JP2001190088A - モータ装置、ステージ装置、露光装置、デバイス、モータの駆動方法、ステージ装置の駆動方法、露光方法、および、デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力化と小型化との双方を実現しつつ、駆
動力リップルの低減をも図ることができるモータ装置、
これを備えたステージ装置、露光装置、デバイス、モー
タの駆動方法、ステージ装置の駆動方法、露光方法、お
よび、デバイスの製造方法を提供する。 【解決手段】 周期的な磁束密度分布を形成する磁石ユ
ニットと、複数のコイル２０を有するコイルユニット
と、各コイル２０に交流電流を供給する供給手段２００
とを備え、交流電流の供給により磁石ユニットとコイル
ユニットとが相対移動するモータ装置であって、供給手
段２００から各コイル２０に対し、磁束密度分布に応じ
た高調波成分が基本正弦波成分に重畳された交流電流を
供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ装置、ステ
ージ装置、露光装置、デバイス、モータの駆動方法、ス
テージ装置の駆動方法、露光方法、および、デバイスの
製造方法に関し、特に、交流式のモータを備えたモータ
装置、およびステージ装置などに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、交流式のモータは、コイルユ
ニットの各コイルに対し交流電流を供給することによっ
て、コイルユニットと磁石ユニットとを回転方向または
直線方向に相対移動させ、駆動力を発生するものとして
よく知られている。このうち、直線方向の駆動力（推
力）を発生するモータ（リニアモータ）は、構造が簡易
で部品点数が少なく、また、駆動における摩擦抵抗が少
ないために動作精度が高く、さらに、直接的に直線駆動
するので移動動作を迅速に行うことができるという多く
の利点を有している。

【０００３】このため、精密な位置決めを必要とする分
野の直線駆動を行う駆動機構においては、リニアモータ
が主流となりつつある。例えば、半導体装置や液晶表示
装置あるいは薄膜磁気ヘッドなどを製造するためのフォ
トリソグラフィ工程で用いられる露光装置において、リ
ニアモータは、レチクルやウエハなどを載置して所定の
位置に位置決めするステージ装置の駆動機構として利用
される。

【０００４】さて、上記のリニアモータでは、コイルユ
ニットを構成する多数のコイルと、磁石ユニットを構成
する多数の磁石（例えば永久磁石）とが、一定の方向に
配列されている。なお、磁石ユニットは、磁石の配列方
向に沿って周期的な磁束密度分布の磁場を形成する。コ
イルユニットの各コイルに対し交流電流を供給すると、
コイルを流れる電流と磁石ユニットによる磁場とが作用
し合う結果、上記配列方向の推力が発生し、コイルユニ
ットと磁石ユニットとが相対移動する。ちなみに、上記
配列方向の推力Ｆは、次式(１)で表される。ただし、Ｌ
は磁場の中を横切るコイルの長さ、Ｂは磁束密度、Ｉは
コイルを流れる電流値である。

【０００５】Ｆ＝Ｌ×Ｂ×Ｉ … (１) ここで、周知のリニアモータの構成例と推力Ｆについて
具体的に説明する。このリニアモータの磁石ユニット１
１は、図１９(ａ)に示すように、複数の永久磁石１１
ａ，１１ａ…が異極どうし対向する向きで配列されたも
のである。また、磁石ユニット１１は、図１９(ｂ)に示
すように、周期的な磁束密度分布Ｂ１(Ｘ)を形成する
（周期λ）。

【０００６】磁束密度分布Ｂ１(Ｘ)は、厳密には、次式
(２)で表されるように、基本正弦波成分（周期λ，振幅
β[1]）と、３次正弦波成分（周期λ/３，振幅β[3]）
とを重畳したものである（[]内の数字は正弦波成分の次
数を表す）。 Ｂ1(Ｘ)＝β[1]sin((２π/λ)Ｘ)＋β[3]sin３((２π/λ)Ｘ) … (２) 上記の磁石ユニット１１を備えたリニアモータでは、一
般に、コイルユニットの各コイルに対して、図２０に示
す基本正弦波成分（周期λ，振幅α[１]）のみの三相交
流電流Ｉ１u(x)，Ｉ１v(x)，Ｉ１w(x)が供給される。な
お、各交流電流Ｉ１u(x)，Ｉ１v(x)，Ｉ１w(x)は、次式
(３)〜(５)で表される（ただし、ω＝２π/λ，φ＝２
π/３，ψ＝４π/３）。

【０００７】Ｉ1u(x)＝α[1]sin(ωx) … (３) Ｉ1w(x)＝α[1]sin(ωx+φ) … (４) Ｉ1v(x)＝α[1]sin(ωx+ψ) … (５) この場合、リニアモータに発生する推力Ｆ１(x)は、次
式(６)に示されるように、位置によって変動しない一定
値となる。

【０００８】 Ｆ1(x)＝Ｌ(Ｂ1u(x)Ｉ1u(x)＋Ｂ1v(x)Ｉ1v(x)＋Ｂ1w(x)Ｉ1w(x)) ＝Ｌα[1]｛ （β[1]sin(ωx)＋β[3]sin３(ωx)）sin(ωx) ＋（β[1]sin(ωx+φ)＋β[3]sin３(ωx+φ)）sin(ωx+φ) ＋（β[1]sin(ωx+ψ)＋β[3]sin３(ωx+ψ)）sin(ωx+ψ) ｝ ＝１.５Ｌα[1]β[1] … (６)

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、リニ
アモータの高出力化と小型化とを共に実現することが要
求され、図２１(ａ)に示す磁石ユニット１２が提案され
た（例えば特開平10-313566公報）。この磁石ユニット
１２は、複数の永久磁石１２ａ，１２ａ…が、同極どう
し対向する向きで配列されたものである。

【００１０】磁石ユニット１２によって形成される磁束
密度分布Ｂ２(Ｘ)は、図２１(ｂ)に示されるように周期
的であり（周期λ）、次式(７)で表されるように、基本
正弦波成分（周期λ，振幅β[1]）に、３次正弦波成分
（周期λ/３，振幅β[3]）と、５次正弦波成分（周期λ
/５，振幅β[5]）とが重畳されている。 Ｂ2(Ｘ)＝β[1]sin((２π/λ)Ｘ)＋β[3]sin３((２π/λ)Ｘ) ＋β[5]sin５((２π/λ)Ｘ) … (７) この磁石ユニット１２を備えたリニアモータでは、上記
のように、高出力化と小型化との双方を実現可能である
が、従来の磁石ユニット１１と同様に、基本正弦波成分
（周期λ，振幅α[１]）のみの三相交流電流（図２０参
照）をコイルユニットの各コイルに対し供給すると、推
力Ｆが位置によって変動するという問題があった。以
下、推力Ｆの位置による変動分を「推力リップル」と呼
ぶ。

【００１１】リニアモータの推力Ｆに推力リップルが含
まれていると、精密な位置決め制御が困難となる。した
がって、小型で高出力なリニアモータであっても、それ
を精密な位置決め装置の駆動機構として用いることはで
きなかった。なお、上述した問題は、回転方向の駆動力
（トルク）を発生するモータ（回転モータ）にも同様に
発生する。この場合、磁石ユニットによる磁場と各コイ
ルに流れる電流との相互作用によって発生するトルクが
回転角によって変動してしまう（トルクリップル）。以
下、回転モータにおけるトルクリップルとリニアモータ
における推力リップルとを総じて「駆動力リップル」と
呼ぶことにする。

【００１２】本発明の目的は、高出力化と小型化との双
方を実現しつつ、駆動力リップルの低減をも図ることが
できるモータ装置、これを備えたステージ装置、露光装
置、デバイス、モータの駆動方法、ステージ装置の駆動
方法、露光方法、および、デバイスの製造方法を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のモータ装置は、
周期的な磁束密度分布を形成する磁石ユニットと、複数
のコイルを有するコイルユニットと、該コイルユニット
の各コイルに交流電流を供給する供給手段とを備え、交
流電流の供給により磁石ユニットとコイルユニットとが
相対移動するモータ装置であって、供給手段からコイル
ユニットの各コイルに対し、磁束密度分布に応じた高調
波成分が基本正弦波成分に重畳された交流電流を供給す
るように構成したものである。このモータ装置によれ
ば、高出力化と小型化との双方を実現しつつ、駆動力リ
ップルを低減することができる。

【００１４】また、上記のモータ装置において、磁石ユ
ニットが、少なくとも基本正弦波成分とｎ次正弦波成分
とを所定の位相関係で重畳した磁束密度分布を形成し、
供給手段が、少なくとも基本正弦波成分とｎ次正弦波成
分とを前記所定の位相関係とは逆の位相関係で重畳した
交流電流を供給する場合（ただし、ｎ次正弦波成分の周
期は基本正弦波成分の周期の１／ｎであり、ｎは１より
大きく３の倍数を除く奇数である）、高出力化と小型化
との双方を実現しつつ、駆動力リップルを確実に低減す
ることができる。これは、交流電流のｎ次正弦波成分
（高調波成分）と磁石ユニットの磁場との相互作用によ
って、基本正弦波成分のみの交流電流を供給したときに
発生する駆動力リップルを打ち消す逆方向の駆動力リッ
プルを発生させることができるからである。

【００１５】さらに、上記のモータ装置において、交流
電流のｎ次正弦波成分の振幅α[n]が、α[n]＝−(β[n]
/β[1])×α[1] の関係を満足する場合（ただし、交流
電流の基本正弦波成分の振幅α[1]、磁束密度分布の基
本正弦波成分の振幅β[1]、磁束密度分布のｎ次正弦波
成分の振幅β[ｎ]とする）、駆動力リップルを完全に打
ち消して零にすることができる。

【００１６】また、上記のモータ装置において、交流電
流のｎ次正弦波成分として５次正弦波成分（周期は交流
電流の基本正弦波成分の周期の１／５）を用いる場合、
駆動力リップルの低減または完全な打ち消しを効率よく
行うことができる。さらに、上記のモータ装置におい
て、磁石ユニットが、少なくとも基本正弦波成分に５次
正弦波成分を同位相でかつ３次正弦波成分を逆位相で重
畳した磁束密度分布を形成し、供給手段が、少なくとも
基本正弦波成分に３次正弦波成分を同位相で重畳した交
流電流を供給する場合、高出力化と小型化との双方を実
現しつつ、駆動力リップルを確実に低減することができ
る。これは、交流電流の３次正弦波成分（高調波成分）
と磁石ユニットの磁場との相互作用によって、基本正弦
波成分のみの交流電流を供給したときに発生する駆動力
リップルを打ち消す逆方向の駆動力リップルを発生させ
ることができるからである。

【００１７】さらに、上記のモータ装置をステージ部の
駆動手段として用いたステージ装置では、ステージ部に
対する精密な位置決め制御が可能となり、ステージ装置
全体として高機能化が図られる。また、露光用の照明光
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
おいて、照明光の経路上に配置される物体を搭載するス
テージ装置に上記のステージ装置を用いた場合、ステー
ジ部に対する精密な位置決め制御が可能となるため、露
光装置全体として高機能化が図られる。

【００１８】さらに、上記の露光装置を用いることによ
り、高精度なデバイスを効率よく製造することができ
る。

【００１９】

【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１３を参照し
て説明する。

【００２０】第１の実施の形態のリニアモータ１００
は、図１に示すように、円筒状の可動子１２０と、可動
子１２０の中空部分に所定の間隙Ｍを隔てて挿通された
円柱状の固定子１１０とで構成される。固定子１１０は
支持部１０１，１０１によってステージ装置（不図示）
側に固定され、可動子１２０は固定子１１０に沿ってＸ
方向に移動可能である。また、可動子１２０は、その外
周がハウジング部１０８に覆われており、このハウジン
グ部１０８に可動ステージ１０９が固定されている。な
お、この実施の形態では、リニアモータ１００と、後述
の制御部２００およびスイッチ（Ｓ01〜Ｓ30）とによっ
てリニアモータ装置が構成される。

【００２１】まず初めに、リニアモータ１００の可動子
１２０について内部構成を説明する。可動子１２０は、
図２，図３に示すように、環状の永久磁石１２１，１２
１…が同軸に複数（図示例では３個）配列され、その周
囲が筒状ヨーク１２２で囲まれたものである。筒状ヨー
ク１２２は、強磁性体である低炭素鋼（例えば、ＳＳ４
００）によって構成されている。このため、筒状ヨーク
１２２内部に収容された各永久磁石１２１は、筒状ヨー
ク１２２の内側面に吸着し、筒状ヨーク１２２内部に隙
間なく同軸に、かつ精度よく配置される。

【００２２】また、複数の永久磁石１２１，１２１…
（磁石ユニット）は、図３に示すように、隣り合う永久
磁石１２１と同種の磁極どうしが接する向きで配列され
ている。このため、可動子１２０の中空部分には、図４
に示すように、隣り合う２つの永久磁石１２１，１２１
の接合部でピーク値を示すと共に周期的な磁束密度分布
Ｂ２(Ｘ)の磁場が、複数の永久磁石１２１，１２１…に
よって形成される。

【００２３】ちなみに、複数の永久磁石１２１，１２１
…による磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の詳細は、図５に示すよ
うに、基本正弦波成分（周期λ，振幅β[1]）と、３次
正弦波成分（周期λ/３，振幅β[3]）と、５次正弦波成
分（周期λ/５，振幅β[5]）とを重畳したものであり、
上述した式(７)で表される。なお、基本正弦波成分と３
次正弦波成分とは逆位相であり、基本正弦波成分と５次
正弦波成分とは同位相である。

【００２４】次に、リニアモータ１００を構成する固定
子１１０の内部構造について説明する。固定子１１０
は、図２，図３に示すように、芯部材１１１と、これに
巻き付けられた複数のコイル２０，２０…（コイルユニ
ット）と、これらを外側から覆うパイプ１１３とによっ
て構成されている。なお、コイル２０，２０…とパイプ
１１３との間、および芯部材１１１の軸芯には各々、冷
却液用流路１１４，１１５が形成されている。

【００２５】芯部材１１１は、図２に示すように、略扇
形断面の棒状部材１１１Ａ，１１Ａ…が複数本（図示例
では８本）、その要部分１１１Ｃ，１１１Ｃ…を内周側
に向けて互いに結合されたものである。各棒状部材１１
１Ａは、積層ケイ素鋼板（強磁性体）にて構成されてい
る。複数のコイル２０，２０…は、図３に示すように、
上記した可動子１２０の永久磁石１２１，１２１…の配
置に応じて配置されている。具体的には、各永久磁石１
２１のＸ方向に沿った長さＬ当たり、３個のコイル２
０，２０…が配置される。各永久磁石１２１の長さＬ
は、磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の半周期に一致している（図
４）。

【００２６】また、各コイル２０は、図６(ａ)に示すよ
うに、一対の引出線２１，２１の一方がＧＮＤ端子(Ｇ)
に接続され、他方がスイッチ（Ｓ01〜Ｓ30）を介して制
御部２００（詳細は後述する）の電流出力端子２３，２
４，２５の何れかに接続されている。ここで、制御部２
００の電流出力端子２３に接続されたコイル２０，２０
…（総じて「コイル群２０ｗ」という）は、複数のコイ
ル２０，２０…（図６(ｂ)）のうち、Ｘ方向に沿って２
個おきに配置されたコイル２０，２０…（図中、符号
“Ｗ”を付したもの）である。ただし、コイル群２０ｗ
の各コイル２０のＧＮＤ端子または電流出力端子２３へ
の接続方向は、図７(ａ)に示すように、１つおきに逆の
極性となっている。

【００２７】また、制御部２００の電流出力端子２４
（図６(ａ)）に接続されたコイル２０，２０…（総じて
「コイル群２０ｕ」という）は、上記したコイル群２０
ｗの各コイル２０の一方に隣り合うコイル２０，２０…
（図６(ｂ)で符号“Ｕ”を付したもの）である。ただ
し、コイル群２０ｕの各コイル２０のＧＮＤ端子または
電流出力端子２４への接続方向も、図７(ｂ)に示すよう
に、１つおきに逆の極性となっている。

【００２８】さらに、制御部２００の電流出力端子２５
に接続されたコイル２０，２０…（総じて「コイル群２
０ｖ」という）は、上記したコイル群２０ｕの各コイル
２０の一方に隣り合うコイル２０，２０…（図６(ｂ)で
符号“Ｖ”を付したもの）である。コイル群２０ｖの各
コイル２０のＧＮＤ端子または電流出力端子２５への接
続方向も、図７(ｃ)に示すように、１つおきに逆の極性
となっている。

【００２９】ちなみに、各コイル群２０ｖ，２０ｕ，２
０ｗにおいて、接続方向が逆の極性となっているコイル
２０，２０…どうしには、常に、逆位相の電流が供給さ
れることになる。なお、各コイル２０の引出線２１，２
１は、図２に示すように、コイル２０，２０…の内側と
芯部材１１１との間に配設されている。

【００３０】上記のように構成されたリニアモータ１０
０では、固定子１１０のコイル２０，２０…に対し後述
する交流電流を供給すると、この電流と可動子１２０の
永久磁石１２１，１２１…による磁場とが作用し合い、
コイル２０，２０…に推力が発生する。ただし、リニア
モータ１００のコイル２０，２０…は固定されているた
め、可動子１２０が固定子１１０に沿ってＸ方向に移動
する。移動方向は推力とは逆の方向である。

【００３１】次に、上記の電流出力端子２３〜２５を備
えた制御部２００の構成、および、スイッチ（Ｓ01〜Ｓ
30）について説明する。制御部２００（供給手段）は、
図６(ａ)に示すように、電流値制御部２１０と、３つの
アンプ部２２１，２２２，２２３とによって構成されて
いる。電流値制御部２１０は、所望の波形（後述する）
に整形された三相（Ｕ相，Ｗ相，Ｖ相）の交流電流を生
成するものである（例えばデジタル・シグナル・プロセ
ッサ）。三相（Ｕ相，Ｗ相，Ｖ相）の交流電流は、位相
が２π／３ずつずれている（図２０参照）。

【００３２】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交
流電流Ｉｗ，Ｉｕ，Ｉｖを発生するものである。また、
アンプ部２２１，２２２，２２３は各々、電流出力端子
２３，２４，２５に接続されている。上記制御部２００
で発生した交流電流Ｉｗ，Ｉｕ，Ｉｖは、電流出力端子
２３，２４，２５各々から出力され、スイッチ（Ｓ01〜
Ｓ30）を介してコイル群２０ｗ，２０ｕ，２０ｖの各コ
イル２０側に供給される。

【００３３】ここで、スイッチ（Ｓ01〜Ｓ30）は、制御
部２００の電流出力端子２３，２４，２５から出力され
る交流電流Ｉｗ，Ｉｕ，Ｉｖをコイル２０に対し実際に
供給するか否かを切り替えるためのものである。固定子
１１０のコイル２０，２０…は上記した可動子１２０の
移動範囲全体にわたって配置されているが（図１参
照）、可動子１２０の移動に実際に寄与するコイル２
０，２０…は、永久磁石１２１，１２１…（図３）に対
向しているコイル２０，２０…や、その前後数個分のコ
イル２０，２０…のみである。

【００３４】このため、全てのコイル２０，２０…に通
電すると、可動子１２０の移動に寄与しない部分のコイ
ル２０，２０…に供給された電流が無駄になり効率が悪
く、また、コイル２０の発熱量が増え、この発熱による
空気のゆらぎが大きくなってしまう。そこで、本実施の
形態のリニアモータ１００では、スイッチ（Ｓ01〜Ｓ3
0）を設け、可動子１２０の移動に寄与する部分のコイ
ル２０のみが通電されるように、可動子１２０の移動位
置に応じて通電するコイル２０を選択できるように構成
している。なお、各コイル群２０ｖ，２０ｕ，２０ｗに
おいて通電されるコイル２０の数は、同じであることが
好ましい。また、通電するコイル２０の選択は、制御装
置（図示省略）により、可動子１２０の目標位置及びコ
イル２０と永久磁石１２１の空間的位置関係に基づいて
制御される。

【００３５】このように、各スイッチ（Ｓ01〜Ｓ30）が
個別にオン／オフ制御され、可動子１２０の移動に寄与
するコイル２０が選択的に通電されるため、消費電力が
少なく、発熱量の少ないリニアモータ１００の動作制御
が行われる。ここで、永久磁石１２１，１２１…（図
３）に対向するコイル２０，２０…のうち、実際に交流
電流Ｉｖが供給されたコイル群２０ｖのコイル２０，２
０…には各々、図８に示すように、推力Ｆｖが発生す
る。なお、コイル群２０ｖにおいて、各コイル２０が受
ける磁場の方向は１つおきに逆であり、かつ、各コイル
２０に供給される電流の方向も逆であるため、各コイル
２０に発生する推力Ｆｖの方向は同じとなる。

【００３６】同様に、永久磁石１２１，１２１…に対向
するコイル２０，２０…のうち、実際に交流電流Ｉｕ，
Ｉｗが供給されたコイル群２０ｕ，２０ｗのコイル２
０，２０…には各々、図８に示すように、推力Ｆｕ，Ｆ
ｗが発生する。なお、各推力Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗの大きさ
は、各コイル２０に流れる電流の大きさと、各コイル２
０の場所での磁束密度とに応じて決まる。

【００３７】そして、複数のコイル２０，２０…を備え
た固定子１１０には、各コイル２０に発生する推力Ｆ
ｕ，Ｆｖ，Ｆｗを合計した推力Ｆが作用することにな
る。したがって、上記したリニアモータ１００では、可
動子１２０が、合計の推力Ｆを受けてＸ方向に移動す
る。次に、制御部２００の電流出力端子２３，２４，２
５から出力される交流電流Ｉｗ，Ｉｕ，Ｉｖの波形につ
いて具体的に説明する。

【００３８】第１の実施の形態のリニアモータ１００に
おいては、可動子１２０の永久磁石１２１，１２１…が
図３に示す向きで配列されているため、固定子１１０の
コイル２０，２０…に対して基本正弦波成分のみの三相
交流電流（図２０参照）を供給すると、推力リップルが
生じてしまう。そこで、本実施の形態では、固定子１１
０のコイル２０，２０…に供給する交流電流Ｉｖ，Ｉ
ｕ，Ｉｗの波形を制御することにより、上記の推力リッ
プルの発生を抑えるようにした。

【００３９】ここでまず、各コイル２０に対して基本正
弦波成分（周期λ，振幅α[1]）のみの三相交流電流
（図２０）を供給したときの推力Ｆ２(x)を求め、推力
リップルについて調べておく。この場合の推力Ｆ２(x)
は、各コイル２０の場所における磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)
の変化を表す次式(８)〜(１０)と、基本正弦波成分のみ
の三相交流電流を表す上記式(３)〜(５)とを用い、次式
(１１)で求められる（ただし、ω＝２π/λ，φ＝２π/
３，ψ＝４π/３である）。なお図９には、一例とし
て、コイル群２０ｕのコイル２０への交流電流Ｉ１ｕ
(x)と、このコイル２０の場所における磁束密度の時間
変化Ｂ２ｕ(x)とが示されている。

【００４０】 Ｂ2u(x)＝β[1]sin(ωx)＋β[3]sin３(ωx)＋β[5]sin５(ωx) …(８) Ｂ2w(x)＝β[1]sin(ωx+φ)＋β[3]sin３(ωx+φ)＋β[5]sin５(ωx+φ)…(９) Ｂ2v(x)＝β[1]sin(ωx+ψ)＋β[3]sin３(ωx+ψ)＋β[5]sin５(ωx+ψ)…(10) Ｆ２(x)＝Ｌ(Ｂ2u(x)Ｉ1u(x)＋Ｂ2v(x)Ｉ1v(x)＋Ｂ2w(x)Ｉ1w(x)) ＝1.５Ｌα[1]β[1]｛ １−(β[5]/β[1])cos６(ωx) ｝ …(11) 上記の式(１１)から分かるように、推力Ｆ２(x)には、
６次正弦波成分（周期λ/６）の推力リップルが含まれ
ている（図９参照）。

【００４１】ここで、式(１１)の推力リップルの振幅
（１.５Ｌα[1]β[5]）には、磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の
５次正弦波成分の振幅β[5]が含まれていることが分か
る。また、推力リップルの振幅には磁束密度分布Ｂ２
(Ｘ)の３次正弦波成分の振幅β[3]が含まれない。式(１
１)の推力リップルは、磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の５次正
弦波成分と、交流電流の基本正弦波成分とが、合成され
て発生したものである。

【００４２】本実施の形態では、式(１１)の推力リップ
ルを打ち消すため、各コイル２０に供給する交流電流Ｉ
ｖ，Ｉｕ，Ｉｗの波形を制御し、基本正弦波成分（周期
λ，振幅α[1]）に５次正弦波成分（周期λ/５，振幅α
[5]）を重畳することにした（図１０）。この場合の交
流電流Ｉ２u(x)，Ｉ２w(x)，Ｉ２v(x)は、次式(１２)〜
（１４）で表される（ただし、ω＝２π/λ，φ＝２π/
３，ψ＝４π/３）。

【００４３】 Ｉ2u(x)＝α[1]sin(ωx)＋α[5]sin５(ωx) …（１２) Ｉ2w(x)＝α[1]sin(ωx+φ)＋α[5]sin５( ωx+φ) …（１３） Ｉ2v(x)＝α[1]sin(ωx+ψ)＋α[5]sin５( ωx+ψ) …（１４） このように基本正弦波成分と５次正弦波成分とが重畳さ
れた交流電流Ｉ２u(x)，Ｉ２v(x)，Ｉ２w(x)を各コイル
２０に対して供給することを想定し、その場合の推力Ｆ
３(x)を求めると、次式（１５）のようになる。なお図
１１には、一例として、コイル群２０ｕのコイル２０へ
の交流電流Ｉ２ｕ(x)と、このコイル２０の場所におけ
る磁束密度の変化Ｂ２ｕ(x)とが示されている。

【００４４】 Ｆ３(x)＝Ｌ(Ｂ2u(x)Ｉ2u(x)＋Ｂ2v(x)Ｉ2v(x)＋Ｂ2w(x)Ｉ2w(x)) ＝１.５Ｌα[1]β[1]｛ １＋(β[5]α[5])/(α[1]β[1]) −（β[5]/β[1])cos６(ωx)−(α[5]/α[1])cos６(ωx) ｝…（15） 上記の式（１５）から分かるように、推力Ｆ３(x)に
は、式(１１)の推力リップル（式(15)では第３項）に加
えて、同様に６次正弦波成分（周期λ/６）の推力リッ
プル（第４項）が新たに含まれている。この新たな推力
リップルは、磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の基本正弦波成分
と、交流電流Ｉ２(Ｘ)の５次正弦波成分と、の合成によ
り発生するものである。

【００４５】したがって、新たな推力リップルの振幅
（１.５Ｌβ[1]α[5]）を式(１１)の推力リップルの振
幅（１.５Ｌα[1]β[5]）と同じ大きさにすると共に、
新たな推力リップルの位相を式(１１)の推力リップルと
逆位相にすることにより、新たな推力リップルと式(１
１)の推力リップルとを相殺させることができる。この
ときの条件は、次式（１６）で表される。

【００４６】β[1]α[5]＝−α[1]β[5] … （１６） これはすなわち、上記式(１２)〜（１４）で表される交
流電流Ｉ２u(x)，Ｉ２w(x)，Ｉ２v(x)の基本正弦波成分
に重畳された５次正弦波成分の振幅α[5]に関する条件
に他ならない。以上のことから、交流電流Ｉ２u(x)，Ｉ
２v(x)，Ｉ２w(x)の５次正弦波成分の振幅α[5]が次式
（１７）を満足するとき、式（１５）の推力リップルが
完全に相殺され、推力Ｆ３(x)が一定の値になることが
分かる。

【００４７】 α[5]＝−（β[5]/β[1]）α[1] … （１７） また、このときの推力Ｆ３(x)の値は、上記した推力Ｆ
３(x)の式（１５）に条件式（１７）を代入することに
より、次式（１８）で表すことができる（図１１参
照）。 Ｆ４(x)＝１.５Ｌα[1]β[1](１−β[5]²/β[1]²) … (１８) さて、上記のような交流電流Ｉ２u(x)，Ｉ２v(x)，Ｉ２
w(x)の波形の制御は、図６(ａ)に示す制御部２００の電
流値制御部２１０において行われる。

【００４８】つまり、電流値制御部２１０では、可動子
１２０が形成する磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の基本正弦波成
分の振幅β[1]と５次正弦波成分の振幅β[5]との比（β
[5]/β[1]）、および、これから生成する交流電流の基
本正弦波成分の振幅α[1]の積を求め（式（１７）参
照）、この積の結果を振幅の大きさとする５次正弦波成
分を基本正弦波成分に対し逆位相で重畳することによ
り、波形の制御を行う。

【００４９】これにより、制御部２００の電流出力端子
２３〜２５から、基本正弦波成分（周期λ，振幅α
[1]）に５次正弦波成分（周期λ/５，振幅α[5]）が逆
位相で重畳された交流電流Ｉ２u(x)，Ｉ２v(x)，Ｉ２w
(x)が出力される。

【００５０】電流出力端子２３〜２５からの交流電流Ｉ
２u(x)，Ｉ２v(x)，Ｉ２w(x)は、可動子１２０の永久磁
石１２１，１２１…に対向してスイッチ（Ｓ01〜Ｓ30）
がオンとなっているコイル２０，２０…に対し、実際に
供給される。そして、コイル２０，２０…に供給された
電流と永久磁石１２１，１２１…による磁場とが個々に
作用し合い、結果として、各コイル２０に発生する推力
Ｆｕ，Ｆｖ，Ｆｗ（図８）の合計に相当する上記式（１
８）の一定の推力Ｆ４(x)が固定子１１０に働くことに
なる。したがって、本実施の形態のリニアモータ１００
では、一定の推力Ｆ４(x)を与えながら可動子１２０を
Ｘ方向に沿って移動させることができる。

【００５１】なお、本実施の形態のリニアモータ１００
における推力Ｆ４(x)の値（式(１８)）は、図１９に示
す従来の磁石ユニット１１を備えたリニアモータにおけ
る推力Ｆ１(x)の値（式(６)）に比べて、１.５Ｌα[1]
β[5]²/β[1] だけ小さくなっている。しかし、β[5]
のレベルは、通常、β[1]の数％程度かそれ以下であ
り、また、これが２乗で効いてくるので、推力Ｆ４(x)
の低下分は１％にも満たない極小さな値である。

【００５２】以上説明したように、本実施の形態では、
永久磁石１２１，１２１…の磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)に応
じた高調波成分（例えば上記の５次正弦波成分）を基本
正弦波成分に重畳した交流電流Ｉ２u(x)，Ｉ２v(x)，Ｉ
２w(x)がコイル２０，２０…に供給されるので、推力リ
ップルの無い一定の推力Ｆ４(x)で可動子１２０を直線
移動させることができ、精密な位置決め制御も容易に行
うことができる。

【００５３】さらに、永久磁石１２１，１２１…が同極
どうし対向する向きで配列されているので、リニアモー
タ１００の高出力化および小型化も図られる。なお、上
記した実施の形態では、コイル２０，２０…に供給する
交流電流Ｉ２u(x)，Ｉ２v(x)，Ｉ２w(x)の５次正弦波成
分の振幅α[5]が次式（１７）を満足するように波形を
制御し、推力リップルを完全に打ち消す例を説明した
が、これに限らない。位置決め制御の精度に応じて、５
次正弦波成分の振幅α[5]の大きさを調整し、推力リッ
プルを低減させてもよい。

【００５４】この場合には、式（１７）を用いて５次正
弦波成分の振幅α[5]を求めたのと同様に所定の計算式
を用いて振幅α[5]を求めても良いし、使用者がモニタ
ーなどを確認しながら５次正弦波成分の振幅α[5]の大
きさを調整しても良い。本実施の形態では、永久磁石１
２１，１２１…による磁束密度Ｂ２(Ｘ)の磁束密度分布
において、基本正弦波成分に同位相で重畳された５次正
弦波成分が、推力リップルの原因となっていた。そこ
で、交流電流においては、基本正弦波成分に５次正弦波
成分を逆位相で重畳することで、推力リップルを打ち消
すようにした。しかし、複数の永久磁石による磁束密度
分布に他のＹ次正弦波成分(Ｙは１より大きく３の倍数
を除く奇数)が含まれ、この成分が推力リップルの原因
となる場合には、同様に、交流電流に対してＹ次正弦波
成分を重畳するようにしてもよい。この場合、推力リッ
プルの原因となる磁束密度分布のＹ次正弦波成分が、基
本正弦波成分に対して同位相で重畳されているときは、
交流電流に対してはＹ次正弦波成分を逆位相で重畳すれ
ばよい。これに対し、推力リップルの原因となる磁束密
度分布のＹ次正弦波成分が、基本正弦波成分に対して逆
位相で重畳されているときは、交流電流に対してはＹ次
正弦波成分を同位相で重畳すればよい。このように、磁
束密度の位相関係とは逆の位相関係となるように交流電
流を重畳することで、磁束密度分布のＹ次正弦波成分を
原因とする推力リップルを低減させることが可能とな
る。

【００５５】さらに、上記した実施の形態では、永久磁
石１２１，１２１…による磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の３次
正弦波成分が推力リップルの原因とならないため、交流
電流に３次正弦波成分を重畳しなかったが、複数の永久
磁石による磁束密度分布に他のＺ次正弦波成分(Ｚは１
より大きい３の倍数)が含まれる場合でも、同様に、推
力リップルの原因とならないため、交流電流に対してＺ
次正弦波成分を重畳する必要はない。

【００５６】また、上記した実施の形態では、図３に示
すように同極どうしが対向する向きで配列された複数の
永久磁石１２１，１２１…を例に説明したが、図１２に
示すように、隣り合う２つの永久磁石１２１，１２１の
間に、補極としての永久磁石１２３，１２３…を設けて
もよい。永久磁石１２３，１２３…は、永久磁石１２
１，１２１…と直交する向きで配列されている。

【００５７】この場合の磁束密度分布は、上述した例と
同様、基本正弦波成分とＺ次正弦波成分(Ｚは１より大
きい３の倍数)とＹ次正弦波成分(Ｙは１より大きく３の
倍数を除く奇数)とが重畳された形となるため、交流電
流に対してＹ次正弦波成分を逆位相で重畳することによ
って、推力リップルの低減または完全な相殺を達成する
ことができる。

【００５８】さらに、上記した実施の形態では、固定子
１１０側にコイル２０，２０…が配置され、可動子１２
０側に永久磁石１２１，１２１…が配置されたムービン
グマグネット型のリニアモータ１００を例に説明した
が、図１３に示すように、固定子側に永久磁石１２４，
１２４…が配置され、可動子側にコイル１２５，１２５
…が配置されたムービングコイル型のリニアモータにも
本発明は適用できる。

【００５９】また、上記した実施の形態では、コイルに
対して三相交流電流を供給する例を説明したが、二相交
流電流や四相交流電流などの多相交流電流をコイルに供
給する場合にも本発明は適用できる。さらに、上記した
実施の形態では、リニアモータの推力リップルの低減ま
たは完全な相殺によって推力を一定にする例を説明した
が、本発明によれば、回転モータのトルクリップルの低
減や完全な相殺も同様に行える。

【００６０】また、磁場の発生手段として永久磁石１２
１，１２１（，１２３）を用いたが、電磁石などの構成
を用いても良い。次に、上記実施の形態の変形例を説明
する。この変形例では、上記式(１１)の６次正弦波成分
（周期λ/６）の推力リップルを打ち消すため、各コイ
ル２０に供給する交流電流Ｉｖ，Ｉｕ，Ｉｗの基本正弦
波成分（周期λ，振幅α[1]）に対し、上記実施の形態
の５次正弦波成分（周期λ/５，振幅α[5]）に代えて、
３次正弦波成分（周期λ/３，振幅α[5]）を重畳する。

【００６１】この場合の交流電流Ｉ３u(x)，Ｉ３w(x)，
Ｉ３v(x)は、次式(１９)〜（２１）で表される（ただ
し、ω＝２π/λ，φ＝２π/３，ψ＝４π/３）。 Ｉ3u(x)＝α[1]sin(ωx)＋α[3]sin３(ωx) …（１９) Ｉ3w(x)＝α[1]sin(ωx+φ)＋α[3]sin３( ωx+φ) …（２０） Ｉ3v(x)＝α[1]sin(ωx+ψ)＋α[3]sin３( ωx+ψ) …（２１） このように基本正弦波成分と３次正弦波成分とが重畳さ
れた交流電流Ｉ３u(x)，Ｉ３v(x)，Ｉ３w(x)を各コイル
２０に対して供給することを想定し、その場合の推力Ｆ
５(x)を求めると、次式（２２）のようになる。

【００６２】 Ｆ５(x)＝Ｌ(Ｂ2u(x)Ｉ3u(x)＋Ｂ2v(x)Ｉ3v(x)＋Ｂ2w(x)Ｉ3w(x)) ＝１.５Ｌ｛ α[1]β[1]＋β[3]α[3] −α[1]β[5]cos６(ωx)−α[3]β[3])cos６(ωx) ｝…(22） 上記の式（２２）から分かるように、推力Ｆ５(x)に
は、式(１１)の推力リップル（式(２２)では第３項）に
加えて、同様に６次正弦波成分（周期λ/６）の推力リ
ップル（第４項）が新たに含まれている。この新たな推
力リップルは、磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)の３次正弦波成分
と、交流電流Ｉ３(Ｘ)の３次正弦波成分と、の合成によ
り発生するものである。

【００６３】したがって、新たな推力リップルの振幅
（１.５Ｌα[3]β[3] ）を式(１１)の推力リップルの振
幅（１.５Ｌα[1]β[5]）と同じ大きさにすると共に、
新たな推力リップルの位相を式(１１)の推力リップルと
逆位相にすることにより、新たな推力リップルと式(１
１)の推力リップルとを相殺させることができる。この
ときの条件は、次式（２３）で表される。

【００６４】α[3]β[3]＝−α[1]β[5] … （２３） これはすなわち、上記式(１９)〜（２１）で表される交
流電流Ｉ３u(x)，Ｉ３w(x)，Ｉ３v(x)の基本正弦波成分
に重畳された３次正弦波成分の振幅α[3]に関する条件
に他ならない。以上のことから、交流電流Ｉ３u(x)，Ｉ
３v(x)，Ｉ３w(x)の３次正弦波成分の振幅α[3]が次式
（２４）を満足するとき、式（２２）の推力リップルが
完全に相殺され、推力Ｆ５(x)が一定の値になることが
分かる。

【００６５】 α[3]＝−（β[5]/β[3]）α[1] … （２４） また、このときの推力Ｆ５(x)の値は、上記した推力Ｆ
５(x)の式（２２）に条件式（２４）を代入することに
より、次式（２５）で表すことができる。 Ｆ６(x)＝１.５Ｌα[1]β[1](１−β[5]/ β[1]) … (２５) この変形例においては、磁束密度Ｂ２(Ｘ)の磁束密度分
布における３次正弦波成分が、磁束密度分布の基本正弦
波成分に対して逆位相で重畳されているので、交流電流
においては３次正弦波成分を基本正弦波成分に同位相で
重畳して推力リップルを低減するようにした。

【００６６】このように、変形例によれば、永久磁石１
２１，１２１…の磁束密度分布Ｂ２(Ｘ)に応じた高調波
成分（例えば上記の３次正弦波成分）を基本正弦波成分
に重畳した交流電流Ｉ３u(x)，Ｉ３v(x)，Ｉ３w(x)がコ
イル２０，２０…に供給されるので、推力リップルの無
い一定の推力Ｆ６(x)で可動子１２０を直線移動させる
ことができ、精密な位置決め制御も容易に行うことがで
きる。

【００６７】ただし、この変形例における推力Ｆ６(x)
の値（式(２５)）は、図１９に示す従来の磁石ユニット
１１を備えたリニアモータでの推力Ｆ１(x)の値（式
(６)）に比べて１.５Ｌα[1]β[5] だけ小さい。この
場合の推力低下はβ[5]の単純比例であるため、推力低
下がβ[5]の２乗比例である上記実施の形態の推力Ｆ４
(x)（式(１８)参照）に比べて、変形例の推力Ｆ６(x)は
小さな値となる。

【００６８】なお、この変形例でも、コイル２０，２０
…に供給する交流電流Ｉ３u(x)，Ｉ３v(x)，Ｉ３w(x)の
３次正弦波成分の振幅α[3]が次式（２４）を満足する
場合にに限らない。位置決め制御の精度に応じて、３次
正弦波成分の振幅α[3]の大きさを調整し、推力リップ
ルを低減させてもよい。 （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１４を用いて説明する。

【００６９】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７００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を用いたも
のである。以下では、第１の実施の形態のリニアモータ
１００（図１）をステージ装置７００に組み込んだ場合
を例にあげて説明する。第１の実施の形態のリニアモー
タ１００は、その芯部材１１１に巻き付けられた多数の
コイル２０，２０，…が互いの間隔をあけることなく、
軸方向に高密度に配置されるので、固定子（電機子）１
１０内でのコイル２０，２０…の占積率が高く、全体と
して推進力が高い。

【００７０】この実施の形態では、リニアモータ１００
は、ステージ装置７００のＸステージ（可動ステージ）
７００Ｘの駆動に用いられている。ここで、固定子１１
０のパイプ１１３とコイル２０，２０…との間の冷却液
用流路１１４、芯部材１１１内部の冷却液用流路１１５
に温度調節用の流体を流すことで固定子１１０から生じ
る熱が吸収される。

【００７１】尚、Ｙステージ７００Ｙの駆動に用いられ
る２つのリニアモータ７２０の構成は、リニアモータ１
００と同一であり、その詳細な説明は省略する。これら
リニアモータ１００，７２０が駆動手段として用いられ
るステージ装置７００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）９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９の移動手段として用いられる。

【００７２】すなわち、ステージ装置７００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７
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７００Ｘ、Ｙ方向（矢印Ｙで示す方向）に駆
動されるＹステージ７００Ｙ、及び試料台（可動体）７
０４を、主たる構成要素としている。ここで試料台７０
４は、前記Ｙステージ７００Ｙ上に配置され、この試料
台７０４にウェハホルダ（図示省略）を介してウェハ
（基板）９が搭載される。

【００７３】このウェハ９の上方には、照射部（図１５
参照）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
９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。ステ
ージ装置７００は、前記露光光の経路に対してウエハ９
を相対移動させることで、このウエハ９の所望の位置に
露光光を照射するように制御される。

【００７４】ステージ装置７００におけるＸステージ７
００Ｘ及びＹステージ７００Ｙの移動量は、各々、試料
台７０４のＸ方向の端部、Ｙ方向の端部に固定された移
動鏡７０５Ｘ，７０５Ｙと、これに対向するように、ベ
ース部７０２に各々固定されたレーザ干渉計７０６Ｘ，
７０６Ｙ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７０４を
ベース部７０２上の所望の位置に移動制御するようにな
っている。

【００７５】又、レーザ干渉計６０６Ｘ，６０６Ｙから
の出力は、図６(ａ)に示す各スイッチＳ０１〜Ｓ３０の
オン／オフの切換え制御に用いられる。このステージ装
置７００のＸステージ７００Ｘ、Ｙステージ７００Ｙ
は、共に、多数のコイル２０，２０…が軸方向に配置さ
れた固定子１１０を用いたリニアモータ１００，１０
０，７２０，７２０によって、各々、ベース部７０２上
をＸ方向、Ｙ方向に駆動される。

【００７６】ここで、２つのリニアモータ１００，１０
０の固定子１１０，１１０は、共にベース７０２上に取
付部１０１，１０１（図１）にて固定され、可動子１２
０，１２０は、各々、固定板７０７，７０７を介してＸ
ステージ７００Ｘに固定されている。

【００７７】又、リニアモータ７２０，７２０の、各々
の固定子７２１，７２１は共にＸステージ７００Ｘに固
定され、可動子７２２，７２２（一方のみ図示）はＹス
テージ７００Ｙに固定されている。各固定子１１０，１
１０，７２１，７２１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７３１にて温度調節される。尚、固定子１１
０，１１０，７２１，７２１と温度調節機７３１とは、
吐出配管７３２、配管７３３等によって接続されてい
る。

【００７８】又、ステージ装置７００には、エアガイド
７４０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７４１、エア吸引口７４２によって静圧
空気軸受式のステージが構成されている。本実施の形態
では、ステージ装置７００の駆動手段として用いるリニ
アモータ１００の推力リップルを低減または抑制するこ
とができる。そのため、試料台７０４に搭載されたウエ
ハ９を正確に位置決め制御することが可能となる。

【００７９】（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１５〜図１６を用いて説明す
る。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８０
０のレチクル（マスク）ステージ８５０（図１６）の駆
動手段として用いたものである。ここでも、第１の実施
の形態のリニアモータ１００（図１）をレチクルステー
ジ８５０に組み込んだ場合を例にあげて説明する。

【００８０】ここで露光装置８００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。この露光装置８００は、照明系８１０と、レチクル
（フォトマスク）Ｒを保持するステージ可動部８５１
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９００と、これらを制御する主制御装置８２０等を備
えている。

【００８１】前記照明系８１０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。又、レチクルステージ８５０では、ステージ可動部
８５１がレチクルベース上を所定の走査速度で、ガイド
レール８５３に沿って、移動されるようになっており、
図１６に示すように、ステージ可動部８５１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８５１のレチクルＲの下方には、露光光
通過穴８５２が形成されている。

【００８２】このステージ可動部８５１の移動位置は、
反射鏡８１５、レチクルレーザ干渉計８１６によって検
出され、ステージ制御系８１９は、この検出されたステ
ージ可動部８５１の移動位置に基づく主制御装置８２０
からの指示に応じて、ステージ可動部８５１を駆動す
る。又、投影光学系ＰＬは縮小光学系であり、図１５に
示すように、レチクルステージ８５０の下方に配置さ
れ、その光軸ＡＸ（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８１０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ＩＡＲ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。

【００８３】尚、ステージ装置９００は、コイルを電機
子として用いた平面モータ９７０を駆動手段として、テ
ーブル９１８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９００は、ベース部９
２１と、このベース部９２１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９１８と、
このテーブル９１８を移動させる平面モータ９７０とを
具えている。ここでテーブル９１８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。

【００８４】又、テーブル９１８には移動鏡９２７が固
定され、ウェハ干渉計９３１からレーザビームが照射さ
れて、当該テーブル９１８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８１９を介して主制御装置
８２０に送られる。そして、ステージ制御系８１９は、
この情報に基づく主制御装置８２０からの指示に従っ
て、平面モータ９７０を作動させ、テーブル９１８をＸ
−Ｙ面内の所望の位置に移動させる。

【００８５】テーブル９１８は、平面モータ９７０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
９７０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９７０は、公知の構成であり、平面モータ９７０のそ
の他の説明は省略する。また、ステージ装置９００の駆
動手段として、平面モータ９７０の代わりに、第２の実
施の形態で説明したリニアモータ１００を用いても良
い。

【００８６】尚、図中、符号９２１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８９２、排出管８９３、温度調節装置８７９
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８５０を含む露光装置８００に
おいては、概ね、以下の手順で露光処理が行われる。

【００８７】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。

【００８８】露光動作にあたっては、レチクル干渉計８
１６によるレチクルＲの位置情報、ウェハ干渉計９３１
によるウェハＷの位置情報に基づき、主制御装置８２０
がステージ制御系８１９に指令を出し、レチクルステー
ジ８５０のリニアモータ１００，１００及び平面モータ
９７０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。

【００８９】又、レチクル干渉計７１６からの出力は、
図６(ａ)に示す各スイッチＳ０１〜Ｓ３０のオン／オフ
の切換え制御に用いられる。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９１８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。

【００９０】ここで、上記のレチクルステージ８５０に
おいては、リニアモータ１００，１００の固定子１１
０，１１０を構成する各コイル２０，２０…に、三相の
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８００のレチクルステージ８５０は、推進力が大
きく、余分に電力を消費することもない。本実施の形態
では、レチクルステージ８５０の駆動手段であるリニア
モータ１００の推力リップルを低減または抑制すること
ができる。そのため、レチクルステージ８５０を露光光
に対して相対移動させて、レチクルＲを位置制御する際
は、その位置決め精度が向上する。また、ステージ装置
９００の駆動手段として用いることで、ウエハの位置決
め精度を向上させることもできる。したがって、本実施
の形態の露光装置を用いることで、高精度なデバイスを
製造することができる。

【００９１】尚、本発明の第２の実施の形態のステージ
装置７００、又は第３の実施の形態の露光装置８００を
用いた半導体デバイスの製造は、概ね、図１７、図１８
に示す手順で行われる。

【００９２】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。

【００９３】以下、デバイス製造方法について、更に詳
細に説明する。図１７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。図１７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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】図１８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１８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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。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。

【０１０１】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
（１９３ｎｍ）、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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】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。

【０１０７】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。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁石ユニットの磁束密度分布に応じた高調波成分（例え
ば上記のＹ次正弦波成分）を基本正弦波成分に重畳した
交流電流がコイルユニットの各コイルに供給されるの
で、駆動力リップルが低減または完全に相殺された略一
定の駆動力によって、磁石ユニットとコイルユニットと
を相対移動させることができ、精密な位置決め制御が容
易に行えるモータ装置を提供できる。さらに、磁石ユニ
ットの磁束密度分布に高調波成分（上記のＹ次正弦波成
分）が含まれる場合、モータの高出力化および小型化も
併せて実現する。

【０１０９】また、上記のモータ装置をステージ部の駆
動手段として用いたステージ装置では、ステージ部に対
する精密な位置決め制御が可能となり、ステージ装置全
体として高機能化が図られる。さらに、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お
いて、レチクルを移動させるレチクルステージ装置に上
記のステージ装置を用いた場合、ステージ部に対する精
密な位置決め制御が可能となるため、露光装置全体とし
て高機能化が図られる。

【０１１０】また、上記の露光装置を用いることによ
り、高精度なデバイスを効率よく製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のリニアモータ１０
０の側面図である。

【図２】リニアモータ１００の固定子１１０、及び、可
動子１２０の断面図である。

【図３】リニアモータ１００の固定子１１０、及び、可
動子１２０の断面図である。

【図４】可動子１２０の永久磁石１２１と磁束密度分布
との関係を示す図である。

【図５】可動子１２０の磁束密度分布の詳細を説明する
グラフである。

【図６】固定子１１０の各コイル２０と制御部２００の
電流出力端子２３〜２５との接続を示す図である。

【図７】固定子１１０の各コイル２０と制御部２００の
電流出力端子２３〜２５との接続を示す図である。

【図８】リニアモータ１００の動作原理を示す説明図で
ある。

【図９】磁束密度分布、交流電流、および推力の波形を
示すグラフである。

【図１０】交流電流の波形を示すグラフである。

【図１１】磁束密度分布、交流電流、および推力の波形
を示すグラフである。

【図１２】可動子の別の構成を示す断面図である。

【図１３】ムービングコイル型のリニアモータの構成を
示す概略図である。

【図１４】リニアモータ１００が適用されたステージ装
置７００を示す斜視図である。

【図１５】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８００の全体構成を示す図であ
る。

【図１６】レチクルステージ８５０を示す斜視図であ
る。

【図１７】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１８】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。

【図１９】従来の磁石ユニット１１の構成および磁束密
度分布を説明する図である。

【図２０】三相交流電流の波形を示す図である。

【図２１】磁石ユニット１２の構成および磁束密度分布
を説明する図である。

【符号の説明】

１００ リニアモータ １１０ 固定子 ２０ コイル ２１ 引出線 １０８ ハウジング １１１ 芯部材 １２０ 可動子 １２１ 永久磁石 ２００ 制御部 ２１０ 電流値制御部 ７００ ステージ装置 ８００ 露光装置 ８５０ レチクルステージ 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） 5F031 CA02 HA13 KA06 LA08 MA27 5F046 CC01 CC02 CC03 CC17 5H540 AA01 AA10 BA03 BB06 BB08 BB09 EE08 FC02 5H641 BB06 BB14 BB18 BB19 GG02 GG03 GG04 GG08 GG12 HH02 HH03 HH14 JA06 JB05

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期的な磁束密度分布を形成する磁石ユ
   ニットと、複数のコイルを有するコイルユニットと、該
   コイルユニットの各コイルに交流電流を供給する供給手
   段とを備え、前記交流電流の供給により前記磁石ユニッ
   トと前記コイルユニットとが相対移動するモータ装置で
   あって、 前記供給手段は、前記磁束密度分布に応じた高調波成分
   が基本正弦波成分に重畳された交流電流を供給するもの
   であることを特徴とするモータ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のモータ装置において、 前記磁石ユニットは、少なくとも、基本正弦波成分と、
   該基本正弦波成分の周期の１／ｎを１周期とするｎ次正
   弦波成分（ｎは１より大きく３の倍数を除く奇数）と
   が、所定の位相関係で重畳された磁束密度分布を形成す
   るものであり、 前記供給手段は、少なくとも、基本正弦波成分と、該基
   本正弦波成分の周期の１／ｎを１周期とするｎ次正弦波
   成分とが、前記所定の位相関係とは逆の位相関係で重畳
   された交流電流を供給するものであることを特徴とする
   モータ装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のモータ装置において、 前記交流電流の前記ｎ次正弦波成分の振幅α[n]は、前
   記交流電流の前記基本正弦波成分の振幅をα[1]、前記
   磁束密度分布の前記基本正弦波成分の振幅をβ[1]、前
   記磁束密度分布の前記ｎ次正弦波成分の振幅をβ[n]と
   するとき、 α[n]＝−(β[n]/β[1])×α[1] の関係を満足することを特徴とするモータ装置。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載のモータ
   装置において、 前記交流電流の前記ｎ次正弦波成分は、該交流電流の前
   記基本正弦波成分の周期の１／５を１周期とする５次正
   弦波成分であることを特徴とするモータ装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のモータ装置において、 前記磁石ユニットは、少なくとも、基本正弦波成分に、
   該基本正弦波成分の周期の１／５を１周期とする５次正
   弦波成分が同位相で重畳され、かつ、前記基本正弦波成
   分の周期の１／３を１周期とする３次正弦波成分が逆位
   相で重畳された磁束密度分布を形成するものであり、 前記供給手段は、少なくとも、基本正弦波成分に、該基
   本正弦波成分の周期の１／３を１周期とする３次正弦波
   成分が同位相で重畳された交流電流を供給するものであ
   ることを特徴とするモータ装置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５の何れか１項に記
   載のモータ装置において、 前記複数のコイルは、少なくとも２つのコイル群に分け
   られ、かつ、前記磁束密度分布と同じ周期で前記相対移
   動の方向に沿って周期的に配列され、 前記供給手段は、前記複数のコイルの各コイル群に応じ
   て２以上の相の前記交流電流を供給することを特徴とす
   るモータ装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６の何れか１項に記
   載のモータ装置において、 前記磁石ユニットは、前記相対移動の方向に沿って配列
   された複数の磁石を有し、 前記磁石ユニットの各磁石は、隣り合う磁石と同種の磁
   極どうしが対向する向きで配列されていることを特徴と
   するモータ装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７の何れか１項に記
   載のモータ装置が、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。
9. 【請求項９】 露光用の照明光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、 前記照明光を射出する照明系と、 前記照明光の経路上に配置される物体を搭載する請求項
   ８に記載のステージ装置とを備えたことを特徴とする露
   光装置。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の露光装置によって製
    造されたことを特徴とするデバイス。
11. 【請求項１１】 周期的な磁束密度分布を形成する磁石
    ユニットと複数のコイルを有するコイルユニットとを備
    えたモータの駆動方法であって、 前記コイルユニットの各コイルに対し、前記磁束密度分
    布に応じた高調波成分が基本正弦波成分に重畳された交
    流電流を供給することを特徴とするモータの駆動方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載のモータの駆動方法
    において、 前記磁石ユニットは、少なくとも、基本正弦波成分と、
    該基本正弦波成分の周期の１／ｎを１周期とするｎ次正
    弦波成分（ｎは１より大きく３の倍数を除く奇数）と
    が、同位相で重畳された磁束密度分布を形成するもので
    あり、 前記コイルユニットの各コイルに対し、少なくとも、基
    本正弦波成分と、該基本正弦波成分の周期の１／ｎを１
    周期とするｎ次正弦波成分とが、逆位相で重畳された交
    流電流を供給することを特徴とするモータの駆動方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のモータの駆動方法
    において、 前記交流電流の前記ｎ次正弦波成分の振幅α[n]は、前
    記交流電流の前記基本正弦波成分の振幅をα[1]、前記
    磁束密度分布の前記基本正弦波成分の振幅をβ[1]、前
    記磁束密度分布の前記ｎ次正弦波成分の振幅をβ[n]と
    するとき、 α[n]＝−(β[n]/β[1])×α[1] の関係を満足することを特徴とするモータの駆動方法。
14. 【請求項１４】 請求項１２または請求項１３に記載の
    モータの駆動方法において、 前記交流電流の前記ｎ次正弦波成分は、該交流電流の前
    記基本正弦波成分の周期の１／５を１周期とする５次正
    弦波成分であることを特徴とするモータの駆動方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１から請求項１４の何れか１
    項に記載のモータの駆動方法において、 前記複数のコイルは、少なくとも２つのコイル群に分け
    られ、かつ、前記磁束密度分布と同じ周期で前記相対移
    動の方向に沿って周期的に配列され、 前記コイルユニットの各コイルに対し、前記複数のコイ
    ルの各コイル群に応じて２以上の相の前記交流電流を供
    給することを特徴とするモータの駆動方法。
16. 【請求項１６】 請求項１１から請求項１５の何れか１
    項に記載のモータの駆動方法において、 前記磁石ユニットは、前記相対移動の方向に沿って配列
    された複数の磁石を有し、 前記磁石ユニットの各磁石は、隣り合う磁石と同種の磁
    極どうしが対向する向きで配列されていることを特徴と
    するモータの駆動方法。
17. 【請求項１７】 ステージ部の駆動手段としてモータを
    有するステージ装置の駆動方法において、 請求項１１から請求項１６の何れか１項に記載のモータ
    の駆動方法を用いて前記モータを駆動することを特徴と
    するステージ装置の駆動方法。
18. 【請求項１８】 露光用の照明光を射出する工程と、物
    体を搭載したステージ装置を駆動して前記物体を前記照
    明光の経路に対して相対移動させる工程と、を備えた露
    光方法であって、 前記ステージ装置を駆動する際に、請求項１７に記載の
    ステージ装置の駆動方法を用いることを特徴とする露光
    方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の露光方法によって
    露光を行う工程を有することを特徴とするデバイスの製
    造方法。