(57)【要約】【課題】小型、軽量、安価で、高電力を発生することが可能な電源装置、ステージ装置、露光装置を提供することを目的とする。【解決手段】ドライバ２２はＦＥＴ１とＦＥＴ２を高周波で交互にオン／オフさせることにより、コンデンサＣ３に蓄積された電荷をコンデンサＣ２に転送する。これによって、電源装置の出力電圧は、三相交流２００Ｖを整流して得られる２８０Ｖの２倍の電圧（５６０Ｖ）になる。しかも、高周波でＦＥＴ１とＦＥＴ２をオン／オフさせているため、コンデンサＣ２の容量も小さくて済む。【選択図】  図２
2006087200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力を直流に変換する整流手段と、
１０ＫＨｚから１００ＫＨｚに亘る高周波のクロック信号を出力するクロック発生手段と、
前記クロック発生手段から出力される高周波のクロック信号を受けて、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を１０ＫＨｚから１００ＫＨｚの範囲で交互にオン／オフさせるドライバと、
第１スイッチング素子がオン状態で、第２スイッチング素子がオフ状態のとき、前記整流手段の高圧側から電荷を蓄積する第１蓄積手段と、
第１スイッチングがオフ状態で、第２スイッチング素子がオン状態のとき、前記第１蓄積手段に蓄積された電荷を転送して蓄積する第２蓄積手段と、
前記整流手段のプラス側の電圧と第２蓄積手段の両端の電圧とを加算して、出力電圧とすることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置において、
前記電源装置はモータ駆動に用いられることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電源装置において、
前記出力電圧は、前記整流手段の出力電圧の２倍の電圧であることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
モータでステージを駆動するステージ装置において、
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の電源装置をステージ移動のためのモータ駆動用電源として備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のステージ装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高電力を出力する電源装置、ステージ装置、及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源装置として、高電力を出力可能な電源装置が求められている。例えば、露光装置では、ステージを移動させるためのモータ駆動用電源として、モータの移動速度の上昇、及びトルクの上昇に伴い、高電力（例えば、５００Ｖ以上の高電圧、２０Ａ以上の高電流）を出力可能なものが求められている。以下、露光装置を例にして、従来技術について説明する。
【０００３】
従来の露光装置におけるステージ駆動用モータの電源装置では、スイッチングレギュレータを用いた電源装置が用いられている。しかし、スイッチングレギュレータをステージ駆動用モータの電源装置に用いて、高電力を発生可能にするためには、電源装置の形状と重量がともに増大し、高価格化する。例えば、スイッチングレギュレータを用いた電源装置としては、電源装置の出力が１．５ＫＷ程度であっても、質量（重量に相当）が６Ｋｇと記載されている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】ティーディーケイ株式会社ホームページ（http://www.tdk.co.jp/tjfx01/ja111_rkw.pdfの33、34頁：平成16年 8月9日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記したように、スイッチングレギュレータを用いた電源装置は、駆動対象であるモータの大出力化や高精度化に伴い、モータに出力すべき電力（電流・電圧）が増大し、電源が大型化し、重量も大きくなっていった。さらに、露光装置やステージ装置において、モータ駆動用電源が占める容積や価格の割合が大きくなり、モータ駆動用電源が大型化し、重さが大きくなった分だけ、ステージ装置や露光装置が大型化し、重量も増大化している。
【０００５】
本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑み為されたもので、小型、軽量、安価で、高電力を発生することが可能な電源装置、ステージ装置、露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、交流入力を直流に変換する整流手段と、１０ＫＨｚから１００ＫＨｚに亘る高周波のクロック信号を出力するクロック発生手段と、前記クロック発生手段から出力される高周波のクロック信号を受けて、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を１０ＫＨｚから１００ＫＨｚの範囲で交互にオン／オフさせるドライバと、第１スイッチング素子がオン状態で、第２スイッチング素子がオフ状態のとき、前記整流手段の高圧側から電荷を蓄積する第１蓄積手段と、第１スイッチングがオフ状態で、第２スイッチング素子がオン状態のとき、前記第１蓄積手段に蓄積された電荷を転送し蓄積する第２蓄積手段と、前記整流手段のプラス側の電圧と第２蓄積手段の両端の電圧とを加算して、出力電圧とすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電源装置において、モータ駆動用の電源装置であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電源装置において、前記出力電圧は、前記整流手段の出力電圧の２倍の電圧であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、ステージ装置であって、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の電源装置をステージ移動のためのモータ駆動用電源として備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、露光装置であって、請求項４に記載のステージ装置を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子を１０ＫＨｚから１００ＫＨｚの範囲で交互にオン／オフさせるため、第１蓄積手段と第２蓄積手段として容量の小さいものを用いることができる。しかも、出力電圧は、整流手段のプラス側の電圧と第２蓄積手段の両端の電圧を加算したものになるため、高電力を出力することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型、軽量でありながら、高電力を発生することが可能な電源装置を提供することができる。
また、電源装置が、小型、軽量に提供できるので、ステージ装置や露光装置の大型化と高価格化を抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態では、電源装置として、モータ駆動用電源を例にして説明する。なお、モータ駆動装置を組み込んだステージ装置および露光装置に関し、その全体構成について初めに説明する。
図１は、本発明のモータ駆動用電源によって動作するモータを複数備えたステージ装置、及び露光装置であり、図２は、モータ駆動用電源の回路図である。以下の説明では、モータの例として三相モータを挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、この実施形態は、特許請求の範囲に記載する全ての請求項に対応する。
【００１１】
まず、複数のモータによりステージが駆動される露光装置について、図１を用いて説明する。
図１は、この露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置は、レチクルのパターンの縮小像をウエハの各ショット領域に露光するステッパー型（ステップアンドリピート型）の露光装置である。
【００１２】
なお、この実施の形態の説明ではレチクルという用語を使用するが、本明細書では、レチクルもマスクもウエハ上に投影すべきパターンが形成されたものとして同義のものとして扱う。
図１において、照明光学系１からの露光光ＩＬが、ダイクロイックミラー２により反射されてレチクルＲのパターン領域を照明する。ダイクロイックミラー２により反射された後の露光光ＩＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な２次元平面内で、図１の紙面に平行な方向にＸ軸、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取る。
【００１３】
レチクルＲは、レチクル側Ｙステージ３Ｙ及びレチクル側Ｘステージ３Ｘを介して、レチクルベース４上に搭載される。レチクル側Ｘステージ３Ｘは、レチクルベース４に対して、固定子５Ａ及び可動子５Ｂからなるリニアモータ（以下、「リニアモータ５」と呼ぶ）によりＸ方向に駆動される。レチクル側Ｙステージ３Ｙは、レチクル側Ｘステージ３Ｘに対して、不図示のリニアモータによりＹ方向に駆動される。
【００１４】
また、レチクル側Ｙステージ３Ｙ上に、Ｘ軸用の移動鏡６Ｘ及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定されている。移動鏡６Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のレチクル側のレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）７Ｘにより、レチクル側Ｘステージ３ＸのＸ座標ＸＲが計測される。不図示のＹ軸用の移動鏡、及びＹ軸用のレチクル干渉計７Ｙにより、レチクル側Ｙステージ３ＹのＹ座標ＹＲが計測される。計測されたＸ座標ＸＲ及びＹ座標ＹＲは、装置全体の動作を統括制御する中央制御系８に、コネクタ１７，１８を介して供給される。レチクル側Ｙステージ３Ｙ、レチクル側Ｘステージ３Ｘ、レチクルベース４、Ｘ軸用のリニアモータ５、及びＹ軸用のリニアモータからなるステージ系を、レチクルステージ装置３と呼ぶ。
【００１５】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲのパターンの像は、投影倍率β（βは例えば１／５）の投影光学系ＰＬを介して縮小されて、ウエハＷの各ショット領域に投影露光される。ウエハＷは、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ及びウエハ側Ｘステージ１０Ｘを介して、ウエハベース１１上に搭載されている。ウエハ側Ｘステージ１０Ｘは、ウエハベース１１に対して、固定子１２Ａ及び可動子１２Ｂからなるリニアモータ（以下、「リニアモータ１２」と呼ぶ）を介してＸ方向に駆動される。ウエハ側Ｙステージ１０Ｙは、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘに対して、不図示のリニアモータによりＹ方向に駆動される。
【００１６】
また、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ上に、Ｘ軸用の移動鏡１３Ｘ及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定されている。移動鏡１３Ｘ、及び外部に設置されたＸ軸用のウエハ側のレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）１４Ｘにより、ウエハ側Ｘステージ１０ＸのＸ座標ＸＷが計測される。不図示のＹ軸用の移動鏡、及びＹ軸用のウエハ干渉計１４Ｙにより、ウエハ側Ｙステージ１０ＹのＹ座標ＹＷが計測される。計測されたＸ座標ＸＷ及びＹ座標ＹＷは、中央制御系８にコネクタ１９，２０を介して供給される。ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘ、ウエハベース１１、Ｘ軸用のリニアモータ１２、及びＹ軸用のリニアモータ、並びにウエハＷのＺ方向への位置及び傾斜角を制御するＺレベリングステージ（図示せず）からなるステージ系を、ウエハステージ装置１０と呼ぶ。
【００１７】
この実施の形態では、リニアモータとして三相リニアモータを使用する。例えばリニアモータ１２を例に説明する。リニアモータ１２は、固定子１２Ａと可動子１２Ｂとで構成され、固定子１２Ａは三相の電機子巻線（図示せず）からなり、可動子１２Ｂはウエハ側Ｘステージ１０Ｘの側面に極性が順次反転してＸ方向に並べて固定された４個の永久磁石（図示せず）からなる。すなわち、リニアモータ１２は、ムービング・マグネット型のリニア同期モータである。なお、可動子側の電機子巻線を収納したムービング・コイル型のリニアモータを使用してもよい。
【００１８】
中央制御系８は、レチクルステージ駆動系１５を介してレチクル側のＸ軸用のリニアモータ５及びＹ軸用のリニアモータの動作を制御して、レチクルＲの位置決めを行うとともに、ウエハステージ駆動系１６を介してウエハ側のＸ軸用のリニアモータ１２及びＹ軸用のリニアモータの動作を制御して、ウエハＷの位置決めを行う。このような制御により、レチクルＲのパターンは、ウエハＷの各ショット領域に縮小されて露光される。
【００１９】
これらリニアモータには処理速度向上のため、より高電圧な電力を供給することが求められている。
そこで、レチクルステージ駆動系１５及びウエハステージ駆動系１６は、単電源を駆動電源として各リニアモータをそれぞれ駆動する高電圧な電力が供給可能なモータ駆動用電源を搭載する。次に、そのモータ駆動用電源について説明する。
【００２０】
図２は、モータ駆動用電源の一実施形態を示す回路図である。
図２に示すように、モータ駆動用電源は、ヒューズＦＵ１〜ＦＵ３と、ダイオードＤ１〜Ｄ６から成る三相全波整流回路と、力率改善用のコイルＬ１と、平滑用のコンデンサＣ１と、サイリスタＳ１と抵抗Ｒ１からなる突入電流防止回路と、クロック発生器２１と、電界効果型トランジスタＦＥＴ１、ＦＥＴ２（以下、単にＦＥＴ１とＦＥＴ２と称する）を交互にオン／オフさせるドライバ２２と、コンデンサＣ２、Ｃ３とダイオードＤ７、Ｄ８とから構成されている。
【００２１】
図２に示すモータ駆動用電源の動作を図３に示す波形図を用いて説明する。
ヒューズＦＵ１〜ＦＵ３を介して入力された商用２００Ｖの三相交流は、ダイオードＤ１〜Ｄ６から成る三相全波整流回路によって整流され、その後、コイルＬ１によって力率が改善され、コンデンサＣ１において平滑化される。
突入電流防止回路は、図２に示すモータ駆動用電源が始動するとき、コンデンサＣ１〜Ｃ３に充電するための突入電源が流れ、各素子が破壊されるのを防止するものである。すなわち、始動後の所定時間はサイリスタＳ１が非導通状態になり、抵抗Ｒ１に電流が流れて、始動時の突入電流を制限する。前記所定期間が経過した後は、サイリスタＳ１に図示しない制御回路からトリガ信号が入力され、サイリスタＳ１が導通状態になる。これによって、抵抗Ｒ１に電流が流れなくなり、モータ駆動用電源は通常の動作に移行する。
【００２２】
図２に示すモータ駆動用電源が始動されると、コンデンサＣ１の両端に直流２８０Ｖの電圧が発生し、図２に示す点Ａの電圧が約２８０Ｖになる。
クロック発生器２１は、１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの高周波のクロック信号を出力し、ドライバ２２に出力する。図３（ａ）は、クロック発生器２１から出力されるクロック信号の一例を示す図である。
【００２３】
図２に示すドライバ２２は、クロック発生器２１から出力される前記クロック信号を受けて、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２を交互にオン／オフさせる。図３（ｂ）は、ＦＥＴ１、ＦＥＴ２の出力（点Ｂ：図２参照）の電位変化を示す図である。点Ｂの電位は、ＦＥＴ２がオン（ＦＥＴ１がオフ）のときほぼ０Ｖになり、ＦＥＴ１がオン（ＦＥＴ２がオフ）のとき約２８０Ｖになる。
【００２４】
すなわち、ＦＥＴ２がオン（ＦＥＴ１がオフ）されたタイミングでは、Ｂ点の電圧（コンデンサＣ１の２８０Ｖの電圧）に基づいて、ダイオードＤ７→コンデンサＣ３→ＦＥＴ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ３に電荷が蓄積される。
逆に、ＦＥＴ１がオン（ＦＥＴ２がオフ）されたタイミングでは、コンデンサＣ３に蓄積された電荷がコンデンサＣ３→ダイオードＤ８→コンデンサＣ２の経路でコンデンサＣ２に蓄積される。したがって、ＦＥＴ１とＦＥＴ２がオン／オフを繰り返す毎に、コンデンサＣ２の両端の電圧は上昇する。
【００２５】
図３（ｃ）は、コンデンサＣ３に電荷が蓄積され、蓄積された電荷がコンデンサＣ２に転送されることによって、モータ駆動用電源の出力電圧が上昇して行く過程を示す図である。
図示するように、図２の点Ａの電圧は約２８０Ｖであり、この約２８０ＶにコンデンサＣ２の両端の電圧が加わるため、モータ駆動用電源の出力電圧は最終的には約２８０Ｖの２倍、すなわち約５６０Ｖまで上昇する。したがって、高電圧・高電流の電源を得ることができる。
【００２６】
ここで、前記したように、クロック発生器２１は、高周波（１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ）のクロック信号を出力するため、図３（ｃ）に示す出力電圧の上昇は短時間で生じる。
同様に、クロック発生器２１が高周波（１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ）のクロック信号を出力するため、コンデンサＣ２、Ｃ３は容量の小さいもので足りる。例えば、コンデンサＣ２、Ｃ３としては、理論的には１０μＦ程度のものを用いることが可能である。しかし、実際には、コンデンサＣ２、Ｃ３の発熱及び寿命の問題から、１０００μＦ程度のものを用いるのが好ましい。もちろん、要求される出力電力によって、この数値は適宜変化するものである。
【００２７】
本実施形態によれば、ＦＥＴ１とＦＥＴ２を高い周波数でオン／オフするので、コンデンサＣ２、Ｃ３の容量が小さくて済み、高電力なモータ駆動用電源であっても、小型で安価なものを提供できる。
なお、モータ駆動用電源の出力電圧は図３（ｃ）に示すように、クロック信号の１サイクルにおいて、前半部分では傾きを持って上昇し、後半部分では傾きを持って下降する。前半部分において傾きを持って上昇するのは、ＦＥＴ１の抵抗成分等の影響によるものである。また、後半部分において傾きを持って下降するのは、モータ駆動用電源に接続された負荷の影響等によるものである。
【００２８】
なお、図２において、力率改善用のコイルＬ１は、力率を改善する上で設けることが好ましいが、必ずしも設ける必要はない。
また、図２に示す実施形態では、商用の三相交流電源を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、単相の交流電源を用いることも可能である。
以上の説明から明らかなように、図２に示すモータ駆動用電源によれば、全波整流回路により三相２００Ｖの交流電源が全波整流され、コイルＬ１を介して力率が改善され、平滑コンデンサＣ１により平滑され、出力端子間に高電圧・高電流を出力することが可能な電源装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電源装置、モータ駆動用電源、ステージ装置、露光装置等の各分野で、産業上大いに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ステージ装置、露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】モータ駆動用電源を示す回路図である。
【図３】図２に示すモータ駆動用電源の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  照明光学系
２  ダイクロイックミラー
３  レチクルステージ装置
３Ｘ  レチクル側Ｘステージ
３Ｙ  レチクル側Ｙステージ
４  レチクルベース
５  リニアモータ（Ｘ軸用）
５Ａ  固定子
５Ｂ  可動子
６Ｘ  移動鏡
７Ｘ、７Ｙ  レチクル干渉計
８  中央制御系
１０  ウエハステージ装置
１０Ｘ  ウエハ側Ｘステージ
１０Ｙ  ウエハ側Ｙステージ
１１  ウエハベース
１２  リニアモータ（Ｘ軸用）
１２Ａ  固定子
１２Ｂ  可動子
１３Ｘ  移動鏡
１４Ｘ  ウエハ干渉計
１４Ｙ  ウエハ干渉計
１５  レチクルステージ駆動系
１６  ウエハステージ駆動系
１７〜２０
２１  クロック発生器
２２  ドライバ
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８  ダイオード
ＦＥＴ１、ＦＥＴ２  電界効果型トランジスタ
ＦＵ１〜ＦＵ３  ヒューズ
Ｌ１  コイル
Ｓ１  サイリスタ
Ｒ  レチクル
Ｒ１  抵抗
Ｗ  ウエハ
【図１】
2006087200.tif 000003
【図２】
2006087200.tif 000004
【図３】
2006087200.tif 000005