整流制御器がセンサ位置入力部とオ
フセット入力部とを含むこと、前記帰還素子が前記整流
制御器の前記オフセット入力部に結合したリードフィル
タからなること、並びに、前記決定ステップが、前記第１位置と前記帰還位置信号とを比較して第２位置
信号を発生させるサブステップと；前記第２位置信号を
前記オフセット入力部に転送するサブステップ；及び前
記モータが定常状態に到達した時、前記第２位置信号を
前記整流制御器に関係する記憶装置に記憶するサブステ
ップとを含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】前記整流制御器が、更に力レベル入力部
を含み、前記開始位置値を与えるステップが、前記開始位置値に零を与えるサブステップと；前記整流
制御器の前記オフセット入力部に初期オフセット値を与
えるサブステップと；及び前記整流制御器の前記力レベ
ル入力部に定数を与えるサブステップとを含むことを特
徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】前記整流制御器が複数の信号調整器に結
合されていること、及び前記励磁ステップが、前記信号調整器を用いて、前記整流信号を三相整流電流
（その各位相が前記開始位置値、前記初期オフセット
値、および前記整流制御器に与えられる前記定数に対応
する）に変換するサブステップと、；及び前記巻線の組
で前記三相整流電流を受けるサブステップとを含むこと
を特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】複数の巻線と複数の磁石とを有するブラ
シレス直流モータの制御システムであって、前記制御シ
ステムが、磁石と前記複数の巻線との間の相対距離を示す磁気オフ
セット値を決定する構成とされ且つ前記モータが最大の
力を出力できる整流電流を発生させるため前記磁気オフ
セット値を用いる構成とされた位置検出装置を含み、前記位置検出装置は、前記モータの運動を引き起こす正
弦波整流信号を前記複数の巻線に与える構成とされた整
流制御器と、前記整流制御器に結合され、帰還信号に応
答して、前記モータを定常状態に置く構成とされたリー
ドフィルタとを有し、前記制御システムは更に、前記モータの運動から生じる
変化位置信号を受信する構成とされた位置センサとを含
み、前記変化位置信号は前記磁石と前記複数の巻線との
間の相対距離を表し及び前記帰還信号に対応することを
特徴とする制御システム。
【請求項７】前記位置検出器が、前記整流制御器の位置入力部に開始位置値を与える手段
と；前記整流制御器の磁気オフセット入力部に初期オフ
セット値を与える手段と；及び前記整流制御器の力レベ
ル入力部に定数を与える手段とを更に含むことを特徴と
する請求項６記載の制御装置。
【請求項８】前記リードフィルタが、前記位置センサから前記変化位置信号を受信する入力部
と；前記開始位置を前記変化位置と比較し帰還信号を発
生させる手段と；及び前記整流制御器の前記オフセット
入力部に前記帰還信号を送る手段とを含むことを特徴と
する請求項７記載の制御装置。
【請求項９】前記位置検出器が、前記モータが定常状
態に到達した時前記帰還信号を記憶する構成とされたメ
モリを更に含むことを特徴とする請求項８記載の制御装
置。
【請求項１０】前記リードフィルタが、下記数式で示
される応答Ｃ（ｓ）を有することを特徴とする請求項９
記載の制御装置。【数１】
【請求項１１】前記モータが定常状態において零出力
を発生することを特徴とする請求項１０記載の制御装
置。
【請求項１２】前記位置センサが前記モータと前記位
置検出装置との間に結合された干渉計を含むことを特徴
とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】前記モータがブラシレス三相リニアＤ
Ｃモータであることを特徴とする請求項１２記載の装
置。
【請求項１４】前記整流信号を三相正弦波整流電流に
変換する構成とされたインターフェースモジュールを更
に含むことを特徴とする請求項１３記載の制御装置。
【請求項１５】複数の巻線と複数の磁石とを有するブ
ラシレス三相直流モータの制御装置において、正弦波整流信号を前記複数の巻線に与える構成とされた
整流制御器と；及び帰還信号に応答し、前記帰還信号と
前記整流制御器に与えられた初期センサ位置値との間の
差に対応する磁気オフセット値を決定する構成とされた
リードフィルタとを含み、前記磁気オフセットが前記整
流制御器に与えられた時、前記正弦波整流信号が前記モ
ータを定常状態に置くようにした装置。
【請求項１６】前記帰還信号が、前記装置に結合した
位置センサから受信した直線位置信号を含み、前記位置
信号が相対運動から生じたものであることを特徴とする
請求項１５記載の装置。
【請求項１７】前記装置が、前記整流制御器の位置入力部に前記初期センサ位置値を
与える手段と；前記整流制御器のオフセット入力部に初
期オフセット値を与える手段と；及び前記整流制御器の
力レベル入力部に定数を与える手段とを更に含むことを
特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】前記リードフィルタが、前記位置センサから角度位置信号を受信する構成とされ
た入力部と；前記角位置信号を前記初期開始位置と比較
し帰還信号を発生させる手段と；及び前記帰還信号を前
記整流制御器の前記オフセット入力部に送る構成とされ
た出力部を含むことを特徴とする請求項１７記載の装
置。
【請求項１９】前記リードフィルタが、下記の数式で
示される応答Ｃ（ｓ）を有することを特徴とする請求項
１８記載の装置。【数２】
【請求項２０】前記モータが定常状態で零出力を有す
るブラシレス三相リニアＤＣモータであること、及び前
記装置が、前記モータが定常状態に到達した時前記帰還信号を記憶
するよう構成されたメモリを更に含むことを特徴とする
請求項１９記載の装置。
【請求項２１】前記装置が、前記記憶された帰還信号に従って前記位置センサを整列
させる手段と；及び前記位置センサを整列させた後、前
記リニアモータの巻線に整流電流を入力する手段とを更
に含むことを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】前記位置センサが干渉計であることを
特徴とする請求項２１記載の装置。
【請求項２３】固定子と移動子とを備えた電磁モータの
磁気的オフセットの設定方法であって、前記固定子と前記移動子との間に相対移動を生じさせる
過程と、前記相対移動の移動量に関する値を測定する過程と、前記測定の結果に基づいて前記磁気的オフセットを設定
する過程とを有することを特徴とする電磁モータの磁気
的オフセットの設定方法。
【請求項２４】固定子と移動子とを備えた電磁モータ
と、前記固定子と前記移動子との間に相対移動を発生させる
エネルギ供給手段と、前記相対移動の移動量に関する値を測定する測定手段
と、前記測定の結果に基づいて前記電磁モータの磁気的オフ
セットを設定する演算手段と、を備えたことを特徴とす
る電磁モータ駆動装置。
【請求項２５】移動対象物を移動させるステージ装置で
あって、駆動源として請求項２４記載の電磁モータ駆動装置を備
えることを特徴とするステージ装置。
【請求項２６】所定の像を基板上に形成する露光装置で
あって、請求項２５記載のステージ装置を備え、該ステージ装置
によって前記基板を移動させることを特徴とする露光装
置。
【請求項２７】所定の像が形成されたデバイスであっ
て、請求項２６記載の露光装置を用いて製造されたことを特
徴とするデバイス。