JP3907566B2 - 位置決め装置における測定手段を初期化する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、マグネットとコイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において測定手段を初期化するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ムービングマグネット型２相励磁リニアモータは、可動子（ムーバ）がマグネットであり、駆動用の電線は固定子（ステータ）側に構成されるため電線の部分にストレスがかからず断線の心配がなく、また発熱も固定子側なので冷媒による冷却等も容易であるという特徴がある。そのため、高い信頼性と精度が要求される半導体製造装置を含めた多様な分野で用いられるようになってきている。
【０００３】
半導体露光装置においては、スループット向上のため、原版を転写する基板（ウエハ）のサイズの大型化と、リニアモータに要求される加速力および最大速度の向上が求められている。こうした背景から、ムーバのサイズに比べて長いストロークが必要とされるため、複数のコイル対が必要となる。その際、コイル対を全て同じ電流ドライバに接続すれば、推力を発生させることは可能であるが、ムーバの磁界の及ばないコイルは推力を発生せずコイルの電気抵抗による損失（発熱）のみとなるため、モーターの効率は極端に低いものとなってしまう。
【０００４】
それを防ぐため、各相のコイル対にそれぞれ電流ドライバを接続し、各コイルに接続された電流ドライバの電流指令値を個別に与えられるようにして、ムーバの磁界の及ばないコイルには電流を流さない方法が考えられる。この方法は、コイル対の数だけ電流ドライバと指令値生成部が必要となり、コストがストロークに比例して増大する関係となるため、長いストロークの場合には採用できない。
【０００５】
もう一つの方法としては、ムーバの磁界の範囲にあるコイルのみ選択的に電流を流すように各コイルにリレー等を介して電流ドライバを接続することが可能である（特許文献１、２を参照）。
【０００６】
図３はリレーを使用した従来のA、B相２相駆動方式のリニアモータ駆動回路の構成を表す図であり、この図において、Mは可動子マグネット、CAn-1, CAn, CAn+1はリニアモータにおけるA相の固定子コイル列、CBn, CBn+1はリニアモータにおけるB相の固定子コイル列である。そして、SAn-1,SAn,SAn+1はA相のコイルに対するスイッチ、SBn, SBn+1はB相のコイルに対するスイッチを示す。Uはアブソリュート型のセンサである超音波センサであり、DAはA相ドライバ、DBはB相ドライバ、Gはコントローラである。また、同図より同相コイルの間隔は可動子マグネットMの磁界の周期の１．５倍となるように構成されている。
【０００７】
次に、この図において、可動子マグネットMを、＋ｘ方向（図３において左手方向）へ移動させる場合の駆動方法を説明する。固定子コイルの通電方法であるが、図３の位置に可動子マグネットがあるとすると、＋ｘ方向に移動させるためには、A相の通電を、CAnからCAn+1に切り替え、コントローラGによって、位置に応じた位相角の２相駆動電流を与える必要がある。
【０００８】
さて、コイルの巻き方、およびコイルのドライバへの接続の方法によっては、同相のコイルへの通電切り替え時（たとえばCAnからCAn+1）に、ドライバへの指令電流を反転させる必要が生じる。しかしながら、特許文献３に開示されている通り、こうした場合はリニアモータの制御精度を劣化やドライバの負担が増加することなどから、望ましくない。そこで、特許文献３に開示されているように、同相コイル毎に極性が反転するように、同相ドライバに接続されるのが望ましい。こうした接続の場合、図３の位置においては、CAn+1には位相角180度、CBｎには位相角９０度の２相駆動電流指令値を与えればよい。
【０００９】
ナノメートルオーダーの精度が要求され、かつ、移動ストロークが数百mm必要な露光装置などにおいては、位置計測にレーザー干渉計を用いることが多いが、こうした高精度、かつ、長ストロークの計測手段は、通常はアブソリュート型ではなく、相対位置情報を検出するインクリメンタル型となる。したがって絶対的な位置情報を得るには、位置データの初期化（校正）を行う必要がある。通常、位置データの初期化は、可動子を特定の位置（突き当て位置や、初期位置検出用の遮光スイッチ取り付け位置など）へ移動させ（これを初期化駆動と呼ぶ）、そこで計測値を所望の値に書き換える、という方式を取る。ところが、この初期化駆動には、干渉計を含めたインクリメンタル型のセンサを用いることができない。特許文献４においては、初期化駆動のために、超音波センサなどの、干渉計に比べ精度の低いアブソリュートセンサを用いて、干渉計を初期化する方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２８４７８５号公報。
【００１１】
【特許文献２】
特開平８−１１１９９８号公報。
【００１２】
【特許文献３】
特開平１１−３４１８５３号公報。
【００１３】
【特許文献４】
特開平１１−３１６６０７号公報。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、長いストロークを移動する可動部をアブソリュートセンサにおいて測定する場合、干渉計やリニアエンコーダに比べて、アブソリュートセンサは、特に外部環境からの外乱に弱いため、場合によっては誤動作を生じてしまうことがある。そのため、安定した位置制御を実現するためには、アブソリュート型のセンサを用いずに、相対的な位置変化情報のみを用いて可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化すること、が重要な課題となる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するべく、本発明にかかる方法は主として以下の工程を有することを特徴とする。
【００１６】
すなわち、複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、該コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、前記マグネットと前記コイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において前記測定手段を初期化するための方法は、
前記コイル列のうち第１の同相コイル全てに正または負の電流を流す工程と、
前記電流を流したときの前記相対変位方向を前記測定手段によって検出する工程と、
前記検出された方向に基づいて前記測定手段を初期化するための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動するために前記第１の同相コイルに流すべき電流の極性を決定する工程と、
前記第１の同相コイル全てに前記決定した極性の電流を印加して前記初期化をするための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させる移動工程と
を備えることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、上記の方法において、前記第１の同相コイルとは異なる第２の同相コイル全てに正または負の電流を流す工程と、
前記第２の同相コイルに電流を流したときの前記相対変位方向を前記測定手段によって検出する工程と、
前記検出された方向に基づいて前記測定手段を初期化するための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させるために前記第２の同相コイルに流すべき電流の極性を決定する工程と、
前記第２の同相コイル全てに前記決定した極性の電流を印加して前記初期化をするための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させる第２移動工程とを更に備え、
前記移動工程と前記第２移動工程を繰り返すことによって前記初期化をするための位置まで前記マグネットを移動させることを特徴とする。
【００１８】
また、複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、該コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、前記マグネットと前記コイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において前記測定手段を初期化するための方法は、
前記コイル列のうち第１の同相コイル全てに第１電流を流して、前記マグネットが整定するまで待つ第１整定工程と、
前記コイル列のうち第２の同相コイル全てに第２電流を流して、前記マグネットが整定するまで待つ第２整定工程と、
前記第２整定工程において前記測定手段によって検出した前記相対変位の方向に基づいて、前記第２整定後の位置における前記第１及び第２の同相コイルの位相角を設定する工程と、
設定された位相角に応じて前記第１及び第２の同相コイルに電流を印加して前記初期化をするための位置まで前記マグネットを移動させる工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、上記の方法において、前記測定手段はレーザ干渉計を含むことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、上記の方法において、前記初期化をするための位置には、前記マグネットの絶対位置を確定するための遮光センサまたは突き当てが配置されることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、上記の方法において、前記第１及び第２同相コイルの各同相コイル間の間隔は前記マグネットの磁界の周期の（整数＋０．５）倍であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係るA、B相２相駆動方式のリニアモータ駆動回路の構成を表す図であり、この図において、Mは可動子マグネットを示し、CAn-1, CAn, CAn+1はA相の固定子コイル列、CBn, CBn+1はB相の固定子コイル列、そしてSAn-1,SAn,SAn+1、SBn, SBn+1はA相、B相のそれぞれのコイルに対するスイッチである。
【００２４】
Lはインクリメンタル型のセンサであるレーザ干渉計であり、Rは反射ミラー、DAはA相ドライバ、DBはB相ドライバ、Gはコントローラである。各同相コイルCAもしくはCBの間隔は可動子マグネットMの磁界の周期の１．５倍（整数＋０．５）倍となるように構成されている。また、各コイルは、平１１−３４１８５３に開示されているように、同相コイル毎に極性が反転するようにスイッチSA、SBに接続され、同相コイルの少なくとも１つを同相のドライバ（DA、DB)が選択的に接続可能となっている。更に、本発明の特徴であるA相、B相の固定子コイル列全てによる全相駆動のために、A相、B相ドライバによって全ての同相コイルに同時に通電が可能にもなっている。
【００２５】
リニアモータを駆動源とする装置が起動された時点においては、レーザ干渉計Lは、可動子マグネットMの固定子コイル列に対する絶対位置を検知することはできず、あくまでも固定子コイルと可動子マグネットとの相対的な変位情報のみが検出可能である。この状態で、レーザ干渉計Ｌによる検出結果を用いて、リニアモータの原点位置を設定する初期化のために、不図示の遮光センサが配置されている位置まで、可動子マグネットMを全相駆動によって移動させる。そのための駆動回路の処理の流れを図２のフローチャートに示す。以下、その処理内容を具体的に説明する。
【００２６】
まず、ステップＳ201において、A相、B相の全てのコイルが通電状態になるように、コントローラGによって各スイッチ（SAn...、SBn...）を制御して通電状態にする。次に、ステップS202において、A相の全コイルに対して、可動子マグネットMを微小変動させるために正方向の微小電流を与え、同時にレーザー干渉計Ｌによって、固定子コイルに対する可動子マグネットMの相対的な位置変化の方向（絶対位置を把握する必要はない）を検知する。
【００２７】
ステップS203において、移動方向を判断し、A相コイル列のみによって可動子マグネットMを遮光センサの方向へ移動させるための、電流方向（電流の極性）を確定し、駆動電流を印加する。可動子マグネットMが所望の方向に変位した場合（S203-Yes）、処理をステップS204に進め、全A相コイルのみに正の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。一方、ステップS203の判断で、可動子マグネットMが所望の方向に変位しない場合、すなわち逆方向に変位した場合（S203-No）、処理をステップS205に進め、変位方向を反転させるために全A相のコイルのみに逆の極性である負の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。
【００２８】
すると、可動子マグネットMは、位相角１８０度もしくは位相角０度の、いずれかの位相角位置に引き込まれて停止する（図４（ａ））。同図において、可動子マグネットの左端Xm0は位相角０度の位置に整定している状態を示している。A相とB相の位相差は９０度であるので、可動子マグネットの停止位置は、Ｂ相における９０度もしくは−９０度の位相角位置に相当する（この位相角位置は可動子マグネットMとの関係により、最大に磁界を形成するために、B相によって＋Ｘ方向もしくは−Ｘ方向への最大推力を発生し得る位相角位置に相当する）。
【００２９】
図４（ａ）は、全てのA相コイルに正方向の電流を印加して可動子マグネットMを駆動する場合（全A相駆動）における可動子マグネットMが引き込まれる方向と、引き込み後の停止状態を模式的に示し、図４（ｂ）は、全てのB相コイルに正方向の電流を印加して可動子マグネットMを駆動する場合（全B相駆動）における可動子マグネットMが引き込まれる方向と、引き込み後の停止状態を模式的に示している。可動子マグネットMの端部Xm0の位置は、可動子マグネットMの初期位置によって、引き込まれる方向が位相角１８０度もしくは位相角０度の間で異なることがわかる。
【００３０】
説明を図２に戻し、ステップS206では、整定後の可動子マグネットMがフォトセンサを遮光しているか否かを判断し、遮光していれば（S206-Yes)、処理をステップS207に進め、全相駆動を終了する。フォトセンサの遮光により、可動子マグネットの位置は初期化されたことになる。すなわち、リニアモータの原点が以上のステップで求められることになる。
【００３１】
ステップS206の判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光していない場合（S206-No）、処理をステップS208に進め、以下、Ａ相で行なった処理と同様の処理をＢ相についても行なう。
【００３２】
ステップＳ208において、全てのＡ相固定子コイルに対する駆動指令値（正の駆動電流）をゼロにし、Ａ相の場合と同様にして、Ｂ相の全固定子コイルに対して、可動子マグネットMを微小変動させるために正方向の微小電流を与え、同時にレーザー干渉計Ｌによって可動子マグネットMの相対的な位置変化の方向を検知する。
【００３３】
ステップS209において、移動方向を判断し、Ｂ相コイル列のみによって可動子マグネットMを遮光センサの方向へ移動させるための、電流方向（電流の極性）を確定し、駆動電流を印加する。可動子マグネットMが所望の方向に変位した場合（S209-Yes）、処理をステップS210に進め、全Ｂ相コイルのみに正の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。一方、ステップS209の判断で、可動子マグネットMが所望の方向に変位しない場合、すなわち逆方向に変位した場合（S209-No）、処理をステップS211に進め、変位方向を反転させるために全B相のコイルのみに逆の極性である負の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。すると、可動子マグネットMは、位相角０度もしくは位相角１８０度の、いずれかの位相角位置に引き込まれて停止する（図４（ｂ）を参照）。
【００３４】
ステップＳ212の判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光している場合（S212−Yes)は処理をステップS213に進め、全相駆動を終了する。
【００３５】
ステップS212の判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光していない場合（S212-No）、処理をステップS202に戻して、再度A相の処理を繰り返す。
【００３６】
この動作を、不図示の遮光スイッチを遮光（絶対位置を遮光時に確定することができる）するまで繰り返し行うことにより、可動子マグネットMの絶対位置を検知することなく、固定子コイルと可動子マグネットとの相対的な位置変化の情報を利用して可動子マグネットを原点位置を検出するフォトセンサの遮光位置まで移動させることが可能になる。その後、レーザ干渉計の位置情報を初期化して、可動子マグネットMの位置に応じてA相、B相の所望のコイルを選択しつつ２相駆動を行えばよい。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、絶対値センサを用いることなく、絶対位置を検知しない相対的な位置変化情報のみを用いることにより、安定して可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化すること、が可能になる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
リニアモータにおける固定子コイル列の全A相および全B相のコイルに順次駆動電流を与えると、その相対変位の方向によって（絶対位置は確定できないが）A相及びB相の位相角が確定できる。第２実施形態では、この位相角の情報に基づく全２相駆動により、可動子マグネットの位置を初期化するものである。可動子マグネットと固定子コイル列の構成は、第１実施形態において説明した図１と同様の構成を有するので、ここではその構成の説明は省略する。図５は第２実施形態にかかる処理の流れを示すフローチャートである。
【００３９】
まず、固定コイル列を構成する各コイルは、第１実施形態と同様に（図１）、同相コイル毎に極性が反転するようにスイッチ（SAn...、SBn...）に接続している。また、装置が起動された時点においては、レーザ干渉計Lは、可動子マグネットMの固定子コイル列に対する絶対位置を検知することはできず、あくまでも固定子コイルと可動子マグネットとの相対的な変位情報のみが検出可能である。
【００４０】
まず、ステップS501において、A相、B相の全てのコイルが通電状態になるように、コントローラGによって各スイッチ（SAn...、SBn...）を制御して通電状態にする。そして、処理をステップS502に進め、A相の全コイルに対してプラスの駆動電流を印加して駆動し、可動子マグネットMの整定を待つ。その後、ステップＳ503において、A相の全コイルに対する駆動電流をゼロにして、B相の全コイルに対してプラスの駆動電流を印加して可動子マグネットMを駆動して、整定を待つ。
【００４１】
ステップS504において、レーザ干渉計Ｌにより可動子マグネットの移動方向を検出し、B相全てのコイルに対するプラスの駆動電流の印加に対する可動子マグネットMの相対的な位置変化を検出する。その検出結果に基づいて、可動子マグネットMがプラス方向に変位した場合（S504-Yes)、処理をステップS505に進め、可動子マグネットMがマイナス方向に変位した場合（S504ーNo）、処理をステップS506に進める。
【００４２】
ステップS505及びS506の処理では、可動子マグネットMの初期位置を検出するために、現在位置におけるA相、B相の位相角を設定する。この位相角の設定は、例えば、図４に示すように可動子マグネットMは、位相角１８０度もしくは位相角０度の、いずれかの位相角位置に引き込まれて停止し、A相とB相の位相差は９０度であるので、停止状態におけるA相、B相の位相角を以下のように設定することができる。
【００４３】
・ 位置変化がプラス方向の場合（ステップS505に対応する）
A相の位相角＝-90度、B相の位相角＝180度
・ 位置変化がマイナス方向の場合（ステップS506に対応する）
A相の位相角＝ 90度、B相の位相角＝0度。
【００４４】
ステップS507において、レーザ干渉計Lの検出する現在の位置情報を、上記の位相角に対応させ、固定子コイル列上の仮の原点位置として初期化を行う。ここで求めた位相角の情報は、レーザ干渉計の精度に比べて粗い精度であるが、この位相角の情報を用いた仮の初期化を行うことにより、可動子マグネットMを全２相駆動（A相、B相の全固定子コイルに対して駆動電流を印加することによる駆動）をして、プラス方向、またはマイナス方向に駆動して、遮光センサまで移動させるためには十分な精度で位相角を確定することができる。
【００４５】
そして、ステップS508において、全２相駆によって、可動子マグネットMを遮光センサまで移動させ、ステップS509における判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光した場合（S509−Yes)、レーザ干渉計の位置情報を正式に初期化して、可動子マグネットMの位置に応じてA相、B相の所望のコイルを選択しつつ２相駆動を行えばよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、絶対値センサを用いることなく、絶対位置を検知しない相対的な位置変化情報のみを用いることにより、安定して可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化すること、が可能になる。
【００４７】
尚、上記の第１及び第２実施形態ではA相、B相による２相駆動型のリニアモータを用いて説明しているが、３相、４相などの場合も同様の効果が得られる。また、実施形態において説明したように、初期化のための駆動に限らず、絶対位置を検知できないインクリメンタルセンサを使用する多相駆動型のリニアモータの可動子を駆動制御する場合に広く有効である。
【００４８】
＜第３実施形態（露光装置）＞
図６は、上記のリニアモータの駆動回路により駆動されるリニアモータを駆動源とする位置決め装置を基板ステージ及び／または原版ステージとして組み込んだ露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置は、原版ステージ６２０に保持された原版（レチクル、マスク）６２１を照明光学系６１０により照明し、原版６２１のパターンを投影光学系６３０を介して基板ステージ（ウエハステージ）６４０上の基板（ウエハ）６４１に投影し基板６４１を露光する。露光された基板は、基板上の感光層が現像されることにより、周知の半導体製造プロセスの中で、半導体デバイスを製造するために処理される。ここで、原版ステージ６２０及び／または基板ステージ６４０は、第１、第２実施形態において説明したリニアモータの駆動回路により駆動されるリニアモータを駆動源とする位置決め装置が適用されている。
【００４９】
従って、本発明の他の側面は、露光装置に係り、該装置は、上記の位置決め装置によって位置決め対象物を位置決めし露光動作を実行することにある。
【００５０】
また、本発明の他の側面は、デバイス製造方法に係り、該方法は、上記の露光装置によって基板にパターンを転写する工程と、該基板を現像する工程とを含むことにある。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶対値センサを用いることなく、絶対位置を検知しない相対的な位置変化情報のみを用いることにより、安定して可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニアモータの駆動回路を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る駆動回路の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】従来技術におけるリニアモータ駆動回路を示す図である。
【図４】 A相、B相全相駆動における可動子の停止位置を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る駆動回路の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】第1または第２実施形態にかかるリニアモータ駆動回路によるリニアモータを適用した露光装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
M：可動子マグネット、
CAn-1, CAn, CAn+1、CBn, CBn+1：固定子コイル列、
SAn-1,SAn,SAn+1,SBn, SBn+1：スイッチ、
L：レーザ干渉計、
R：ミラー、
DA,DB：ドライバ、
G：コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、マグネットとコイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において測定手段を初期化するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ムービングマグネット型２相励磁リニアモータは、可動子（ムーバ）がマグネットであり、駆動用の電線は固定子（ステータ）側に構成されるため電線の部分にストレスがかからず断線の心配がなく、また発熱も固定子側なので冷媒による冷却等も容易であるという特徴がある。そのため、高い信頼性と精度が要求される半導体製造装置を含めた多様な分野で用いられるようになってきている。
【０００３】
半導体露光装置においては、スループット向上のため、原版を転写する基板（ウエハ）のサイズの大型化と、リニアモータに要求される加速力および最大速度の向上が求められている。こうした背景から、ムーバのサイズに比べて長いストロークが必要とされるため、複数のコイル対が必要となる。その際、コイル対を全て同じ電流ドライバに接続すれば、推力を発生させることは可能であるが、ムーバの磁界の及ばないコイルは推力を発生せずコイルの電気抵抗による損失（発熱）のみとなるため、モーターの効率は極端に低いものとなってしまう。
【０００４】
それを防ぐため、各相のコイル対にそれぞれ電流ドライバを接続し、各コイルに接続された電流ドライバの電流指令値を個別に与えられるようにして、ムーバの磁界の及ばないコイルには電流を流さない方法が考えられる。この方法は、コイル対の数だけ電流ドライバと指令値生成部が必要となり、コストがストロークに比例して増大する関係となるため、長いストロークの場合には採用できない。
【０００５】
もう一つの方法としては、ムーバの磁界の範囲にあるコイルのみ選択的に電流を流すように各コイルにリレー等を介して電流ドライバを接続することが可能である（特許文献１、２を参照）。
【０００６】
図３はリレーを使用した従来のA、B相２相駆動方式のリニアモータ駆動回路の構成を表す図であり、この図において、Mは可動子マグネット、CAn-1, CAn, CAn+1はリニアモータにおけるA相の固定子コイル列、CBn, CBn+1はリニアモータにおけるB相の固定子コイル列である。そして、SAn-1,SAn,SAn+1はA相のコイルに対するスイッチ、SBn, SBn+1はB相のコイルに対するスイッチを示す。Uはアブソリュート型のセンサである超音波センサであり、DAはA相ドライバ、DBはB相ドライバ、Gはコントローラである。また、同図より同相コイルの間隔は可動子マグネットMの磁界の周期の１．５倍となるように構成されている。
【０００７】
次に、この図において、可動子マグネットMを、＋ｘ方向（図３において左手方向）へ移動させる場合の駆動方法を説明する。固定子コイルの通電方法であるが、図３の位置に可動子マグネットがあるとすると、＋ｘ方向に移動させるためには、A相の通電を、CAnからCAn+1に切り替え、コントローラGによって、位置に応じた位相角の２相駆動電流を与える必要がある。
【０００８】
さて、コイルの巻き方、およびコイルのドライバへの接続の方法によっては、同相のコイルへの通電切り替え時（たとえばCAnからCAn+1）に、ドライバへの指令電流を反転させる必要が生じる。しかしながら、特許文献３に開示されている通り、こうした場合はリニアモータの制御精度を劣化やドライバの負担が増加することなどから、望ましくない。そこで、特許文献３に開示されているように、同相コイル毎に極性が反転するように、同相ドライバに接続されるのが望ましい。こうした接続の場合、図３の位置においては、CAn+1には位相角180度、CBｎには位相角９０度の２相駆動電流指令値を与えればよい。
【０００９】
ナノメートルオーダーの精度が要求され、かつ、移動ストロークが数百mm必要な露光装置などにおいては、位置計測にレーザー干渉計を用いることが多いが、こうした高精度、かつ、長ストロークの計測手段は、通常はアブソリュート型ではなく、相対位置情報を検出するインクリメンタル型となる。したがって絶対的な位置情報を得るには、位置データの初期化（校正）を行う必要がある。通常、位置データの初期化は、可動子を特定の位置（突き当て位置や、初期位置検出用の遮光スイッチ取り付け位置など）へ移動させ（これを初期化駆動と呼ぶ）、そこで計測値を所望の値に書き換える、という方式を取る。ところが、この初期化駆動には、干渉計を含めたインクリメンタル型のセンサを用いることができない。特許文献４においては、初期化駆動のために、超音波センサなどの、干渉計に比べ精度の低いアブソリュートセンサを用いて、干渉計を初期化する方法が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２８４７８５号公報。
【００１１】
【特許文献２】
特開平８−１１１９９８号公報。
【００１２】
【特許文献３】
特開平１１−３４１８５３号公報。
【００１３】
【特許文献４】
特開平１１−３１６６０７号公報。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、長いストロークを移動する可動部をアブソリュートセンサにおいて測定する場合、干渉計やリニアエンコーダに比べて、アブソリュートセンサは、特に外部環境からの外乱に弱いため、場合によっては誤動作を生じてしまうことがある。そのため、安定した位置制御を実現するためには、アブソリュート型のセンサを用いずに、相対的な位置変化情報のみを用いて可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化すること、が重要な課題となる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するべく、本発明にかかる方法は主として以下の工程を有することを特徴とする。
【００１６】
すなわち、複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、該コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、前記マグネットと前記コイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において前記測定手段を初期化するための方法は、
前記コイル列のうち第１の同相コイル全てに正または負の電流を流す工程と、
前記電流を流したときの前記相対変位方向を前記測定手段によって検出する工程と、
前記検出された方向に基づいて前記測定手段を初期化するための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動するために前記第１の同相コイルに流すべき電流の極性を決定する工程と、
前記第１の同相コイル全てに前記決定した極性の電流を印加して前記初期化をするための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させる移動工程と
を備えることを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、上記の方法において、前記第１の同相コイルとは異なる第２の同相コイル全てに正または負の電流を流す工程と、
前記第２の同相コイルに電流を流したときの前記相対変位方向を前記測定手段によって検出する工程と、
前記検出された方向に基づいて前記測定手段を初期化するための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させるために前記第２の同相コイルに流すべき電流の極性を決定する工程と、
前記第２の同相コイル全てに前記決定した極性の電流を印加して前記初期化をするための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させる第２移動工程とを更に備え、
前記移動工程と前記第２移動工程を繰り返すことによって前記初期化をするための位置まで前記マグネットを移動させることを特徴とする。
【００１８】
また、複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、該コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、前記マグネットと前記コイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において前記測定手段を初期化するための方法は、
前記コイル列のうち第１の同相コイル全てに第１電流を流して、前記マグネットが整定するまで待つ第１整定工程と、
前記コイル列のうち第２の同相コイル全てに第２電流を流して、前記マグネットが整定するまで待つ第２整定工程と、
前記第２整定工程において前記測定手段によって検出した前記相対変位の方向に基づいて、前記第２整定後の位置における前記第１及び第２の同相コイルの位相角を設定する工程と、
設定された位相角に応じて前記第１及び第２の同相コイルに電流を印加して前記初期化をするための位置まで前記マグネットを移動させる工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、上記の方法において、前記測定手段はレーザ干渉計を含むことを特徴とする。
【００２０】
好ましくは、上記の方法において、前記初期化をするための位置には、前記マグネットの絶対位置を確定するための遮光センサまたは突き当てが配置されることを特徴とする。
【００２１】
好ましくは、上記の方法において、前記第１及び第２同相コイルの各同相コイル間の間隔は前記マグネットの磁界の周期の（整数＋０．５）倍であることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係るA、B相２相駆動方式のリニアモータ駆動回路の構成を表す図であり、この図において、Mは可動子マグネットを示し、CAn-1, CAn, CAn+1はA相の固定子コイル列、CBn, CBn+1はB相の固定子コイル列、そしてSAn-1,SAn,SAn+1、SBn, SBn+1はA相、B相のそれぞれのコイルに対するスイッチである。
【００２４】
Lはインクリメンタル型のセンサであるレーザ干渉計であり、Rは反射ミラー、DAはA相ドライバ、DBはB相ドライバ、Gはコントローラである。各同相コイルCAもしくはCBの間隔は可動子マグネットMの磁界の周期の１．５倍（整数＋０．５）倍となるように構成されている。また、各コイルは、平１１−３４１８５３に開示されているように、同相コイル毎に極性が反転するようにスイッチSA、SBに接続され、同相コイルの少なくとも１つを同相のドライバ（DA、DB)が選択的に接続可能となっている。更に、本発明の特徴であるA相、B相の固定子コイル列全てによる全相駆動のために、A相、B相ドライバによって全ての同相コイルに同時に通電が可能にもなっている。
【００２５】
リニアモータを駆動源とする装置が起動された時点においては、レーザ干渉計Lは、可動子マグネットMの固定子コイル列に対する絶対位置を検知することはできず、あくまでも固定子コイルと可動子マグネットとの相対的な変位情報のみが検出可能である。この状態で、レーザ干渉計Ｌによる検出結果を用いて、リニアモータの原点位置を設定する初期化のために、不図示の遮光センサが配置されている位置まで、可動子マグネットMを全相駆動によって移動させる。そのための駆動回路の処理の流れを図２のフローチャートに示す。以下、その処理内容を具体的に説明する。
【００２６】
まず、ステップＳ201において、A相、B相の全てのコイルが通電状態になるように、コントローラGによって各スイッチ（SAn...、SBn...）を制御して通電状態にする。次に、ステップS202において、A相の全コイルに対して、可動子マグネットMを微小変動させるために正方向の微小電流を与え、同時にレーザー干渉計Ｌによって、固定子コイルに対する可動子マグネットMの相対的な位置変化の方向（絶対位置を把握する必要はない）を検知する。
【００２７】
ステップS203において、移動方向を判断し、A相コイル列のみによって可動子マグネットMを遮光センサの方向へ移動させるための、電流方向（電流の極性）を確定し、駆動電流を印加する。可動子マグネットMが所望の方向に変位した場合（S203-Yes）、処理をステップS204に進め、全A相コイルのみに正の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。一方、ステップS203の判断で、可動子マグネットMが所望の方向に変位しない場合、すなわち逆方向に変位した場合（S203-No）、処理をステップS205に進め、変位方向を反転させるために全A相のコイルのみに逆の極性である負の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。
【００２８】
すると、可動子マグネットMは、位相角１８０度もしくは位相角０度の、いずれかの位相角位置に引き込まれて停止する（図４（ａ））。同図において、可動子マグネットの左端Xm0は位相角０度の位置に整定している状態を示している。A相とB相の位相差は９０度であるので、可動子マグネットの停止位置は、Ｂ相における９０度もしくは−９０度の位相角位置に相当する（この位相角位置は可動子マグネットMとの関係により、最大に磁界を形成するために、B相によって＋Ｘ方向もしくは−Ｘ方向への最大推力を発生し得る位相角位置に相当する）。
【００２９】
図４（ａ）は、全てのA相コイルに正方向の電流を印加して可動子マグネットMを駆動する場合（全A相駆動）における可動子マグネットMが引き込まれる方向と、引き込み後の停止状態を模式的に示し、図４（ｂ）は、全てのB相コイルに正方向の電流を印加して可動子マグネットMを駆動する場合（全B相駆動）における可動子マグネットMが引き込まれる方向と、引き込み後の停止状態を模式的に示している。可動子マグネットMの端部Xm0の位置は、可動子マグネットMの初期位置によって、引き込まれる方向が位相角１８０度もしくは位相角０度の間で異なることがわかる。
【００３０】
説明を図２に戻し、ステップS206では、整定後の可動子マグネットMがフォトセンサを遮光しているか否かを判断し、遮光していれば（S206-Yes)、処理をステップS207に進め、全相駆動を終了する。フォトセンサの遮光により、可動子マグネットの位置は初期化されたことになる。すなわち、リニアモータの原点が以上のステップで求められることになる。
【００３１】
ステップS206の判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光していない場合（S206-No）、処理をステップS208に進め、以下、Ａ相で行なった処理と同様の処理をＢ相についても行なう。
【００３２】
ステップＳ208において、全てのＡ相固定子コイルに対する駆動指令値（正の駆動電流）をゼロにし、Ａ相の場合と同様にして、Ｂ相の全固定子コイルに対して、可動子マグネットMを微小変動させるために正方向の微小電流を与え、同時にレーザー干渉計Ｌによって可動子マグネットMの相対的な位置変化の方向を検知する。
【００３３】
ステップS209において、移動方向を判断し、Ｂ相コイル列のみによって可動子マグネットMを遮光センサの方向へ移動させるための、電流方向（電流の極性）を確定し、駆動電流を印加する。可動子マグネットMが所望の方向に変位した場合（S209-Yes）、処理をステップS210に進め、全Ｂ相コイルのみに正の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。一方、ステップS209の判断で、可動子マグネットMが所望の方向に変位しない場合、すなわち逆方向に変位した場合（S209-No）、処理をステップS211に進め、変位方向を反転させるために全B相のコイルのみに逆の極性である負の駆動電流を印加した後、可動子マグネットMの整定を待つ。すると、可動子マグネットMは、位相角０度もしくは位相角１８０度の、いずれかの位相角位置に引き込まれて停止する（図４（ｂ）を参照）。
【００３４】
ステップＳ212の判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光している場合（S212−Yes)は処理をステップS213に進め、全相駆動を終了する。
【００３５】
ステップS212の判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光していない場合（S212-No）、処理をステップS202に戻して、再度A相の処理を繰り返す。
【００３６】
この動作を、不図示の遮光スイッチを遮光（絶対位置を遮光時に確定することができる）するまで繰り返し行うことにより、可動子マグネットMの絶対位置を検知することなく、固定子コイルと可動子マグネットとの相対的な位置変化の情報を利用して可動子マグネットを原点位置を検出するフォトセンサの遮光位置まで移動させることが可能になる。その後、レーザ干渉計の位置情報を初期化して、可動子マグネットMの位置に応じてA相、B相の所望のコイルを選択しつつ２相駆動を行えばよい。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、絶対値センサを用いることなく、絶対位置を検知しない相対的な位置変化情報のみを用いることにより、安定して可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化すること、が可能になる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
リニアモータにおける固定子コイル列の全A相および全B相のコイルに順次駆動電流を与えると、その相対変位の方向によって（絶対位置は確定できないが）A相及びB相の位相角が確定できる。第２実施形態では、この位相角の情報に基づく全２相駆動により、可動子マグネットの位置を初期化するものである。可動子マグネットと固定子コイル列の構成は、第１実施形態において説明した図１と同様の構成を有するので、ここではその構成の説明は省略する。図５は第２実施形態にかかる処理の流れを示すフローチャートである。
【００３９】
まず、固定コイル列を構成する各コイルは、第１実施形態と同様に（図１）、同相コイル毎に極性が反転するようにスイッチ（SAn...、SBn...）に接続している。また、装置が起動された時点においては、レーザ干渉計Lは、可動子マグネットMの固定子コイル列に対する絶対位置を検知することはできず、あくまでも固定子コイルと可動子マグネットとの相対的な変位情報のみが検出可能である。
【００４０】
まず、ステップS501において、A相、B相の全てのコイルが通電状態になるように、コントローラGによって各スイッチ（SAn...、SBn...）を制御して通電状態にする。そして、処理をステップS502に進め、A相の全コイルに対してプラスの駆動電流を印加して駆動し、可動子マグネットMの整定を待つ。その後、ステップＳ503において、A相の全コイルに対する駆動電流をゼロにして、B相の全コイルに対してプラスの駆動電流を印加して可動子マグネットMを駆動して、整定を待つ。
【００４１】
ステップS504において、レーザ干渉計Ｌにより可動子マグネットの移動方向を検出し、B相全てのコイルに対するプラスの駆動電流の印加に対する可動子マグネットMの相対的な位置変化を検出する。その検出結果に基づいて、可動子マグネットMがプラス方向に変位した場合（S504-Yes)、処理をステップS505に進め、可動子マグネットMがマイナス方向に変位した場合（S504ーNo）、処理をステップS506に進める。
【００４２】
ステップS505及びS506の処理では、可動子マグネットMの初期位置を検出するために、現在位置におけるA相、B相の位相角を設定する。この位相角の設定は、例えば、図４に示すように可動子マグネットMは、位相角１８０度もしくは位相角０度の、いずれかの位相角位置に引き込まれて停止し、A相とB相の位相差は９０度であるので、停止状態におけるA相、B相の位相角を以下のように設定することができる。
【００４３】
・ 位置変化がプラス方向の場合（ステップS505に対応する）
A相の位相角＝-90度、B相の位相角＝180度
・ 位置変化がマイナス方向の場合（ステップS506に対応する）
A相の位相角＝ 90度、B相の位相角＝0度。
【００４４】
ステップS507において、レーザ干渉計Lの検出する現在の位置情報を、上記の位相角に対応させ、固定子コイル列上の仮の原点位置として初期化を行う。ここで求めた位相角の情報は、レーザ干渉計の精度に比べて粗い精度であるが、この位相角の情報を用いた仮の初期化を行うことにより、可動子マグネットMを全２相駆動（A相、B相の全固定子コイルに対して駆動電流を印加することによる駆動）をして、プラス方向、またはマイナス方向に駆動して、遮光センサまで移動させるためには十分な精度で位相角を確定することができる。
【００４５】
そして、ステップS508において、全２相駆によって、可動子マグネットMを遮光センサまで移動させ、ステップS509における判断で、可動子マグネットMがフォトセンサを遮光した場合（S509−Yes)、レーザ干渉計の位置情報を正式に初期化して、可動子マグネットMの位置に応じてA相、B相の所望のコイルを選択しつつ２相駆動を行えばよい。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、絶対値センサを用いることなく、絶対位置を検知しない相対的な位置変化情報のみを用いることにより、安定して可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化すること、が可能になる。
【００４７】
尚、上記の第１及び第２実施形態ではA相、B相による２相駆動型のリニアモータを用いて説明しているが、３相、４相などの場合も同様の効果が得られる。また、実施形態において説明したように、初期化のための駆動に限らず、絶対位置を検知できないインクリメンタルセンサを使用する多相駆動型のリニアモータの可動子を駆動制御する場合に広く有効である。
【００４８】
＜第３実施形態（露光装置）＞
図６は、上記のリニアモータの駆動回路により駆動されるリニアモータを駆動源とする位置決め装置を基板ステージ及び／または原版ステージとして組み込んだ露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置は、原版ステージ６２０に保持された原版（レチクル、マスク）６２１を照明光学系６１０により照明し、原版６２１のパターンを投影光学系６３０を介して基板ステージ（ウエハステージ）６４０上の基板（ウエハ）６４１に投影し基板６４１を露光する。露光された基板は、基板上の感光層が現像されることにより、周知の半導体製造プロセスの中で、半導体デバイスを製造するために処理される。ここで、原版ステージ６２０及び／または基板ステージ６４０は、第１、第２実施形態において説明したリニアモータの駆動回路により駆動されるリニアモータを駆動源とする位置決め装置が適用されている。
【００４９】
従って、本発明の他の側面は、露光装置に係り、該装置は、上記の位置決め装置によって位置決め対象物を位置決めし露光動作を実行することにある。
【００５０】
また、本発明の他の側面は、デバイス製造方法に係り、該方法は、上記の露光装置によって基板にパターンを転写する工程と、該基板を現像する工程とを含むことにある。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶対値センサを用いることなく、絶対位置を検知しない相対的な位置変化情報のみを用いることにより、安定して可動子を移動させること、可動部分の位置情報を確実に初期化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るリニアモータの駆動回路を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る駆動回路の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】従来技術におけるリニアモータ駆動回路を示す図である。
【図４】 A相、B相全相駆動における可動子の停止位置を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る駆動回路の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】第1または第２実施形態にかかるリニアモータ駆動回路によるリニアモータを適用した露光装置の概略的な構成を示す図である。
【符号の説明】
M：可動子マグネット、
CAn-1, CAn, CAn+1、CBn, CBn+1：固定子コイル列、
SAn-1,SAn,SAn+1,SBn, SBn+1：スイッチ、
L：レーザ干渉計、
R：ミラー、
DA,DB：ドライバ、
G：コントローラ
Claims (6)
- 複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、該コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、前記マグネットと前記コイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において前記測定手段を初期化するための方法であって、
前記コイル列のうち第１の同相コイル全てに正または負の電流を流す工程と、
前記電流を流したときの前記相対変位方向を前記測定手段によって検出する工程と、
前記検出された方向に基づいて前記測定手段を初期化するための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動するために前記第１の同相コイルに流すべき電流の極性を決定する工程と、
前記第１の同相コイル全てに前記決定した極性の電流を印加して前記初期化をするための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させる移動工程と
を備えることを特徴とする方法。 - 前記第１の同相コイルとは異なる第２の同相コイル全てに正または負の電流を流す工程と、
前記第２の同相コイルに電流を流したときの前記相対変位方向を前記測定手段によって検出する工程と、
前記検出された方向に基づいて前記測定手段を初期化するための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させるために前記第２の同相コイルに流すべき電流の極性を決定する工程と、
前記第２の同相コイル全てに前記決定した極性の電流を印加して前記初期化をするための位置に近づく方向へ前記マグネットを移動させる第２移動工程とを更に備え、
前記移動工程と前記第２移動工程を繰り返すことによって前記初期化をするための位置まで前記マグネットを移動させることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 複数相のコイルの配列により構成されるコイル列と、該コイル列に対して相対的に移動可能なマグネットとを備えるリニアモータと、前記マグネットと前記コイル列との相対変位を測定する測定手段を備える位置決め装置において前記測定手段を初期化するための方法であって、
前記コイル列のうち第１の同相コイル全てに第１電流を流して、前記マグネットが整定するまで待つ第１整定工程と、
前記コイル列のうち第２の同相コイル全てに第２電流を流して、前記マグネットが整定するまで待つ第２整定工程と、
前記第２整定工程において前記測定手段によって検出した前記相対変位の方向に基づいて、前記第２整定後の位置における前記第１及び第２の同相コイルの位相角を設定する工程と、
設定された位相角に応じて前記第１及び第２の同相コイルに電流を印加して前記初期化をするための位置まで前記マグネットを移動させる工程とを有することを特徴とする方法。 - 前記測定手段はレーザ干渉計を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記初期化をするための位置には、前記マグネットの絶対位置を確定するための遮光センサまたは突き当てが配置されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の方法。
- 前記第１及び第２同相コイルの各同相コイル間の間隔は前記マグネットの磁界の周期の （整数＋０．５）倍であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
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