JP2004257424A

JP2004257424A - 除振装置

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Publication number: JP2004257424A
Application number: JP2003046223A
Authority: JP
Inventors: Nobushige Korenaga; 伸茂是永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: US7383929B2; JP4143438B2; US20040164470A1

Abstract

【課題】支持方向に支持力を発生させつつ、その支持方向と直交する方向のばね定数を略ゼロとする。
【解決手段】除振装置は第一着磁面及び第二着磁面にそれぞれ異なる極性が着磁された第一永久磁石と、第一着磁面の極性と同一の極性が着磁された第三着磁面と、第二着磁面の極性と同一の極性が着磁された第四着磁面を有し、第一及び第三着磁面と、第二及び第四着磁面とを対面して構成し、対面する部分の寸法に応じて、第一永久磁石を支持方向に支持するための支持力を発生させる第二永久磁石と、第二永久磁石を保持し、対面の法線方向に、第一永久磁石との間で吸引力を発生させるヨークと、を備え、第一及び第二永久磁石の着磁面の面内方向の寸法が、第二永久磁石の面内方向の寸法＞第一永久磁石の面内方向の寸法なる関係を満たす。
【選択図】図４Ａ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば露光装置のような半導体製造装置に適用可能な除振技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来における除振装置の例として、図１８に示すような構成が採用されている。ここで示される構成は、露光装置等の半導体製造装置が設置されたベース１７２０と、ＸＹステージ等の駆動要素、その他精密部品や精密装置を載置する載置台１７１０との間に、除振要素として、弾性ばね１７６０の変位を利用したもの（図１８（ａ））、同極磁石１７７０の反発力を利用したもの（図１８（ｂ））、ゴムシールシリンダ１７９０のダンピング効果を利用したもの（図１８（ｃ））を挿入し、これらの除振要素で、ベース１７２０から伝播する振動を吸収して、載置台１７１０、または露光装置等全体を制振させるものである。
【０００３】
また、載置台１７１０上に設けられたＸＹステージ等の駆動要素から発生する駆動反力による振動を、上述の除振要素により吸収し、ベース１７２０側に伝播する暗振動を除去するものである。
【０００４】
このような除振装置の例は、例えば、特許文献１に示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−２７０７２５号公報（【００１６】〜【００１７】、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１８で示した、除振要素別の方式に対しては以下の課題が指摘できる。
【０００７】
ゴムシールシリンダ１７９０（図１８（ｃ））は空気ばねとして機能するものであり、円柱１７３０と円筒１７４０とゴムシール１７５０から成り、円筒１７４０内にはエア１７８０が充填されている。円柱１７３０の変位によりエア１７８０は圧縮され、エアの圧縮状態に応じてエアのばね定数は変化する。従って、この方式は、支持方向に関しては大荷重を支持し、その大荷重を支持した場合でも、力を伝播することなく、これを変位として吸収することができる。支持方向（ｚ方向）のばね定数を初期値として低い値にしておき、大荷重を受け、その負荷に応じて円筒１７４０内のエア１７８０は圧縮され、エア１７８０のばね定数は高くなるが、負荷とのバランスにより負荷とばねの変位は漸近安定し、支持される。
【０００８】
しかし、支持方向（ｚ方向）と直交する方向（ｘｙ方向）のばね定数は、支持方向のものに比べて大きいために、ｘｙ面内の加振力を載置台に伝達しやすいという欠点がある。
【０００９】
また、コイルばねに代表される弾性ばね１７６０（図１８（ａ））は、支持方向（ｚ方向）について大荷重を想定した場合、そのばね定数は、許容できる変位との関係により一定の制限が課せられるために、大荷重を支持することと、ばね定数を小さく設定すること、とを両立させることは困難である。無理に両立させようとするとばね自体が大型化したり、ばね質量によるサージングが発生して除振性能を劣化させるという問題が生じる。
【００１０】
更に、同極の磁石１７７０による反発力を利用した場合も同様であり、同極磁石を、図１８（ｂ）のように対面させて反発力を発生させる方式では、大荷重を支持することと、支持方向（ｚ方向）のばね定数を小さく設計することとは、両立することができず、支持方向の力（大荷重）を変位として吸収する除振性能には一定の限界があり、力（大荷重）を加振源として載置台１７１０に伝達しやすいという問題がある。
【００１１】
また、弾性体（ばね）や磁石を用いた支持方式は、載置台の負荷条件を一定として除振要素のばね定数を予め設定しておくので、上述のＸＹステージが駆動して、移動荷重となって載置台１７１０の重心を変化させる場合や、載置する部品等が交換された場合など、載置台自身の負荷条件が変わると、それに応じて支持力を変化させることができなかった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、大荷重を支持方向に支持しつつ、その支持方向と直交する方向のばね定数を略ゼロとする除振装置を提供するものであり、さらに、除振対象の負荷条件が動的に変化した場合でも支持する位置、除振対象の姿勢を変えることなく支持力を制御できる手段を有する除振技術を提供するものである。
【００１３】
上記目的を達成するべく、本発明にかかる除振装置は、主として以下の構成を有することを特徴とする。
【００１４】
すなわち、除振装置は、第一着磁面及び第二着磁面にそれぞれ異なる極性が着磁された第一永久磁石と、
前記第一着磁面の極性と同一の極性が着磁された第三着磁面と、前記第二着磁面の極性と同一の極性が着磁された第四着磁面を有し、該第一及び第三着磁面と、該第二及び第四着磁面とを対面して構成し、該対面する部分の寸法に応じて、前記第一永久磁石を支持方向に支持するための支持力を発生させる第二永久磁石と、
前記第二永久磁石を保持し、前記対面の法線方向に、前記第一永久磁石との間で吸引力を発生させるヨークと、を備え
前記第一及び第二永久磁石の着磁面の面内方向の寸法が、
前記第二永久磁石の面内方向の寸法＞第一永久磁石の面内方向の寸法
なる関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
図１は、支持ユニット３００及びＺ微動リニアモータ６００がベース板１００と載置台２００との間に配置された全体的な構成を示す図である。ベース板１００上には支持ユニット３００が組込まれており、これら支持ユニット３００により載置台２００が支持されている。載置台２００の上には、不図示の精密部品や精密装置（例えば、位置決め用のステージ等）が載置されており、支持ユニット３００は、載置台２００に対してベース板外部からの振動が伝達されるのを防止する。
【００１６】
図２は、ベース板１００上に構成される、３個の支持ユニット３００と、Ｘ微動リニアモータ（ＬＭ）４００（１個）、Ｙ微動リニアモータ５００（２個）、Ｚ微動リニアモータ６００（３個）のレイアウトを示す図である。３個の支持ユニット３００は、各軸（ＸＹＺ方向）に支持力のみを発生させ、支持方向以外の変位に対しては力の発生を略ゼロとして能動除振性能を実現し、６個の微動リニアモータは、上述の支持ユニット３００を補助し、載置台２００が所定位置から大きくずれるのを防ぐために、位置及び姿勢を保持する制御を実行するものである。
【００１７】
以下、微動リニアモータ及び支持ユニットの構成を説明する。
【００１８】
（微動リニアモータの構成）
図３にＹ微動リニアモータ５００及びＺ微動リニアモータ６００の構造の詳細を示す。Ｚ微動リニアモータ６００はＺヨーク固定板６０１と、Ｚヨーク固定板６０１を挟むように設けられた２枚のＺヨーク６０２が設けられている。各々のＺヨーク６０２には、ｙ方向（Ｚヨークの厚さ方向）に着磁される２極の永久磁石（Ｚ磁石）６０３が設けられており、この永久磁石６０３と、Ｚコイル６０４とは所定の間隔をもって非接触で対面した状態に構成されている。扁平トラック形状のＺコイル６０４はＺコイル枠６０５によって支持されている。
【００１９】
Ｚヨーク固定板６０１は載置台２００側に固定され、Ｚコイル枠６０５はベース板１００側に固定される。Ｚコイル６０４に電流を流すことでコイルとＺ磁石６０３との間にＺ方向のＺローレンツ力６１０が発生するようになっている。
【００２０】
一方、Ｙリニアモータ５００は２個のＹヨーク固定板５０１を有し、このＹヨーク固定板５０１にＹヨーク５０２が設けられている。Ｙヨーク５０２には、ｘ方向（Ｙヨークの厚さ方向）に着磁される２極の永久磁石（Ｙ磁石）５０３が設けられており、この永久磁石５０３（Ｙ磁石）と、Ｙコイル５０４とは非接触で対面した状態に構成されている。扁平トラック形状のＹコイル５０４は、Ｙコイル枠５０５によって支持されている。Ｙヨーク固定板５０１は載置台２００側に固定され、Ｙコイル枠５０５はベース板１００側に固定される。Ｙコイル５０４に電流を流すことでコイルとＹ磁石５０３との間にＹ方向のＹローレンツ力５１０が発生するようになっている。
【００２１】
また、図３には示してないが、Ｘリニアモータ４００はＹリニアモータ５００と同じ構成であり、全体を９０度回転して配置することでＸ方向のＸローレンツ力を発生することができる。
【００２２】
（支持ユニットの構成）
次に、図１で示した支持ユニット３００の具体的な構成を図４Ａを用いて説明する。支持ユニット３００は、その構成にヨーク３０１、第一永久電磁石３０２、第二永久磁石３０３、底板３０４、取り付け部材３０５を有している。第一永久磁石３０２と、第二永久磁石とは、その厚み方向（図４ＡではＸ方向）に着磁されており、両磁石（３０２、３０３）の同極面が非接触に対面するように、第一永久磁石３０２を両側から挟むように１対の第２永久磁石３０３が構成されている。
【００２３】
各々の第二永久磁石３０３の裏面（第一永久磁石３０２と対面する反対面）にはヨーク３０５が設けられ、各々のヨーク３０５は底板３０４に固定される。第二永久磁石３０３は底板３０４を介してベース板１００（図１）に固定され、第一永久磁石３０２は取り付け部材３０６を介して載置台２００に固定される。第一永久磁石３０２は支持方向つまりＺ方向上方にオフセットして配置される。これにより第一永久磁石と第二永久磁石の間にはＺ方向の反発力が作用する。
【００２４】
また、後述の理由によりＹ方向の寸法は、
第一永久磁石＜第二永久磁石・・・・（１）
となるように設計されている。
【００２５】
図４Ａに示す方向に支持ユニット３００のＸＹＺ座標軸と、その軸方向に発生する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚをとると、変位と力の関係は図４Ｂの（ａ）〜（ｄ）に示す特性曲線のようになる。各特性曲線の横軸は第一永久磁石３０２のＸＹＺ方向の変位であり、縦軸は第一永久磁石３０２に作用する力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚである。
【００２６】
図４Ｂ（ａ）は第一永久磁石３０２の鉛直方向変位（Ｚ方向の変位）と鉛直方向の力（Ｆｚ）の関係を示しており、Ｚ方向の臨界位置で、力Ｆｚはピークとなる。臨界位置を境に鉛直上方に変位しても、鉛直下方に変位しても鉛直方向の力（Ｆｚ）は減少する。第一永久磁石３０２が臨界位置より上に位置するときは「ばね特性」を示し、臨界位置より下に位置ときは「逆ばね特性」を示す。
【００２７】
ここで、「ばね特性」とは、変位が増加すると、その変位を復元する方向に力が作用する特性をいい、「逆ばね特性」とは、変位が増加するとさらに変位を増加させようとする方向に力が働く特性をいう。
【００２８】
（ａ）の特性曲線において、特徴的なのは臨界位置が存在しており、この位置では第一永久磁石３０２が鉛直方向に発生する力の変化率はゼロ、
すなわち、ｄＦｚ／ｄｚ＝０・・・（２）
となる。この臨界位置では、ばね定数が略ゼロとなり、外力（振動）が加えられた場合でも変位を生じさせない特性を示すことになる。つまり振動伝達率が略ゼロとなり、大きな支持力（Ｆｚ）を発生できるという特徴を有する。従って、支持ユニット３００においては、第一永久磁石３０２が臨界位置に位置するように配置して載置台２００を支持することが望ましい。
【００２９】
図４Ｂ（ｂ）は第一永久磁石３０２が第２永久磁石３０３に沿って移動する方向のＹ方向の変位と、Ｙ方向の力（Ｆｙ）の関係を示しており、Ｙ方向のある変位区間だけ、Ｙ方向の力（Ｆｙ）が略ゼロとなる領域（図４Ｂ（ｂ）では「Ｆｙゼロ領域」）が含まれる。そして、Ｙ方向の変位が、このＦｙゼロ領域を超えて更に変位が増加すると、変位を増加させる方向にＹ方向の力（Ｆｙ）が発生し、同様に、Ｆｙゼロ領域を超えて更に変位が減少すると、変位を減少させる方向にＹ方向の力（Ｆｙ）が発生する。（ｂ）の特性曲線において、特徴的なのは、Ｙ方向の力が略ゼロとなる変位領域が存在し、この領域内では、振動伝達率が略ゼロとなり、Ｙ方向の力を発生させない特性を示す点にある。従って、支持ユニット３００においては、第一永久磁石３０２の位置が、Ｆｙゼロ領域内に入るように配置して載置台を支持するのが望ましい。
【００３０】
Ｆｙゼロ領域は、
第二永久磁石のＹ方向寸法＞第一永久磁石のＹ方向寸法・・・（３）
となる関係（またはその逆の関係）となるように設計することで、その特性を生ずる。両者のＹ方向寸法の差が大きいほどＦｙゼロ領域を広く確保することができる。
【００３１】
図４Ｂ（ｃ）は第一永久磁石３０２と第２永久磁石３０３との空隙方向（Ｘ方向の変位）と、Ｘ方向の力（Ｆｘ）の関係を示している。第二永久磁石３０３の裏面に取り付けられているヨーク３０５の厚さにより、Ｘ方向に発生する力（Ｆｘ）の特性は異なった傾向を示す。第一永久磁石３０２と第二永久磁石３０３とは同じ極が対面する構成になっているので、通常なら反発力によるばね特性、つまり、変位が増加するとその変位と反対方向に力が働くことになる。しかし、第二永久磁石３０３の裏面にヨーク３０５を設けると、第一永久磁石３０２とヨーク３０５の吸引力により、「逆ばね特性」、つまり変位が増加するとさらに変位を増加させようとする方向に力が働くようになる。
【００３２】
一方、永久磁石（３０２、３０３）同士は上述のようにばね特性を示すので、ヨーク３０５が取り付けられた場合の空隙方向（Ｘ方向）の変位と力（Ｆｘ）の特性は、「逆ばね特性」と「ばね特性」の合成された特性になる。ヨーク３０５を厚くすると逆ばね特性が支配的となり、トータルとして逆ばね特性を示し、図４Ｂの破線３５０のような特性になる。一方、ヨーク３０５を薄くしたり、なくしたりするとトータルとしてばね特性が支配的となり、図４Ｂの実線３６０のような特性になる。ヨーク厚さを適切に調整し、設計すると図４Ｂの実線３７０のような変位に対して、力の変化もなく、力の大きさ自体もゼロであるような特性を示す。従って、ヨーク３０５の厚さを適切に設定して、支持ユニット３００を構成すれば、振動伝達率を略ゼロとするこが可能となり、支持ユニット３００の特性として望ましいものとなる。
【００３３】
図４Ｂ（ｄ）は、第一永久磁石３０２のＹ方向の寸法を変えて、第一永久磁石３０２と第二永久磁石３０３の対面面積を変えたときの、Ｚ方向の変位と力（Ｆｚ）の関係を示す図である。Ｚ方向の変位と力の特性は対面面積に比例して変化する。つまり対面面積が０．５倍になればＦｚが１倍のときの０．５倍の特性になり、対面面積が１．５倍になれば、Ｆｚが１倍のときの１．５倍の特性になる。このことは対面面積を可変にできれば特性曲線の形を保ったまま発生力を可変に制御できることを示唆している。これを利用した能動除振装置は後の第２実施形態で説明する。
【００３４】
以上の特性を考慮して支持状態では支持方向のみ支持力を発生し、支持方向以外は力が略ゼロになり、変位に対してはＸＹＺ方向についても力の変化がないように支持ユニット３００の構成を設計し、配置するのが望ましい。しかし支持ユニット３００だけでは安定して位置を保持することは困難である。よって支持ユニット３００とは別に載置台２００の位置を補助的に保持することが必要である。これを実現するのが６個のリニアモータおよびセンサである。
【００３５】
図５はベース板１００上の支持ユニット３００と、微動リニアモータの配置例を示す図である。図５に示すように６個のリニアモータのローレンツ力の作用線上には、６個のギャップセンサ（５５０、５６０，５７０）が配置されており、これらのギャップセンサ（５５０、５６０、５７０）は載置台２００との間隔を計測しており、ギャップセンサと載置台との間隔を略一定に保つように不図示の制御系により、各軸微動リニアモータの位置制御がかけられる。このサーボゲインがあまり大きいとこれが振動伝達の原因になるので載置台の位置が大きくずれないように、位置保持（サーボロック）状態での制御力（保持力）を弱めにして（サーボゲインを小さく設定する）制御を行なうのが望ましい。
【００３６】
ギャップセンサ（５５０、５６０、５７０）はサーボ系を立ち上げた状態で絶対値がわかるアブソリュートタイプのセンサが望ましい。このタイプのセンサによればサーボ系の位置制御がオフ（ＯＦＦ）の場合であっても、ギャップセンサの計測値から載置台２００の位置、姿勢が把握できるので、位置制御をオン（ＯＮ）にして電磁石を駆動させて、所望の位置及び姿勢に載置台２００を復帰させることができる。
【００３７】
通電した際に変位の絶対値がわからないタイプのセンサ、いわゆるインクリメンタルタイプのセンサを使用する場合は適当な計測値の初期化手段が必要である。微動リニアモータ（４００、５００、６００）による６軸の位置、姿勢制御においては、上述のように制御力（保持力）は大きな力を発生する必要はなく、弱いばね性だけが実現できればよいので弾性体のばね系で代替してもよい。この場合は大きな変位を防ぐためにストッパを併用するのが望ましい。
【００３８】
以上の構成により、図４Ｂで説明した臨界位置、Ｆｙゼロ領域、ヨーク厚さの設定条件を実現する第一、第二永久磁石（３２０、３３０）、ヨーク３０５を有する３個の支持ユニット３００はＸＹＺ各軸方向の支持力のみを発生し、支持方向以外の変位に対しては力の発生を略ゼロとした能動除振性能を実現し、不慮の外乱等に対してはギャップセンサによる位置計測に基づく６個の微動リニアモータの弱い位置制御と組合わせることにより位置及び姿勢を保持する振動絶縁特性に優れた能動除振装置が実現できる。
【００３９】
＜第２実施形態＞
本発明にかかる能動除振装置の第２実施形態を図６Ａから図１２を用いて説明する。第２実施形態は第１実施形態で説明した図４Ｂ（ｄ）の特性を利用して、支持ユニットを構成し、支持力を可変にするものである。
【００４０】
支持ユニット３００により、支持方向に支持力のみを発生させ、位置、姿勢の保持は微動リニアモータで行うという基本構成は第１実施形態と同じである。また各微動リニアモータの構成も同様であるのでその説明は省略する。
【００４１】
第２実施形態では載置台２００に載置された精密装置が移動質量を有し、能動除振装置は、この移動質量による加速度や重心の変化に対応することを目的としている。
【００４２】
図７に示すように載置台２００にはＸステージ７０５、ＸＹステージ７０３からなる位置決めステージ７８０が載置されており、Ｘステージ７０５、ＸＹステージ７０３の駆動により載置台上の重心位置が変化する。ただし各ステージの時間と位置の関係はステージの制御データに基づいて、予め把握することが可能であり、従って、時間と共にどういう加速度や重心変化が生ずるかということは、全て計算することができる。
【００４３】
載置台２００の下には３つの可変支持ユニット３８０−１、３８０−２、３８０−３と６個の微動リニアモータ（４００、５００、６００）およびギャップセンサ（５５０、５６０、５７０）が配置される（図８、図９参照）。６個の微動リニアモータ（４００，５００、６００）の配置は第１実施形態で説明した図５の配置とは異なり、Ｘ微動リニアモータ４００が２個（図５では１個）、Ｙ微動リニアモータが１個（図５では２個）として示しているが、これは配置例のバリエーションを示すものであり、６個のギャップセンサにより載置台２００の位置、姿勢を計測し、この計測データに基づいて制御ユニット１０００（図６Ｄを参照）が６個の微動リニアモータを制御して位置、姿勢を保持するするという作用効果は同じである。
【００４４】
（可変支持ユニット３８０の構成）
ここで、可変支持ユニット３８０の構成の詳細を図６Ａを用いて説明する。第１永久磁石６０２を挟むように第２永久磁石６０３ａ，６０３ｂが非接触で対面する構造は第１実施形態と同じであるが、本実施形態では、第２永久磁石が図６Ａに示すように前部（６０３ａ）と後部（６０３ｂ）に分割されているという点において相違する。
【００４５】
底板６０４上に設けられたガイド６６０は、第二永久磁石６０３ａ，６０３ｂを支持するヨーク前部６０５ａとヨーク後部６０５ｂをそれぞれＹ軸方向に案内する部材である。ヨーク前部６０５ａ、ヨーク後部６０５ｂにはそれぞれナット前部６６４ａ、ナット後部６６４ｂが取り付けられている。
【００４６】
また、モータ６６８はブラケット６６６を介して底板６０４に固定されており、不図示のカップリングにより送りねじ６６２ａ及び６６２ｂと締結している。送りねじ前部６６２ａ、送りねじ後部６６２ｂはそれぞれ逆方向にねじが切られており、例えば、モータ６６８が正（＋）方向に回転すると、ナット前部６６４ａが正（＋）方向に、ナット後部６６４ｂが負（−）方向と、同一のピッチでそれぞれ逆方向に並進運動する。このナットの移動はヨーク前部６０５ａとヨーク後部６０５ｂに伝達され、最終的に第２永久磁石６０２ａと６０３ｂとの相対的な位置関係が設定される。
【００４７】
図６Ｂは、ＸＹ面内から見た可変支持ユニット３８０の構成を示す図であり、モータ６６８の駆動により、ヨーク前部６０５ａとヨーク後部６０５ｂが、Ｙ軸方向に逆方向に移動すると第一永久磁石６０２と第二永久磁石６０３ａ、６０３ｂとがそれぞれ対面する寸法Ｙ１、Ｙ２が変化し、これら対面寸法（Ｙ１＋Ｙ２）に応じて、第一永久磁石６０２と第二永久磁石６０３ａ、６０３ｂとの対面面積は比例して変化する。
【００４８】
また、対面面積と支持ユニットが発生する力の関係は、図４Ｂ（ｄ）で説明をしたように比例関係にあるので、対面寸法（Ｙ１＋Ｙ２）を変えることにより、それに比例して発生する力を制御することができる。図６Ｃは、対面寸法とＺ方向に可変支持ユニットが発生する力（Ｆｚ）の関係を示す図であり、対面寸法（Ｙ１＋Ｙ２）が０．５倍になればＦｚが１倍のときの０．５倍の特性になり、対面寸法（Ｙ１＋Ｙ２）が１．５倍になれば、Ｆｚが１倍のときの１．５倍の特性になる。対面寸法（Ｙ１＋Ｙ２）を可変にすることで、特性曲線の形を保ったまま発生力を制御することができる。
【００４９】
対面寸法（Ｙ１＋Ｙ２）はモータ６６８の駆動により、第２永久磁石の位置が制御されることにより可変に設定することができる。第２永久磁石の位置制御において、モータ６６８の駆動系にはセンサ６９０（図６Ｅ参照）がヨーク６０５ａ（あるいは６０５ｂでもよい）に対応して設けられ、センサによりヨーク前部６０５ａの移動量（位置）が検出され、この移動量を目標値に合致させるように第２制御ユニット１１００がモータ６６８を駆動させて、ヨーク前部６０５ａ、ヨーク後部６０５ｂを所望の目標位置に移動するように制御する。この際、制御演算ユニット１４００は、ヨーク目標値と、センサの検出情報に基づいて、偏差を求め、この偏差を目標値に漸近させるモータ駆動指令を生成し、モータ６６８のドライバに出力する。
【００５０】
また、ヨーク６０５ａ，６０５ｂの位置検出は、センサ６９０ａ，６９０ｂによらず、モータ６６８のエンコーダによる回転量の検出と、送りねじ前６６２ａ，送りねじ後６６２ｂのピッチ（ねじの１回転あたりの送り量）に基づいてもよい。
【００５１】
各支持ユニット（３８０−１、２、３）で発生すべき力さえわかれば、その力を発生するように、第２制御ユニット１１００がヨーク前部６０５ａ、ヨーク後部６０５ｂを位置制御することで、所定の支持力を可変支持ユニットに発生させることができる。
【００５２】
次に、図１０を用いて、ＸＹステージ７０３が移動した場合に発生する移動荷重を支持するために、各可変支持ユニットが発生する力について説明する。
【００５３】
３つの可変支持ユニット３８０−１、３８０−２、３８０−３に付されている番号の「−１」、「−２」、「−３」に対応させて、以下に示す座標値や力を表記するものとする。例えば、可変支持ユニット３８０−１の支持点座標は（Ｘ１，Ｙ１）、発生力する力はＦ１、対面面積相当量はＳ（Ｙ１１＋Ｙ２１）と表記する。
【００５４】
図１０に示すＸステージ７０５と、ＸＹステージ７０３を含む構成において、
載置台を含めた重心移動のない物体の質量をＭＫ、その重心座標を（ＸＫ，ＹＫ）、
Ｘステージ７０５の質量をＭＸ、重心座標を（ＸＸｊ（ｔ），ＹＸｊ）、
ＸＹステージ７０３の質量をＭＸＹ、重心座標を（ＸＸＹｊ（ｔ），ＹＸＹｊ（ｔ））、とする。
【００５５】
Ｘステージ７０５のＸ座標、ＸＹステージのＸ座標、Ｙ座標は時間と共に変化するので時間の関数（ｔ）として表記されている。
【００５６】
これらの力のつりあい、モーメントのつりあいは以下のようになる（式中の「ｇ」は重力加速度である）。
【００５７】
Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋（ＭＫ＋ＭＸ＋ＭＸＹ）ｇ＝０・・・（４）
Ｆ１×Ｘ１＋Ｆ２×Ｘ２＋Ｆ３×Ｘ３＋（ＭＫ×ＸＫ＋ＭＸ×ＸＸｊ（ｔ）＋ＭＸＹ×ＸＸＹｊ（ｔ））ｇ＝０・・・（５）
Ｆ１＋Ｙ１＋Ｆ２×Ｙ２＋Ｆ３×Ｙ３＋（ＭＫ＋ＹＫ＋ＭＸ×ＹＸｊ＋ＭＸＹ×ＹＸＹｊ（ｔ））ｇ＝０・・・（６）
（４）〜（６）を解くことにより、各時間において可変支持ユニット３８０−１、３８０−２，３８０−３が発生するべき力Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）、Ｆ３（ｔ）を計算することができる。
【００５８】
Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）、Ｆ３（ｔ）が決まると、その力の発生を実現するための対面寸法（Ｙ１１（ｔ）＋Ｙ２１（ｔ））、（Ｙ１２（ｔ）＋Ｙ２２（ｔ））、（Ｙ１３（ｔ）＋Ｙ２３（ｔ））を決めることができる。これら、対面寸法は発生力との関係において、上述の説明のように比例関係にあるので、その発生力を実現するための対面寸法は一意に決定することができる。対面寸法の決定は、ステージの移動に応じて演算を都度繰り返して行なうことも可能であるが、演算時間を削減し、演算による丸め誤差の影響を排除するべく、対面寸法と発生力の関係を測定し、これを予めテーブル化しておき、所定のタイミングでテーブルデータを参照して出力するようにしてもよい。
【００５９】
対面寸法が決まれば、これをヨーク目標値として各可変支持ユニットのモータ６６８を駆動すればよい。図６Ｄの制御ブロック図を更に詳細に示すブロック図１１、図１２により、制御の流れを詳細に説明する。
【００６０】
演算ユニット１２００は、各座標情報（Ｘステージ座標（ＸＸｊ（ｔ），ＹＸｊ）、ＸＹステージ座標（ＸＸＹｊ（ｔ），ＹＸＹｊ（ｔ）））１３００を受信し、これらの座標情報に基づいて、上記の（４）〜（６）の連立方程式を解き、支持力Ｆ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）、Ｆ３（ｔ）を求める。ここで、座標情報１３００は、各ステージの制御データに基づいて、時間と位置の関係により予め把握することが可能であり、加速度や重心変化は計算により既値のデータとして演算ユニット１２００に入力される。
【００６１】
そして、演算ユニット１２００は、これら支持力データＦ１（ｔ）、Ｆ２（ｔ）、Ｆ３（ｔ）に基づき、比例関係にある対面寸法（Ｙ１ｊ＋Ｙ２ｊ）（ｊ＝１〜３）を算出し、これを各モータ６６８−１、６６８−２、６６８−３に対する目標値として出力する。
【００６２】
図６Ｅで示した第２制御ユニット１１００には、各軸方向のモータを制御するための制御指令を生成する第１制御演算ユニット１４００−１、第２制御演算ユニット１４００−２、第３制御演算ユニット１４００−３が含まれ、各ユニットは目標値とセンサ情報との偏差Δに従い、所定のモータ駆動指令を出力する。
【００６３】
各モータ６６８−ｊ（ｊ＝１〜３）でヨーク前部６０５ａ−ｊ，ヨーク後部６０５ｂ−ｊ（ｊ＝１〜３）を駆動するとき、対面寸法の変化が速い場合は応答遅れが発生する。この応答遅れは、本来、可変支持ユニットが発生させるべき力が、対面寸法の誤差により、所要分の支持力を発生できず、目標の支持力に対してオーバーする場合や、アンダーとなる場合を引き起こすことになる。
【００６４】
図１２Ａは、各可変支持ユニットで発生する力の誤差分を微動リニアモータで補償するためのテーブル（１５００−１、１５００−２、１５００−３）と、幾何学的変換部１６００を有する点で、図１１の構成と相違する。各可変支持ユニットの対面寸法の誤差Δ（Ｙ１ｊ＋Ｙ２ｊ）（ｊ＝１〜３）はテーブル（１５００−１、１５００−２、１５００−３）に入力され、微動リニアモータ側で補償するべき補正支持力ΔＦ１（ｔ）、ΔＦ２（ｔ）、ΔＦ３（ｔ）が求められる。この補正支持力に基づいて、幾何学的座標変換部１６００は、補正支持力と等価な微動リニアモータ出力Ｆｚｌｍ１ｈ、Ｆｚｌｍ２ｈ、Ｆｚｌｍ３ｈを生成し、載置台２００に出力する。微動リニアモータの応答性は速いため、ヨークを可変に設定することによる制御の遅れに起因する支持力の誤差分を効果的に補償することができる。３個の可変支持ユニットと３個のＺ微動リニアモータは配置される位置が違うので幾何学的座標変換部１６００を介して、可変支持ユニットの位置でΔＦ１（ｔ）、ΔＦ２（ｔ）、ΔＦ３（ｔ）を発生するのと等価な力Ｆｚｌｍ１ｈ、Ｆｚｌｍ２ｈ、Ｆｚｌｍ３ｈを各Ｚ微動リニアモータで発生させることが可能になる。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態によれは、載置台上の移動荷重の応じて生じる重心の変化に対応して支持ユニットの力を可変に支持することが可能になる。
【００６６】
ＸＹステージ系の座標の変化が十分遅く準静的にＸＹステージが移動する場合は問題は起こらない。しかし、移動が高速に行なわれる場合はＸＹ方向の加速力の反力が発生する。これについては３つの可変支持ユニットでは対応できないので別途反力処理リニアモータを設けて加速に同期した保持力を発生させるか、位置保持用の６軸微動リニアモータに座標変換を施して加速に同期した保持力を発生させればよい。
【００６７】
（真空環境における利用）
第１、第２実施形態において説明した支持ユニット３００、可変支持ユニット３８０は、真空環境においてもその特性を発揮することが可能である。特に、構成要素として永久磁石を主として利用するもので、摩擦等による真空環境の汚染や、圧縮空気の利用による排気の問題を考慮する必要が無い。このため、半導体製造工程等における、特に、クリーン度の高い環境において、装置の除振装置として、上記の実施形態は好適である。
【００６８】
＜第３実施形態＞
上述の第１及び第２実施形態において説明してきた載置台に適用する支持ユニットを、露光装置に適用する実施形態を図１３を用いて説明する。図１３は、露光装置の筐体の概略的な構造を示す図であり、上部構造体１３００上には、原版であるレチクル１３２０を保持して所定の位置に移動位置決めするためのレチクルステージ１３３０と、投影レンズ１３４０が構成さてており、下部構造体１３１０には原版の投影像が転写されるウエハ１３５０を所定の位置に移動位置決めするためのウエハステージ１３６０が構成されている。
【００６９】
不図示の光源からの露光光はレチクル１３２０を照射し、その照射された光は投影レンズ１３４０を介してウエハ１３５０に導かれる。レチクル１３２０のパターンはウエハ１３５０に投影され、転写される。ここで、レチクルステージ１３３０を搭載する上部構造体１３００とウエハステージ１３６０を搭載する下部構造体１３１０とは、一体的に固定された構造になっており、レチクルステージ及び／またはウエハステージ１３５０の駆動により、各構造体には移動質量が作用して、重心の移動による力の変動が生じる。
【００７０】
上部構造体１３００は、ベース板１００上に立設した脚部１３８０に設けられた可変支持ユニット３８０により支持されており、この可変支持ユニット３８０は重心移動に対応して変化する負荷を支持するために、所定の軸方向に対応する支持力を可変に制御することで、変動した負荷による上部構造体１３００及び下部構造体１３１０に作用する励振を制振させることができる。
【００７１】
また、可変支持ユニット３８０は、ベース板１００側から伝播する振動を、上部構造体１３００及び下部構造体１３１０に対して絶縁することも可能である。
【００７２】
＜第４実施形態＞
上述の第１及び第２実施形態において説明してきた載置台に適用する支持ユニットを、露光装置に適用する実施形態を図１４を用いて説明する。図１４は、露光装置の筐体の概略的な構造を示す図であり、レチクルステージ系および投影レンズとは、上部構造体１４１０上に構成されている。ウエハステージ１３６０は定盤１３７０上に設けられており、図１３（第３実施形態）における下部構造体に対応する筐体構造は本実施形態では存在しない点で相違する。
【００７３】
図１４より明らかなように、上部構造体１４１０と、定盤１３７０とは、それぞれベース板１００上に立設されているキネマティックマウント１４５０と、可変支持ユニット３８０と、により別個に支持されている。
【００７４】
可変支持ユニット３８０の効果は、上述の第３実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００７５】
更に、本実施形態では、レチクルステージ及び投影レンズと、ウエハステージと、が別の構造体で支持されているので両者の幾何学的な位置関係を対応づけるためにキネマティックマウント１４５０を上部構造体１４１０の底部、定盤１３７０の底部に設け、上部構造体１４１０と、ウエハステージ１３６０を搭載する定盤１３７０と、がキネマティックマウント１４５０に着地した状態（支持力を発生させる前の状態で、永久磁石の総反発力＜支持力の関係を満たす）を基準として位置センサ（例えば図６Ｄのセンサ５５０、５６０、５７０）の初期化を行い、その初期位置に基づき位置、姿勢制御を支持ユニット３８０に施してもよい。
【００７６】
この場合、キネマティックマウント１４５０に構造体を着地させ、その接地位置を初期値として、面内方向の並進位置のずれや、回転方向の姿勢のずれを補正して、一定の位置、姿勢を保持するための力を可変支持ユニット３８０に発生させることができる。これまでの実施形態では重心変化により生じる力を吸収するために支持力を可変にする説明をしてきたが重心変化がなく、単に構造体を上下させたい場合にも第２永久磁石の位置を制御して支持力を変化させることで、位置、姿勢の初期不整を容易に解消することが可能になる。
【００７７】
＜第５実施形態＞
図１５は、第５実施形態にかかる露光装置の筐体の概略的な構造を示す図であり、レチクルステージ１３３０は上部構造体１５００上に構成され、ウエハステージ１３６０は定盤１３７０上に構成され、投影レンズ１３４０は光学系構造体１５５０上に設けられている。上部構造体１５００及び定盤１３７０は、ステージの移動に伴い動的な負荷が発生するので、可変支持ユニット３８０により動的負荷を吸収させ、光学系構造体１５５０は重心移動がなく、静的な負荷のみが作用するので、第１実施形態で示した支持ユニット３００により構造体１５５０を支持するものとする。
【００７８】
本実施形態により、移動荷重による重心移動が発生する場合と、静的負荷が作用する場合とが、混在する場合であっても、その影響を効果的に除去することが可能となる。
【００７９】
＜第６実施形態＞
図１６は、第６実施形態にかかる露光装置の筐体の概略的な構造を示す図であり、真空チャンバ１６００の筐体構造は第５実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。本実施形態が上述の第５実施形態と異なるのは、露光装置が超紫外線（ＥＵＶ）露光装置を想定したもので、真空環境内で用いられる点で相違する。真空環境でも可変支持ユニット３８０や支持ユニット３００は空気やゴムを使わないので、空気の排気、ゴムの摩耗等による真空環境の汚染を防止することができるので、真空チャンバ１６００の中に設置された超紫外線（ＥＵＶ）露光装置の除振に適用する上で支持ユニット３００、可変支持ユニット３８０は好適である。
【００８０】
＜半導体製造プロセスへの適用例＞
上記の荷電粒子線露光装置を用いた半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、ＣＣＤ、液晶パネル等）の製造プロセスを図１７を用いて説明する。
【００８１】
図１７は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。
【００８２】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００８３】
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。上述の荷電粒子線露光装置を用いることにより、露光精度の高精度化および装置のスループットの向上を図ることが可能になるので、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００８４】
＜本発明の実施態様＞
本発明の実施態様の例を以下に示す。
（実施態様１）第一着磁面及び第二着磁面にそれぞれ異なる極性が着磁された第一永久磁石と、
前記第一着磁面の極性と同一の極性が着磁された第三着磁面と、前記第二着磁面の極性と同一の極性が着磁された第四着磁面を有し、該第一及び第三着磁面と、該第二及び第四着磁面とを対面して構成し、該対面する部分の寸法に応じて、前記第一永久磁石を支持方向に支持するための支持力を発生させる第二永久磁石と、
前記第二永久磁石を保持し、前記対面の法線方向に、前記第一永久磁石との間で吸引力を発生させるヨークと、を備え
前記第一及び第二永久磁石の着磁面の面内方向の寸法が、
前記第二永久磁石の面内方向の寸法＞第一永久磁石の面内方向の寸法
なる関係を満たすことを特徴とする除振装置。
【００８５】
（実施態様２）前記第一及び第二永久磁石による支持を補正するための補正手段を更に備え、該補正手段は、
載置台の位置及び姿勢を計測するための計測手段と、
前記計測された情報に基づき、所定の制御電流を生成する第１制御手段と、
前記制御電流に基づき、前記載置台の位置及び姿勢を補正するための変位を発生させるリニアモータと、
を有することを特徴とする実施態様１に記載の除振装置。
【００８６】
（実施態様３）前記補正手段にはばねが含まれることを特徴とする実施態様２に記載の除振装置。
【００８７】
（実施態様４）前記第二永久磁石を構成する前記第三及び第四着磁面と、該第二永久磁石を保持するヨークをそれぞれ２つの部分に分割し、該分割した部分を着磁面方向に相対的に移動させて、前記対面する部分の寸法を変化させる駆動手段と、
前記分割されたヨークの位置を計測するヨーク計測手段と、
前記計測された位置に基づいて、所定の支持力を発生させるために、前記駆動手段を駆動させる第２制御手段と、
を備えることを特徴とする実施態様１に記載の除振装置。
【００８８】
（実施態様５）移動質量の座標情報に基づき発生する負荷を演算し、該負荷を支持するために、前記第一永久磁石と前記第二永久磁石とを対面させる寸法を演算する演算ユニットを更に備え、
前記第１制御手段及び／または第２制御手段は、前記演算の結果に基づき前記駆動手段及び／またはリニアモータの駆動を制御することを特徴とする実施態様１乃至４のいずれかに記載の除振装置。
【００８９】
（実施態様６）真空環境において支持対象を支持するための支持力を発生させ、該支持方向と直交する方向のばね定数を略ゼロとすることを特徴とする実施態様１乃至５のいずれかに記載の除振装置。
【００９０】
（実施態様７）露光装置であって、
原版を保持し、所定の位置に駆動して、所定の位置に位置決めする原版ステージを支持するための原版ステージ支持部と、
前記原版のパターンを投影するための光学系を支持する光学系支持部と、
前記投影されたパターンを転写するための基板を保持し、所定の位置に駆動して、所定の位置に位置決めする基板ステージを支持する基盤ステージ支持部と、
を有し、該原版ステージ支持部、光学系支持部、基盤ステージ支持部のいずれかにおいて、実施態様１乃至６のいずれかに記載の除振装置を有することを特徴とする露光装置。
【００９１】
（実施態様８）前記露光装置には、超紫外線露光装置が含まれることを特徴とする実施態様７に記載の露光装置。
【００９２】
（実施態様９）前記原版ステージ支持部、前記光学系支持部、前記基盤ステージ支持部のいずれかには、該支持部の初期位置を特定するためのキネマティックマウントが含まれることを特徴とする実施態様７に記載の露光装置。
【００９３】
（実施態様１０）デバイス製造方法であって、
基板に感光剤を塗布する工程と、
前記基板を実施態様７に記載の露光装置によって露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、支持方向に支持力を発生させつつ、その支持方向と直交する方向のばね定数を略ゼロとする除振が可能になる。
【００９５】
また、除振対象の負荷条件が動的に変化した場合でも支持する位置、除振対象の姿勢を変えることなく支持力を制御して除振することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】支持ユニット及びＺ微動リニアモータがベース板と載置台との間に配置された全体的な構成を示す図である。
【図２】ベース板上に構成される、３個の支持ユニットと、Ｘ微動リニアモータ（１個）、Ｙ微動リニアモータ（２個）、Ｚ微動リニアモータ（３個）のレイアウトを示す図である。
【図３】微動リニアモータの構造を説明する図である。
【図４Ａ】支持ユニットの構造を説明する図である。
【図４Ｂ】支持ユニットの変位方向と力の発生の関係を説明する図である。
【図５】ベース板上の支持ユニットと、微動リニアモータの配置例を示す図である。
【図６Ａ】可変支持ユニットの構造を説明する図である。
【図６Ｂ】ＸＹ面内から見た可変支持ユニットの構成を示す図である。
【図６Ｃ】対面寸法とＺ方向に可変支持ユニットが発生する力（Ｆｚ）の関係を示す図である。
【図６Ｄ】リニアモータの制御を説明するブロック線図である。
【図６Ｅ】可変支持ユニットにおけるヨークの駆動を制御するためのブロック線図である。
【図７】移動荷重を発生させるＸステージ、ＸＹステージが載置台上に構成された状態を説明する図である。
【図８】第２実施形態において、３つの可変支持ユニットと６個の微動リニアモータおよびギャップセンサが配置された状態を示す図である。
【図９】第２実施形態において、３つの可変支持ユニットと６個の微動リニアモータおよびギャップセンサが配置された状態を平面的に示す図である。
【図１０】ＸＹステージが移動した場合に発生する移動荷重を支持するために、各可変支持ユニットが発生する力の関係を説明する図である。
【図１１】可変支持ユニットを制御するための制御ブロック図である。
【図１２】図１１の制御ブロック図の変形を示す制御ブロック図である。
【図１３】第３実施形態にかかる露光装置の筐体の概略的な構造を示す図である。
【図１４】第４実施形態にかかる露光装置の筐体の概略的な構造を示す図である。
【図１５】第５実施形態にかかる露光装置の筐体の概略的な構造を示す図である。
【図１６】第６実施形態にかかる露光装置の筐体の概略的な構造を示す図である。
【図１７】デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【図１８】従来例における除振装置の構成を説明する図である。

Claims

第一着磁面及び第二着磁面にそれぞれ異なる極性が着磁された第一永久磁石と、
前記第一着磁面の極性と同一の極性が着磁された第三着磁面と、前記第二着磁面の極性と同一の極性が着磁された第四着磁面を有し、該第一及び第三着磁面と、該第二及び第四着磁面とを対面して構成し、該対面する部分の寸法に応じて、前記第一永久磁石を支持方向に支持するための支持力を発生させる第二永久磁石と、
前記第二永久磁石を保持し、前記対面の法線方向に、前記第一永久磁石との間で吸引力を発生させるヨークと、を備え
前記第一及び第二永久磁石の着磁面の面内方向の寸法が、
前記第二永久磁石の面内方向の寸法＞第一永久磁石の面内方向の寸法
なる関係を満たすことを特徴とする除振装置。