(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関連した磁気トラックと協働して動作するリニアモーターのコイルであって、複数のコイルユニットを備え、各前記コイルユニットは空間を取り囲むほぼ平坦な導線帯を形成する幾何学的多角形に構成された導電体を有してなり、前記導電体は薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートがほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合されていることを特徴とするリニアモーターコイル。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモーターコイルにおいて、前記幾何学的多角形が菱形であることを特徴とするコイル。
【請求項３】
請求項１に記載のリニアモーターコイルにおいて、前記幾何学的形状が六角形であることを特徴とするコイル。
【請求項４】
請求項１に記載のリニアモーターコイルにおいて、前記空間の幅が前記ほぼ平坦な導線帯の幅の整数倍であることを特徴とするコイル。
【請求項５】
請求項１に記載のリニアモーターコイルにおいて、前記コイルユニットの幅が前記関連した磁気トラックの磁気ピッチと等しいことを特徴とするコイル。
【請求項６】
請求項１に記載のリニアモーターコイルにおいて、前記コイルユニットの幅が前記関連した磁気トラックの磁気ピッチの三分の二と等しいことを特徴とするコイル。
【請求項７】
請求項１に記載のリニアモーターコイルにおいて、前記コイルユニットの幅が前記関連した磁気トラックの磁気ピッチの半分と等しいことを特徴とするコイル。
【請求項８】
請求項１に記載のリニアモーターコイルにおいて、少なくとも一つのコイルユニットが隣接したコイルユニットと部分的に重なって、前記コイルユニットが少なくとも一つの列を形成するように前記コイルユニットが配列されており、前記少なくとも一つの列はほぼ均一な厚さを有することを特徴とするコイル。
【請求項９】
リニアモーターにおいて、磁気トラックと、前記磁気トラックと協働して動作し、複数のコイルユニットを有するモーターコイルとを備え、前記各コイルユニットは、空間を取り囲んでいるほぼ平坦な導線帯を形成している幾何学的多角形に構成された導電体を有し、前記導電体は薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートが、ほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合され、前記複数のコイルユニットは直線状に配列されていることを特徴とするリニアモーター。
【請求項１０】
請求項９に記載のリニアモーターにおいて、前記空間の幅が前記ほぼ平坦な導線帯の幅の整数倍であることを特徴とするリニアモーター。
【請求項１１】
請求項９に記載のリニアモーターにおいて、前記コイルユニットの幅が前記磁気トラックの磁気ピッチと等しい幅を有することを特徴とするリニアモーター。
【請求項１２】
請求項９に記載のリニアモーターにおいて、前記コイルユニットの幅が前記磁気トラックの磁気ピッチの三分の二と等しい幅を有することを特徴とするリニアモーター。
【請求項１３】
請求項９に記載のリニアモーターにおいて、前記コイルユニットの幅が前記磁気トラックの磁気ピッチの半分と等しい幅を有することを特徴とするリニアモーター。
【請求項１４】
請求項９に記載のリニアモーターにおいて、少なくとも一つのコイルユニットが隣接したコイルユニットと部分的に重なって、前記コイルユニットが少なくとも一つの列を形成するように、前記コイルユニットが配列されており、前記少なくとも一つの列はほぼ均一な厚さを有することを特徴とするリニアモーター。
【請求項１５】
請求項９に記載のリニアモーターにおいて、前記幾何学的多角形が菱形であることをと特徴とするリニアモーター。
【請求項１６】
請求項９に記載のリニアモーターにおいて、前記幾何学的多角形が六角形であることを特徴とするリニアモーター。
【請求項１７】
電気モーターにおいて、少なくとも一つの磁石と、前記少なくとも一つの磁石と協働して動作する、導電体を含む少なくとも一つのコイルユニットを有するモーターコイルとを備え、前記導電体が薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートが、ほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合されていることを特徴とする電気モーター。
【請求項１８】
請求項１７に記載の電気モーターにおいて、前記モーターコイルがリニアモーターコイルであり、前記少なくとも一つの磁石が直線状の磁気トラックとして構成されていることを特徴とする電気モーター。
【請求項１９】
請求項１７に記載の電気モーターにおいて、前記導電体が複数のコイルユニットを有するモーターコイルに設けられ、前記導電体の各前記コイルユニットが空間を取り囲んでいるほぼ平坦な導線帯を形成している幾何学的多角形に構成されており、前記空間の幅が前記ほぼ平坦な導線帯の幅の整数倍であることを特徴とする電気モーター。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電気モーターにおいて、前記幾何学的多角形が菱形であることを特徴とする電気モーター。
【請求項２１】
請求項１９に記載の電気モーターにおいて、前記幾何学的多角形が六角形であることを特徴とする電気モーター。
【請求項２２】
リニアモーターの製造方法において、ほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有する第１シートと第２シートとを、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合して導電体を形成し、前記導電体から、少なくとも一つのコイルユニットを空間を取り囲んでいるほぼ平坦な導線帯を形成している幾何学的多角形に形成し、隣接したコイルユニットに部分的に重ねて前記少なくとも一つのコイルユニットを積層して、少なくとも１列の前記コイルユニットを形成し、前記少なくとも１列がほぼ均一な厚さを有するようにし、前記コイルユニットを相互に接続して、リニアモーターコイルを形成し、前記モーターコイルを共同動作する磁気トラックと組み合わせる工程からなることを特徴とするリニアモーターの製造方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記幾何学的多角形が菱形であることを特徴とするリニアモーターの製造方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法において、前記幾何学的多角形が六角形であることを特徴とするリニアモーターの製造方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法において、前記複数のほぼ同一平面にある導電体部材が、前記ほぼ平坦な電気絶縁性基板へ接合されたほぼ平坦な導電性層を選択的にエッチングすることにより形成されることを特徴とするリニアモーターの製造方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の方法において、前記第１シートの前記少なくとも一つの導電部材が、前記第２シートの前記少なくとも一つの導電部材へ半田付けにより接合されていることを特徴とするリニアモーターの製造方法。
【請求項２７】
請求項２２に記載の方法において、前記コイルユニットの前記形成がさらに、前記導電体をほぼ平坦な幾何学的多角形に形成し、隣接したほぼ平坦な幾何学的多角形に部分的に重なりあうように少なくとも一つの前記ほぼ平坦な幾何学的多角形を積層し、前記ほぼ平坦な幾何学的多角形の少なくとも一つの列を形成し、ほぼ平坦な幾何学的多角形の前記少なくとも一つの列を折り曲げて、ほぼ均一な厚さを有するコイルユニットの列を形成し、二つのほぼ等しい幾何学的多角形に構成される工程を含んでいることを特徴とするリニアモーターの製造方法。
【請求項２８】
電気モーターの製造方法において、導電体から少なくとも一つのコイルユニットを形成し、前記導電体が、薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートがほぼ平坦な電気絶縁性基板へ接合された複数のほぼ同一平面にある導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合され、前記コイルユニットを相互に接続して、モーターコイルを形成し、前記モーターコイルを少なくとも一つの協同的に動作する磁石と組み合わせる工程を含んでいることを特徴とする電気モーターの製造方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法において、前記複数のほぼ同一平面にある導電部材が、前記ほぼ平坦な電気絶縁性基板へ接合されたほぼ平坦な導電層を選択的にエッチングすることにより、形成されることを特徴とする電気モーターの製造方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の方法において、前記第１シートの前記少なくとも一つの導電部材が、半田付けにより前記第２シートの前記少なくとも一つの導電部材へ接合されていることを特徴とする電気モーターの製造方法。
【請求項３１】
請求項２８に記載の方法において、前記モーターコイルがリニアモーターコイルであり、前記磁石がリニアモーター磁気トラックであることを特徴とする電気モーターの製造方法。
【請求項３２】
請求項２８に記載の方法において、前記コイルユニットの前記形成がさらに、空間を取り囲んでいるほぼ平坦な導線帯を境界づけている幾何学的多角形を形成することを含んでおり、前記空間の幅が前記ほぼ平坦な導線帯の幅の整数倍であることを特徴とする電気モーターの製造方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法において、前記幾何学的多角形が菱形であることを特徴とする電気モーターの製造方法。
【請求項３４】
請求項３２に記載の方法において、前記幾何学的多角形が六角形であることを特徴とする電気モーターの製造方法。
【請求項３５】
ベースと、該ベースとの間で相対運動可能に支持された載置台と、該ステージを駆動する駆動装置とを備えたステージ装置であって、前記駆動装置の駆動源の一部として請求項９から１６までのいずれか１つに記載のリニアモーターを備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項３６】
基板ステージ上に載置された基板に所定のイメージを形成する露光装置であって、前記基板ステージを駆動する駆動源の一部として請求項９から１６までのいずれか１つに記載のリニアモーターを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項３７】
ベースと、該ベースとの間で相対運動可能に支持された載置台と、該ステージを駆動する駆動装置とを備えたステージ装置であって、前記駆動装置の駆動源の一部として請求項１７から２１までのいずれか１つに記載の電気モーターを備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項３８】
基板ステージ上に載置された基板に所定のイメージを形成する露光装置であって、前記基板ステージを駆動する駆動源の一部として請求項１７から２１までのいずれか１つに記載の電気モーターを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項３９】
マスクステージ上に載置されたマスクに形成されたパターンを、基板ステージ上に載置された基板に転写する露光装置であって、前記マスクステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方を駆動する駆動源の一部として請求項９から１６までのいずれか１つに記載のリニアモーターを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項４０】
マスクステージ上に載置されたマスクに形成されたパターンを、基板ステージ上に載置された基板に転写する露光装置であって、前記マスクステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方を駆動する駆動源の一部として請求項１７から２１までのいずれか１つに記載の電気モーターを備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はモーターに関し、詳細には、高性能のリニアモーターに関する。
背景技術
リニアモーターは、例えば、ステージなどの対象物を位置決めするマイクロ−リソグラフィ器械、および他の精密運動装置に広く使用されている。リニアモーターは、運動部分を推進する電磁力（普通ローレンツ力と呼ばれている）を使用している。
図１Ａ（板垣他の米国特許Ｎｏ．４，７５８，７５０から複製されており、ここにそのまま取り入れられている）において、従来のリニアモーターは、一対の磁石を形成し、その間に磁界を発生する磁石２から成っている。磁極Ｎ（北）とＳ（南）が示されている。同様に、隣接する磁石は他の磁石の組み合わせを形成し、反対の極性の磁界を形成する。二つの隣接する磁石の幅と、それら磁石の間の二つの空間との和は、モーターの磁気ピッチＰＭを形成する。空隙４を横切る磁束の方向は、矢印７と７ａにより示されている。可動コイルユニット１２は、図の面に直角な方向に置かれた、導電線を有する。電流は、図面の平面に出入する方向に導電線を流れる。
本技術の専門家はお分かりのように、磁界内で電流が流れる導電線は、ローレンツ力を発生し、その式は次の通りである：
Ｆ＝ＮＬＢ×Ｉ
ここで、Ｆはローレンツ力を表し、Ｎは導線数、Ｂは磁束、およびＩは電流を表す。与えられた長さＬを有するコイルと磁束Ｂについて、力Ｆを最大にするため、導線数Ｎと電流Ｉを最大にしなければならない。力Ｆ、磁束Ｂ、および電流Ｉは、すべてベクトルとして表され、記号”Ｘ”はベクトルの相乗積を表すので、上の式は、力Ｆの大きさと方向を決定する。本技術に精通した当事者は理解されるように、モーター設計の仕事は、以下の数式において
【数１】
0004362975.tif 000002
または”モーター定数”を最大にすることである。
【数２】
0004362975.tif 000003
上の式において、ＦはベクトルＦのスカラー値であり、Ｐはモーターにより消費された電力量である。各個々の設計構造について、モーター定数は、“銅密度”と直接に関係しており、これは、全導線の断面積を全コイル断面積のパーセントとして定義されている。（コイルの導線は、しばしば銅で製作されている）
図１Ａに示されて構造において、コイルユニット１２内の電流により発生したローレンツ力により、コイルは動く。図１Ａの右方向へ進行している間に、コイルユニット１２は、時には、磁界２を離れ、隣接する磁界に入る。この二番目の磁界は最初の磁界の極性と反対の極性を有するので、コイルユニット１２の電流は、ローレンツ力を維持するように、極性で反転しなければならない。電流の方向の反転は、本技術で知られている整流回路（示されていない）により行われる。
板垣他の図２から複製した図１Ｂは、図１Ａの線ＩＩ−ＩＩに沿って見た、図１Ａの従来のリニアモーターの断面図である。コイルの上部領域におけるこの様なリニアモーターにおいて、コイルの頭部は、相互にその上に重ねられている。この構造は、広い上部領域１２’を必要とする。
この様な従来のリニアモーターには、幾つかの不利な点があり、その一つは、装着と取り外しが困難なことである。図１Ａ，１Ｂに示されているように、磁気トラックは、磁石２と磁石サイドレール３により形成されている。磁気トラックは、コイル組立体１２の広い上部領域１２’の形状と大きさに合うように構成された、広い上部領域を有する。コイル組立体１２を磁気トラックから取り外すために、コイル組立体１２は、磁気トラックからこの紙面と直角な方向へ滑り出なければならない。コイル組立体１２へ固定された装置（例えば、ｘ−ｙステージ）は、しばしば重くて、取り扱うのが困難であるので、コイル組立体１２の装着と取り外しの間、特別な工具が一般に、必要とされる。
従来のリニアモーターの他の不利な点は、その効率が低いことである。図２は、導線の方向と直角な断面で見たリニアモーターコイルの断面図を示している。導線は閉じて収められていないので、空隙５０により、コイルの導線密度がかなり低下するのは避けられない。これまでの考察のように、低導線密度は、低モーター効率に相当することがある。
従って、改善された効率、低熱放散、および容易な取り付けを備えたモーターコイルを有するリニアモーターを提供することが望まれる。
発明の開示
本発明によるモーターは、従来のリニアモーターの上記および他の欠点を克服している。
本発明のリニアモーターコイルは、関連した磁気トラックと協働して動作するリニアモーターのコイルであって、複数のコイルユニットを備え、各前記コイルユニットは空間を取り囲むほぼ平坦な導線帯を形成する幾何学的多角形に構成された導電体を有してなり、前記導電体は薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートがほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合され、前記複数のコイルユニットは直線に整列されていることを特徴とする。
本発明のリニアモーターは、磁気トラックと、前記磁気トラックと協働して動作し、複数のコイルユニットを有するモーターコイルとを備え、前記各コイルユニットは、空間を取り囲んでいるほぼ平坦な導線帯を形成している幾何学的多角形に構成された導電体を有し、前記導電体は薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートが、ほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合され、前記複数のコイルユニットは直線状に配列されていることを特徴とする。
本発明の電気モーターは、少なくとも一つの磁石と、前記少なくとも一つの磁石と協働して動作する、導電体を含む少なくとも一つのコイルユニットを有するモーターコイルとを備え、前記導電体が薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートが、ほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合されていることを特徴とする。
本発明のリニアモーターの製造方法は、ほぼ平坦な電気絶縁基板へ接合された、ほぼ同一平面にある複数の導電部材を有する第１シートと第２シートとを、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合して導電体を形成し、前記導電体から、少なくとも一つのコイルユニットを空間を取り囲んでいるほぼ平坦な導線帯を形成している幾何学的多角形に形成し、隣接したコイルユニットに部分的に重ねて前記少なくとも一つのコイルユニットを積層して、少なくとも１列の前記コイルユニットを形成し、前記少なくとも１列がほぼ均一な厚さを有するようにし、前記コイルユニットを相互に接続して、リニアモーターコイルを形成し、前記モーターコイルを共同動作する磁気トラックと組み合わせる工程からなることを特徴とする。
本発明の電気モーターの製造方法は、導電体から少なくとも一つのコイルユニットを形成し、前記導電体が、薄膜材の第１シートと第２シートを含んでおり、各前記シートがほぼ平坦な電気絶縁性基板へ接合された複数のほぼ同一平面にある導電部材を有し、前記第１シートの少なくとも一つの前記導電部材が、前記第２シートの少なくとも一つの前記導電部材へ接合され、前記コイルユニットを相互に接続して、モーターコイルを形成し、前記モーターコイルを少なくとも一つの協同的に動作する磁石と組み合わせる工程を含んでいることを特徴とする。
本発明のステージ装置は、ベースと、このベースとの間で相対運動可能に支持された載置台と、ステージを駆動する駆動装置とを備え、駆動装置の駆動源の一部として上記のリニアモーターまたはこのリニアモーターを使用した電気モーターを備えたものである。
本発明の露光装置は、基板ステージ上に載置された基板に所定のイメージを形成する露光装置であって、基板ステージを駆動する駆動源の一部として上記のリニアモーターまたはこのリニアモーターを使用した電気モーターを備えたものである。
本発明の露光装置は、また、マスクステージ上に載置されたマスクに形成されたパターンを、基板ステージ上に載置された基板に転写する露光装置であって、マスクステージおよび前記基板ステージの少なくとも一方を駆動する駆動源の一部として上記のリニアモーターまたはこのリニアモーターを使用した電気モーターを備えたものである。
本発明の有利な点は、この配列が高い電気的効率と分解の容易さを備えていることである。コイルユニットは、一部が重なるように一体に積層され、モーターコイル内にコイルユニットの列を形成し、これにより、有用な領域内の導線の層の数は、全コイルに対しかなり一様になる。板垣他の導線の端部コイルの形状と異なり、この形状は、さらに平らであり（端部で裾広がりでない）、従って、コイルが磁気トラックから容易に取り外され、また装着することができる。
実施例
本発明により、リニアモーターコイルが、コイルユニットの直線状の組立体から成っており、各コイルユニットは、他のコイルユニットと類似している。各コイルユニットは、指定された数の層、一般的には単一層の閉じた帯体として形成された導電体を有する。この形状は、菱形（ダイヤモンド形）、六角形、平行四辺形、または二重の菱形（ダイヤモンド形）などのほぼ平坦な幾何学的多角形である。コイルユニットは、例えば、導電線、帯状体（リボン）、または可撓性回路材から形成されている。
図３Ａは、本発明による菱形（ダイヤモンド形）のモーターコイルユニット３００を示している。一組の隣接した脚部３０２Ａと３０２Ｂは、部分３０２を形成し、他の組の隣接した脚部３０４Ａと３０４Ｂの他の組は、部分３０４を形成している。部分３０２と３０４の間に、肩部３２５がある。部分３０２と３０４は、ほぼ一様な断面の導電線または帯状体により一体に形成されている。肩部３２５は、コイルユニット３００の脚部３０２Ａと３０２Ｂの内側境界線の延長線に沿って造成されている。３０２Ａ、３０２Ｂ、３０４Ａ、および３０４Ｂの内側境界線は、中心部分の菱形の空間を囲む菱形の閉じた導電帯を形成している。
部分３０２と３０４は、階段状に配置されており、これにより、部分３０２は第一面上にあり、部分３０４は、第一面に平行且つオフセットされた第二面上にある。第一と第二面の間の距離は、導線の断面と層の数により変わる。コイルユニットがただ一つの導線の層を有する場合、第一面と第二面との間の距離は、導線の太さにほぼ等しい。“競走トラック”形（導線が同心状に外周から内周または内周から外周に向けて巻かれた状態にある）のコイルユニットの脚部３０２Ｂと３０４Ｂにより形成される端部（ここでは、隣接した脚部の接合部）の断面図が、図３Ｂに示されている。この様なコイルユニットは、導線帯を形成するように連続的に巻かれた線または帯状体の単一の層から成っている。 競走トラック形のコイルユニットを製作する一つの段階は、表面に絶縁層を有する、適切な導線性を有する線または帯状体を導線帯を形成するように巻くことである。
図４Ａは、導線帯を巻くに適切な装置４０７を示す。装置４０７は、菱形の角を形成する四個所の位置に装着された四つの掛け止め４０１、４０９、４１１、および４１３を有する平坦な巻き付け台を有する。導線帯４８０を形成するために、導電性の線（導線）４１９が、掛け止め４０１、４０９、４１１、および４１３の回りに巻かれ、掛け止め４０１へ戻る。上記工程は、所望の幅に達するまで、繰り返される。巻き付け工程中に、導線４１９は、プラットフォーム４０５へぴったりと押しつけられて、導線は確実に固く巻かれる。導線は、平坦に相互に隣接して注意深く配置されていく。
数例の実施態様において、図４Ａに示されているように、任意の案内プレート４１８が、導線帯４８０の巻き付けの助けとなるように使用されている。案内プレート４１８は、プラットフォーム４０５上の掛け止め４０１，４０９，４１１，および４１３と位置があった四つの穴を有する。案内プレート４１８が使用されるとき、掛け止め４０１，４０９，４１１，および４１３のそれぞれは、その対応する穴へはめ込まれる。案内プレート４１８は、導線の太さにほぼ等しい距離にプラットフォーム４０５と平行にその上方に間隔を置いて離れている。
従って、平坦な空隙が、プラットフォーム４０５と案内プレート４１８の間に形成される。導線の巻き付け中に、導線帯が確実に固く巻かれるように、引っ張り力が導線へ加えられる。案内プレート４１８の使用により、導線がずれるのが防止される。 コイルユニットの製作における他の段階は、平らな導線帯４８０を最終の形へ押しつけることである。この段階は、特別な工具を有するアーバープレス上で行われる。特別な工具４４０の一例が、図４Ｂに示されている。
特別な工具４４０は、上片４４２と下片４４４を有する。上片と下片の両方の作動面は、所望の階段形状のコイルユニットが製作されるような外形を呈している。例えば、上の部分４４２は、片側に部分４４６と他の側に部分４４８を有する。部分４４６と４４８の両方は、平坦な作動面を有し、部分４４６の作動面は、部分４４８の作動面から突出している。下片４４４は、部分４４８に対応する部分４５４と、部分４４６に対応する部分４６４を有する。部分４５４の作動面は、部分４６４の作動面から突出している。部分４５４と４６４の作動面は、山形の肩部４９０により分離されている。部分４４６と４４８もまた、対応する山形の肩部（示されていない）により分離されている。閉じた位置において、階段状の空隙は、上片４４２と下片４４４の間に形成されている。
押しつけ動作中に、導線帯４８０は、下片４４４の動作面に置かれる。二つの隣接している脚部の内側の境界が、肩部４９０に対して平行且つ隣接する工具４４０の下片４４４の部分４５４の上に配置される、導線帯４８０は載置される。次に、工具４４０の上片と下片は、導線帯４８０を挟むように接近する。これで、導線帯４８０は、工具４４０の上片と下片により形成された空隙の形状を呈するように押圧される。押圧動作の結果、図４Ｃに示されたような階段状のコイルユニット４９６が製造される。
図３Ａに関し、コイルユニット３００は、電気絶縁層で被覆された導線または帯状体、例えば、絶縁銅線である。アルミニウム、銀、および金などの他の導電材も適している。適切な銅線は、カリフォルニア州、ロサンジェルス、ＭＷＳから入手できる。一つの実施例では、使用された導線は、アメリカン・ワイヤ・ゲージ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗｉｒｅ Ｇａｇｅ：ＡＷＧ）１９の強化銅線（直径約１．０ｍｍ）である。他の実施例では、使用されたワイヤは、ＡＷＧ１６の強化銅線（直径約１．３ｍｍ）である。完成したコイルは、不透磁性３００シリーズのステンレススチール、好適には３０４ステンレススチールの容器（ハウジング）内に収められている。実施例のなかには、アルミニウム、またはセラミックなどの不透磁性が、容器に使用されている。なお、類似した材料が、本明細書に記述された他の構造のコイルの製作に使用される。
図５Ａと５Ｂは、それぞれ、モーターコイルユニットの一列の平面図と断面図である。図５Ａにおいて、すべてのコイルユニット５０２〜５０７は、千鳥状に重なり合った関係に配置されており、この場合、コイルユニットは部分的に、他のコイルユニットの上にある。例えば、コイルユニット５０３は部分的に、コイルユニット５０２の上にあり、コイルユニット５０４は部分的に、コイルユニット５０３の上にある。この構造により、コイルユニットの各列について、作動領域の外辺部周辺のわずかな部分を除いて、作動領域は二層分のコイルユニットの厚さを有する。厚さはほぼ均一であるので、この実施態様により製作された直線状のコイルユニットは、平坦な頭部領域を有しており、トラックに装着および取り外しが容易である。最終的なコイルユニットは、図５Ａと５Ｂに示されたような各作動領域が互いに直接に重ねられたコイルユニットを複数列使用している。
ある実施態様では、リニアモーターは、可動コイル構造であり、他の実施態様では、リニアモーターは、可動磁石構造である。可動磁石構造では、モーターコイルは、ステッパー（ｘ−ｙ）ステージのベースなどの器具の一部に固定されており、磁気トラック（ステージに固定された）は、コイルに対し動く。コイルは、モーターの移動距離と磁気トラックの長さの合計の範囲に対し、比較的に長く製作されている。他方では、磁気トラックは、比較的に短いが、モーターの運動部分を進ませるために十分なローレンツ力を発生する磁石を保持するに十分なだけ長い。
可動コイル構造において、磁気トラックは、可動装置のベースへ固定されており、コイル（ステージに固定）は、磁気トラックに対し移動する。磁気トラックは、直線状モーターの移動距離とコイルの長さとの合計の範囲に対し比較的に長い。
図５Ａと５Ｂに示されたモーターコイルユニットの列５０１は、可動コイルモーターに適している。さらにコイルユニットを増加することにより、コイルユニットの列５０１を延長することで、可動磁石モーターとして使用する場合に適合させることができる。例証として、図５Ａと５Ｂに示されたコイルユニットの列５０１の関連寸法は、表１に列記されている。
【表１】
0004362975.tif 000004
本発明によるモーターコイルの他の実施例は、図６Ａ（平面図）と図６Ｂ（断面図）に示されている。図６Ａと６Ｂのコイルユニット６０１は、その折り返した先端６０２と６０３から、先端折り返し形コイルユニットと呼ばれる。折り返し先端形６０２と６０３のそれぞれは、折曲半径６０７と６０９などの折曲半径を有する。折曲半径６０７と６０９は、時には、コイルの導線の表面絶縁を保護し、導線が破損するのを防止するのに適している。
図７Ａ（平面図）と７Ｂ（側面図）は、幾つかの先端折り返し形コイルユニットを示しており、コイルユニットはモーターコイルユニットの列７０１を形成するため一体に組み付けられている。図５Ａに示されたモーターコイルユニットの列５０１と同様に、モーターコイルユニットの列７０１は、その作動領域の主要部分に二つの導線層を有し、列７０１の端部の小部分は単一の導線層となっている。例証として、図７Ａと７Ｂに示されているような、先端折り返し形菱形の直線状モーターコイルユニット７０１について、関連寸法が表２に列記されている。
【表２】
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この様な先端折り返し形菱形状のコイルユニットを製作する一つの段階は、導線を導線帯状に巻き付けることである。先端折り返し形菱形状に導線帯を巻く装置が、図８Ａに示されている。この装置は、第一薄板８０５と、取り外し可能な支え台８３１と８３２により離れて保持されている第二薄板８０４とから成っている。装置の幅は、薄板８０５の縁８１９と薄板８０４の縁９２９により定まる。翼状部８１０は、薄板８０５の平面と直角に対称的に伸長している。薄板８０５の翼状部８１０は、図８Ａに示された装置の中心線と一致しており、各縁に一列の案内歯８０９を有する。案内歯８０９は、櫛状に配列されており、薄板８０５の平面と直角である。
先端折り返し形菱形状に導線帯を巻くために、導線８０７が、折曲点Ａ，Ｂ，Ｃ，およびＤの回りに巻き付けられ、二組の案内歯により折曲点ＢとＤの固定位置に保持される。次に、導線８０７は、位置Ａ’へ巻き付けられ、ここで、巻き付け工程は、導線帯が十分な幅に達するまで、繰り返される。次に、取り外し可能な支え台８３１と８３２は、取り外され、これにより、薄板８０５と８０４は、導線帯から分離される。
図８Ｂは、導線帯を巻く他の装置を示す。この装置は、薄板８８１と、三つの山形の個体８９１，８８２（破断されて示されている）、および８８５から成っている。この装置により導線帯を巻き付ける工程は、三つの山形の個体８９１，８８２、および８８５の間に薄板８８１を置くことで始まる。導線８８３は、山形の個体８８５の山形の面８７８の近い方の端部で始まり、山形の面８７８と薄板８８１との交点から巻き付けられる。面８７８の遠い側の端部において、導線８８３は、山形の個体８８２の山形の面８８０を辿るように、薄板８８１の回りに巻き付けられ、導線８８３と山形の個体８９１の山形の面８７９との間に打ち込まれたスペーサー（示されていない）により所定の位置に保持される。再び、導線８８３は同様に巻き付けられる。導線が巻き付けられるごとに、山形の面８７９と８８０との間の空隙が導線で満たされるまで、スペーサーは僅かに薄いスペーサーに交換される。導線８８３は、外側の境界線から導線帯の一つの断面の内側の境界線へ向かって巻き付けられるので、山形の個体８８２が必要である。
他の実施態様では、ここに述べた本発明の原理から逸脱することなく、この工具の変形が適用されている。
先端折り返し形菱形状のコイルユニットを製作する他の段階は、導線帯を最終的形状のコイルユニットへ押しつけることである。これは、プレス工具を使用してアーバープレス上で行われる。図８Ｃ、８Ｄは、上部個体８２０と下部個体８２２を有するプレス工具の一例を示している。上部個体８２０は、縁８２４、８２６のあいだに平坦な作動面を有し、下部個体８２２は、突出した四角形の部分８２３を有する。突出した角形の部分８２３も、平坦な作動面を有する。導線帯８７０の本体が突出した部分８２３の上に置かれ、その先端が突出部分８２３からはみだすように、導線帯８７０は、下部個体の上に慎重に置かれる。
次に、上部個体８２０は降下されて、導線帯８７０を押しつける。縁８２４、８２６は、押圧時にコイルユニットの幅を定めることになる。最終的形状の導線帯８７１が、図８Ｄに示されている。
あるいは、コイルユニットの列は、最初に重ねられて、一緒に押しつけられる。 ある実施態様において、フレキシブル基板のような可撓性回路のコイルユニットが、モーターコイルに使用されている。例示として、可撓性回路コイルユニットが、図９Ａに示されている。可撓性回路は、従来のように、ポリイミド樹脂のフィルムなどの絶縁部材９６５からなる層と接着された導電性材のシートである。
図９Ａは、可撓性回路上でエッチングされた二つのコイルの脚部９０５と９０７を示している。取り付けられた位置において、脚部９０５の剥離された端部９１３（離面側）は、脚部９０７の剥離された端部９０９（表面側）と電気的に接続している。接続は、半田付けまたは他の適切な方法により行われる。脚部９０５の剥離された端部９１７（表面側）と脚部９０７の剥離された端部９１５（裏面側）は、給電線または他のコイルユニットへ接続するようにはめ込まれる。
図９Ｂは、本発明による可撓性回路を使用しているモーターコイル９９９の部分を示している。コイルの脚部９２１，９２２，９２３，９２４，９２５，および９２６は、可撓性回路材の一つのシート上でエッチングされ、脚部９３１，９３２，９３３，９３４，９３５，および９３６は、可撓性回路の他のシート上でエッチングされている。可撓性回路をエッチングする技術は、モーター技術の専門家には周知である。
図９Ｃ，９Ｄ，９Ｅは、菱形コイルユニットを使用しているリニアモーターを示している。磁気ピッチに対するコイルユニットの幅と導線帯の幅は、示されている通りである。これらの実施例は、競走トラック形、先端折り返し形、および可撓性回路形などのすべての菱形のコイルユニットに適している。示された実施例のそれぞれは、極ピッチに対し異なる導線帯の幅を有する。図９Ｃ，９Ｄ，９Ｅに示されたモーターは、すべて、三相整流（三相交流）を使用している。本発明のリニアモーターは、従来のように、長い距離の連続運動を発生するため二相以上の電流により整流されている。なお、短い距離の直線運動が好ましいならば、単相の整流もまた可能である。
図９Ｃにおいて、コイルユニットの幅Ｗｃ１は、磁気ピッチＰ１に等しい。菱形の空間の幅Ｖｖ１は、導線帯の幅ＶＢ１の四倍に等しい。図９Ｄに示された実施例において、コイルユニットの幅Ｗｃ２は、磁気ピッチＰ２の２／３に等しい。菱形の空間の幅Ｖｖ２は、コイルユニットの幅ＶＢ２の二倍に等しい。図９Ｅに示された実施例において、コイルユニットの幅Ｖｃ３は、磁気ピッチＰ３の半分に等しく、菱形空間の幅Ｖｖ３は、導線帯の幅ＶＢ３に等しい。
他の構成も本発明により可能である。示されていない他の構成において、菱形空間の幅が、導線帯の幅の整数倍であることが望ましい。
ある実施態様では、リニアモーターは六角形のコイルユニットを使用している。図１０Ａは六角形のコイルユニットの一例である。六角形のコイルユニットは、コイルの移動方向に直角な、二つの直線状且つ平行な脚部１０１１と１０１３を有する。コイルの端には、それぞれ二つの傾斜した脚部からなる二つの三角形の部分１０１５と１０１７が設けられ、直線状の脚部１０１１，１０１３と一体に形成されている。直線状脚部１０１１，１０１３および三角形の部分は、六角形の空間を中心部に形成している。六角形のコイルユニットの直線状脚部１０１１，１０１３は、コイルの移動方向に直角であるので、菱形コイルユニットと比較して大きいローレンツ力が与えられた電流により発生する。抵抗はほぼ同じであるので、モーター定数はより高い。理論的に、六角形のコイルユニットにより発生したローレンツ力は、菱形コイルユニットにより発生した力よりほぼ３０％大きい範囲にある。
図１０Ｂは、一列の六角形コイルユニットを有するリニアモーターの説明図である。ある実施態様では、完成したモーターコイルの組立体は一列のコイルユニットを有し、また、他の実施態様においては、完成したモーターコイル組立体は複数の列のコイルユニットを有する。二列以上のコイルユニットが使用される場合、コイルユニットの列は相互に重ねられている。モーター磁石の一つの可能な位置を破線で示す。単一層のコイルユニットにより、図１０Ｂに示されたコイルユニットの列は、作動領域の大部分に二本分の導線の厚さを有する。端部の小さな領域だけは一層の導線で構成されている。
図１０Ｂに示された実施例において、コイルユニットの幅Ｗｃ４は、磁気ピッチＰ４の２／３に等しい。六角形の空間は、導線帯の幅Ｖｂ４の二倍の幅を有する。図１０Ｃに示されたリニアモーターの他の実施例において、コイルユニットの幅Ｗｃ５は、磁気ピッチＰ５の半分に等しい。六角形の空間の幅Ｖｖ５の幅は導線帯の幅Ｖｂ５に等しい。本発明では他の構成も可能である。これらの構成のそれぞれにおいて、六角形の空間の幅は導線帯の幅の整数倍に等しいことが望ましい。
競走トラック形と先端折り返し形の両方の六角形コイルユニットは、本発明により製作される。競走トラック形六角形コイルユニットを製作する一つの段階は平らな導線帯を巻くことである。これは、図４Ａに示された装置に似た装置により行われる。この実施例のコイルユニットは六角形であるので、図４Ａに示された装置は、四個の掛け止めの代わりに、六個の掛け止めを有するように修正されなければならない。競走トラック形の六角形コイルユニットを製作する他の段階は、図４Ｂに示された工具に似たプレス工具により、導線帯を最終形状へ押し付けることである。
図１０Ａに示されたコイルユニットの変形は、図１１Ａ（平面図）、１１Ｂ（側面図）、および１１Ｃ（見取り図）に示された先端折り返し形の六角形コイルユニット１１００である。コイルユニット１１００は、折り返した先端１１０２，１１０４であるので、先端折り返し形六角形コイルユニットと呼ばれる。部分１１０８は第一面にあり、部分１１１０は第一面に平行且つオフセットした第二面にある。第一と第二面は、所定の距離だけ離れて設定されている。第一面と第二面との距離は、導電体密度を最大にすべく変化させるが、一般には、単一層のコイルユニットの場合は一本の導線の太さとなる。
先端折り返し形コイルユニット１１００を製作する一つの段階は、導線を六角形の導線帯状に巻くことである。導線帯状に巻く装置は、図１２に示されている。この装置は、プレート１２０５と１２０６のそれぞれに案内歯１２０９の二つの列を有するほかは、図８Ａに示された装置と同様である。プレート１２０５と１２０６は、取り外し可能な支え台１２０１により分離している。図１２に示された装置により導線帯を形成するために、導線１２０７は、最初に折曲点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，およびＦの回りに巻かれる。折曲点Ｂ，Ｃ，Ｅ，およびＦのそれぞれにおいて、導線１２０７は、一組の歯により所定の位置に保持される。
次に、導線は折曲点Ａ’の回りに巻かれ、この工程は、設計幅に達するまで、繰り返される。次に、取り外し可能な支え台１２０１は外されて、プレート１２０５と１２０６は導線帯から分離される。その後の段階において、導線帯は、図８Ｂに示された装置と同様の装置により最終形状のコイルユニットへ押し付けられる。
図１３Ａ（平面図）と１３Ｂ（側面図）は、本発明による、先端折り返し形六角形のコイルユニットを使用しているリニアモーターコイルを示している。コイルユニットは、ほぼ一様な厚さを有するコイルを形成するように、千鳥状に重なった配列で装着される。コイルユニットは、非磁性材、例えば、３００シリーズのステンレススチール（または、アルミニウム、セラミックなど）の容器内部に装着される。競走トラック形または先端折り返し形の六角形コイルユニットを製作するために、導線帯を設計する上で一つの問題は導線帯の幅である。
図１４は、この問題を例示したもので、本発明による導線帯の位置を示している。図１４において導線帯は幅Ｗを有する。コイルの傾斜した脚部１４０１と１４０２は、導電体密度を最大にするため、相互に密着して重ねられている。しかし、平行な脚部の部分において、二つの隣接する脚部の縁部間の距離は、Ｗ１である。傾斜した脚部と直線状脚部との間の角度がΦである場合、二つの隣接している平行な脚部の縁の間の距離Ｗ１は、ｃｏｓΦにより除算されたＷである：
Ｗ１＝Ｗ／ｃｏｓΦｃｏｓΦ
は１より小さいので、Ｗ１はＷより常に大きい。角Φが大きくなるに従って、距離Ｗ１は大きくなる。
隣接している脚部の縁の間の距離が、脚部の幅より大きいので、特別な技法が、均一なコイルの厚さが確実に得られるために使用されなければならない。一つの配列は、図１４に示された固く巻かれたコイルを使用することである。
図１４において、コイルユニットは、空間が導線の隣接している部分に残らないように、きっちりと巻かれている。直線状の脚部の幅と傾斜した脚部の幅は、どちらもＷに等しい。しかし、コイルユニットがコイルを形成するように組み立てられると、小さい空隙が隣接した真っ直ぐな脚部の間に現れる。この空隙の幅はＷ１−Ｗである。
他の配列は、図１５に部分的に示された、緩く巻かれたコイルユニットを使用することである。このタイプのコイルユニットの余分な幅Ｗ１−Ｗは、そのコイルユニット内の隣接導線の部分の間に分布している。図１５において、各傾斜した脚部は幅Ｗを有し、各真っ直ぐな脚部は幅Ｗ１を有する。傾斜した脚部の各導線部分は、他の導線に隣接してきっちりと収められる。直線状の脚部の部分では、各導線が相互に離れている。一つの導線部分と隣接導線部分との間の空隙の幅Ｗｇは、次式により表される：
Ｗｇ＝（Ｗ１−Ｗ）／（ｎ−１）
ここで、ｎは導線帯状に巻かれている導線の数である。実施態様においては、上述の巻き付け配列は、競走トラック形および先端折り返し形の六角形コイルユニットの両方に使用される。
図１１Ａ，１１Ｂ，１３Ａ，および１３Ｂに関し、モーターコイルの三つの実施例の関係寸法が、表３に示されている。図１３Ａに示されたモーターコイルは可動コイルであるが、表３の実施例３の可動磁石モーターの一つの実施例の寸法に示されているように、可動磁石モーターコイルは、さらにコイルユニットを組立体へ追加することにより製作される。例えば、実施例３の可動磁石モーターコイルの長さＤ１１１２は、実施例３の各列のコイルユニットが多数であるので、実施例１と２の可動コイルの長さより遥かに大きい。
【表３】
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本発明による他の実施例であるリニアモーターは、モーターコイルユニットを形成する可撓性回路を使用している。
図１６Ａは、六角形のコイルユニットを形成するコイル脚部の列を示している。分割空隙１６０２が、可撓性回路の導電体の層でエッチングされ、相互に絶縁されたコイルユニットの脚部１６０１を残している。絶縁空隙は、巻かれる代わりに、単一基板上へエッチングされるので、可撓性回路コイルは、図１４と１５に関連して上述したように、導線帯の幅に関連した困難な問題を避けている。
可撓性回路のシート上の導電層は、１ミリの数分の１の範囲の僅かな厚さを有する。従って、十分なローレンツ力を発生するために、通常は多数の層がモーターコイルに使用される。図１６Ｂは、コイル脚部の部分の層間の電気接続を図示している。コイル脚部の先端領域１６１１Ａにおいて、絶縁層は導電層を露出するようにエッチングされており、導電層が、相互接続（図１６Ｄの相互接続部１６５０など）により、外部給電ケーブルまたは隣接コイルユニットへ電気的に接続されている。コイルユニットの一端はいずれの側面においても絶縁されておらず、他端は片側において絶縁されている。
脚部１６１１の先端領域１６１１Ｂは、脚部１６２１の先端領域１６２１Ｂへ電気的に接続されており、この領域において、絶縁層が同様にエッチングされている。脚部１６２１の先端領域１６２１Ａは、脚部１６１２の先端領域１６１２Ａへ電気的に接続されている。他の脚部の先端領域は、同様に接続されている。
この構成により接続されたモーターコイルにおいて、電流は、螺旋状に一つの脚部から他の脚部へ矢印で示された方向へ流れる。電気的接続は、半田付け、または、導電性エポキシ樹脂または感圧テープなどの他の導電性接着部材により行われる。最後のコイルの脚部１６２３において、先端領域１６２３Ａは、他のコイルまたは給電ケーブルへ電気的に接続されている。
図１６Ｃは、電気的接続を行う領域を拡大して詳細に示したモーターコイルの断面図である。例えば、ポリイミドフィルムなどの絶縁層１６６１と、例えば、銅などの導電層１６７１は可撓性回路の第一シートを形成している。絶縁層１６６２と導電層１６７２は可撓性回路の第二シートを形成している。可撓性回路の他のシートの構造は同様である。特別の絶縁層１６６８は、底部に配置されて、最後の導電層と絶縁している。
導電層１６７１は、エッチングされて、例えば、図１６Ｂの脚部１６１１に似たコイル脚部の列を形成している。導電層１６７２はエッチングされて、例えば、図１６Ｂの脚部１６２１に似たコイル脚部の列を形成している。端部１６９９では、導線１６９３と１６９４の間において、導電層１６７２を露出するように絶縁層１６６２がエッチングされており、例えば、図１６Ｂの先端領域１６２１Ｂに似た脚部の先端領域を形成している。電気的接続は導電性材１６８１により行われる。端部１６９８では、導線１６９１と１６９２の間において、導電層１６７３を露出するように絶縁層１６６３がエッチングされている。導電層１６７２と１６７３の間の電気的接続は、導電性材１６８２により行われる。端部１６９８では、絶縁層１６６１は導電層１６７１を露出するようにエッチングされて、例えば、図１６Ｂの領域１６１１Ａに似ている領域１６７５を形成している。同じように露出した領域１６７４は、反対側の絶縁層１６６８においてエッチングされている。
図１６Ｄは、電気的接続が行われた後のモーターコイルのコアを示している。相互接続部１６５０などの一連の相互接続部は、一つのコイルユニットを同じ位相グループの他のコイルユニットへ電気的に接続している。
本発明によるモーターコイルのさらに他の構成として、図１７Ａにおいて示されたような二重菱形のモーターコイルユニットを使用している。コイルユニット１７００は、点Ｏにおいて互いに遮るように交差した二つの脚部Ｃ’ＥとＢＦを有する。この様にして、点Ｏは、脚部Ｃ’Ｅを二つの等しい長さの部分Ｃ’ＯとＥＯへ分割し、脚部ＢＦを二つの等しい長さの部分ＢＯとＦＯへ分割している。部分ＢＯとＥＯおよび脚部ＡＥとＡＢは、一つの菱形を形成しており、部分ＦＯとＣ’Ｏおよび脚部Ｄ’ＦとＣ’Ｄ’は、他の菱形を形成している。
二重菱形のコイルユニットを製作する一つの段階は、平行四辺形の導線帯を形成することである。ある実施態様において、平行四辺形の導線帯は、競走トラック形である。ある実施態様において、平行四辺形の導線帯は、先端折り返し形とされる。
図１７Ａには、競走トラック形の平行四辺形導線帯ＡＢＤＣが、一部が破線として示されている。二つの長い脚部ＡＣとＢＤの長さが、二つの短い脚部ＡＢとＣＤの長さの３倍となるように、平行四辺形の導線帯ＡＢＤＣが巻かれている。平行四辺形の導線帯ＡＢＤＣが、点ＥとＦにおいて二重菱形のコイルユニット１７００（すべて実線）に折られると、点ＣとＤは、それぞれ点Ｃ’とＤ’になり、脚部ＢＦとＥＣ’は点Ｏで交差する。ある実施態様において、競走トラック形の平行四辺形の導線帯は、上述のように図４Ａに示された装置と同様な装置により巻かれる。
図１７Ｂは、折り返された先端Ｂ１とＣ１を有する、先端折れ曲がり形の平行四辺形導線帯Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１（部分的に破線で）を示している。平行四辺形導線帯Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１が点Ｅ１とＦ１で二重菱形コイルユニット１７０２（すべて実線）に折られると、点Ｃ１とＤ１は、それぞれ点Ｃ１’ごとＤ１’になり、脚部Ｂ１Ｆ１とＥ１Ｃ１’は、点Ｏ１において交差する。ある実施態様において、図８Ａまたは図８Ｂに示された装置に似た装置が、先端折れ曲がりの平行四辺形導線帯を巻くために使用される。
導線帯の巻き付けに続いて、二重菱形コイルユニットを製作する段階は、所望の数の導線帯を重ねることである。図１８は、一緒に重ねられた五つの導線帯１８０１，１８２，１８０３，１８０４，および１８０５を示す。なお、競走トラック形と先端折り返し形の導線帯の重ねる工程とは同様であり、図１８は競走トラック形導線帯が示されているが、両方のタイプを示すためのものである。
導線帯１８０４は、導線帯１８０５の上に部分的に重ねられ、脚部の外縁１８０４Ｃと１８０４Ｄは、導線帯１８０５の対応する脚部の内縁１８０５Ｃと１８０５Ｄにぴったりと接触している。同様に、導線帯１８０３は、導線帯１８０４の上に部分的に重ねられ、脚部の外縁１８０３Ｃと１８０３Ｄは、対応する脚部の内縁１８０４Ｃと１８０４Ｄにぴったりと接触している。同じような形で、導線帯１８０２と１８０１が重ねられている。感圧テープまたは接着剤は、これら導線帯を一体に保持する。
モーターコイルを製作する他の段階は、重ねられた平行四辺形の導線帯をモーターコイルユニットに折り畳むことである。図１８において、二個所の折曲点ＥとＦが導線帯１８０１について選択されている。折曲点Ｅは、ＣＥの長さがＡＥの長さの二倍になるように選択されている。同様に、折曲点Ｆは、ＢＦの長さがＦＤの長さの二倍になるように選択されている。導線帯の形状と大きさは一様であるので、各折曲点は真っ直ぐな線を形成している。
図１９は、折り畳み工程後の、導線帯で形成された二重菱形のコイルユニットの列１９００を示している。先端が折れ曲がった導線帯によるリニアモーターコイルユニットの列は、似通っている。ある実施態様では、これらのコイルユニットの列は、こけら板状に重ねられて、長いコイルを形成している。 本発明により、可撓性回路の二重菱形コイルユニットを、両面で絶縁されたコイル線により製作することも可能である。 実施態様においては、上述した形状のモーターコイルユニットの列はモーターコイルの単一列構造において使用されている。
他の実施態様として、上述の形状のモーターコイルの列を、多数列のモーターコイル構造の中で使用してもよい。
図２０Ａは、本発明による可動磁石型のリニアモーターに設けられる磁気トラック２０００を示している。磁気トラック２０００は、レール２００５と、ネジ２００１によりＵ字形を形成するようにレール２００５へ取り付けられた二つのサイドレール２００６とから成っている。磁石２００３と短い磁石２００４が、サイドレール２００６へ取り付けられて、数組の磁石を形成している。各組の磁石は互いに空隙を挟んで向かい合っている。 レール２００５は、３０４ステンレススチール、アルミニウム、またはセラミックなどの非磁性材である。サイドレール２００６は、１６，０００ガウス以上に等しい飽和磁束密度を有する磁性材（例えば、スチール）である。磁石２００３と短い磁石２００４は、例えば、１３，５００ガウス以上の永久磁石磁束密度を有する高品質のＮｄＦｅＢ永久磁石材料である。磁石の磁束密度が高ければ、高いモーター定数が得られる。磁石は、腐食防止のため塗装されている。
図２０Ｂは、図２０Ａに示された磁気トラックの磁束路の配置を示している。磁石の極性を適切に配置することにより、磁気トラック横切る磁束は、閉じたループを形成する。
図２１は、本発明による可動コイルモーターの磁気トラック２１００を示す。磁気トラック２１００は、レール２１０５と、ネジ２１０１によりＵ字形を形成するようにレール２１０５へ取り付けられた二つのサイドレール２１０６とから成っている。磁石２１０３と短い磁石２１０４は、サイドレール２１０６へ取り付けられて、数組の磁石を形成している。図示されているように、磁気トラック２１００は、図２０Ａの磁気トラック２０００と同じ材料で製作されている。上述のように、可動コイルモーターの磁気トラック２１００は可動磁石モーターの磁気トラック２０００より長い。
本発明を数例の実施態様により説明したが、これらの実施態様は例にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。多くの変形が発明の精神から逸脱することなく行うことが出来るであろう。
例えば、説明した実施態様のコイルユニットが一層の導線から成っているが、他の実施態様として、コイルユニットが二層以上の導線から成っていてもよい。また、実施態様において、二層の導線を有するコイルユニットを、単一層のコイルユニットを他の単一層のコイルユニットの上に重ねることにより形成してもよい。これらおよび他の変形は本発明の範囲内に含まれるが、これは以降の請求の範囲により最も適切に定義されるものである。
また、２次元に磁石を配置した磁石ユニットと、２次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力によりステージを駆動する平面モータのコイルユニットにも適用させることができる。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージの移動面側に設ければよい。このような平面モータは、例えば、米国特許第４，６５４，５７１号に開示されており、必要に応じてその公報に開示された構成を適宜変更のうえ、本発明のコイルを適用させることができる。
また、本発明のコイルユニットは、例えば、米国特許第４，４６０，８５５号に開示されているようなシャフト状のリニアモータにも適用させることができる。この場合においても、必要に応じてその公報に開示された構成を適宜変更のうえ、モータの電機子ユニットに本発明のコイルを適用させることができる。
図２２は、本発明に係る可動磁石型のリニアモータを備えた半導体製造用の投影露光装置１００の構成を示す概略図である。投影露光装置１００は、基盤を構成する防振台１０３と、防振台１０３上に配置されたステージ装置１０２と、光源１０８と、照明光学系１０９と、レチクルステージ１１０と、投影レンズ系１１１と、干渉計１１２とを備えている。ステージ装置１０２は、リニアモータ１０４と、感光基板であるウエハ（基板）Ｗが載置される載置台としてのテーブル１０７（基板ステージ）とを備えている。そして、ステージ制御部１１４がリニアモータ１０４を制御することにより、エアベアリング等のガイド機構（図示せず）にガイドされたテーブル１０７が所定位置に移動するように構成されている。照明光学系１０９は、フライアイレンズ、コンデンサレンズ等のレンズ系により構成されており、二次光源として機能する。
このような投影露光装置１００において、ウエハＷ面上の所望の露光領域に光源１０８を発した光が、照明光学系１０９、レチクルステージ１１０に載置されたレチクル（マスク）及び投影レンズ系１１１を介してウエハＷ上に結像し、これによりウエハＷ上に所定のマスクパターンが形成される。
干渉計１１２は、テーブル１０７上に設けられた移動鏡１１３からの反射光に基づいてテーブル１０７の位置を計測し、その結果をステージ制御部１１４に出力する。ステージ制御部１１４は、露光領域の投影露光終了後、投影レンズ系１１１の投影視野内の所定位置に次の露光領域が位置決めされるように、干渉計１１２からの出力に基づいてリニアモータ１０４を駆動し、テーブル１０７を移動させる。
なお、本実施例における露光装置としては、マスク（レチクル）と基板（ウエハ）とを同期移動してマスクのパターンを露光する走査型の露光装置（例えば、米国特許第５，４７３，４１０に開示）に適用することができる。この場合、マスクを移動させるマスクステージの駆動源として、図２２のようなリニアモータを用いてもよい。また、走査型の露光装置の他に、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置にも適用することができる。
また、本実施例の露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密着させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置にも適用することができる。
また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定させることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当である。
本実施例の露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。
さらに、電子線を用いる露光装置である場合、マスクを用いる方式と、マスクを用いない直接描画方式の双方に適用可能である。
なお、露光装置の投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
また、投影光学系（放射線を照射する照射光学系を含む）としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
基板ステージ（ステージ装置）やマスク（ステージの駆動源としてリニアモータを用いる際に、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。 基板（ウエハ）ステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報（米国特許第５，５２８，１１８）に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
本願の実施例の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度に保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後は、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、格サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施例の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
図１Ａは、従来のリニアモーターの平面図である。
図１Ｂは、線ＩＩ−ＩＩにからみた、図１Ａの従来のリニアモーターの断面図である。
図２は、不効率に使用された断面積を示す従来のモーターコイルユニットの断面図である。
図３Ａは、本発明による、競走トラック形菱形のコイルユニットの平面図である。
図３Ｂは、本発明による、図３Ａの競走トラック形コイルユニットの先端領域の断面図である。
図４Ａは、本発明による、競走トラック形導線帯を巻く装置の見取り図である。
図４Ｂは、本発明による、導線帯を最終形状のコイルユニットに押し付ける装置の部分の見取り図である。
図４Ｃは、本発明による、競走トラック形のコイルユニットの見取り図である。
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明による、固定された磁気トラックモーターに適した、競走トラック形菱形状のリニアモーターコイルユニットのそれぞれ平面図と端面図である。
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明による、先端折り返し形菱形状のコイルユニットのそれぞれ平面図と端面図である。
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明による、先端折り返し形菱形状のコイルユニットを使用している固定型磁気トラックモーターに適したモーターコイルのそれぞれ平面図と端面図である。
図８Ａは、本発明による、先端折り返し形菱形状の導線帯を巻く装置の見取り図である。
図８Ｂは、本発明による、先端折り返し形菱形状の導線帯を巻く他の装置の見取り図である。
図８Ｃおよび図８Ｄは、本発明による、先端折り返し形導線帯を最終形状のモーターコイルユニットに押し付ける装置のそれぞれ見取り図と側面図である。
図９Ａは、本発明による、可撓性回路を使用している菱形状のコイルユニットの分解平面図である。
図９Ｂは、本発明による、可撓性回路の菱形状のコイルユニットを使用しているリニアモーターモーターコイルの平面図である。
図９Ｃ、９Ｄ、９Ｅは、本発明による、菱形状のコイルユニットを使用しているリニアモーターの部分を説明する平面図で、磁気ピッチに対するコイルユニットの幅を示している。
図１０Ａは、本発明による、六角形コイルユニットの平面図である。
図１０Ｂおよび１０Ｃは、本発明による、六角形コイルユニットを使用しているリニアモーターの部分を説明する平面図で、磁気ピッチに対するコイルユニットの幅を示している。
図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、本発明による、先端折り返し形六角形のコイルユニットのそれぞれ平面図、断面図、および見取り図である。
図１２は、本発明による、先端折り返し形六角形の導線帯を巻く装置の見取り図である。
図１３Ａおよび図１３Ｂは、本発明による、先端折り返し形六角形のコイルユニットを使用している可撓性コイルリニアモーターに適しているリニアモーターコイルのそれぞれ見取り図と端面図である。
図１４は、本発明による、固く巻かれた先端折り返し形六角形のコイルユニットを使用しているリニアモーターコイル部分の部分平面図である。
図１５は、本発明による、緩く巻かれた先端折り返し形六角形のコイルユニットを使用しているリニアモーターコイルの部分平面図である。
図１６Ａは、六角形の可撓性回路のコイルユニットを製作するのに適した、可撓性回路シート上に形成された導電性脚部の列を説明する平面図である。
図１６Ｂは、コイル脚部の間の間隔関係と電気接続を示している、一連の六角形コイルユニットの脚部の見取り図である。
図１６Ｃは、コイルコアの構造と電気接続を示している、可撓性回路で製作されたリニアモーターコイルコアの断面図である。
図１６Ｄは、異なるコイルユニットの間の電気接続を示している、コイルユニットの数個の層から成る可撓性回路で製作されたリニアモーターコイルを説明する平面図である。
図１７Ａは、本発明による、平行四辺形の導線帯の折り曲げによる、競走トラック形二重菱形状のコイルユニットの形成を示している説明図である。
図１７Ｂは、本発明による、平行四辺形の導線帯の折り曲げによる、先端折れ曲がり形二重菱状のコイルユニットの形成を示している説明図である。
図１８は、本発明による、競走トラック形二重菱形状のコイルユニットの列を形成する折り曲げ前の、重ねられた平行四辺形の導線帯の平面図である。
図１９は、本発明による、図１８の重ねられた平行四辺形導線帯の列を折り曲げることにより形成された二重菱形状コイルユニットの列の平面図である。
図２０Ａは、本発明による可動磁気トラックの見取り図である。
図２０Ｂは、本発明による、磁束路を示している、図２０Ａの磁気トラックの平面図である。
図２１は、本発明による、可動コイルリニアモーターに適している固定磁気トラックの見取り図である。
図２２は、本発明に係る可動磁石型のリニアモーターを備えた半導体製造用の投影露光装置の構成を示す概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
0004362975.tif 000031
【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
0004362975.tif 000033
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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