JP2007242034A - 位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度で位置及び運動を制御することができる装置を提供する。
【解決手段】１以上の整流リニアモータであって、リニアモータは、ガイドレスステージを、１つの長い直線方向に動かし、ある平面において、微動のヨー回転を行わせる。単一のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を保持するキャリア／従動子は、長い直線運動の方向に動くステージを概ね追従するように制御される。ＶＣＭは、ある平面において、電磁力を与えて、長い直線運動の方向に直交する直線方向に、ステージを微動させる。これにより、適正なアライメントが得られる。整流型リニアモータの一方の要素（つまり、コイル又は磁石）が、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られる。駆動フレームは、反作用力によって駆動され、装置の重心位置を維持する働きを持つ。１つのリニアモータを使用する場合には、２つのＶＣＭを用いて、ヨー回転を補正することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、正確に運動することのできる運動可能な可動体に関し、より詳細には、１つの直線方向において運動可能であって、高精度の位置決め及び高速の運動を行うことのできる、ステージ装置に関し、そのようなステージ装置は、マイクロリソグラフ装置において特に好ましく使用される。

ウエーハステッパにおいては、結像されるレティクルに対する露光フィールドのアライメントがそのフィールド内に露光される回路のでき具合に影響する。走査型露光装置においては、レティクル及びウエーハは、露光シーケンスの間に、同時に移動し、互いに走査される。本発明は、そのような装置に関して、正確な走査運動を行うための装置を開示する。

高精度を得るためには、ステージは、機械的な外乱から絶縁する必要がある。これは、電磁力を用いて、ステージを位置決め及び移動させることにより、達成される。また、高い制御帯域幅も必要とされ、これは、ステージが軽量であり、ステージが可動部を有しない必要がある。また、ステージは、干渉計の計測を阻害する恐れのある過剰の熱の発生、あるいは、アライメント精度を低下させる機械的な変化があってはならない。

米国特許第４，５０６，２０４号、第４，５０６，２０５号、及び、第４，５０７，５９７号に開示される如き、無整流型の電磁アライメント装置は、経済的ではなく、その理由は、そのような電磁アライメント装置は、市販されていないような、大きな磁石及びコイルから成るアセンブリを製造する必要があるからである。ステージの重量、及び、発生する熱も、そのような設計を高精度の用途に応用することを不適切にする。

上述の如き無整流子型の装置に対する改善が、米国特許第４，９５２，８５８号に開示されており、この米国特許は、平面における大きな変位移動を行なう、ＸＹ方向に機械的に案内される、通常のサブステージを用いており、これにより、大きな磁石及びコイルから成るアセンブリの必要性を排除している。サブステージに設けられる電磁手段は、ステージを機械的な外乱から絶縁する。しかしながら、サブステージ及びステージを合わせた重量は、依然として、低い制御帯域幅をもたらし、ステージを支持する電磁要素によって発生される熱も依然としてかなりのものである。

整流型の電磁手段を用いる一般的な装置は、従来技術の無整流子型の手段に比較して、かなりの改善を示すが、低い制御帯域幅、及び、干渉計の干渉の問題は、依然として残っている。そのような装置においては、サブステージは、１つの直線方向に電磁力を用いて移動され、一方、サブステージに設けられた整流型の電磁手段が、ステージをその直交方向に動かす。上記サブステージは重たく、その理由は、ステージを動かすための磁気軌道を担持しているからである。また、ステージ上での放熱が、干渉計の精度を低下させる。

また、コイル及び磁石から成る、平行な２つのリニアモータを用いて、運動可能な部材（ステージ）を、ある長い（例えば、１０ｃｍよりも長い）直線方向において動かすことが知られている。この場合には、ステージは、ある種の直線的なガイド部材によって、案内され、上記ガイド部材に対して平行に設けられたリニアモータによって、一直線方向に駆動される。ステージを、極めて小さいストロークの範囲だけ駆動する時には、上述の従来技術に開示されているように、幾つかの電磁アクチュエータの複合体に基づくガイドレス構造を採用することができる。しかしながら、ガイドレスステージをある直線方向において長い距離動かすためには、従来技術におけるように、特殊に構成された電磁アクチュエータが必要となって、装置の寸法が大きくなり、その結果、より大きな電力を消費するという問題が生ずる。

本発明の目的は、電磁力を用いて、可動体を非接触に長い直線運動の方向に動かすことを可能とし、また、小さな慣性力及び高い応答を達成する、軽量の装置を提供することである。

また、本発明の目的は、１つの直線方向の運動を行わせるための電磁アクチュエータとして、市販の通常のリニアモータを用いて、非接触型の可動体を提供することである。

また、本発明の目的は、上記長い直線運動の方向に対して直交する方向において接触することなく、小さな変位にわたって、能動的に正確に位置決め制御を行うことのできる、非接触型の可動体を提供することである。

更に、本発明の目的は、１つの直線方向に動く運動可能な可動体（ステージ本体）、及び、同じ方向に順次動いて、その運動部材との間に一定のスペースを常時維持する第２の運動可能な部材を提供すると共に、上記第２の運動可能な部材とステージ本体との間に、上記直線方向と直交する方向の電磁力（作用力及び反力）をもたらすことにより、完全に非接触型の可動体を提供することである。

また、本発明の目的は、物体を支持しながら移動する非接触型の可動体に接続される、種々のケーブル（電線）及び管の張力が変化するために、位置決め及び走行精度が低下することを防止することのできる、非接触型の可動体を提供することである。

また、本発明の目的は、第１の可動体及び第２の可動体を平行に配列し、これら第１及び第２の可動体を互いに反対の直線方向に動かすようにすることにより、その高さが低い非接触型の装置を提供することである。
更に、本発明の目的は、非接触型の可動体が、ある直線方向に動いても、装置全体の重心の位置が変化しないように構成された装置を提供することである。

本発明の更なる目的は、ステージと、キャリア／従動子と、前記ステージをある直線方向に駆動する直線駆動手段を有し、前記ステージを磁気的に位置決めするための第１の電磁手段と、前記ある直線方向に対して実質的に直交する方向において、前記ステージを所定の平面上で移動させるために、前記キャリア／従動子に設けられた第２の電磁手段と、前記ある直線方向における前記ステージの位置に追従するように、前記キャリア／従動子の位置を制御するための手段とを備えることを特徴とする位置決め装置を提供することである。
本発明の他の目的及び特徴は、全体を通じて、同様の参照符号により同様の要素を示している、図面を参照しながら、以下の記載を読むことにより、より明らかとなろう。
上記目的を達成するために、本発明では、所定方向に移動可能な第１の可動体を備える位置決め装置において、流体軸受けを介して基準部材上で移動可能な第２の可動体と、前記所定方向に向かう駆動力を発生するように、前記第１の可動体に設けられた第１の磁化部材と前記第２の可動体に設けられた第２の磁化部材とを有し、前記第１の可動体を電磁的に駆動する第１の駆動手段とを備え、前記第１の可動体の側面と前記第２の可動体の側面とが対向するように、前記第１の可動体と前記第２の可動体とを並置し、前記第１の駆動手段の励起により、前記第１の可動体と前記第２の可動体とが前記所定方向においてそれぞれ逆方向に移動することとした。
また本発明では、所定方向に移動可能な第１の可動体を位置決めする位置決め方法において、前記第１の可動体に設けられた第１の磁化部材と流体軸受けを介して基準部材上で移動可能な第２の可動体に設けられた第２の磁化部材とを有する第１の駆動手段により、前記第１の可動体を前記所定方向に移動する作用力を与えること、前記第１の可動体と前記第２の可動体を並置すること、前記作用力に応じて前記第１の可動体が移動する方向と反対方向に第２の可動体が移動すること、とを含むこととした。

［実施例］
［産業上の利用可能性］
本発明は、一般に、電磁式アライメント装置に応用することができるが、好ましい実施例は、図１乃至図８に示すレティクルステージ用の走査装置を含む。
本発明は以下の如き特徴を有するように構成される。高精度の位置及び運動の制御を行うことのできる装置を以下に開示する。本装置は、整流型のリニアモータを用いて、ガイドレスステージを、ある平面において１つの長い直線方向に動かし、また、小さなヨー回転を行わせる。単一のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を保持するキャリア／従動子が、上記長い直線運動の方向において、上記ステージを概ね追従するように制御される。上記ＶＣＭは、上記長い直線運動の方向に対して直交する直線方向において、上記ステージを上記平面において微小距離だけ動かすための、電磁力をもたらす。上記従動子の設計は、ステージに対するケーブルの抗力の問題を解消するが、その理由は、ステージに接続された上記ケーブルは、キャリア／従動子を介して、ステージを追従するからである。キャリア／従動子を外部装置に接続するケーブルは、ある量の抗力を有することになるが、ステージはそのような外部影響（外因）を受けることがなく、その理由は、キャリア／従動子上のＶＣＭが、ステージに対する機械的な外乱の伝達を阻止することにより、バッファとして作用するからである。

本発明の特殊な特徴として、整流型のリニアモータが、ステージの両側部に設けられ、駆動フレームに取り付けられている。各々の整流型のリニアモータは、コイル部材及び磁石部材を備えており、これら部材の一方は、ステージの両側部の一方に取り付けられ、また、上記部材の他方は、駆動フレームに取り付けられている。両方のモータは、同じ方向に駆動される。これらモータを、若干異なる距離だけ駆動することにより、ステージの微小ヨー回転が生ずる。

本発明の別の特徴によれば、可動カウンターウエートが設けられ、これにより、ステージが運動する間には常に、運動量保存の法則を用いて、ステージ装置の重心の位置を維持する。本発明の一実施例においては、各々のリニアモータの一方の部材を担持する駆動フレームが、ベース構造の上で懸架されており、駆動アセンブリが、上記ベース構造の上方で上記ステージを一方へ動かす作用力を与えると、駆動フレームは、その反作用力に応じて、反対方向に動き、これにより、装置の重心を実質的に維持する。本装置は、ステージ装置とこのステージ装置が設けられているベース構造との間の反作用力を実質的に排除し、これにより、大きな加速力を可能にすると共に、装置に対する振動の影響を極めて少なくする。

ステージの運動を３つの特定の自由度に制限することにより、装置は簡単になる。市販の電磁部品を用いることにより、装置の設計は、ステージの寸法の変更に対して、容易に適合することができる。この高精度の位置決め装置は、走査型露光装置のレティクルスキャナとして使用されるのに、理想的であり、ある直線方向において円滑且つ正確な走査運動をもたらすと共に、走査方向に対して直交する方向の小さな変位移動、並びに、平面における小さなヨー回転量を制御することにより、正確なアライメントを確実に行う。

次に図１および図８を参照して具体的に説明する。本発明の位置決め装置１０は、その上方にレティクルステージ１４が所望の如く運動するように懸架されている、ベース構造１２と、レティクルステージの位置を追跡するレーザ干渉計装置１５と、位置センサ１３と、ＣＰＵ１６’（図８参照）によって作動される、位置制御装置１６とを備えている。

細長い位置決めガイド１７が、ベース１２に設けられており、また、サポートブラケット１８（図示の実施例においては、２つのブラケット）が、例えば空気軸受２０によって、ガイド１７上で運動可能に支持されている。サポートブラケット１８は、レティクルステージ１４をＸ方向に動かしまたわずかにヨー回転させるための、磁気軌道アセンブリの形態の駆動アセンブリ２２すなわち駆動フレームに接続されている。この駆動フレームは、平行に隔置された一対の磁気軌道アーム２４、２６を備えており、これら磁気軌道アームは、横断アーム２８、３０によって互いに接続され、開放された矩形体を形成している。好ましい実施例においては、駆動フレーム２２は、例えば空気軸受３２によって、ベース構造１２の上で運動可能に支持されており、これにより、上記フレームは、上記ベース構造の上で、ガイド１７の長手方向の軸線に沿った方向に自由に運動する。この方向は、レティクルステージの走査運動が必要とされる主軸方向である。本明細書で使用する「一つの方向」又は「第１の方向」は、フレーム２２又はレティクルステージ１４が、ガイド１７の長手方向の軸線に沿ったＸ方向において、前方又は後方に移動することを意味する。

次に、図１及び図７を参照して更に説明すると、Ｘ方向に細長いガイド部材すなわち案内部材１７は、前方及び後方のガイド面１７Ａ、１７Ｂを有しており、これらガイド面は、ベース構造１２の表面１２Ａに対して、概ね直交している。前方ガイド面１７Ａは、矩形の駆動フレーム２２に面しており、サポートブラケット１８の内側に固定された空気軸受２０を案内する。サポートブラケット１８は、駆動フレーム２２のガイド部材に対して平行なアーム２４の上面の各端部に取り付けられている。また、各々のサポートブラケット１８は、フック形状に形成され、Ｙ方向においてガイド部材１７を跨いでおり、その自由端は、ガイド部材１７の後側の後方ガイド面１７Ｂに面している。空気軸受２０’は、サポートブラケット１８の自由端の内側で固定され、後方ガイド面１７Ｂに面している。従って、各々のサポートブラケット１８のＹ方向における移動は、ガイド部材１７及び空気軸受２０、２０’によって拘束されており、Ｘ方向においてだけ移動することができる。

次に、本発明の第１の実施例によれば、駆動フレーム２２の４つの矩形の部品の底面に固定された空気軸受３２は、空気層を形成し、パッド面とベース構造１２の表面１２Ａとの間に、一定のギャップすなわち間隙（１μｍから数μｍ未満）を持っている。駆動フレームは、空気層によって、表面１２Ａから浮揚され、垂直方向（Ｚ方向）において支持されている。後に詳細に説明するが、図１においては、細長いアーム２４の上側部の上方に位置しているキャリア／従動子６０が、ガイド部材１７の両面１７Ａ、１７Ｂに面するブラケット６２によって支持された空気軸受６６Ａ、６６Ｂによって、横方向（Ｙ方向）において支持され、また、ベース構造１２の表面１２Ａの上方で、垂直方向（Ｚ方向）において支持されている。従って、キャリア／従動子６０は、駆動フレーム２２のいずれの部分にも接触しないように、支持されている。従って、駆動フレーム２２は、ベースの表面１２Ａの上方でガイド部材１７によって側面から案内され、Ｘ方向においてのみ直線的に動く。

次に、図１及び図２を参照して、レティクルステージ１４及び駆動フレーム２２から成る構造を説明する。レティクルステージ１４は、主本体４２を備えており、該主本体の開口４６の上方に、レティクル４４が設けられている。レティクル本体４２は、対向する一対の側部４２Ａ、４２Ｂを備えており、例えば空気軸受４８によって、ベース構造１２の上方に置かれ、懸架されている。複数の干渉計ミラー５０が、レティクルステージ１４の主本体４２に設けられており、上記干渉計ミラーは、レーザ干渉計の位置感知装置１５（図８参照）と共に作動して、位置制御装置１６へ与えられるレティクルステージの正確な位置を決定し、これにより、レティクルステージ１４を所望の如く動かすための適正な駆動信号を導く。

レティクルステージ１４の基本的な運動は、第１の電磁駆動アセンブリ、すなわち、対向する側部４２Ａ、４２Ｂの各々に設けられた別個の駆動アセンブリ５２Ａ、５２Ｂの形態をした手段によって、行われる。駆動アセンブリ５２Ａ、５２Ｂは、レティクルステージ１４の側部４２Ａ、４２Ｂにそれぞれ固定された駆動コイル５４Ａ、５４Ｂを備えており、これら駆動コイルは、駆動フレーム２２の磁気軌道アーム２４、２６の磁気軌道５６Ａ、５６Ｂと協働する。本発明の好ましい実施例においては、上記磁気コイルは、駆動フレーム２２に取り付けられているが、電磁駆動アセンブリ５２のそのような要素の配置は、逆転させることができる。

ここで、レティクルステージ１４の構造を更に詳細に説明する。図１に示すように、ステージ本体４２は、駆動フレーム２２の中の矩形の空間の中でＹ方向に動けるように、装着されている。ステージ本体４２の４つのコーナー部の各々の下で固定された空気軸受４８は、パッド面とベースの表面１２Ａとの間に、極めて小さなエアーギャップを形成し、ステージ１４全体を表面１２Ａから浮揚させてこれを支持する。上記エアーギャップ４８は、表面１２Ａに対する真空吸引を行うための凹所を有する、予圧型のものであるのが好ましい。

図２に示すように、ステージ本体４２の中央の矩形の開口４６が設けられており、これにより、レティクル４４に形成されたパターンの投影像が、上記開口を通過することができる。投影像が、矩形の開口４６を通って、矩形の開口の下方に設けられた投影光学装置ＰＬ（図７参照）を通過することができるように、ベース構造１２の中央部に、他の開口１２Ｂが設けられている。レティクル４４は、クランプ部材４２Ｃによって、ステージ本体の表面に載置されると共に、真空圧によって吸着されており、上記クランプ部材は、矩形の開口４６の周囲の４点で突出して設けられている。

次に、アーム２６付近でステージ本体４２の側部４２Ｂに隣接して固定されている、干渉計ミラー５０Ｙは、Ｘ方向において細長い垂直な反射面を有しており、上記干渉計ミラーの長さは、Ｘ方向において、ステージ１４の運動ストロークよりも幾分長く、Ｙ軸干渉計からのレーザビームＬＢＹが、上記反射面に対して直交して入射する。図２においては、レーザビームＬＢＹは、ベース構造１２の側部に固定されたミラー１２Ｄによって、直角に曲げられている。

図２の線３−３に関する部分的な断面図である図３を参照すると、干渉計ミラー５０Ｙの反射面に入射するレーザビームＬＢＹは、クランプ部材４２Ｃに取り付けられたレティクル４４の底面（パターンが形成される表面）と同じ平面に置かれる。また、図３においては、ガイド部材１７のガイド面１７Ｂに面するサポートブラケット１８の端面に作用する空気軸受２０も示されている。

図１及び図２を再度参照すると、Ｘ１軸線の干渉計からのレーザビームＬＢＸ１が入射し、干渉計ミラー５０Ｘ１で反射する。また、Ｘ２軸線の干渉計からのレーザビームＬＢＸ２が入射し、干渉計ミラー５０Ｘ２で反射する。これら２つのミラー５０Ｘ１、５０Ｘ２は、コーナーキューブ型のミラーとして構成されており、ステージ１４がヨー回転する場合でも、上記ミラーは、レーザビームの入射軸及び反射軸を、ＸＹ平面の中で常に平行に維持する。また、図２のブロック１２Ｃは、レーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２を各々のミラー５０Ｘ１、５０Ｘ２に向けるためのプリズムの如き光学ブロックであり、該光学ブロックは、ベース構造１２の部品に固定されている。ＬＢＹレーザビームに関する対応するブロックは図示されていない。

図２においては、２つのレーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２の各々の中心線の間のＹ方向における距離ＢＬは、ヨー回転の量すなわちヨー回転量を計算するために使用される基準線の長さである。従って、Ｘ１軸線の干渉計のＸ方向における測定値ΔＸ１とＸ２軸線の干渉計のＸ方向における測定値ΔＸ２との間の差を基準線の長さＢＬで割った値は、極めて小さい範囲におけるヨー回転量に概ね等しい。また、ΔＸ１及びΔＸ２の和の半分の値は、ステージ１４全体のＸ座標位置を表す。これらの計算は、図８に示す位置制御装置１６の高速デジタルプロセッサで行われる。

更に、各々のレーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２の中心線は、レティクル４４にパターンが形成される表面と同じ表面に設定される。レーザビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２の各々の中心線の間のスペースを半分に分割する、図２に示される線ＧＸの延長線、及び、レーザビームＬＢＹの延長線は、パターンが形成される表面と同じ表面の中で交差する。更に、光学軸線ＡＸ（図１及び図７参照）も、図１に示すように、上記交点を通る。図１においては、光学軸線ＡＸを含むスリット形状の照射フィールドＩＬＳが、レティクル４４の上に示されており、また、レティクル４４のパターン像が、走査されて、投影光学装置ＰＬを介して、感光性の基板に露光される。

また、図１及び図２には、ステージ本体４２の側部４２Ａに固定された２つの矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂが設けられている。これらのブロック９０Ａ、９０Ｂは、キャリア／従動子６０に取り付けられた第２の電磁アクチュエータ７０からのＹ方向の駆動力を受け取る。細部については後に説明する。

ステージ本体４２の両側に固定された駆動コイル５４Ａ、５４Ｂは、ＸＹ平面に対して平坦で平行に形成され、磁気軌道５６Ａ、５６ＢのＸ方向に、接触することなく伸長するスロットの磁束空間を運動する。この実施例において使用される駆動コイル５４及び磁気軌道５６から成るアセンブリは、市販で容易に入手可能な、汎用型のリニアモータであり、整流子を有していても有していなくても良い。

ここで、実際の設計を考えると、レティクルステージ１４の移動ストロークは大体、レティクル４４のサイズ（露光のための走査を行う時に必要とされる移動量、及び、レティクルを交換するために、照射光学装置からレティクルを取り除く時に必要とされる移動量）により決定される。この実施例においては、６インチのレティクルを用いる場合には、移動ストロークは約３０ｃｍである。
上で説明したように、駆動フレーム２２及びステージ１４は、独立して浮揚し、ベースの表面１２Ａの上で支持され、同時に、磁気作用及び反力が、リニアモータ５２によってのみ、Ｘ方向に互いに作用される。これにより、運動量保存の法則が、駆動フレーム２２とステージ１４との間に働く。

次に、レティクルステージ１４の全重量が、サポートブラケット１８を含むフレーム２２の全重量の約５分の１であと仮定すると、ステージ１４のＸ方向における３０ｃｍの前進運動が、駆動フレーム２２をＸ方向に６ｃｍ後退させる。これは、ベース構造１２の上における装置の重心の位置が、Ｘ方向において実質的に固定されていることを意味する。Ｙ方向においては、大きな重量の物体は移動しない。従って、Ｙ方向における重心の位置の変動も、比較的少ない。

ステージ１４は、上述のように、Ｘ方向に運動することができるが、移動コイル（５４Ａ、５４Ｂ）、及び、リニアモータ５２の固定子は、Ｘ方向のアクチュエータがない場合には、Ｙ方向において互いに干渉する（衝突する）。従って、本発明の特徴的な構成要素である、キャリア／従動子６０及び第２の電磁アクチュエータ７０が、ステージ１４をＹ方向において制御するために設けられている。

次に、図１、図２、図３及び図７を参照して、その構造を説明する。
図１に示すように、キャリア／従動子６０は、ガイド部材１７を跨いでいるフック形状のサポートブラケット６２によって、Ｙ方向に運動可能に取り付けられている。また、図２から明らかなように、キャリア／従動子６０は、アーム２４の上方に設けられ、ステージ１４（本体４２）とアーム２４との間に、あるスペースを維持している。キャリア／従動子６０の一端部６０Ｅは、アーム２４の上方で、実質的に内方へ（ステージ本体４２に向かって）突出している。この端部部品の中では、磁気軌道５６Ａのスロットのスペースに入る駆動コイル６８（コイル５４と同じ形状）が固定されている。

また、ブラケット６２によって支持されて、ガイド部材１７のガイド面１７Ａに面している空気軸受６６Ａ（図２、図３、図４及び図７参照）が、キャリア／従動子６０のガイド部材とアーム２４との間のスペースの中で固定されている。キャリア／従動子６０を浮揚させて該キャリア／従動子をベースの表面１２Ａの上で支持する空気軸受６６も、図３に示されている。

ガイド部材１７のガイド面１７Ｂに接する空気軸受６６Ｂも、空気軸受６６Ａとは反対側のフックの側部に設けられるサポートブラケット６２の自由端に固定されており、上記空気軸受６６Ａと６６Ｂとの間に、ガイド部材１７が位置している。

次に、図７から明らかなように、キャリア／従動子６０は、磁気軌道５６Ａ及びステージ本体４２に関して、それぞれＹ方向及びＺ方向において、あるスペースを維持するように配置されている。図７には、投影光学装置ＰＬと、ベース構造１２を上記投影光学装置ＰＬの上方に支持するためのコラムロッドＣＢとが示されている。そのような構造は、投影アライナーに対しては一般的であり、ベース構造１２の上方の上記構造の重心の不必要な移動が、コラムロッドＣＢと投影光学装置ＰＬとの間の横方向のずれを生じることがあり、従って、露光の際に、感光性の基板の上の像の歪みを生ずる。従って、ステージ１４の運動が、ベース構造１２の上方の重心を移動させない、本実施例の如き装置の利点は、重要である。

また、図４を参照して、キャリア／従動子の構造を説明する。図４においては、理解を容易にするために、キャリア／従動子６０が、２つの部品６０Ａ、６０Ｂに分解されている。図４から明らかなように、キャリア／従動子６０自体をＸ方向に動かす駆動コイル６８は、キャリア／従動子６０の端部６０Ｅの下方部に固定されている。更に、空気軸受６６Ｃが、端部６０Ｅの底面上のベース構造１２Ａに面しており、キャリア／従動子６０を浮揚させる役割を果たしている。

従って、キャリア／従動子６０は、２つの空気軸受６６、及び、１つの空気軸受６６Ｃの３つの点によって、Ｚ方向において支持され、空気軸受６６Ａ、６６Ｂによって、Ｙ方向への移動が拘束され、Ｘ方向に運動できるようになっている。この構造において重要な点は、第２の磁気軌道アーム７０が、サポートブラケット６２と背中合わせの関係で配列されており、従って、上記アクチュエータが、Ｙ方向の駆動力を発生すると、ステージ１４とキャリア／従動子６０との間のＹ方向の反力が、サポートブラケット６２の中で固定された空気軸受６６Ａ、６６Ｂに積極的に作用することである。換言すれば、アクチュエータ７０及び空気軸受６６Ａ、６６Ｂを、ＸＹ平面のＹ軸に対して平行な線の上に設けることにより、アクチュエータ７０’が作動している時に、キャリア／従動子６０を機械的に変形する恐れのある望ましくない応力が発生するのを防止する。反対に、これは、キャリア／従動子６０の重量を減少させることができることを意味する。

上で説明した図２、図４及び図６から明らかなように、駆動フレーム２２の形態のアーム２４の中の磁気軌道５６Ａは、ステージ本体４２の側の駆動コイル５４Ａに対して、磁束をもたらし、これと同時に、キャリア／従動子６０用の駆動コイル６８に磁束をもたらす。空気軸受６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃに関しては、真空予圧型のものが好ましく、その理由は、キャリア／従動子６０が軽くなるからである。真空予圧型ではなく、磁気予圧型のものも使うことができる。

次に、図３、図５及び図７を参照して、キャリア／従動子６０に設けられた第２のアクチュエータを説明する。ボイスコイルモータ７０の形態の第２の電磁駆動アセンブリは、レティクルステージ１４の主本体４２に取り付けられたボイスコイル７４と、キャリア／従動子６０に取り付けられた磁石７２とを備えており、該磁石は、駆動アセンブリ２２によって生ずるステージ１４のＸ方向の長い直線運動に対して直交する運動平面上で、Ｘ方向にステージ１４を微小距離だけ動かす。コイル７４及び磁石７２の位置は、逆転させることができる。ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７０の概略的な構造が、図３及び図７に示されており、その詳細な構造は、図５に示されている。図５には、図７の矢印５で示す水平な平面において切断した、ＶＣＭの断面図が示されている。図５においては、ＶＣＭ７０の磁石７２が、キャリア／従動子６０の側に固定されている。また、ＶＣＭ７０のコイルは、コイル本体７４Ａと、その支持部品７４Ｂとを備えており、該支持部品７４Ｂは、２つの矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂの間で堅固に伸長している接続プレート（ＸＹ平面に対して垂直なプレート）９２に対して固定されている。ＶＣＭ７０の中央線ＫＸは、コイル７４の駆動力の方向を示しており、電流が、コイル本体７４に流れると、コイル７４は、その電流の方向に従って、Ｙ方向における正の運動又は負の運動を生じ、上記電流の大きさに対応する力を発生する。一般に使用されているＶＣＭにおいては、一般に、リング形状のダンパ又はベローズが、コイルと磁石との間に設けられ、これにより、上記コイルと磁石との間にギャップを維持するが、本発明によれば、上記ギャップは、キャリア／従動子６０の追従運動によって維持され、従って、ダンパ又はベローズの如き上述のような支持要素は必要ではない。

本実施例においては、図５に示すように、容量性のギャップセンサ１３Ａ、１３Ａが、位置決めセンサ１３として設けられている（図８参照）。図５においては、容量性センサ用の電極が設けられ、Ｘ方向において互いに向かい合う矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂの側面とＶＣＭ７０のケース７０’の側面との間のＸ方向のギャップの変化を感知する。そのような位置決めセンサ１３は、キャリア／従動子６０とステージ１４（又は、本体４２）との間のＹ方向のギャップの変化を感知することができる限り、どのような場所にも置くことができる。更に、センサのタイプは、光電子型、誘電型、超音波型、あるいは、空気ミクロ装置の如き、総ての非接触型のタイプとすることができる。

図５のケース７０’は、キャリア／従動子６０と一体となっており、レティクルステージ１４の側のいずれの部材とも接触しないように、設けられている（空間的に）。ケース７０’と矩形状のブロック９０Ａ、９０Ｂとの間のＸ方向（走査方向）のギャップに関しては、センサ１３Ａの側のギャップが大きくなると、センサ１３Ｂの側のギャップが小さくなる。従って、センサ１３Ａによって測定されたギャップ値とセンサ１３Ｂによって測定されたギャップ値との間の差は、ディジタル演算又はアナログ演算によって得られ、キャリア／従動子６０用の駆動コイル６８の駆動電流を制御する、直接サーボ（フィードバック）制御装置は、このギャップの差をゼロにする、サーボ駆動回路を用いて設計されており、これにより、キャリア／従動子６０は、Ｘ方向の追従運動を自動的に実行し、ステージ本体４２に対してあるスペースを常に維持する。また、図８の位置制御装置１６の作動によって、駆動コイル６８への電流の流れを制御する、間接サーボ制御装置は、センサの１つからだけ得られる測定されたギャップ値、及び、Ｘ軸干渉計から測定されたステージ１４のＸ座標位置を用い、２つのギャップセンサ１３Ａ、１３Ｂを差動的に用いることなく、設計することが可能である。

図５に示すＶＣＭ７０においては、コイル本体７４Ａと磁石７２との間のＸ方向（非励起方向）のギャップは、実際には、約２−３ｍｍである。従って、ステージ本体４２に対するキャリア／従動子６０の追従精度は、約±０．５−１ｍｍのものが許容できる。この精度は、どの程度のステージ本体のヨー回転量が許容されるかに依存し、また、ＶＣＭ７０のコイル本体７４ＡのＫＸ方向（励起方向）の線の長さにも依存する。また、上記精度の程度は、干渉計（例えば、その干渉計の分解能が、０．０１μｍであると仮定して）を用いた場合の、ステージ本体４２の正確な位置決め精度（±０．０３μｍ）よりも、かなり低いものとなる。これは、従動子用のサーボ装置を、かなり簡単に設計することができ、また、従動子制御装置を装備するコストが小さくなることを意味する。また、図５の線ＫＸは、ＸＹ平面上のステージ１４全体の重心を通るように設定されており、図に示すサポートブラケット６２の内側に設けられた一対の空気軸受６６Ａ、６６Ｂの各々の重心も、ＸＹ平面の線ＫＸの上に位置している。

図６には、ガイド部材１７と、キャリア／従動子６０と、磁気軌道５６Ａとを備える部品を、図２の矢印６の方向から切断した、断面図が示されている。磁気軌道５６Ａを収容するアーム２４は、空気軸受３２によって、浮揚されてベースの表面１２Ａの上に支持されており、キャリア／従動子６０は、空気軸受６６によって、ベースの表面１２Ａの上で浮揚して支持されている。この時に、ステージ本体４２の底面における空気軸受４８の高さ（図３又は図７）、及び、空気軸受３２の高さは、ステージ本体４２の側の駆動コイル５４Ａを、磁気軌道５６Ａのスロットのスペースの中で、Ｚ方向に２−３ｍｍのギャップを維持するように決定される。

キャリア／従動子６０とアーム２４との間のＺ方向及びＹ方向の各々のスペースは、めったに変化することはなく、その理由は、上記キャリア／従動子及びアームは共に、共通のガイド部材１７及びベースの表面１２Ａによって案内されているからである。また、駆動フレーム２２（アーム２４）の底面の空気軸受３２が案内されている、ベースの表面１２Ａ上の部品と、ステージ本体の底面の空気軸受４８が案内されている、ベースの表面１２Ａ上の部品との間に、Ｚ方向の高さの差がある場合でも、そのような差が、運動ストロークの範囲内で厳密に一定している限り、磁気軌道５６Ａと駆動コイル５４Ａとの間のＺ方向のギャップも一定に維持される。

更に、キャリア／従動子６０用の駆動コイル６８は元々、キャリア／従動子６０に固定されているので、磁気軌道５６Ａのスロットのスペースの中の上方及び下方に、２−３ｍｍのギャップを維持するようになされている。駆動コイル６８は、磁気軌道５６Ａに対して、Ｙ方向にはめったにシフトしない。

ステージ１４上の駆動コイル５４Ａ、５４Ｂと、ボイスコイルモータのコイル７４と、キャリア／従動子駆動コイル６８とに、信号を送るためのケーブル８２（図２参照）が設けられており、これらケーブル８２は、キャリア／従動子６０及びガイド１７に設けられ、従って、レティクルステージ１４に与える引っぱり力を取り除いている。ボイスコイルモータ７０は、ステージ１４に対する機械的な外乱力の伝達を阻止することにより、バッファとして作用する。

従って、図２及び図４を参照して、ケーブルの出力を詳細に説明する。図２に示すように、電気装置の電線、及び、空気圧及び真空装置の管（以下にケーブルと呼称する）を接続するコネクタ８０が、ベース構造１２の上で、ガイド部材１７の一端部に設けられている。上記コネクタ８０は、外部制御装置（図８に示す電気的なシステム制御装置に加えて、空気圧及び真空装置の制御装置を含む）から、フレキシブルケーブル８２までのケーブル８１を接続する。ケーブル８２は更に、キャリア／従動子６０の端部部品６０Ｅにも接続されており、システム電線、及び、ステージ本体４２に必要な空気圧及び真空装置の管が、ケーブル８３として分配されている。

上述のように、ＶＣＭ７０は、ケーブルの引っぱり力すなわち張力による影響を解消するように作用するが、時々、その影響が、キャリア／従動子６０とステージ本体４２との間に、予期しない方向のモーメントとして現れることがある。換言すれば、ケーブル８２の張力は、ガイド部材１７のガイド面、あるいは、ベースの表面１２Ａを回転させる力を、キャリア／従動子６０に与え、ケーブル８３の張力は、キャリア／従動子６０及びステージ本体に対して、これらを相対的に回転させる力を与える。

そのようなモーメントの１つ、すなわち、キャリア／従動子６０をシフトさせるすなわち移動させる成分は、問題ではないが、ステージ本体をＸ方向、Ｙ方向及びθ方向（ヨー回転方向）にシフトさせるモーメントは、アライメント、あるいは、オーバーレー精度に影響を与えることがある。Ｘ方向及びθ方向に関しては、シフトは、２つのリニアモータ（５４Ａ、５６Ａ、５４Ｂ、５６Ｂ）による一連の駆動によって、補正することができ、また、Ｙ方向に関しては、シフトは、ＶＣＭ７０によって補正することができる。この実施例においては、ステージ１４の全重量をかなり低減することができ、ＶＣＭ７０によるステージ１４のＹ方向の運動の応答、並びに、Ｘ方向及びθ方向のリニアモータによる応答は、完全に非接触式のガイドレス構造と相俟って、極めて高い。また、ミクロン振動（ミクロン単位の振動）が、キャリア／従動子６０に生じ、そのようなミクロン振動が、ケーブル８３を介してステージ１４へ伝達された場合でも、そのような振動（数Ｈｚから数十Ｈｚまで）は、上述の高い応答によって、十分に解消することができる。

次に、図４は、各々のケーブルが、キャリア／従動子６０でどのように分配されているかを示している。ステージ本体４２用の駆動コイル５４Ａ、５４Ｂ及びＶＣＭ７０の駆動コイル７４への各々の駆動信号、並びに、位置センサ１３（ギャップセンサ１３Ａ、１３Ｂ）からの感知信号が、コネクタ８０からシステム電線８２Ａに入る。各々の空気軸受４８、６６への圧力ガス及び真空が、コネクタ８０から、空気圧系の管８２Ｂに入る。一方、駆動コイル５４Ａ、５４Ｂへの駆動信号が、ステージ本体４２に接続された電気系の電線８３Ａに入り、また、空気軸受４８用の圧力ガス、及び、クランプ部材４２Ｃ用の真空が、空気系のホース８３Ｂに入る。

また、図２に示すラインとは別に、駆動フレーム２２の空気軸受２０、２０’、３２用の空圧系のための別のラインを設けることが好ましい。また、図４に示すように、ケーブル８３の張力又は振動を阻止できない場合には、ステージ本体４２が受ける張力又は振動によるモーメントを、可能な限りＹ方向にだけ限定するように配列するようにすると良い。この場合には、上記モーメントは、極めて高い応答を有するＶＣＭによってだけ、解消することができる。

次に図１、図２及び図８を参照すると、レティクルステージ１４の位置決めは、レーザ干渉計装置１５を用いて、最初にその現在の位置を知ることにより、実行される。駆動信号が、レティクルステージの駆動コイル５４Ａ、５４Ｂに送られ、ステージ１４をＸ方向に駆動する。駆動に際し、差動力をレティクルステージ１４の両側部４２Ａ、４２Ｂへ与えると、レティクルステージ１４は微小なヨー回転を生ずる。ボイスコイルモータ７０のボイスコイル７２への適宜な駆動信号が、レティクルステージ１４のＹ方向の微小変位すなわち移動を生ずる。レティクルステージ１４の位置が変化するに連れて、駆動信号が、キャリア／従動子のコイル６８へ送られ、これにより、キャリア／従動子６０が、レティクルステージ１４に追従する。その結果生ずる、与えられた駆動力に対する反力が、磁気軌道アセンブリすなわち駆動フレーム２２を、レティクルステージ１４の運動とは反対の方向に動かし、これにより、装置の重心位置を実質的に維持する。カウンターウエート、あるいは、磁気軌道アセンブリ２２の反動部を装置に含める必要はなく、この場合には、磁気軌道アセンブリ２２を、ベース１２上に固定して設けることができることは理解されよう。

上述のように、本実施例のステージ装置を制御するために、図８に示す制御装置が設けられている。図８のこの制御装置を、以下に詳細に説明する。２つのリニアモータのそれぞれの駆動コイル５４Ａ、５４Ｂとして構成された、Ｘ１駆動コイル、及び、Ｘ２駆動コイル、並びに、ＶＣＭ７０の駆動コイル７２として構成された、Ｙ駆動コイルが、レティクルステージ１４に設けられており、駆動コイル６８は、キャリア／従動子６０に設けられている。これら各々の駆動コイルは、駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２、ＳＹ１、ＳΔＸに応じて、位置制御装置１６によって駆動される。ステージ１４の座標位置を測定するレーザ干渉計装置は、ビームすなわち光線ＬＢＹを送信／受信するＸ１軸干渉計と、ビームＬＢＸ２を送信／受信するＸ２軸干渉計とを備えており、これら干渉計は、各軸の各々の方向に関する情報ＩＦＹ、ＩＦＸ１、ＩＦＸ２を、位置制御装置１６へ送信する。位置制御装置１６は、２つの駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２を駆動コイル５４Ａ、５４Ｂへ送信し、これにより、Ｘ方向における位置情報ＩＦＸ１、ＩＦＸ２の間の差が、設定値になる。すなわち、換言すれば、レティクルステージ１４のヨー回転量が、設定の値に維持される。従って、露光時は言うまでもなく一旦、レティクル４４がステージ本体４２上でアライメントされると、ビームＬＢＸ１、ＬＢＸ２、Ｘ１軸干渉計及びＸ２軸干渉計、位置制御装置１６、及び、駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２による、ヨー回転（θ方向における）の位置決めが常時行われる。

また、Ｘ方向の位置情報ＩＦＸ１、ＩＦＸ２の合計の平均値から、ステージ１４のＸ方向の現在の座標位置を得た制御装置１６は、ホストＣＰＵ１６’からの種々の命令、並びに、各パラメータに関する情報ＣＤに基づき、駆動信号ＳＸ１、ＳＸ２を、駆動コイル５４Ａ、５４Ｂにそれぞれ送信する。特に、走査露光が作動している時には、ヨー回転量を補正しながら、ステージ１４をＸ方向に直線的に動かす必要があり、制御装置１６は、必要に応じて、同じ又は若干異なる力を与えながら２つの駆動コイル５４Ａ、５４Ｂを制御する。

また、Ｙ軸干渉計からの位置情報ＩＦＹも、制御装置１６へ送信され、制御装置１６は、最適な駆動信号ＳΔＸを、キャリア／従動子６０の駆動コイル６８へ送信する。この時点において、制御装置１６は、レティクルステージ１４とキャリア／従動子６０との間のＸ方向のスペースを測定する位置センサ１３からの感知信号Ｓｐｄを受信し、必要な信号ＳΔＸを送信して、信号Ｓｐｄを上述の設定値にする。キャリア／従動子６０の追従精度は、それほど厳密ではなく、制御装置１６の感知信号Ｓｐｄも厳密に求める必要はない。例えば、各々の干渉計からの１ミリ秒毎の位置情報ＩＦＹ、ＩＦＸ１、ＩＦ２を読むことにより、運動を制御する時には、制御装置１６の高速プロセッサ（演算装置）が、その度毎に、感知信号Ｓｐｄの電流をサンプリングし、その値が、基準値に比較して、大きいかあるいは小さいかを判定する。その偏差が、ある点を超えている場合には、その偏差に比例する信号ＳΔＸを駆動コイル６８へ送信することができる。また、上述のように、駆動コイル６８を直接サーボ制御し、また、位置制御装置１６を経ることなく、キャリア／従動子６０の追従運動を直接制御する、制御装置９５を設けることもできる。

図示の可動ステージ装置は、該可動ステージ装置をＸ方向において拘束するアタッチメントを何等有していないので、小さな影響が、このようなステージ装置を正のＸ方向又は負のＸ方向にドリフトすなわち変動させることがある。これは、そのようなアンバランスが過度になると、ある部品同士を衝突させることがある。上記影響としては、ケーブルの力、ベースの基準面１２Ａの不正確なレベリングすなわち水平度、あるいは、構成要素間の摩擦が挙げられる。１つの簡単な方法は、弱いバンパ（図示せず）を用いて、駆動アセンブリ２２の過剰の移動を阻止することである。他の簡単な方法は、駆動アセンブリが、ストロークの終端付近に到達した時に、駆動アセンブリ２２を案内するために使用される１又はそれ以上の空気軸受（３２、２０）への空気の供給を遮断することである。そのような空気軸受は、反対方向へ戻る駆動が始まった時に、作動させることができる。

より正確な方法は、測定手段（図示せず）によって、駆動アセンブリの位置を監視し、正しい位置を回復してこれを維持するための駆動力を与えることを必要とする。そのような測定手段の精度は、厳密である必要はないが、０．１乃至１．０ｍｍ程度の精度が必要である。上記駆動力は、駆動アセンブリ２２に取り付けられた別のリニアモータ（図示せず）、あるいは、上記駆動アセンブリに接続された他のモータを用いて、与えることができる。

最後に、キャリア／従動子６０の上記１又はそれ以上の空気軸受（６６、６６Ａ、６６Ｂ）の作動を停止し、ステージ４２のアイドル期間の間に、ブレーキの役割を果たさせることができる。キャリア／従動子６０のコイル６８が励起されて、キャリア／従動子６０がブレーキを受けた状態にある場合には、駆動アセンブリは、駆動されて加速される。従って、位置制御装置１６は、駆動アセンブリ２２の位置を監視する。駆動アセンブリが、位置を逸脱してドリフトすると、駆動アセンブリは、キャリア／従動子６０のコイル６８を間欠的に用いて、十分な精度で再度位置決めされる。

本発明の第１の実施例においては、カウンターウエートとして機能する駆動フレーム２２は、装置全体の重心位置を移動させないように設けられており、ステージ本体４２とは反対の方向に動かされる。しかしながら、図１乃至図７の構造が、重心の移動すなわちシフトが大きな問題ではない装置に応用された場合には、駆動フレーム２２をベース構造１２と一緒に固定することもできる。そのような場合には、重心に関する問題を除くと、装置に何等変更を行うことなく、幾つかの効果及び機能を得ることができる。

本発明は、ある平面において、３つの自由度で高精度の位置及び運動の制御を行わせるために使用できるステージを提供する。その特徴は（１）直線運動が長く、（２）そのような長い直線運動に直交する直線運動が短く、（３）ヨー回転量が少ない。このステージは、ステージドライバ（ステージ駆動装置）として、電磁力を用いることにより、周囲の構造の機械的な悪影響から絶縁される。このガイドレスステージ用の構造を用いることにより、高い制御帯域幅が得られる。これら２つの要点は、ステージの円滑且つ正確な操作を達成することに貢献する。

図１乃至図８に示す実施例の説明を念頭において、図９及び図１０を参照すると、本発明の好ましい実施例が示されており、この実施例の各構成要素の参照符号の下２桁は、図１乃至図７の各構成要素の２桁の参照符号に概ね対応している。

図９及び図１０においては、上述の第１の実施例とは異なり、カウンターウエートとして機能する駆動フレームが取り除かれ、２つのリニアモータの各々の磁気軌道１５６Ａ、１５６Ｂは、ベース構造１１２に堅固に取り付けられている。Ｘ方向に直線的に動くステージ本体１４２は、２つの磁気軌道１５６Ａ、１５６Ｂの間に設けられている。図１０に示すように、ベース構造１１２には、開口１１２Ｂが形成されており、ステージ本体１４２は、開口部分１１２ＢをＹ方向に跨ぐように配置されている。ステージ本体１４２のＹ方向の両端部において、４つの予圧型の空気軸受１４８が、底面に固定されており、上記空気軸受は、ステージ本体１４２を浮揚させ、ベースの表面１１２Ａに対して支持している。

また、本実施例によれば、レティクル１４４が、挟持されており、ステージ本体１４２の上に別個に設けられたレティクル保持プレートすなわちレティクルチャックプレート１４３の上で支持されている。Ｙ軸レーザ干渉計用の直線ミラー１５０Ｙ、並びに、Ｘ軸レーザ干渉計用の２つのコーナーミラー１５０Ｘ１、１５０Ｘ２が、レティクルチャックプレート１４３に設けられている。駆動コイル１５４Ａ、１５４Ｂは、ステージ本体１４２のＹ方向の両端部において、磁気軌道１５６Ａ、１５６Ｂに相対して固定されており、上述の制御サブシステムによって、ステージ本体１４２をＸ方向に直線的に動かし、極く微小な量だけヨー回転させる。

図１０から明らかなように、リニアモータの右側の磁気軌道１５６Ｂ、及び、リニアモータの左側の磁気軌道１５６Ａは、これら軌道の間のＺ方向の高さが異なるように配置されている。換言すれば、左側の磁気軌道１５６の長い軸線の方向における両端部の底面は、図９に示すように、ブロック部材１５５を用いてベースの表面１１２Ａに対して、ある高さだけ上に配置されている。ＶＣＭが固定されているキャリア／従動子１６０は、上記上にある磁気軌道１５６Ａの下方のスペースの中に設けられている。

キャリア／従動子１６０は、一段低い高さにあるベース構造１１２のベースの表面１１２Ａ’上に予圧型の空気軸受１６６（２点）によって、浮揚されて支持されている。また、ベース構造１１２の上に設けられた、直線的なガイド部材１１７の垂直なガイド面１１７Ａに面する２つの予圧型の空気軸受１６４が、キャリア／従動子１６０の側面に固定されている。このキャリア／従動子１６０は、上述の実施例に関する図４に示すものとは異なっており、キャリア／従動子１６０用の駆動コイル１６８（図９）は、キャリア／従動子１６０の底部から垂直に伸長する部品に対して水平に固定され、且つ、磁気軌道１５６Ａの磁束スロットの中に接触することなく設けられている。キャリア／従動子１６０は、運動ストロークの範囲内において、磁気軌道１５６Ａのいずれの部分にも接触しないように配置されており、ステージ本体１４２をＹ方向において正確に位置決めするＶＣＭ１７０を備えている。

また、図９においては、キャリア／従動子１６０を浮揚させて支持する空気軸受１６６が、ＶＣＭ１７０の下に設けられている。キャリア／従動子１６０のステージ本体１４２に対する追従運動も、上述の実施例と同様に、位置センサ１３からの感知信号に基づいて行われる。

上述の如く構成された第２の実施例においては、カウンターウエートとして機能する部材が実質的に存在しないので、装置全体の重心が、ステージ本体１４２のＸ方向のシフトに応じて移動すなわちシフトするという不都合がある。しかしながら、キャリア／従動子１６０を用いて、接触することなく、ステージ本体１４２を追従することにより、ＶＣＭ１７０による非接触型の電磁力によって、ステージ本体１４２をＹ方向に正確に位置決めすることが可能である。また、上記２つのリニアモータは、その高さ方向Ｚに差があるように配置されているので、各々のリニアモータによって発生された力モーメントのベクトル和が、レティクルステージ全体の重心において極めて小さくすることができるという利点があり、その理由は、各々のリニアモータの力モーメントが、互いに実質的に相殺し合うからである。

また、ＶＣＭ１７０の長手方向の作用軸線（図５の線ＫＸ）が、ＸＹ平面上だけではなく、Ｚ方向においても、ステージの構造全体の重心を通るので、ＶＣＭ１７０の駆動力が、不必要なモーメントをステージ本体１４２に与えることが、より困難となる。また、キャリア／従動子１６０を介してケーブル８２、８３を接続する方法は、上記第１の実施例と同じ態様で、応用することができるので、完全に非接触型のガイドレスステージに関する問題も改善される。

同じガイドレスの原理を、別の実施例にも採用することができる。例えば、図１１及び図１２においては、ベース２１２上に支持されたステージ２４２は、単一の磁気軌道２５６の中で動く単一の可動コイル２５４によって、長手のＸ方向に駆動される。上記磁気軌道は、ベース２１２に堅固に取り付けられている。上記コイルの重心は、ステージ２４２の重心付近に位置している。ステージをＹ方向に動かすためには、一対のＶＣＭ（２７４Ａ、２７４Ｂ、２７２Ａ、２７２Ｂ）を起動し、Ｙ方向の加速力を与える。ヨー回転すなわちヨーイングを制御するためには、コイル２７４Ａ、２７４Ｂが、電子サブシステムの制御を受けて、差動的に起動される。ＶＣＭ磁石（２７２Ａ、２７２Ｂ）が、キャリア／従動子のステージ２６０に取り付けられている。キャリア／従動子のステージは、上述の第１の実施例と同様に、案内されて駆動される。この別の実施例は、ウエーハステージに利用することができる。レティクルステージに使用される場合には、コイル２５４及び軌道２５６の一方の側に、レティクルを設けることができ、ステージ２４２の重心が、コイル２５４及び軌道２５６を通るように維持する必要がある場合には、ステージ２４２につり合いを保つための補償開口を、レティクルとは反対側のコイル２５４及び軌道２５６の側に設けることができる。

上記各々の実施例から得られる利点は、以下のように大まかにまとめることができる。精度を維持するために、キャリア／従動子の設計は、ステージに接続されたケーブルが、キャリア／従動子を介してステージに追従するので、該ステージ用のケーブルの張力の問題がなくなる。キャリア／従動子を外部装置に接続するケーブルは、ある量の張力を有しているが、ステージは、そのような影響を受けることはなく、その理由は、ステージに対する機械的な外乱の伝達を阻止することによって、バッファとして作用するキャリア／従動子にステージが直接、つながっていないからである。

また、カウンターウエートの設計により、運動量保存の法則を用いて、長いストローク方向におけるステージの移動の間に、ステージ装置の重心の位置が維持される。この装置は、ステージ装置とステージ装置が取り付けられるベース構造との間の反力を実質的に排除し、これにより、大きな加速度を可能にすると同時に、装置への振動の影響を極めて小さくする。

また、ステージは、上述のように、３つの自由度で限定された運動を行うように設計されているので、そのようなステージは、３つの自由度の総てにおいて、全範囲の運動を行うように設計されているステージに比較して、極めて簡単である。また、無整流子型の装置とは異なり、本発明は、市販の電磁要素を用いる。本発明は、ステージの寸法及びストロークが増大するに連れて、製造することが益々困難になる、特注型の電磁要素を必要としないので、本発明は、ステージの寸法又はストロークを変えることが容易である。

単一のリニアモータを用いた場合の実施例ではもう一方のリニアモータを用いる必要はなく、２つのＶＣＭを用いることでヨー角の補正を行なうことができる。
好ましい実施例について本発明を説明したが、本発明は、種々の別の形態を取ることができ、請求の範囲によってのみ限定されるものである。

本発明の装置の概略的な斜視図である。 図１に示す装置の平面図である。 図２に示す構造を線３−３に沿って矢印の方向に見て示す立面図である。 部分的に分解された図１のキャリア／従動子の構造を、位置決めガイドから分解した状態で示す拡大斜視図である。 図７に示す構造の一部を、線５に沿って、矢印の方向に見て示す拡大水平断面図である。 図２に示す構造の一部を、ボイスコイルモータを取り除き、線６に沿って矢印の方向で見て示す拡大垂直断面図である。 図２に示す構造の一部を、線７−７に沿って、矢印の方向に見て示す垂直断面図である。 ステージの位置を制御するための感知／制御装置を概略的に示すブロックダイアグラムである。 本発明の好ましい実施例を示す、図２と同様の平面図である。 図９に示す構造を、線１０−１０に沿って、矢印の方向に見て示す垂直断面図である。 本発明の別の実施例を極めて簡略化して示す、図９と同様の平面図である。 本発明の更に別の実施例を極めて簡略化して示す、図１０と同様の立面図である。

符号の説明

１０ 位置決め装置
１２ ベース構造
１４ レティクルステージ
１６ 位置制御装置
１６’ ＣＰＵ
１７Ａ，１７Ｂ ガイド面
１７ 位置決めガイド
１８ サポートブラケット
２０ 空気軸受
２２ 駆動アセンブリ（駆動フレーム）
２４，２６ 磁気軌道アーム
３２ 空気軸受
４２ 主本体
５２ 電磁駆動アセンブリ
５４Ａ，５４Ｂ 駆動コイル
５６Ａ，５６Ｂ 磁気軌道
６０ キャリア／従動子

Claims (18)

1. 所定方向に移動可能な第１の可動体を備える位置決め装置において、
   流体軸受けを介して基準部材上で移動可能な第２の可動体と、
   前記所定方向に向かう駆動力を発生するように、前記第１の可動体に設けられた第１の磁化部材と前記第２の可動体に設けられた第２の磁化部材とを有し、前記第１の可動体を電磁的に駆動する第１の駆動手段とを備え、
   前記第１の可動体の側面と前記第２の可動体の側面とが対向するように、前記第１の可動体と前記第２の可動体とを並置し、
   前記第１の駆動手段の励起により、前記第１の可動体と前記第２の可動体とが前記所定方向においてそれぞれ逆方向に移動することを特徴とする位置決め装置。
2. 請求項１に記載の位置決め装置において、
   前記第２の可動体の重量が前記第１の可動体の重量より大きいことを特徴とする位置決め装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
   前記第１の磁化部材と前記第２の磁化部材との一方はコイルであり、前記第１の磁化部材と前記第２の磁化部材との他方は磁石であることを特徴とする位置決め装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
   前記第１の可動体は、流体軸受けを介して前記基準部材に対して移動可能であることを特徴とする位置決め装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
   前記第２の可動体は矩形形状であることを特徴とする位置決め装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
   前記第１の駆動手段は、前記第１の可動体を回転可能であることを特徴とする位置決め装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
   前記第１の可動体を前記所定方向と交差する方向に移動する第２の駆動手段を有することを特徴とする位置決め装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
   前記第２の駆動手段はコイルと磁石を有し、前記第１の可動体の重心に向かって前記第２駆動手段が励起されることを特徴とする位置決め装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
   前記第２の可動体の位置を調整するリニアモータを有することを特徴とする位置決め装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
    前記第２の可動体は、流体軸受けを介してガイドに沿って前記所定方向に移動可能であることを特徴とする位置決め装置。
11. 所定方向に移動可能な第１の可動体を位置決めする位置決め方法において、
    前記第１の可動体に設けられた第１の磁化部材と流体軸受けを介して基準部材上で移動可能な第２の可動体に設けられた第２の磁化部材とを有する第１の駆動手段により、前記第１の可動体を前記所定方向に移動する作用力を与えること、
    前記第１の可動体と前記第２の可動体を並置すること、
    前記作用力に応じて前記第１の可動体が移動する方向と反対方向に第２の可動体が移動すること、とを含むことを特徴とする位置決め方法。
12. 請求項１２に記載の位置決め方法において、
    前記第１の磁化部材と前記第２の磁化部材との一方はコイルであり、前記第１の磁化部材と前記第２の磁化部材との他方は磁石であることを特徴とする位置決め方法。
13. 請求項１１または請求項１２のいずれか一項に記載の位置決め方法において、
    前記第１の可動体は、流体軸受けを介して前記基準部材に対して移動可能であることを特徴とする位置決め方法。
14. 請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の位置決め方法において、
    前記第２の可動体は矩形形状であることを特徴とする位置決め方法。
15. 請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の位置決め装置において、
    前記第１の駆動手段は、前記第１の可動体を回転可能であることを特徴とする位置決め方法。
16. 請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載の位置決め方法において、
    第２の駆動手段により、前記第１の可動体を前記所定方向と交差する方向に移動することを特徴とする位置決め方法。
17. 請求項１６に記載の位置決め装置において、
    前記第２の駆動手段は、複数のモータを有し、前記第１の可動体の重心に関する各々のモータの力モーメントが、互いに実質的に相殺し合うことを特徴とする位置決め方法。
18. 請求項１１から請求項１７のいずれか一項に記載の位置決め方法において、
    リニアモータにより、前記第２の可動体の位置を調整することを特徴とする位置決め方法。

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