JP2001119918A

JP2001119918A - リニアモータ及びこれを用いたステージ装置並びに露光装置

Info

Publication number: JP2001119918A
Application number: JP29119199A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Tanaka; 稔久田中; Masahiro Totsu; 政浩戸津
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】固定子に配置されたコイルでの余分な電力の
消費、発熱を抑え、コイルから固定子の基体側への熱の
伝たわりを抑えたリニアモータを提供する。【解決手段】固定子１１０のコイル１１１，１１２
は、基体１６１，１６２に固定部材１８１，１８２，１
８３によって固定される。固定部材１８１，１８２，１
８３は、コイル１１１，１１２の熱の分布状態に応じ
て、基体１６１，１６２と接合する面積（断面積）Ｓが
決定されている。固定部材１８１，１８２，１８３は、
ポリカーボネイトからなり、コイルユニット１５０に生
じた凹凸（空間Ｋ１〜３）に嵌め合わされて接着され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータ及び
これを用いたステージ装置並びに露光装置に関し、特に
固定子側に複数のコイルが配置されたムービングマグネ
ット型リニアモータ及びこれを用いたステージ装置並び
に露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、固定子側に複数のコイルが配
置され、可動子側に複数の永久磁石が配置されたリニア
モータ（ムービングマグネット型リニアモータ）が提案
されている。かかるムービングマグネット型リニアモー
タは、廉価なコイルが移動方向に長さの長い固定子側に
配置され、高価な永久磁石が長さの短い可動子側に配置
されて、全体としてコストを低くできること、及び、電
流を供給するための配線を可動子側に接続する必要がな
い等、ムービングコイル型のリニアモータに対して利点
がある。

【０００３】このようなムービングマグネット型のリニ
アモータにあっては、固定子に配置された多数のコイル
は、水密性のあるハウジング内に収容され、このハウジ
ングとコイルとの間に、コイルを冷却するための冷却液
流路が形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のムー
ビングマグネット型リニアモータにあっては、固定子側
に配置された全てのコイルに、可動子の移動位置に関わ
らず常に電流を流す構成となっていた。

【０００５】従って、実際には固定子の移動に寄与して
いないコイルにも常時電流が流れ、電力が余分に消費さ
れ、コイルが必要以上に発熱するという不具合がある。
ここで、固定子の移動に寄与するコイルを選択的に通電
して、電力の消費を抑えることも考えられる。しかし、
コイルへの通電を選択的に行うと、可動子の存在する頻
度の高い部分のコイルが集中的に通電されるので、この
部分に発熱が集中する。

【０００６】ところで、固定子では、熱源となるコイル
が、冷却液が内部に充填されたハウジング内に水密に密
封されているが、固定子を一定以上の強度とするために
コイルは、ハウジングの基体に固定部材によって固定す
る必要がある。このため、コイルに生じた熱はハウジン
グ内部の冷却液で冷却されるものの、一部が、この固定
部材を介して直接ハウジングに伝わり、コイルの冷却効
率が低下するという不具合もある。特に、発熱が集中す
るコイルの近傍では、固定部材を介した、ハウジングへ
の熱の伝導が著しくなる。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、コイルの余分な電力の消費を抑えると共に、ハウ
ジング内でのコイルの冷却効率を高めることができるリ
ニアモータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、固定子と可動子とを有し、前記
固定子側の基体に複数のコイルが複数の固定部材によっ
て固定されたリニアモータにおいて、前記複数の固定部
材の取り付け位置を、動作時の固定子での熱の分布状態
に応じて決定したものである。これにより、固定部材を
介して、コイル側から基体側に伝わる熱を最小にするこ
とができる。

【０００９】又、請求項２の発明は、固定子と可動子と
を有し、前記固定子側の基体に複数のコイルが固定部材
によって固定されたリニアモータにおいて、前記固定部
材と前記基体とが接合する面の大きさ及びその位置を、
動作時の固定子での熱の分布状態に応じて決定したもの
である。これにより、固定部材を介して、コイル側から
基体側に伝わる熱を最小にすることができる。

【００１０】又、請求項３の発明は、請求項１又は請求
項２に記載のリニアモータにおいて、前記コイルを前記
基体に固定する第１の固定部材を、固定子の端部に配置
されたコイルの中空部分に嵌め込んで固定したものであ
る。これにより、第１の固定部材を、確実にコイル側に
固定することができる。又、請求項４の発明は、請求項
１から請求項３の何れかに記載されたリニアモータにお
いて、前記コイルを前記基体に固定する第２の固定部材
を、互いに側面が接着されたコイル間に生じている隙間
に嵌め込んで固定したものである。これにより、第２の
固定部材を、確実にコイル側に固定することができる。

【００１１】又、請求項５の発明は、請求項１から請求
項４の何れかに記載されたリニアモータにおいて、複数
のコイルを、互いの側面を接着してコイル列を形成する
と共に、このように形成された２つのコイル列を、互い
にコイル１／２個分だけずれた状態で接着する。そし
て、一方のコイル列を構成するコイルの中空部分に他方
のコイル列を構成するコイルの極部分を押し込んで、コ
イルユニットを構成する。そして、このコイルユニット
を前記基体に固定する第３の固定部材を、前記コイルの
極部分を前記中空部分に押し込んだときに生じる空きス
ペースに嵌め込んで、固定したものである。これによ
り、第３の固定部材を、確実にコイルユニット側に固定
することができる。

【００１２】又、請求項６の発明は、請求項１から請求
項５に記載のリニアモータがステージ部の駆動手段とし
て用いられている。この場合、備えられたリニアモータ
のモータ定数が高まるので、ステージ部全体として高機
能化が図られる。

【００１３】又、請求項７の発明は、露光用光学系を用
いて基板上に所定のパターンを形成する露光装置であ
り、請求項６に記載のステージ装置を備えたものであ
る。この露光装置では、ステージ部のリニアモータのモ
ータ定数が高まるので、露光装置全体として高機能化が
図られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の第１の実施の形態について、図１〜図１２を用いて
説明する。

【００１５】この実施の形態のリニアモータ１００は、
図１、図２に示すように、固定子１１０と、可動子１２
０とからなる。ここで、固定子１１０は、第１列のコイ
ル１１１，１１１…と、第２列のコイル１１２，１１２
…と、これを囲むように形成されたハウジング１１３と
によって構成されている。尚、ハウジング１１３は、図
３（ａ）に示すように、第１列のコイル１１１，１１１
…と、第２列のコイル１１２，１１２…とを水密に密封
するものであり、このハウジング１１３の内部には、上
記第１列のコイル１１１，１１１…、第２列のコイル１
１２，１１２…を冷却するための冷却液用の流路１１５
が形成されている。尚、多数のコイル１１１，１１１
…、１１２，１１２…は互いに接着されてコイルユニッ
ト１５０を構成する。このコイルユニット１５０は、多
数の固定部材（図３には、後述する第２の固定部材１８
２，…が示されている。）によって、ハウジング１１３
側の基体１６１，１６２に固定されている。

【００１６】一方、可動子１２０は、図３（ｂ）に示す
ように、基体部１２１Ａ，１２１Ｂと、これにビス止め
されたヨーク１２２，１２２と、ヨーク１２２，１２２
の内面に配置された第１列の永久磁石１２３，１２３
…、第２列の永久磁石１２４，１２４…とによって構成
されている。そして、可動子１２０の中空部分１２０Ｓ
に、固定子１１０が挿入されて、リニアモータ１００が
構成されている（図４）。

【００１７】リニアモータ１００の固定子１１０に設け
られる第１列のコイル１１１，１１１…、第２列のコイ
ル１１２，１１２…は、これに流れる電流（Ｕ相のＩ
ｕ、Ｖ相のＩｖ、Ｗ相のＩｗ）に応じて、各々、Ｕ相の
コイル群１１１（Ｕ）…，１１２（Ｕ）…、Ｖ相のコイ
ル群１１１（Ｖ）…，１１２（Ｖ）…、Ｗ相のコイル群
１１１（Ｗ）…，１１２（Ｗ）…に分けられる。

【００１８】そして、各コイル群毎に、位相差が２π／
３の電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）が流されて、前記可動子
１２０が固定子１１０に対して、図１中、矢印Ｘで示す
方向に移動する。ここで、固定子１１０内に配置された
第１列のコイル１１１，１１１…、第２列のコイル１１
２，１１２…の形状、並びに、これらを固定する方法に
ついて、図５〜図７を用いて説明する。

【００１９】この実施の形態の固定子１１０は、所謂
「ドッグボーン型」の固定子であり、この固定子１１０
を構成する第１列のコイル１１１，１１１…、第２列の
コイル１１２，１１２…は、図５に示すように、角形に
巻かれたロ字型のコイルである。固定子１１０の、図５
中、手前側に配置される第１列のコイル１１１，１１１
…は、その縦方向に延びる部分（以下、「極部分」とい
う）１１１ｉ，１１１ｊが奥側に折り曲げられている。
尚、この極部分１１１ｉ，１１１ｊが、磁石ユニット１
５０の磁極と作用しあって、推進力Ｆを生じさせる。

【００２０】一方、図５中、奥側に配置される第２列の
コイル１１２，１１２…は、極部分１１２ｉ，１１２ｊ
が手前側に折り曲げられている。第１列のコイル１１
１，１１１…、第２列のコイル１１２，１１２…は、互
いの側面が接着剤で接着されると共に、図５の矢印で示
すように、互いの中空部分に、対向する第２列のコイル
１１２の極部分１１２ｉ，１１２ｊ、第１列のコイル１
１１の極部分１１１ｉ，１１１ｊが押し込まれる。そし
て、この状態で、第１のコイル列１１１，１１１…と第
２のコイル列１１２，１１２…は、互いに接着剤で接着
されて、コイルユニット１５０が構成される。

【００２１】このコイルユニット１５０にあっては、第
１列のコイル１１１，１１１…、第２列のコイル１１
２，１１２…は、その極部分１１１ｉ，１１１ｊ…、１
１２ｉ，１１２ｊ…が、固定子１１０の中央部分で一直
線上に整列される（図２、図６）。このコイルユニット
１５０に対し、図７に示すように、可動子１２０側の永
久磁石１２３，１２３…、１２４，１２４…が、その両
側より、これを挟み込むように配置される。

【００２２】ここで、第１の固定部材１８１，１８１
…、第２の固定部材１８２，…、第３の固定部材１８
３，…の、コイルユニット１５０への具体的な取り付け
方について、図６、図７を用いて説明する。第１列のコ
イル１１１，１１１…と、第２列のコイル１１２，１１
２…とは、互いに、コイル１／２個分ずれて重ね合わさ
れ、接着剤で接着される。このときコイルユニット１５
０の両端に位置するコイル（図６に示すコイル１１２
（Ｖ））では、その中空部分に、対向するコイル（１１
１（Ｗ））の１本の極部分１１１ｊが嵌め合わされるの
みであり、ここに空間Ｋ１が生じる。

【００２３】この空間Ｋ１に第１の固定部材１８１が嵌
め込まれた状態で接着される（図６）。そして、この第
１の固定部材１８１の側面（図７の斜線部分）が、リニ
アモータ１００の支持体１１６に接着される（図７）。
又、第１列のコイル１１１，１１１…は互いに隣り合う
コイル１１１，１１１の側面同士が接着剤で接着され、
第２列のコイル１１２，１１２…も互いに隣り合うコイ
ル１１２，１１２の側面同士が接着される。

【００２４】このとき第１列のコイル１１１，１１１…
間の上下位置、第２列のコイル１１２，１１２…間の上
下位置に、多数の空間Ｋ２が生じる（図６）。この空間
Ｋ２に第２の固定部材１８２が嵌め込まれた状態で接着
される。そして、この第２の固定部材１８２の一面（図
７の斜線部分）が、リニアモータ１００の基体１６１，
１６２に、各々接着される（図７）。

【００２５】又、第１列のコイル１１１，１１１…の極
部分１１１ｉ，１１１ｊ、第２列のコイル１１２，１１
２…の極部分１１２ｉ，１１２ｊは、対向する第２列の
コイル１１２，１１２…、第１列のコイル１１１，１１
１…の中空部分に嵌め合わされる。このとき、極部分１
１１ｉ，１１１ｊ、極部分１１２ｉ，１１２ｊと、これ
が嵌め込まれる中空部分との間には、多数の空間Ｋ３が
生じる。

【００２６】この空間Ｋ３に第３の固定部材１８３の先
端１８３Ａが引っ掛けられた状態で接着される。そし
て、この第３の固定部材１８３の一面（図７の斜線部
分）が、基体１６１，１６２に接着される。このように
コイルユニット１５０に生じた空間（凹凸）Ｋ１〜Ｋ３
を有効に利用して、固定部材１８１，１８２，１８３に
よる接着を行うことで、単に接着剤を用いた固定方法に
比べて、コイルユニット１５０を基体１６１，１６２等
に強固に接着できる。

【００２７】このようにコイルユニット１５０を第１の
固定部材１８１，１８１、第２の固定部材１８２，…、
第３の固定部材１８３，…を介して、基体１６１，１６
２に固定するのは、コイルユニット１５０と、支持体１
１６及び基体１６１，１６２の間により多くの隙間を設
け、かつ、接合面積を小さくするためである。隙間を設
け、接合面積を小さくすることにより、コイルユニット
１５０を、基体１６１，１６２に直接接着した場合に比
べて、コイル１１１…，１１２…で生じた熱が、基体１
６１，１６２側に伝わるのを抑えることができる。

【００２８】尚、この第１の固定部材１８１，１８１
…、第２の固定部材１８２，…、第３の固定部材１８
３，…は、例えば、ポリカーボネイトからなり、エポキ
シ系の接着剤によって、基体１６１，１６２、支持体１
１６に接着される。又、固定子１１０内に配置された第
１列のコイル１１１，１１１…、第２列のコイル１１
２，１１２…には、各層（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎に、図
８に示す波形の電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れて、可動子
１２０側の永久磁石１２３，１２３…、永久磁石１２
４，１２４…との間で推進力Ｆが生じるようになってい
る。

【００２９】ところで、本実施の形態のリニアモータ
（ムービングマグネット型リニアモータ）１００では、
Ｕ相のコイル群１１１（Ｕ），１１２（Ｕ）、Ｖ相のコ
イル群１１１（Ｖ），１１２（Ｖ），Ｗ相のコイル群１
１１（Ｗ）、１１２（Ｗ）は、スイッチ（Ｓ01）〜（Ｓ
30）によって、選択的に通電（オン）／遮断（オフ）さ
れるようになっている。

【００３０】すなわち、コイル１１１，…、１１２，…
には、図９に示すように、スイッチ（Ｓ01）〜（Ｓ30）
を介して、電流値制御部２１０からの電流Ｉｕ、Ｉｖ、
Ｉｗが選択的に供給される。これにより、実際に推進力
Ｆを生じさせるコイル（第１列のコイル１１１，１１１
…、第２列のコイル１１２，１１２…）のみを通電さ
せ、もって、その消費電力を抑え、余分な発熱が生じな
いようにしている。

【００３１】図９のスイッチ（Ｓ01）〜（Ｓ30）のオン
／オフ制御は、これに接続された制御部２００のスイッ
チ切換制御部２３０によって行われる。尚、制御部２０
０の３つのアンプ部２２１，２２２，２２３は、電流値
制御部２１０の３つの端子に現れた電圧値に応じて、所
望の電流Ｉｖ、Ｉｕ、Ｉｗを発生させるものである。
又、スイッチ切換制御部２３０には、リニアモータ１０
０の可動子１２０の目標位置を入力するための入力部２
４０と、可動子１２０の現在位置を検出する位置センサ
（干渉計による位置検出手段）２４１が接続されてい
る。

【００３２】尚、スイッチ切換制御部２３０は「通電／
遮断制御プログラム」（図示省略）を実行することによ
って、その可動子１２０の位置に応じたスイッチ（Ｓ0
1）〜（Ｓ30）がオンして、これに対応する第１列のコ
イル１１１，１１１…、第２列のコイル１１２，１１２
…が通電される。

【００３３】ところで、リニアモータ１００が設置され
る機器（例えば、ステージ装置）では、一般に、可動子
１２０が頻繁に存在する位置が、一定の範囲内になるこ
とが多い。今仮に、図１０（ａ）に示すように、通常使
用時（動作時）に、可動子１２０が、専ら、リニアモー
タ１００の中心付近で動作するステージ装置を考える。

【００３４】この場合、リニアモータ１００のコイルユ
ニット１５０での発熱状態は、図１０（ｂ）のグラフに
示すようになる。この熱の分布状態に着目すると、第２
の固定部材１８２，…、第３の固定部材１８３，…が、
基体１６１，１６２と接合する面積（断面積）Ｓを、図
１０（ｃ）に示すグラフの特性に従って決定すれば、コ
イルユニット１５０で生じた熱は、固定子１１０側（基
体１６１，１６２側）に伝わり難くなる。

【００３５】そこで、この実施の形態では、第２の固定
部材１８２，…、第３の固定部材１８３，…の接合面積
（図７に示した斜線部分の面積）を、図１０（ｃ）に示
す特性に従いつつ、固定子１１０の強度を確保するに十
分な接合面積（断面積）Ｓを確保し、かつ、この面積Ｓ
を通じて、基体１６１，１６２側に伝わる熱が最小限と
なるように決定している。

【００３６】尚、図１０（ｃ）の特性に応じた接合面積
（断面積）Ｓを実現するため、この実施の形態では、個
々の接合面積Ｓ（Ｓｘ〜Ｓｚ）が異なる３種の第２の固
定部材１８２Ａ，１８２Ｂ，１８２Ｃ…（図１１）、同
じく、個々の接合面積（Ｓｘｘ〜Ｓｚｚ）が異なる第３
の固定部材１８３Ａ，１８３Ｂ，１８３Ｃ（図１２）を
用意し、コイルユニット１５０で発生する熱の分布状態
に応じて配置している（図１０（ｄ））。

【００３７】すなわち、コイルユニット１５０での発熱
量Ｑが比較的大きい中央部分（領域Ｒ１）では、図１２
（ａ）に示す第２の固定部材１８２Ｘ（面積Ｓx）、図
１３（ａ）に示す第３の固定部材１８３Ｘ（面積Ｓxx）
を用いて、強固に、コイルユニット１５０を基体１６
１，１６２に固定している。

【００３８】又、発熱量Ｑが比較的小さい両端部（領域
Ｒ３）では、図１２（ｃ）に示す第２の固定部材１８２
Ｚ（面積Ｓz）、図１３（ｃ）に示す第３の固定部材１
８３Ｚ（面積Ｓzz）を用いて、コイルユニット１５０を
基体１６１，１６２に固定している。又、領域Ｒ１と領
域Ｒ３との間の領域Ｒ２では、図１２（ｂ）に示す、接
合面積Ｓが両者の中間の値となる第２の固定部材１８２
Ｙ（Ｓy）、図１３（ｂ）に示す第３の固定部材１８３
Ｙ（面積Ｓyy）を用いて、コイルユニット１５０と基体
１６１，１６２とを固定している。この結果、コイルユ
ニット１５０と基体１６１，１６２とを固定するために
必要な総面積（接合面積）を確保しつつ、この総面積を
介してコイルユニット１５０から基体１６１，１６２側
に伝わる熱を最小限に抑えることができ、ハウジング１
１３内での冷却液を用いた冷却が効率よく行われる。

【００３９】又、この実施の形態では、第２の固定部材
１８２，…、第３の固定部材１８３，…の接合面積（断
面積）Ｓを変えるのみならず、熱が多く発生する領域で
固定部材（１８２，１８３）の数を減らし、熱の発生が
少ない領域で固定部材（１８２，１８３）の数を増やす
ことで、コイルユニット１５０から基体１６１，１６２
への熱の伝わり方を小さくしている（図１０（ｄ））。

【００４０】尚、上記した実施の形態では、通常の使用
時に可動子１２０が、主に固定子１１０の中心部分に存
在するステージ装置を想定して、固定部材（１８２，１
８３）を取り付ける例をあげて説明したが、実際にリニ
アモータ１００が設置される機器で可動子１２０が頻繁
に存在する位置に応じて、固定部材（１８２，１８３）
を取り付ければ、当該機器の発熱状態に応じたリニアモ
ータが実現できる。

【００４１】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について、図１３を用いて説明する。この
第２の実施の形態は、半導体の製造に用いられるステー
ジ装置６００に、上記した第１の実施の形態によって得
られるリニアモータ（１００等）を用いたものである。

【００４２】第１の実施の形態のリニアモータ１００
は、各コイル１１１，１１１…、１１２，１１２…への
通電／遮断が、可動子１２０の位置に応じて制御されて
いるため、固定子１１０での発熱量Ｑが可及的に少なく
なるように構成されており、当該リニアモータ１００
は、そのモータ定数が高くなる。この第２の実施の形態
では、モータ定数の高いリニアモータ１００が、ステー
ジ装置６００のＸステージ（可動ステージ）６００Ｘの
駆動に用いられている。

【００４３】ここで、固定子１１０のハウジング１１３
とコイル１１１，１１１…、１１２，１１２…との間の
冷却液用流路１１５に温度調節用の流体を流したとき、
固定子１１０から生じる熱が吸収される。尚、Ｙステー
ジ６００Ｙの駆動に用いられる２つのリニアモータ６２
０（図１３には一方のみ図示）の構成は、リニアモータ
１００と同一であり、その詳細な説明は省略する。

【００４４】これらリニアモータ１００，６２０が駆動
手段として用いられるステージ装置６００は、その用途
は限定されないが、この実施の形態では、ウェハ（基
板）Ｗ上にマスク（図示省略）に形成されたパターンを
転写する露光装置における、ウェハＷの移動手段として
用いられる。すなわち、ステージ装置６００は、Ｘ軸及
びＹ軸の２軸のＸ−Ｙステージ装置であり、ベース部６
０２上をＸ方向（図中矢印Ｘで示す方向）に駆動される
Ｘステージ６００Ｘ、Ｙ方向（矢印Ｙで示す方向）に駆
動されるＹステージ６００Ｙ、及び試料台（可動体）６
０４を、主たる構成要素としている。

【００４５】ここで試料台６０４は、前記Ｙステージ６
００Ｙ上に配置され、この試料台６０４にウェハホルダ
（図示省略）を介してウェハ（基板）Ｗが搭載される。
このウェハＷの上方には、図示省略の照射部が配置され
ており、照射部からマスク（共に図示省略）を介して照
射された露光光によって、前記ウェハＷ上に予め塗布さ
れたレジスト（図示省略）に、マスク上の回路パターン
が転写されるようになっている。

【００４６】ステージ装置６００におけるＸステージ６
００Ｘ及びＹステージ６００Ｙの移動量は、各々、試料
台６０４のＸ方向の端部、Ｙ方向の端部に固定された移
動鏡６０５Ｘ，６０５Ｙと、これに対向するように、ベ
ース部６０２に各々固定されたレーザ干渉計６０６Ｘ，
６０６Ｙとによって計測される。そして、主制御装置
（図示省略）が、この計測結果を基に、試料台６０４を
ベース部６０２上の所望の位置に移動制御するようにな
っている。

【００４７】このステージ装置６００のＸステージ６０
０Ｘ、Ｙステージ６００Ｙは、共に、多数のコイル１１
１，１１１…、１１２，１１２…が軸方向に配置された
固定子１１０を用いたリニアモータ１００，１００，６
２０，６２０によって、各々、ベース部６０２上をＸ方
向、Ｙ方向に駆動される。ここで、２つのリニアモータ
１００，１００の固定子１１０，１１０は、共にベース
６０２上に取付部１１６，１１６にて固定され、可動子
１２０，１２０は、各々、固定板６０７，６０７を介し
てＸステージ６００Ｘに固定されている。

【００４８】又、リニアモータ６２０，６２０の、各々
の固定子６２１，６２１は共にＸステージ６００Ｘに固
定され、可動子６２２，６２２（一方のみ図示）はＹス
テージ６００Ｙに固定されている。各固定子１１０，１
１０，６２１，６２１は、その内部の流路に流される温
度調整用の流体によって冷却されるが、この流体は、温
度調節機６３１にて温度調節される。尚、固定子１１
０，１１０，６２１，６２１と温度調節機６３１とは、
吐出配管６３２、配管６３３等によって接続されてい
る。

【００４９】又、ステージ装置６００には、エアガイド
６４０と静圧気体軸受け（図示省略）とが設けられて、
エア吹き出し口６４１、エア吸引口６４２によって静圧
空気軸受式のステージが構成されている。（第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態
について、図１４を用いて説明する。

【００５０】この第３の実施の形態は、上記した第１の
実施の形態によって得られたリニアモータ（１００）を
露光装置７００のレチクル（マスク）ステージ７５０の
駆動手段として用いたものである。この第３の実施の形
態では、第１の実施の形態のリニアモータ１００（図
１）がレチクルステージ７５０に組み込まれている。こ
こで露光装置７００は、いわゆるステップ・アンド・ス
キャン露光方式の走査型露光装置である。

【００５１】この露光装置７００は、図１４に示すよう
に、照明系７１０と、レチクル（フォトマスク）Ｒを保
持するステージ可動部７５１と、投影光学系ＰＬと、ウ
ェハ（基板）ＷをＸ−Ｙ平面内でＸ方向−Ｙ方向の２次
元方向に駆動するステージ装置８００と、これらを制御
する主制御装置７２０等を備えている。前記照明系７１
０は、光源ユニットから照射された露光光を、レチクル
Ｒ上の矩形（あるいは円弧状）の照明領域ＩＡＲに均一
な照度で照射するものである。

【００５２】又、レチクルステージ７５０では、ステー
ジ可動部７５１がレチクルベース（図示省略）上を所定
の走査速度でガイドレール（図示省略）に沿って移動さ
れる。又、ステージ可動部７５１の上面にはレチクルＲ
が、例えば真空吸着により固定される。又、ステージ可
動部７５１のレチクルＲの下方には、露光光通過穴（図
示省略）が形成されている。

【００５３】このステージ可動部７５１の移動位置は、
反射鏡７１５、レチクルレーザ干渉計７１６によって検
出され、ステージ制御系７１９は、この検出されたステ
ージ可動部７５１の移動位置に基づく主制御装置７２０
からの指示に応じて、ステージ可動部７５１を駆動す
る。

【００５４】又、投影光学系ＰＬは縮小光学系であり、
レチクルステージ７５０の下方に配置され、その光軸Ａ
Ｘ（照明光学系の光軸ＩＸに一致）の方向がＺ軸方向と
される。ここではテレセントリックな光学配置となるよ
うに光軸ＡＸ方向に沿って所定間隔で配置された複数枚
のレンズエレメントから成る屈折光学系が使用されてい
る。従って、上記照明系７１０によりレチクルＲの照明
領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲの照明領域ＩＡ
Ｒ内の回路パターンの縮小像（部分倒立像）が、ウェハ
Ｗ上の照明領域ＩＡＲに共役な露光領域ＩＡに形成され
る。

【００５５】尚、ステージ装置８００は、コイルを電機
子として用いた平面モータ８７０を駆動手段として、テ
ーブル８１８をＸ−Ｙ面内で２次元方向に駆動するもの
である。すなわち、ステージ装置８００は、ベース部８
２１と、このベース部８２１の上面の上方に数μｍ程度
のクリアランスを介して浮上されるテーブル８１８と、
このテーブル８１８を移動させる平面モータ８７０とを
具えている。ここでテーブル８１８には、露光処理時、
その上面にウェハ（基板）Ｗが、例えば真空吸着によっ
て固定される。

【００５６】又、テーブル８１８には移動鏡８２７が固
定され、ウェハ干渉計８３１からレーザビームが照射さ
れて、当該テーブル８１８のＸ−Ｙ面内での移動位置が
検出されるようになっている。このとき得られた移動位
置の情報は、ステージ制御系７１９を介して主制御装置
７２０に送られる。そして、ステージ制御系７１９は、
この情報に基づく主制御装置７２０からの指示に従っ
て、平面モータ８７０を作動させ、テーブル８１８をＸ
−Ｙ面内の所望の位置に移動させる。

【００５７】テーブル８１８は、平面モータ８７０を構
成する可動子（図示省略）の上面に、支持機構（図示省
略）によって異なる３点で支持されており、平面モータ
８７０によって、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動するのみならず
Ｘ−Ｙ面に対して傾斜させたり、Ｚ軸方向（上方）に駆
動させることができるようになっている。尚、平面モー
タ８７０は、公知の構成であり、平面モータ８７０のそ
の他の説明は省略する。

【００５８】尚、図中、符号８２１はベース部であり、
その内部から生じる熱による温度上昇を防ぐための流体
が、供給管７９２、排出管７９３、温度調節装置７７９
の作用によって、循環されるようになっている。斯かる
構成のレチクルステージ７５０を含む露光装置７００に
おいては、概ね、以下の手順で露光処理が行われる。

【００５９】先ず、レチクルＲ、ウェハＷがロードさ
れ、次いで、レチクルアラインメント、ベースライン計
測、アラインメント計測等が実行される。アライメント
計測の終了後には、ステップ・アンド・スキャン方式の
露光動作が行われる。露光動作にあたっては、レチクル
干渉計７１６によるレチクルＲの位置情報、ウェハ干渉
計８３１によるウェハＷの位置情報に基づき、主制御装
置７２０がステージ制御系７１９に指令を出し、レチク
ルステージ７５０のリニアモータ１００，１００及び平
面モータ８７０によって、レチクルＲとウェハ９とが同
期して移動し、もって、所望の走査露光が行われる。

【００６０】このようにして、１つのショット領域に対
するレチクルパターンの転写が終了すると、テーブル８
１８が１ショット領域分だけステッピングされて、次の
ショット領域に対する走査露光が行われる。このステッ
ピングと走査露光とが順次繰り返され、ウェハ９上に必
要なショット数のパターンが転写される。ここで、上記
のレチクルステージ７５０においては、リニアモータ１
００，１００の固定子１１０，１１０を構成する各コイ
ル２０，２０…に、３相の電流が適宜供給され、その移
動量が制御される。この露光装置７００のレチクルステ
ージ７５０は、推進力が大きく、余分に電力を消費する
こともない。

【００６１】尚、本発明の第２の実施の形態、第３の実
施の形態のステージ装置６００、又は露光装置７００を
用いた半導体デバイスの製造は、概ね、図１５、図１６
に示す手順で行われる。すなわち、半導体デバイスは、
デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ス
テップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコ
ン材料からウェハを製作するステップ、前述した実施の
形態の露光装置によりレチクルのパターンをウェハに転
写するステップ、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）、
検査ステップ等を経て製造される。

【００６２】以下、デバイス製造方法について、更に詳
細に説明する。図１５には、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が示
されている。この図に示されるように、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、半導体テ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。

【００６３】次に、ステップ１００４（ウェハ処理ステ
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１００５
（テバイス組立ステップ）において、ステップ１００４
で処理されたウェハを用いてテバイス組立を行う。この
ステップ１００５には、ダイシング工程、ボンディング
工程、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。

【００６４】最後に、ステップ１００６（検査ステッ
プ）において、ステップ１００５で作製されたテバイス
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、これが出荷され
る。

【００６５】図１６には、半導体テバイスの場合におけ
る、上記ステップ１００４の詳細なフロー例が示されて
いる。図１６において、ステップ１０１１（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１
０１２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に酸化
絶縁膜を形成する。ステップ１０１３（電極形成ステッ
プ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成す
る。ステップ１０１４（イオン打込みステップ）におい
てはウェハにイオンを打ち込む。

【００６６】以上のステップ１０１１〜ステップ１０１
４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。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
１０１５（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１０１６（露光
ステップ）において、上で説明した露光装置を用いてマ
スクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステッ
プ１０１７（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
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。

【００６７】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。尚、本発明のリニアモータ１００は、実
施の形態で示した露光装置以外の、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（例えば、米国特許第５，４７３，４１０号）の駆動
手段としても適用することができる。

【００６８】又、本発明のリニアモータが適用された装
置は、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパター
ンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・
アンド・リピート型の露光装置にも適用することができ
る。又、本発明のリニアモータが適用された装置は、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ディ露光装置に
も適用することができる。

【００６９】又、本発明のリニアモータが適用された露
光装置は、半導体製造用の露光装置に限定されることな
く、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、本発明は広く適用でき
る。又、第３の実施の形態の露光装置の光源は、ｇ線
（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマ
レーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３
ｎｍ）、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ホライド（ＬａＢ６）、タンタル
（Ｔａ）を用いることができる。さらに、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
を用いずに直接基板上にパターンを形成する構成として
もよい。

【００７０】この場合には、投影光学系として、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、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。

【００７１】又、本発明のリニアモータが駆動手段とし
て適用される露光装置の投影光学系の倍率は、縮小系の
みならず等倍および拡大系であってもよい。又、ウェハ
ステージやレチクルステージに、本発明のリニアモータ
を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型お
よび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。

【００７２】又、本発明のリニアモータが適用されるス
テージとしては、ガイドに沿って移動するタイプに限ら
ず、ガイドを必要としないガイドレスタイプであっても
よい。尚、ウェハステージの移動により発生する反力に
関しては、特開平８−１６６４７５号公報にて提案され
ている発明を利用して、フレーム部材を用いて、機械的
に床側（大地）に逃がすようにしてもよい。

【００７３】又、レチクルステージの移動により発生す
る反力に関しては、特開平８−３３０２２４号公報にて
提案されている発明を利用して、フレーム部材を用い
て、機械的に床側（大地）に逃がすようにしてもよい。
以上に説明した本発明のリニアモータが適用される露光
装置は、特許請求の範囲に挙げ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。

【００７４】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。又、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。

【００７５】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。又、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ら、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。

【００７６】

【発明の効果】以上説明した請求項１の発明によれば、
リニアモータの固定子内の複数のコイルを基体に固定す
る固定部材が、動作時の固定子での熱の分布状態に応じ
て配置されるので、当該固定部材を介して、コイル側か
ら基体側に伝わる熱を最小に調整できる。特に、固定子
に冷却液流路が形成されたリニアモータにあっては、こ
れによる冷却効率を高めることができる。

【００７７】又、請求項２の発明によれば、リニアモー
タの固定子内の複数のコイルを基体に固定する固定部材
の、前記基体とが接合する面の大きさ及びその位置が、
動作時の固定子での熱の分布状態に応じて決定されるの
で、固定部材を介して、コイル側から基体側に伝わる熱
を最小に調整できる。この場合にも、固定子に冷却液流
路が形成されたリニアモータにあっては、その冷却効率
を高めることができる。

【００７８】又、請求項３から請求項５の発明によれ
ば、コイルを基体に固定する第１〜第３の固定部材を、
固定子の端部に配置されたコイルの中空部分、互いに側
面が接着されたコイル間に生じている隙間、一方のコイ
ル列を構成するコイルの中空部分に他方のコイル列を構
成するコイルの極部分を押し込んだときに生じる空きス
ペース（凹部）に嵌め込んで固定したものである。これ
により、第１〜第３の固定部材を、確実にコイル側に固
定することができる。

【００７９】又、請求項６の発明によれば、ステージ装
置の駆動手段として、請求項１から請求項５に記載のリ
ニアモータが用いられるので、当該リニアモータのモー
タ定数が高まる分、ステージ装置全体として高機能化が
図られる。又、請求項７の発明によれば、露光用光学系
を用いて基板上に所定のパターンを形成する露光装置
に、請求項６に記載のステージ装置を備えたので、当該
リニアモータ装置のモータ定数が高まっている分、露光
装置全体として高機能化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のリニアモータ１００の側
面図である。

【図２】リニアモータ１００の可動子１２０の一部を切
り欠いた平面図である。

【図３】リニアモータ１００の固定子１１０、及び、可
動子１２０の縦断面を示す図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿ったリニアモータ１０
０の縦断面図である。

【図５】第１列のコイル１１１，１１１…、第２列のコ
イル１１２，１１２…の形状及びこれらを接合する様子
を示す説明図である。

【図６】コイルユニット１５０に固定部材１８１，１８
２，１８３を填め込む様子を示す説明図である。

【図７】コイルユニット１５０を固定部材１８１，１８
２，１８３を用いて、基体１６１，１６２、支持体１１
６に固定する様子を示す説明図である。

【図８】電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの波形を示すグラフであ
る。

【図９】リニアモータ１００及びそのスイッチ切換制御
を行う制御部２００を示す回路図である。

【図１０】リニアモータ１００の使用時の発熱量Ｑと、
コイルユニット１５０と基体１６１，１６２との固定部
材１８１，１８２，１８３による接着面積（断面積）Ｓ
との関係、及び、固定部材１８１，１８２，１８３の設
置例を示す説明図である。

【図１１】接着面積Ｓの異なる３種の第２の固定部材１
８２を示す斜視図である。

【図１２】接着面積Ｓの異なる３種の第３の固定部材１
８３を示す斜視図である。

【図１３】リニアモータ１００が適用されたステージ装
置６００を示す斜視図である。

【図１４】レチクルステージ７５０にリニアモータ１０
０が用いられた露光装置７００の全体構成を示す図であ
る。

【図１５】本発明にかかる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１６】本発明にかかる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リニアモータ１１０固定子１１１第１列のコイル１１２第２列のコイル１１３ハウジング１２０可動子１２３，１２４永久磁石１５０コイルユニット１８１第１の固定部材１８２第２の固定部材１８３第３の固定部材２００制御部７００ステージ装置８００露光装置８５０レチクルステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H641 BB06 BB16 BB19 GG02 GG05 GG07 GG11 GG12 GG24 GG26 GG29 HH03 HH05 HH06 JA06 JA07 JA09 JB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子と可動子とを有し、前記固定子側
の基体に複数のコイルが複数の固定部材によって固定さ
れたリニアモータにおいて、前記複数の固定部材の取り付け位置が、動作時の固定子
での熱の分布状態に応じて決定されていることを特徴と
するリニアモータ。
【請求項２】固定子と可動子とを有し、前記固定子側
の基体に複数のコイルが固定部材によって固定されたリ
ニアモータにおいて、前記固定部材と前記基体とが接合する面の大きさ及びそ
の位置が、動作時の固定子での熱の分布状態に応じて決
定されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載のリニアモ
ータにおいて、前記コイルを前記基体に固定する第１の固定部材が、固
定子の端部に配置されたコイルの中空部分に嵌め込まれ
ていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】請求項１から請求項３の何れかに記載さ
れたリニアモータにおいて、前記コイルを前記基体に固定する第２の固定部材が、互
いに側面が接着されたコイル間に生じている隙間に嵌め
込まれていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】請求項１から請求項４の何れかに記載さ
れたリニアモータにおいて、複数のコイルは、互いの側面が接着されてコイル列が形
成されると共に、２つのコイル列が、互いにコイル１／
２個分だけずれた状態で接着され、かつ、一方のコイル
列のコイルの中空部分に他方のコイル列のコイルの極部
分が押し込まれて、コイルユニットが構成され、該コイルユニットを前記基体に固定する第３の固定部材
が、コイルの極部分が押し込まれたときに生じる前記中
空部分の空きスペースに嵌め込まれていることを特徴と
するリニアモータ。
【請求項６】請求項１から請求項５の何れかに記載の
リニアモータが、ステージ部の駆動手段として用いられ
ていることを特徴とするステージ装置。
【請求項７】露光用光学系を用いて基板上に所定のパ
ターンを形成する露光装置であって、請求項６に記載の
ステージ装置を備えていることを特徴とする露光装置。