JP2001238485A - ステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】位置決め対象物やステージの重心位置が変位す
ることに起因するヨーイング方向の偏向を防止し、位置
決め対象物を目標位置に正確に移動させる。 【解決手段】ウエハステージ４がＹ方向の移動範囲の中
央に位置していない状態では、一対のリニアモータ５
ａ，５ｂからＹ方向ステージ３に供給する推力Ｆａ，Ｆ
ｂに差異を与え、推力Ｆａ，ＦｂによるＹ方向ステージ
３の重心周りのモーメントＭａ，Ｍｂが互いに打ち消し
合う大きさになるようにしてＹ方向ステージ３をＸ方向
に移動させる。推力Ｆａ，Ｆｂによって生じる重心周り
のモーメントＭａ，Ｍｂは互いに打ち消し合い、推力Ｆ
ａ，ＦｂがＹ方向ステージ３の回転力として作用するこ
とがなく、Ｙ方向ステージ３はヨーイング方向に偏向す
ることがない。

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、半導体素子等の
製造時のリソグラフィ工程に使用される露光装置、ワー
クに対する機械加工に使用される工作機械、及び、測定
対象物の形状を測定する測定器等の精密機器に用いら
れ、ワーク等の位置決め対象物を目標位置に移動させる
ステージ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】位置決め対象物を目標位置に移動させる
装置として、例えば、半導体素子、液晶表示素子又は薄
膜磁気ヘッド等の製造時においてマスクパターンをウエ
ハ等の基板上に転写するリソグラフィ工程に使用される
露光装置では、位置決め対象物であるウエハを所定の露
光位置に正確に位置させる必要があり、ウエハを搭載し
たウエハステージ、及び、ウエハステージに対して互い
に直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）のそれぞれの推
力を供給する移動機構を含むステージ装置を備えてい
る。

【０００３】このように、位置決め対象物を目標位置に
正確に位置させる必要がある精密機器では、移動機構に
おいて生じた推力をバックラッシュを生じることなく高
精度で位置決め対象物に供給しなければならず、また、
位置決め対象物の移動時における振動等の発生を防止す
る必要もある。

【０００４】そこで、従来の精密機器のステージ装置を
構成する移動機構としては一般に、固定子に対して可動
子が非接触状態で直線移動するリニアモータが用いられ
ている。

【０００５】例えば、特開平１１−１６８０６４号公報
に開示された構成では、ベース上に防振台等を介して定
盤を支持し、Ｙガイドバー及びＹガイドバー搬送体を備
えたＸステージを定盤上においてＸガイドバーに沿って
移動自在に設け、このＸステージをＸ軸リニアモータを
介してＸ方向に駆動するとともに、Ｘ軸リニアモータの
固定子を定盤上に直動ガイドを介してＸ方向に移動でき
るように支持し、ベースに固定された制動フレームに取
り付けられたＸ制動部材によって、固定子に対してＸス
テージを駆動する際の反力を打ち消すような制動力を与
えるようにしている。

【０００６】また、第１のＹガイドバー搬送体の底面及
び外側面にはそれぞれベアリングを構成する空気噴出部
が設けられている。さらに、これらの空気噴出部の近傍
には、磁石又は真空ポケット等の予圧機構が組み込まれ
ており、第１のＹガイドバー搬送体は、定盤の表面及び
Ｘガイドバーの側面にそれぞれ一定の間隔を保ちつつ、
Ｚ方向及びＹ方向に拘束されてＸ方向に移動できる。同
様に、第２のＹガイドバー搬送体の底面にもエアベアリ
ングを構成する空気噴出部及び磁石又は真空ポケット等
の予圧機構が組み込まれており、Ｙガイドバー搬送体も
定盤の上面に一定の間隔を保ちつつ拘束されてＸ方向に
移動できる。

【０００７】この構成により、可動部の移動時にモーメ
ントや変形力等の発生を防止し、振動を抑制することが
できるとされている。

【０００８】また、特開平８−６３２３１号公報に開示
された構成では、整流リニアモータを用いた可動ステー
ジ装置であって、リニアモータは、ガイドレスステージ
を１方の直線運動方向に移動させ、ある平面において微
動のヨー回転を行わせるようにし、単一のボイスコイル
モータを保持するキャリア／従動子を、直線運動方向に
動くステージを概ね追従するように制御するとともに、
ボイスコイルモータは、ある平面において電磁力を与え
て直線運動方向に直交する方向にステージを微動させて
適正なアライメントを得るようにし、さらに、整流リニ
アモータの一方の要素（コイル又は磁石）を、平面上を
自在に動くことのできる駆動フレームの上に設け、駆動
フレームを反力によって駆動し、装置の重心位置を維持
するようにした構成が開示されている。この構成では、
１つのリニアモータを使用する場合には、２つのボイス
コイルモータを用いてヨー回転が補正される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ステージ装置では、位置決め対象物を互いに直交する２
方向について、位置決め対象物をいずれか一方向に移動
させた後に残る他方向に移動させる際に、位置決め対象
物が駆動機構の駆動中心（駆動機構を他方向に平行な一
対のリニアモータによって構成する場合にはリニアモー
タ間の中央の位置）に位置していない場合がある。ま
た、位置決め対象物の形状により、移動方向である２方
向のそれぞれに直交する方向における位置決め対象物の
重心位置が駆動機構の駆動中心に位置していない場合が
ある。このような状態で位置決め対象物を移動させる
と、位置決め対象物がヨーイング方向又はピッチング方
向に偏向し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動さ
せることができなくなる問題がある。

【００１０】この発明の目的は、位置決め対象物の移動
時に、位置決め対象物やステージの重心位置が変位する
ことに起因するヨーイング方向又はピッチング方向の偏
向を防止し、位置決め対象物を目標位置に正確に移動さ
せることができるステージ装置を提供すること、及び、
ステージの移動による支持体の振動を抑制し、位置決め
対象物を目標位置に正確に移動させることができるステ
ージ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するための手段として、以下の構成を備えてい
る。

【００１２】(1) ステージの移動方向に平行な一対のリ
ニアモータが発生する推力によってステージを支持体上
に移動させるステージ装置において、一対のリニアモー
タのそれぞれから供給される推力によってステージに作
用する重心周りのモーメントが釣り合う状態でステージ
を移動させる制御部を設けたことを特徴とする。

【００１３】この構成においては、ステージの移動時に
ステージの重心周りのモーメントが釣り合った状態にさ
れる。したがって、ステージの移動方向がヨーイング方
向に偏向することがない。

【００１４】(2) 前記制御部は、移動方向に直交する方
向におけるステージの重心位置に応じて、一対のリニア
モータのそれぞれが発生する推力を相対的に変化させる
ことを特徴とする。

【００１５】この構成においては、移動方向に直交する
方向におけるステージの重心位置に応じてステージの移
動時にステージの重心周りのモーメントが釣り合うよう
に一対のリニアモータのそれぞれの推力が決定される。
したがって、移動方向に直交する方向におけるステージ
の重心位置にかかわらず、一対のリニアモータのそれぞ
れの推力によってステージに作用する重心周りのモーメ
ントが釣り合い、ステージの移動方向がヨーイング方向
に偏向することがない。

【００１６】(3) 前記制御部は、ステージの重心位置を
移動方向に直交する方向の中心位置に一致させた後に、
ステージを移動させることを特徴とする。

【００１７】この構成においては、ステージの重心位置
が移動方向に直交する方向の中心に位置する状態でステ
ージが移動する。したがって、一対のリニアモータのそ
れぞれの推力を互いに同一に維持しておくことにより、
常に、一対のリニアモータのそれぞれの推力によってス
テージに作用する重心周りのモーメントが釣り合い、ス
テージの移動方向がヨーイング方向に偏向することがな
い。

【００１８】(4) 前記制御部が、ステージの移動に必要
な推力をＦとし、ステージの重心位置から一対のリニア
モータのそれぞれの推力が作用する位置までの距離をＬ
ａ及びＬｂとして、 Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ） Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ） により、距離Ｌａ側のリニアモータが発生すべき推力Ｆ
ａ及び距離Ｌａ側のリニアモータが発生すべき推力Ｆｂ
を算出することを特徴とする。

【００１９】この構成においては、ステージの重心位置
から一対のリニアモータのそれぞれの推力が作用する位
置までの距離Ｌａ及びＬｂに基づいて、ステージを移動
させるために必要な各リニアモータの推力Ｆａ及びＦｂ
が算出される。したがって、各リニアモータの推力とス
テージにおける重心位置から推力の作用点までの距離と
の積として求められる重心周りのモーメントが釣り合う
状態で、ステージの移動に必要な推力が一対のリニアモ
ータに分配される。

【００２０】(5) 前記ステージは、位置決め対象物を互
いに直交する２方向のいずれか一方向に移動自在に載置
して残る他方向に移動するステージであり、ステージに
おける位置決め対象物の位置を検出する位置検出センサ
を設け、前記制御部は、位置検出センサの検出結果に基
づいてステージに他方向の推力を供給する一対のリニア
モータのそれぞれに供給すべき電流値を算出することを
特徴とする。

【００２１】この構成においては、ステージの移動方向
に直交する方向における位置決め対象物の位置の検出結
果に基づいて、ステージに推力を供給する一対のリニア
モータに対する電流値が算出される。したがって、位置
決め対象物の位置によって決定されるステージの重心位
置に基づいて算出された電流値に応じた推力が一対のリ
ニアモータのそれぞれからステージに供給され、ステー
ジは重心周りのモーメントが釣り合った状態で移動す
る。

【００２２】(6) 前記位置決め対象物の重心位置、ステ
ージの重心位置、位置決め対象物に対する移動力の作用
点、及び、ステージに対する推力の作用点が、位置決め
対象物の移動方向及びステージの移動方向に直交する方
向における同一平面内に存在することを特徴とする。

【００２３】この構成においては、位置決め対象物の移
動方向及びステージの移動方向に直交する方向における
同一平面内に、位置決め対象物の重心位置及び移動力の
作用点、並びに、ステージの重心位置及び推力の作用点
が位置する。したがって、位置決め対象物に供給される
移動力、及び、ステージに供給される推力によって位置
決め対象物にピッチング方向のモーメントが生じること
がない。

【００２４】(7) 前記ステージに推力を供給する一対の
リニアモータは、ステージに固定された可動子と、支持
体においてステージの移動方向に移動自在に取り付けら
れた固定子と、を含むことを特徴とする。

【００２５】この構成においては、ステージに推力を供
給するリニアモータの固定子が、ステージの移動方向に
移動自在にして支持体に取り付けられる。したがって、
ステージの移動時にリニアモータの固定子に作用する反
力が支持体に作用することがなく、支持体に振動を生じ
ることがない。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の実施形態に係
るステージ装置の構成を示す外観図である。ステージ装
置１０は、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッ
ド等の製造時においてマスクパターンをウエハ等の基板
上に転写するリソグラフィ工程に使用される露光装置に
適用され、ウエハを互いに直交するＸ方向及びＹ方向に
おいて所定範囲内の任意の目標位置に移動させる。この
ステージ装置１０は、除振台１の上面に構成されるＸ方
向ステージ２、Ｘ方向ステージ２上をＸ方向に移動自在
にされたＹ方向ステージ３、及び、Ｙ方向ステージ３上
をＸ方向に直交するＹ方向に移動自在にされたウエハス
テージ４によって構成されている。

【００２７】除振台１は、図示しないベース上に設置さ
れ、外部の振動をＸ方向ステージ２に伝達しないための
除振構造を備えている。Ｘ方向ステージ２は、Ｘ方向に
平行な一対のリニアモータ５ａ，５ｂによって構成され
ている。より詳細には、Ｘ方向ステージ２は、ガイド部
材６ａ，６ｂを介して除振台１の上面にＸ方向に移動自
在にして取り付けられたリニアモータ５ａ，５ｂの固定
子５１ａ，５１ｂによって構成されている。Ｙ方向ステ
ージ３は、Ｘ方向に直交するＹ方向に平行な一対のリニ
アモータ７ａ，７ｂを備えている。より詳細には、Ｙ方
向ステージ３は、一対のリニアモータ７ａ，７ｂの固定
子７１ａ，７１ｂ、及び、一対のリニアモータ５ａ，５
ｂの可動子５２ａ，５２ｂによって構成されている。即
ち、Ｙ方向ステージ３は、所定の間隔を設けて互いに平
行に配置された一対のリニアモータ７ａ，７ｂの固定子
７１ａ，７１ｂのＹ方向の両端に、一対のリニアモータ
５ａ，５ｂの可動子５２ａ，５２ｂを固定したものであ
る。ウエハステージ４は、Ｘ方向の両端に一対のリニア
モータ７ａ，７ｂの可動子７２ａ，７２ｂを固定し、上
面にウエハが搭載される。

【００２８】この構成により、Ｙ方向ステージ３は、一
対のリニアモータ５ａ，５ｂから供給される推力によっ
てＸ方向ステージ２上をＸ方向に移動する。また、ウエ
ハステージ４は、一対のリニアモータ７ａ，７ｂから供
給される推力によってＹ方向ステージ３上をＹ方向に移
動する。Ｙ方向ステージ３におけるウエハステージ４の
Ｙ方向の位置が変化すると、Ｙ方向ステージ３における
Ｙ方向の重量配分が変化し、Ｙ方向ステージ３の重心位
置がＹ方向に変位する。

【００２９】なお、上記のように構成したステージ装置
１０において、本来はウエハステージ４上に搭載される
ウエハが位置決め対象物であるが、ウエハはウエハステ
ージ４上の位置を固定して載置されるため、Ｘ−Ｙ平面
におけるウエハの位置はウエハステージ４とともに変位
する。したがって、ウエハステージ４がこの発明の位置
決め対象物に相当し、Ｙ方向ステージ３が同じくステー
ジに相当する。

【００３０】図２は、上記ステージ装置の構造を示す断
面図である。図２に示すように、ステージ装置１０で
は、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向において、Ｙ方
向ステージ３の重心位置Ｇ３とウエハステージ４の重心
位置Ｇ４とは、同一位置にある。また、Ｚ方向におい
て、リニアモータ５ａ，５ｂにおける固定子５１ａ，５
１ｂの中心位置と可動子５２ａ，５２ｂの中心位置とは
一致しており、リニアモータ７ａ，７ｂにおける固定子
７１ａ，７１ｂの中心位置と可動子７２ａ，７２ｂの中
心位置とは一致している。この構成において、リニアモ
ータ５ａ，５ｂにおける固定子５１ａ，５１ｂと可動子
５２ａ，５２ｂとの対向位置がＹ方向ステージ３の推力
の作用点であり、リニアモータ７ａ，７ｂにおける固定
子７１ａ，７１ｂと可動子７２ａ，７２ｂとの対向位置
がウエハステージ４の移動力の作用点である。

【００３１】したがって、Ｚ方向において、Ｙ方向ステ
ージ３におけるリニアモータ５ａ，５ｂからの推力の作
用点、及び、ウエハステージ４におけるリニアモータ７
ａ，７ｂからの推力の作用点は、同一位置にある。

【００３２】このように構成されていることから、Ｙ方
向ステージ３がＸ方向ステージ２上をＸ方向に移動する
際、及び、ウエハステージ４がＹ方向ステージ３上をＹ
方向に移動する際に、Ｙ方向ステージ３及びウエハステ
ージ４にピッチング方向のモーメントが作用することが
ない。

【００３３】図３は、上記ステージ装置の制御部の構成
を示すブロック図である。上記ステージ装置１０の制御
部２０は、マイクロコンピュータによって構成された制
御回路２１に、変位検出センサ２２及びリニアモータ駆
動回路２３〜２６を接続して構成されている。変位検出
センサ２２は、レーザ干渉計等によって構成されてお
り、Ｙ方向ステージ３におけるウエハステージ４のＹ方
向の位置、及び、移動速度を検出する。リニアモータ駆
動回路２３〜２６のそれぞれには、リニアモータ５ａ，
５ｂ，７ａ，７ｂのそれぞれが接続されている。また、
制御回路２１には、図外の入力回路を介して目標位置デ
ータが入力される。この目標位置データは、ステージ装
置１０のＸ−Ｙ平面においてウエハステージ４に載置さ
れたウエハを位置させるべき場所を特定するデータであ
る。

【００３４】制御回路２１は、変位検出センサ２２の検
出データに基づいてリニアモータ駆動回路２３〜２６に
駆動データを出力することにより、リニアモータ５ａ，
５ｂの可動子５２ａ，５２ｂを備えたＹ方向ステージ
３、及び、リニアモータ７ａ，７ｂの可動子７２ａ，７
２ｂを備えたウエハステージ４の移動動作をフィードバ
ック制御し、ウエハステージ４に載置されたウエハを目
標位置に位置させる。リニアモータ駆動回路２３〜２６
は、制御回路２１から出力された駆動データに応じた電
流をリニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂの固定子５１
ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂに供給する。なお、可動子
５２ａ，５２ｂ，７２ａ，７２ｂに電流を供給する場合
もある。

【００３５】なお、変位検出センサ２２は、少なくとも
ウエハステージ４の位置を検出することができるセンサ
であればよい。

【００３６】図４は、上記ステージ装置の制御部におけ
る処理手順の一部を示すフローチャートである。ステー
ジ装置１０の制御部２０を構成する制御回路２１は、目
標位置データが入力されると、ステージ装置１０のＸ−
Ｙ平面におけるウエハの現在位置と目標位置との差を算
出し、この差に基づいてリニアモータ駆動回路２３〜２
６を介してリニアモータ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂを駆動
する。この時、リニアモータ５ａ，５ｂを駆動してＹ方
向ステージ３をＸ方向に移動させる場合には、制御回路
２１は、ウエハステージ４がＹ方向ステージ３内のＹ方
向の移動範囲においてＹ方向ステージ３の重心をリニア
モータ５ａ，５ｂの間の中央に位置させる位置にあるか
否かを判別する（１０１）。

【００３７】なお、上記ステージ装置１０では、Ｙ方向
ステージ３及びウエハステージ４がＹ方向について左右
対称に構成されているとともに、Ｙ方向ステージ３にお
けるＹ方向の両端にリニアモータ５ａ，５ｂの可動子５
２ａ，５２ｂが取り付けられていることから、ウエハス
テージ４における中央部にウエハが載置されている限
り、ウエハステージ４がＹ方向の移動範囲における中央
部に位置している状態でＹ方向ステージ３の重心がリニ
アモータ５ａ，５ｂの間の中央に位置する。

【００３８】ウエハステージ４がＹ方向の移動範囲にお
ける中央部に位置している場合には、制御回路２１は、
Ｘ方向についてのウエハステージ４の現在位置と目標位
置との差に基づいて、リニアモータ駆動回路２３，２４
を介してリニアモータ５ａ，５ｂを同一の状態で駆動し
（１０２）、Ｙ方向ステージ３の両端に同一の推力を作
用させ、ウエハステージ４をＹ方向ステージ３とともに
目標位置まで移動させる（１０３）。

【００３９】ウエハステージ４がＹ方向の移動範囲にお
ける中央部に位置していない場合には、制御回路２１
は、Ｙ方向ステージ３の移動前にウエハステージ４をＹ
方向の移動範囲の中央に移動させる処理が許可されてい
るか否かの判別を行い（１０４）、ウエハステージ４を
Ｙ方向の移動範囲の中央に移動させた後にＹ方向ステー
ジ３を移動させる処理が予め許可されている場合には、
Ｙ方向についてのウエハステージ４の現在位置とＹ方向
の移動範囲の中央位置との差に基づいて、リニアモータ
駆動回路２５，２６を介してリニアモータ７ａ，７ｂを
駆動し、ウエハステージ４をＹ方向の移動範囲の中央に
移動させた後（１０５）、Ｙ方向ステージ３をＸ方向に
移動させる（１０５→１０２，１０３）。

【００４０】ウエハステージ４をＹ方向の移動範囲の中
央に移動させた後にＹ方向ステージ３を移動させる処理
が予め許可されていない場合には、制御回路２１は、Ｙ
方向についてのウエハステージ４の現在位置に基づいて
Ｙ方向ステージ３の重心位置を算出し（１０６）、この
算出結果に基づいて重心周りのモーメントを作用させる
ことなくＹ方向ステージ３を移動させるためのリニアモ
ータ５ａ，５ｂのそれぞれに発生させるべき推力を求め
（１０７）、さらに、この推力を実現する電流をリニア
モータ５ａ，５ｂに供給してＹ方向ステージ３を移動さ
せる（１０８，１０９）。

【００４１】上記の１０１〜１０５の処理により、ステ
ージ装置１０の制御部２０は、Ｙ方向ステージ３の移動
方向（Ｘ方向）に直交するＹ方向の重心位置に影響を与
えるウエハステージ４が、Ｙ方向の移動範囲の中央に位
置している状態でＹ方向ステージ３をＸ方向に移動させ
る。これによって、Ｙ方向ステージ３のＹ方向の重心が
Ｙ方向ステージ３にＸ方向の推力を与える一対のリニア
モータ５ａ，５ｂの間隔における中央部に位置する状態
で、リニアモータ５ａ，５ｂのそれぞれから同一の大き
さの推力Ｆａ，ＦｂがＹ方向ステージ３に供給される。
このため、Ｙ方向ステージ３の重心周りには、リニアモ
ータ５ａ，５ｂから供給される推力Ｆａ，Ｆｂのぞれぞ
れにＹ方向ステージ３の重心からリニアモータ５ａ，５
ｂまでの距離Ｌａ，Ｌｂのそれぞれを乗算したモーメン
トＭａ，Ｍｂが作用する。

【００４２】ここで、推力Ｆａ，Ｆｂは互いに同一であ
り、距離Ｌａ，Ｌｂも互いに同一であることから、モー
メントＭａ，Ｍｂの大きさも互いに同一である。また、
Ｙ方向ステージ３の重心に対してリニアモータ５ａ，５
ｂは互いに反対側に位置していることから、Ｙ方向ステ
ージ３の重心周りについてモーメントＭａ，Ｍｂは互い
に反対方向に作用する。したがって、モーメントＭａ，
Ｍｂは互いに打ち消し合い、推力Ｆａ，ＦｂがＹ方向ス
テージ３の回転力として作用することがなく、Ｙ方向ス
テージ３はヨーイング方向に偏向することがない。

【００４３】また、上記の１０６〜１０９の処理によ
り、ステージ装置１０の制御部２０は、ウエハステージ
４がＹ方向の移動範囲の中央に位置していない状態で、
Ｙ方向ステージ３をＸ方向に移動させる場合には、一対
のリニアモータ５ａ，５ｂからＹ方向ステージ３に供給
する推力Ｆａ，Ｆｂの間に差異を与え、推力Ｆａ，Ｆｂ
によるＹ方向ステージ３の重心周りのモーメントＭａ，
Ｍｂが互いに打ち消し合う大きさになるようにしてＹ方
向ステージ３をＸ方向に移動させる。即ち、制御部２０
は、変位検出センサ２２によるウエハステージ４のＹ方
向の移動範囲における位置の検出結果に基づいてＹ方向
ステージ３のＹ方向の重心位置を求め、得られた重心位
置からリニアモータ５ａ，５ｂまでの距離Ｌａ，Ｌｂを
用いて、 Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ） ・・・式１ Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ） ・・・式２ により算出した推力Ｆａ，Ｆｂを発生するように、リニ
アモータ５ａ，５ｂを駆動してＹ方向ステージ３をＸ方
向に移動させる。なお、式１，２において、ＦはＹ方向
ステージ３を目標位置まで移動させるために必要な推力
であり、推力Ｆａ，Ｆｂの合力である。

【００４４】これによって、Ｙ方向ステージ３に供給さ
れる推力Ｆａ，Ｆｂによって、Ｙ方向ステージ３の重心
周りに生じるモーメントＭａ，Ｍｂの大きさが互いに同
一になる。したがって、モーメントＭａ，Ｍｂは互いに
打ち消し合い、推力Ｆａ，ＦｂがＹ方向ステージ３の回
転力として作用することがなく、Ｙ方向ステージ３はヨ
ーイング方向に偏向することがない。

【００４５】図５は、上記ステージ装置全体の重心位置
のＹ方向ステージの移動前後における状態を示す図であ
る。リニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂ
は、Ｙ方向ステージ３の移動時にＹ方向ステージ３に取
り付けられている可動子５２ａ，５２ｂから反力Ｒａ，
Ｒｂを受ける。この反力Ｒａ，Ｒｂは、Ｙ方向ステージ
３の移動時における摩擦抵抗を無視した場合、 Ｒａ＝−Ｆａ Ｒｂ＝−Ｆｂ である。

【００４６】ステージ装置１０では、図１に示したよう
に、Ｙ方向ステージ３に推力を供給するリニアモータ５
ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１ｂを、除振台１の上面に
おいてガイド部材６ａ，６ｂによってＹ方向ステージ３
の移動方向と同一方向に移動自在に支持している。した
がって、リニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５１
ｂに反力Ｒａ，Ｒｂが作用した場合に、除振台１上を固
定子５１ａ，５１ｂがＹ方向ステージ３と反対側に移動
し、除振台１に振動を生じないようにしている。

【００４７】このように、ステージ装置１では、Ｙ方向
ステージ３の移動による反力によって除振台１上を固定
子５１ａ，５１ｂが移動するようにしているため、上記
１０６〜１０８の処理によりリニアモータ５ａ，５ｂの
固定子５１ａ，５１ｂに異なる大きさの反力が作用した
場合には、リニアモータ５ａ，５ｂの固定子５１ａ，５
１ｂの重心位置が変動することにより、Ｙ方向ステージ
３の移動前後において、ステージ装置１０全体の重心位
置が変位し、ステージ装置１０に振動を生じる可能性を
考慮する必要がある。

【００４８】Ｙ方向ステージ３の重心位置がリニアモー
タ５ａ，５ｂの間隔の中央位置に一致していない場合に
は、制御部２０はリニアモータ５ａ，５ｂに上記式１，
２によって算出した推力Ｆａ，Ｆｂを発生させ、図５
（Ａ）に示すように、Ｙ方向ステージ３の重心位置Ｇｓ
からリニアモータ５ａ，５ｂまでの距離Ｌａ，Ｌｂが、
Ｌａ＜Ｌｂである場合にはＦａ＞Ｆｂであり、Ｒａ＞Ｒ
ｂとなる。このため、リニアモータ５ａ，５ｂのそれぞ
れはＹ方向ステージ３の移動後において図５（Ｂ）に示
すように移動する。

【００４９】このとき、Ｙ方向ステージ３の移動量Ｘｓ
は、Ｙ方向ステージ３の質量をＭとして、 Ｘｓ＝∬（Ｆ（ｔ）／Ｍ）・ｄｔ² Ｘｓ・Ｍ＝∬Ｆ（ｔ）ｄｔ² ・・・式３ で求まり、リニアモータ５ａの固定子５１ａの移動量Ｘ
ａは、固定子５１ａの質量をＭａとして、上記式１及び
式３より、 Ｘａ＝∬（Ｆ（ｔ）／Ｍａ）・ｄｔ² ＝（Ｌｂ／Ｌ）・（Ｍ／Ｍａ）・Ｘｓ ・・・式４ で求まり、リニアモータ５ｂの固定子５１ｂの移動量Ｘ
ｂは、固定子５１ｂの質量をＭｂとして、上記式２及び
式３より、 Ｘｂ＝∬（Ｆ（ｔ）／Ｍｂ）・ｄｔ² ＝（Ｌａ／Ｌ）・（Ｍ／Ｍｂ）・Ｘｓ ・・・式５ で求まる。

【００５０】ここで、Ｍａ＝Ｍｂ＝Ｍ／２と仮定した場
合、移動後における固定子５１ａ，５１ｂの重心位置Ｇ
ｙｎは、 Ｘａ＝２Ｘｓ・（Ｌｂ／Ｌ） Ｘｂ＝２Ｘｓ・（Ｌａ／Ｌ） （Ｘａ＋Ｘｂ）／２＝Ｘｓ・｛（Ｌｂ／Ｌ）＋（Ｌａ／Ｌ）｝ ＝Ｘｓ より、図５（Ｂ）に示すように、Ｙ方向ステージ３の重
心位置Ｇｓｎの反対側に移動量Ｘｓだけ移動した位置に
ある。

【００５１】このように、Ｙ方向ステージ３の移動によ
って固定子５１ａ，５１ｂは、Ｙ方向ステージ３の移動
量Ｘｓと同じ距離だけ、Ｙ方向ステージ３と反対側に移
動するため、ステージ装置１０全体の重心Ｇは移動しな
い。したがって、Ｙ方向ステージ３及び固定子５１ａ，
５１ｂの移動によってステージ装置１０全体に振動を生
じることはなく、ウエハステージ４を目標位置に正確か
つ円滑に移動させることができる。

【００５２】次に、Ｍａ＝Ｍｂ＝Ｍ／２と仮定しない場
合、固定子５１ａ，５１ｂの移動量Ｘａ，Ｘｂは、Ｙ方
向ステージ３の移動量をＸｓとして、上記式４，５よ
り、 Ｘａ＝（Ｍ／Ｍａ）・（Ｌｂ／Ｌ）・Ｘｓ ・・・式６ Ｘｂ＝（Ｍ／Ｍｂ）・（Ｌａ／Ｌ）・Ｘｓ ・・・式７ となる。移動前におけるＹ方向ステージ３の重心位置Ｇ
ｓの座標を（０，Ｌａ）とし、固定子５１ａ，５１ｂの
重心位置Ｇａ，Ｇｂの座標を（０，０），（０，Ｌ）と
するとともに、ステージ装置１０全体の重心位置Ｇの座
標（Ｘ，Ｙ）とすると、Ｘ方向について、明らかに、 Ｘ＝０ ・・・式８ である。また、重心周りのモーメントの釣り合いより、 Ｍａ・Ｙ＋Ｍ（Ｙ−Ｌａ）＋Ｍｂ（Ｙ−Ｌ）＝０ が得られ、これより、Ｙ方向について、 Ｙ＝（Ｍ・Ｌａ＋Ｍｂ・Ｌ）／（Ｍ＋Ｍａ＋Ｍｂ） ・・・式９ となる。

【００５３】一方、移動後におけるＹ方向ステージ３の
重心位置Ｇｓの座標は（Ｘｓ，Ｌａ）、また、固定子５
１ａ，５１ｂの重心位置Ｇａ，Ｇｂの座標は（−Ｘａ，
０），（−Ｘｂ，Ｌ）で表すことができる。このとき、
ステージ装置１０全体の重心位置Ｇの座標（Ｘ，Ｙ）
は、重心周りのモーメントの釣り合いから、 Ｍａ（Ｘ−Ｘａ）＋Ｍ（Ｘ＋Ｘｓ）＋Ｍｂ（Ｘ−Ｘｂ）
＝０ が得られ、これに式６，７を代入すると、 （Ｍ＋Ｍａ＋Ｍｂ）Ｘ−Ｍ・Ｘｓ（Ｌｂ／Ｌ）−Ｍ・Ｘ
ｓ（Ｌａ／Ｌ）＋Ｍ・Ｘｓ＝０ となり、これより、Ｘ方向について、 Ｘ＝０ ・・・式１０ となる。また、 Ｍａ・Ｙ＋Ｍ（Ｙ−Ｌａ）＋Ｍｂ（Ｙ−Ｌ）＝０ より、Ｙ方向について、 Ｙ＝（Ｍ・Ｌａ＋Ｍｂ・Ｌ）／（Ｍ＋Ｍａ＋Ｍｂ） ・・・式１１ となる。

【００５４】この結果、式８は式１０と等しく、式９は
式１１と等しいことから、ステージ装置１０全体の重心
位置Ｇの座標は移動の前後において変化せず、Ｙ方向ス
テージ３及び固定子５１ａ，５１ｂが移動することによ
ってはステージ装置１０全体に振動を生じることがな
く、ウエハステージ４を目標位置に正確かつ円滑に移動
させることができることになる。

【００５５】

【発明の効果】この発明は、以下の効果を奏することが
できる。

【００５６】(1) ステージの移動時にステージの重心周
りのモーメントを釣り合った状態にすることにより、ス
テージの移動方向がヨーイング方向に偏向することを防
止することができ、位置決め対象物を目標位置に正確に
移動させることができる。

【００５７】(2) 移動方向に直交する方向におけるステ
ージの重心位置に応じてステージの移動時にステージの
重心周りのモーメントが釣り合うように一対のリニアモ
ータのそれぞれの推力を決定することにより、移動方向
に直交する方向におけるステージの重心位置にかかわら
ず、一対のリニアモータのそれぞれの推力によってステ
ージに作用する重心周りのモーメントの釣り合いを取る
ことができ、ステージの移動方向がヨーイング方向に偏
向することを防止して位置決め対象物を目標位置に正確
に移動させることができる。

【００５８】(3) ステージの重心位置が移動方向に直交
する方向の中心に位置する状態でステージを移動させる
ことにより、一対のリニアモータのそれぞれの推力を互
いに同一に維持しておけば、常に、一対のリニアモータ
のそれぞれの推力によってステージに作用する重心周り
のモーメントの釣り合いを取ることができ、ステージの
移動方向がヨーイング方向に偏向することを防止して位
置決め対象物を目標位置に正確に移動させることができ
る。

【００５９】(4) ステージの重心位置から一対のリニア
モータのそれぞれの推力が作用する位置までの距離Ｌａ
及びＬｂに基づいて、ステージを移動させるために必要
な各リニアモータの推力Ｆａ及びＦｂを算出することに
より、各リニアモータの推力とステージにおける重心位
置から推力の作用点までの距離との積として求められる
重心周りのモーメントが釣り合う状態で、ステージの移
動に必要な推力を一対のリニアモータに分配することが
でき、ステージの移動方向がヨーイング方向に偏向する
ことを防止して位置決め対象物を目標位置に正確に移動
させることができる。

【００６０】(5) ステージの移動方向に直交する方向に
おける位置決め対象物の位置の検出結果に基づいて、ス
テージに推力を供給する一対のリニアモータに対する電
流値を算出することにより、位置決め対象物の位置によ
って決定されるステージの重心位置に基づいて算出され
た電流値に応じた推力を一対のリニアモータのそれぞれ
からステージに供給することができ、ステージを重心周
りのモーメントが釣り合った状態で移動させることがで
きるため、ステージの移動方向がヨーイング方向に偏向
することを防止して位置決め対象物を目標位置に正確に
移動させることができる。

【００６１】(6) 位置決め対象物の移動方向及びステー
ジの移動方向に直交する方向における同一平面内に、位
置決め対象物の重心位置及び移動力の作用点、並びに、
ステージの重心位置及び推力の作用点を位置させること
により、位置決め対象物に供給する移動力、及び、ステ
ージに供給する推力によって位置決め対象物にピッチン
グ方向のモーメントを生じることがなく、位置決め対象
物を安定した状態で移動させることができる。

【００６２】(7) ステージに推力を供給するリニアモー
タの固定子を、ステージの移動方向に移動自在にして支
持体に取り付けることにより、ステージの移動時にリニ
アモータの固定子に作用する反力が支持体に作用しない
ようにし、支持体に振動を生じることを防止することが
でき、位置決め対象物を目標位置に正確かつ安定して移
動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係るステージ装置の構成
を示す外観図である。

【図２】上記ステージ装置の構造を示す断面図である。

【図３】上記ステージ装置の制御部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】上記ステージ装置の制御部における処理手順の
一部を示すフローチャートである。

【図５】上記ステージ装置全体の重心位置のＹ方向ステ
ージの移動前後における状態を示す図である。

【符号の説明】

１−除振台（支持体） ２−Ｘ方向ステージ ３−Ｙ方向ステージ ４−ウエハステージ ５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ−リニアモータ ５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂ−固定子 ５２ａ，５２ｂ，７２ａ，７２ｂ−可動子 ６ａ，６ｂ−ガイド部材 １０−ステージ装置 ２０−制御部 ２１−制御回路 ２２−変位検出センサ ２３〜２６−リニアモータ駆動回路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C048 BC02 DD06 DD26 EE06 EE10 5F046 AA23 CC01 CC03 CC16 CC17 DA07 DB05 DC10 5H303 AA06 BB02 BB07 BB12 CC03 CC08 DD04 EE03 GG13 JJ05 KK02 LL03 5H540 AA01 AA06 AA10 BB07 EE02 FA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステージの移動方向に平行な一対のリニア
   モータが発生する推力によってステージを支持体上に移
   動させるステージ装置において、 一対のリニアモータのそれぞれから供給される推力によ
   ってステージに作用する重心周りのモーメントが釣り合
   う状態でステージを移動させる制御部を設けたことを特
   徴とするステージ装置。
2. 【請求項２】前記制御部は、移動方向に直交する方向に
   おけるステージの重心位置に応じて、一対のリニアモー
   タのそれぞれが発生する推力を相対的に変化させること
   を特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 【請求項３】前記制御部は、ステージの重心位置を移動
   方向に直交する方向の中心位置に一致させた後に、ステ
   ージを移動させることを特徴とする請求項１に記載のス
   テージ装置。
4. 【請求項４】前記制御部が、ステージの移動に必要な推
   力をＦとし、ステージの重心位置から一対のリニアモー
   タのそれぞれの推力が作用する位置までの距離をＬａ及
   びＬｂとして、 Ｆａ＝Ｆ×Ｌｂ／（Ｌａ＋Ｌｂ） Ｆｂ＝Ｆ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ） により、距離Ｌａ側のリニアモータの推力Ｆａ及び距離
   Ｌｂ側のリニアモータの推力Ｆｂを算出することを特徴
   とする請求項２に記載のステージ装置。
5. 【請求項５】前記ステージは、位置決め対象物を互いに
   直交する２方向のいずれか一方向に移動自在に載置して
   残る他方向に移動するステージであり、ステージにおけ
   る位置決め対象物の位置を検出する位置検出センサを設
   け、前記制御部は、位置検出センサの検出結果に基づい
   てステージに他方向の推力を供給する一対のリニアモー
   タのそれぞれに供給すべき電流値を算出することを特徴
   とする請求項４に記載のステージ装置。
6. 【請求項６】前記位置決め対象物の重心位置、ステージ
   の重心位置、位置決め対象物に対する移動力の作用点、
   及び、ステージに対する推力の作用点が、位置決め対象
   物の移動方向及びステージの移動方向に直交する方向に
   おける同一平面内に存在することを特徴とする請求項５
   に記載のステージ装置。
7. 【請求項７】前記ステージに推力を供給する一対のリニ
   アモータは、ステージに固定された可動子と、支持体に
   おいてステージの移動方向に移動自在に取り付けられた
   固定子と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のス
   テージ装置。