JPH1140978A - 磁気回路の漏れ磁界低減方法及びその低減方法を用いた電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気回路の漏れ磁界による電磁波を低減す
る。 【解決手段】 センターポール１３の周囲をヨーク１４
で囲み、そのヨーク１４に磁石１５を取り付けて磁気回
路を形成し、その磁気回路の前記ポール１３に可動コイ
ル１７を配置したボイスコイルモータに、消磁コイル１
９をヨーク１４の周に沿って埋設する。前記消磁コイル
１９を可動コイル１７と直列に接続し、消磁コイル１９
に入力信号と同期した消磁信号を入力できるようにし
て、前記磁気回路の漏れ磁界と逆位相の磁界を発生させ
ることにより、磁気回路の漏れ磁界を打ち消し、漏れ磁
界による電磁波を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交番磁界を発生
するコイルを備えた磁気回路の漏れ磁界低減方法及びそ
の低減方法を用いた電磁アクチュエータに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電気・電子機器から放射される不要な電
磁波は、電磁ノイズとなって機器の誤動作などを引き起
こす。このため、各分野において電磁波対策が急務とな
っている。

【０００３】例えば、微細加工を行う半導体製造におい
ても電磁波によって引き起こされるる障害が問題となっ
ている。

【０００４】特に、マスクパターンをウエハに露光する
ステッパにおいては大きな問題となっている。

【０００５】すなわち、ステッパは、図７に示すよう
に、ウエハステージ３、投映レンズ４、レチクルステー
ジ５、照明光学系６がベース７上に順に設けられた構造
となっており、ウエハステージ３に載置したウエハ８を
移動してウエハ８の端から１チップ分あるいは数チップ
分の設計パターンを徐々に露光していく。

【０００６】ところで、ステッパは、ＤＲＡＭなどの大
容量、高集積化に伴い、益々高解像度が要求されてい
る。

【０００７】そのため、ステッパの各ステージ３，５に
は高い位置決め精度が要求される。

【０００８】ところが、ステージ３，５には慣性がある
ため、位置決め直後には必ず振動を生じてしまう。この
振動は解像度の低下につながるので、速やかに抑えるこ
とが必要である。

【０００９】その振動を打ち消す手段として、電磁アク
チュエータを使用する防振方法が考えられている。

【００１０】この電磁アクチュエータには、電気信号に
忠実な機械振動が得られるボイスコイルモータが適して
いる。

【００１１】すなわち、ボイスコイルモータは、図８に
示すように、例えば、センターポール１３の周囲をヨー
ク１４で囲み、そのヨーク１４に磁石１５を取り付けて
磁気回路を構成し、その前記ポール１３の外周に可動コ
イル１７を配置した構成となっており、可動コイル１７
に電流を流すと矢印のように上下に可動させることがで
きる。このとき、可動コイル１７の受ける力は電流に比
例するので電気信号に忠実な機械振動が得られる。

【００１２】しかし、このようなボイスコイルモータで
は、可動コイル１７に通電すると漏れ磁束が発生する。

【００１３】この漏れ磁束は、機器外部に漏れ磁界を形
成しており、通電量の変化に伴う磁界の変動がステッパ
を構成する各機器に悪影響を与えるという問題があっ
た。

【００１４】この問題を解決する方法として、ボイスコ
イルモータを導体で被ってシールドを行うことが考えら
れる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな導体のシールドは、ボイスコイルモータのように駆
動系の有る場合隙間なく被うのは困難である。

【００１６】また、たとえ被ったとしても、ボイスコイ
ルモータには、振動に応じて低い周波数の信号から高い
周波数の信号が入力されることになる。このとき、低い
周波数の磁界に対しては導体の表皮効果が期待できない
ので、漏れ磁界を防ぐことは困難である。そのため、上
記の導体に代えて透磁率の高い鉄などで何重にも被うこ
とが考えられるが、そのようにすると、多くの鉄材を使
用することになり、大型で重くなる。そのため、例え
ば、ステッパに取り付けて使用できないことになる。

【００１７】このように、漏れ磁界により形成される電
磁波に対するシールドは非常に困難であるという問題が
あった。

【００１８】そこで、この発明の課題は、従来のシール
ド方法に依らずに、漏れ磁界を低減できるようにするこ
とである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、交番磁界を発生するコイルを
備えた磁気回路に消磁コイルを設け、その消磁コイルに
前記交番磁界を発生するコイルの入力信号と同期した消
磁信号を入力し、前記磁気回路の漏れ磁界と逆位相の磁
界を発生させる方法を採用したのである。

【００２０】このような方法を採用すれば、消磁コイル
が発生する逆位相の磁界により、磁気回路の発生する漏
れ磁界を打ち消すことができる。また、このとき、消磁
信号を入力信号と同期したものとすることにより、入力
信号による漏れ磁界の状況に応じて消磁コイルの発生磁
界を制御できる。例えば、入力信号が無い場合には、消
磁コイルが磁界を発生しないようにして不要な漏れ磁界
が発生しないようにできる。

【００２１】また、センターポールをその周囲を囲むヨ
ークに取り付け、そのセンターポールの取り付けられた
ヨークに磁石を取り付けて磁気回路を形成し、その前記
ポールの外周に可動コイルを配置した電磁アクチュエー
タにおいては、上記ヨークのセンターポールを囲む周に
消磁コイルを巻回するか、あるいは、前記巻回される消
磁コイルをヨークの周に沿って埋設し、前記消磁コイル
に逆位相の磁界を発生させるようにした構成を採用する
ことができる。

【００２２】このような構成では、一般に、コイルを鉄
心などの強磁性体に巻回した場合、コイルの作る磁界
は、中の強磁性体断面積が大きいほど強くなる。このた
め、消磁コイルをセンターポールを囲むヨークの周、あ
るいは、巻回される消磁コイルをヨークの周に沿って埋
設することによって、効果的に漏れ磁界を減少させるこ
とができる。

【００２３】また、このとき、上記消磁コイルが可動コ
イルに対して逆向きに巻回され、かつ、可動コイルと直
列に接続されている構成を採用すれば、前記直列回路に
入力信号を入力することによって、消磁コイルは磁気回
路の発生する漏れ磁界を打ち消す磁界を作ることができ
る。すなわち、消磁コイルは、可動コイルへ入力された
入力信号に基づいて磁界を発生するので、入力信号に同
期した同じ周波数、かつ、逆位相の磁界を発生すること
ができる。このため、例えば、消磁コイルのターン数を
漏れ磁界を打ち消すことができるように設定すれば、漏
れ磁界を減少させることができる。

【００２４】さらに、上記可動コイルのターン数をＮと
し、消磁コイルのターン数をＮ１として、Ｎ１／Ｎ≦
０．２の巻線比の範囲内で、可動コイルと消磁コイルを
巻回した構成を採用すれば、漏れ磁界による電磁波を減
少させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明することにする。

【００２６】図１に第１実施形態として、この発明に係
る光露光用ステッパ装置のボイスコイルモータを示す。

【００２７】このモータは、図１に示すように、センタ
ーポール１３の周囲をヨーク１４で囲み、そのヨーク１
４に磁石１５を取り付けて磁気回路を形成し、その前記
ポール１３の外周に可動コイル１７が配置され、可動プ
レート２４として設けられたフランジ１２と連結されて
いる。また、消磁コイル１９をヨーク１４の周に沿って
埋設してある。

【００２８】センターポール１３は、この形態の場合、
四角柱となっている。また、その四角柱の底面にはネジ
孔２０が形成されている。

【００２９】ヨーク１４は、ボトムプレート２１とトッ
ププレート１８によって挟持される四枚のプレート２２
とで構成されている。また、トッププレート１８には、
フランジ１２が通るための穴が開けられており、フラン
ジ１２が可動してもトッププレート１８と接触しないよ
うに工夫されている。

【００３０】前記四枚の各プレート２２の上面と底面に
は、上述のセンターポール１３と同じくネジ孔２０が設
けられている。

【００３１】一方、トッププレート１８とボトムプレー
ト２１には、その中心と各辺に沿って取り付け用の貫通
孔が設けられており、トッププレート１８とボトムプレ
ート２１の中心の貫通孔にボルトを挿通してセンターポ
ール１３を取り付け、各辺に沿って設けられた貫通孔に
ボルトを挿通してプレート２２を取り付けると、図１に
示すように、センターポール１３の周囲をヨーク１４で
囲めるようになっている。

【００３２】また、このヨーク１４を囲む四枚のプレー
ト２２のうち、対向する一対のプレート、すなわち、図
１では左右のプレート２２の内側に磁石１５が取り付ら
れ磁気回路を形成する。

【００３３】可動コイル１７は、この形態の場合、空芯
をセンターポール１３が嵌入される大きさに形成した四
角柱の筒状のもので、その上端には、上述したように、
フランジ１２からなる可動プレート２４が連結されてい
る。

【００３４】この可動コイル１７は、磁気回路を形成し
たセンターポール１３と磁石１５間で電流を流すとフレ
ミングの左手の法則により推力を発生し、可動コイル１
７に流す電流の方向に応じて上下に可動する。

【００３５】消磁コイル１９は、この形態の場合、ヨー
ク１４のボトムプレート２１に溝２５を設け、その溝２
５に嵌入されている。

【００３６】前記溝２５は、ボトムプレート２１に凹部
を形成し、その凹部にヨーク１４の周方向に沿って形成
されている。また、このように溝２５の形成された凹部
には、ネジ孔を設けて非磁性体の蓋２６を取り付け、消
磁コイル１９の保護ができるようにしてある。

【００３７】消磁コイル１９は、この形態では、図２に
示すように、可動コイル１７と逆向きに巻回されてお
り、この逆向きに巻回された消磁コイル１９は、可動コ
イル１７と直列に接続されている。

【００３８】そのため、この直列回路に入力信号を入力
すると、消磁信号３０が消磁コイル１９に入力され、可
動コイル１７と逆向きの磁束を発生する。

【００３９】すなわち、ボイスコイルモータに発生する
漏れ磁界は、図３に示すように、可動コイル１７に電流
が流れると強磁性体のセンターポール１３、トッププレ
ート１８、ボトムプレート２１、及びプレート２２から
なるヨーク１４に磁気回路が形成され、その際、強磁性
体の中で磁気飽和を起こす部分があると、強磁性体内に
入りきれない磁束が強磁性体の外に漏れ磁界として発生
する。このとき、強磁性体の外周回りに消磁コイル１９
を可動コイル１７と逆向きに巻き、電流を流すと漏れ磁
界と逆位相の磁界が発生する。逆位相の磁界は、消磁コ
イル１９が強磁性体の外周回りに巻かれているため、強
磁性体の外に形成される。この消磁磁界と漏れ磁界は逆
位相のため共に相殺することが出来、ボイスコイルモー
タ外部の漏れ磁界を極めて小さくすることができる。

【００４０】このとき、消磁コイル１９は、このように
強磁性体の外回りに大きく巻くことにより、少ない巻数
でも強い磁界を発生することができる。

【００４１】一般に、長さｌ、断面積Ｓの鉄芯にＮ巻の
コイルを巻いた場合、鉄芯の透磁率μが一定であるとす
ると、コイルに電流Ｉを流した際に、鉄芯内部を通る磁
束φは、φ＝μＳＮＩ／ｌで表される。つまり、コイル
の作る磁界は、中の強磁性体の断面積Ｓが大きいほど強
くなる。

【００４２】したがって、このように消磁コイル１９を
ヨーク１４の周に沿って埋設することにより、少ないタ
ーン数で効率的に磁界を発生できる。

【００４３】このため、消磁コイル１９のターン数Ｎ１
は、可動コイル１７のターン数をＮとすると、Ｎ１≪Ｎ
となっており、この消磁コイル１９のターン数Ｎ１は漏
れ磁界に応じて適宜決められる。

【００４４】この形態は以上のように構成されており、
次に、この光露光用ステッパ装置のボイスコイルモータ
を用いて本願発明の磁気回路の漏れ磁界低減方法を説明
する。

【００４５】すなわち、図２に示すように、ボイスコイ
ルモータに入力信号２７を入力すると、可動コイル１７
は可動を開始する。同時に、入力信号２７は消磁信号３
０として可動コイル１７と直列に接続された消磁コイル
１９に入力される。このため、可動コイル１７と消磁コ
イル１９の作る磁界の大きさは、コイルに流れる電流の
大きさに同期して変化する。

【００４６】このとき、可動コイル１７と逆向きに巻回
された消磁コイル１９は、可動コイル１７と逆位相の磁
界を発生する。この逆位相の磁界は、漏れ磁界に応じて
決められたものであり、そのため、ボイスコイルモータ
の漏れ磁界は小さくなり、これが原因で発生する電磁波
を小さくする。

【００４７】すなわち、消磁コイル１９には、常に、可
動コイル１７と同期した同じ信号が入力されており、漏
れ磁界と周波数が同じで、位相が逆の磁界を発生する。
その結果、ボイスコイルモータへ入力される入力信号２
７の周波数に係わらず、磁気回路からの漏れ磁界による
電磁波を低減することができる。

【００４８】一方、入力信号が無い場合は、消磁コイル
１９にも消磁信号３０が入力されないので、無用な磁界
を発生しない。そのため、不要な電磁波を発生しない。

【００４９】この効果を確認するため、ヨーク１４の外
形寸法が２６０（幅）×２００（奥行）×３２０（高
さ）ｍｍで、可動コイル１７が２３８ターンのボイスコ
イルモータと、そのボイスコイルモータと同じ仕様で、
この形態と同じようにボトムプレート２１に消磁コイル
１９を設けたものを準備し、その両方のモータを実際に
作動してボイスコイルモータ外部の磁界の強さをガウス
メータによって測定した。

【００５０】その際、消磁コイル１９の巻数を変えて最
も漏れ磁界の少なくなるものを検討した。

【００５１】その結果、消磁コイル１９が５ターン程度
のものが最も効率良く漏れ磁界を少なくすることが測定
できた。

【００５２】また、このときの漏れ磁界の測定値は、消
磁コイル１９の無い従来のものが約１００ｍＧａｕｓｓ
以上であった。一方、本願の消磁コイル１９を設けたも
のは、４０ｍＧａｕｓｓ以下であった。

【００５３】この結果から、このようなステッパ装置に
取り付けられる形態のボイスコイルモータでは、可動コ
イル１７と消磁コイル１９のターン比は（Ｎ１＝５、Ｎ
＝２３８の場合、Ｎ１／Ｎ≦０．０２１となるが）、余
裕を考慮してＮ１／Ｎ≦０．２とするのが好ましいこと
がわかった。

【００５４】このように、この電磁波低減方法では、シ
ールドが困難であった漏れ磁界による電磁波を低減でき
る。

【００５５】図４に第２実施形態として消磁コイル１９
の巻回方法に関する他の態様を示す。

【００５６】すなわち、この形態では、図４のイとロに
示すように、消磁コイル１９をヨーク１４のプレート２
２の外周に沿って巻回したものと、ヨーク１４のボトム
プレート２１の外周に沿って巻回したものを示してあ
る。

【００５７】このようにすることにより、第１実施形態
のものより、コイル中の強磁性体断面積を大きくとれる
ため、より少ないターン数で効率的に磁界を発生するこ
とができるという効果がある。

【００５８】他の構成及びその作用は第１実施形態と同
じであるのでその説明は省略する。

【００５９】図５（ａ），（ｂ）と図６（ａ），（ｂ）
に第３実施形態として消磁コイル１９への消磁信号３０
の入力方法についての他の態様を示す。

【００６０】図５のものは、同図（ｂ）に示すように、
消磁コイル１９と可動コイル１７とを並列に接続し、そ
れぞれ、消磁信号３０と入力信号２７を入力するように
したものである。

【００６１】このように接続したものでは、消磁コイル
１９に可動コイル１７を介さずに消磁信号３０を入力す
ることができるので、例えば、消磁信号３０の電流を大
きくすれば、ターン数の少ない消磁コイル１９でも大き
な消磁磁界が得られ、消磁効果の向上が計れる。

【００６２】図６のものは、同図（ｂ）に示すように、
消磁コイル１９を可動コイル１７と同じ方向に巻回され
たものとし、その消磁コイル１９に入力信号２７の位相
を１８０度ずらすアンプ２８によって消磁信号３０を入
力するようにしたものである。

【００６３】すなわち、可動コイル１７に入力される入
力信号２７をアンプ２８により１８０度ずらして消磁信
号３０として消磁コイル１９に入力するというものであ
る。

【００６４】このようにアンプ２８を用いれば、アンプ
２８の増幅度を調整するなどして消磁コイル１９への入
力信号のレベルを設定することができるので、消磁コイ
ル１９の発生磁界を制御できる。このため、電磁波低減
の向上が計れる。

【００６５】他の構成及び作用については、第１及び第
２実施形態と同じであるので、その説明は省略する。

【００６６】なお、この方法は、このように電磁波を低
減できるので、半導体ステッパ以外にも、精密な測定や
加工を行う例えば、マスクアナライナー、結晶成長炉、
電子顕微鏡、精密加工機などに応用が可能である。

【００６７】また、ボイスコイルモータ以外にも、交番
磁界を発生するコイルを備えた磁気回路、例えば、トラ
ンス、リレー、ソレノイド、回転電動機や発電機などに
も応用可能である。

【００６８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成し、磁気
回路に消磁コイルを設け、その消磁コイルに磁気回路へ
の入力信号と同期した消磁信号を入力することにより、
シールドが困難であった磁気回路からの漏れ磁界による
電磁波を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の断面図

【図２】第１実施形態の接続図

【図３】第１実施形態のコイルの配置図

【図４】第２実施形態のコイルの配置図

【図５】（ａ）第３実施形態のコイルの配置図 （ｂ）第３実施形態のコイルの接続図

【図６】（ａ）第３実施形態のコイルの配置図 （ｂ）第３実施形態のコイルの接続図

【図７】従来例の斜視図

【図８】従来例の作用図

【符号の説明】

１３ センターポール １４ ヨーク １５ 磁石 １７ 可動コイル １８ トッププレート １９ 消磁コイル ２１ ボトムプレート ２２ プレート ２７ 入力信号 ２８ アンプ ３０ 消磁信号

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交番磁界を発生するコイルを備えた磁気
   回路に消磁コイルを設け、その消磁コイルに前記交番磁
   界を発生するコイルの入力信号と同期した消磁信号を入
   力し、前記磁気回路の漏れ磁界と逆位相の磁界を発生さ
   せる磁気回路の漏れ磁界低減方法。
2. 【請求項２】 センターポールをその周囲を囲むヨーク
   に取り付け、そのセンターポールの取り付けられたヨー
   クに磁石を取り付けて磁気回路を形成し、その前記ポー
   ルの外周に可動コイルを配置した電磁アクチュエータに
   おいて、 上記ヨークのセンターポールを囲む周に沿って消磁コイ
   ルを巻回するか、あるいは、前記巻回される消磁コイル
   をヨークの周に沿って埋設し、前記消磁コイルに逆位相
   の磁界を発生させるようにしたことを特徴する電磁アク
   チュエータ。
3. 【請求項３】 上記消磁コイルが可動コイルに対して逆
   向きに巻回され、かつ、可動コイルと直列に接続されて
   いることを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエ
   ータ。
4. 【請求項４】 上記可動コイルのターン数をＮとし、消
   磁コイルのターン数をＮ１として、Ｎ１／Ｎ≦０．２の
   巻線比の範囲内で、可動コイルと消磁コイルを巻回した
   請求項３に記載の電磁アクチュエータ。