JP3745167B2 - ステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法ならびにステージ駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密な位置決めが要求されるステージ装置に関する。また、このステージ装置にレチクルやウエハを搭載して露光を行う露光装置およびこれを用いたデバイス製造方法に関する。また、精密な位置決めを行うためのステージ駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５に従来の第１のステージ装置の概略図を示す。
【０００３】
不図示ベースにガイド８０２が固定され、ガイド８０２に対して１軸方向に滑動自在に工作物８００を載置するステージ８０１が支持されている。ステージ８０１の両サイドにはリニアモータ可動子８０４が固定され、各リニアモータ可動子８０４にはリニアモータ固定子８０５が非接触で対面し、各リニアモータ固定子８０５は不図示ベースに固定されている。リニアモータ可動子８０４は４極の磁石８０４ａと磁石の磁束を循環させるためのヨーク８０４ｂを一体にしたものを上下に配置して構成される。
【０００４】
リニアモータ固定子８０５は複数（この場合６個）のコイル８０５ａを１列に並べたものを固定子枠８０５ｂで固定したもので構成される。
【０００５】
リニアモータ８０３は一般的なブラシレスＤＣモータの展開タイプで磁石８０４ａとコイル８０５ａの相対位置関係に応じて駆動コイルおよびその電流の方向を切り替えて、所望の方向に所望の力を発生するものである。
【０００６】
上記構成において、まずステージ８０１を静止させた状態でステージ８０１または磁石８０４ａの位置に応じて所定のリニアモータコイルに所定方向の電流を所定時間だけ流してステージ８０１を加速し、所望の速度に達したら加速をやめて一定の速度に制御して露光や検査等の仕事を行い、一定速度期間を過ぎると所定のリニアモータコイルに所定方向の電流を所定時間だけ流してステージを減速しステージを停止させる。
【０００７】
ステージ位置は不図示のレーザ干渉計等の高精度位置センサで計測され、目標位置との誤差をゼロにするように加減速とは別にリニアモータコイルに電流を流すようにしており、加減速中・一定速度期間中とにかかわらず常に高精度な位置制御を行うようになっている。
【０００８】
また、図１６に第２の従来のステージ装置の概略図を示す。本ステージ装置は特開平７−１８３１９２号公報に係る発明のステージ装置とほぼ同様である。
【０００９】
ベース９０３上にガイド９０９が固定され、ガイド９０９に対して滑動自在にステージ９０７が支持されている。
【００１０】
また、ベース９０３にはアクチュエータユニット９０１が設けられ、アクチュエータユニット９０１はロッド９０５を伸縮することで位置決めを行う。ロッド９０５の端部とステージ９０７との間にはボイスコイルモータ９０６とクラッチ９０４が設けられている。ボイスコイルモータ９０６は、不図示のコイルと磁石が設けられており、コイルに電流が流れるとローレンツ力を発生し、ロッド９０５とステージ９０７との間で駆動力を発揮する。
【００１１】
上記の構成において、ステージの駆動を行う際は、まずクラッチ９０４を機械的な接触によって繋げ、ロッド９０５とステージとの間を固定し、アクチュエータユニット９０１の駆動力をステージに伝達し、ステージの粗動を行う。ステージの粗動後、クラッチ９０４を切り、ボイスコイルモータ９０６の駆動力によりロッド９０５に対してステージ９０７を駆動し、ステージ９０７の位置決めを行う。
【００１２】
クラッチ９０４をボイスコイルモータ９０６と並列に設けることで、アクチュエータユニット９０１による長ストロークのステージ駆動時に、ボイスコイルモータ９０６を作動させる必要がなく、ボイスコイルモータ９０６からの発熱を軽減することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の第１の従来例のようにリニアモータのみでステージを駆動する場合、常時高精度な位置制御がかかるという点では良いが、ステージを加減速するときのコイルの発熱が大きく、また、発熱源が工作物の近くに位置してしまう。さらに上述ような多相型リニアモータはコイルを切り替えて電流を流しているため、リニアモータ固定子全体を冷却するのは困難である。よって工作物周辺の部材が熱膨張で変形したり、計測基準が熱膨張で変形したり、またレーザ干渉計の光路の空気密度の擾乱となったりして工作物の位置精度を低下させるという解決すべき課題があった。また、コイルを切換える際に発生する推力リップルは、ステージの精密な位置決めの妨げとなる。
【００１４】
また、第２の従来例のようにアクチュエータユニットとステージとの間にボイスコイルモータとクラッチを並列に設けたステージ装置の場合、アクチュエータユニットによるステージの駆動時は、クラッチが繋がった状態になっているため、ボイスコイルモータを作動することができない。そのため、アクチュエータユニットの粗動時にステージの目標位置偏差が蓄積され、その後のボイスコイルモータによる位置決め時間が長くなってしまう。また、クラッチが摩擦等による機械的な接触を行っているため、ステージの精密な位置決めには限界があった。
【００１５】
また、アクチュエータユニットの駆動時にクラッチを切ってボイスコイルモータを動作させると、ボイスコイルモータは大きな推力を発生させる必要があるため、発熱が大きくなり、ステージの位置精度を低下させていた。
【００１６】
加えて、ボイスコイルモータの駆動ストロークが短い場合、ステージに設けられた可動子に対してボイスコイルモータの固定子を精密に位置決めしなければならない。この場合、アクチュエータユニットによるロッドの位置決めは、高精度に行う必要がある。しかし、アクチュエータユニットによるロッドの位置制御は、レーザ干渉計によるステージの現在位置に基いて制御されているため、ロッドの位置決めを高精度に行うことは困難である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明のステージ装置は、所定方向に移動可能なステージと、該ステージに非接触で該所定方向の力を与える第１のユニットと、該第１のユニット又は該第１のユニットを備えた構造体を移動させるための移動装置と、該ステージの位置又は移動量を計測するための第１の干渉計と、前記第１の干渉計による計測と平行して、該第１のユニット又は該構造体の位置又は移動量を前記第１の干渉計と独立に計測するための第２の干渉計とを備え前記ステージは、前記第１のユニットによって、該ステージの目標位置に関する指令値と前記第１の干渉計の計測値との差分に基いて常時制御され、前記移動装置は、前記ステージの目標位置に関する指令値と前記第２の干渉計の計測値との差分に基いて常時制御されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記第１のユニットは、リニアモータを有することが望ましい。
【００２１】
また、前記第１のユニットは、前記ステージの重心に力を作用させることが望ましい。
【００２３】
また、前記移動装置は、リニアモータまたはボールネジを有することが望ましい。
【００２４】
また、前記ステージは、３自由度方向に移動可能であることが望ましい。さらに、前記第１のユニットは、前記ステージに３自由度方向の力を与えることが好ましく、前記移動装置は、前記第１のユニット又は前記構造体を１自由度方向に移動させることが好ましい。
【００２５】
また、前記ステージは、６自由度方向に移動可能であることが望ましい。さらに、前記第１のユニットは、前記ステージに６自由度方向の力を与えることが好ましく、前記移動装置は、ＸＹステージであることが好ましい。
【００２６】
また、前記第１のユニットとは別の第２のユニットを有することが望ましい。
【００２７】
また、前記第２のユニットは、前記ステージの目標位置に関する指令に基いて制御されることが望ましい。さらに、前記第２のユニットは、前記ステージの目標位置に関する指令に基いて、フィードフォワード制御されることが好ましい。加えて、前記ステージの目標位置に関する指令は、該ステージの加速に関する指令であることが好ましい。
【００２８】
また、前記第２のユニットは、前記ステージの重心に力を作用させることが望ましい。
【００２９】
また、前記第２のユニット又は前記第２のユニットを備えた構造体を移動させるための第２の移動装置を有することが望ましく、前記第２のユニットは、前記移動装置によって前記第１のユニットと一体的に移動しても良い。
【００３０】
また、前記第２のユニットは、電磁石を有することが望ましく、前記第２のユニットは、前記所定方向と平行で互いに逆向きの力を発生する少なくとも一組の電磁石を有することが好ましい。
【００３１】
また、前記第２のユニットは、１自由度方向に前記ステージに力を与えることが望ましく、前記第２のユニットは、２自由度方向に前記ステージに力を与えてもよい。
【００６３】
また、上記のステージ装置を備えた露光装置、およびこの露光装置を用いたデバイス製造方法も本発明の範疇である。
【００６４】
さらに、上記の課題を解決するための本発明のステージ駆動方法は、移動可能なステージと、前記ステージの位置又は移動量を計測するための第１の干渉計と、前記ステージに非接触に力を付与するアクチュエータを有するユニット又は該ユニットを備えた構造体の位置又は移動量を前記第１の干渉計と独立に計測するための第２の干渉計とを備えるステージ装置のステージ駆動方法であって、前記第１の干渉計を用いてステージの位置又は移動量を計測するための第１の計測工程と、前記第１の計測工程と平行して、前記第２の干渉計を用いて前記ユニット又は該ユニットを備えた構造体の位置又は移動量を計測するための第２の計測工程と、該ユニットによりステージに力を与える工程と、該ユニットを移動装置により移動する工程と、前記ステージの目標位置に基づいて指令を出力する工程と、該第１の計測工程の第１の計測値と該指令との差分に基いて該ステージを制御する第１制御工程と、前記第１制御工程と同時に、該第２の計測工程の第２の計測値と該指令との差分に基いて該ユニットまたは該構造体の位置又は移動量を制御する第２制御工程とを有することを特徴とする。
【００６５】
前記ユニットとは別の第２のユニットによりステージに力を与える工程を有することが好ましく、目標値に基いて前記第２のユニットをフィードフォワード制御することが好ましい。
【００７１】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１は本発明のステージ装置に係る第１の実施形態の概略図である。
【００７２】
不図示ベースにガイド１０２が固定され、ガイド１０２に対して１軸方向（所定方向）に往復滑動自在に工作物を載置するステージ１０１が支持されている。ステージ１０１の片サイドにはリニアモータ可動子１０４が固定され、リニアモータ可動子１０４にはリニアモータ固定子１０５が非接触で対面し、リニアモータ固定子１０５は不図示ベースに固定されている。
【００７３】
リニアモータ１０３の機構は、前述の従来のリニアモータとほぼ同様であるが、後述する通り、本実施形態のリニアモータは、従来のリニアモータと比べて小さな出力のものでも良い。このリニアモータは制御系においてソフト的またはハード的な電流のリミッタが設けられており発熱が問題になるような電流を流さないようになっている。また後で説明するように制御系が正常に動作していればこのリミッタにたよらずとも発熱が問題になるような電流は流れないように制御される。
【００７４】
さらに、ステージ１０１のもう片側には磁性体板１０７が設けられる。この磁性体板１０７を両側から挟むように対向して、１対の電磁石１０８が設けられる。１対の電磁石１０８はナット１１１上に固定されている。ナット１１１はモータ１１２と送りネジ１１３によってステージ１０１と略同一方向に移動できる。この結果、ナット１１１、モータ１１２および送りネジ１１３を有する送りネジ系１１０によって、１対の電磁石１０８がステージ１０１と略同一方向に移動できるようになっている。
【００７５】
この電磁石１０８を移動するための送りネジ系１１０（移動機構）も、不図示ベースに固定されている。また１対の電磁石を構成する各々の電磁石１０８と磁性体１０７の間はわずかな空隙を介して互いに非接触が保たれている。各々の電磁石１０８は円弧状のヨーク１０８ｂとそれに巻きまわしたコイル１０８ａとから構成され、コイル１０８ａに電流を流すと、ヨーク１０８ｂと磁性体板１０７の間に吸引力が働くようになっている。各々の電磁石１０８のコイル１０８ａは別々に電流を制御出来るようになっている。このため、両コイルに流す電流を調整することにより、各々の電磁石１０８と磁性体板１０７の間に働く吸引力を調整することができ、この結果、１対の電磁石から磁性体板に作用する合力とその合力の方向を調整することができるようになっている。
【００７６】
図２は上述のステージ装置を駆動制御するための制御系のブロック図である。
【００７７】
ステージ１０１の移動目標を発生する移動目標指示手段１２１、該目標をもとに時間とその時間におけるステージの目標位置との関係を生成する位置プロファイル生成手段１２２、および該目標をもとに時間とその時間に発生すべき加速度との関係を生成する加速プロファイル生成手段１２３が設けられている。
【００７８】
位置プロファイル生成手段１２２の出力は、微動リニアモータ１０３を制御する微動リニアモータ位置サーボ系１２５と、送りネジ系１１０のモータ１１２をフィードバック制御する移動ＦＢ系１３５に入力される。また加速プロファイル生成手段１２３の出力は、電磁石１０８の吸引力をフィードフォワード制御する吸引ＦＦ系１３１に入力される。
【００７９】
微動リニアモータ位置サーボ系１２５は、演算部１２６、モータ電流アンプ１２７、リニアモータ１０３および干渉計１２８から構成される。演算部１２６は、上記位置プロファイル生成手段１２２による現在いるべきステージの位置（目標位置）と干渉系１２８で測定したステージ１０１の現在いる位置との偏差にＰＩＤ等に代表される制御演算を施し、その結果をアナログ電圧でアンプ１２７に出力する。モータ電流アンプ１２７は、該アナログ出力電圧に比例する電流をリニアモータに供給する微動電流アンプである。リニアモータ１０３は、前述の通りに構成され、該電流によりステージ１０１に推力を付与する。干渉計１２８は、ステージ１０１に設けられた反射ミラー１２９の位置を計測し、ステージ（またはステージと一体に設けられた可動子）の位置を計測する。微動リニアモータ位置サーボ系１２５は、位置プロファイル生成手段１２２の出力を指令値とする通常の位置サーボ系であるが、大推力が必要なときは後述の吸引ＦＦ系１３１が推力を発生するようになっており、リニアモータ１０３は目標位置とのわずかな位置偏差をとるための小さい推力を発生するだけなので、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。またソフト的またはハード的にリニアモータの電流を制限しており、吸引ＦＦ系１３１との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。
【００８０】
吸引ＦＦ系１３１は、１対の電磁石１０８と磁性体板１０７との間に加速プロファイル生成手段１２３の出力に比例した合成推力を発生させるための制御系である。吸引ＦＦ系１３１は、補正手段１３２、調整手段１３３、および２つの電磁石用電流アンプ１３４とから構成される。電磁石用電流アンプ１３４は、それぞれの電磁石１０８のコイル１０８ａをそれぞれ独立に駆動している。
【００８１】
補正手段１３２は、電磁石１０８の電流と吸引力との非線型関係を補正するためのものであり、符号を保存する平方根演算器を有している。一般に電磁石の吸引力は電磁石の電流の二乗に比例する。ステージ１０１を駆動するために発生すべき吸引力は、加速プロファイル生成手段の出力に比例する力であるため、加速プロファイル生成手段１２３の出力の平方根をとってそれを電流指令とすれば、加速プロファイル生成手段１２３の出力の平方根の２乗に比例する吸引力が働く。つまり加速プロファイル生成手段１２３の出力に比例した吸引力が働く。また加速プロファイル生成手段１２３の出力はプラスまたはマイナスの符号を含んでいるので、平方根演算は出力の絶対値に対して行い、演算後に符号を付加して調整手段にわたすようになっている。
【００８２】
調整手段１３３は、１対の電磁石１０８と磁性体板１０７との間に働く各々の吸引力を調整し、両者の合力の大きさと向きを所望のものにするためのものである。電磁石は電流の向きによらず磁性体板を吸引する力しか出せない。そこで１対の電磁石で磁性体板を挟むように対向して配置し、各々の電磁石が磁性体板に対してそれぞれ逆向きの力を発生するようにし、その２つの力を調整することで磁性体板に働く合力の大きさと方向を制御するようにしている。前記補正手段１３２の出力の符号により１対の電磁石のうちのどちらに電流を与えるかを選択し、前記補正手段１３２の出力に比例した値を電流アンプ１３４に入力し、他方の電磁石１０８の電流はゼロに制御するようにするのがもっとも簡単な構成である。補正手段１３２の出力がゼロの場合はどちらの電磁石の電流もゼロに制御される。この結果、１対の電磁石１０８から磁性体板１０７に対して加速プロファイル生成手段１２３の出力の大きさに比例した推力が所望の方向に付与されることになる。
【００８３】
補正手段１３２の出力がゼロのときに２つの電磁石１０８に等しいバイアス電流を流しておくこともできる。これは電磁石のＢＨ曲線の動作中心を電流すなわち磁界の強さと磁束密度の関係がより線形にする効果がある。この場合、補正手段１３２と調整手段１３３は一体となって、加速プロファイル１２３の出力をうけて２つの電磁石に適当な電流を指令する動作をする。具体的には加速プロファイル生成手段の出力がプラス移動方向にVa、バイアス電流がIbのとき、プラス移動方向に吸引力を発生する電磁石のコイル電流をIp、マイナス移動方向に吸引力を発生する電磁石のコイル電流をImとすると、あらかじめ定めた比例定数Kに対してVa=K((Ip-Ib)^2-(Im-Ib)^2)を満たすようなIp、Imを出力する。
【００８４】
電磁石の吸引力は、リニアモータのローレンツ力と比べて小さいアンペアターンで大きな推力を得ることができるので、従来のリニアモータのみのステージの加減速時の発熱と比較すると、電磁石の発熱はほとんど問題にならない。
【００８５】
また、一定速度で走行中は電磁石１０８の電流はゼロに制御する。このため床振動等の外乱が電磁石を通してステージ系に伝わることはない。この状態では微動のリニアモータだけがステージを高精度に制御する。
【００８６】
移動ＦＢ系１３５は、１対の電磁石１０８の位置を位置プロファイルにならうように移動させるものである。電磁石はきわめて小さい発熱で大きな吸引力を発生できる利点があるが、相手の磁性体との空隙を小さい寸法に保たなければならない。電磁石１０８から磁性体板１０７ひいてはステージ１０１に所望の力を与え続けるには、ステージ１０１の移動に基いて電磁石１０８を移動させて上記空隙を一定に保つ必要がある。そこで電磁石１０８の位置をモータ１１２のエンコーダ１３８でフィードバックする位置制御系１３５に位置プロファイルを入力し、モータ１１２と送りネジ１１３により電磁石１０８をステージ１０１とほぼ同じ位置プロファイルに従うよう移動させ、電磁石１０８とステージ１０１の相対位置がほぼ一定になるようにしている。
【００８７】
モータ１１２は、電磁石１０８およびネジ系１１０のナット１１１を加減速するために必要なトルクに加え、ステージ１０１の加減速時に電磁石１０８が発生する吸引力の合力に相当するトルクを発生する必要がある。これは、ステージに対して与えている吸引力が、電磁石を介してナットにも伝達されるためである。
【００８８】
また、ステージ１０１の加速時に位置制御系１２５にステージ１０１の位置偏差が蓄積されると、加速終了後の位置制御（または速度制御）のための制定時間が長くなるため望ましくない。そこで、図２の構成に加えて加速プロファイル生成手段１２３の出力を制御演算器の出力に加算してモータ電流アンプ１３７に入れてやれば、加速度をフィードフォワード的にモータ１１２に指令することができ、ステージ１０１の加速中に位置偏差をためずに電磁石１０８を移動できる。いずれにしてもモータ１１２には相応の発熱があるが、熱源が局所的に集中して存在するので冷却が比較的容易であり、ステージ１０１やその上に載置される工作物とは距離を離して配置できるので、ステージ１０１や工作物に発熱の影響が伝わりにくい。ステージ１０１の加速が終了してステージ１０１が一定速度で走行している間は、ネジ送り系１１０は電磁石１０８と磁性体板１０７が接触しないようにナット１１１の位置をステージ１０１とほぼ同じ速度で走行させる。
【００８９】
以上のように送りネジ系１１０と電磁石１０８によりステージ１０１を加速し、加速が終了したら電磁石１０８は電流をゼロにして床振動を絶縁すると同時にネジ送り系１１０で電磁石１０８と磁性体板１０７が接触しないようステージの移動に同期して電磁石１０８の位置を制御し、これらの動作と平行して微動リニアモータ１０３により常時高精度な位置制御（または速度制御）を行うようにすることにより大推力と低発熱と高精度位置制御を同時に達成するようにした。
【００９０】
本実施形態によれば、電磁石と磁性体板との間に発生する吸引力を利用してステージを駆動するため、非接触で低い発熱でステージを駆動することができる。
【００９１】
また、電磁石を移動させる送りネジ駆動系を備えることにより、長いストロークにわたって吸引力を利用してステージを駆動することができる。また、送りネジ駆動系により電磁石が移動している時は、電磁石と磁性体板との間に発生する吸引力により送りネジ駆動系の駆動力がステージに伝達されている。そのため、電磁石と磁性体板は、送りネジ駆動系の駆動力をステージに伝達する非接触クラッチの役割を果たしているということができる。
【００９２】
また、リニアモータを並列に設けることにより、電磁石による吸引力を利用したステージの駆動と、リニアモータのローレンツ力によるステージの駆動を併用することができる。そのため、大きな推力を必要とするステージの加減速時は、発熱の少ない電磁石の吸引力を利用したステージの駆動を行い、あまり大きな推力を必要としないステージの定速運動時または位置決め制御時は、リニアモータを用いることが望ましい。
【００９３】
本実施形態によれば、電磁石による吸引力を利用したステージ駆動手段と、リニアモータとを併用しているが、リニアモータはステージの駆動・位置決めに必ずしも必要ない。電磁石と磁性体板および電磁石を移動させる駆動系があれば、ステージの位置決め動作を行うことができる。また、電磁石を移動させる駆動系は、電磁石と磁性体板との間隙をほぼ一定に保つ程度の位置決め精度を有していれば良く、送りネジ駆動系はステージの位置決め精度と同様な高精度な位置決め精度を要求されるものではない。
【００９４】
また、本実施形態によれば、電磁石と磁性体板との間に吸引力を発生させているため、磁性体としては鉄を含んでいることが望ましい。しかし、これに限るものではなく、例えば磁性体に永久磁石や電磁石を利用すれば、吸引力ではなく反発力を用いてステージを駆動することができる。しかし、電磁石による吸引力は反発力よりも効率が良いので、吸引力を利用する方が望ましい。
【００９５】
また、本実施形態によれば、吸引力を利用したステージの駆動を非接触で行えるため、電磁石によるステージの加減速時に、リニアモータを同時に作動させ、加減速中も高精度な位置決め動作を行うことができる。
【００９６】
また、本実施形態では、電磁石を送りネジ側に、磁性体をステージ側に配置しているが、逆に配置しても良い。しかし、本実施形態のように磁性体をステージ側に配置した方が、電磁石をステージ側に配置した場合と比べ、ステージに配線をする必要がないので、ステージへの外乱を減らすことができる。
【００９７】
また、本実施形態では、電磁石の移動に送りネジを用いているが、これに限るものではなく、ステージの移動に同期して電磁石を移動するものならば良く、例えばベルトやシリンダを用いて電磁石を移動させても良い。
【００９８】
＜実施形態２＞
図３に本発明のステージ装置に係る第２の実施形態を示す。
【００９９】
不図示ベースに平面ガイドが固定され、平面ガイド上を２軸並進（ＸＹ）および回転方向（θ）に滑動自在に工作物を載置するステージ２０１が支持されている。ステージ２０１の２つの辺にはリニアモータ可動子２０４が固定され、リニアモータ可動子２０４にはリニアモータ固定子２０５が非接触で対面し、リニアモータ固定子２０５は支持枠２０６によりナット２１１Ａに固定されている。
【０１００】
リニアモータは少なくとも３組用意される。それぞれのリニアモータの構成は、従来のリニアモータから２極磁石と１つのコイルを取り出したもので、コイル電流と磁石磁束の相互作用でローレンツ力を発生するものである。リニアモータの可動子は２極の磁石とヨークとを一体に構成されたものであり、リニアモータ固定子は長円形状の３個のコイルで構成される。コイルに電流を流すと長円コイルの直線部に直角な方向に推力が発生する。
【０１０１】
コイル２０５Ｘは、磁石２０４Ｘと作用してＸ方向の力を発生し、ステージ２０１に力を付与する。また、コイル２０５Ｙ１、２０５Ｙ２は、それぞれ磁石２０４Ｙ１、２０４Ｙ２と作用して各々Ｙ方向の力を発生し、ステージ２０１に力を付与する。さらに、コイル２０５Ｙ１と２０５Ｙ２により発生する力の向きを互いに逆方向にすれば、ステージ２０１にθ方向の力を付与することができる。コイル２０５Ｙ１、２０５Ｙ２、２０５Ｘに流す電流を制御することでステージ２０１にＸ方向、Ｙ方向、回転方向の力を制御することができる。ステージ２０１の重心のＸ座標はコイル２０５Ｙ１、２０５Ｙ２が発生する力の作用線の間にくるように設計され、ステージの重心のＹ座標はコイルＸが発生する力の作用線上にくるように設計されている。コイル２０５Ｙ１とステージ重心のＸ座標の間の距離と、コイル２０５Ｙ２とステージ重心のＸ座標の間の距離が、等距離であればさらに望ましい。
【０１０２】
第１実施形態と異なり、本実施形態はステージ２０１の回転を機械的に規制するガイドがない。そのため、ステージ２０１にＸ、Ｙ方向の並進力を与えるための駆動力の作用線は、ステージの重心を通ることが望ましい。各リニアモータの配置を上記のようにすれば、２０５Ｙ１、２０５Ｙ２コイルに同じ電流、Ｘコイル２０５Ｘに適当な電流を与えれば並進力は重心を通り回転力が発生せず、同一並進力に対する発熱が最小に出来る。また、ステージ２０１に回転力を与えたいときはコイル２０５Ｙ１，２０５Ｙ２に大きさが同じで向きが逆の電流を加算して流せばよい。
【０１０３】
リニアモータ固定子２０５は、ナット２１１Ａに固定されている。ナット２１１Ａは送りネジ２１３Ａとモータ２１２ＡによりＹ方向に移動可能になっている。前述の第１の実施形態におけるリニアモータと異なり、本実施形態のリニアモータは、固定子２０５と可動子２０４との相対的なストロークが短く、そのままでは長ストロークにわたって可動子に力を付与することができない。そのため、本実施形態では、リニアモータ可動子に対して長ストロークにわたって力を付与することができるように、リニアモータ固定子２０５を送りネジ系２１０ＡでＹ方向に移動可能にし、ステージ２０１が移動可能なストローク中において、ステージ２０１に対してＹ方向並進力と回転力をリニアモータ固定子２０５からリニアモータ可動子２０４に付与できるようになっている。Ｘ方向は、リニアモータのストロークでカバーできる微小な距離しか動かさないようになっているので、リニアモータ固定子はＸ方向には動く機構は設けていない。この構成により、コイルの切換を行わずに、ステージの長ストロークの移動が可能となる。
【０１０４】
このリニアモータは、制御系においてソフト的またはハード的に電流のリミッタが設けられており発熱が問題になるような電流を流さないようになっている。また後で説明するように制御系が正常に動作していればこのリミッタにたよらずとも発熱が問題になるような電流は流れないように制御される。
【０１０５】
さらに、ステージ２０１のもう１辺には磁性体板２０７が設けられる。この磁性体板２０７をY方向の両側から挟むように対向して、１対の電磁石２０８が設けられる。１対の電磁石２０８はナット２１１Ｂ上に固定されている。ナット２１１Ｂはモータ２１２Ｂと送りネジ２１３Ｂによってステージ２０１と略同一方向に移動できる。この結果、ナット２１１Ｂ、モータ２１２Ｂおよび送りネジ２１３Ｂを有する送りネジ駆動系２１０Ｂによって、１対の電磁石２０８がステージと略同一方向に移動できるようになっている。送りネジ系２１０Ｂによって電磁石２０８を移動させることで、電磁石２０８と磁性体板２０７との空隙をＹ方向の長いストロークにわたって磁性体２０７と電磁石２０８のギャップを保つことができ、Ｙ方向のストロークにわたって磁性体２０７と電磁石２０８との吸引力によりステージを駆動することができる。
【０１０６】
この電磁石２０８を移動するための送りネジ系２１０Ｂもまた不図示ベースに固定されている。また１対の電磁石を構成する各々の電磁石と磁性体の間はわずかな空隙を介して互いに非接触が保たれている。各々の電磁石２０８は、円弧状のヨーク２０８ｂと、それに巻きまわしたコイル２０８ａとを備えている。コイル２０８ａに電流を流すとヨーク２０８ｂと磁性体板２０７の間に吸引力が働くようになっている。各々の電磁石のコイルは、それぞれ別々に電流を制御できるようになっている。このため、両コイルに流す電流を調整することにより、各々の電磁石と磁性体板の間に働く吸引力を調整することができ、この結果、１対の電磁石から磁性体板に作用する合力とその合力の方向を調整することができるようになっている。
【０１０７】
本実施形態は、前述の第１の実施形態と異なり、ステージの回転を機械的に規制するガイドがない。そのため、電磁石の吸引力の合力の作用線がステージの重心からずれていると、ステージに回転力が発生してしまう。そこで、２つの電磁石の吸引力の合力の作用線をステージの重心を通るようにすれば、電磁石でステージをＹ方向に加速したときにステージに回転力が発生せず、Ｙ１、Ｙ２コイルに無用の回転防止の力を発生させることもない。
【０１０８】
また、このような３軸制御系のリニアモータは少なくともステージの２辺あるいは２個所からステージに力を及ぼせるようにするのが望ましい。本実施形態の場合、直交する２辺からステージに力を及ぼすようになっているが、もし１辺から３軸方向の力を発生させようとすると、並進のＸまたはＹ方向の力の作用線のどちらかはステージの重心を通ることができなくなる。その結果、ステージに回転力が発生し、これを押さえるための無用の補正回転力が必要となる。
【０１０９】
図４は上述のステージ装置を駆動制御するための制御系のブロック図である。
【０１１０】
ステージ２０１の移動目標を発生する移動目標指示手段２２１、該目標をもとに時間とその時間におけるステージの目標位置との関係を生成する位置プロファイル生成手段２２２、および該目標をもとに時間とその時間に発生すべき加速度との関係を生成する加速プロファイル生成手段２２３が設けられている。
【０１１１】
位置プロファイル生成手段２２２の出力は、微動リニアモータ２０３を制御する微動リニアモータ位置サーボ系２２５、リニアモータ固定子２０５をＹ方向に移動させる送りネジ系２１０Ａのモータをフィードバック制御する移動ＦＢ系２３５Ａ、および電磁石２０８をＹ方向に移動させる送りネジ系２１０Ｂのモータをフィードバック制御する移動ＦＢ系２３５Ｂに入力される。また加速プロファイル生成手段２２３の出力は、電磁石２０８の吸引力をフィードフォワード制御する吸引ＦＦ系２３１に入力される。
【０１１２】
微動リニアモータ位置サーボ系２２５は、演算部２２６、モータ電流アンプ２２７、リニアモータ２０３および干渉計２２８から構成される。演算部２２６は、上記位置プロファイル生成手段２２２による現在いるべきステージのＸ，Ｙ，θ位置（目標位置）と干渉系２２８で測定したステージ２０１の現在いるＸ，Ｙ，θ位置との偏差にＰＩＤ等に代表される制御演算を施し、その結果をアナログ電圧でアンプ２２７に出力する。モータ電流アンプ２２７は、該アナログ出力電圧に比例する電流をリニアモータＹ１，Ｙ２，Ｘに供給する微動電流アンプである。リニアモータ２０３は、前述の通り構成され、該電流によりステージに推力を付与する。干渉計２２８は、ステージ２０１に設けられた反射ミラー２２９の位置を計測し、ステージ（またはステージと一体に設けられた可動子）のＸ，Ｙ，θ位置を計測する。図４において、干渉計の計測ラインが太い線で書いてあるのは３軸を計測していることを表現している。実際には、Ｙ方向に２本のビーム、Ｘ方向１本のビームをもつ３軸の干渉計を設けるのが一般的である。微動リニアモータ位置サーボ系２２５は、位置プロファイル生成手段２２２の出力を指令値とする通常の３軸位置サーボ系であるが、大推力が必要なときは後述の吸引ＦＦ系２３１が推力を発生するようになっている。そのため、リニアモータ２０３は目標位置とのわずかな位置偏差をとるための小さい推力を発生するだけでよく、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。また、吸引ＦＦ系２３１が推力を発生するときは、それに起因する回転力はステージに発生しないようになっている。またソフト的またはハード的にリニアモータの電流を制限しており、吸引ＦＦ系２３１との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。
【０１１３】
吸引ＦＦ系２３１は、１対の電磁石２０８と磁性体板２０７との間に加速プロファイル生成手段２２３の出力に比例したＹ方向の合成推力を発生させるための制御系である。吸引ＦＦ系２３１は、補正手段２３２、調整手段２３３、および２つの電磁石用電流アンプ２３４とから構成される。２つの電磁石用電流アンプ２３４は、それぞれの電磁石のコイルをそれぞれ独立に駆動している。
【０１１４】
補正手段２３２は、電磁石の電流と吸引力との非線型関係を補正するためのものであり、符号を保存する平方根演算器を有している。一般に電磁石の吸引力は電磁石の電流の二乗に比例する。ステージを駆動するために発生すべき吸引力は、加速プロファイル生成手段の出力に比例する力であるため、加速プロファイル生成手段の出力の平方根をとってそれを電流指令とすれば、加速プロファイル生成手段の出力の平方根の２乗に比例する吸引力が働く。つまり加速プロファイル生成手段の出力に比例した吸引力が働く。また加速プロファイル生成手段２２３の出力はプラスまたはマイナスの符号を含んでいるので、平方根演算は出力の絶対値に対して行い、演算後に符号を付加して調整手段にわたすようになっている。
【０１１５】
調整手段２３３は、１対の電磁石２０８と磁性体板２０７との間に働く各々の吸引力を調整し、両者の合力の大きさと向きを所望のものにするためのものである。電磁石は電流の向きによらず磁性体板を吸引する力しか出せない。そこで１対の電磁石２０８で磁性体板２０７を挟むように対向して配置し、各々の電磁石が磁性体板に対してそれぞれ逆向きの力を発生するようにし、その２つの力を調整することで磁性体板２０７に働く合力の大きさと方向を制御するようにしている。前記補正手段２３２の出力の符号により１対の電磁石のうちのどちらに電流を与えるかを選択し、前記補正手段２３２の出力に比例した値を電流アンプ２３４に入力し、他方の電磁石の電流はゼロに制御するようにするのがもっとも簡単な構成である。補正手段の出力がゼロの場合はどちらの電磁石の電流もゼロに制御される。この結果、１対の電磁石２０８から磁性体板２０７に対して加速プロファイル生成手段２２３の出力の大きさに比例した推力が所望の方向に付与されることになる。
【０１１６】
補正手段２３２の出力がゼロのときに２つの電磁石に等しいバイアス電流を流しておくこともできる。これは電磁石のＢＨ曲線の動作中心を電流すなわち磁界の強さと磁束密度の関係がより線形にする効果がある。この場合、補正手段と調整手段は一体となって、加速プロファイル出力をうけて２つの電磁石に適当な電流を指令する動作をする。具体的には加速プロファイル生成手段の出力がプラス移動方向にVa、バイアス電流がIbのとき、プラス移動方向に吸引力を発生する電磁石のコイル電流をIp、マイナス移動方向に吸引力を発生する電磁石のコイル電流をImとすると、あらかじめ定めた比例定数Kに対してVa=K((Ip-Ib)^2-(Im-Ib)^2)を満たすようなIp、Imを出力する。
【０１１７】
電磁石の吸引力は、リニアモータのローレンツ力と比べて小さいアンペアターンで大きな推力を得ることができるので、従来のリニアモータのみのステージの加減速時の発熱と比較すると、電磁石の発熱はほとんど問題にならない。
【０１１８】
また、一定速度で走行中は電磁石の電流はゼロに制御する。このため床振動等の外乱が電磁石を通してステージ系に伝わることはない。この状態では微動のリニアモータだけがステージを高精度に制御する。
【０１１９】
移動ＦＢ系２３５Ａは、リニアモータ固定子２０５の位置を位置プロファイルにならうように移動させるものである。本実施形態のリニアモータは、固定子２０５と可動子２０４との相対的な移動範囲が短いので、そのままでは長距離にわたって力を可動子に付与することができない。本実施形態はリニアモータ可動子２０４をＹ方向に長距離移動させるため、リニアモータ固定子２０５を送りネジ駆動系２１０でＹ方向に移動可能にし、ステージ２０１が移動可能なストローク中において、リニアモータ固定子２０５からステージ２０１に対してＹ方向の並進力と回転力を付与できるようになっている。これを実現するために、リニアモータ固定子２０５の位置をモータ２１２Ａのエンコーダ２３８Ａでフィードバックする位置制御系に位置プロファイルを入力し、リニアモータ固定子２０５をモータ２１２と送りネジ２１３によりステージ２０１とほぼ同じ位置プロファイルに基いて移動させ、リニアモータ固定子２０５とステージ２０１との相対位置がほぼ一定になるようにしている。モータ２１２は、リニアモータ固定子２０５および送りネジ系２１０Ａのナット２１１Ａを加速するためのトルクを発生する必要がある。また、加速終了時に位置制御系に位置偏差がたまるのは望ましくない。そこで、図４の構成に加えて加速プロファイル生成手段の出力を制御演算器の出力に加算してモータ電流アンプに入れてやれば、加速度をフィードフォワード的にモータに指令することができ、位置偏差をためずにステージを加速することができる。ステージ２０１の加速が終了し、ステージ２０１の位置制御または速度制御を行う間は、ネジ送り系２１０Ａはリニアモータ固定子２０５をステージとほぼ同じ速度で走行させる。
【０１２０】
移動ＦＢ系Ｂは、１対の電磁石の位置を位置プロファイルに基いてＹ方向に移動させるものである。電磁石２０８はきわめて小さい発熱で大きな吸引力を発生できる利点があるが、相手の磁性体２０７との空隙を小さい寸法に保たなければならない。電磁石２０８から磁性体板２０７ひいてはステージ２０１に所望の力を与え続けるには、ステージ２０１が移動したときに電磁石２０８も移動させて上記空隙を一定に保つ必要がある。そこで電磁石２０８の位置をモータ２１２Ｂのエンコーダ２３８Ｂでフィードバックする位置制御系に位置プロファイルを入力し、モータ２１２Ｂと送りネジ２１３Ｂにより電磁石２０８をステージ２０１とほぼ同じ位置プロファイルに基いて移動させ、電磁石２０８とステージ２０１の相対位置がほぼ一定になるようにしている。モータ２１２Ｂは、ステージの加減速時に電磁石の合力に相当するトルクに加え、電磁石２０８および送りネジ駆動系２１０Ｂのナット２１１Ｂを加減速するためのトルクを発生する必要がある。
【０１２１】
また、ステージ２０１の加速時に位置制御系２２５にステージの位置偏差が蓄積されると、加速終了後の位置制御（または速度制御）のための制定時間が長くなるため望ましくない。そこで、図４の構成に加えて加速プロファイル生成手段の出力を制御演算器の出力に加算してモータ電流アンプに入力すれば、加速度をフィードフォワード的にモータに指令することができ、ステージの加速中に位置偏差をためずに電磁石を移動できる。いずれにしてもモータには相応の発熱があるが、熱源が局所的に集中して存在するので冷却が比較的容易であり、ステージやその上に載置される工作物とは距離を離して配置できるので、ステージや工作物に発熱の影響が伝わりにくい。ステージの加速が終了してステージが一定速度で走行している間は、ネジ送り系は電磁石と磁性体板が接触しないようにナット位置をステージとほぼ同じ速度で走行させる。
【０１２２】
以上のように本実施形態においては、送りネジ系と電磁石によりステージを加速し、加速が終了したら電磁石系は電流をゼロにして床振動を絶縁すると同時にネジ送り系で電磁石と磁性体板が接触しないようステージの移動に同期して電磁石の位置を制御し、これらの動作と平行して微動リニアモータにより常時高精度な位置制御を行うようにすることにより大推力と低発熱と高精度３軸位置制御を同時に達成するようにした。
【０１２３】
また、リニアモータの固定子およびステージに設けられた可動子が、位置プロファイルに基いてそれぞれ移動し、固定子と可動子がほぼ同じ位置に制御されるので、リニアモータのコイルを切りかえる必要がなく、推力むらを発生させずにステージを駆動できるので高精度な位置決めを行うことができる。
【０１２４】
また、リニアモータが発生する推力の合力の作用線が重心を通るように配置し、また、電磁石による吸引力の合力の作用線が重心を通るように配置すれば、ステージの駆動時に、ステージに無用な回転力が発生しないで済み、効率の良いステージの駆動を行うことができる。
【０１２５】
また、本実施形態では、リニアモータの固定子の移動に送りネジを用いているが、これに限るものではなく、ステージの移動に同期してリニアモータ固定子を移動できるものならば良く、例えばベルトやシリンダを用いてリニアモータ固定子を移動させても良い。
【０１２６】
また、本実施形態でも、前述の実施形態で述べた効果も得ることができる。
【０１２７】
＜実施形態３＞
図５に本発明のステージ装置に係る第３の実施形態を示す。
【０１２８】
本実施形態は、前述の第２の実施形態の変形であり、Ｙ軸方向に長ストローク移動可能で、Ｘおよびθ方向に微小量だけ移動可能な３軸制御ステージである。
【０１２９】
前述の第２の実施形態では、ステージの直交する２辺からリニアモータの力を与えたが、本実施形態では、ステージの対辺から与えるようにしている。
【０１３０】
リニアモータ３０３のコイル３０５ａはＹ１，Ｙ２およびＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の６個設けられている。［コイルＸ１とコイルＸ２］、［コイルＸ３とコイルＸ４］、［コイルＹ１とコイルＹ２］の２つのコイルの力の作用線は各々同一線上にあり、コイルＸ１（あるいはコイルＸ２）の力の作用線とコイルＸ３（あるいはコイルＸ４）の力の作用線の両者の中心線、およびコイルＹ１の力の作用線は、おのおのステージ３０１の重心を通るようになっている。
【０１３１】
単にステージの３軸を制御するため必要なコイルは、図６のようにＸ１，Ｘ２，Ｙの３つでよく、Ｙコイルの作用線と、Ｘ１，Ｘ２コイルの作用線の中心線がステージ重心を通ればよい。しかし、このような構成では、Ｘ軸，Ｙ軸、回転軸まわりの質量の対称性が崩れ、図心と重心が一致しないので、冗長なコイルとそれに対応する可動磁石を設けてステージの質量分布を対称にする必要がある。よって、質量分布を対称にするため、図５のように６つのコイルを対称的に配置することが望ましい。ただし，コイルの配置はこれに限るものではない。
【０１３２】
［コイルＸ１，コイルＸ２］は同一のドライバで駆動するようになっている。また、［コイルＸ３，コイルＸ４］も同一のドライバで駆動するようになっている。また、［コイルＹ１，コイルＹ２］も同一のドライバで駆動するようになっている。これにより、ステージ３０１に作用する力の自由度は、Ｘ，Ｙおよびθ方向の３自由度である。
【０１３３】
また前述の実施形態では、磁性体板を挟むように対向して１対の電磁石を設けていたが、本実施形態では、磁性体板３０７をＹ方向の前後に２つ配置し、ステージ全体を挟むように１対の電磁石３０８を設けている。これもステージ３０１の質量分布の対称性を保つためであり、制御演算を容易なものとすることができる。
【０１３４】
また、前述の第２の実施形態では、リニアモータ固定子移動用送りネジと電磁石移動用送りネジを別々に設けていたが、本実施例ではリニアモータ固定子と電磁石を共通の支持枠で保持して簡略化を図っている。
【０１３５】
このように３軸制御系のリニアモータ３０３は、少なくともステージ３０１の２辺あるいは２個所からステージに力を及ぼせるようにするのがよい。本実施形態の場合、対向する２辺からステージ３０１に力を及ぼすようになっているが、もし１辺から３軸方向の力を発生させようとすると、並進のＸまたはＹ方向の力の作用線のどちらかはステージの重心を通ることができなくなる。その結果、ステージに回転力が発生し、これを押さえるため無用の補正回転力が必要となってしまう。
【０１３６】
図７は上述の本実施形態のステージ装置を駆動制御するための制御系のブロック図である。
【０１３７】
ステージの移動目標を発生する移動目標指示手段３２１、該目標をもとに時間とその時間におけるステージの目標位置との関係を生成する位置プロファイル生成手段３２２、および該目標をもとに時間とその時間に発生すべき加速度との関係を生成する加速プロファイル生成手段３２３が設けられている。
【０１３８】
位置プロファイル生成手段３２２の出力は、微動リニアモータ３０３を制御する微動リニアモータ位置サーボ系３２５と、リニアモータ固定子３０５および電磁石３０８を固定する支持枠３０６をＹ方向に移動させる送りネジ系３１０のモータ３１２をフィードバック制御する移動ＦＢ系３３５に入力される。また加速プロファイル生成手段３２３の出力は、電磁石３０８の吸引力をフィードフォワード制御する吸引ＦＦ系３３１に入力される。
【０１３９】
微動リニアモータ位置サーボ系３２５は、演算部３２６、モータ電流アンプ３２７、リニアモータ３０３および干渉計３２８から構成される。演算部３２６は、上記位置プロファイル生成手段３２２による現在いるべきステージのＸ，Ｙ，θ位置（目標位置）と干渉系３２８で測定したステージ３０１の現在いるＸ，Ｙ，θ位置との偏差にＰＩＤ等に代表される制御演算を施し、その結果をアナログ電圧でアンプ３２７に出力する。モータ電流アンプ３２７は、該アナログ出力電圧に比例する電流を［リニアモータＹ１とＹ２］，［リニアモータＸ１とＸ２］、［リニアモータＸ３とＸ４］に供給する微動電流アンプである。リニアモータ３０３は前述の通り構成され，該電流によりステージに推力を付与する。干渉計３２８は、ステージ３０１に設けられた反射ミラー３２９の位置を計測し，ステージ（またはステージと一体に設けられた可動子）のＸ，Ｙ，θ位置を計測する。図７において、干渉計の計測ラインが太い線で書いてあるのは、３軸を計測していることを表現している。実際には、Ｙ方向に２本のビーム、Ｘ方向１本のビームをもつ３軸の干渉計を設けるのが一般的である。微動リニアモータ位置サーボ系３２５は、位置プロファイル生成手段３２２の出力を指令値とする通常の３軸位置サーボ系であるが、大推力が必要なときは後述の吸引ＦＦ系３３１が推力を発生するようになっており、リニアモータ３０３は目標位置とのわずかな位置偏差をとるための小さい推力を発生するだけなので、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。また、吸引ＦＦ系３３１が推力を発生するときは、それに起因する回転力はステージに発生しないようになっている。またソフト的またはハード的にリニアモータの電流を制限しており、吸引ＦＦ系３３１との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。
【０１４０】
吸引ＦＦ系３３１は、１対の電磁石３０８と磁性体板３０７との間に加速プロファイル生成手段３２３の出力に比例したＹ方向の合成推力を発生させるための制御系である。吸引ＦＦ系３３１は、補正手段３３２、調整手段３３３、および２つの電磁石用電流アンプ３３４とから構成される。電磁石用電流アンプ３３４は、それぞれの電磁石のコイルをそれぞれ独立に駆動している。
【０１４１】
補正手段３３２は、電磁石の電流と吸引力との非線型関係を補正するためのものであり、符号を保存する平方根演算器を有している。一般に電磁石の吸引力は電磁石の電流の二乗に比例する。ステージを駆動するために発生すべき吸引力は、加速プロファイル生成手段の出力に比例する力であるため、加速プロファイル生成手段の出力の平方根をとってそれを電流指令とすれば、加速プロファイル生成手段の出力の平方根の２乗に比例する吸引力が働く。つまり加速プロファイル生成手段の出力に比例した吸引力が働く。また加速プロファイル生成手段３２３の出力はプラスまたはマイナスの符号を含んでいるので、平方根演算は出力の絶対値に対して行い、演算後に符号を付加して調整手段３３２にわたすようになっている。
【０１４２】
調整手段３３２は、１対の電磁石３０８と磁性体板３０７との間に働く各々の吸引力を調整し、両者の合力の大きさと向きを所望のものにするためのものである。電磁石は電流の向きによらず磁性体板を吸引する力しか出せない。そこで１対の電磁石でステージをＹ方向から挟むように配置し、各々の電磁石が対向する磁性体板に対してそれぞれ逆向きの力を発生するようにし、その２つの力を調整することで磁性体板に働く合力の大きさと方向を制御するようにしている。前記補正手段３３２の出力の符号により１対の電磁石のうちのどちらに電流を与えるかを選択し、前記補正手段３３２の出力に比例した値を電流アンプ３３４に入力し、他方の電磁石の電流はゼロに制御するようにするのがもっとも簡単な構成である。補正手段の出力がゼロの場合はどちらの電磁石の電流もゼロに制御される。この結果、１対の電磁石から磁性体板に対して加速プロファイル生成手段の出力の大きさに比例した推力が所望の方向に付与されることになる。
【０１４３】
補正手段の出力がゼロのときに２つの電磁石に等しいバイアス電流を流しておくこともできる。これは電磁石のＢＨ曲線の動作中心を電流すなわち磁界の強さと磁束密度の関係がより線形にする効果がある。この場合、補正手段と調整手段は一体となって、加速プロファイル出力をうけて２つの電磁石に適当な電流を指令する動作をする。具体的には加速プロファイル生成手段の出力がプラス移動方向にVa、バイアス電流がIbのとき、プラス移動方向に吸引力を発生する電磁石のコイル電流をIp、マイナス移動方向に吸引力を発生する電磁石のコイル電流をImとすると、あらかじめ定めた比例定数Kに対してVa=K((Ip-Ib)^2-(Im-Ib)^2)を満たすようなIp、Imを出力する。
【０１４４】
電磁石の吸引力は、リニアモータのローレンツ力と比べて小さいアンペアターンで大きな推力を得ることができるので、従来のリニアモータのみのステージの加減速時の発熱と比較すると、電磁石の発熱はほとんど問題にならない。
【０１４５】
また、一定速度で走行中は電磁石の電流はゼロに制御する。このため床振動等の外乱が電磁石を通してステージ系に伝わることはない。この状態では微動のリニアモータだけがステージを高精度に制御する。
【０１４６】
移動ＦＢ系３３５は、支持枠３０６の位置を位置プロファイルにならうように移動させるものである。本実施形態のリニアモータの固定子と可動子との相対的な移動範囲および電磁石と磁性体板との吸引力による相対的な移動範囲は短いので、そのままでは長距離にわたって力を可動子に付与することができない。本実施形態はステージ３０１をＹ方向に長距離移動させるため、リニアモータ固定子３０５と電磁石３０８とを支持する支持枠３０６を送りネジ系３１０でＹ方向に移動可能にし、ステージ３０１が移動可能なストローク中において、リニアモータ固定子３０５および電磁石３０８からステージ３０１に対して力を付与できるようになっている。これを実現するために、モータのエンコーダでフィードバックする位置制御系に位置プロファイルを入力し、支持枠をモータと送りネジによりステージとほぼ同じ位置プロファイルに基いて移動させ、リニアモータ固定子３０５とリニアモータ可動子３０４、および電磁石３０８と磁性体板３０７の相対位置が、ほぼ一定になるようにしている。モータ３１２は支持枠３０６および送りネジ駆動系３１０のナット３１１を加速するためのトルクを発生する必要がある。また、加速終了時に位置制御系に位置偏差がたまるのは望ましくない。そこで、図７の構成に加えて加速プロファイル生成手段の出力を制御演算器の出力に加算してモータ電流アンプに入力すれば、加速度をフィードフォワード的にモータに指令することができ、位置偏差をためずにステージを加速することができる。ステージの加速が終了し、ステージの位置制御または速度制御を行う間は、ネジ送り系は支持枠をステージとほぼ同じ速度で走行させる。
【０１４７】
以上のように送りネジ系と電磁石によりステージを加速し、加速が終了したら電磁石系は電流をゼロにして床振動を絶縁すると同時にネジ送り系で電磁石と磁性体板が接触しないよう電磁石の位置を制御し、これらの動作と平行して微動リニアモータにより常時高精度な位置制御を行うようにすることにより大推力と低発熱と高精度３軸位置制御を同時に達成するようにした。
【０１４８】
本実施形態では、ステージを駆動する際に必要なリニアモータ固定子の移動量と電磁石の移動量とがほぼ等しいことから、リニアモータ固定子と電磁石を同一の保持枠で支持し、同一の駆動機構によって移動するようにした。これにより、ステージ装置の構成を省略でき、低コスト化や小型化を図ることができる。
【０１４９】
また、ステージの重心に対して、対象にリニアモータや電磁石等を設けることで、装置の質量分布を対称にすることができ、ステージの駆動時に無駄な回転方向の力が発生しないようにできる。
【０１５０】
また、本実施形態では、前述の実施形態で述べた効果を得ることができる。
【０１５１】
また以上の実施形態ではＹ方向にのみ長ストロークをもつ例を示したが、Ｙ駆動用の送りネジ全体をＸに駆動する送りネジ系を設け平面ガイドを略正方形にしてＸＹ両方向に長ストロークを持つようにすることもできる。
【０１５２】
＜実施形態４＞
図８は、本発明の第４の実施形態であり、本発明の基本構成をウエハステージに適用した例の斜視図である。
【０１５３】
（ＸＹステージの説明）
ベース定盤５０２上にＹヨーガイド５５０が固定されている。Ｙヨーガイド５５０の側面とベース定盤５０２の上面でガイドされるＹステージ５５１が、Ｙステージ５５１に設けられた不図示エアスライドによりＹ方向に沿って滑動自在に支持されている。
【０１５４】
Ｙステージ５５１は、主に２本のＸヨーガイド５５２とＹスライダ大５５３、Ｙスライダ小５５４の４部材から構成される。Ｙスライダ大５５３は、その側面及び下面に設けた不図示エアパッドを介してＹヨーガイド５５０側面及びベース定盤５０２上面と対面している。また、Ｙスライダ小５５４は、その下面に設けた不図示エアパッドを介してベース定盤５０２上面と対面している。この結果Ｙステージ全体としては前述のようにＹヨーガイド５５０の側面とベース定盤５０２の上面でＹ方向に滑動自在に支持されることになる。
【０１５５】
一方、Ｘステージ５６１は、主に２枚のＸステージ側板５６２と、上のＸステージ上板５６３、下のＸステージ下板５６４の４部材から構成され、Ｙステージ５５１のＸヨーガイド５５２をＸ軸まわりに囲むように設けられる。Ｘステージ５６１は、Ｘ方向に不図示のエアスライドにより滑動自在に支持されている。Ｘステージ５６１は、Ｙステージ５５１の構成部材である２本のＸヨーガイド５５２の側面とベース定盤５０２の上面とでガイドされる。Ｘステージ下板５６４はその下面に設けた不図示エアパッドを介してベース定盤５０２上面と対面し、２枚のＸステージ側板５６２はその側面に設けた不図示エアパッドを介してＹステージ５５１の構成部材である２本のＸヨーガイド５５２の側面と対面している。Ｘステージ上板５６３の下面とＸヨーガイド５５２の上面、およびＸステージ下板５６４の上面とＸヨーガイド５５２の下面は非接触になっている。この結果、Ｘステージ５６１全体としては、前述のように２本のＸヨーガイド５５２の側面とベース定盤５０２の上面でＸ方向に滑動自在に支持されることになる。結果的に、Ｘステージ５６１は、Ｙステージ５５１がＹ方向に移動するときは共にＹ方向に移動し、Ｙステージ５５１に対してはＸ方向に移動可能であるため、ＸＹの２次元に滑動自在となる。
【０１５６】
ＸＹステージ（移動装置）の駆動機構は、Ｘ駆動用に１本、Ｙ駆動用に２本の多相コイル切り替え方式の長距離リニアモータ５１０が用いられている。Ｘ駆動用の長距離Ｘリニアモータ５１０Ｘの固定子５１２ＸはＹステージ５５１に設けられ、長距離Ｘリニアモータ５１０Ｘの可動子５１１ＸはＸステージ５６１に設けられており、Ｘステージ５６１とＹステージ５５１との間でＸ方向に駆動力を発生する。長距離Ｙリニアモータ５１０Ｙの固定子５１２Ｙは、ベース定盤５０２と一体的に設けても良いし、ベース定盤５０２と振動的に独立した部材に設けても良い。長距離Ｙリニアモータ５１０Ｙの可動子５１１Ｙは、連結板５５５を介してＹステージ５５１と一体的に設けられている。これにより、Ｙ駆動用の長距離Ｙリニアモータ５１０Ｙは、Ｙステージ５５１をベース定盤５０２に対してＹ方向に駆動する。
【０１５７】
長距離リニアモータ５１０の固定子５１２は、ストローク方向に並べた複数個のコイル５１３をコイル固定枠５１４に保持した物である。長距離リニアモータ５１０の可動子５１１は、磁極ピッチが上記コイルのコイルスパンに等しい４極の磁石をヨーク板の上にならべたもので上記コイルを挟むように対向させて形成した箱形の磁石で構成される。長距離リニアモータは、可動子の位置によって固定子のコイルに選択的に電流を流すことにより推力を発生する。
【０１５８】
（ウエハ天板５０１の説明）
ウエハ天板５０１（移動可能なステージ）は、工作物であるウエハをウエハチャック５７１により載置し、並進ＸＹＺ方向及び回転ωxωyωz方向の６自由度方向に位置決めするものである。ウエハ天板５０１は、矩形の板状の形をしており中央に窪み５７２が設けられ、窪み部分５７２にウエハを載置するためのウエハチャック５７１が設けられている。ウエハ天板５０１の側面には干渉計（第１の計測器）のレーザーを反射するためのミラー５２９が設けられウエハ天板５０１の位置を計測できるようになっている。
【０１５９】
（位置計測の説明）
次に、図９を用いて、Ｘステージ５６１の位置計測とウエハ天板５０１の位置計測について説明する。
【０１６０】
Ｘステージ５６１の上板５６３の側面には、Ｘステージ５６１の位置計測を行う干渉計（第２の計測器）の計測光を反射するためのミラーが形成されている。Ｘ方向およびＹ方向からレーザ干渉計の計測光がＸステージ側面ミラー５３９に照射され、Ｘステージ５６１のＸＹ方向の位置をレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。
【０１６１】
ウエハ天板５０１の側面には、干渉計のレーザーを反射するためのミラー５２９が設けられ、ウエハ天板５０１の位置を計測できるようになっている。ウエハ天板５０１には６本の光ビームが照射され、ウエハ天板５０１の６自由度の位置を計測している。Ｘ軸に平行でＺ位置の異なる２本の干渉計ビームにより、ウエハ天板５０１のＸ方向の位置およびωｙ方向の回転量が計測できる。また、Ｙ軸に平行でＸ位置およびＺ位置の異なる３本の干渉計ビームにより、Ｙ方向の位置およびωｘωｙ方向の回転量が計測できる。さらにウエハチャック５７１に載置されたウエハに斜めに計測光を入射し、この計測光の反射位置を計測することにより、ウエハのＺ方向の位置（つまりウエハ天板のＺ方向の位置）が計測できる。
【０１６２】
以上のように、Ｘステージ５６１及びウエハ天板５０１の位置を計測することにより、Ｘステージ５６１の位置計測とウエハ天板５０１の位置計測は、互いに独立して位置をレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。
【０１６３】
（微動アクチュエータの説明）
次に、図１０を用いて、Ｘステージ５６１とウエハ天板５０１との間で駆動力を発生する微動アクチュエータユニットの説明を行う。図１０は、Ｘステージ５６１とウエハ天板５０１との間に設けられた微動リニアモータ５０３および電磁石５０８等を用いたアクチュエータの分解図を表している。
【０１６４】
ウエハ天板５０１の下方にはウエハ天板５０１に推力や吸引力を作用する基準となる前述のＸＹステージが配置される。
【０１６５】
ウエハ天板５０１の下面には８個の微動リニアモータ可動子５０４が取り付けられている。各可動子５０４は、厚み方向に着磁された２極の磁石５７４およびヨーク５７５を２組み有している。この２組の磁石５７４およびヨーク５７５は、側板５７６で連結して箱状の構造を形成し、後述の微動リニアモータ固定子５０５を非接触で挟み込むように対面する。
【０１６６】
８個の可動子５０４のうちの４個の可動子５０５Ｚは、矩形状天板５０１の辺のほぼ中央部に配置され、ウエハ天板５０１をＸステージ５６１に対してＺ方向に微動駆動するためのＺ可動子を形成する。Ｚ可動子５０５Ｚにおいては、前記２極の磁石５７４ＺがＺ方向に沿って配列されており、後述のＺ方向に直角な直線部をもつＺ固定子５０５Ｚの長円コイル５７８Ｚに流れる電流と相互作用してＺ方向の推力を発生する。これをＺ１〜Ｚ４可動子と名づける。
【０１６７】
残りの４個の可動子５０４Ｘのうち矩形状天板の対角の隅部に配置される２個の可動子は、ウエハ天板５０１をＸステージ５６１に対してＸ方向に微動駆動するためのＸ可動子を形成する。Ｘ可動子５０４Ｘにおいては、前記２極の磁石５７４ＸがＸ方向に沿って配列されており、後述のＸ方向に直角な直線部をもつＸ固定子５０５Ｘの長円コイル５７８Ｘに流れる電流と相互作用してＸ方向の推力を発生する。これをＸ１、Ｘ２可動子と名づける。
【０１６８】
残りの２個の可動子５０４Ｙもまた矩形状天板５０１の対角の隅部に配置され、ウエハ天板５０１をＸステージ５６１に対してＹ方向に微動駆動するためのＹ可動子を形成する。Ｙ可動子５０４Ｙにおいては、前記２極の磁石５７４がＹ方向に沿って配列されており、後述のＹ方向に直角な直線部をもつＹ固定子５０５Ｙの長円コイル５７８Ｙに流れる電流と相互作用してＹ方向の推力を発生する。これをＹ１、Ｙ２可動子と名づける。
【０１６９】
また、ウエハ天板５０１の下面の矩形のほぼ中央部には、円筒形状の磁性体支持筒５８０が設けられている。そしてこの磁性体支持筒５８０の外周部には４つの円弧状の磁性体ブロック５０７が固定されている。このうち２個の円弧状磁性体ブロック５０７Ｘは、Ｘ方向に沿うように配置され、やはりＸ方向に沿うように配置された後述のＥ形状電磁石５０８Ｘと非接触で対面し、Ｅ形状電磁石５０８ＸからＸ方向の大きな吸引力を受けられるようになっている。この、Ｘ方向に沿って配置された円弧状の磁性体ブロック５０７ＸをＸ１、Ｘ２ブロックと名づける。
【０１７０】
残りの２個の円弧状磁性体ブロック５０７Ｙは、Ｙ方向に沿うように配置され、やはりＹ方向に沿うように配置された後述のＥ形状電磁石５０８Ｙと非接触で対面し、Ｅ形状電磁石５０８ＹからＹ方向の大きな吸引力を受けられるようになっている。この、Ｙ方向に沿って配置された円弧状の磁性体ブロック５０７ＹをＹ１、Ｙ２ブロックと名づける。
【０１７１】
円筒形状の磁性体支持筒５８０の中空部分には、自重補償ばね５８１が配置され、その上端がウエハ天板５０１の下面中央部と結合され、ウエハ天板５０１の自重を支持するようになっている。自重補償ばね５８１は自重支持方向および他の５自由度方向のばね定数が極めて小さく設計されており、ばね５８１を介してＸステージ５６１からウエハ天板５０１への振動伝達がほぼ無視できるようになっている。
【０１７２】
Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｘが発生する力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｘが発生する力の作用線のＺ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子５０４Ｚおよび磁性体支持筒５８０および４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウエハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このためＸ１Ｘ２可動子５０４Ｘに発生するＸ方向の推力によって、Ｙ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板５０１に作用しないようになっている。
【０１７３】
Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙが発生する力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙが発生する力の作用線のＺ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｙ、Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子５０４Ｚおよび磁性体支持筒５８０および４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウエハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このためＹ１Ｙ２可動子５０４Ｙに発生するＹ方向の推力によって、Ｘ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板５０１に作用しないようになっている。
【０１７４】
Ｘ１Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用する吸引力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｘ１Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用する吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子５０４Ｚおよび磁性体支持筒５８０および４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウエハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このためＸ１Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用するＸ方向の吸引力によって、Ｙ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板５０１に作用しないようになっている。
【０１７５】
また、このＸ１Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用するＸ方向の吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子５０４Ｚおよび磁性体支持筒５８０および４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウエハ天板５０１の重心のＸ座標と概ね一致するようになっている。このためＸ１Ｘ２ブロックに作用するＸ方向の吸引力によって、Ｚ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板５０１に作用しないようになっている。
【０１７６】
Ｙ１Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用する吸引力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｙ１Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用する吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子５０４Ｚおよび磁性体支持筒５８０および４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウエハ天板５０１の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このためＹ１Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用するＹ方向の吸引力によって、Ｘ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板５０１に作用しないようになっている。
【０１７７】
また、このＹ１Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用するＹ方向の吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１Ｘ２可動子５０４Ｘ、Ｙ１Ｙ２可動子５０４Ｙ、Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４可動子５０４Ｚおよび磁性体支持筒５８０および４つの円弧状磁性体ブロック５０７を含むウエハ天板５０１の重心のＸ座標と概ね一致するようになっている。このためＹ１Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用するＹ方向の吸引力によって、Ｚ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板５０１に作用しないようになっている。
【０１７８】
Ｘステージ上板５６３の上部には、ウエハ天板５０１を６軸方向に位置制御するための８個の微動リニアモータ５０３の固定子５０５、ウエハ天板５０１にＸＹ方向の加速度を与えるための電磁石支持円筒５８３に支持された４個のＥ形電磁石５０８、ウエハ天板５０１の自重を支持するための自重支持ばねの一端が固定されている。
【０１７９】
各固定子５０５は、長円形のコイル５７８をコイル固定枠５７９で支持する構造になっており、前述のウエハ天板５０１下面に固定されたリニアモータ可動子５０４と非接触で対面するようになっている。
【０１８０】
８個の固定子５０５のうちの４個の固定子５０５Ｚは、矩形状のＸステージ上板５６３の辺のほぼ中央部に配置され、ウエハ天板５０１をＸステージ５６１に対してＺ方向に微動駆動するためのＺ固定子を形成する。Ｚ固定子５０５Ｚは、前記長円コイル５７８Ｚの直線部がＺ方向と直角になるように配置されており、前記Ｚ可動子５０４ＺのＺ方向に沿って配置された２極の磁石５７４ＺにＺ方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをＺ１〜Ｚ４コイルと名づける。
【０１８１】
残りの４個の固定子のうち２個の固定子５０５Ｘは、矩形状のＸステージ上板５６３の対角の隅部に配置され、Ｘ固定子を形成する。Ｘ固定子５０５Ｘでは、前記長円コイル５７８Ｘの２つの直線部がＸ方向と直角になり、２つの直線部がＸ方向に沿うように配置されており、前記Ｘ可動子５０４ＸのＸ方向に沿って配置された２極の磁石５７４ＸにＸ方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをＸ１Ｘ２コイルと名づける。
【０１８２】
残りの２個の固定子５０５Ｙも矩形状のＸステージ上板５６３の対角の隅部に配置され、Ｙ固定子を形成する。Ｙ固定子５０５Ｙでは、前記長円コイル５７８Ｙの２つの直線部がＹ方向と直角になり、２つの直線部がＹ方向に沿うように配置されており、前記Ｙ可動子５０４ＹのＹ方向に沿って配置された２極の磁石５０４ＹにＹ方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをＹ１Ｙ２コイルと名づける。
【０１８３】
また、電磁石支持円筒５８３は、矩形状のＸステージ上板５６３のほぼ中央部に配置され、電磁石支持円筒５８３の内部には４つのＥ形電磁石５０８が設けられている。Ｅ形電磁石５０８は、Ｚ方向からみたとき概ねＥ形の断面を有する磁性体ブロック５８５と、コイル５８６とを具備している。コイル５８５は、Ｅの字の中央の突起の周りに巻きまわされる。Ｅの字の３つの突起部の端面は、直線ではなく円弧になっている。このＥ形電磁石５０８の３つの突起部の端面は、前記ウエハ天板５０１に固定された円弧状磁性体ブロック５０７と数十ミクロン程度以上の空隙を介して非接触で対面し、コイルに電流を流すことによって円弧状磁性体ブロック５８５に吸引力を作用するようになっている。
【０１８４】
４個のＥ形電磁石５０８のうち２個は、Ｘ１Ｘ２ブロック５０７Ｘに対面するようにＸ方向に沿って配置され、Ｘ１Ｘ２ブロック５０７ＸにそれぞれＸ方向および−Ｘ方向の吸引力を与える。これをＸ１Ｘ２電磁石５０８Ｘと名づける。
【０１８５】
Ｅ形電磁石５０８のうち残りの２個は、Ｙ１Ｙ２ブロック５０７Ｙに対面するようにＹ方向に沿って配置され、Ｙ１Ｙ２ブロック５０７ＹにそれぞれＹ方向および−Ｙ方向の吸引力を与える。これをＹ１Ｙ２電磁石５０８Ｙと名づける。
【０１８６】
電磁石５０８は吸引力しか発生できないので、ＸＹそれぞれの駆動方向について＋方向に吸引力を発生する電磁石５０８と−方向に吸引力を発生する電磁石５０８を設けているのである。
【０１８７】
また、磁性体ブロック５０７およびＥ形電磁石の各々の対向面をＺ軸まわりの円筒面とし、４つの磁性体ブロックと４つのＥ形電磁石５０８が、Ｚ軸周り（ωx方向）に互いに接触することなく、自由に回転できるようにしている。つまり、ウエハ天板５０１とＸステージ５６１が、ωx方向に相対移動可能となる。また、ωx方向に回転しても、Ｅ形電磁石５０８の端面と磁性体ブロック５０７との間の空隙に変化がなく、同一電流に対して電磁石５０８の発生する吸引力が変化しない。
【０１８８】
本実施形態では、４つの磁性体ブロックと４つのＥ形電磁石の各々の対向面は円筒面としたが、これに対向面の形状はこれに限るものではなく、球面形状や、椀形状にしても良い。磁性体ブロックと電磁石の対抗面を球面形状や椀形状にしても、ωxωyωzの回転３軸方向について相対回転自在となり、相対回転しても対向する面の空隙に変化がなく、電磁石の吸引力が変化することもない。
【０１８９】
また、円弧状磁性体ブロック５０７およびＥ形磁性体ブロック５８５は層間が電気的に絶縁された薄板を積層して形成されており、磁束変化にともなってブロック内に渦電流が流れることを防止しており、Ｅ形電磁石５０８の吸引力を高い周波数まで制御することができる。
【０１９０】
以上の構成により、Ｘステージ５６１からウエハ天板５０１に対して、リニアモータにより６軸方向の推力を与えることができ、電磁石５０８によりＸＹ方向の大きな吸引力を与えることができる。
【０１９１】
並進Ｚ方向および回転ωｘωｙωｚ方向は長いストロークを動かす必要はないが、ＸＹ方向は長いストロークにわたって推力や吸引力を作用させる必要がある。しかし、リニアモータ５０３も電磁石５０８もＸＹ方向のストロークが極めて短い。一方、Ｘステージ５６１はＸＹ方向に長いストロークを有する。そこで、Ｘステージ５６１をＸＹ方向に移動させながらウエハ天板５０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させることにより、ＸＹ方向の長きにわたってウエハ天板５０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させるようにしている。
【０１９２】
（制御系の説明）
一例として、図１１に、Ｙ方向にのみ長距離移動し、他の５軸方向は現在位置に保持するような動作を行う場合の制御ブロック図を示す。
【０１９３】
移動目標指示手段５２１は、ウエハ天板５０１の６軸方向の位置等の目標値を位置プロファイル生成手段５２２と加速プロファイル生成手段５２３に出力する。位置プロファイル生成手段５２２は、目標指示手段５２１からの目標値に基いて、時間とウエハ天板５０１がいるべき位置との関係を、並進ＸＹＺ方向および回転ωｘωｙωｚ方向の６軸方向についてそれぞれ生成する。加速プロファイル生成手段５２３は、目標指示手段５２１からの目標値に基いて、時間と発生すべき加速度の関係を、並進ＸＹ方向の２軸についてそれぞれ生成する。これらのプロファイルは、ウエハ天板５０１を剛体とみなしてその代表位置に対して与えられる。代表位置としては、ウエハ天板５０１の重心を用いるのが一般的である。
【０１９４】
つまり本実施形態の場合、時間とウエハ天板５０１がいるべき重心の位置および重心周りの回転の関係が位置プロファイル生成手段５２２により与えられ、ウエハ天板５０１の重心のＸＹ方向の加速プロファイルについては加速プロファイル生成手段５２３により与えられる。
【０１９５】
本実施形態では、Ｙ軸方向のみ長距離移動するので、Ｙ軸に関してのみ目標位置まで移動する位置プロファイルが与えられ、他の軸に関しては現在位置にとどまるよう一定値の位置プロファイルがあたえられる。また加速プロファイルもＹ軸は移動に伴う加減速パターンが加速プロファイル生成手段により与えられ、移動のないＸ軸は常にゼロである。
【０１９６】
６軸方向のウエハ天板５０１の重心位置および重心周りの回転の位置プロファイル生成手段５２２の出力は、微動リニアモータ５０３を制御する微動ＬＭ位置サーボ系に入力される。このうちの重心のＸ位置プロファイル生成手段５２２Ｘの出力とＹ位置プロファイル生成手段５２２Ｙの出力は、Ｘステージ５６１をＸＹ方向に移動させるＸＹステージの長距離リニアモータ５１０の電流をフィードバック制御する長距離ＬＭ位置サーボ系５３５にも入力される。
【０１９７】
またＸ加速プロファイル生成手段５２３Ｘの出力とＹ加速プロファイル生成手段５２３Ｙの出力は、電磁石５０８の吸引力をフィードフォワード制御する吸引ＦＦ系５３１に入力される。
【０１９８】
微動ＬＭ位置サーボ系５２５は、差分器５４１と、演算部５２６と、出力座標変換部５４２と、微動電流アンプ５２７と、ウエハ天板位置計測系５２８と、入力座標変換部５４３とを有する。差分器５４１は、上記位置プロファイル生成手段５２２が出力するウエハ天板５０１の重心の現在いるべきＸＹＺωｘωｙωｚ位置（目標位置）とウエハ天板５０１の重心が実際にいるＸＹＺωｘωｙωｚ位置（計測位置）との偏差を出力する。演算部５２６は、差分器５４１からの偏差信号に基いて、ＰＩＤ等に代表される制御演算を施し、６軸分の駆動指令を計算する。出力座標変換部５４２は、６軸分の駆動指令をＸ１Ｘ２Ｙ１Ｙ２Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４リニアモータ５０３に分配する演算を行い、その結果をアナログ電圧で出力する。微動電流アンプ５２７は、該アナログ出力電圧に比例する電流をＸ１Ｘ２Ｙ１Ｙ２Ｚ１Ｚ２Ｚ３Ｚ４リニアモータ５０３に供給する。ウエハ天板５０１位置計測系は、ウエハ天板５０１の概ね露光点のＸＹＺωｘωｙωｚの位置を計測する干渉計等を備えた前述の計測手段を有する。入力座標変換部５４３は、ウエハ天板位置計測系からの信号に基いて、ウエハ天板５０１の概ね露光点のＸＹＺωｘωｙωｚの位置をウエハ天板５０１の重心のＸＹＺωｘωｙωｚ位置に換算する。
【０１９９】
微動ＬＭ位置サーボ系５２５は、各軸ごとにみると、位置プロファイル生成手段５２２の出力を指令値とする通常の位置サーボ系であるが、大推力が必要なときは、後述の吸引ＦＦ系５３１から力をもらうようになっている。また、上述のように電磁石５０８の吸引力は、その作用線とウエハ天板５０１の重心を一致させることにより、ウエハ天板５０１に回転力を発生しないように構成されている。そのため、微動リニアモータ５０３は、目標位置とのわずかな位置偏差を解消するための小さい推力を発生するだけでよいので、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。またソフト的またはハード的にリニアモータの電流を制限して吸引ＦＦ系５３１との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようにすることもできる。
【０２００】
吸引ＦＦ系５３１は、１対のＸ１Ｘ２電磁石５０８ＸとＸ１Ｘ２ブロック５０７Ｘとの間に加速プロファイル生成手段５２３の出力に比例したＸ方向の合成推力を発生させるための制御系と、１対のＹ１Ｙ２電磁石５０８ＹとＹ１Ｙ２ブロック５０７Ｙとの間に加速プロファイル生成手段５２３の出力に比例したＹ方向の合成推力を発生させるための制御系とを有する。各制御系は、補正手段５３２と、調整手段５３３と、１対の電磁石５０８のコイル５８６を各々独立に駆動する２つの電磁石用電流アンプ５３４とから構成される。
【０２０１】
補正手段５３２は、電磁石５０８の電流と推力の非線型関係を補正するためのものである。多くの場合、補正手段５３２は符号を保存する平方根演算器である。一般に電磁石の吸引力は電磁石の電流の二乗に比例する。要求される力は、加速プロファイル生成手段５２３の出力に比例する力であるから、この出力の平方根をとってそれを電流指令とすれば、加速プロファイル生成手段５２３の出力の平方根の２乗に比例する吸引力が働く。つまり加速プロファイル生成手段５２３の出力に比例した吸引力が働く。また、加速プロファイル生成手段５２３の出力は、符号を含んでいるが、平方根演算は出力の絶対値に対して行い、演算後に符号を付加して調整手段に出力するようになっている。
【０２０２】
また、調整手段５３３は、１対の電磁石５０８を構成する各々の電磁石５０８と磁性体５０７の間に働く吸引力を調整し、両者の合力の大きさと向きを所望のものにするためのものである。電磁石５０８は電流の向きによらず磁性体５０７を吸引する力しか出せない。そこで、１対の電磁石５０８で磁性体５０７を挟み、各々の電磁石５０８で磁性体板に対して逆向きの力を発生するようにし、その２つの力を調整することで磁性体５０７に働く合力の大きさと方向を制御するようにしている。前記補正手段５３２の出力の符号に基いて、１対の電磁石５０８のうちのどちらに電流を与えるかを選択し、前記補正手段５３２の出力に比例した値を電流アンプ５３４に入力し、他方の電磁石５０８の電流はゼロに制御するようにするのがもっとも簡単な構成である。補正手段５３２の出力がゼロの場合は、どちらの電磁石５０８の電流もゼロに制御される。この結果、１対の電磁石５０８から磁性体５０７に対して、加速プロファイル生成手段５２３の出力の大きさに比例した推力が所望の方向に付与されることになる。また、補正手段５３２の出力がゼロのときに２つの電磁石５０８に等しいバイアス電流を流しておくこともできる。これは電磁石５０８のＢＨ曲線の動作中心を電流すなわち磁界の強さと磁束密度の関係をより線形にする効果がある。この場合、補正手段と調整手段は一体となって、加速プロファイル出力に基いて、２つの電磁石５０８に適当な電流を指令する動作をする。
【０２０３】
具体的には加速プロファイル生成手段５２３の出力がプラス移動方向にVa、バイアス電流がIbのとき、プラス移動方向に吸引力を発生する電磁石５０８のコイル電流をIp、マイナス移動方向に吸引力を発生する電磁石５０８のコイル電流をImとすると、あらかじめ定めた比例定数Kに対してVa=K((Ip-Ib)^2-(Im-Ib)^2)を満たすようなIp、Imを出力する動をする。電磁石５０８は小さいアンペアターンで大きな推力を得ることができ発熱はほとんど問題にならない。
【０２０４】
また、一定速度で走行中は電磁石５０８の電流はゼロに制御する。このため床振動等の外乱が電磁石５０８を通してウエハ天板５０１側に伝わることはない。この状態においては、微動リニアモータを用いてウエハ天板５０１の６軸方向の位置決めを高精度に制御する。
【０２０５】
本実施形態において、ウエハ天板５０１に連結された微動リニアモータおよび電磁石５０８はストロークが短いので、そのままでは長距離にわたって力を付与することができない。そこで、ウエハ天板５０１に力を付与する基準となるＸステージ５６１をＸＹ方向に移動させながらウエハ天板５０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させることにより、ＸＹ方向の長きにわたってウエハ天板５０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させるようにしている。これを実現するために、長距離ＬＭ位置サーボ系と、それに接続される２本のＹリニアモータおよび１本のＸリニアモータが設けられている。
【０２０６】
長距離ＬＭ位置サーボ系５３５は、Ｘ制御系とＹ制御系とを有する。Ｘ制御系は、１本のＸリニアモータによってＸステージ５６１のＸ位置をＸ位置プロファイルにならうように制御する。Ｙ制御系は、２本のＹリニアモータによってＸステージ５６１およびＹステージ５５１のＹ位置をＹ位置プロファイルに基いて制御する。
【０２０７】
長距離ＬＭ位置サーボ系５３５のＸおよびＹ制御系は、ＸまたはＹ方向の位置プロファイルと、Ｘステージ上板５６３の側面に構成された反射ミラーに照射した干渉計ビームにより計測されるＸまたはＹ方向のＸステージ５６１の現在位置との差分を出力し、この偏差信号にＰＩＤ等に代表される制御演算を施し、ＸまたはＹ方向の加速指令を計算し、これをＸまたはＹリニアモータ電流アンプ５３７を介してＸリニアモータ５１０ＸまたはＹリニアモータ５１０Ｙに出力するようになっている。
【０２０８】
この結果、Ｙリニアモータ５１０ＹはＹステージ５５１、Ｘステージ５６１、およびウエハ天板５０１等の全体質量をＹ方向に加速するための推力を発生し、Ｘリニアモータ５１０ＸはＸステージ５６１およびウエハ天板５０１等の全体質量をＸ方向に加速するための推力を発生する。
【０２０９】
本実施形態では、加速プロファイル生成手段５２２の出力を、長距離ＬＭ位置サーボ系の制御演算器の出力に加算してモータ電流アンプに入力することによって、加速度をフィードフォワード的に長距離リニアモータ５１０に指令し、加速中に位置偏差がたまらないようにしている。
【０２１０】
本実施形態では、加速プロファイルは吸引ＦＦ系５３１と長距離ＬＭ位置サーボ系５３５にフィードフォワード的に与えているが、これに加えて、微動ＬＭ位置サーボ系５２５にフィードフォワード的に与えるようにしてもよい。また、加速プロファイルをＸＹ方向だけでなく６軸方向すべて生成し、微動ＬＭ位置サーボ系５２５にフィードフォワード的に与えるようにしてもよい。
【０２１１】
Ｘステージ５６１やウエハ天板５０１の加速終了後も、Ｘステージ５６１およびＹステージ５５１はＸ位置およびＹ位置プロファイルに基いて移動する。加速終了後は２本のＹリニアモータと１本のＸリニアモータはＸ１Ｘ２Ｙ１Ｙ２の微動リニアモータが発生する推力の反力を発生しているだけである。
【０２１２】
以上のように本実施形態によれば、リニアモータで移動されるＸステージ５６１およびＹステージ５５１とＸステージ５６１を基準とする電磁石５０８の吸引力によってウエハ天板５０１を加速し、ウエハ天板５０１の加速が終了したら電磁石は電流をゼロにして床振動を絶縁し、長距離ＬＭ位置サーボ系はＸステージ５６１およびＹステージ５５１をＸおよびＹの位置プロファイルに基いて移動させ、電磁石５０８や微動リニアモータの可動子固定子が接触しないようにしつつ、これらの動作と平行して微動リニアモータによって常時高精度な位置制御を行うようにすることにより、大推力と低発熱とウエハ天板５０１に対する高精度６軸位置制御を同時に達成するようにした。
【０２１３】
（独立計測独立制御の利点）
本実施形態では、電磁石５０８や微動リニアモータの推力発生の基準であるＸステージ５６１の位置をウエハ天板５０１の位置とは全く独立に計測し、全く独立した制御系で位置制御している。
【０２１４】
このようなＸステージ５６１位置の独立計測独立制御は、相対センサを用いた制御と比較して、以下のような利点がある。
【０２１５】
まず第１の利点は、実装上の不利益が多い相対位置センサを用いないで済むことが挙げられる。Ｘステージ５６１とウエハ天板５０１の相対位置を計測する相対位置センサを設ける場合、Ｘステージ５６１またはウエハ天板５０１に固定しなければならない。センサ取り付け部が振動しないように強固に固定しようとすると、取り付け部の寸法が増加し、周囲の部品との干渉や質量の増加が懸念される。またプリアンプも近くに搭載する必要があり、これも周囲の空間を圧迫し質量増加を招く。また、センサのケーブルをＸステージ５６１やウエハ天板５０１がひきずることになり、ケーブルの引き回しによる外乱力が増加する。つまり、本実施形態のＸステージ５６１とウエハ天板５０１の計測および制御を独立にすることによって、ウエハ天板５０１の質量を軽減させることができるので、ウエハ天板５０１に駆動力を与えたときの応答が速くなり、ウエハ天板５０１の高速な位置決めに有利である。また、ケーブルの引き回しがなく、高精度な位置決めに適している。
【０２１６】
第２の利点は、演算の負荷が減ることである。これは、上記の実装の問題とも関わっている。ギャップセンサ等の相対位置センサでＸＹ方向だけの相対変位を計測しようとした場合、ウエハ天板５０１の重心に相当する位置をＸステージ５６１から相対的に測定できるようにセンサを配置するのは困難である。例えば、本実施形態では重心の付近には電磁石５０８や磁性体ブロックがあり、相対位置センサを設けるとするとこれを避けて配置しなければならない。すると、ウエハ天板５０１の回転に起因するいわゆるアッベ誤差が相対センサに入ってくる。この誤差を取り除くためには、前記ウエハ天板５０１の重心位置計測結果のωｘωｙωｘの値と、相対位置センサの取付位置とウエハ天板５０１の重心位置との隔たり量からＸＹ方向の変位を計算し、または相対位置センサを６個設けて座標変換を行うことによりＸＹ方向の変位を計算したりしなければならず、演算の負荷が増える。本実施形態では、このような演算の負荷が軽減されているため、高速な位置決めには非常に適している。
【０２１７】
第３の利点は、Ｘステージ５６１およびウエハ天板５０１の制御系に入る外乱を減らすことができる。相対位置センサを用いた制御方式では、長距離ＬＭ位置サーボ系に入る外乱が増える。相対位置センサを用いた制御方式では、長距離ＬＭ位置サーボ系に対する位置指令は常にゼロであり、ウエハ天板５０１とＸステージ５６１が相対変位するとそれが外乱となる。つまり、ウエハ天板５０１の応答遅れがあると外乱がふえる。さらに、相対位置センサを用いた制御方式では、ウエハ天板５０１の微動ＬＭサーボが有効でないとＸＹステージを駆動することができない。そのため相対位置センサを用いた制御方式では、例えば試験のためにＸＹステージ位置のみを移動させることはできない。一方、本実施形態の独立計測独立制御方式では、Ｘステージ５６１の位置計測に干渉計を用いており、これはＸステージ５６１の側面にミラーを形成するだけですむ。
【０２１８】
つまり、本実施形態の独立計測独立制御により、ウエハ天板５０１周辺の空間を圧迫したり、ケーブルを引きまわしたり、相対位置センサのアンプを搭載することによって質量が増加することもない。また、本実施形態の独立計測独立制御方式では、干渉計で計測したＸＹの位置信号に、ウエハ天板５０１の回転量は混入してこないので、位置信号に対して複雑な演算を施す必要もない。また、ウエハ天板５０１に応答遅れがあっても長距離ＬＭ位置サーボ系には混入してこないので無用の外乱が増えることもない。また、ウエハ天板５０１の微動ＬＭサーボ系を立ち上げることなく長距離ＬＭ位置サーボ系に位置指令を与えることでＸステージ５６１を任意位置に移動させることができる。
【０２１９】
本実施形態では、ウエハ天板５０１の６軸方向の微動制御に８個の微動リニアモータを用いる例を示したが、これに限るものではなく、微動リニアモータは６軸方向の推力が出せるように最低６個のアクチュエータがあればよい。アクチュエータの配置も本実施形態のものに限定されないことは言うまでもない。
【０２２０】
電磁石５０８は吸引力しか出せないので、本実施形態ではＸＹ方向の加速減速を行うのに４個の電磁石５０８を必要とした。しかし、電磁石５０８の数も、ＸＹ方向に区別することを考慮に入れなければ、少なくとも３個の電磁石５０８があればＸＹ方向の駆動を行うことができる。また、電磁石５０８は、コイルに電流を流したとき磁性体に吸引力を発生できるものであればなんでもよく、本実施形態のようなＥ形状に限定されるものではない。
【０２２１】
また独立計測独立制御において、Ｘステージ５６１位置計測を行うのにＸステージ５６１の側面ミラーを利用して干渉計で計測したが、これに限るものではなく、ＸおよびＹリニアモータにリニアエンコーダを設け、これによりＸステージ５６１位置を計測してもよい。また、リニアエンコーダのかわりに長尺を測定できる任意のセンサを使うこともできる。
【０２２２】
また、本実施形態では、Ｘステージ５６１をＸＹ方向に長ストローク駆動するためにリニアモータを用いたが、これに限るものではなく、ボールネジ、ピストン、ロボットアーム等を用いても良い。
【０２２３】
また、本実施形態では、ウエハ天板５０１の自重支持に自重補償ばねを用いたが、これに限るものではなく、エアによる浮上力を利用したり、磁石の反発力を利用したり、Ｚ方向に力を発生するアクチュエータを利用しても良い。Ｚ方向に力を発生させるアクチュエータとして、前述の微動リニアモータを用いても良いが、リニアモータの発熱は大きいため、発熱の小さなアクチュエータを微動リニアモータとは別に設けても良い。
【０２２４】
＜実施形態５＞
次に前述した実施形態のステージ装置をウエハステージまたはレチクルステージとして搭載した走査型露光装置の実施形態を、図１２を用いて説明する。
【０２２５】
鏡筒定盤６９６は床または基盤６９１からダンパ６９８を介して支持されている。また鏡筒定盤６９６は、レチクルステージベース６９４を支持すると共に、レチクルステージ６９５とウエハステージ６９３の間に位置する投影光学系４９７を支持している。
【０２２６】
ウエハステージ６９３は、床または基盤から支持されたステージ定盤上に支持され、ウエハを載置して位置決めを行う。また、レチクルステージ６９５は、鏡筒定盤６９６に支持されたレチクルステージベース上に支持され、回路パターンが形成されたレチクルを搭載して移動可能である。レチクルステージ６９５上に搭載されたレチクルをウエハステージ６９３上のウエハを露光する露光光は、照明光学系６９９から発生される。
【０２２７】
なお、ウエハステージ６９３は、レチクルステージ６９５と同期して走査される。レチクルステージ６９５とウエハステージ６９３の走査中、両者の位置はそれぞれ干渉計によって継続的に検出され、レチクルステージ６９５とウエハステージ６９３の駆動部にそれぞれフィードバックされる。これによって、両者の走査開始位置を正確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高精度で制御することができる。投影光学系に対して両者が走査している間に、ウエハ上にはレチクルパターンが露光され、回路パターンが転写される。
【０２２８】
本実施形態では、前述の実施形態のステージ装置をウエハステージおよびレチクルステージとして用いているため、大きな推力でステージを駆動しても発熱を低減することが可能であるとともに、さらに高速・高精度な露光が可能となる。
【０２２９】
＜実施形態６＞
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図１３は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。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（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。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。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１４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、これが出荷（ステップＳ７）される。
【０２３０】
図１４は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。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が形成される。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【０２３１】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載のステージ装置によれば、２つの計測器を用いて２つの対象（ステージと移動装置）を独立に計測し、独立の制御することができる。これにより、演算の負荷を軽減するとともに、制御系に入る外乱を減らし、高速高精度なステージ装置を提供することができる。
【０２３２】
また、本発明の請求項２記載のステージ装置によれば、リニアモータのコイルの切換をなくすことで推力ムラをなくすことができる。
【０２３３】
また、本発明の請求項１１記載のステージ装置によれば、ステージを第１のユニットおよび第２のユニットを用いて駆動制御することができるので、第１のユニットと第２のユニットとを併用することが可能である。
【０２３４】
また、本発明の請求項１８記載のステージ装置によれば、ステージの発熱を軽減させることができる。
【０２３５】
また、本発明の請求項２８記載のステージ駆動方法によれば、ステージと移動装置の制御を独立して行うことができる。これにより、演算の負荷を軽減するとともに、制御系に入る外乱を減らし、高速高精度なステージ駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のステージ装置の概略図
【図２】第１実施形態のステージ装置の制御系ブロック図
【図３】第２実施形態のステージ装置の概略図
【図４】第２実施形態のステージ装置の制御系ブロック図
【図５】第３実施形態のステージ装置の概略図
【図６】第３実施形態のステージ装置の変形例の概略図
【図７】第３実施形態のステージ装置の制御系ブロック図
【図８】第4実施形態のウエハステージの斜視図
【図９】第4実施形態のウエハステージの計測器の説明図
【図１０】第4実施形態のウエハステージの分解図
【図１１】第4実施形態のウエハステージの制御図
【図１２】第５実施形態の露光装置の概略図
【図１３】半導体デバイスの製造工程を説明するフロー図
【図１４】ウエハプロセスを説明するフロー図
【図１５】従来の第１のステージ装置の概略図
【図１６】従来の第２のステージ装置の概略図
【符号の説明】
１０１ ステージ
１０２ ガイド
１０３ リニアモータ
１０４ リニアモータ可動子
１０５ リニアモータ固定子
１０７ 磁性体板
１０８ 電磁石
１０８ａ 電磁石コイル
１０８ｂ 電磁石ヨーク
１１０ 送りネジ駆動系
１１１ ナット
１１２ モータ
１１３ 送りネジ
１１４ 軸受け
１２１ 移動目標指示手段
１２２ 位置プロファイル生成手段
１２３ 加速プロファイル生成手段
１２５ 微動リニアモータ位置サーボ系
１２６ 演算部
１２７ モータ電流アンプ
１２８ 干渉系
１２９ 反射ミラー
１３１ 吸引ＦＦ系
１３２ 補正手段
１３３ 調整手段
１３４ 電磁石電流アンプ
１３５ 移動ＦＢ系
１３６ 演算部
１３７ モータ電流アンプ
１３８ エンコーダ
２０１ ステージ
２０２ 平面ガイド
２０３ リニアモータ
２０４ リニアモータ可動子
２０４Ｘ、２０４Ｙ１、２０４Ｙ２ 磁石
２０５ リニアモータ固定子
２０５Ｘ、２０５Ｙ１、２０５Ｙ２ コイル
２０６ 支持枠
２０７ 磁性体板
２０８ 電磁石
２０８ａ 電磁石コイル
２０８ｂ 電磁石ヨーク
２０９ 連結部材
２１０ 送りネジ駆動系
２１１ ナット
２１２ モータ
２１３ 送りネジ
２１４ 軸受け
２２１ 移動目標支持手段
２２２ 位置プロファイル生成手段
２２３ 加速プロファイル生成手段
２２５ 微動リニアモータ位置サーボ系
２２６ 演算部
２２７ モータ電流アンプ
２２８ 干渉系
２２９ 反射ミラー
２３１ 吸引ＦＦ系
２３２ 補正手段
２３３ 調整手段
２３４ 電磁石電流アンプ
２３５ 移動ＦＢ系
２３６ 演算部
２３７ モータ電流アンプ
２３８ エンコーダ
３０１ ステージ
３０２ 平面ガイド
３０３ リニアモータ
３０４ リニアモータ可動子
３０４ａ 磁石
３０４ｂ ヨーク
３０５ リニアモータ固定子
３０５ａ コイル
３０６ 支持枠
３０７ 磁性体板
３０８ 電磁石
３０８ａ 電磁石コイル
３０８ｂ 電磁石ヨーク
３０９ 側板
３１０ 送りネジ駆動系
３１１ ナット
３１２ モータ
３１３ 送りネジ
３１４ 軸受け
３２１ 移動目標支持手段
３２２ 位置プロファイル生成手段
３２３ 加速プロファイル生成手段
３２５ 微動リニアモータ位置サーボ系
３２６ 演算部
３２７ モータ電流アンプ
３２８ 干渉系
３３１ 吸引ＦＦ系
３３２ 補正手段
３３３ 調整手段
３３４ 電磁石電流アンプ
３３５ 移動ＦＢ系
３３６ 演算部
３３７ モータ電流アンプ
３３８ エンコーダ
５０１ ウエハ天板
５０２ ベース定盤
５０３ 微動リニアモータ
５０４ 微動リニアモータ可動子
５０５ 微動リニアモータ固定子
５０６ コイル固定枠
５０７ ブロック
５０８ 電磁石
５０９ 自重補償ばね
５１０ 長距離リニアモータ
５１１ 長距離リニアモータ可動子
５１２ 長距離リニアモータ固定子
５１３ 長距離リニアモータコイル
５１４ コイル固定枠
５２１ 目標値指示手段
５２２ 位置プロファイル生成手段
５２３ 加速プロファイル生成手段
５２５ 微動ＬＭ位置サーボ系
５２６ 演算部
５２７ 微動電流アンプ
５２８ ウエハ天板位置計測系
５２９ ウエハ天板側面ミラー
５３１ 吸引ＦＦ系
５３２ 補正手段
５３３ 調整手段
５３４ 電磁石用電流アンプ
５３５ 長距離ＬＭ位置サーボ系
５３７ リニアモータ電流アンプ
５３８ ステージ位置計測器
５３９ Ｘステージ側面ミラー
５４１ 差分器
５４２ 出力座標変換部
５４３ 入力座標変換部
５５０ Ｙヨーガイド
５５１ Ｙステージ
５５２ Ｘヨーガイド
５５３ Ｙスライダ大
５５４ Ｙスライダ小
５５５ 連結板
５６１ Ｘステージ
５６２ Ｘステージ側板
５６３ Ｘステージ上板
５６４ Ｘステージ下板
５７１ ウエハチャック
５７２ 窪み
５７４ 磁石
５７５ ヨーク
５７６ 側板
５７８ コイル
５７９ コイル固定枠
５８０ 磁性体支持筒
５８１ 自重補償ばね
５８３ 電磁石支持円筒
５８５ Ｅ形磁性体
５８６ コイル
６９１ 床・基盤
６９２ ステージ定盤
６９３ ウエハステージ
６９４ レチクル定盤
６９５ レチクルステージ
６９６ 鏡筒定盤
６９７ 投影光学系
６９８ ダンパ
６９９ 照明光学系

Claims (30)

1. 移動可能なステージと、
   該ステージに非接触で力を与える第１のユニットと、
   該第１のユニット又は該第１のユニットを備えた構造体を移動させるための移動装置と、
   該ステージの位置又は移動量を計測するための第１の干渉計と、
   前記第１の干渉計による計測と平行して、該第１のユニット又は該構造体の位置又は移動量を前記第１の干渉計と独立に計測するための第２の干渉計とを備え、前記ステージは、前記第１のユニットによって、該ステージの目標位置に関する指令値と前記第１の干渉計の計測値との差分に基いて常時制御され、
   前記移動装置は、前記ステージの目標位置に関する指令値と前記第２の干渉計の計測値との差分に基いて常時制御されることを特徴とするステージ装置。
2. 前記第１のユニットは、リニアモータを有することを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
3. 前記第１のユニットは、前記ステージの重心に力を作用させることを特徴とする請求項１または２記載のステージ装置。
4. 前記移動装置は、リニアモータまたはボールネジを有することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のステージ装置。
5. 前記ステージは、３自由度方向に移動可能であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のステージ装置。
6. 前記第１のユニットは、前記ステージに３自由度方向の力を与えることを特徴とする請求項５記載のステージ装置。
7. 前記移動装置は、前記第１のユニット又は前記構造体を１自由度方向に移動させることを特徴とする請求項５または６記載のステージ装置。
8. 前記ステージは、６自由度方向に移動可能であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のステージ装置。
9. 前記第１のユニットは、前記ステージに６自由度方向の力を与えることを特徴とする請求項８記載のステージ装置。
10. 前記移動装置は、ＸＹステージであることを特徴とする請求項８または９記載のステージ装置。
11. 前記第１のユニットとは別の第２のユニットを有することを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載のステージ装置。
12. 前記第２のユニットは、前記ステージの目標位置に関する指令に基いて制御されることを特徴とする請求項１１記載のステージ装置。
13. 前記第２のユニットは、前記ステージの目標位置に関する指令に基いて、フィードフォワード制御されることを特徴とする請求項１２記載のステージ装置。
14. 前記ステージの目標位置に関する指令は、該ステージの加速に関する指令であることを特徴とする請求項１２または１３記載のステージ装置。
15. 前記第２のユニットは、前記ステージの重心に力を作用させることを特徴とする請求項１１〜１４記載のステージ装置。
16. 前記第２のユニット又は前記第２のユニットを備えた構造体を移動させるための第２の移動装置を有することを特徴とする請求項１１〜１５いずれか記載のステージ装置。
17. 前記第２のユニットは、前記移動装置によって前記第１のユニットと一体的に移動することを特徴とする請求項１１〜１５いずれか記載のステージ装置。
18. 前記第２のユニットは、電磁石を有することを特徴とする請求項１１〜１７いずれか記載のステージ装置。
19. 前記第２のユニットは、互いに逆向きの力を発生する少なくとも一組の電磁石を有することを特徴とする請求項１８記載のステージ装置。
20. 前記第２のユニットは、１自由度方向に前記ステージに力を与えることを特徴とする請求項１１〜１９いずれか記載のステージ装置。
21. 前記第２のユニットは、２自由度方向に前記ステージに力を与えることを特徴とする請求項１１〜２０記載のステージ装置。
22. 請求項１〜２１いずれか記載のステージ装置を備えたことを特徴とする露光装置。
23. 前記ステージ装置をウエハステージとして備えたことを特徴とする請求項２２記載の露光装置。
24. 前記ステージ装置をレチクルステージとして備えたことを特徴とする請求項２２記載の露光装置。
25. レチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上に投影する露光装置において、
    該投影光学系を支持する支持体と前記ステージを支持する定盤が、振動的に独立していることを特徴とする請求項２２〜２４いずれか記載の露光装置。
26. 請求項２２〜２５いずれか記載の露光装置を用意する工程と、
    該露光装置を用いてレチクルパターンをウエハに転写する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
27. ウエハに感光材を塗布する工程と、
    露光されたウエハを現像する工程とをさらに有することを特徴とする請求項２６記載のデバイス製造方法。
28. 移動可能なステージと、前記ステージの位置又は移動量を計測するための第１の干渉計と、前記ステージに非接触に力を付与するアクチュエータを有するユニット又は該ユニットを備えた構造体の位置又は移動量を前記第１の干渉計と独立に計測するための第２の干渉計とを備えるステージ装置のステージ駆動方法であって、
    前記第１の干渉計を用いてステージの位置又は移動量を計測するための第１の計測工程と、
    前記第１の計測工程と平行して、前記第２の干渉計を用いて前記ユニット又は該ユニットを備えた構造体の位置又は移動量を計測するための第２の計測工程と、
    該ユニットによりステージに力を与える工程と、
    該ユニットを移動装置により移動する工程と、
    前記ステージの目標位置に基づいて指令を出力する工程と、
    該第１の計測工程の第１の計測値と該指令との差分に基いて該ステージを制御する第１制御工程と、
    前記第１制御工程と同時に、該第２の計測工程の第２の計測値と該指令との差分に基いて該ユニットまたは該構造体の位置又は移動量を制御する第２制御工程とを有することを特徴とするステージ駆動方法。
29. 前記ユニットとは別の第２のユニットによりステージに力を与える工程を有することを特徴とする請求項２８記載のステージ駆動方法。
30. 目標値に基いて前記第２のユニットをフィードフォワード制御することを特徴とする請求項２９記載のステージ駆動方法。

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