JP3456308B2 - 磁気浮上型ステージ - Google Patents
磁気浮上型ステージInfo
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- JP3456308B2 JP3456308B2 JP16634395A JP16634395A JP3456308B2 JP 3456308 B2 JP3456308 B2 JP 3456308B2 JP 16634395 A JP16634395 A JP 16634395A JP 16634395 A JP16634395 A JP 16634395A JP 3456308 B2 JP3456308 B2 JP 3456308B2
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Linear Motors (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Non-Mechanical Conveyors (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体露光装置や、光
電子分光装置、Ｘ線顕微鏡、電子顕微鏡に代表される試
料解析装置などに用いる位置決めステージに関する。
電子分光装置、Ｘ線顕微鏡、電子顕微鏡に代表される試
料解析装置などに用いる位置決めステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体露光装置で露光する際には、ウエ
ハをＸ、Ｙ、Ｚ、α（ピッチング）、β（ローリン
グ）、θ（ヨーイング）の６自由度で精密に位置決めす
る必要がある。また、光電子分光装置、Ｘ線顕微鏡、電
子顕微鏡は解析試料を同様に６自由度で位置決めする必
要がある。従来、この分野では、１軸駆動、２軸駆動ま
たは３軸駆動のステージを必要に応じて組合せて段重ね
にし、６軸のステージとして使用している。このステー
ジはボールねじ、遊星ねじ、リニアねじ、てこなどのリ
ンク機構と、歯車などの駆動・減速機構と、クロスロー
ラガイド、Ｖ−フラット溝滑りガイドなどの摩擦軸受け
を適宜組合せて所望の位置決め精度を達成するようにし
ている。
ハをＸ、Ｙ、Ｚ、α（ピッチング）、β（ローリン
グ）、θ（ヨーイング）の６自由度で精密に位置決めす
る必要がある。また、光電子分光装置、Ｘ線顕微鏡、電
子顕微鏡は解析試料を同様に６自由度で位置決めする必
要がある。従来、この分野では、１軸駆動、２軸駆動ま
たは３軸駆動のステージを必要に応じて組合せて段重ね
にし、６軸のステージとして使用している。このステー
ジはボールねじ、遊星ねじ、リニアねじ、てこなどのリ
ンク機構と、歯車などの駆動・減速機構と、クロスロー
ラガイド、Ｖ−フラット溝滑りガイドなどの摩擦軸受け
を適宜組合せて所望の位置決め精度を達成するようにし
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ステージはステージ全体の体積が大きくなり軽量化が困
難である。したがって移動ステージの慣性力が大きくな
り駆動の高速化が妨げられるとともに位置決め精度を高
めることも難しい。また、固定ステージと移動ステージ
の間に機械的接触面を有するため、移動機構からの発塵
によりステージの置かれた雰囲気のクリーン度を低下さ
せる。さらに、接触面に潤滑剤を使用するため、高真空
中の使用時には真空度を低下させるという問題点があ
る。
ステージはステージ全体の体積が大きくなり軽量化が困
難である。したがって移動ステージの慣性力が大きくな
り駆動の高速化が妨げられるとともに位置決め精度を高
めることも難しい。また、固定ステージと移動ステージ
の間に機械的接触面を有するため、移動機構からの発塵
によりステージの置かれた雰囲気のクリーン度を低下さ
せる。さらに、接触面に潤滑剤を使用するため、高真空
中の使用時には真空度を低下させるという問題点があ
る。
【０００４】ステージの非接触駆動を実現させるために
エアーベアリングにより移動ステージを浮上させリニア
モータにより駆動することもできるが、エアーベアリン
グのエアーが塵を舞上げるのでクリーン度を低下させ、
例えば半導体工程での歩留りを悪化させる。また、エア
ーを利用するため真空中での使用は原理的に不可能であ
る。
エアーベアリングにより移動ステージを浮上させリニア
モータにより駆動することもできるが、エアーベアリン
グのエアーが塵を舞上げるのでクリーン度を低下させ、
例えば半導体工程での歩留りを悪化させる。また、エア
ーを利用するため真空中での使用は原理的に不可能であ
る。
【０００５】本発明の目的は、移動ステージを軽量化し
て移動ステージの高速駆動および高精度な位置決めを可
能とするとともに、クリーン度を低下させず、真空中で
も使用可能な磁気浮上型ステージを提供することにあ
る。
て移動ステージの高速駆動および高精度な位置決めを可
能とするとともに、クリーン度を低下させず、真空中で
も使用可能な磁気浮上型ステージを提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、直交座標系の３軸をX、Y、Zとし、各軸回りの回転
角をα、β、θで表すとき、固定ステージ１と、固定ス
テージ１に沿ってXY平面内の任意の位置に駆動される移
動ステージ４とを有する磁気浮上型ステージにおいて、
移動ステージ４および固定ステージ１のいずれか一方の
ステージに設けた第１の磁石群５a、５b、５c、５d、５
e、５fと他方のステージに設けた第１の電磁石群２a、
２b、２c、２d、２e、２fとの間の反発力及び吸引力に
より移動ステージ４にZ方向の移動力、およびα方向、
β方向の回転力を付与し、第１の磁石群５a、５b、５
c、５d、５e、５fのうち吸引力を発生する第２の磁石群
５b、５c、５eと、第１の電磁石群２a、２b、２c、２
d、２e、２fのうち第２の磁石群５b、５c、５eと対向す
る第２の電磁石群２b、２c、２eとの間に作られた磁束
中で第２の電磁石群２b、２c、２eに設けた電線に流す
横断電流I５、I６により移動ステージ４にX方向、Y方向
の移動力およびθ方向の回転力を付与している。請求項
２に記載の発明は、第2の電磁石群２b、２c、２eの各電
磁石はZ方向の軸を中心に巻き回された第1のコイル２３
b、２３c、２３eと、XまたはY方向の軸を中心に巻き回
された第2のコイル２２b、２２c、２２eとを備え、第２
のコイル２２b、２２c、２２eには横断電流I５、I６が
流されている。請求項３に記載の発明は、請求項1に記
載の磁気浮上型ステージにおいて、第2の電磁石群２の
各電磁石はZ方向の軸を中心に巻き回された第1のコイル
１２３と、XまたはY方向の軸を中心に巻き回された第2
のコイル１２４と、Z方向および第2のコイル１２４の軸
方向の双方と直交する軸を中心に巻き回された第3のコ
イル１２５とを備え、第2のコイル１２４および/または
第3のコイル１２５には横断電流I５、I６、I７が流され
ている。請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいず
れか１項に記載の磁気浮上型ステージにおいて、移動ス
テージ４が固定ステージ１の上で駆動され、第1の磁石
群には吸引力のみを生じさせる磁石５e'が含まれてい
る。請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか
１項に記載の磁気浮上型ステージにおいて、移動ステー
ジ４または固定ステージ１に取付けられ移動ステージ４
のZ方向の移動量およびα方向、β方向の回転量に応じ
た計測値を出力する第1の計測手段６と、第1の計測手段
６からの計測値を受けて第１の電磁石群２a、２b、２
c、２d、２e、２fに流す電流を制御する第1の制御手段
３０とを備えている。請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステージにお
いて、移動ステージ４のX方向、Y方向の移動量およびθ
方向の回転量に応じた計測値を出力する第2の計測手段
７と、第2の計測手段７からの計測値を受けて横断電流I
５、I６および/または第2の電磁石群２b、２c、２eの電
流を制御する第2の制御手段３０とを備えるものであ
る。請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか
１項に記載の磁気浮上型ステージにおいて、移動ステー
ジ４のX方向、Y方向の移動量およびθ方向の回転量に応
じた計測値を出力する第2の計測手段３、７と、第2の計
測手段３、７からの計測値を受けて固定ステージ１また
は移動ステージ４に取付けられた電磁石のうち第1の電
磁石群２a、２b、２c、２d、２e、２fとして用いる電磁
石を選択するとともに選択された各電磁石の電流の方向
を設定する第2の制御手段３０を備えている。請求項８
に記載の発明は、請求項７に記載の磁気浮上型ステージ
において、第2の計測手段が固定ステージ１または移動
ステージ４に取付けられたホール素子３である。請求項
９に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載
の磁気浮上型ステージにおいて、移動ステージ４のX方
向、Y方向の移動量およびθ方向の回転量に応じた計測
値を出力する第2の計測手段３、７と、第2の計測手段
３、７からの計測値を受けて固定ステージ１または移動
ステージ４に取付けられた電磁石のうち第２の電磁石群
２b、２c、２eとして用いる電磁石を選択するとともに
選択された各電磁石の電流の方向を設定する第2の制御
手段３０を備えている。請求項１０に記載の発明は、請
求項９に記載の磁気浮上型ステージにおいて、第2の計
測手段が固定ステージ１または移動ステージ４に取付け
られたホール素子である。請求項１１に記載の発明は、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステ
ージにおいて、第1の磁石群５a、５b、５c、５d、５e、
５f、第２の磁石群５b、５c、５e、第1の電磁石群２a、
２b、２c、２d、２e、２f、または第2の電磁石群２b、
２c、２eは超伝導材料を用いたものである。請求項１２
に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載
の磁気浮上型ステージにおいて、一方のステージが移動
ステージ４であり、他方のステージが固定ステージ１で
ある。請求項１３に記載の発明は、請求項２に記載の磁
気浮上型ステージにおいて、第1のコイル２３と第2のコ
イル２２とが共通のコア２１に対して巻き回されてい
る。請求項１４に記載の発明は、請求項３に記載の磁気
浮上型ステージにおいて、第1のコイル１２３と第2のコ
イル１２４と第３のコイル１２５とが共通のコア１２１
に対して巻き回されている。請求項１５に記載の発明
は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の磁気浮上型
ステージにおいて、第１の磁石群５a、５b、５c、５d、
５e、５fのうち反発力を発生する磁石５a、５d、５fが
吸引力を発生する第２の磁石群５b、５c、５eの外側に
設けられている。
は、直交座標系の３軸をX、Y、Zとし、各軸回りの回転
角をα、β、θで表すとき、固定ステージ１と、固定ス
テージ１に沿ってXY平面内の任意の位置に駆動される移
動ステージ４とを有する磁気浮上型ステージにおいて、
移動ステージ４および固定ステージ１のいずれか一方の
ステージに設けた第１の磁石群５a、５b、５c、５d、５
e、５fと他方のステージに設けた第１の電磁石群２a、
２b、２c、２d、２e、２fとの間の反発力及び吸引力に
より移動ステージ４にZ方向の移動力、およびα方向、
β方向の回転力を付与し、第１の磁石群５a、５b、５
c、５d、５e、５fのうち吸引力を発生する第２の磁石群
５b、５c、５eと、第１の電磁石群２a、２b、２c、２
d、２e、２fのうち第２の磁石群５b、５c、５eと対向す
る第２の電磁石群２b、２c、２eとの間に作られた磁束
中で第２の電磁石群２b、２c、２eに設けた電線に流す
横断電流I５、I６により移動ステージ４にX方向、Y方向
の移動力およびθ方向の回転力を付与している。請求項
２に記載の発明は、第2の電磁石群２b、２c、２eの各電
磁石はZ方向の軸を中心に巻き回された第1のコイル２３
b、２３c、２３eと、XまたはY方向の軸を中心に巻き回
された第2のコイル２２b、２２c、２２eとを備え、第２
のコイル２２b、２２c、２２eには横断電流I５、I６が
流されている。請求項３に記載の発明は、請求項1に記
載の磁気浮上型ステージにおいて、第2の電磁石群２の
各電磁石はZ方向の軸を中心に巻き回された第1のコイル
１２３と、XまたはY方向の軸を中心に巻き回された第2
のコイル１２４と、Z方向および第2のコイル１２４の軸
方向の双方と直交する軸を中心に巻き回された第3のコ
イル１２５とを備え、第2のコイル１２４および/または
第3のコイル１２５には横断電流I５、I６、I７が流され
ている。請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいず
れか１項に記載の磁気浮上型ステージにおいて、移動ス
テージ４が固定ステージ１の上で駆動され、第1の磁石
群には吸引力のみを生じさせる磁石５e'が含まれてい
る。請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか
１項に記載の磁気浮上型ステージにおいて、移動ステー
ジ４または固定ステージ１に取付けられ移動ステージ４
のZ方向の移動量およびα方向、β方向の回転量に応じ
た計測値を出力する第1の計測手段６と、第1の計測手段
６からの計測値を受けて第１の電磁石群２a、２b、２
c、２d、２e、２fに流す電流を制御する第1の制御手段
３０とを備えている。請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステージにお
いて、移動ステージ４のX方向、Y方向の移動量およびθ
方向の回転量に応じた計測値を出力する第2の計測手段
７と、第2の計測手段７からの計測値を受けて横断電流I
５、I６および/または第2の電磁石群２b、２c、２eの電
流を制御する第2の制御手段３０とを備えるものであ
る。請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか
１項に記載の磁気浮上型ステージにおいて、移動ステー
ジ４のX方向、Y方向の移動量およびθ方向の回転量に応
じた計測値を出力する第2の計測手段３、７と、第2の計
測手段３、７からの計測値を受けて固定ステージ１また
は移動ステージ４に取付けられた電磁石のうち第1の電
磁石群２a、２b、２c、２d、２e、２fとして用いる電磁
石を選択するとともに選択された各電磁石の電流の方向
を設定する第2の制御手段３０を備えている。請求項８
に記載の発明は、請求項７に記載の磁気浮上型ステージ
において、第2の計測手段が固定ステージ１または移動
ステージ４に取付けられたホール素子３である。請求項
９に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載
の磁気浮上型ステージにおいて、移動ステージ４のX方
向、Y方向の移動量およびθ方向の回転量に応じた計測
値を出力する第2の計測手段３、７と、第2の計測手段
３、７からの計測値を受けて固定ステージ１または移動
ステージ４に取付けられた電磁石のうち第２の電磁石群
２b、２c、２eとして用いる電磁石を選択するとともに
選択された各電磁石の電流の方向を設定する第2の制御
手段３０を備えている。請求項１０に記載の発明は、請
求項９に記載の磁気浮上型ステージにおいて、第2の計
測手段が固定ステージ１または移動ステージ４に取付け
られたホール素子である。請求項１１に記載の発明は、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステ
ージにおいて、第1の磁石群５a、５b、５c、５d、５e、
５f、第２の磁石群５b、５c、５e、第1の電磁石群２a、
２b、２c、２d、２e、２f、または第2の電磁石群２b、
２c、２eは超伝導材料を用いたものである。請求項１２
に記載の発明は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載
の磁気浮上型ステージにおいて、一方のステージが移動
ステージ４であり、他方のステージが固定ステージ１で
ある。請求項１３に記載の発明は、請求項２に記載の磁
気浮上型ステージにおいて、第1のコイル２３と第2のコ
イル２２とが共通のコア２１に対して巻き回されてい
る。請求項１４に記載の発明は、請求項３に記載の磁気
浮上型ステージにおいて、第1のコイル１２３と第2のコ
イル１２４と第３のコイル１２５とが共通のコア１２１
に対して巻き回されている。請求項１５に記載の発明
は、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の磁気浮上型
ステージにおいて、第１の磁石群５a、５b、５c、５d、
５e、５fのうち反発力を発生する磁石５a、５d、５fが
吸引力を発生する第２の磁石群５b、５c、５eの外側に
設けられている。
【０００７】
【作用】請求項１に記載の発明では、移動ステージ４お
よび固定ステージ１のいずれか一方のステージに設けた
第１の磁石群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆと他
のステージに設けた第１の電磁石群２ａ、２ｂ、２ｃ、
２ｄ、２ｅ、２ｆとの間の反発力あるいは吸引力により
移動ステージ４にＺ方向の移動力、およびα方向、β方
向の回転力を付与する。また、一方のステージに設けた
第２の磁石群５ｂ、５ｃ、５ｅと他方のステージに設け
た第２の電磁石群２ｂ、２ｃ、２ｅとの間に作られた磁
束中で他方のステージに設けた電線２２ｂ、２２ｃ、２
２ｅに横断電流Ｉ５、Ｉ６を流すと移動ステージ４にＸ
方向、Ｙ方向の移動力およびθ方向の回転力が与えられ
る。請求項２に記載の発明では、Ｚ方向の軸を中心に巻
き回された第１のコイル２３ｂ、２３ｃ、２３ｅと、第
１のコイル２３ｂ、２３ｃ、２３ｅと直交する軸を中心
に巻き回された第２のコイル２２ｂ、２２ｃ、２２ｅと
に横断電流Ｉ５、Ｉ６を流すと移動ステージ４にＸ方
向、Ｙ方向の移動力およびθ方向の回転力が与えられ
る。請求項３に記載の発明では、第２のコイル１２４ｃ
および第３のコイル１２５ｂ、１２５ｃに横断電流Ｉ
５、Ｉ６、Ｉ７を流すと移動ステージ４にＸ方向、Ｙ方
向の移動力およびθ方向の回転力が与えられる。請求項
４に記載の発明では、磁石５ｅ´は吸引力のみを生じさ
せる。請求項５に記載の発明では、移動ステージ４のＺ
方向の移動量およびα方向、β方向の回転量に応じた計
測値を出力する第１の計測手段６からの計測値を受け
て、第１の制御手段３０が第１の電磁石群２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆに流す電流を制御する。請求項
６に記載の発明では、移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向
の移動量およびθ方向の回転量に応じた計測値を出力す
る第２の計測手段７からの計測値を受けて、第２の制御
手段３０が横断電流Ｉ５、Ｉ６または第２の電磁石群２
ｂ、２ｃ、２ｅの電流Ｉ３、Ｉ４を制御する。請求項７
に記載の発明では、第２の計測手段３、７からの計測値
を受けて、第２の制御手段３０が固定ステージ１または
移動ステージ４に取付けられた電磁石のうち第１の電磁
石群２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆとして用いる
電磁石を選択するとともに選択された各電磁石の電流の
方向を設定する。請求項９に記載の発明では、第２の計
測手段３、７からの計測値を受けて、第２の制御手段３
０が固定ステージ１または移動ステージ４に取付けられ
た電磁石のうち第２の電磁石群２ｂ、２ｃ、２ｅとして
用いる電磁石を選択するとともに各電磁石の電流の方向
を設定する。請求項１３に記載の発明は共通のコア２１
に対して第1のコイル２３と第2のコイル２２とが巻き回
されている。請求項１４に記載の発明は、共通のコア１
２１に対して第1のコイル１２３と第2のコイル１２４と
第３のコイル１２５とが巻き回されている。請求項１５
に記載の発明では、第１の磁石群５a、５b、５c、５d、
５e、５fのうち反発力を発生する磁石５a、５d、５fが
吸引力を発生する第２の磁石群５b、５c、５eの外側に
設けられているので、移動ステージ４の姿勢が安定した
制御が容易になる。
よび固定ステージ１のいずれか一方のステージに設けた
第１の磁石群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆと他
のステージに設けた第１の電磁石群２ａ、２ｂ、２ｃ、
２ｄ、２ｅ、２ｆとの間の反発力あるいは吸引力により
移動ステージ４にＺ方向の移動力、およびα方向、β方
向の回転力を付与する。また、一方のステージに設けた
第２の磁石群５ｂ、５ｃ、５ｅと他方のステージに設け
た第２の電磁石群２ｂ、２ｃ、２ｅとの間に作られた磁
束中で他方のステージに設けた電線２２ｂ、２２ｃ、２
２ｅに横断電流Ｉ５、Ｉ６を流すと移動ステージ４にＸ
方向、Ｙ方向の移動力およびθ方向の回転力が与えられ
る。請求項２に記載の発明では、Ｚ方向の軸を中心に巻
き回された第１のコイル２３ｂ、２３ｃ、２３ｅと、第
１のコイル２３ｂ、２３ｃ、２３ｅと直交する軸を中心
に巻き回された第２のコイル２２ｂ、２２ｃ、２２ｅと
に横断電流Ｉ５、Ｉ６を流すと移動ステージ４にＸ方
向、Ｙ方向の移動力およびθ方向の回転力が与えられ
る。請求項３に記載の発明では、第２のコイル１２４ｃ
および第３のコイル１２５ｂ、１２５ｃに横断電流Ｉ
５、Ｉ６、Ｉ７を流すと移動ステージ４にＸ方向、Ｙ方
向の移動力およびθ方向の回転力が与えられる。請求項
４に記載の発明では、磁石５ｅ´は吸引力のみを生じさ
せる。請求項５に記載の発明では、移動ステージ４のＺ
方向の移動量およびα方向、β方向の回転量に応じた計
測値を出力する第１の計測手段６からの計測値を受け
て、第１の制御手段３０が第１の電磁石群２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆに流す電流を制御する。請求項
６に記載の発明では、移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向
の移動量およびθ方向の回転量に応じた計測値を出力す
る第２の計測手段７からの計測値を受けて、第２の制御
手段３０が横断電流Ｉ５、Ｉ６または第２の電磁石群２
ｂ、２ｃ、２ｅの電流Ｉ３、Ｉ４を制御する。請求項７
に記載の発明では、第２の計測手段３、７からの計測値
を受けて、第２の制御手段３０が固定ステージ１または
移動ステージ４に取付けられた電磁石のうち第１の電磁
石群２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆとして用いる
電磁石を選択するとともに選択された各電磁石の電流の
方向を設定する。請求項９に記載の発明では、第２の計
測手段３、７からの計測値を受けて、第２の制御手段３
０が固定ステージ１または移動ステージ４に取付けられ
た電磁石のうち第２の電磁石群２ｂ、２ｃ、２ｅとして
用いる電磁石を選択するとともに各電磁石の電流の方向
を設定する。請求項１３に記載の発明は共通のコア２１
に対して第1のコイル２３と第2のコイル２２とが巻き回
されている。請求項１４に記載の発明は、共通のコア１
２１に対して第1のコイル１２３と第2のコイル１２４と
第３のコイル１２５とが巻き回されている。請求項１５
に記載の発明では、第１の磁石群５a、５b、５c、５d、
５e、５fのうち反発力を発生する磁石５a、５d、５fが
吸引力を発生する第２の磁石群５b、５c、５eの外側に
設けられているので、移動ステージ４の姿勢が安定した
制御が容易になる。
【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【０００９】
−第１の実施例−
図１〜図６は本発明の実施例による磁気浮上型ステージ
の第１の実施例を示す。なお、図１に示すように本実施
例では直交座標系の３軸をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚで表し、
各軸回りの回転角をα、β、θで表す。また、αをピッ
チング、βをローリング、θをヨーイングと呼ぶ。図１
に示すように、矩形の固定ステージ１には複数の電磁石
２が配列されている。図２に示すように、この電磁石２
の直方体形状のコア２１には、Ｚ方向の軸を中心にコイ
ル２３が巻付けられ、コイル２３の軸と直交する軸、図
２ではＹ方向の軸を中心にコイル２２が巻付けられてい
る。図１において各電磁石２を示す正方形の領域中に引
かれた平行線は、各電磁石２のコイル２２の向きを模式
的に表したものである。このように、電磁石２はコイル
２２の軸がＸ方向に向いたものとＹ方向に向いたものと
が交互にマトリクス状に配置されている。図３に示すよ
うに、隣り合った電磁石２の間にはコイル２２の上面よ
りも上部に突出してホール素子３が取付けられている。
の第１の実施例を示す。なお、図１に示すように本実施
例では直交座標系の３軸をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚで表し、
各軸回りの回転角をα、β、θで表す。また、αをピッ
チング、βをローリング、θをヨーイングと呼ぶ。図１
に示すように、矩形の固定ステージ１には複数の電磁石
２が配列されている。図２に示すように、この電磁石２
の直方体形状のコア２１には、Ｚ方向の軸を中心にコイ
ル２３が巻付けられ、コイル２３の軸と直交する軸、図
２ではＹ方向の軸を中心にコイル２２が巻付けられてい
る。図１において各電磁石２を示す正方形の領域中に引
かれた平行線は、各電磁石２のコイル２２の向きを模式
的に表したものである。このように、電磁石２はコイル
２２の軸がＸ方向に向いたものとＹ方向に向いたものと
が交互にマトリクス状に配置されている。図３に示すよ
うに、隣り合った電磁石２の間にはコイル２２の上面よ
りも上部に突出してホール素子３が取付けられている。
【００１０】図１および図３に示すように、固定ステー
ジ１の上方にはわずかな間隙を介して固定ステージ１よ
りも小さい矩形の移動ステージ４が浮上している。図１
および図４に示すように、移動ステージ４の下面には永
久磁石５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが設けられ
ている。このうち永久磁石５ａ、５ｄ、５ｆは図１にお
いてＮ極を下向きに、永久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅはＳ極
を下向きにしてそれぞれ取付けられている。また、移動
ステージ４の下面には移動ステージ４と固定ステージ１
との間隙を計測する３つのギャップセンサ６が取付けら
れている。３つのギャップセンサにより移動ステージ４
のＺ方向の移動量、およびピッチングα方向、ローリン
グβ方向の回転量を計測する。
ジ１の上方にはわずかな間隙を介して固定ステージ１よ
りも小さい矩形の移動ステージ４が浮上している。図１
および図４に示すように、移動ステージ４の下面には永
久磁石５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆが設けられ
ている。このうち永久磁石５ａ、５ｄ、５ｆは図１にお
いてＮ極を下向きに、永久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅはＳ極
を下向きにしてそれぞれ取付けられている。また、移動
ステージ４の下面には移動ステージ４と固定ステージ１
との間隙を計測する３つのギャップセンサ６が取付けら
れている。３つのギャップセンサにより移動ステージ４
のＺ方向の移動量、およびピッチングα方向、ローリン
グβ方向の回転量を計測する。
【００１１】図１に示すように、固定ステージ１の周囲
には３台のレーザ干渉計７が設けられている。レーザ干
渉計７から発射されたレーザ光７ａは移動ステージ４の
側面４Ａおよび４Ｂの反射ミラーで反射されて再びレー
ザ干渉計７に戻る。３台のレーザ干渉計７により移動ス
テージ４のＸ方向の移動量およびヨーイングθ方向の回
転量を計測する。
には３台のレーザ干渉計７が設けられている。レーザ干
渉計７から発射されたレーザ光７ａは移動ステージ４の
側面４Ａおよび４Ｂの反射ミラーで反射されて再びレー
ザ干渉計７に戻る。３台のレーザ干渉計７により移動ス
テージ４のＸ方向の移動量およびヨーイングθ方向の回
転量を計測する。
【００１２】次に、以上のように構成された第１の実施
例の磁気浮上型ステージの駆動原理を図３を用いて説明
する。電磁石２ｄはコア２１ｄとコイル２２ｄとコイル
２３ｄとから、電磁石２ｃはコア２１ｃとコイル２２ｃ
とコイル２３ｃとから、電磁石２ｅはコア２１ｅとコイ
ル２２ｅとコイル２３ｅとから、電磁石２ｆはコア２１
ｆとコイル２２ｆとコイル２３ｆとから、それぞれ構成
されている。また、永久磁石５ｄは電磁石２ｄと、永久
磁石５ｃは電磁石２ｃと、永久磁石５ｅは電磁石２ｅ
と、永久磁石５ｆは電磁石２ｆとそれぞれ対向してい
る。
例の磁気浮上型ステージの駆動原理を図３を用いて説明
する。電磁石２ｄはコア２１ｄとコイル２２ｄとコイル
２３ｄとから、電磁石２ｃはコア２１ｃとコイル２２ｃ
とコイル２３ｃとから、電磁石２ｅはコア２１ｅとコイ
ル２２ｅとコイル２３ｅとから、電磁石２ｆはコア２１
ｆとコイル２２ｆとコイル２３ｆとから、それぞれ構成
されている。また、永久磁石５ｄは電磁石２ｄと、永久
磁石５ｃは電磁石２ｃと、永久磁石５ｅは電磁石２ｅ
と、永久磁石５ｆは電磁石２ｆとそれぞれ対向してい
る。
【００１３】図３において、電磁石２ｄのコイル２３ｄ
には下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ１が流れてい
る。したがって、電磁石２ｄ（コア２１ｄ）は上側がＮ
極となるので、対向する永久磁石５ｄ（下側がＮ極）と
の間で反発力を生ずる。電磁石２ｆのコイル２３ｆにも
下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ２が流れており、
電磁石２ｆおよびこれと対向する永久磁石５ｆの間にも
同様に反発力が生ずる。
には下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ１が流れてい
る。したがって、電磁石２ｄ（コア２１ｄ）は上側がＮ
極となるので、対向する永久磁石５ｄ（下側がＮ極）と
の間で反発力を生ずる。電磁石２ｆのコイル２３ｆにも
下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ２が流れており、
電磁石２ｆおよびこれと対向する永久磁石５ｆの間にも
同様に反発力が生ずる。
【００１４】図３において、電磁石２ｃのコイル２３ｃ
には下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ３が流れてい
る。したがって、電磁石２ｃは上側がＮ極となるので、
対向する永久磁石５ｃ（下側がＳ極）との間で吸引力を
生ずる。電磁石２ｅのコイル２３ｅにも下方向から見て
時計回り方向の電流Ｉ４が流れており、電磁石２ｅおよ
びこれと対向する永久磁石５ｅとの間にも同様に吸引力
が生ずる。
には下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ３が流れてい
る。したがって、電磁石２ｃは上側がＮ極となるので、
対向する永久磁石５ｃ（下側がＳ極）との間で吸引力を
生ずる。電磁石２ｅのコイル２３ｅにも下方向から見て
時計回り方向の電流Ｉ４が流れており、電磁石２ｅおよ
びこれと対向する永久磁石５ｅとの間にも同様に吸引力
が生ずる。
【００１５】このように互いに対向する電磁石２ｄ、２
ｃ、２ｅおよび２ｆと永久磁石５ｄ、５ｃ、５ｅおよび
５ｆとの間には磁気的な反発力または吸引力が生ずるの
で、これらの電磁石２ｄ、２ｃ、２ｅおよび２ｆのコイ
ル２３ｄ、２３ｃ、２３ｅおよび２３ｆに流す電流の方
向および強さを制御することにより、移動ステージ４の
Ｚ方向の移動、α方向の回転、β方向の回転を制御する
ことができる。
ｃ、２ｅおよび２ｆと永久磁石５ｄ、５ｃ、５ｅおよび
５ｆとの間には磁気的な反発力または吸引力が生ずるの
で、これらの電磁石２ｄ、２ｃ、２ｅおよび２ｆのコイ
ル２３ｄ、２３ｃ、２３ｅおよび２３ｆに流す電流の方
向および強さを制御することにより、移動ステージ４の
Ｚ方向の移動、α方向の回転、β方向の回転を制御する
ことができる。
【００１６】上述のように、電磁石２ｃのコイル２３ｃ
には電流Ｉ３が流れ電磁石２ｃと永久磁石５ｃとの間に
は吸引力が生じている。この状態で、さらにコイル２２
ｃにはＹ方向から見て反時計回り方向の電流Ｉ５が流れ
ている。したがって、コイル２２ｃのうちコア２１ｃよ
りも上側にある部分では紙面の手前側から奥側に向って
電流Ｉ５が流れており、この部分では永久磁石５ｃから
右方向の力（ローレンツ力）を受ける。すなわち、移動
ステージ４（永久磁石５ｃ）はこの力と逆向き（左向
き）で同じ大きさの力Ｆｃを固定ステージ１（電磁石２
ｃ）から受けることになる。移動ステージ４が受ける力
Ｆｃ１の向きと大きさはコイル２２ｃに流す電流Ｉ５の
向きと大きさにより制御することができる。また、コイ
ル２３ｃに流す電流Ｉ３を増減させることにより、電磁
石２ｃと永久磁石５ｃとの間の吸引力を変化させて（磁
束密度を変化させて）Ｆｃ１を制御することもできる。
には電流Ｉ３が流れ電磁石２ｃと永久磁石５ｃとの間に
は吸引力が生じている。この状態で、さらにコイル２２
ｃにはＹ方向から見て反時計回り方向の電流Ｉ５が流れ
ている。したがって、コイル２２ｃのうちコア２１ｃよ
りも上側にある部分では紙面の手前側から奥側に向って
電流Ｉ５が流れており、この部分では永久磁石５ｃから
右方向の力（ローレンツ力）を受ける。すなわち、移動
ステージ４（永久磁石５ｃ）はこの力と逆向き（左向
き）で同じ大きさの力Ｆｃを固定ステージ１（電磁石２
ｃ）から受けることになる。移動ステージ４が受ける力
Ｆｃ１の向きと大きさはコイル２２ｃに流す電流Ｉ５の
向きと大きさにより制御することができる。また、コイ
ル２３ｃに流す電流Ｉ３を増減させることにより、電磁
石２ｃと永久磁石５ｃとの間の吸引力を変化させて（磁
束密度を変化させて）Ｆｃ１を制御することもできる。
【００１７】一方、上述のように電磁石２ｅのコイル２
３ｅには電流Ｉ４が流れ電磁石２ｅと永久磁石５ｅとの
間には吸引力が生じている。この状態で、さらにコイル
２２ｅに反時計回り方向の電流Ｉ６を流すと、上述と同
様の原理により移動ステージ４には紙面の奥に向かう方
向の力Ｆｅ１が加わる。移動ステージ４が受ける力Ｆｅ
１はコイル２２ｅに流す電流Ｉ６およびコイル２３ｅに
流す電流Ｉ４により同様に制御することができる。
３ｅには電流Ｉ４が流れ電磁石２ｅと永久磁石５ｅとの
間には吸引力が生じている。この状態で、さらにコイル
２２ｅに反時計回り方向の電流Ｉ６を流すと、上述と同
様の原理により移動ステージ４には紙面の奥に向かう方
向の力Ｆｅ１が加わる。移動ステージ４が受ける力Ｆｅ
１はコイル２２ｅに流す電流Ｉ６およびコイル２３ｅに
流す電流Ｉ４により同様に制御することができる。
【００１８】図５は永久磁石５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、
５ｅ、５ｆが固定ステージ１から受ける力を示す。永久
磁石５ａは電磁石２ａ（図示せず）と、永久磁石５ｂは
電磁石２ｂ（図示せず）と、永久磁石５ｃは電磁石２ｃ
と、永久磁石５ｄは電磁石２ｄと、永久磁石５ｅは電磁
石２ｅと、永久磁石５ｆは電磁石２ｆと、それぞれ対向
している。磁石５ａ、５ｄ、５ｆはそれぞれＺ方向の力
（反発力）Ｆａ、Ｆｄ、Ｆｆを受け、永久磁石５ｂ、５
ｃ、５ｅはそれぞれＺ方向の力（吸引力）Ｆｂ２、Ｆｃ
２、Ｆｅ２を受ける。これらの力は電磁石２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆのコイル２３ａ、２３ｂ、２３
ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆに流す電流により制御され
る。また、永久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅはそれぞれＸ方向
の力Ｆｂ１、Ｙ方向の力Ｆｃ１およびＸ方向の力Ｆｅ１
を受ける。これらの力Ｆｂ１、Ｆｃ１、Ｆｅ１はコイル
２２ｂ、２２ｃ、２２ｅ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｅに流
す電流により制御される。
５ｅ、５ｆが固定ステージ１から受ける力を示す。永久
磁石５ａは電磁石２ａ（図示せず）と、永久磁石５ｂは
電磁石２ｂ（図示せず）と、永久磁石５ｃは電磁石２ｃ
と、永久磁石５ｄは電磁石２ｄと、永久磁石５ｅは電磁
石２ｅと、永久磁石５ｆは電磁石２ｆと、それぞれ対向
している。磁石５ａ、５ｄ、５ｆはそれぞれＺ方向の力
（反発力）Ｆａ、Ｆｄ、Ｆｆを受け、永久磁石５ｂ、５
ｃ、５ｅはそれぞれＺ方向の力（吸引力）Ｆｂ２、Ｆｃ
２、Ｆｅ２を受ける。これらの力は電磁石２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆのコイル２３ａ、２３ｂ、２３
ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆに流す電流により制御され
る。また、永久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅはそれぞれＸ方向
の力Ｆｂ１、Ｙ方向の力Ｆｃ１およびＸ方向の力Ｆｅ１
を受ける。これらの力Ｆｂ１、Ｆｃ１、Ｆｅ１はコイル
２２ｂ、２２ｃ、２２ｅ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｅに流
す電流により制御される。
【００１９】図５の状態から移動ステージ４が電磁石２
のピッチの分だけＸ方向またはＹ方向に移動すると、永
久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅが対向する電磁石２のコイル２
２の方向はそれぞれ９０度変化する。したがって、永久
磁石５ｂ、５ｃ、５ｅが受ける力Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｅの方
向も９０度変化することになる。
のピッチの分だけＸ方向またはＹ方向に移動すると、永
久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅが対向する電磁石２のコイル２
２の方向はそれぞれ９０度変化する。したがって、永久
磁石５ｂ、５ｃ、５ｅが受ける力Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｅの方
向も９０度変化することになる。
【００２０】図６に示すように、制御装置３０はホール
素子３、ギャップセンサ６、レーザ干渉計７からの情報
を受けて、電磁石２の各コイルに電流を供給する電流供
給装置４０を制御する。ここで、ホール素子３は移動ス
テージ４の永久磁石５の磁場を検出して永久磁石５ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの位置や磁極を計測し、この情報を
受けた制御装置３０が電流を流すコイルおよびその電流
の方向を決定する。移動ステージ４が電磁石２のピッチ
を越えて移動した場合でも、常に永久磁石が対向してい
る電磁石に適切な電流が供給され、移動ステージ４は適
切に制御される。また、３つのギャップセンサ６は移動
ステージ４と固定ステージ１の間のギャップを計測し、
この情報を受けた制御装置３０が電流の強さを制御す
る。これにより移動ステージ４のＺ方向の移動量および
α方向、β方向の回転量が制御される。さらに、３台の
レーザ干渉計７は移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移
動量およびθ方向の回転量を計測し、この情報を受けた
制御装置３０が電流を流すコイルを決定するとともに、
その電流の方向および強さを制御する。これにより移動
ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移動量およびθ方向の回
転量が制御される。制御装置３０で行われる制御の方式
としては、ＰＤ制御（比例微分制御）、ＰＩ制御（比例
積分制御）、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）、ファジ
ー制御、ロバスト制御などが適用できる。
素子３、ギャップセンサ６、レーザ干渉計７からの情報
を受けて、電磁石２の各コイルに電流を供給する電流供
給装置４０を制御する。ここで、ホール素子３は移動ス
テージ４の永久磁石５の磁場を検出して永久磁石５ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆの位置や磁極を計測し、この情報を
受けた制御装置３０が電流を流すコイルおよびその電流
の方向を決定する。移動ステージ４が電磁石２のピッチ
を越えて移動した場合でも、常に永久磁石が対向してい
る電磁石に適切な電流が供給され、移動ステージ４は適
切に制御される。また、３つのギャップセンサ６は移動
ステージ４と固定ステージ１の間のギャップを計測し、
この情報を受けた制御装置３０が電流の強さを制御す
る。これにより移動ステージ４のＺ方向の移動量および
α方向、β方向の回転量が制御される。さらに、３台の
レーザ干渉計７は移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移
動量およびθ方向の回転量を計測し、この情報を受けた
制御装置３０が電流を流すコイルを決定するとともに、
その電流の方向および強さを制御する。これにより移動
ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移動量およびθ方向の回
転量が制御される。制御装置３０で行われる制御の方式
としては、ＰＤ制御（比例微分制御）、ＰＩ制御（比例
積分制御）、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）、ファジ
ー制御、ロバスト制御などが適用できる。
【００２１】以上ではギャップセンサ６を３個用いるこ
とによりＺ方向の移動量およびα方向、β方向の回転量
を計測するようにしたが、精度を高めるために４個以上
のギャップセンサを用いてもよい。ギャップセンサ６の
種類として、静電容量センサ、渦電流センサ、レーザ干
渉計などがあり、これらを単独でまたは２種以上を組合
せて使用してもよい。第１の実施例ではギャップセンサ
６を移動ステージ４に取付けたが固定ステージ１に取付
けてもよい。固定ステージ１と移動ステージ４のギャッ
プをより精密に測定するために、固定ステージ１の上面
または移動ステージ４の下面（ギャップセンサと対向す
る面）に平面性が良好で透磁性の高い板を設けてもよ
い。
とによりＺ方向の移動量およびα方向、β方向の回転量
を計測するようにしたが、精度を高めるために４個以上
のギャップセンサを用いてもよい。ギャップセンサ６の
種類として、静電容量センサ、渦電流センサ、レーザ干
渉計などがあり、これらを単独でまたは２種以上を組合
せて使用してもよい。第１の実施例ではギャップセンサ
６を移動ステージ４に取付けたが固定ステージ１に取付
けてもよい。固定ステージ１と移動ステージ４のギャッ
プをより精密に測定するために、固定ステージ１の上面
または移動ステージ４の下面（ギャップセンサと対向す
る面）に平面性が良好で透磁性の高い板を設けてもよ
い。
【００２２】第１の実施例ではレーザ干渉計７を使用し
て移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移動量およびθ方
向の回転量を計測しているが、レーザ干渉計に代えて、
静電容量センサ、渦電流センサなどを用いることもでき
る。また、第１の実施例では３個のレーザ干渉計を用い
ているが、算出精度を高めるため４個以上のセンサを使
用してもよい。
て移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移動量およびθ方
向の回転量を計測しているが、レーザ干渉計に代えて、
静電容量センサ、渦電流センサなどを用いることもでき
る。また、第１の実施例では３個のレーザ干渉計を用い
ているが、算出精度を高めるため４個以上のセンサを使
用してもよい。
【００２３】第１の実施例においては、固定ステージ１
に取付けられたホール素子３により永久磁石５の磁場を
検出し、電流を供給する電磁石の選択および電流の方向
を決定しているが、ホール素子３を省略し、レーザ干渉
計７で計測した移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移動
量およびθ方向の回転量から電磁石の選択および電流の
方向を決定することができる。
に取付けられたホール素子３により永久磁石５の磁場を
検出し、電流を供給する電磁石の選択および電流の方向
を決定しているが、ホール素子３を省略し、レーザ干渉
計７で計測した移動ステージ４のＸ方向、Ｙ方向の移動
量およびθ方向の回転量から電磁石の選択および電流の
方向を決定することができる。
【００２４】移動ステージ４の永久磁石５の配置は第１
の実施例のものに限定されない。また、第１の実施例で
は互いに隣接する電磁石２のコイル２２の向きが直交す
るように配置されているが、このような配置に限定され
るものではなく、電磁石２の配置に合わせて移動ステー
ジ４の永久磁石５の配置を適宜選択すればよい。また、
コイル２２および２３の巻数、巻線の密度などは任意に
選択できる。さらに、永久磁石５または電磁石２から発
生する漏れ磁束を捕獲、シールドするための電磁石を別
途設けてもよい。あるいはまた、固定ステージに永久磁
石を移動ステージにに電磁石を設けたり、両ステージに
電磁石を設けてもよいが、本実施例のように移動ステー
ジに永久磁石を設けると移動ステージへの配線が不要に
なり、また移動ステージが軽量化される利点がある。
の実施例のものに限定されない。また、第１の実施例で
は互いに隣接する電磁石２のコイル２２の向きが直交す
るように配置されているが、このような配置に限定され
るものではなく、電磁石２の配置に合わせて移動ステー
ジ４の永久磁石５の配置を適宜選択すればよい。また、
コイル２２および２３の巻数、巻線の密度などは任意に
選択できる。さらに、永久磁石５または電磁石２から発
生する漏れ磁束を捕獲、シールドするための電磁石を別
途設けてもよい。あるいはまた、固定ステージに永久磁
石を移動ステージにに電磁石を設けたり、両ステージに
電磁石を設けてもよいが、本実施例のように移動ステー
ジに永久磁石を設けると移動ステージへの配線が不要に
なり、また移動ステージが軽量化される利点がある。
【００２５】以上の説明では永久磁石と電磁石が正対し
た場合についてのみ説明しているが、正対しない状態に
おいてはそれぞれの永久磁石に近接する単数または複数
の電磁石に電流を供給するようにすればよい。また、第
１の実施例では、永久磁石と対向する電磁石のみに電流
を供給するようにしているが、永久磁石の磁束が届く範
囲に設けられた他の電磁石を利用して移動ステージに力
を加えるようにしてもよい。
た場合についてのみ説明しているが、正対しない状態に
おいてはそれぞれの永久磁石に近接する単数または複数
の電磁石に電流を供給するようにすればよい。また、第
１の実施例では、永久磁石と対向する電磁石のみに電流
を供給するようにしているが、永久磁石の磁束が届く範
囲に設けられた他の電磁石を利用して移動ステージに力
を加えるようにしてもよい。
【００２６】第１の実施例において、永久磁石５ｂ、５
ｃ、５ｅを用いたが、これらの代りに磁性材を用いても
よい。この場合、コイル２３ｂ、２３ｃ、２３ｅの電流
により磁性材を磁化させ（吸引力を生じさせ）た状態
で、コイル２２ｂ、２２ｃ、２２ｅに電流を流すことに
より、第１の実施例と同様に移動ステージのＸ方向、Ｙ
方向の移動量およびθ方向の回転量を制御することがで
きる。
ｃ、５ｅを用いたが、これらの代りに磁性材を用いても
よい。この場合、コイル２３ｂ、２３ｃ、２３ｅの電流
により磁性材を磁化させ（吸引力を生じさせ）た状態
で、コイル２２ｂ、２２ｃ、２２ｅに電流を流すことに
より、第１の実施例と同様に移動ステージのＸ方向、Ｙ
方向の移動量およびθ方向の回転量を制御することがで
きる。
【００２７】第１の実施例においては、固定ステージ上
に浮上する移動ステージが駆動される場合について説明
したが、固定ステージと移動ステージとの間の吸引力に
よって移動ステージが固定ステージの下で浮上するよう
にしてもよい。
に浮上する移動ステージが駆動される場合について説明
したが、固定ステージと移動ステージとの間の吸引力に
よって移動ステージが固定ステージの下で浮上するよう
にしてもよい。
【００２８】第１の実施例の永久磁石５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆは本発明による磁気浮上型ステー
ジの第１の磁石群を、永久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅは本発
明による磁気浮上型ステージの第２の磁石群を、それぞ
れ構成する。第１の実施例の電磁石２ａ、２ｄ、２ｃ、
２ｄ、２ｅ、２ｆは本発明による磁気浮上型ステージの
第１の電磁石群を、電磁石２ｂ、２ｃ、２ｅは本発明に
よる磁気浮上型ステージの第２の電磁石群を、それぞれ
構成する。
ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆは本発明による磁気浮上型ステー
ジの第１の磁石群を、永久磁石５ｂ、５ｃ、５ｅは本発
明による磁気浮上型ステージの第２の磁石群を、それぞ
れ構成する。第１の実施例の電磁石２ａ、２ｄ、２ｃ、
２ｄ、２ｅ、２ｆは本発明による磁気浮上型ステージの
第１の電磁石群を、電磁石２ｂ、２ｃ、２ｅは本発明に
よる磁気浮上型ステージの第２の電磁石群を、それぞれ
構成する。
【００２９】−第２の実施例−
図７および図８は本発明による磁気浮上型ステージの第
２の実施例を示す。以下、第１の実施例との相違点を中
心にして説明し、同一の部分には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。図７に示すように、第２の実施例の
移動ステージ４´には永久磁石５ａ´、５ｂ´、５ｃ
´、５ｄ´、５ｅ´、５ｆ´、５ｇ´が取付けられてい
る。このうち永久磁石５ａ´、５ｄ´、５ｆ´、５ｇ´
はＮ極を下向きに、永久磁石５ｂ´、５ｃ´、５ｅ´は
Ｓ極を下向きにして、それぞれ取付けられている。
２の実施例を示す。以下、第１の実施例との相違点を中
心にして説明し、同一の部分には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。図７に示すように、第２の実施例の
移動ステージ４´には永久磁石５ａ´、５ｂ´、５ｃ
´、５ｄ´、５ｅ´、５ｆ´、５ｇ´が取付けられてい
る。このうち永久磁石５ａ´、５ｄ´、５ｆ´、５ｇ´
はＮ極を下向きに、永久磁石５ｂ´、５ｃ´、５ｅ´は
Ｓ極を下向きにして、それぞれ取付けられている。
【００３０】永久磁石５ａ´には電磁石２ａ（図示せ
ず）が、永久磁石５ｂ´には電磁石２ｂ（図示せず）
が、永久磁石５ｃ´には電磁石２ｃが、永久磁石５ｄ´
には電磁石２ｄが、永久磁石５ｅ´には電磁石２ｅが、
永久磁石５ｆ´には電磁石２ｆが、永久磁石５ｇ´には
電磁石２ｇ（図示せず）が、それぞれ対向している。電
磁石２ａではコイル２３ａのみに、電磁石２ｄではコイ
ル２３ｄのみに、電磁石２ｅではコイル２３ｅのみに、
電磁石２ｆではコイル２３ｆのみに、それぞれ電流を供
給する。また、電磁石２ｂではコイル２２ｂおよび２３
ｂに、電磁石２ｃではコイル２２ｃおよび２３ｃに、電
磁石２ｅではコイル２２ｅおよび２３ｅに、それぞれ電
流を供給する。
ず）が、永久磁石５ｂ´には電磁石２ｂ（図示せず）
が、永久磁石５ｃ´には電磁石２ｃが、永久磁石５ｄ´
には電磁石２ｄが、永久磁石５ｅ´には電磁石２ｅが、
永久磁石５ｆ´には電磁石２ｆが、永久磁石５ｇ´には
電磁石２ｇ（図示せず）が、それぞれ対向している。電
磁石２ａではコイル２３ａのみに、電磁石２ｄではコイ
ル２３ｄのみに、電磁石２ｅではコイル２３ｅのみに、
電磁石２ｆではコイル２３ｆのみに、それぞれ電流を供
給する。また、電磁石２ｂではコイル２２ｂおよび２３
ｂに、電磁石２ｃではコイル２２ｃおよび２３ｃに、電
磁石２ｅではコイル２２ｅおよび２３ｅに、それぞれ電
流を供給する。
【００３１】図８は永久磁石５ａ´、５ｂ´、５ｃ´、
５ｄ´、５ｅ´、５ｆ´、５ｇ´が受ける力を示す。永
久磁石５ａ´はＺ方向の反発力Ｆａ´を、永久磁石５ｄ
´はＺ方向の反発力Ｆｄ´を、永久磁石５ｆ´はＺ方向
の反発力Ｆｆ´を、それぞれ受ける。永久磁石５ｂ´は
Ｘ方向の力Ｆｂ１´およびＺ方向の吸引力Ｆｂ２´を、
永久磁石５ｃ´はＹ方向の力Ｆｃ１´およびＺ方向の吸
引力Ｆｃ２´を、永久磁石５ｇ´はＹ方向の力Ｆｇ１´
およびＺ方向の吸引力Ｆｇ２´を、それぞれ受ける。ま
た永久磁石５ｅ´はＺ方向の吸引力Ｆｅ´を受ける。こ
のように、第２の実施例では吸引力Ｆｅ´のみを受ける
永久磁石５ｅ´が設けられている。因みに、第１の実施
例では吸引力を受ける永久磁石は、すべて水平面内のロ
ーレンツ力も受けるようにしている。
５ｄ´、５ｅ´、５ｆ´、５ｇ´が受ける力を示す。永
久磁石５ａ´はＺ方向の反発力Ｆａ´を、永久磁石５ｄ
´はＺ方向の反発力Ｆｄ´を、永久磁石５ｆ´はＺ方向
の反発力Ｆｆ´を、それぞれ受ける。永久磁石５ｂ´は
Ｘ方向の力Ｆｂ１´およびＺ方向の吸引力Ｆｂ２´を、
永久磁石５ｃ´はＹ方向の力Ｆｃ１´およびＺ方向の吸
引力Ｆｃ２´を、永久磁石５ｇ´はＹ方向の力Ｆｇ１´
およびＺ方向の吸引力Ｆｇ２´を、それぞれ受ける。ま
た永久磁石５ｅ´はＺ方向の吸引力Ｆｅ´を受ける。こ
のように、第２の実施例では吸引力Ｆｅ´のみを受ける
永久磁石５ｅ´が設けられている。因みに、第１の実施
例では吸引力を受ける永久磁石は、すべて水平面内のロ
ーレンツ力も受けるようにしている。
【００３２】このように吸引力のみを生じさせる永久磁
石を追加することによって移動ステージ４´のＺ方向の
制御特性を優れたものとすることができる。例えば、吸
引力のみを生じさせる永久磁石（第２の実施例では永久
磁石５ｅ´）をＺ方向の粗動専用として、永久磁石５ａ
´、５ｄ´、５ｆ´を微動専用とすることにより、駆動
速度を犠牲にせず位置決め精度を高く維持することがで
きる。また、反発力を生じさせる永久磁石５ａ´、５ｄ
´、５ｆ´を外側に、吸引力のみを生じさせる永久磁石
５ｅ´を移動ステージの中央付近にそれぞれ配置するこ
とにより、移動ステージの姿勢が安定した制御が容易に
なる。
石を追加することによって移動ステージ４´のＺ方向の
制御特性を優れたものとすることができる。例えば、吸
引力のみを生じさせる永久磁石（第２の実施例では永久
磁石５ｅ´）をＺ方向の粗動専用として、永久磁石５ａ
´、５ｄ´、５ｆ´を微動専用とすることにより、駆動
速度を犠牲にせず位置決め精度を高く維持することがで
きる。また、反発力を生じさせる永久磁石５ａ´、５ｄ
´、５ｆ´を外側に、吸引力のみを生じさせる永久磁石
５ｅ´を移動ステージの中央付近にそれぞれ配置するこ
とにより、移動ステージの姿勢が安定した制御が容易に
なる。
【００３３】第２の実施例では、吸引力のみを生じさせ
る磁石として永久磁石を用いた場合について説明した
が、永久磁石に代えて、対向する電磁石との間で吸引力
を生じさせる材料（磁性材）を使用することができる。
る磁石として永久磁石を用いた場合について説明した
が、永久磁石に代えて、対向する電磁石との間で吸引力
を生じさせる材料（磁性材）を使用することができる。
【００３４】第２の実施例の永久磁石５ａ´、５ｂ´、
５ｃ´、５ｄ´、５ｅ´、５ｆ´、５ｇ´は本発明によ
る磁気浮上型ステージの第１の磁石群を、永久磁石５ｂ
´、５ｃ´、５ｅ´は本発明による磁気浮上型ステージ
の第２の磁石群を、それぞれ構成する。永久磁石５ｅ´
は本発明による磁気浮上型ステージの「吸引力のみを生
じさせる磁石」を構成する。第２の実施例の電磁石２
ａ、２ｄ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆは本発明による磁気
浮上型ステージの第１の電磁石を、電磁石２ｂ、２ｃ、
２ｅは本発明による磁気浮上型ステージの第２の電磁石
群を、それぞれ構成する。
５ｃ´、５ｄ´、５ｅ´、５ｆ´、５ｇ´は本発明によ
る磁気浮上型ステージの第１の磁石群を、永久磁石５ｂ
´、５ｃ´、５ｅ´は本発明による磁気浮上型ステージ
の第２の磁石群を、それぞれ構成する。永久磁石５ｅ´
は本発明による磁気浮上型ステージの「吸引力のみを生
じさせる磁石」を構成する。第２の実施例の電磁石２
ａ、２ｄ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆは本発明による磁気
浮上型ステージの第１の電磁石を、電磁石２ｂ、２ｃ、
２ｅは本発明による磁気浮上型ステージの第２の電磁石
群を、それぞれ構成する。
【００３５】−第３の実施例−
以下、本発明による磁気浮上型ステージの第３の実施例
について第１の実施例との相違点を中心にして説明す
る。第１の実施例と同一の部分には同一の符号を付して
その説明を省略する。図９に示すように、矩形の固定ス
テージ１０１には複数の電磁石１０２がマトリクス状に
配列されている。図１０に示すように、この電磁石１０
２は直方体形状のコア１２１と、コア１２１の上部に重
ねられた高透磁率の部材１２２と、コア１２１を通るＺ
方向の軸を中心に巻付けられたコイル１２３と、コア１
２１を通るＹ方向の軸を中心に巻付けられたコイル１２
４と、コア１２１を通るＸ方向の軸を中心に巻付けられ
たコイル１２５とからなる。図１２に示すように、隣り
合った電磁石１０２の間にはホール素子３が取付けられ
ている。
について第１の実施例との相違点を中心にして説明す
る。第１の実施例と同一の部分には同一の符号を付して
その説明を省略する。図９に示すように、矩形の固定ス
テージ１０１には複数の電磁石１０２がマトリクス状に
配列されている。図１０に示すように、この電磁石１０
２は直方体形状のコア１２１と、コア１２１の上部に重
ねられた高透磁率の部材１２２と、コア１２１を通るＺ
方向の軸を中心に巻付けられたコイル１２３と、コア１
２１を通るＹ方向の軸を中心に巻付けられたコイル１２
４と、コア１２１を通るＸ方向の軸を中心に巻付けられ
たコイル１２５とからなる。図１２に示すように、隣り
合った電磁石１０２の間にはホール素子３が取付けられ
ている。
【００３６】図９および図１１に示すように、移動ステ
ージ１０４の下面には永久磁石１０５ａ、１０５ｂ、１
０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅが設けられている。このう
ち永久磁石１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅはＮ極を下向
きに、永久磁石１０５ｂ、１０５ｄはＳ極を下向きにし
てそれぞれ取付けられている。
ージ１０４の下面には永久磁石１０５ａ、１０５ｂ、１
０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅが設けられている。このう
ち永久磁石１０５ａ、１０５ｃ、１０５ｅはＮ極を下向
きに、永久磁石１０５ｂ、１０５ｄはＳ極を下向きにし
てそれぞれ取付けられている。
【００３７】次に、以上のように構成された第３の実施
例の磁気浮上型ステージの駆動原理を図１２を用いて説
明する。永久磁石１０５ａは電磁石１０２ａと、永久磁
石１０５ｂは電磁石１０２ｂと、永久磁石１０５ｃは電
磁石１０２ｃと、永久磁石１０５ｄは電磁石１０２ｄ
と、それぞれ対向している。図１２において電磁石１０
２ａのコイル１２３ａには下方向から見て時計回り方向
の電流Ｉ１が流れている。したがって、電磁石１０２ａ
（コア１２１ａ）は上側がＮ極となるので、対向する永
久磁石１０５ａ（下側がＮ極）との間で反発力を生ず
る。電磁石１０２ｄのコイル１２３ｄには下方向から見
て反時計回り方向の電流Ｉ２が流れており、電磁石１０
２ｄおよびこれと対向する永久磁石１０５ｄ（下側がＳ
極）の間にも同様に反発力が生ずる。
例の磁気浮上型ステージの駆動原理を図１２を用いて説
明する。永久磁石１０５ａは電磁石１０２ａと、永久磁
石１０５ｂは電磁石１０２ｂと、永久磁石１０５ｃは電
磁石１０２ｃと、永久磁石１０５ｄは電磁石１０２ｄ
と、それぞれ対向している。図１２において電磁石１０
２ａのコイル１２３ａには下方向から見て時計回り方向
の電流Ｉ１が流れている。したがって、電磁石１０２ａ
（コア１２１ａ）は上側がＮ極となるので、対向する永
久磁石１０５ａ（下側がＮ極）との間で反発力を生ず
る。電磁石１０２ｄのコイル１２３ｄには下方向から見
て反時計回り方向の電流Ｉ２が流れており、電磁石１０
２ｄおよびこれと対向する永久磁石１０５ｄ（下側がＳ
極）の間にも同様に反発力が生ずる。
【００３８】図１２において電磁石１０２ｂのコイル１
２３ｂには下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ３が流
れている。したがって、電磁石１０２ｂ（コア１２１
ｂ）は上側がＮ極となるので、対向する永久磁石１０５
ｂ（下側がＳ極）との間で吸引力を生ずる。電磁石１０
２ｃのコイル１２３ｃには下方向から見て反時計回り方
向の電流Ｉ４が流れており、電磁石１０２ｃおよびこれ
と対向する永久磁石１０５ｃ（下側がＮ極）の間にも同
様に吸引力が生ずる。
２３ｂには下方向から見て時計回り方向の電流Ｉ３が流
れている。したがって、電磁石１０２ｂ（コア１２１
ｂ）は上側がＮ極となるので、対向する永久磁石１０５
ｂ（下側がＳ極）との間で吸引力を生ずる。電磁石１０
２ｃのコイル１２３ｃには下方向から見て反時計回り方
向の電流Ｉ４が流れており、電磁石１０２ｃおよびこれ
と対向する永久磁石１０５ｃ（下側がＮ極）の間にも同
様に吸引力が生ずる。
【００３９】上述のように、電磁石１０２ｂのコイル１
２３ｂには電流Ｉ３が流れ電磁石１０２ｂと永久磁石１
０５ｂとの間には吸引力が生じている。この状態で、さ
らにコイル１２５ｂに右方向から見て時計回り方向の電
流Ｉ５を流すと、第１の実施例において説明したよう
に、移動ステージ１０４は左方向の力Ｆｂ１を受ける。
２３ｂには電流Ｉ３が流れ電磁石１０２ｂと永久磁石１
０５ｂとの間には吸引力が生じている。この状態で、さ
らにコイル１２５ｂに右方向から見て時計回り方向の電
流Ｉ５を流すと、第１の実施例において説明したよう
に、移動ステージ１０４は左方向の力Ｆｂ１を受ける。
【００４０】一方、上述のように電磁石１０２ｃのコイ
ル１２３ｃには電流Ｉ４が流れ電磁石１０２ｃと永久磁
石１０５ｃとの間には吸引力が生じている。この状態
で、さらにコイル１２５ｃに右方向から見て時計回り方
向の電流Ｉ６を流すと、移動ステージ４は右方向の力Ｆ
ｃ１を受ける。また、コイル１２４ｃに反時計回り方向
の電流Ｉ７を流すと、移動ステージ４は紙面の手前側か
ら奥側に向う方向の力Ｆｃ２を受ける。
ル１２３ｃには電流Ｉ４が流れ電磁石１０２ｃと永久磁
石１０５ｃとの間には吸引力が生じている。この状態
で、さらにコイル１２５ｃに右方向から見て時計回り方
向の電流Ｉ６を流すと、移動ステージ４は右方向の力Ｆ
ｃ１を受ける。また、コイル１２４ｃに反時計回り方向
の電流Ｉ７を流すと、移動ステージ４は紙面の手前側か
ら奥側に向う方向の力Ｆｃ２を受ける。
【００４１】図１３は移動ステージ１０４に加えられる
力を示す。永久磁石１０５ｅは図示しない電磁石１０２
ｅと対向している。永久磁石１０５ａ、１０５ｄ、１０
５ｅはそれぞれＺ方向の力（反発力）Ｆａ、Ｆｄ、Ｆｅ
を受け、永久磁石１０５ｂ、１０５ｃはＺ方向の力（吸
引力）Ｆｂ３、Ｆｃ３を受ける。また、永久磁石１０５
ｂは電磁石１０２ｂのコイル１２５ｂの電流によってＸ
方向の力Ｆｂ１を、コイル１２４ｂの電流によってＹ方
向の力Ｆｂ２を、それぞれ受ける。永久磁石１０５ｃは
電磁石１０２ｃのコイル１２５ｃの電流によりＸ方向の
力Ｆｃ１を、コイル１２４ｃの電流によりＹ方向の力Ｆ
ｃ２を、それぞれ受ける。このように電磁石２がコイル
１２４およびコイル１２５を備えているので、一つの永
久磁石に対してＸ方向およびＹ方向の力を同時に加える
ことができる。また、移動ステージ１０４が電磁石２の
ピッチを越えて移動し、永久磁石１０５ｂ、１０５ｃが
対向する電磁石が変っても、永久磁石１０５ｂ、１０５
ｃに加えることができる力の方向が限定されない。
力を示す。永久磁石１０５ｅは図示しない電磁石１０２
ｅと対向している。永久磁石１０５ａ、１０５ｄ、１０
５ｅはそれぞれＺ方向の力（反発力）Ｆａ、Ｆｄ、Ｆｅ
を受け、永久磁石１０５ｂ、１０５ｃはＺ方向の力（吸
引力）Ｆｂ３、Ｆｃ３を受ける。また、永久磁石１０５
ｂは電磁石１０２ｂのコイル１２５ｂの電流によってＸ
方向の力Ｆｂ１を、コイル１２４ｂの電流によってＹ方
向の力Ｆｂ２を、それぞれ受ける。永久磁石１０５ｃは
電磁石１０２ｃのコイル１２５ｃの電流によりＸ方向の
力Ｆｃ１を、コイル１２４ｃの電流によりＹ方向の力Ｆ
ｃ２を、それぞれ受ける。このように電磁石２がコイル
１２４およびコイル１２５を備えているので、一つの永
久磁石に対してＸ方向およびＹ方向の力を同時に加える
ことができる。また、移動ステージ１０４が電磁石２の
ピッチを越えて移動し、永久磁石１０５ｂ、１０５ｃが
対向する電磁石が変っても、永久磁石１０５ｂ、１０５
ｃに加えることができる力の方向が限定されない。
【００４２】第３の実施例においては、電磁石２はそれ
ぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の軸を中心にして巻付
けられた３つのコイルを備えている。このため磁気的吸
引力、反発力およびローレンツ力を移動ステージの位置
に関係なく有効に利用することができ、第１の実施例よ
りも移動ステージの永久磁石の個数を減らすことができ
る。したがって、移動ステージが軽量となり駆動の高速
化が図れる。
ぞれＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の軸を中心にして巻付
けられた３つのコイルを備えている。このため磁気的吸
引力、反発力およびローレンツ力を移動ステージの位置
に関係なく有効に利用することができ、第１の実施例よ
りも移動ステージの永久磁石の個数を減らすことができ
る。したがって、移動ステージが軽量となり駆動の高速
化が図れる。
【００４３】本明細書の特許請求の範囲において、「磁
石」とは移動ステージの駆動時に磁化されることが可能
な磁性材を含む概念であり、永久磁石に限定されない。
石」とは移動ステージの駆動時に磁化されることが可能
な磁性材を含む概念であり、永久磁石に限定されない。
【００４４】
【発明の効果】請求項１に記載の発明では、磁石による
反発力あるいは吸引力により移動ステージを浮上させる
とともにＺ方向の移動量およびα方向、β方向の回転量
を制御し、磁束中に流す電流によってＸ方向、Ｙ方向の
移動量およびθ方向の回転量を制御するようにしたの
で、塵を発生させず精密に移動ステージの位置決めをす
ることができる。また、エアーを用いないで移動ステー
ジが駆動できるので真空中でも使用することができる。
請求項３に記載の発明では、電磁石にＸ方向、Ｙ方向お
よびＺ方向の軸を中心に巻き回された３つのコイルを設
けたので、磁石同士の吸引力、反発力およびローレンツ
力を移動ステージの位置に関係なく有効に利用でき、移
動ステージの永久磁石の個数を減らせる。したがって、
移動ステージが軽量となり高速駆動が可能となる。請求
項４に記載の発明では、吸引力のみに貢献する磁石を設
けたので、例えばＺ方向の粗動と微動を制御する電磁石
を異なる電磁石に分離することができ、Ｚ方向の制御の
高速性と高精度の位置決めの両立が図られる。また、吸
引力のみに貢献する磁石を移動ステージの中央付近に設
けた場合には、移動ステージの制御がより安定なものと
なる。請求項５〜１０に記載の発明では、移動ステージ
の姿勢を計測する計測手段と、計測手段の計測値を受け
て使用する電磁石およびその電磁石に供給する電流を制
御する制御手段とを備えるので、移動ステージが円滑に
制御される。請求項１２に記載の発明では、移動ステー
ジに永久磁石を設け固定ステージに電磁石を設けたの
で、移動ステージへの配線が不要になり、また移動ステ
ージが軽量化される。さらに電磁石の冷却が容易にな
る。
反発力あるいは吸引力により移動ステージを浮上させる
とともにＺ方向の移動量およびα方向、β方向の回転量
を制御し、磁束中に流す電流によってＸ方向、Ｙ方向の
移動量およびθ方向の回転量を制御するようにしたの
で、塵を発生させず精密に移動ステージの位置決めをす
ることができる。また、エアーを用いないで移動ステー
ジが駆動できるので真空中でも使用することができる。
請求項３に記載の発明では、電磁石にＸ方向、Ｙ方向お
よびＺ方向の軸を中心に巻き回された３つのコイルを設
けたので、磁石同士の吸引力、反発力およびローレンツ
力を移動ステージの位置に関係なく有効に利用でき、移
動ステージの永久磁石の個数を減らせる。したがって、
移動ステージが軽量となり高速駆動が可能となる。請求
項４に記載の発明では、吸引力のみに貢献する磁石を設
けたので、例えばＺ方向の粗動と微動を制御する電磁石
を異なる電磁石に分離することができ、Ｚ方向の制御の
高速性と高精度の位置決めの両立が図られる。また、吸
引力のみに貢献する磁石を移動ステージの中央付近に設
けた場合には、移動ステージの制御がより安定なものと
なる。請求項５〜１０に記載の発明では、移動ステージ
の姿勢を計測する計測手段と、計測手段の計測値を受け
て使用する電磁石およびその電磁石に供給する電流を制
御する制御手段とを備えるので、移動ステージが円滑に
制御される。請求項１２に記載の発明では、移動ステー
ジに永久磁石を設け固定ステージに電磁石を設けたの
で、移動ステージへの配線が不要になり、また移動ステ
ージが軽量化される。さらに電磁石の冷却が容易にな
る。
【図１】本発明による磁気浮上型ステージの第１の実施
例を示す斜視図。
例を示す斜視図。
【図２】第１の実施例の電磁石を示す斜視図。
【図３】第１の実施例の動作原理を示す図。
【図４】第１の実施例の移動ステージの底面図。
【図５】図４の移動ステージが受ける力を示す移動ステ
ージの底面図。
ージの底面図。
【図６】第１の実施例の移動ステージの制御ブロック
図。
図。
【図７】第２の実施例の移動ステージの底面図。
【図８】図７の移動ステージが受ける力を示す移動ステ
ージの底面図。
ージの底面図。
【図９】本発明による磁気浮上型ステージの第３の実施
例を示す斜視図。
例を示す斜視図。
【図１０】第３の実施例の電磁石を示す斜視図。
【図１１】第３の実施例の移動ステージを示す底面図。
【図１２】第３の実施例の動作原理を示す図。
【図１３】図１１の移動ステージが受ける力を示す移動
ステージの底面図。
ステージの底面図。
１ 固定ステージ
２ 電磁石
３ ホール素子
４ 移動ステージ
５ 電磁石
６ ギャップセンサ
７ レーザ干渉計
２３ コイル
２４ コイル
３０ 制御装置
１０２ 電磁石
１２３ コイル
１２４ コイル
１２５ コイル
Ｉ５ 横断電流
Ｉ６ 横断電流
Ｉ７ 横断電流
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０２Ｋ 41/00 Ｂ２３Ｑ 1/14 Ａ
Ｃ
(56)参考文献 特開 平５−57550（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−98613（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−162040（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−132157（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−2562（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−17858（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−176416（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/68
B23Q 1/00
B65G 54/02
G05D 3/00
H02K 41/00
Claims (15)
- 【請求項１】 直交座標系の３軸をX、Y、Zとし、各軸
回りの回転角をα、β、θで表すとき、固定ステージ
と、前記固定ステージに沿ってXY平面内の任意の位置に
駆動される移動ステージとを有する磁気浮上型ステージ
において、 前記移動ステージおよび前記固定ステージのいずれか一
方のステージに設けた第１の磁石群と他方のステージに
設けた第１の電磁石群との間の反発力及び吸引力により
前記移動ステージにZ方向の移動力、およびα方向、β
方向の回転力を付与し、前記第１の磁石群のうち前記吸引力を発生する第２の磁
石群と、前記第１の電磁石群のうち前記第２の磁石群と
対向する 第２の電磁石群との間に作られた磁束中で前記
第２の電磁石群に設けた電線に流す横断電流により前記
移動ステージにX方向、Y方向の移動力およびθ方向の回
転力を付与することを特徴とする磁気浮上型ステージ。 - 【請求項２】 前記第2の電磁石群の各電磁石はZ方向の
軸を中心に巻き回された第1のコイルと、XまたはY方向
の軸を中心に巻き回された第2のコイルとを備え、前記
第２のコイルには前記横断電流が流されることを特徴と
する請求項1に記載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項３】 前記第2の電磁石群の各電磁石はZ方向の
軸を中心に巻き回された第1のコイルと、XまたはY方向
の軸を中心に巻き回された第2のコイルと、Z方向および
前記第2のコイルの軸方向の双方と直交する軸を中心に
巻き回された第3のコイルとを備え、 前記第2のコイルおよび/または前記第3のコイルには前
記横断電流が流されることを特徴とする請求項1に記載
の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項４】 前記移動ステージは前記固定ステージの
上で駆動され、前記第1の磁石群には吸引力のみを生じ
させる磁石が含まれることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項５】 前記移動ステージまたは前記固定ステー
ジに取付けられ前記移動ステージのZ方向の移動量およ
びα方向、β方向の回転量に応じた計測値を出力する第
1の計測手段と、 前記第1の計測手段からの前記計測値を受けて前記第１
の電磁石群に流す電流を制御する第1の制御手段とを備
えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項６】 前記移動ステージのX方向、Y方向の移動
量およびθ方向の回転量に応じた計測値を出力する第2
の計測手段と、 前記第2の計測手段からの前記計測値を受けて前記横断
電流および/または前記第2の電磁石群の電流を制御する
第2の制御手段とを備えることを特徴とする請求項１〜
５のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項７】 前記移動ステージのX方向、Y方向の移動
量およびθ方向の回転量に応じた計測値を出力する第2
の計測手段と、 前記第2の計測手段からの前記計測値を受けて前記固定
ステージまたは前記移動ステージに取付けられた電磁石
のうち前記第1の電磁石群として用いる電磁石を選択す
るとともに選択された各電磁石の電流の方向を設定する
第2の制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項８】 前記第2の計測手段は前記固定ステージ
または前記移動ステージに取付けられたホール素子であ
ることを特徴とする請求項７に記載の磁気浮上型ステー
ジ。 - 【請求項９】 前記移動ステージのX方向、Y方向の移動
量およびθ方向の回転量に応じた計測値を出力する第2
の計測手段と、 前記第2の計測手段からの前記計測値を受けて前記固定
ステージまたは前記移動ステージに取付けられた電磁石
のうち前記第２の電磁石群として用いる電磁石を選択す
るとともに選択された各電磁石の電流の方向を設定する
第2の制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜５
のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項１０】 前記第2の計測手段は前記固定ステー
ジまたは前記移動ステージに取付けられたホール素子で
あることを特徴とする請求項９に記載の磁気浮上型ステ
ージ。 - 【請求項１１】 前記第1の磁石群、前記第２の磁石
群、前記第1の電磁石群、または前記第2の電磁石群は超
伝導材料を用いたものであることを特徴とする請求項１
〜１０のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項１２】 前記一方のステージは前記移動ステー
ジであり、前記他方のステージは前記固定ステージであ
ることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記
載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項１３】 前記第1のコイルと前記第2のコイルと
は共通のコアに対して巻き回されていることを特徴とす
る請求項２に記載の磁気浮上型ステージ。 - 【請求項１４】 前記第1のコイルと前記第2のコイルと
前記第３のコイルとは共通のコアに対して巻き回されて
いることを特徴とする請求項３に記載の磁気浮上型ステ
ージ。 - 【請求項１５】 前記第１の磁石群のうち前記反発力を
発生する磁石は前記吸引力を発生する前記第２の磁石群
の外側に設けられていることを特徴とする請求項１〜１
４のいずれか１項に記載の磁気浮上型ステージ。
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