JP2004254377A - Linear motor device, stage device, exposure device, and manufacturing method of linear motor - Google Patents

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Masahiro Totsu
政浩 戸津
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motor device and a manufacturing method thereof, and a stage device and an exposure device provided with the linear motor device, capable of improving alignment precision and controlling performance by effectively suppressing the generation of thrust ripples. <P>SOLUTION: The linear motor device comprises a coil train where a plurality of coils 13 are arrayed. For each of a plurality of coils 13 that form the coil train, a first dimension L1 from a coil center C, that is the central position of the coil 13 to a first pole center C1 that is the central position of a longitudinal section 13a contributing to the generation of thrust, is set almost equal to a second dimension L2 from the coil center C to a second pole center C2 that is the central position of a longitudinal section 13b contributing to the generation of thrust. For the coil train, a plurality of coils 13 are so arrayed such that the position of the first pole center C1, relative to the coil center C of the coil 13, is almost identical with the position of the second pole center C2 relative to it. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

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、当該リニアモータ装置を駆動源として備えるステージ装置及び露光装置、並びにリニアモータ製造方法に関する。
【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工程の1つとして設けられる露光工程においては、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)に転写する工程が繰り返し行われる。
【0003】
マスクのパターンを感光基板上に転写する場合には、既に感光基板上に形成されているパターンとこれから転写するパターンとを高い精度をもって重ね合わせる必要があるため、感光基板を保持した状態で移動する基板ステージは極めて精確な移動動作が要求される。また、感光基板の移動に合わせてマスクを移動させつつ逐次パターンの転写を行う場合には、更にマスクを保持した状態で移動するマスクステージも精確な移動動作が要求される。
【0004】
このような極めて精確な動作が要求される基板ステージの駆動源(更にはマスクステージの駆動源)としてリニアモータ装置が設けられることが多い。リニアモータ装置は、直線方向の駆動力(推力)を発生するモータであり、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、更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する。
【0005】
リニアモータ装置の基本構成は、コイルを直線状に配列したコイル列と、コイルの配列方向と同方向に極性が交互に変化するように磁石を配列した磁石列とを含んで構成される。かかる構成のリニアモータ装置は、コイル列に正弦波状の三相交流を供給することでコイルの配列方向に推力が発生し、コイル列と磁石列との相対位置に応じて三相交流を印加するコイルを切り替えることにより、コイルの配列方向に沿ってコイル列と磁石列との相対位置を連続的に変化させることができる。
【0006】
上記の磁石列によって形成される磁界がコイルの配列方向に沿ってコイルの配列周期で正弦波状に変化するものであれば、コイル列に三相交流を印加するとコイルの配列方向に一定の推力が発生する。しかしながら、例えば高出力化及び小型化を同時に実現するために、コイルの配列を変えて磁束密度を高めたリニアモータ装置においては、推力が一定とならない場合があった。即ち、このリニアモータ装置内で形成される磁界は、コイルの配列周期で変化する基本成分以外に、基本成分の整数分の1の周期で変化する高調波成分が現れる。このため、コイル列に三相交流を印加すると磁界の高調波成分によって推力が位置によって変動し、基板ステージ又はウェハステージの位置を精確に制御する上で問題があった。以下、この推力変動分を「推力リップル」という。
【0007】
磁界の高調波成分に起因する推力リップルの発生を防止するために、磁石列が形成する磁界の高調波成分に応じてコイル列をなすコイル各々に供給する電流を変化させる技術が案出されている。これらの技術の詳細については、例えば以下の特許文献1,2を参照されたい。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−190088号公報
【特許文献2】
特開平7−143729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、従来のリニアモータ装置においては、磁石列が形成する磁界の高調波成分に応じてコイル列をなすコイル各々に供給する電流を変化させることで、磁界の高調波成分に起因する推力リップルを抑えていたが、このような電流制御を行っても依然として推力リップルが発生することがある。これは、コイル列をなすコイルの配列誤差、つまり各々のコイルの取り付け位置ずれ、又は、各々の磁石が発生する磁力のばらつきに起因して生ずる磁極の周期の約半分の周期で生ずる推力リップルである。
【0010】
これらの推力リップルは、上述した従来の技術では抑えることができず、基板ステージ又はマスクステージを制御する上で問題となっていた。近年、特に半導体素子の製造ではプロセスルールの微細化の要求が高まっており、この要求に応えるためには基板ステージ又はステージ装置の動作をより精確に制御可能とする必要がある。
【0011】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、推力リップルの発生を効果的に抑止することで、位置決め精度及び制御性能を向上させることができるリニアモータ装置及びリニアモータ製造方法、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。
【0012】
【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、複数のコイル(13)を配列したコイル列(14)を有するリニアモータ装置(10)において、前記複数のコイルのそれぞれは、コイルの中心位置(C)から推力発生に寄与する一の極部分(13a)の中心位置(C1)までの第1寸法(L1)と、前記中心位置から推力発生に寄与する他の極部分(13b)の中心位置(C2)までの第2寸法(L2)とのそれぞれがほぼ同一であり、前記コイル列は、前記コイルの中心位置に対する前記一の極部分と前記他の極部分との位置関係が同じになるように前記複数のコイルが配列されて構成されることを特徴としている。
この発明によれば、中心位置一の極部分の中心位置までの第1寸法と、中心位置から他の極部分の中心位置までの第2寸法とのそれぞれがほぼ同一であるコイルを、コイルの中心位置に対する一の極部分と他の極部分との位置関係が同じになるように複数配列してコイル列を構成しているため、各々のコイルの設計値からの位置ずれが同じくなるよう配列される。推力リップルはコイル間の位置ずれに起因して生ずるものであるが、この発明では各コイルが設計値からずれて製造されている場合であってもコイル列をなすコイル全てが同じように位置ずれした状態で配置され、コイル間においてはほぼ位置ずれが生じていないため推力リップルの発生を効果的に抑止することができる。その結果として位置決め精度及び制御性能を向上させることができる。
また、本発明の第1の観点によるリニアモータ装置は、前記コイル列には複数の相を有する交流電流が供給され、前記コイル列が、前記交流電流の相の数と等しい数の前記コイルを一組とする各コイル組毎に、前記第1寸法及び前記第2寸法のそれぞれがほぼ同一であることを特徴としている。
この発明によれば、供給される交流電流の相数と等しい数のコイルを一組とし、コイル組毎に第1寸法及び第2寸法のそれぞれがほぼ同一のコイルを設けているため、結果的に個々のコイルの位置ずれは相殺されて相間の位置ずれがほぼ同一となり推力リップルの発生を効果的に抑止することができるとともに、コイル列をなす全てのコイルについて第1寸法及び第2寸法のそれぞれがほぼ同一のコイルを用意することがなくなってリニアモータ装置の製造が容易になる。
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、所定の方向(y)に推力を発生するリニアモータ装置(10)において、前記推力の発生に寄与する極部分(13a、13b)を有するコイル(13)を前記推力方向に配列してなるコイル列(14)と、前記コイル列に複数の相を有する交流電流を供給し、前記複数の相の少なくとも一つの相の位相を前記コイルの中心に対する前記極部分の中心位置の位置ずれに応じて変化させる電流供給部(32)とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、コイル列をなす各々のコイルの中心に対する極部分の中心位置の位置ずれに応じて、少なくとも一つの相の位相を変化させた電流をコイルに供給しているため、コイル間における位置ずれが存在する状態で各々のコイルが配置されていたとしても推力リップルの発生を効果的に抑止することができ、その結果として位置決め精度及び制御性能を向上させることができる。
ここで、前記電流供給部は、前記極部分の位置がずれている前記コイルに供給する前記交流電流の前記位相を変化させることを特徴としている。
また、本発明の第1及び第2の観点によるリニアモータ装置において、極部分の中心位置は推力方向に沿ったその極部分の長さの中心位置とすることができる。
上記課題を解決するために、本発明の第3の観点によるリニアモータ装置は、所定の方向(y)に配列された複数のコイル(13)を有するコイル列(14)と、極性が交互に変化するように複数の磁石(18、20)を前記所定の方向に配列した磁石例(24、25)と、前記コイル列に複数の相を有する交流電流を供給し、前記複数の相のうち少なくとも一つの相の振幅を前記磁石列が形成する磁場の磁束密度分布に応じて変化させる電流供給部(32)とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、磁石列が形成する磁束密度分布が磁石の製造誤差等の要因によりばらついていた場合であっても、コイル列に供給する交流電流の複数の相のうち少なくとも一つの相の振幅を磁石列が形成する磁場の磁束密度分布に応じて変化させるため、推力リップルを実際上無視できる程度まで軽減することができ、その結果として位置決め精度及び制御性能を向上させることができる。
上記課題を解決するために、リニアモータ製造方法は、推力発生に寄与する極部分(13a、13b)を有する複数のコイル(13)を配列してリニアモータ(10)を製造するリニアモータ製造方法において、前記コイルを前記コイルの中心に対する前記極部分の位置がほぼ同一であるコイル毎に分類する段階を有することを特徴としている。
また、本発明のリニアモータ製造方法は、同一の前記分類に属するコイルを相対移動方向に沿って配列する段階を有することを特徴としている。
更に、本発明のリニアモータ製造方法は、前記分類されたコイルを前記リニアモータに供給される交流電流の相の数と同じ数だけ組み合わせて前記分類毎にコイル組とする段階と、前記コイル組を相対移動方向に沿って配列する段階とを有することを特徴としている。
本発明のステージ装置は、上記の何れかに記載のリニアモータ装置によりステージ部(36)が駆動されることを特徴としている。
本発明の露光装置は、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、上記のステージ装置を備えることを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるリニアモータ装置、ステージ装置及び露光装置、並びにリニアモータ製造方法について詳細に説明する。
【0014】
〔リニアモータ装置〕
図1は、本発明の一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線の一部の断面矢視図である。まず、これらの図を参照してリニアモータ装置の構成を概説する。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。
【0015】
図1に示すリニアモータ装置10が備える固定子11は、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,13bがx軸とほぼ平行になり、短辺部分13c,13dが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。
【0016】
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、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。
【0017】
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、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。
【0018】
次に、リニアモータ装置10が備える可動子12は、磁石18(図2参照)が張り合わされた平板状の上ヨーク19と、磁石20が張り合わされた平板状の下ヨーク21と、上ヨーク19及び下ヨーク21をx方向における両端で支持する支柱部材22,23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。
【0019】
磁石18,20はネオジウム・鉄・コバルト磁石で形成され、上ヨーク19及び下ヨーク21はSS400相当の低炭素鋼により形成され、支柱部材22,23は、軽量化のためにアルミ合金で形成されている。尚、磁石18,20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。
【0020】
図1及び図2に示すように、磁石18,20はx方向の長さがコイル13の長辺部分13a,13b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24(図2参照)が構成されるとともに、複数の磁石20を含んで磁石列25が構成されている。これらの磁石列24,25は、コイル列14をなす各コイル13の長辺部分13a,13bと重なるように(長辺部分13a,13bの+z方向に磁石列24が位置し、−z方向に磁石列25が位置するように)配置される。
【0021】
また、図3に示すように、磁石18及び磁石20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20は異なる磁極が対面するよう設定される。このように配置された磁石列24,25は主にコイル13の長辺部分13a,13b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。
【0022】
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16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Pcとし、磁石18,20のy方向における配列間隔をPmとすると、5Pm=3Pcとなるように、コイル13及び磁石18,20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。
【0023】
次に、固定子11に設けられるコイル列14の構成について詳細に説明する。図4は、本発明の一実施形態によるリニアモータ装置が備えるコイル列14を構成する1つのコイル13を示す上面図である。上述したように、コイル13の長辺部分13a,13bには磁石24,25を構成する磁石18,20によって磁界が形成され、コイル13に電流が流れることによりy方向の推力が発生する。つまり、コイル13の長辺部分13a,13bは推力発生に寄与する極部分である。
【0024】
ここで、図4に示すように、コイル13のy方向における中心位置をコイル中心Cとし、一方の極部分としての長辺部分13aのy方向における中心位置を第1極中心C1とし、他方の極部分としての長辺部分13bのy方向における中心位置を第2極中心C2とする。極部分の中心位置(極中心)とは、極部分13a,13bに電流が流れた時に発生する磁界の中心位置である。従って、巻線を複数回巻回して作られたコイルの場合には、それぞれの巻線が発生する磁界を総合した全磁界の中心位置が真の極中心となるが、巻線が同一の密度で巻回されたコイル13においては極部分13a,13bのy方向外形寸法の中心位置を極中心C1,C2とみなすことができる。複数のコイル13を製造した場合、コイル中心Cと第1極中心C1との間の寸法(第1寸法)L1と、コイル中心Cと第2極中心C2との間の寸法(第2寸法)L2とが製造誤差によりばらつく。コイル列14をなす複数のコイル13間において寸法L1及び寸法L2のばらつきがあると、これらのばらつきに起因する推力リップルが生じるため、高い精度でリニアモータ装置を駆動する上で問題が生ずる。
【0025】
かかる問題を解消するため本実施形態では、コイル列14は寸法L1と寸法L2とのそれぞれがほぼ同一であるコイル13のみを備え、各々のコイル13についてコイル中心Cに対する第1極中心C1と第2極中心C2との位置関係が同じになるように配列した構成である。つまり、寸法L1と寸法L2とが全く設計値通りであるコイル13を複数用意するのは困難であるために、寸法L1と寸法L2とが設計値とは等しくないが、寸法L1どうし、寸法L2どうしがそれぞれ、ほぼ等しいコイル13を選別(分類)して用いる(分類する段階)。そして、例えば寸法L1>寸法L2なる関係が全てのコイル13について満たされるように各々のコイル13を配列する(配列する段階)。
【0026】
このように構成されたコイル列14は、各々のコイル13の第1極中心C1又は第2極中心C2が設計値で定まる本来の第1極中心C1の位置又は第2極中心の位置からはずれることとなる。しかしながら、全てのコイル13の第1極中心C1又は第2極中心C2が同様にy方向にずれて配置されるため、隣接する第1極中心C1の間隔又は隣接する第2極中心C2の間隔が一定となる。この結果、推力リップルが生じない。
【0027】
ここで、コイル13の第1極部分C1としての長手部分13a、第2極部分としての長手部分13bの位置誤差により生ずる推力リップルについて検討する。図3に示すように、本実施形態のリニアモータ装置は、図中の線CLに沿って正弦波状の磁界がy方向に形成されている。尚、図3においては、コイル列14をなす複数のコイル13のうち、隣接して配置されるU相、V相、W相の電流が供給される3つのコイルのみを図示している。また、図3においては、U相の電流が供給されるコイル13の第1極中心C1及び第2極中心C2をそれぞれU1,U2とし、V相の電流が供給されるコイル13の第1極中心C1及び第2極中心C2をそれぞれV1,V2とし、W相の電流が供給されるコイル13の第1極中心C1及び第2極中心C2をそれぞれW1,W2としている。
【0028】
このとき、第1極中心U1と第2極中心U2とは磁石列24,25によって形成される磁界に対して180°の位相関係を有する。また、第1極中心V1と第2極中心V2との関係及び第1極中心W1と第2極中心W2との関係についても同様である。また、第1極中心U1,V1,W1は磁界に対してそれぞれ120°の位相関係を有し、第2極中心U2,V2,W2も磁界に対してそれぞれ120°の位相関係を有する。これらの関係は、コイル13が設計値通りに製造され、且つ設計値通りにy方向に配列されている場合に成り立つ。
【0029】
図5は、磁石によって形成される磁界とコイルの位置ずれにより生ずる推力変動を説明するための図である。まず、U相、V相、及びW相のコイル13が全て設計値通りに配置されている場合を考える。この場合においては、図5において符号P1を付して示すように、磁束密度が最大となる位置に例えばコイル13の第2極中心U2が配置される。この配置の場合には、コイル13には30°〜150°の位相を有する磁束が推力発生に寄与することになる。
【0030】
これに対し、V相及びW相のコイル13は設計値通り配置されているが、図5において符号P2を付して示すようにU相のコイル13のみが位相t°の分だけ位置ずれして配置されている場合を考える。この場合、各相のコイル13の極中心に形成される電界Bu,Bv,Bw及び各相のコイル13に印加される電流Iu,Iv,Iwは以下の(1)式で表される。

Figure 2004254377
【0031】
上記(1)式において、αはコイル13の極中心のy方向の位置を磁石列24,25で形成される磁界の位相で表した変数である。この(1)式を参照すると、各相のコイル13に印加される電流Iu,Iv,Iwは当然ながら位相ずれが生じていないが、U相のコイル13の極中心に形成される磁界の位相がt°の分だけずれていることが分かる。尚、上記(1)式では簡単化のため磁界の大きさ及び電流の大きさを「1」に正規化してある。
【0032】
図5を用いて説明したように、位相120°の分の磁界がコイル13の1つの極中心の推力発生に寄与する点を考慮しつつ、三相のコイル13により生ずる推力の合成推力Fは以下の(2)式で表される。
F=1+0.5・cos(t)+0.5・(cos(2α)−cos(2α+t))……(2)
【0033】
上記(2)式から合成推力Fには2αの周期を有する推力リップルが含まれることが分かる。このように、コイル列14に含まれるコイル13のうちの1つでも設計値からの位置ずれがあると推力リップルが発生することが分かる。本実実施形態においては、寸法L1と寸法L2とがほぼ同一であるコイル13のみからコイル列14を構成し、且つ各々のコイル13についてコイル中心Cに対する第1極中心C1と第2極中心C2との位置関係が同じになるように配列している。この結果、全てのコイル13が同じように位置ずれした状態で配列される。
【0034】
全てのコイル13が同じように位置ずれした状態において、三相のコイル13の全てが位相t°の分だけ位置ずれして配置された場合に発生する推力について説明する。かかる場合には、各相のコイル13の極中心に形成される電界Bu,Bv,Bw及び各相のコイル13に印加される電流Iu,Iv,Iwは以下の(3)式で表される。
Figure 2004254377
【0035】
また、このとき三相のコイル13により生ずる推力の合成推力Fは以下の(4)式で表される。
F=1.5・cos(t) ……(4)
上記(4)式を参照すると、変数αを含む項がないため推力リップルが全く発生しないことが分かる。このことから、コイル13を設計値通りに製造できなくとも、コイル中心Cと第1極中心C1との寸法L1又はコイル中心Cと第2極中心C2との寸法L2とがほぼ同じものを選別(分類)し、コイル中心Cに対する第1極中心C1と第2極中心C2との位置関係が同じになるように配列すれば推力リップルを皆無又は極めて低減することができる。
【0036】
以上説明したように、コイル列14をなす全てのコイルについて寸法L1と寸法L2とがほぼ同じものを用い、上記の配列をすることによって推力リップルを低減することができる。しかしながら、リニアモータが長尺化し、コイル13を多数必要とする場合には、寸法L1と寸法L2とがほぼ同じコイル13を必要な数だけ用意することが困難な場合がある。この場合には隣接するU相、V相、W相のコイル13を一組として、コイル組毎に第1寸法L1と第2寸法L2とがほぼ同じコイル13を選別(分類)し(コイル組とする段階)、コイル組を配列してコイル列14とすれば良い(配列する段階)。
【0037】
この構成においては、1つのコイル組に含まれる3つのコイル13については第1寸法L1と第2寸法L2とがほぼ同じであるが、コイル組の間では第1寸法L1と第2寸法L2とが異なってしまう。しかしながら、結果的に各相の磁界に対する位相ずれは同じものとなるため、上記(3)式に示した状況と同様となり、その結果として推力リップルの発生を低減することができる。
【0038】
また、例えばコイル13の第1寸法L1と第2寸法L2とのずれが大きく、ほぼ同じものが得られない場合も考えられる。この場合には、コイル13を組み合わせ配列してコイル列14とした後の最終的な各相の磁界に対する位相ずれが同じになるように予め組み合わせておけば、上記(3)式に示した状況と同様となる。尚、上述したコイル組毎に第1寸法L1と第2寸法L2とがほぼ同じコイル13を選別(分類)してコイル列14を形成する方法、及び、最終的な各相の磁界に対する位相ずれが同じになるように予め組み合わせてコイル列14を形成する方法は、コイル列14に含まれるコイル13の数が多い場合に、リニアモータ装置の製造が容易になり、しかも推力リップルの発生を低減することができる。
【0039】
以上、コイル中心Cと第1極中心C1との間の寸法L1とコイル中心Cと第2極中心C2との間の寸法L2との関係、及びコイル中心Cに対する第1極中心C1と第2極中心C2との位置関係に着目して推力リップルを低減する方法について説明したが、コイル列14をなす各相のコイル13に供給する電流の位相関係を制御することによっても推力リップルの発生を低減することができる。
【0040】
いま、図5を用いて説明した状況、つまりV相及びW相のコイル13は設計値通り配置されているが、U相のコイル13のみが位相t°の分だけ位置ずれして配置されている状況を考える。この状況において、U相にコイル13に印加する電流Iuの位相をU相のコイル13のずれ方とは逆となる方向にt°だけ遅らせると、各相のコイル13の極中心に形成される電界Bu,Bv,Bw及び各相のコイル13に印加される電流Iu,Iv,Iwは以下の(5)式で表される。
Figure 2004254377
【0041】
また、このとき三相のコイル13により生ずる推力の合成推力Fは以下の(6)式で表される。
F=1.5−sin(t)・sin(t) ……(6)
上記(6)式を参照すると、変数αを含む項がないため推力リップルが全く発生しないことが分かる。このことから、コイル列14を製造する上で、寸法L1と寸法L2とがほぼ同一のものがなく、コイル中心Cに対する第1極中心C1と第2極中心C2との位置関係を前述した通り設定することができなくとも、コイル13の位置ずれ量に応じて電流制御を行うことで推力リップルの発生を皆無に又は低減することができる。
【0042】
尚、以上の電流制御はU相のみに適用することができるわけではなく、コイル13の位置ずれに応じてV相、W相にも適用することができる。また、複数の相のコイル13の位置ずれが生じていても各々の相の位置ずれ量に応じて個々の相の電流制御を個別に行うことで推力リップルの発生を低減させることができる。各々の相の位相ずれは、各相の推力定数を計測することで容易に得ることができる。
【0043】
以上、コイル13の製造誤差及び配列誤差に起因して生ずる推力リップルを、コイル13の位置関係等を調整し、又はコイル13に供給する電流制御を行うことで低減する方法について説明した。以上の説明においては、磁石列24,25によって形成される磁界が正弦波状であることを前提としたが、この磁界の磁束密度がy方向の位置に応じて変化していても推力リップルが発生することがある。
【0044】
いま、U相、V相、及びW相のコイル13が全て設計値通りに配置されている場合を考える。この場合において、磁石列24,25がU相のコイル13に対して形成する磁束密度が他の相のコイル13に対して形成する磁束密度よりもRだけ大きいとする。このときに各相のコイル13の極中心に形成される電界Bu,Bv,Bw及び各相のコイル13に印加される電流Iu,Iv,Iwは以下の(7)式で表される。
Figure 2004254377
【0045】
このとき三相のコイル13により生ずる推力の合成推力Fは以下の(8)式で表される。
F=1.5+R・(0.5・(1−cos(2α))) ……(8)
上記(8)式から合成推力Fには2αの周期を有する推力リップルが含まれることが分かる。このことから、推力リップルを低減するためには、磁石列24,25が各相のコイル13に形成する磁界の大きさの最大値を一定にすることも必要となる。
【0046】
可動子12の製造上の都合から磁石列24,25が各相のコイル13に形成する磁界の大きさの最大値を一定にすることが困難な場合には、磁石列24,25が形成する磁界の大きさのばらつきに応じて、各相のコイル13に流す電流の大きさを変化させる電流制御を行えば推力リップルの発生を抑えることができる。
【0047】
まず、U相、V相、及びW相のコイル13が全て設計値通りに配置されているとし、この場合において、磁石列24,25がU相のコイル13に対して形成する磁束密度が他の相のコイル13に対して形成する磁束密度よりもRだけ大きいとする。また、U相のコイル13に対して大きさをRだけ減じた電流を流すとすると、各相のコイル13の極中心に形成される電界Bu,Bv,Bw及び各相のコイル13に印加される電流Iu,Iv,Iwは以下の(9)式で表される。
Figure 2004254377
【0048】
このとき三相のコイル13により生ずる推力の合成推力Fは以下の(10)式で表される。
F=1.5+R・R・(0.5・(1−cos(2α))) ……(10)
上記(10)式を参照すると電流制御を行ったにもかかわらず依然として合成推力Fには2αの周期を有する推力リップルが含まれている。しかしながら、推力リップルの発生を示す(10)式の右辺第2項にはRの2乗が掛かっている。上述したように、Rは磁界の大きさの最大値のずれ量を示しており、その値は通常数%程度である。このため(10)式の右辺第2項は右辺第1項に比べて極めて小さな値となってリニアモータ装置の精度上問題ない値となる。
【0049】
以上、コイル13の製造誤差及び配列誤差に起因して生ずる推力リップルを低減する方法として、コイル13の位置関係等を調整する方法、又はコイル13に供給する電流の位相を制御する電流制御を行うことで低減する方法について説明した。また、磁石列24,25が形成する磁界の大きさのばらつきに起因して生ずる推力リップルを低減する方法として、形成する磁界の大きさの最大値がほぼ同一である磁石24,25のみから磁石列24,25を形成する方法、又は磁石列24,25が形成する磁界の大きさのばらつきに応じてコイル13に供給する電流の大きさを制御する電流制御を行うことで低減する方法について説明した。
【0050】
これらの方法を個別に適用して推力リップルを低減しても良いが、複合的な原因で推力リップルが発生する場合には、上記の方法を組み合わせて適用しても良い。更に、上記の実施形態においては、ムービングマグネット型のリニアモータ装置を例に挙げて説明したが、もちろんムービングコイル型のリニアモータ装置にも適用することが可能である。
【0051】
〔ステージ装置〕
以上、本発明の実施形態によるリニアモータ装置について説明したが、次に以上説明した一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について説明する。図6は、本発明の一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。
【0052】
図6に示すように、ステージ制御装置は、上位コントローラ31、制御コントローラ32、電流増幅部33a〜33c、及び位置検出部34a,34bを含み、被制御対象としてのステージ装置35を制御する。上位コントローラ31は、制御コントローラ32に対してXY面内におけるウェハWの位置を指示する制御信号を出力する。
【0053】
制御コントローラ32は、上位コントローラ31から出力される制御信号と後述する位置検出部34a,34bから出力される検出信号とに基づいて、ステージ装置35が備えるリニアモータ40〜42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36の動作を制御する。尚、制御コントローラ32は本発明にいう電流供給部に相当し、前述した各相のコイル13に供給する電流の位相を制御する電流制御、又は電流の大きさを制御する電流制御を行う。
【0054】
電流増幅部33a〜33cは、制御コントローラ32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35に設けられるリニアモータ40〜42にそれぞれ供給する。位置検出部34a,34bは、ウェハステージ36のX方向の位置及びY方向の位置(ステージ位置)を検出する。
【0055】
次に、ステージ装置35について詳細に説明する。図7は、ステージ装置35の構成例を示す斜視図である。図6及び図7に示すように、ステージ装置35は、ウェハステージ36、このウェハステージ36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37、ウェハステージ36と一体的に設けられウェハWを吸着保持する試料台38、これらウェハステージ36及び試料台38を相対移動自在に支持するXガイドバー39を主体に構成されている。ウェハステージ36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36がウェハ定盤37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。
【0056】
ウェハ定盤37は、例えば不図示のベースプレートの上方に、不図示の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37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37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。
【0057】
また、図7に示すように、Xガイドバー39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40a及び可動子41aがそれぞれ設けられている。これらの可動子40a,41aにそれぞれ対応する磁石ユニットを有する固定子40b,41bは、不図示のベースプレートに突設された支持部に設けられている。
【0058】
上記の可動子40a及び固定子40bによってリニアモータ40が構成され、可動子41a及び固定子41bによってリニアモータ41が構成されている。可動子40aが固定子40b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41aが固定子41b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39がY方向に移動し、リニアモータ40とリニアモータ41との駆動量を調整することで、ウェハステージ36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40,41によってXガイドバー39とほぼ一体的にウェハステージ36(及び試料台38)がY方向及びZ軸周りに駆動されるようになっている。
【0059】
また、Xガイドバー39のX方向側には、Xトリムモータ43の可動子が取り付けられている。このXトリムモータ43は、X方向に推力を発生することでXガイドバー39のX方向の位置を調整するものであって、その固定子は不図示のリアクションフレームに設けられている。このため、ウェハステージ36をX方向に駆動する際の反力は、リアクションフレームを介してベースプレートに伝達される機能になっている。
【0060】
試料台38は、Xガイドバー39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39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36は、Xガイドバー39に埋設された固定子を有するリニアモータ42による電磁気的相互作用によりX方向に駆動される。リニアモータ42の可動子は図示していないが、ウェハステージ36に取り付けられている。試料台38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。
【0061】
尚、上記リニアモータ40,41よりもリニアモータ42の方がウェハステージ36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42の可動子が試料台38に固定されている。このため、リニアモータ42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38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を用いることが望ましい。
【0062】
リニアモータ40,41は、リニアモータ42、Xガイドバー39、及び試料台38を一体として駆動するため、Xリニアモータ42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42より大きくなる。従って、リニアモータ40,41は、ムービングコイル型のリニアモータ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40a,41a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40a,41a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を用いても良い。
【0063】
また、ウェハステージ36端部にはX方向に延びる移動鏡44とY方向に延びる移動鏡45が取り付けられている。これらの移動鏡44,45の鏡面に対面する位置にレーザ干渉計46,47(図1参照)がそれぞれ取り付けられており、ウェハステージ36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46,47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36(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。
【0064】
以上の構成のステージ装置においては、リニアモータ40〜42の固定子11及び可動子12の何れか一方に設けられたコイル列14が前述したコイル13の位置関係等を調整する方法を用いて製造されており、他方に設けられた磁石列24,25が前述した磁界の大きさの最大値がほぼ同一である磁石24,25のみから形成されている場合には、制御コントローラ32は通常の制御を行う。つまり、リニアモータ40〜42の各々に設けられるコイル列14をなす各相のコイル13に対して相間で120°の位相差を有する電流であって、電流の大きさが一定の電流を予め設定されたシーケンスに従って供給する。
【0065】
これに対し、リニアモータ40〜42の固定子11及び可動子12の何れか一方に設けられたコイル列14を構成するコイル13に位置誤差等があり、磁石列24,25をなす磁石18,20それぞれによって形成される磁界の大きさの最大値が同一でない場合には、前述した各相のコイル13に供給する電流の位相を制御する電流制御、又は電流の大きさを制御する電流制御を行いつつリニアモータ40〜42の各々を駆動制御する。
【0066】
〔露光装置〕
次に、露光装置について詳細に説明する。図8は、露光装置の概略構成を示す図である。図8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。
【0067】
尚、以下の説明においては、図8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。
【0068】
図8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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
図8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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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8中のウェハステージ105は、図6及び図7に示したステージ装置35に相当するものであり、駆動制御ユニット109内に図6に示した制御コントローラ32、位置検出部34a,34b、及び電流増幅部33a〜33cが設けられている。また、移動鏡107は図7に示した移動鏡44,45に相当し、レーザ干渉計108は図6に示したレーザ干渉計46,47に相当する。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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9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。
【0083】
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エキシマレーザ(波長157nm)、Kr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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
また、本発明のステージ制御装置は、露光装置に設けられるウェハステージの移動動作を制御するのみならず、レチクルステージの移動動作を制御するために用いても良い。更に、本発明は露光装置のみならず、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)ステージ装置を制御する場合一般について適用することが可能である。
【0088】
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10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10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。
【0089】
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。
【0090】
図11は、半導体デバイスの場合における、図10のステップS13の詳細なフローの一例を示す図である。図11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。
【0091】
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。
【0092】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中心位置一の極部分の中心位置までの第1寸法と、中心位置から他の極部分の中心位置までの第2寸法とのそれぞれがほぼ同一であるコイルを、コイルの中心位置に対する一の極部分と他の極部分との位置関係が同じになるように複数配列してコイル列を構成しているため、各々のコイルの設計値からの位置ずれが同じくなるよう配列される。推力リップルはコイル間の位置ずれに起因して生ずるものであるが、この発明では各コイルが設計値からずれて製造されている場合であってもコイル列をなすコイル全てが同じように位置ずれした状態で配置され、コイル間においてはほぼ位置ずれが生じていないため推力リップルの発生を効果的に抑止することができるという効果がある。その結果として位置決め精度及び制御性能を向上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、供給される交流電流の相数と等しい数のコイルを一組とし、コイル組毎に第1寸法及び第2寸法のそれぞれがほぼ同一のコイルを設けているため、結果的に個々のコイルの位置ずれは相殺されて相間の位置ずれがほぼ同一となり推力リップルの発生を効果的に抑止することができるとともに、コイル列をなす全てのコイルについて第1寸法及び第2寸法のそれぞれがほぼ同一のコイルを用意することがなくなってリニアモータ装置の製造が容易になるという効果がある。
また、本発明によれば、コイル列をなす各々のコイルの中心に対する極部分の中心位置の位置ずれに応じて、少なくとも一つの相の位相を変化させた電流をコイルに供給しているため、コイル間における位置ずれが存在する状態で各々のコイルが配置されていたとしても推力リップルの発生を効果的に抑止することができ、その結果として位置決め精度及び制御性能を向上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、磁石列が形成する磁束密度分布が磁石の製造誤差等の要因によりばらついていた場合であっても、コイル列に供給する交流電流の複数の相のうち少なくとも一つの相の振幅を磁石列が形成する磁場の磁束密度分布に応じて変化させるため、推力リップルを実際上無視できる程度まで軽減することができ、その結果として位置決め精度及び制御性能を向上させ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】本発明の一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線の一部の断面矢視図である。
【図4】本発明の一実施形態によるリニアモータ装置が備えるコイル列14を構成する1つのコイル13を示す上面図である。
【図5】磁石によって形成される磁界とコイルの位置ずれにより生ずる推力変動を説明するための図である。
【図6】本発明の一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7】ステージ装置35の構成例を示す斜視図である。
【図8】露光装置の概略構成を示す図である。
【図9】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10】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11】半導体デバイスの場合における、図10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
13 コイル
13a 長手部分(一の極部分、極部分)
13b 長手部分(他の極部分、極部分)
14 コイル列
32 制御コントローラ(電流供給部)
36 ウェハステージ(ステージ部)
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)
C コイル中心(コイルの中心位置)
C1 第1極中心(一の極部分の中心位置)
C2 第2極中心(他の極部分の中心位置)
L1 寸法(第1寸法)
L2 寸法(第2寸法)
R レチクル(マスク)
W ウェハ(感光基板)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor device that drives a stage that moves linearly or within a two-dimensional plane while holding an object such as a mask or a photosensitive substrate, a stage device including the linear motor device as a drive source, and an exposure apparatus. And a method for manufacturing a linear motor.
[0002]
[Prior art]
In an exposure step provided as one of manufacturing steps of a semiconductor element, a liquid crystal display element, and other microdevices, a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a mask) is formed using an exposure apparatus. The step of transferring the fine pattern thus formed onto a semiconductor wafer, a glass plate, or the like coated with a photosensitive agent such as a photoresist (hereinafter, collectively referred to as a photosensitive substrate) is repeatedly performed.
[0003]
When transferring the pattern of the mask onto the photosensitive substrate, it is necessary to superimpose the pattern already formed on the photosensitive substrate and the pattern to be transferred with high precision with high accuracy. The substrate stage is required to move very accurately. Further, in the case where the pattern is sequentially transferred while moving the mask in accordance with the movement of the photosensitive substrate, a precise movement operation is required also for the mask stage that moves while holding the mask.
[0004]
In many cases, a linear motor device is provided as a drive source for the substrate stage (and further, a drive source for the mask stage) requiring such an extremely accurate operation. A linear motor device is a motor that generates a driving force (thrust) in a linear direction. The structure is simple, the number of parts is small, and the frictional resistance in driving is small, so the operation accuracy is high and the linear driving is more direct. Therefore, there are many advantages that the moving operation can be performed quickly.
[0005]
The basic configuration of the linear motor device includes a coil array in which coils are arranged in a straight line, and a magnet array in which magnets are arranged so that the polarity alternates in the same direction as the coil arrangement direction. The linear motor device having such a configuration generates a thrust in the coil arrangement direction by supplying a sinusoidal three-phase alternating current to the coil array, and applies the three-phase alternating current according to the relative position between the coil array and the magnet array. By switching the coils, the relative position between the coil row and the magnet row can be continuously changed along the coil arrangement direction.
[0006]
If the magnetic field formed by the above-mentioned magnet array changes sinusoidally in the coil array period along the coil array direction, applying a three-phase alternating current to the coil array will produce a constant thrust in the coil array direction. appear. However, in a linear motor device in which the magnetic flux density is increased by changing the arrangement of coils in order to simultaneously achieve high output and miniaturization, the thrust may not be constant. That is, in the magnetic field formed in this linear motor device, in addition to the fundamental component that varies with the arrangement cycle of the coils, a harmonic component that varies with a period that is a fraction of the fundamental component appears. Therefore, when a three-phase alternating current is applied to the coil array, the thrust fluctuates depending on the position due to the harmonic component of the magnetic field, and there is a problem in accurately controlling the position of the substrate stage or the wafer stage. Hereinafter, this thrust variation is referred to as “thrust ripple”.
[0007]
In order to prevent the generation of thrust ripples due to the harmonic components of the magnetic field, a technique has been devised in which the current supplied to each coil of the coil array is changed according to the harmonic components of the magnetic field formed by the magnet array. I have. For details of these techniques, refer to, for example, Patent Documents 1 and 2 below.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-190088 A
[Patent Document 2]
JP-A-7-143729
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, in the conventional linear motor device, the current supplied to each of the coils forming the coil array is changed in accordance with the harmonic component of the magnetic field formed by the magnet array, so that the harmonic component of the magnetic field is reduced. Although the resulting thrust ripple has been suppressed, thrust ripple may still occur even if such current control is performed. This is a thrust ripple that occurs in a cycle of about half of the cycle of the magnetic pole caused by an arrangement error of the coils forming the coil array, that is, a displacement of a mounting position of each coil, or a variation in a magnetic force generated by each magnet. is there.
[0010]
These thrust ripples cannot be suppressed by the above-described conventional technology, and have been a problem in controlling the substrate stage or the mask stage. In recent years, particularly in the manufacture of semiconductor devices, there has been an increasing demand for miniaturization of process rules. In order to meet this demand, it is necessary to control the operation of a substrate stage or a stage device more precisely.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a linear motor device and a linear motor manufacturing method capable of improving the positioning accuracy and control performance by effectively suppressing the occurrence of thrust ripples, and the linear motor. It is an object of the present invention to provide a stage device including a motor device and an exposure device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a linear motor device according to a first aspect of the present invention is a linear motor device (10) having a coil array (14) in which a plurality of coils (13) are arranged. Each of the first dimension (L1) from the center position (C) of the coil to the center position (C1) of one pole portion (13a) contributing to thrust generation, and the other dimension (L1) contributing to thrust generation from the center position. Each of the second dimension (L2) up to the center position (C2) of the pole portion (13b) is substantially the same, and the coil row includes the one pole portion and the other pole portion with respect to the center position of the coil. The plurality of coils are arranged and configured so that the positional relationship between them is the same.
According to the present invention, a coil in which the first dimension from the center position to the center position of one pole portion and the second dimension from the center position to the center position of the other pole portion are substantially the same, A plurality of coils are arranged so that the positional relationship between one pole portion and the other pole portion with respect to the center position is the same, so that the coils are arranged so that the displacement from the design value of each coil is the same. Is done. Although thrust ripples are caused by misalignment between coils, in the present invention, even when each coil is manufactured out of design value, all coils forming a coil row are similarly misaligned. Since there is almost no displacement between the coils, the generation of thrust ripple can be effectively suppressed. As a result, positioning accuracy and control performance can be improved.
Further, in the linear motor device according to the first aspect of the present invention, an alternating current having a plurality of phases is supplied to the coil array, and the coil array includes the same number of coils as the number of phases of the alternating current. The first dimension and the second dimension are substantially the same for each coil set.
According to the present invention, the number of coils equal to the number of phases of the alternating current to be supplied is set as one set, and the first dimension and the second dimension are provided with substantially the same coil for each coil set. In addition, the positional deviations of the individual coils are canceled out, and the positional deviations between the phases become substantially the same, so that the generation of thrust ripple can be effectively suppressed, and the first dimension and the second dimension of all the coils forming the coil row are formed. There is no need to prepare substantially the same coil for each, and the manufacture of the linear motor device becomes easy.
In order to solve the above-mentioned problem, a linear motor device according to a second aspect of the present invention provides a linear motor device (10) that generates a thrust in a predetermined direction (y). A coil array (14) in which the coils (13) having the coils 13a, 13b) are arranged in the thrust direction; and an alternating current having a plurality of phases is supplied to the coil array, and at least one of the plurality of phases is supplied. And a current supply unit (32) for changing the phase of the pole portion in accordance with the displacement of the center position of the pole portion with respect to the center of the coil.
According to the present invention, a current whose phase of at least one phase is changed is supplied to the coils in accordance with the displacement of the center position of the pole portion with respect to the center of each of the coils forming the coil array. Therefore, even if each coil is arranged in a state where there is a positional deviation in, the generation of thrust ripple can be effectively suppressed, and as a result, the positioning accuracy and control performance can be improved.
Here, the current supply unit changes the phase of the alternating current supplied to the coil in which the position of the pole portion is shifted.
In the linear motor device according to the first and second aspects of the present invention, the center position of the pole portion may be the center position of the length of the pole portion along the thrust direction.
In order to solve the above-mentioned problem, a linear motor device according to a third aspect of the present invention includes a coil array (14) having a plurality of coils (13) arranged in a predetermined direction (y) and a polarity alternately. A magnet example (24, 25) in which a plurality of magnets (18, 20) are arranged in the predetermined direction so as to change, and an alternating current having a plurality of phases is supplied to the coil array, and among the plurality of phases, A current supply unit (32) for changing the amplitude of at least one phase according to the magnetic flux density distribution of the magnetic field formed by the magnet array.
According to the present invention, even when the magnetic flux density distribution formed by the magnet rows varies due to factors such as manufacturing errors of the magnets, at least one phase of the plurality of phases of the alternating current supplied to the coil rows. Since the amplitude is changed according to the magnetic flux density distribution of the magnetic field formed by the magnet row, the thrust ripple can be reduced to a practically negligible level, and as a result, positioning accuracy and control performance can be improved.
In order to solve the above-mentioned problem, a linear motor manufacturing method for manufacturing a linear motor (10) by arranging a plurality of coils (13) having pole portions (13a, 13b) contributing to thrust generation. Wherein the method further comprises the step of classifying the coils for each coil having the same position of the pole portion with respect to the center of the coil.
Further, the method of manufacturing a linear motor according to the present invention is characterized in that the method includes a step of arranging coils belonging to the same classification along a relative movement direction.
Furthermore, the method of manufacturing a linear motor according to the present invention includes the steps of combining the classified coils by the same number as the number of phases of the alternating current supplied to the linear motor to form a coil group for each of the classes; Are arranged along the direction of relative movement.
A stage device according to the present invention is characterized in that the stage section (36) is driven by any of the linear motor devices described above.
The exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that transfers a pattern formed on a mask (R) to a photosensitive substrate (W), and includes a mask stage (98) on which the mask is placed, and a mask stage (98) on which the photosensitive substrate is placed. A substrate stage (105), and the stage device is provided as at least one of the mask stage and the substrate stage.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a linear motor device, a stage device, an exposure device, and a linear motor manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
[Linear motor device]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a linear motor device according to an 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 sectional view taken along a line AA in FIG. 2. First, the configuration of the linear motor device will be outlined with reference to these drawings. In the following description, an xyz rectangular coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the xyz rectangular coordinate system. In the xyz rectangular coordinate system, the y-axis is set in the direction of relative movement of the mover 12 with respect to the stator 11, and the z-axis is set in a vertically upward direction.
[0015]
The stator 11 included in the linear motor device 10 illustrated in FIG. 1 includes a coil row 14 including a plurality of coils 13 arranged along the y direction. Each coil 13 forming 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 its long side portions 13a and 13b substantially parallel to the x-axis and its short side portions 13c and 13d substantially parallel to the y-axis, and its winding surface is substantially parallel to the xy plane. In other words, the direction of the magnetic field generated at the center of the coil 13 when a current flows through the coil 13 is substantially parallel to the z-axis. The material of the winding of the coil 13 is not limited to copper, and an aluminum wire may be used.
[0016]
The coil array 14 is housed in a cooling pipe 15. The cooling pipe 15 is an annular member formed of a non-magnetic SUS material and having a rectangular cross-sectional shape, into which a cooling liquid is introduced. The cooling pipe 15 is not limited to the non-magnetic SUS material, but may be formed of a non-magnetic material having a Young's modulus of about the SUS material or more. Further, it can be formed of CFRP (carbon fiber reinforced plastic).
[0017]
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, and each coil 13 forming a coil array 14 is connected to the terminal block 16a, and three-phase alternating current is supplied to each coil 13 via the terminal block 16a. . The inlet and outlet of the cooling liquid to the cooling pipe 15 are provided near the fixing members 16 and 17 and on the side surfaces of the cooling pipe 15.
[0018]
Next, the mover 12 included in the linear motor device 10 includes a flat upper yoke 19 on which a magnet 18 (see FIG. 2) is bonded, a flat lower yoke 21 on which a magnet 20 is bonded, and an upper yoke 19. And a support member 22, 23 for supporting the lower yoke 21 at both ends in the x direction. The coil row 14 (coil 13) and the cooling pipe 15 that constitute the stator 11 are arranged in the center gap of the mover 12.
[0019]
The magnets 18 and 20 are formed of neodymium / iron / cobalt magnets, the upper yoke 19 and the lower yoke 21 are formed of low carbon steel equivalent to SS400, and the support members 22 and 23 are formed of aluminum alloy for weight reduction. ing. In addition, as the magnets 18 and 20, in addition to the neodymium / iron / cobalt magnet, a rare earth magnet such as a samarium / cobalt magnet or a neodymium / iron / boron magnet can be used.
[0020]
As shown in FIGS. 1 and 2, the lengths of the magnets 18 and 20 in the x direction are set to be substantially the same as the lengths of the long sides 13a and 13b of the coil 13, and the polarities of the magnets 18 and 20 alternately change along the y direction. The magnet row 24 (see FIG. 2) includes a plurality of magnets 18 and a magnet row 25 includes a plurality of magnets 20. These magnet arrays 24 and 25 are arranged so that the magnet arrays 24 are positioned in the + z direction of the long sides 13a and 13b so as to overlap the long sides 13a and 13b of the coils 13 forming the coil array 14 and in the −z direction. (The magnet row 25 is positioned).
[0021]
As shown in FIG. 3, each of the magnets 18 and the magnets 20 is arranged so as to form a pair with the coil array 14 interposed therebetween (so that their positions in the y-direction coincide with each other). 20 is set so that different magnetic poles face each other. The magnet rows 24 and 25 arranged as described above are provided mainly for generating a magnetic field on the long side portions 13a and 13b of the coil 13 to generate a thrust in the y direction.
[0022]
As shown in FIG. 2, the coils 13 forming the coil array 14 are arranged 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 in the y-direction. It is connected at a position near 16. Further, assuming that the arrangement interval (pitch) of the coils 13 in the y direction is Pc and the arrangement interval of the magnets 18 and 20 in the y direction is Pm, the coil 13 and the magnets 18 and 20 are arranged such that 5Pm = 3Pc. Have 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).
[0023]
Next, the configuration of the coil array 14 provided on the stator 11 will be described in detail. FIG. 4 is a top view showing one coil 13 included in the coil array 14 provided in the linear motor device according to one embodiment of the present invention. As described above, a magnetic field is formed on the long sides 13a and 13b of the coil 13 by the magnets 18 and 20 constituting the magnets 24 and 25, and a current flows through the coil 13 to generate a thrust in the y direction. That is, the long side portions 13a and 13b of the coil 13 are pole portions that contribute to thrust generation.
[0024]
Here, as shown in FIG. 4, the center position of the coil 13 in the y direction is defined as a coil center C, the center position of the long side portion 13a as one pole portion in the y direction is defined as a first pole center C1, and The center position of the long side portion 13b as the pole portion in the y direction is defined as a second pole center C2. The center position of the pole portion (pole center) is a center position of a magnetic field generated when a current flows through the pole portions 13a and 13b. Therefore, in the case of a coil made by winding a plurality of windings, the center position of the total magnetic field that is the sum of the magnetic fields generated by each winding is the true pole center, but the windings have the same density. In the coil 13 wound in the above, the center positions of the outer dimensions of the pole portions 13a and 13b in the y direction can be regarded as pole centers C1 and C2. When a plurality of coils 13 are manufactured, a dimension (first dimension) L1 between the coil center C and the first pole center C1 and a dimension (second dimension) between the coil center C and the second pole center C2. L2 varies due to manufacturing errors. If there are variations in the dimensions L1 and L2 among the plurality of coils 13 forming the coil array 14, a thrust ripple resulting from these variations will occur, which causes a problem in driving the linear motor device with high accuracy.
[0025]
In order to solve such a problem, in the present embodiment, the coil row 14 includes only the coils 13 whose dimensions L1 and L2 are substantially the same, and the first pole center C1 and the first pole center C1 with respect to the coil center C for each coil 13. The arrangement is such that the positional relationship with the two-pole center C2 is the same. That is, since it is difficult to prepare a plurality of coils 13 whose dimensions L1 and L2 are exactly as designed, the dimensions L1 and L2 are not equal to the designed values. The coils 13 which are substantially equal to each other are selected (classified) and used (classification stage). Then, for example, the coils 13 are arranged such that the relationship of dimension L1> dimension L2 is satisfied for all coils 13 (arrangement step).
[0026]
The coil row 14 thus configured deviates from the original position of the first pole center C1 or the position of the second pole center where the first pole center C1 or the second pole center C2 of each coil 13 is determined by a design value. It will be. However, since the first pole centers C1 or the second pole centers C2 of all the coils 13 are similarly displaced in the y-direction, the distance between the adjacent first pole centers C1 or the distance between the adjacent second pole centers C2 is also determined. Becomes constant. As a result, no thrust ripple occurs.
[0027]
Here, a thrust ripple caused by a positional error between the longitudinal portion 13a as the first pole portion C1 and the longitudinal portion 13b as the second pole portion of the coil 13 will be discussed. As shown in FIG. 3, in the linear motor device of the present embodiment, a sinusoidal magnetic field is formed in the y direction along a line CL in the drawing. Note that FIG. 3 shows only three coils to which U-phase, V-phase, and W-phase currents are supplied, among a plurality of coils 13 forming a coil array 14. In FIG. 3, the first pole center C1 and the second pole center C2 of the coil 13 to which the U-phase current is supplied are U1 and U2, respectively, and the first pole of the coil 13 to which the V-phase current is supplied. The center C1 and the second pole center C2 are V1 and V2, respectively, and the first pole center C1 and the second pole center C2 of the coil 13 to which the W-phase current is supplied are W1 and W2, respectively.
[0028]
At this time, the first pole center U1 and the second pole center U2 have a 180 ° phase relationship with the magnetic field formed by the magnet rows 24 and 25. The same applies to the relationship between the first pole center V1 and the second pole center V2 and the relationship between the first pole center W1 and the second pole center W2. The first pole centers U1, V1, W1 have a phase relationship of 120 ° with respect to the magnetic field, and the second pole centers U2, V2, W2 also have a phase relationship of 120 ° with the magnetic field. These relationships hold when the coils 13 are manufactured according to the design values and are arranged in the y-direction according to the design values.
[0029]
FIG. 5 is a diagram for explaining a thrust fluctuation caused by a magnetic field formed by a magnet and a displacement of a coil. First, a case is considered where the U-phase, V-phase, and W-phase coils 13 are all arranged as designed. In this case, as shown by reference numeral P1 in FIG. 5, for example, the second pole center U2 of the coil 13 is arranged at a position where the magnetic flux density becomes maximum. In this arrangement, a magnetic flux having a phase of 30 ° to 150 ° contributes to the generation of thrust in the coil 13.
[0030]
On the other hand, the V-phase and W-phase coils 13 are arranged as designed, but only the U-phase coil 13 is displaced by the phase t ° as shown by the reference symbol P2 in FIG. Consider the case where they are arranged. In this case, the electric fields Bu, Bv, Bw formed at the pole centers of the coils 13 of the respective phases and the currents Iu, Iv, Iw applied to the coils 13 of the respective phases are expressed by the following equation (1).
Figure 2004254377
[0031]
In the above expression (1), α is a variable that represents the position of the pole center of the coil 13 in the y direction by the phase of the magnetic field formed by the magnet rows 24 and 25. Referring to the equation (1), the currents Iu, Iv, and Iw applied to the coils 13 of the respective phases do not have a phase shift, but the phase of the magnetic field formed at the pole center of the U-phase coil 13 is apparent. Are shifted by t °. In the above equation (1), the magnitude of the magnetic field and the magnitude of the current are normalized to "1" for simplification.
[0032]
As described with reference to FIG. 5, the combined thrust F of the thrust generated by the three-phase coil 13 is considered while considering that the magnetic field of the phase of 120 ° contributes to the thrust generation at one pole center of the coil 13. It is expressed by the following equation (2).
F = 1 + 0.5 · cos (t) + 0.5 · (cos (2α) −cos (2α + t)) (2)
[0033]
From the above equation (2), it can be seen that the combined thrust F includes a thrust ripple having a period of 2α. As described above, it can be seen that a thrust ripple is generated when even one of the coils 13 included in the coil array 14 is displaced from the design value. In the present embodiment, the coil array 14 is constituted only by the coils 13 having the substantially same dimensions L1 and L2, and the first pole center C1 and the second pole center C2 with respect to the coil center C for each coil 13. Are arranged so that the positional relationship between them is the same. As a result, all the coils 13 are arranged in a state where they are similarly displaced.
[0034]
The thrust generated when all the three-phase coils 13 are displaced by the phase t ° in a state where all the coils 13 are similarly displaced will be described. In such a case, the electric fields Bu, Bv, Bw formed at the pole centers of the coils 13 of each phase and the currents Iu, Iv, Iw applied to the coils 13 of each phase are expressed by the following equation (3). .
Figure 2004254377
[0035]
At this time, the combined thrust F generated by the three-phase coils 13 is expressed by the following equation (4).
F = 1.5 · cos (t) (4)
Referring to the above equation (4), it can be seen that no thrust ripple is generated because there is no term including the variable α. From this, even if the coil 13 cannot be manufactured as designed, it is possible to select a coil having the same dimension L1 between the coil center C and the first pole center C1 or the dimension L2 between the coil center C and the second pole center C2. (Classification), and if the first pole center C1 and the second pole center C2 are arranged so as to have the same positional relationship with respect to the coil center C, the thrust ripple can be eliminated or extremely reduced.
[0036]
As described above, the thrust ripple can be reduced by using the same size L1 and the same size L2 for all the coils forming the coil array 14 and arranging them in the above-described arrangement. However, when the length of the linear motor is increased and a large number of coils 13 are required, it may be difficult to prepare a required number of coils 13 having substantially the same dimensions L1 and L2. In this case, the adjacent U-phase, V-phase, and W-phase coils 13 are set as one set, and the coils 13 whose first dimensions L1 and second dimensions L2 are substantially the same are sorted (classified) for each coil set (coil set). ), A coil group may be arranged to form the coil row 14 (arranging step).
[0037]
In this configuration, the first dimension L1 and the second dimension L2 are substantially the same for the three coils 13 included in one coil set, but between the coil sets, the first dimension L1 and the second dimension L2 are different. Will be different. However, as a result, the phase shift with respect to the magnetic field of each phase becomes the same, so that the situation is the same as the situation shown in the above equation (3), and as a result, the generation of thrust ripple can be reduced.
[0038]
In addition, for example, there may be a case where the deviation between the first dimension L1 and the second dimension L2 of the coil 13 is large and almost the same thing cannot be obtained. In this case, if the coils 13 are combined and arranged so as to have the same phase shift with respect to the final magnetic field of each phase after the coil array 14 is formed, the situation shown in the above equation (3) can be obtained. Is the same as A method of selecting (classifying) the coils 13 having substantially the same first dimension L1 and second dimension L2 for each coil group to form a coil array 14, and a final phase shift with respect to the magnetic field of each phase The method of forming the coil array 14 by combining them in advance so as to make the same is easy when the number of coils 13 included in the coil array 14 is large, the manufacture of the linear motor device becomes easy, and the generation of thrust ripple is reduced. can do.
[0039]
As described above, the relationship between the dimension L1 between the coil center C and the first pole center C1 and the dimension L2 between the coil center C and the second pole center C2, and the first pole center C1 and the second Although the method of reducing the thrust ripple has been described focusing on the positional relationship with the pole center C2, the generation of the thrust ripple can also be controlled by controlling the phase relation of the current supplied to the coils 13 of each phase forming the coil array 14. Can be reduced.
[0040]
Now, the situation described with reference to FIG. 5, that is, the V-phase and W-phase coils 13 are arranged as designed, but only the U-phase coil 13 is misaligned by the phase t °. Think about the situation. In this situation, if the phase of the current Iu applied to the coil 13 in the U-phase is delayed by t ° in a direction opposite to the direction of displacement of the coil 13 in the U-phase, the current Iu is formed at the pole center of the coil 13 in each phase. The electric fields Bu, Bv, Bw and the currents Iu, Iv, Iw applied to the coils 13 of each phase are represented by the following equation (5).
Figure 2004254377
[0041]
At this time, a combined thrust F of the thrust generated by the three-phase coil 13 is expressed by the following equation (6).
F = 1.5−sin (t) · sin (t) (6)
Referring to the above equation (6), it can be seen that thrust ripple does not occur at all because there is no term including the variable α. From this, when manufacturing the coil array 14, there is no one in which the dimensions L1 and L2 are almost the same, and the positional relationship between the first pole center C1 and the second pole center C2 with respect to the coil center C is as described above. Even if it cannot be set, by performing current control in accordance with the amount of displacement of the coil 13, the generation of thrust ripple can be eliminated or reduced.
[0042]
The current control described above cannot be applied only to the U phase, but can also be applied to the V phase and the W phase in accordance with the displacement of the coil 13. Further, even if the coils 13 of a plurality of phases are misaligned, the generation of thrust ripples can be reduced by individually controlling the current of each phase according to the misalignment of each phase. The phase shift of each phase can be easily obtained by measuring the thrust constant of each phase.
[0043]
The method of reducing the thrust ripple caused by the manufacturing error and the alignment error of the coil 13 by adjusting the positional relationship of the coil 13 or controlling the current supplied to the coil 13 has been described above. In the above description, it is assumed that the magnetic field formed by the magnet rows 24 and 25 is sinusoidal. However, even if the magnetic flux density of this magnetic field changes according to the position in the y direction, thrust ripples are generated. Sometimes.
[0044]
Now, consider a case where the U-phase, V-phase, and W-phase coils 13 are all arranged as designed. In this case, it is assumed that the magnetic flux density formed by the magnet rows 24 and 25 for the U-phase coil 13 is larger by R than the magnetic flux density formed for the other phase coils 13. At this time, the electric fields Bu, Bv, Bw formed at the pole centers of the coils 13 of the respective phases and the currents Iu, Iv, Iw applied to the coils 13 of the respective phases are expressed by the following equation (7).
Figure 2004254377
[0045]
At this time, the combined thrust F of the thrust generated by the three-phase coil 13 is expressed by the following equation (8).
F = 1.5 + R · (0.5 · (1-cos (2α))) (8)
From the above equation (8), it can be seen that the combined thrust F includes a thrust ripple having a period of 2α. Therefore, in order to reduce the thrust ripple, it is necessary to keep the maximum value of the magnitude of the magnetic field formed by the magnet arrays 24 and 25 in the coils 13 of each phase constant.
[0046]
When it is difficult to make the maximum value of the magnetic field formed by the magnet arrays 24 and 25 in the coils 13 of each phase constant from the manufacturing convenience of the mover 12, the magnet arrays 24 and 25 are formed. If current control is performed to change the magnitude of the current flowing through each phase coil 13 according to the variation in the magnitude of the magnetic field, the generation of thrust ripples can be suppressed.
[0047]
First, it is assumed that the U-phase, V-phase, and W-phase coils 13 are all arranged as designed, and in this case, the magnetic flux density formed by the magnet rows 24 and 25 with respect to the U-phase coil 13 is different. It is assumed that R is larger than the magnetic flux density formed with respect to the coil 13 of the phase by R. When a current whose magnitude is reduced by R is applied to the U-phase coil 13, electric fields Bu, Bv, and Bw formed at the pole centers of the coils 13 of each phase are applied to the coils 13 of each phase. The currents Iu, Iv, Iw are represented by the following equation (9).
Figure 2004254377
[0048]
At this time, the combined thrust F of the thrust generated by the three-phase coil 13 is expressed by the following equation (10).
F = 1.5 + R · R · (0.5 · (1−cos (2α))) (10)
Referring to the above equation (10), the thrust ripple having a period of 2α is still included in the resultant thrust F despite the current control. However, the square of R is applied to the second term on the right side of the equation (10) indicating the generation of the thrust ripple. As described above, R indicates the amount of deviation of the maximum value of the magnetic field, and the value is usually about several percent. Therefore, the second term on the right side of the equation (10) is an extremely small value as compared with the first term on the right side, and is a value that does not cause any problem in the accuracy of the linear motor device.
[0049]
As described above, as a method of reducing the thrust ripple generated due to a manufacturing error and an arrangement error of the coil 13, a method of adjusting a positional relationship of the coil 13 or a current control for controlling a phase of a current supplied to the coil 13 is performed. The method for reducing the number of pixels has been described. As a method for reducing the thrust ripple caused by the variation in the magnitude of the magnetic field formed by the magnet arrays 24 and 25, the magnets 24 and 25 having the same maximum value of the magnitude of the formed magnetic field are used only as magnets. A description will be given of a method of forming the rows 24 and 25 or a method of reducing the current by controlling the magnitude of the current supplied to the coil 13 in accordance with the variation in the magnitude of the magnetic field formed by the magnet rows 24 and 25. did.
[0050]
These methods may be applied individually to reduce the thrust ripple, but when thrust ripples occur due to complex causes, the above methods may be combined and applied. Further, in the above-described embodiment, the moving magnet type linear motor device has been described as an example. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a moving coil type linear motor device.
[0051]
[Stage device]
The linear motor device according to the embodiment of the present invention has been described above. Next, a stage device including the linear motor device according to the embodiment described above will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a stage device including a linear motor device according to an embodiment of the present invention and a control device thereof. Here, a stage device for moving a wafer (semiconductor wafer) W in a horizontal plane will be described. Further, an X axis and a Y axis that are orthogonal to each other are set in a horizontal plane on which the wafer W moves, and the description will proceed.
[0052]
As shown in FIG. 6, the stage control device includes a host controller 31, a control controller 32, current amplifiers 33a to 33c, and position detectors 34a and 34b, and controls a stage device 35 as a controlled object. The host controller 31 outputs a control signal to the control controller 32 to indicate the position of the wafer W in the XY plane.
[0053]
The control controller 32 drives the linear motors 40 to 42 included in the stage device 35 based on a control signal output from the host controller 31 and detection signals output from position detection units 34 a and 34 b described later. A signal is generated, and the operation of the wafer stage 36 as a stage on which the wafer W is mounted is controlled. The controller 32 corresponds to the current supply unit according to the present invention, and performs the above-described current control for controlling the phase of the current supplied to the coil 13 of each phase or the current control for controlling the magnitude of the current.
[0054]
The current amplifiers 33a to 33c amplify the current of the drive signal output from the controller 32 at a predetermined amplification rate and supply the amplified current to the linear motors 40 to 42 provided in the stage device 35, respectively. The position detectors 34a and 34b detect the position of the wafer stage 36 in the X direction and the position in the Y direction (stage position).
[0055]
Next, the stage device 35 will be described in detail. FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration example of the stage device 35. As shown in FIGS. 6 and 7, the stage device 35 includes a wafer stage 36, a wafer surface plate 37 that supports the wafer stage 36 movably in a two-dimensional direction along the XY plane, and the wafer stage 36. The apparatus mainly includes a sample stage 38 provided for sucking and holding the wafer W, and an X guide bar 39 for supporting the wafer stage 36 and the sample stage 38 so as to be relatively movable. A plurality of air bearings (air pads) (not shown), which are non-contact bearings, are fixed to the bottom surface of the wafer stage 36, and the wafer stage 36 is placed on the wafer surface 37 by, for example, several microns by these air bearings. Floating supported via clearance.
[0056]
The wafer surface plate 37 is supported substantially horizontally, for example, above a base plate (not shown) via an anti-vibration unit (not shown). Here, the anti-vibration unit is arranged, for example, at each corner of the wafer surface plate 37, and has a configuration in which an air mount whose internal pressure is adjustable and a voice coil motor are arranged in parallel on a base plate. With these vibration isolating units, micro vibrations transmitted to the wafer surface plate 37 via the base plate are insulated at the micro G level.
[0057]
As shown in FIG. 7, the X guide bar 39 has an elongated shape along the X direction, and a movable element 40a and a movable element 41a each composed of an armature unit are provided at both ends in the length direction. Is provided. The stators 40b and 41b each having a magnet unit corresponding to each of the movable elements 40a and 41a are provided on a support portion projecting from a base plate (not shown).
[0058]
The mover 40a and the stator 40b constitute a linear motor 40, and the mover 41a and the stator 41b constitute a linear motor 41. The X guide bar 39 moves in the Y direction because the mover 40a is driven by electromagnetic interaction with the stator 40b and the mover 41a is driven by electromagnetic interaction with the stator 41b. Then, by adjusting the driving amount of the linear motor 40 and the linear motor 41, the wafer stage 36 rotates around the Z axis orthogonal to the X axis and the Y axis. That is, the wafer stages 36 (and the sample stage 38) are driven about the Y direction and around the Z axis almost integrally with the X guide bar 39 by the linear motors 40 and 41.
[0059]
A mover of the X trim motor 43 is mounted on the X guide bar 39 in the X direction. The X trim motor 43 adjusts the position of the X guide bar 39 in the X direction by generating a thrust in the X direction, and its stator is provided on a reaction frame (not shown). Therefore, the reaction force when driving the wafer stage 36 in the X direction is transmitted to the base plate via the reaction frame.
[0060]
The sample table 38 is supported on the X guide bar 39 in a non-contact manner so as to be relatively movable in the X direction via a magnetic guide including a magnet and an actuator that maintains a predetermined gap in the Z direction between the sample table 38 and the X guide bar 39.・ Holded. The wafer stage 36 is driven in the X direction by electromagnetic interaction of a linear motor 42 having a stator embedded in the X guide bar 39. Although not shown, the mover of the linear motor 42 is attached to the wafer stage 36. A wafer W is fixed on the upper surface of the sample table 38 via a wafer holder (not shown) by vacuum suction or the like.
[0061]
Note that the linear motor 42 is disposed closer to the wafer W mounted on the wafer stage 36 than the linear motors 40 and 41, and the movable element of the linear motor 42 is fixed to the sample table 38. I have. For this reason, it is desirable that the linear motor 42 be a moving magnet type linear motor in which a coil serving as a heat source becomes a stator and moves away from the wafer W and is not directly fixed to the sample table 38.
[0062]
The linear motors 40 and 41 require a much larger thrust than the X linear motor 42 because the linear motor 42, the X guide bar 39, and the sample stage 38 are integrally driven. Therefore, a large amount of power is required and the amount of heat generated is larger than that of the linear motor 42. Therefore, it is desirable to use a moving coil type linear motor for the linear motors 40 and 41. However, since the moving coil type linear motor needs to circulate the refrigerant through the movers 40a and 41a, if there is a problem in the device configuration, a moving magnet type linear motor in which a magnet is provided on the movers 40a and 41a side. A motor may be used.
[0063]
A movable mirror 44 extending in the X direction and a movable mirror 45 extending in the Y direction are attached to the end of the wafer stage 36. Laser interferometers 46 and 47 (see FIG. 1) are mounted at positions facing the mirror surfaces of these movable mirrors 44 and 45, respectively. The positions of the wafer stage 36 in the X direction and the Y direction are determined to 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 46 and 47 is a multi-axis interferometer having two or more measurement axes, and based on the measurement values of these laser interferometers, the wafer stage 36 (and thus the wafer W) in the X direction is measured. Not only the position and the position in the Y direction, but also the rotation amount and the leveling amount around the Z axis can be obtained.
[0064]
In the stage device having the above configuration, the coil array 14 provided on one of the stator 11 and the mover 12 of the linear motors 40 to 42 is manufactured by using the above-described method of adjusting the positional relationship of the coil 13 and the like. If the magnet arrays 24 and 25 provided on the other side are formed only of the magnets 24 and 25 having the same maximum value of the magnetic field as described above, the control controller 32 performs the normal control. I do. In other words, a current having a phase difference of 120 ° between the phases of the coils 13 of each phase forming the coil array 14 provided in each of the linear motors 40 to 42 and having a constant magnitude of current is preset. Supply according to the given sequence.
[0065]
On the other hand, there is a position error or the like in the coil 13 constituting the coil array 14 provided on one of the stator 11 and the movable element 12 of the linear motors 40 to 42, and the magnets 18 forming the magnet arrays 24 and 25 have If the maximum value of the magnitude of the magnetic field formed by each of the coils 20 is not the same, the above-described current control for controlling the phase of the current supplied to the coil 13 of each phase or the current control for controlling the magnitude of the current is performed. While performing, the drive of each of the linear motors 40 to 42 is controlled.
[0066]
(Exposure equipment)
Next, the exposure apparatus will be described in detail. FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the exposure apparatus. The exposure apparatus shown in FIG. 8 transfers a pattern formed on reticle R to wafer W while relatively moving reticle R as a mask and wafer W as a photosensitive substrate with respect to projection optical system PL. An example in which the present invention is applied to a step-and-scan type exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device will be described.
[0067]
In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 8 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set such 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 in which the reticle R and the wafer W are moved (scanning direction SD) is set to the Y direction.
[0068]
In FIG. 8, 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 as the exposure light source 81. Exposure light IL (exposure beam) composed of an ultraviolet pulse having 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 that has passed through the variable dimmer 83 enters a first fly-eye lens 86 as a first-stage optical integrator (uniformizer or homogenizer) via a beam forming system 85 including lens systems 84a and 84b. I do. The exposure light IL emitted from the first fly-eye lens 86 passes through a first lens system 87a, a mirror 88 for bending the optical path, and a second lens system 87b as a second stage optical integrator. The light enters the eye lens 89.
[0069]
An aperture stop plate 90 is rotatably arranged by a drive motor 90e on the exit surface of the second fly-eye lens 89, that is, on the optical Fourier transform surface (pupil surface of the illumination system) with respect to the pattern surface of the reticle R to be exposed. ing. The aperture stop plate 90 has a circular aperture stop 90a for normal illumination, an aperture stop 90b for annular illumination, and an aperture stop (not shown) for deformed illumination comprising a plurality (for example, four poles) of eccentric small apertures. And a small circular aperture stop (not shown) for a small coherence factor (σ value) are arranged so as to be switchable. The main control system 103 that controls the overall operation of the exposure apparatus rotates the aperture stop plate 90 via the drive motor 90e to set the illumination conditions.
[0070]
In order to obtain a high illuminance (pulse energy) by increasing the utilization efficiency of the exposure light IL when performing deformed illumination (such as annular illumination or quadrupole illumination), the exposure light IL is transmitted to the second fly-eye lens 89. At the stage of incidence, it is desirable that the cross-sectional shape of the exposure light IL be shaped into a substantially annular shape. For this purpose, the first fly-eye lens 86 may be replaced with, for example, a diffractive optical element (DOE) composed of an aggregate of a large number of phase-type diffraction gratings. Further, the illumination condition switching system is not limited to the above configuration, and a conical prism (axicon) and / or zoom optical system and a diffractive optical element may be used in combination with the aperture stop plate 90 or alone. good. When an internal reflection type integrator (such as a rod integrator) 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 that the light be incident on the internal reflection type integrator while being inclined, and that the range of the incident angle of the exposure light IL on the incident surface be changed according to the illumination conditions.
[0071]
8, the exposure light IL emitted from the second fly-eye lens 89 and having passed through the aperture stop 90a for normal illumination sequentially passes through lens systems 91 and 92 along the optical axis IAX, and passes through a fixed blind (fixed illumination field of view). Stop) 93a and a movable blind (movable illumination field stop) 93b. As disclosed in, for example, JP-A-4-196513 and corresponding U.S. Pat. No. 5,473,410, the fixed blind 93a has a scanning exposure direction at a center in a circular visual field of a projection optical system PL described later. It has an opening arranged so as to extend in a direction orthogonal to the shape of a straight slit or a rectangle (hereinafter collectively referred to as a “slit shape”).
[0072]
The movable blind 93b is used to change the width of the illumination visual field area in the scanning direction in order to prevent unnecessary exposure at the start and end of scanning exposure on each shot area on the wafer W. It is also used to change the size of the pattern area of the reticle R in a direction (non-scanning direction) orthogonal to the scanning direction. The fixed blind 93a and the movable blind 93b are provided on a conjugate plane with respect to a surface on which the pattern of the reticle R is formed (hereinafter, referred to as a reticle surface).
[0073]
Exposure light IL that has passed through the fixed blind 93a and the movable blind 93b during exposure passes through a mirror 94 for bending the optical path, a lens system 95 for imaging, a condenser lens 96, and a main condenser lens system 97, and a reticle as a mask. The illumination area (illumination field area) IR on the R pattern surface (lower surface) is illuminated.
[0074]
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 bi-telecentric projection optical system PL. Is transferred to a slit-shaped exposure area IW of a photoresist layer on a wafer W as a substrate disposed on the image plane of the projection optical system PL. The projection optical system PL of the present embodiment is a dioptric system (refractive system), but it goes without saying that a catadioptric system (reflective system) or a reflective system can also be used.
[0075]
The reticle R is held by suction 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 tilt in the X, Y, and rotation directions. It is placed on. A moving mirror 100 is attached to one end of the reticle stage 98, and a laser interferometer 101 is provided to face the mirror surface of the moving mirror 100. The two-dimensional position and rotation angle of the reticle stage 98 (reticle R) are measured in real time by the laser interferometer 101. The drive control unit 102 controls the scanning speed and position of the reticle stage 98 based on the measurement result of the laser interferometer 101 and the control information from the main control system 103.
[0076]
On the other hand, the wafer W is held by suction on a wafer stage 105 as a substrate stage via a wafer holder 104, and the wafer stage 105 is placed on a wafer base 106 along an XY plane parallel to the image plane of the projection optical system PL. Dimensionally move. That is, the wafer stage 105 moves at a constant speed in the Y direction on the wafer base 106, and moves stepwise in the X direction and the Y direction. Further, the wafer stage 105 also incorporates a Z leveling mechanism for controlling the position (focus position) of the wafer W in the Z direction and the tilt angles around the X axis and the Y axis.
[0077]
Although not shown, a projection optical system for projecting 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 reflection from the wafer surface There is also provided a multipoint autofocus sensor comprising a light receiving optical system for receiving light and generating a focus signal corresponding to the focus positions of the plurality of measurement points, and these focus signals are mainly used. It is supplied to a 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 an auto-focus method based on the information of the focus signals (focus positions). Thereby, the surface of the wafer W is focused on the image plane of the projection optical system PL.
[0078]
A moving mirror 107 is attached to one end of the wafer stage 105, and a laser interferometer 108 is provided to face the mirror surface of the moving 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. The drive control unit 109 controls the scanning speed and the position of the wafer stage 105 based on the measurement result of the laser interferometer 108 and the control information from the main control system 103. Note that the wafer stage 105 in FIG. 8 corresponds to the stage device 35 shown in FIGS. 6 and 7, and the control controller 32 and the position detection units 34a and 34b shown in FIG. , And current amplifiers 33a to 33c are provided. The moving mirror 107 corresponds to the moving mirrors 44 and 45 shown in FIG. 7, and the laser interferometer 108 corresponds to the laser interferometers 46 and 47 shown in FIG.
[0079]
The main control system 103 sends various information such as the moving position, moving speed, moving acceleration, and position offset of the reticle stage 98 and the wafer stage 105 to the drive control units 102 and 109. Accordingly, the reticle R is scanned via the reticle stage 98 via the wafer stage 105 in synchronization with the scanning of the reticle R in the + Y direction (or -Y direction) with respect to the illumination region IR of the exposure light IL at the speed Vr. The wafer W is scanned with respect to the exposure area IW of the pattern image of the reticle R in the −Y direction (or + Y direction) at a speed β · Vr (β is a projection magnification from the reticle R to the wafer W). At this time, at the start and end of the scanning exposure, the opening and closing operation of the movable blind 93b is controlled in order to prevent unnecessary portions from being exposed. The movement directions of the reticle R and the wafer W are opposite because the projection optical system PL of the present embodiment performs reverse projection.
[0080]
Next, the operation at the time of 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 main control system 103 to drive control units 102 and 109, and drive control units 102 and 109 increase the acceleration of reticle stage 98 and wafer stage 105. The drive control unit 109 accelerates the wafer stage 105 based on a control signal (target position signal) output from the main control system 103 and a detection signal output from the laser interferometer 108, and sets a shot to be exposed on the wafer W. The area is moved to the exposure start position. At this time, the above-described reaction force processing 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 in the same manner as the wafer stage 105.
[0081]
When the speed of each of the wafer stage 105 and the reticle stage 98 becomes constant after the acceleration period ends, 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. (Vm), 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 scans and moves at a speed Vm in the + Y direction while scanning and moving at a speed Vm. I 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 irradiation of the reticle R with the illumination light.
[0082]
Next, the main control system 103 drives the wafer stage 105 to set a shot area to which a pattern is to be transferred next in the vicinity of the projection area of the projection optical system PL (an 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 according to the movement of the wafer stage 105 is performed. Then, similarly to the above-described operation, after the wafer stage 105 and the reticle stage 98 are accelerated to have a constant speed, the reticle R is irradiated with illumination light to sequentially transfer the reticle pattern to the shot area. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the movement path of the wafer W with respect to the projection area during pattern transfer. As shown in this figure, when transferring the pattern of the reticle R 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 processing for one shot area is completed and the process moves to the exposure start position of the next shot area to be exposed, the step movement is performed 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.
[0083]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the case where the exposure light source 81 is an ArF excimer laser light source has been described as an example. However, as the exposure light source 81, for example, g-line (wavelength 436 nm) and i-line (wavelength 365 nm) are used. 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 high frequency generator of a YAG laser, or a high frequency generator of a semiconductor laser can be used.
[0084]
Further, a single-wavelength laser beam in the infrared or visible range oscillated from a DFB semiconductor laser or a fiber laser as a light source is amplified by, for example, a fiber amplifier doped with erbium (or both erbium and ytterbium), and nonlinearly amplified. It is also possible to use a harmonic whose wavelength has been converted to ultraviolet light using a crystal. For example, when the oscillation wavelength of the single wavelength laser is in the range of 1.51 to 1.59 μm, the 8th harmonic whose generation wavelength is in the range of 189 to 199 nm, or in the range of 151 to 159 nm, A certain tenth harmonic is output.
[0085]
In particular, when the oscillation wavelength is in the range of 1.544 to 1.553 μm, an 8th harmonic whose generation wavelength is 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, Assuming that the oscillation wavelength is in the range of 1.57 to 1.58 μm, the tenth harmonic in which the generated wavelength is in the range of 157 to 158 nm, ie, F 2 Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser light is obtained. When the oscillation wavelength is in the range of 1.03 to 1.12 μm, a seventh harmonic having a generation wavelength in the range of 147 to 160 nm is output. In particular, the oscillation wavelength is in the range of 1.099 to 1.106 μm. , The seventh harmonic having a generation wavelength in the range of 157 to 158 μm, that is, F 2 Ultraviolet light having substantially the same wavelength as the laser light is obtained. In this case, for example, an ytterbium-doped fiber laser can be used as the single-wavelength oscillation laser.
[0086]
The present invention is not limited to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element, but also an exposure apparatus used for manufacturing a display including a liquid crystal display element (LCD) and the like, which transfers a device pattern onto a glass plate, and a thin film magnetic head. The present invention can also be applied to an exposure apparatus used for manufacturing to transfer a device pattern onto a ceramic wafer, an exposure apparatus used for manufacturing an imaging device such as a CCD, and the like. Furthermore, in order to manufacture a reticle or a mask used in an optical exposure apparatus, an EUV exposure apparatus, an X-ray exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, etc., an exposure apparatus for transferring a circuit pattern onto a glass substrate or a silicon wafer. 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, and as a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride, quartz, or the like is used. In a proximity type X-ray exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, or the like, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate.
[0087]
Further, the stage control device of the present invention may be used not only for controlling the movement operation of the wafer stage provided in the exposure apparatus, but also for controlling the movement operation of the reticle stage. Further, the present invention can be generally applied to the case of controlling not only an exposure apparatus but also a stage apparatus that moves an object in a mounted state (not limited to one-dimensional movement or two-dimensional movement). is there.
[0088]
Next, an embodiment of a microdevice manufacturing method using an exposure apparatus and an exposure method in a lithography process according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a diagram showing a flowchart of a manufacturing example of a micro device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin-film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 10, first, in step S10 (design step), a function / performance design (for example, a 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.
[0089]
Next, in step S13 (wafer processing step), using the mask and the wafer prepared in steps S10 to S12, an actual circuit or the like is formed on the wafer by a lithography technique or the like, as described later. Next, in step S14 (device assembling step), device assembly is performed using the wafer processed in step S13. Step S14 includes, as necessary, processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation). 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.
[0090]
FIG. 11 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 10 in the case of a semiconductor device. In FIG. 11, 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 forming step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step S24 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above-described steps S21 to S24 constitutes a pre-processing step in each stage of wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.
[0091]
In each stage of the wafer process, when the above-mentioned pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, in step 25 (resist forming 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), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. Then, in step 29 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed. By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, each of the first dimension from the center position to the center position of one pole portion and the second dimension from the center position to the center position of another pole portion are substantially the same. A plurality of coils are arranged so that the positional relationship between one pole portion and the other pole portion with respect to the center position of the coil is the same, thereby forming a coil row. They are arranged so that the shifts are the same. Although thrust ripples are caused by misalignment between coils, in the present invention, even when each coil is manufactured out of design value, all coils forming a coil row are similarly misaligned. Since there is almost no displacement between the coils, it is possible to effectively suppress the generation of thrust ripple. As a result, there is an effect that positioning accuracy and control performance can be improved.
Further, according to the present invention, since the number of coils equal to the number of phases of the supplied alternating current is set as one set, and the first dimension and the second dimension are substantially the same for each coil set, As a result, the positional deviations of the individual coils are canceled out, and the positional deviations between the phases become substantially the same, so that the generation of thrust ripples can be effectively suppressed, and the first dimension and the second dimension of all the coils forming the coil array are formed. There is an effect that it is not necessary to prepare coils having substantially the same dimensions, and it is easy to manufacture the linear motor device.
Further, according to the present invention, a current in which the phase of at least one phase is changed is supplied to the coil in accordance with the positional shift of the center position of the pole portion with respect to the center of each coil forming the coil array, Even if each coil is arranged in a state where there is a displacement between the coils, the generation of thrust ripple can be effectively suppressed, and as a result, the positioning accuracy and control performance can be improved. There is.
Further, according to the present invention, even when the magnetic flux density distribution formed by the magnet rows varies due to factors such as manufacturing errors of the magnets, at least one of a plurality of phases of the alternating current supplied to the coil rows. Since the phase amplitude is changed according to the magnetic flux density distribution of the magnetic field formed by the magnet array, thrust ripples can be reduced to a practically negligible level, and as a result, positioning accuracy and control performance can be improved. This has the effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a linear motor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a top perspective view of the linear motor device shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a line AA in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is a top view showing one coil 13 constituting a coil row 14 provided in the linear motor device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a thrust variation caused by a magnetic field formed by a magnet and a displacement of a coil.
FIG. 6 is a diagram showing a stage device including a linear motor device according to an embodiment of the present invention and a control device thereof.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration example of a stage device 35.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a movement path of a wafer W with respect to a projection area during pattern transfer.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a micro device manufacturing process.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 10 in the case of a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
10 Linear motor device
13 coils
13a Long part (one pole part, pole part)
13b Long part (other pole part, pole part)
14 coil row
32 control controller (current supply unit)
36 Wafer stage (stage part)
98 Reticle stage (mask stage)
105 Wafer stage (substrate stage)
C Coil center (Coil center position)
C1 First pole center (center position of one pole part)
C2 2nd pole center (center position of other pole parts)
L1 dimension (first dimension)
L2 dimension (second dimension)
R reticle (mask)
W wafer (photosensitive substrate)

Claims (11)

複数のコイルを配列したコイル列を有するリニアモータ装置において、
前記複数のコイルのそれぞれは、コイルの中心位置から推力発生に寄与する一の極部分の中心位置までの第1寸法と、前記中心位置から推力発生に寄与する他の極部分の中心位置までの第2寸法とのそれぞれがほぼ同一であり、
前記コイル列は、前記コイルの中心位置に対する前記一の極部分と前記他の極部分との位置関係が同じになるように前記複数のコイルが配列されて構成されることを特徴とするリニアモータ装置。
In a linear motor device having a coil array in which a plurality of coils are arranged,
Each of the plurality of coils has a first dimension from a center position of the coil to a center position of one pole portion contributing to thrust generation, and a first dimension from the center position to a center position of another pole portion contributing to thrust generation. Each of the second dimensions is substantially the same,
A linear motor, wherein the coil array is configured by arranging the plurality of coils so that a positional relationship between the one pole portion and the other pole portion with respect to a center position of the coil is the same. apparatus.
前記コイル列には複数の相を有する交流電流が供給され、
前記コイル列は、前記交流電流の相の数と等しい数の前記コイルを一組とする各コイル組毎に、前記第1寸法及び前記第2寸法のそれぞれがほぼ同一であることを特徴とする請求項1記載のリニアモータ装置。
An alternating current having a plurality of phases is supplied to the coil array,
The coil array is characterized in that each of the first dimension and the second dimension is substantially the same for each coil group in which the number of the coils equal to the number of phases of the alternating current is a set. The linear motor device according to claim 1.
所定の方向に推力を発生するリニアモータ装置において、
前記推力の発生に寄与する極部分を有するコイルを前記推力方向に配列してなるコイル列と、
前記コイル列に複数の相を有する交流電流を供給し、前記複数の相の少なくとも一つの相の位相を前記コイルの中心に対する前記極部分の中心位置の位置ずれに応じて変化させる電流供給部と
を備えることを特徴とするリニアモータ装置。
In a linear motor device that generates thrust in a predetermined direction,
A coil row in which coils having pole portions that contribute to the generation of the thrust are arranged in the thrust direction,
A current supply unit that supplies an alternating current having a plurality of phases to the coil array and changes a phase of at least one of the plurality of phases according to a positional shift of a center position of the pole portion with respect to a center of the coil. A linear motor device comprising:
前記電流供給部は、前記極部分の位置がずれている前記コイルに供給する前記交流電流の前記位相を変化させることを特徴とする請求項3記載のリニアモータ装置。4. The linear motor device according to claim 3, wherein the current supply unit changes the phase of the alternating current supplied to the coil whose position of the pole part is shifted. 5. 前記極部分の中心位置は、前記推力方向に沿った前記極部分の長さの中心位置であることを特徴とする請求項1から請求項4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 1 to 4, wherein the center position of the pole portion is a center position of a length of the pole portion along the thrust direction. 所定の方向に配列された複数のコイルを有するコイル列と、極性が交互に変化するように複数の磁石を前記所定の方向に配列した磁石例と、
前記コイル列に複数の相を有する交流電流を供給し、前記複数の相のうち少なくとも一つの相の振幅を前記磁石列が形成する磁場の磁束密度分布に応じて変化させる電流供給部と
を備えることを特徴とするリニアモータ装置。
A coil array having a plurality of coils arranged in a predetermined direction, and a magnet example in which a plurality of magnets are arranged in the predetermined direction so that the polarities alternately change,
A current supply unit that supplies an alternating current having a plurality of phases to the coil array and changes an amplitude of at least one of the plurality of phases according to a magnetic flux density distribution of a magnetic field formed by the magnet array. A linear motor device characterized by the above-mentioned.
推力発生に寄与する極部分を有する複数のコイルを配列してリニアモータを製造するリニアモータ製造方法において、
前記コイルを前記コイルの中心に対する前記極部分の位置がほぼ同一であるコイル毎に分類する段階を有することを特徴とするリニアモータ製造方法。
In a linear motor manufacturing method for manufacturing a linear motor by arranging a plurality of coils having pole portions that contribute to thrust generation,
A method of manufacturing a linear motor, comprising the step of classifying the coils for each coil having the same position of the pole portion with respect to the center of the coil.
同一の前記分類に属するコイルを相対移動方向に沿って配列する段階を有することを特徴とする請求項7記載のリニアモータ製造方法。8. The method according to claim 7, further comprising the step of arranging coils belonging to the same classification along a relative movement direction. 前記分類されたコイルを前記リニアモータに供給される交流電流の相の数と同じ数だけ組み合わせて前記分類毎にコイル組とする段階と、
前記コイル組を相対移動方向に沿って配列する段階と
を有することを特徴とする請求項7記載のリニアモータ製造方法。
Combining the classified coils by the same number as the number of phases of the alternating current supplied to the linear motor to form a coil group for each classification;
Arranging the coil set along a direction of relative movement.
請求項1から請求項6の何れか一項に記載のリニアモータ装置によりステージ部が駆動されることを特徴とするステージ装置。A stage device, wherein the stage unit is driven by the linear motor device according to any one of claims 1 to 6. 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10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 for mounting the mask,
And a substrate stage on which the photosensitive substrate is mounted,
An exposure apparatus comprising the stage device according to claim 10 as at least one of the mask stage and the substrate stage.
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