JP2004335677A

JP2004335677A - 平面モータ装置

Info

Publication number: JP2004335677A
Application number: JP2003128678A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sato; 仁至佐藤; Giichi Miyajima; 義一宮島; Yasuto Sasaki; 康人佐々木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】可動スライダ側に電機子コイルを備えた平面パルスモータにおいて、可動スライダの角隅部の発熱を抑制する。
【解決手段】可動スライダに配置された電機子コイル２２をジャケット２４で包囲し、このジャケット内に電機子コイルの発熱を吸収するための冷却用冷媒を流す経路を複数設ける。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置などの精密機械において半導体ウエハや露光原版等の基板を移動または位置決めするために用いられるステージ装置用として好適な平面モータに関する。本発明の平面モータを用いたステージ装置は、例えば半導体製造工程において、原版であるレチクルのパターンを被露光基板であるシリコンウエハ上に投影して転写する投影露光装置で、レチクルパターンをウエハ上に投影露光する際、レチクルまたはシリコンウエハを投影露光系に対して順次移動させるためのレチクルステージまたはウエハステージとして用いられる。
【０００２】
半導体製造装置等の超精密機器分野では、高速かつ機械的な精度に依存することなく高精度に位置制御するため、および機械的な摩擦を回避し長寿命を得るために、可動部分を非接触で二次元方向に駆動し、ＸＹ二次元位置制御を行うステージ装置が開発されている。このステージ装置の駆動源としては可変磁気抵抗駆動方式の平面モータやローレンツ力による電磁力駆動方式による平面モータが使用されている。
【０００３】
図６は、投影露光装置に用いられるステージ装置の従来例を示す。同図において、５５はステージ装置で、基板（ウエハ６４）を露光毎に順次連続移動させる装置である。６１はステージ定盤、６２は可動スライダで、可動スライダ６２はステージ定盤６１上を非接触で二次元方向に駆動される。６３はステージ装置５５の可動スライダ６２の上面に設けられた照度センサで、露光光の照度を露光前にキャリブレーション計測し、露光量を補正するために用いられる。５７はウエハ搬送ロボットでウエハ６４をステージ装置５５に供給する。６４はレチクル基板に描かれたレチクルパターンを縮小露光系を通して投影転写するために、単結晶シリコン基板表面にレジストが塗られたウエハである。６５はＸ干渉計ミラーで、ステージ装置５５の可動スライダ６２のＸ方向の位置をレーザ干渉計により計測するターゲットである。６５ＡはＸ干渉計計測光、６５ＢはＸ干渉計ミラー６５を保持位置決めするＸ干渉計ベースである。６６はＹ干渉計ミラーで同じくＹ方向の位置を計測するターゲット、６６ＡはＹ干渉計計測光、６６ＢはＹ干渉計ミラー６６を保持位置決めするＹ干渉計ミラーベースである。
【０００４】
現在のところ、図６のステージ装置において用いられる平面モータとしては可変磁気抵抗駆動であるリニアパルスモータが主流である。この可変磁気抵抗駆動である平面パルスモータは、櫛歯状の磁性体が等間隔に並べられたステージ定盤６１と、それに対向する形で異なる位相の櫛歯部を持つ複数の電機子コイルが永久磁石とヨークを形成した可動スライダ６２により構成されている。そこで、電機子コイルに電流を流すことで磁気抵抗を変化させ、可動スライダ６２を駆動させる推力を発生させる。各電機子コイルに供給されるパルス電流を制御することでステッピング動作をおこさせる。
【０００５】
上記の平面パルスモータは、高精度位置決めおよび推力線形性に長けているが、大きな推力を得るためには大きな電流を流さなければならず、電機子コイルの発熱が問題となっている。そこで、熱的影響を低減するために冷媒等を用いた冷却設計が進められている。しかし、電機子コイルを有したヨークは強い推力を発生するという性質上、樹脂または有機系化合物によって可動スライダ部に接着されており、電機子コイルを効率的に冷却するための冷媒経路を形成することは困難であった。従来例を図７に示す。ここで７１は冷却冷媒流入口、７２は冷却冷媒流出口、７３は冷媒流路方向で、この冷却方法では角隅部７４の発熱を抑制することができなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにステージ装置用の平面パルスモータでは熱的影響の抑制に冷却設計が進められてきたのであるが、より効率のよい冷却構造が求められている。加えて、現状の可動スライダは一体に形成されたものであり、推力の増加等の仕様変更には再製作をしなければならなかった。本発明は、上述の従来例における問題点に鑑みてなされたもので、平面モータにおいて電機子コイルを含んだ可動スライダの角隅部の発熱を抑制する、より効率のよい冷却構造を提供することを課題とする。また、平面モータの形状変更を再製作することなく可能にすることをさらなる課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記課題を解決するため本発明では、可動子部に電機子コイルを備え、該電機子コイルに電流を流すことにより前記可動子部が固定子部上の平面に沿って二次元方向に移動する平面モータ装置において、前記電機子コイルを包囲部材で包囲し、該包囲部材の内側に前記電機子コイルの発熱を吸収するための冷媒冷却経路を設けたことを特徴とする。これにより、角隅部を含む可動子部の全域を効率よく冷却することができる。本発明において、好ましくは、該包囲部材を複数に分割し、包囲部材により分割された領域ごとに温調を行う。さらに好ましくは、該包囲部材をモジュールユニット化し、複数のモジュールユニットを結合することで形状変更のための再製作をする必要をなくする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態に係る平面パルスモータ装置は、電機子コイルを含んだ可動スライダの角隅部の発熱を抑制するために、磁石および電機子コイルを有し、この電機子コイルに電流を流すことにより磁石との組み合わせの結果、駆動力を発生させ、ステージ部の上を可動子部が二次元方向の平面に沿って移動する平面パルスモータ装置において、電機子コイルが配置された可動スライダに電機子コイルを被う包囲部材を設けあるいは該包囲部材は複数に分割されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の平面パルスモータ装置においては、複数に分割された包囲部材の冷媒冷却経路はそれぞれ温調を行うように構成することが好ましい。また、前記包囲部材から電機子ヨーク部を保持する機構を持つことが好ましい。さらに、電機子コイルを被う包囲部材をモジュールユニット化し、複数モジュールユニット間を結合可能にすることが好ましい。
【００１０】
本発明は、例えば、スキャナもしくは走査露光装置と呼ばれるステップアンドスキャン型の投影露光装置またはステッパと呼ばれるステップアンドリピート型の投影露光装置のウエハステージまたはウエハステージとレチクルステージとに適用される。その場合、前記基板は、原版または被露光基板である。すなわち、本発明の好ましい実施の形態に係る投影露光装置は、原版面に描かれたパターンを投影光学系を介して被露光基板に投影し、該投影光学系に対し原版と基板の両方、もしくは基板のみをステージ装置により相対的に移動させることにより、原版のパターンを基板に繰り返し露光する露光装置であって、前記ステージ装置は上述の平面モータ装置を備えたステージ装置であることを特徴とする露光装置である。
【００１１】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
［実施例１〜３］
図１は本発明の第１〜第３の実施例に係る可動スライダ（可動子部）の構成を示す。図において、１１はヨークで、図２に２２で示すような電機子コイルが付属している。可動スライダを駆動するためには電機子コイルに電流を流すが、その際、電機子コイルが発熱を起こし、その熱はこの電機子コイルが付属しているヨーク１１に伝熱する。１２、１２Ｂおよび１２Ｃは冷却用冷媒流入口で、電機子コイルからの伝熱により発熱したヨーク１１を冷却するため可動スライダ内部に冷媒を送る。１３、１３Ｂおよび１３Ｃは冷却用冷媒流出口で、可動スライダ内部の熱を取り去り循環し終えた冷媒を外部に送り出す。１４、１４Ｂおよび１４Ｃは冷媒冷却経路であり、各実施例の冷媒の流路を示したものである。１５は熱源、すなわち電機子コイルまたはヨーク１１の位置を示す。
【００１２】
図１の可動スライダにおいて、これらの熱源１５ならびに冷媒冷却経路１４、１４Ｂおよび１４Ｃは、図２に２４で示すようなジャケット（包囲部材）で被われている。ジャケットは、セラミックス、金属または樹脂によって形成される。また、可動スライダは、図２に２５で示すような固定子ステージ部上を二次元方向の平面に沿って移動するが、この固定子ステージ部には、図２に示すような櫛歯状の磁性体がヨークと対向する形で配置されている。この上を非接触で可動スライダが二次元駆動する。図１は、以上の構成を共通に有する第１〜第３の実施例を示す。ここで、図１（１）および図１（２）は、可動スライダの電機子コイルおよび冷媒冷却経路をジャケットで４分割および２分割し、複数の冷媒経路を持つ実施例を示した。ジャケットの分割数に合わせて冷却用冷媒流入口１２および冷却用冷媒流出口１３が設けられ、各ジャケットは独立に温度制御される。なお、図１（３）は、ジャケットでは分割しない例を示す。但し、図１（３）の場合も、冷媒経路は複数（２個）を設けてある。
【００１３】
［実施例４］
第４の実施例を図２に示す。図２において、１２Ｄは冷却用冷媒流入口、１３Ｄは冷却用冷媒流出口、２１は可動子部のヨーク、２２はヨーク２１をコアとして有する電機子コイル、２３はヨーク２１および電機子コイル２２を支持する支持部材である。２４はジャケットで、セラミックス、金属または樹脂によって形成される。２５は固定子ステージ部で、櫛歯状の磁性体がヨークと対向する形で配置されている。
【００１４】
第１〜第３の実施例で示したように、平面パルスモータにおいて電機子コイル２２およびヨーク２１の熱を除去する場合、従来のようにヨーク２１および電機子コイル２２を可動スライダ内に接着する方法では効率の高い冷却は難しい。そこで、第４の実施例では、推力に耐えられるよう、支持部材２３によりジャケット２４壁面からヨーク２１および電機子コイル２２を支持する。これにより、ジャケット２４とヨーク２１および電機子コイル２２との間に間隙が多くなり、ヨーク２１および電機子コイル２２と冷媒との接触面積を多くすることができ、より効率的な冷却を容易に行うことが可能になる。
【００１５】
［実施例５］
第５の実施例を図３に示す。図３において、３１はモジュールユニットで、ジャケット（包囲部材）は多面体の形状をしており、そのジャケットの内部には複数の電機子コイル２２（図２参照）およびその発熱を冷却するための冷媒経路を持つ。図３（１）がモジュールユニット３１を正面側から見た斜視図とすると、図３（２）は背面側から見た斜視図である。図３において、３２Ａはオス型配管であり、電機子コイル２２を冷却するための冷媒用配管であるが、図３（２）に示すように、モジュールユニット３１の対向方向（背面側）にメス型配管３２Ｂがあり、モジュールユニット３１を連結する際には接合することが可能となる。
【００１６】
３３Ａはオス型電極であり、電機子に電流を送るための電極であるが、こちらも同様にモジュールユニット３１の対向方向（背面側）にメス型電極３３Ｂがあり、連結の際には接合が可能となる。以上の構成により複数のモジュールユニット３１は容易に着脱可能であり、着脱にかかわる工具や工数は不必要である。
【００１７】
［実施例６］
第６の実施例を図４に示す。本実施例は、図３に示すようなモジュールユニット３１を複数個結合したものである。図４において、３２は冷却用冷媒配管で、電機子コイル３５の発熱を除去する目的で設計された冷媒経路に冷媒を通すために、モジュールユニット３１側面もしくは上面に配置された外部と連絡する配管である。３３は電機子コイル電極で、モジュールユニット３１側面もしくは上面に配置され、電機子コイル３５に電流を送る電極である。隣り合ったモジュールユニット３１と電極３３を接続することにより、方向を考慮せずにモジュールユニット３１を連結することが可能となる。以上の構成で、図４（１）および図４（２）に示したように、モジュールユニット３１を複数個追加し組み合わせることのみにより、駆動範囲拡大や推力の増加等による仕様変更に再製作することなく対応できる。
【００１８】
なお、図４のモジュールユニット３１として、図３のモジュールユニット３１を用いることは勿論可能である。この場合、冷却用冷媒配管３２としては図３のオス型配管３２Ａまたはメス型配管３２Ｂを、電機子コイル電極３３としては図３のオス型電極３３Ａまたはメス型電極３３Ｂを用いることができる。
【００１９】
上述の各実施例では、平面パルスモータ装置において、可動子部に設けられた電機子コイルをジャケットで包囲し、また、必要に応じてジャケット内を複数に分割し、複数の冷媒経路で温調を行うことで効率のよい冷却を可能にした。また、第５および第６の実施例に示すように、可動子部をそれぞれジャケットで包囲したモジュールユニット化し、そのモジュールユニットを複数個組み合わせることによって、推力の増加等の仕様変更に容易に対応できるようになった。
【００２０】
［実施例７］
第７の実施例を図５に示す。本実施例は、投影露光装置のステージ装置に本発明に係る平面パルスモータを適用したものである。同図において、５１は照明系ユニットで、露光光源（不図示）からの露光光を整形しレチクルに対して照射する。５２は露光パターンの原版であるレチクルを搭載するレチクルステージで、搭載したレチクルをウエハ６４に対して所定の縮小露光倍率比でスキャン動作させる。５３は縮小投影レンズで、原版パターンをウエハ６４に縮小投影する。５４は露光装置本体、５５はウエハステージ（ステージ装置）で、前記レチクルステージ５２は、投影レンズ５３およびウエハステージ５５を支持する。ウエハステージ５５はウエハ６４を順次の露光位置にステップ移動させるとともにレチクルのスキャン動作時、それと同期してウエハ６４をスキャン動作させる。
【００２１】
５６はフォーカススコープで、縮小投影レンズ５３の鏡筒から、ウエハ６４のフォーカス計測を行う。５６Ａはアライメントスコープで、ウエハ上のアライメントマーク（不図示）およびウエハステージ上のアライメント用基準マーク（不図示）を計測し、ウエハ内アライメントおよびレチクルとウエハ間のアライメントを行う際の計測を行う顕微鏡である。５７はウエハ搬送ロボットで、ウエハ６４をウエハステージ５５に供給する。以上の構成で、露光装置は形成される。この露光装置において、上記第１〜第６の実施例に係る平面パルスモータ装置を用いることにより、各々の実施例について説明した効果を得ることが可能になる。なお、図５において、ウエハステージ５５の可動スライダ６２の上面部分は、縮小投影レンズ５３、フォーカススコープ５６の光線およびウエハ６４の関係が分かるように、断面で表している。
【００２２】
【発明の適用範囲】
本発明は、上記実施例の限定されることなく適宜変形して実施することができる。例えば、上記の第７の実施例においては、本発明の平面モータをいわゆるスキャナに適用した例について説明したが、本発明は、いわゆるステッパ等他の方式の露光装置や、露光装置以外の半導体製造装置や走査型電子顕微鏡などの精密機械にも適用可能である。
【００２３】
【実施態様】
本発明の実施態様の例を以下のように列挙する。
［実施態様１］可動子部に電機子コイルを備え、該電機子コイルに電流を流すことにより前記可動子部が固定子部上の平面に沿って二次元方向に移動する平面モータ装置において、
前記電機子コイルを包囲部材で包囲し、該包囲部材の内側に前記電機子コイルの発熱を吸収するための冷媒冷却経路を設けたことを特徴とする平面モータ装置。
［実施態様２］前記包囲部材の内側が複数の領域に分割されていることを特徴とする実施態様１に記載の平面モータ装置。
［実施態様３］前記各領域に複数の冷媒冷却経路が設けられていることを特徴とする実施態様２に記載の平面モータ装置。
［実施態様４］前記各領域の冷媒冷却経路はそれぞれ温調を行うことを特徴とする実施態様２または３に記載の平面モータ装置。
［実施態様５］前記電機子コイルとこれを被う包囲部材と該包囲部材の内側に設けられる冷媒冷却経路とを含む部分をモジュールユニット化し、複数モジュールユニット間を結合可能にしたことを特徴とする実施態様２〜４のいずれか１つに記載の平面モータ装置。
［実施態様６］前記電機子コイルが巻回された電機子ヨーク部を前記包囲部材から保持する保持機構を有することを特徴とする実施態様１〜５のいずれか１つに記載の平面モータ装置。
［実施態様７］実施態様１〜６のいずれか１つに記載の平面モータ装置の固定子部を配置されたステージ定盤と、該平面モータ装置の可動子部を配置され、前記ステージ定盤上で二次元方向に移動する可動スライダとを備えることを特徴とするステージ装置。
［実施態様８］原版面に描かれたパターンを投影光学系を介して基板に投影し、該投影光学系に対し原版と基板の両方、もしくは基板のみをステージ装置により相対的に移動させることにより、原版のパターンを基板に繰り返し露光する露光装置であって、
前記原版または基板を前記投影光学系に対し相対的に移動させるためのステージ装置の少なくとも１つが実施態様７に記載のステージ装置であることを特徴とする露光装置。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、平面モータにおいて電機子コイルを含んだ可動子部の特に角隅部の発熱を抑制して、より効率のよい冷却を行うことができる。また、本発明の平面モータを用いたステージ装置では、その形状変更を再製作することなく可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１〜第３の実施例に係る平面モータの説明図である。
【図２】本発明の第４の実施例に係る平面モータの説明図である。
【図３】本発明の第５の実施例に係る平面モータの説明図である。
【図４】本発明の第６の実施例に係る平面モータの説明図である。
【図５】本発明の平面モータを適用した投影露光装置の実施例を示す説明図である。
【図６】従来例の平面モータを用いたステージ装置の説明図である。
【図７】図６の平面モータにおける冷却状態を示す説明図である。
【符号の説明】１１：ヨーク、１２，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ：冷却用冷媒流入口、１３，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ：冷却用冷媒流出口、１４，１４Ｂ，１４Ｃ：冷媒冷却経路、１５：熱源、２１：ヨーク、２２：電機子コイル、２３：支持部材、２４：ジャケット、２５：固定子ステージ部、３１：モジュールユニット、３２：冷却用冷媒配管、３２Ａ：オス型配管、３２Ｂ：メス型配管、３３：電機子コイル電極、３３Ａ：オス型電極、３３Ｂ：メス型電極、３５：電機子コイル、５１：照明系ユニット、５２：レチクルステージ、５３：縮小投影レンズ、５４：露光装置本体、５５：ステージ装置、５６：フォーカススコープ、５６Ａ：アライメントスコープ、５７：ウエハ搬送ロボット、６１：ステージ定盤、６２：可動スライダ、６３：照度センサ、６４：ウエハ、６５：Ｘ干渉計ミラー、６５Ａ：Ｘ干渉計計測光、６５Ｂ：Ｘ干渉計ミラーベース、６６：Ｙ干渉計ミラー、６６Ａ：Ｙ干渉計計測光、６６Ｂ：Ｙ干渉計ミラーベース、７１：冷却冷媒流入口、７２：冷却冷媒流出口、７３：冷媒流路方向、７４：角隅部。

Claims

可動子部に電機子コイルを備え、該電機子コイルに電流を流すことにより前記可動子部が固定子部上の平面に沿って二次元方向に移動する平面モータ装置において、
前記電機子コイルを包囲部材で包囲し、該包囲部材の内側に前記電機子コイルの発熱を吸収するための冷媒冷却経路を設けたことを特徴とする平面モータ装置。