JP4227452B2 - 位置決め装置、及びその位置決め装置を利用した露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度な位置決めが可能な位置決め装置、及びその位置決め装置を利用した露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
板状部材を可動部分とし、面内方向の所定の位置に板状可動部を位置決めするステージ機構の従来例として、特許文献１に開示されるものがある。ここで開示されている構成は、平面パルスモータを駆動源として、ワークを保持する板状部材だけを２次元に移動させるというものである。この方式では、可動部分として板状部材だけが移動するのでステージ可動部の小型軽量化に適している。
【０００３】
図２４は、従来例のステージ機構において、可動子の構成を示す図である。箱状部材２２に誘導子歯鉄心にコイルを巻いたユニット５２、５４、５６、５８、およびエア供給穴６０が設けられており、可動子が形成される。
【０００４】
図２５は、従来例のステージ機構において、固定子の部分の構成を示す図である。固定子は板状部材２４に形成されており、磁性体ベース７０には２次元に磁性体の突起７２が設けられている。突起７２の間には樹脂７４が充填されている。
【０００５】
図２６は、従来例における固定子及び可動子の断面図であり、可動子には更に永久磁石８０、８２が設けられており、この永久磁石は可動子の推力源として機能すると同時に、可動子と固定子との間に吸引力を発生させる。また、上述の可動子のエア供給穴６０から供給されるエアにより、可動子と固定子と間に空気圧を発生させ、この空気圧と吸引力とがバランスした状態となって、固定子上に可動子を離間した状態で浮上させることができる。
【０００６】
誘導子歯鉄心にコイルを巻いたユニット５４、５６と固定子は第１の方向、５２、５８と固定子は第一の方向と直行する第二の方向にソーヤの原理により推力を発生する。この結果可動子は第一および第二の方向に自在に推力を発生し２次元に移動することが可能になっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８-００６６４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述における従来例の構成では、可動子が空気圧によって浮上するため真空中での使用ができず、また駆動方式がソーヤの原理によるパルスモータ方式なので磁気ギャップ方向にも進行方向にも固定子からの振動を伝えやすく高精度な位置制御をすることができないという課題がある。
【０００９】
また、可動子にコイルを含んでおりコイルに電力を供給するための電力ケーブルを引きずるのでケーブルからの外乱を受けやすく、この点でも高精度な位置制御ができないという課題がある。
【００１０】
更に、図２４〜２６に示した構成では、面内方向に直交する第１の方向と第２の方向にしか推力を発生することができないため、ステージ機構の姿勢を制御するためのチルト補正や回転方向の位置制御ができないため、たとえば、半導体露光装置のように姿勢や鉛直方向の位置決め精度の厳しいものには使用することができず、仮に使用をするとしても、回転方向の姿勢を制御するための微動ステージを別途設ける必要が生じ、ステージ機構の構成が複雑になるという課題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決する位置決め装置等の提供を目的とするものである。
【００１２】
すなわち、矩形板状の可動子と、該可動子と対面する固定子との間で駆動力を発生させて、該可動子の位置決めをする位置決め装置は、
前記可動子に設けられ、前記固定子と対向する面がＳ極またはＮ極に着磁された主極磁石を含む複数の可動子磁石が周期的に配列された磁石列と、
前記固定子に設けられ、第１方向に平行で前記磁石列の寸法よりも長い直線部をもつ複数の固定子コイルが前記第１方向に直交する第２方向に前記磁石列の周期に対応する間隔で配列された第１コイル列と、
隣接する前記固定子コイルに対して、位相差の異なる制御電流をそれぞれ供給し、前記可動子磁石と対面する前記固定子コイルとの間で、前記可動子を駆動させる駆動力を発生させる電流制御部と、を有し、
前記可動子は、前記可動子の重心を通る対角線の両端部の領域において可動子磁石が配列されていない２つの欠損領域または前記対角線の両端部側から該対角線を延長する方向に張り出した領域に主極磁石を含む複数の可動子磁石を配列させた２つの張出領域、を有し、
前記電流制御部が、前記第１コイル列のうち、前記２つの欠損領域または前記２つの張出領域に対向する少なくとも２つのコイルに前記制御電流を通電することによって、各々のコイルが前記可動子に与える力の作用線を互いに第１方向にずらして前記可動子を回転させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜実施形態＞
本発明にかかる実施形態を図１を用いて説明する。（ａ）は固定子１００のＸＹ平面内に可動子１１０が位置決めされた状態を示す図である。可動子１１０は一枚板状の部材として構成されている。（ｂ）は固定子と可動子の関係をＸＺ平面から見た図である。可動子１１０は、略直方体形状の天板１１２と天板の下部に設けられた複数の永久磁石列１１４から構成されている。天板１１２の材質はセラミック等の比剛性の高いものが望ましい。
【００１４】
固定子１００はベース１１８とベース上に固定された6層のコイル１１６から構成される。6層のコイル１１６を構成する各層は、図３の（ａ）または（ｂ）に示すように複数の略長円形のコイル郡（１１６ａ，１１６ｂ）から構成される。各略長円形コイルの直線部はＸ方向またはＹ方向に略平行に配置される。図１の構成では、略長円形コイルの直線部がＸ方向に平行なもので構成される層が３層、略長円形コイルの直線部がＹ方向に平行なもので構成される層が３層、つまりＸ、Ｙ方向にそれぞれ同じ層数により構成されている。図１（ｂ）のＡ部に着目し、コイルの積層状態を拡大して図示したものが図２である。
【００１５】
＜固定子コイルの説明＞
ベース部材１００があって、その上に不図示の絶縁シートを介してコイル列６が設けられる。このコイル列６はＸ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル層であり、ωx方向の駆動に用いられる。
【００１６】
コイル列６の上に不図示の絶縁シートを介してコイル列５が設けられる。コイル列５はＹ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル層でありωy方向の駆動に用いられる。
【００１７】
コイル列５の上に不図示の絶縁シートを介してコイル列４が設けられる。コイル列４はＸ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル層でありωz方向の駆動に用いられる。
【００１８】
更に、コイル列４の上に絶縁シートを介してコイル列３が設けられる。コイル列３はＹ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル層でありＺ方向の駆動に用いられる。
【００１９】
コイル列３の上に絶縁シートを介してコイル列２が設けられる。コイル列２はＸ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル層であり、Ｙ方向の駆動に用いられる。
【００２０】
更に、コイル列２の上に絶縁シートを介してコイル列１が設けられる。コイル列１はＹ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成されるコイル層でありＸ方向の駆動に用いられる。
【００２１】
＜可動子の説明＞
図４は可動子１１０に構成された永久磁石列１１４の構成を示す図である。天板１１２の下部に複数の永久磁石列１１４が構成されている（図４（ａ））。永久磁石列１１４はＺ方向に上向きに着磁された磁石と、Ｚ方向下向きに着磁された磁石と、Ｘ方向に対して４５度方向、１３５度方向、−１３５度方向、−４５度方向に着磁された磁石の６種類の磁石からなる。
【００２２】
Ｚ方向に上向きに着磁された磁石を「○」の中に「×」を書いた記号により標記（例えば、図４（ｂ）の１１５ａ）し、Ｚ方向下向きに着磁された磁石は「○」の中に「・」を書いた記号で標記する（図４（ｂ）の１１５ｂ）。
【００２３】
また、Ｘ方向に対して４５度方向（図４（ｂ）の１１５ｃ）、１３５度方向（図４（ｂ）の１１５ｄ）、−１３５度方向（図４（ｂ）の１１５ｅ）、−45度方向（図４（ｂ）の１１５ｆ）に着磁された磁石はその方向の矢印の記号により標記する。
【００２４】
図４（ｂ）において、Ｚ方向に上向きに着磁された磁石付近ではＺ方向下向き向きの磁束が生成され、同様にＺ方向下向きに着磁された磁石付近ではＺ方向上向きの磁束が生成される。また、Ｘ方向に対して４５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して−１３５度方向の磁束が生成され、Ｘ方向に対して１３５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して-４５度方向の磁束が生成される。同様に、Ｘ方向に対して−４５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して１３５度方向の磁束が生成され、Ｘ方向に対して−１３５度方向に着磁された磁石の付近ではＸ方向に対して４５度方向の磁束がそれぞれ発生する。これは、着磁方向による磁石列が水平面内に配列する磁石では、磁石の外部において磁石の着磁方向と逆向きの磁束が発生することによるものである。
【００２５】
Ｚ方向に着磁された磁石はＸ方向、Ｙ方向ともに周期Ｌで配列しており、Ｚ方向に着磁された磁石の対角方向には、（√２）×Ｌの周期で配列する。また、対角方向に配列で、Ｚ方向上向きに着磁された磁石とＺ方向下向きに着磁された磁石は（√２/２）×Ｌごとに交互に配列する。
【００２６】
Ｚ方向上向きに着磁された磁石１１５ａとＺ方向下向きに着磁された磁石１１５ｂとの間にＸ方向に対して４５度方向に着磁された磁石１１５ｃ、Ｘ軸に対して−135度方向に着磁された磁石１１５ｅが交互に配置されている。
【００２７】
また，Ｚ方向上向きに着磁された磁石１１５ａとＺ方向下向きに着磁された磁石１１５ｂとの間に、Ｘ方向に対して-４５度方向に着磁された磁石１１５ｆ、Ｘ軸に対して１３５度方向に着磁された磁石１１５ｄが交互に配置されている。この配置の方法はいわゆるハルバッハ配列といわれるものである。
【００２８】
図４（ｂ）は可動子１１０を下から眺めた図であるが、Ｚ方向下向きの磁束（紙面に対して手前側に向かう磁束）は四方（Ｘ軸方向の±４５度、±１３５度）から集めらる磁束で強化され、Ｚ軸方向上向きの磁束（紙面奥側に向かう磁束）は四方に分散される形で強化される。逆に反対側の面、つまり磁石と天板１１２の接合部では磁束が相殺し合い、磁束の分布は略ゼロとなる。
【００２９】
固定子１００と可動子が対面する側で、磁石の配置は、±Ｚ方向に着磁された磁石も、Ｘ方向に対して±４５度、±１３５度方向に着磁された磁石も、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って周期Ｌで配列している。よってＸまたはＹ方向に沿って生じる鉛直方向（Ｚ方向）の磁束密度も水平方向（Ｘ方向に対して±４５度、±１３５度方向）の磁束密度も周期Ｌの関数として、略サイン波で分布する。
【００３０】
鉛直方向の磁束密度と水平方向の磁束密度は距離Ｌ／４だけずれて分布している。距離Ｌを３６０度とすると鉛直方向の磁束密度分布と水平方向の磁束密度分のピーク位置は９０度（＝３６０／４）ずれている。
【００３１】
図４（ｂ）において、対角線上の右上部と左下部に欠損部Ａ，Ｂが設けられている。この欠損部Ａ，Ｂは後述のようにωz方向のモーメント発生に寄与する。また、図４（ｂ）に示すように磁石は対角線上の欠損部以外にもＸ方向に３領域（領域Ｃ，Ｄ、Ｅ）、Ｙ方向に３領域（Ｆ、Ｇ、Ｈ）の欠損領域がある。これは後述のように対面するコイルが、必ず通電されないように制御される領域で推力にあまり寄与しないため軽量化のために磁石を取り除いたものである。この結果天板１１２の下面には＋Ｚ方向着磁磁石４個、−Ｚ方向着磁磁石４個、Ｘ方向に対して-４５度方向着磁磁石9個、Ｘ方向に対して４５度方向着磁磁石６個、Ｘ方向に対して１３５度方向着磁磁石４個、Ｘ方向に対して−１３５度方向着磁磁石６個の合計３３個の磁石からなる磁石ユニット（以下、「小磁石ユニット」という。）が１４ユニット分、設けられる形になる。
【００３２】
＜並進力、浮上力の発生原理＞
次に、図５Ａ（ａ），（ｂ）を用いて並進力および浮上力の発生原理を説明する。基本はフレミングの法則を利用したローレンツ力である。各コイルの直線部はＸまたはＹ方向に平行な状態で設けられているので、鉛直方向（Ｚ方向）の磁束密度の中でコイルに電流を流せばＸまたはＹ方向の並進力が発生するし、水平方向の磁束密度の中でコイルに電流を流せば浮上力または浮上力と逆方向の力を発生する。図５Ａはコイル列２（図２を参照）と天板１１２の磁石列が配置した面をＺ軸方向の下から見た図である。前述のようにコイル列２はコイルの直線部がＸ方向に平行に延設された略長円形コイルからなるコイル列の層である。各略長円形コイルの直線部のスパンは磁石周期Ｌ（図４（ｂ））の半分つまりＬ／２であり、隣り合う略長円形コイル同士は（３／４）×Ｌずつ離れている。周期Ｌを３６０度としたとき、隣り合う略長円形コイルは（３／４）周期、すなわち、２７０度ずつ位相がずれていることになる。
【００３３】
図５Ａ（ｂ）は、略長円形コイルの配置と位相の関係を示す図であり、あるコイルをＸ軸上（＝位相０度）に考え、これを基準とすると（例えば、図５Ａ（ａ）のコイル１５０ａ）、隣のコイル１５０ｂは２７０度位相がずれることになるので、位相は図５Ａ（ｂ）中の点Ａ２にシフトする。さらにコイル１５０ｃは、コイル１５０ｂに対して２７０度位相がずれるので、位相は図５Ａ（ｂ）の点Ｂ２にシフトする。コイル１５０ａを基準とした場合、Ｘ軸０度との関係では１８０度の位相がずれることになる。さらにコイル１５０ｃに隣接するコイル１５０ｄは、コイル１５０ｃに対して２７０度位相がずれるので、位相は図５Ａ（ｂ）の点Ｃ２にシフトする。コイル１５０ａを基準とした場合、９０度の位相が生じる。
【００３４】
そして、コイル１５０ｄに隣接するコイル１５０ｅは、コイル１５０ｄとの関係で２７０度の位相を有し、点Ｄ２に位相をシフトさせる。この場合、コイル１５０ａと、コイル１５０ｅとは同じ位相となる。
【００３５】
1つおきのコイルの巻き方を逆にするか、必ず逆向きの電流を流すように制御すれば見かけ上０度と９０度の２種類の位相のコイルから構成されているコイルを機能させることも可能である。図５Ａ（ａ）では１つおきのコイルの電流方向を必ず逆にするようにして、逆電流を流すコイルには「−」（マイナス）符号をつけて表示している。よって見かけ上、コイルに流れる電流の相はＡ相、Ｂ相の２種類であり、これらの電流が決まると、−Ａ相、−B相の電流は自動的に決まる。前述のように鉛直方向の磁束密度も水平方向の磁束密度も周期Ｌの略サイン波分布をしているので、各コイルに鉛直方向の磁束密度分布と同じ位相の電流を流すようにサイン波制御すれば位置によらず電流のサイン波振幅に比例した並進力が発生する。
【００３６】
具体的には図５Ａに示す位置をＹ＝０とし、矢印方向に位置Ｙが変化した場合、各相電流は以下の（１）〜（４）で示される。
【００３７】
Ａ相電流：ＩＡ＝Ｉc×cos（（Ｙ/Ｌ）×2×π） ・・・（１）
Ｂ相電流：ＩＢ＝Ｉc×sin（（Ｙ/Ｌ）×2×π） ・・・（２）
−Ａ相にはＡ相と逆向きの電流 ・・・（３）
−Ｂ相にはＢ相と逆向きの電流 ・・・（４）
（１）〜（４）による電流をそれぞれ流すと、位置によらず電流Ｉcに比例した±Ｙ方向の並進力を発生させることができる。
【００３８】
また各コイルに水平方向の磁束密度分布と同じ位相の電流を流すように制御すれば位置によらずほぼ一定の浮上力、またはその逆向きの力を発生させることができる。具体的には図５Ａ（ａ）に示す位置をＹ＝０とし、矢印方向に位置Ｙが変化した場合、

（５）〜（８）による電流をそれぞれ流すと、位置によらずIcに比例した±Z方向の力(浮上力またはその逆方向の力)を発生させることができる。
【００３９】
尚、（１）、（２）、（５）、（６）において、電流Iｃは任意である。
【００４０】
図５ＡのようにＸ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層では±Y方向または±Z方向に任意の大きさの力を発生することが出来る。
【００４１】
同様にＹ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層（例えば、図３（ａ））では±X方向または±Z方向に任意の電流Ｉｃに比例した大きさの推進力、および浮上力またはその逆方法の力を発生させることができる。
【００４２】
しかし、実際には前述の図４（ｂ）で説明したように、磁石は天板１１２の下面全面に配置されてはおらず、直線状の欠損領域を有する。このような磁石の無い部分ではコイルに電流を流しても推進力、浮上力を発生させないので、欠損領域に対する部分には電流を流さないように電流の印加を制御している。換言すると磁石と対面するコイルにだけ電流を流すように制御している。
【００４３】
図５Ｂは、可動子１１０の駆動を制御するための制御ブロック図であり、電流制御部５００は、上述の（１）〜（８）で定義される電流を、Ａ相コイル（５０２）、−Ａ相コイル（５０４）、Ｂ相コイル（５０６）、−Ｂ相コイル（５０８）に対して、所定のタイミングで印加する。電流制御部５００が生成する電流値は、装置の全体制御を司る装置制御部５１０により出力される制御指令値５０１と、位置検出部５２０（ａ〜ｃ）により検出される可動子１１０の位置検出情報５０３（ａ〜ｃ）と、姿勢検出部５３０（ａ〜ｃ）により検出される可動子１１０の姿勢情報５０５（ａ〜ｃ）と、に基づき制御される。
【００４４】
電流の制御において、磁石と対面するコイルだけに電流を流す制御の基本はＡ相とＢ相あるいは−Ａ相と−Ｂ相のコイルの数を同じにすることである。コイルの磁束密度分布と同位相の電流を流す制御をすると、位置によらず略一定の並進力または浮上力が得られるということは、既に説明したが、それはＡ相とＢ相に対応するコイルの数が同じであることが必要となる。すなわち、各相のコイル数を等しくすることにより、Ａ相側で発生する力と、Ｂ相側で発生する力とを効率よく並進力及び浮上力等に利用することが可能になる。
【００４５】
ここで、コイル数をＡ相、Ｂ相とで等しくするためのON／OFF制御を図６、図７を用いて説明する。
【００４６】
＜ON／OFF制御＞
図６（ａ），（ｂ）は並進力を発生させるコイル列に対する通電の切り替えを説明する図である。可動子１１０が固定子１００と対面する面（天板１１２の下面）に構成された永久磁石列１１４と、固定子１００のベース１１８上に構成されたコイルとの関係をＸＹ平面内に示している。図４で説明したように天板１１２の下面には＋Ｚ方向の着磁磁石４個、−Ｚ方向着磁磁石４個、Ｘ方向に対して−４５度方向の着磁磁石９個、Ｘ方向に対して４５度方向の着磁磁石６個、Ｘ方向に対して１３５度方向の着磁磁石４個、そしてＸ方向に対して−１３５度方向の着磁磁石６個の合計３３個の磁石からなる小磁石ユニットが１４ユニット（６０１〜６１４）設けられる。これらの小ユニット各々に対してＡ相コイル、Ｂ相コイルあるいは−Ａ相コイル、−Ｂ相コイルが等しい数だけ作用するように小磁石ユニットと対面するコイルのon／off制御をする。
【００４７】
１層で考えると等しい数というのは１で小ユニットにはＡ相、Ｂ相あるいは−Ａ相、−Ｂ相コイルが１つずつ作用するようにコイルをon／offする。
【００４８】
コイルをonからoffにしたりoffからonにしたりするのはコイルに流す電流がゼロになるコイルで行う。
【００４９】
図６（ａ）は、可動子１１０がＹ軸矢印方向（可動子移動方向）に移動する状態に着目した図であり、同図においてコイルの通電がonになっているものを２重線（−Ｂ相のon）及び太い実線（Ａ相のon）で示し、通電がoffになっているコイルを実線で示している。この状態では、−Ａ相コイルがoff（実線）、Ａ相コイルがon（太い実線）になっている。各コイルに鉛直方向の磁束密度分布と同じ位相の電流を流すようにサイン波制御すれば位置によらず電流のサイン波振幅に比例した並進力を発生させることができるので、図6（ａ）の可動子１１０の位置ではコイルの直線部が、±Ｚ方向に着磁された磁石の真上に位置するＢ相の電流を最大値となるように電流を制御する。そして、コイルの直線部が、±Ｚ方向に着磁された磁石のちょうど中間に位置するＡ相の電流をゼロになるように制御する。電流制御部５００が、コイルに対する電流をonからoffに、またはoffからonに制御するのは、コイルに流す電流がゼロになるコイルを対象とする。すなわち、図６（ａ）の位置に可動子１１０が移動する直前の状態では、−Ａ相がon、Ａ相がoffである。
【００５０】
また、可動子１１０の位置より外側にあるコイルは±Ａ相、±Ｂ相にかかわらずすべてoffである。電流制御部５００が制御する電流は前述の（１）〜（４）に従い、可動子の位置に応じてsinまたはcosの関数として定義される電流がＡ相とＢ相に流される。
【００５１】
この状態で可動子がさらに下方向に移動すると図６（ｂ）の状態になる。この位置ではＢ相および−Ｂ相の電流がゼロになる。（ｂ）の位置では、（ａ）における位置でon状態であった−Ｂ相をoff状態にして、逆にoff状態であったＢ相をon状態にする。以下同じ手順を繰り返し、on/offを制御することにより、図４で説明した小磁石ユニットにＡ相（−Ａ相）とＢ相（−Ｂ相）コイルがそれぞれ１個ずつ作用するように制御することが可能となり、全体としてもＡ相（−Ａ相）とＢ相（−Ｂ相）コイルが等しい数ずつ作用するように制御できるので、可動子１１０の位置によらず所定の指令値に比例した±Ｙ方向の並進力を発生させることが可能になる。
【００５２】
図７（ａ），（ｂ）は浮上力を発生させるコイル列に対する通電の切り替えを説明する図である。切り替えの考え方は図６の場合と同じであり、小磁石ユニットにＡ相（−Ａ相）とＢ相（−Ｂ相）コイルが1個ずつ作用するように切り替えるようにしている。またon／offの切り替えは電流がゼロになる位置で行うように制御する。但し、並進力の発生の場合と浮上力の発生とでは電流がゼロになるコイルの位置が相違する。
【００５３】
並進力の場合はコイル直線部が、Ｚ方向に着磁された磁石と−Ｚ方向に着磁された磁石とのちょうど中間に位置するときに、電流はゼロに制御されるが、浮上力を発生させる場合は、コイルの直線部が±Ｚ方向に着磁された磁石の真上に位置するときに、電流がゼロに制御される。電流をゼロに制御する位置が、コイルの直線部と±Ｚ方向の着磁磁石との関係のおいて、並進力と浮上力とではＹ軸方向の位置で、Ｌ／４周期分ずれることになる。
【００５４】
図６と同様に可動子がＹ軸矢印方向に移動する場合、図７（ａ）では、−Ａ相（Ｂ相）をoffにして、Ａ相（−Ｂ相）をonにするような切り替えを行う。さらに可動子１１０が矢印で示す可動子移動方向に移動して（図７（ｂ））、−Ｂ相とＢ相のコイル直線部が±Z方向に着磁された磁石の真上にきたら−Ｂ相（−Ａ相）をoff、Ｂ相（−Ａ相）をonと切り替える。以下同様に繰り返すことで位置によらず指令値に比例したＺ方向の力が発生できるようになる。
【００５５】
以上の説明は、コイルの直線部分がＸ軸方向に平行に延設されている場合であるが、コイルの直線部がＹ方向に平行なコイル列においても同様に考えることができる。この場合、位置によらず指令値に比例した±Ｘ方向の並進力および±Ｚ方向の浮上力を発生することができる。
【００５６】
以上から固定子全体として±Ｘ方向の並進力と±Ｚ方向の力を発生させるコイル列の層が３層、±Ｙ方向の並進力と±Ｚ方向の力を発生させる層が３層あるといえる。よってＸＹＺ方向の３自由度方向の力はいずれか単独あるいは、その組合わせにより可動子１１０を並進、浮上、回転させることが可能である。
【００５７】
具体的には、図２に示すように磁石に最も近く直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルから構成されるコイル列１でＸ軸方向の並進及び浮上を行い、コイル列１の下方に隣接する、直線部がＸ軸方向に平行な略長円形コイルから構成されるコイル列２でＹ軸方向の並進及び浮上を行い、更に、コイル列２の下方に隣接する、直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルから構成されるコイル列３でＸ軸方向の並進及び浮上を行う。
【００５８】
次に、図８から図１０により、回転を制御するためのモーメントを発生させるための制御について説明する。
【００５９】
図８はＺ軸回りのモーメントの発生を説明する図である。直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成される層において、可動子１１０に構成されている磁石のうち、欠損部を含む領域と対面しているコイル部（８０１、８０２）だけ通電し、さらに、その両者でそれぞれ逆方向の並進力が発生するようにコイルの通電を制御する。磁石の配置に欠損部があるために、逆向きの並進力の作用線がＸ方向にずれて、Ｚ軸回り（ωz方向）のモーメントを発生させることができる。このＺ軸回りのモーメントは、具体的には図２に示すコイル列４を用いて発生させることができる。コイルの電流制御および切り替えは前述のとおりであるので説明は省略する。
【００６０】
図９はＸ軸回りのモーメントの発生を説明する図である。直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成される層において、可動子１１０に構成されている磁石のうち、欠損部ない中央部の８個の小磁石ユニット（９０１〜９０８）と対面するコイル部（９１０、９１１）だけを±Ｚ方向力を発生するよう駆動し、可動子の中心線Ｇを境に互いに逆向きに作用するＺ方向の力を発生するようにコイルの通電を制御する。中心線ＧからＹ方向にずれた位置で、Ｚ方向の互いに逆向きの力は、可動子１１０をＸ軸回り（ωx方向）に回転させるためのモーメントとなる。このＸ軸回りのモーメントは、具体的には図２に示すコイル列６を用いて発生させることができる。
【００６１】
図１０はＹ軸回りのモーメントの発生を説明する図である。直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルから構成される層において、可動子１１０に構成されている磁石のうち、欠損部のない中央部の８個の小磁石ユニット（１００１〜１００８）と対面するコイル部（１０１０，１０１２）だけを±Ｚ方向力を発生するよう駆動し、可動子の中心線Ｇを境に互いに逆向きに作用するＺ方向の力を発生するようにコイルの通電を制御する。中心線ＧからＸ方向にずれた位置で、Ｚ方向の互いに逆向きの力は、可動子１１０をＹ軸回り（ωy方向）に回転させるためのモーメントとなる。このＹ軸回りのモーメントは、具体的には図２に示すコイル列５を用いて発生させることができる。
【００６２】
これらの６軸方向の力は電流に比例するもので、可動子と固定子間の振動が絶縁できる。
【００６３】
天板１１２と天板に非対称に配置された磁石列１１４だけからなる可動子１１０と、直線部がＸまたはＹ方向に平行な略長円形コイル１１６で構成されるコイル層を複数重ねたコイル列（１〜６）をベース１１８に固定して構成される固定子１００と、で平面モータを構成することができる。この平面モータは、コイル列に印加する電流を制御することにより、天板１１２と磁石列１１４だけからなる可動子１１０に6自由度方向のローレンツ力を付与することができる。この力を可動子の並進、可動子の浮上、および姿勢制御用の駆動力とし、図５Ｂで示した位置検出部５２０（ａ〜ｃ）、姿勢検出部５３０（ａ〜ｃ）により可動子１１０の位置、姿勢を計測し、電流制御部５００にフィードバックすることで、非常に高精度に所望の位置、姿勢を制御することが可能になる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、6自由度方向に直接的に推力およびモーメントを発生させることが可能になり、電力ケーブルを引き回すことがなく、可動部の浮上に空気圧を用いない位置決め装置の提供が可能になる。電力ケーブルの引き回しによる外乱を排除することができるので、６軸方向に高精度に位置決めすることが可能になる。
【００６５】
＜変形例の説明＞
図１１（ａ），（ｂ）は上述の実施形態の変形例を示す図である。可動子１１０は実施形態と同様の構成を有するものとする。また、固定子２００は（ｂ）においてコイル列１１７を拡大して示すように、４層のコイルから構成されている点において、実施形態の構成と相違する。コイルを構成する直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルで構成されるコイル列の層が２層、直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルで構成されるコイル列の層が２層、合計４層からなる構成である。実施形態では６自由度方向の力を発生させるために、コイル列を６つの層に別々に設けていたが、本例では１層で２自由度の力を発生させる４層構成としている。
【００６６】
図１２は、Ｙ軸方向の並進駆動と、Ｚ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルからなるコイル層、具体的には図１１のコイル列２を用いて可動子１１０に対面するコイル（１２２０、１２３０）だけを駆動し、かつ中心線Ｇに対して、可動子１１０の上半分と下半分で個別の並進力が生成されるように、コイル列に印加するべき電流が制御される。可動子１１０の上半分に対応するコイル１２２０と、可動子１１０の下半分に対応するコイル１２３０と、に印加される制御電流により生成される力の並進方向成分の和がＹ方向の並進力になる。
【００６７】
また、可動子１１０の上半分に位置する小磁石ユニット（１２０１〜１２０７）と対面するコイル列１２２０により生成される並進Ｙ軸方向の第１並進力（Ｙ軸）と、可動子１１０の下半分に位置する小磁石ユニット（１２０８〜１２１４）と対面するコイル列１２３０とにより生成される並進Ｙ軸方向の第２並進力（Ｙ軸）は、それぞれ、欠損部分の存在により作用線がＸ方向にずれるために、第１並進力（Ｙ軸）と第２並進力（Ｙ軸）の差が偶力として、Ｚ軸回りの回転モーメントを与える。
【００６８】
図１４は、Ｘ軸方向の並進駆動と、Ｚ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルからなるコイル層、具体的には図１１のコイル列１を用いて可動子１１０に対面するコイル（１４２０、１４３０）だけを駆動し、かつ中心線Ｇに対して、可動子１１０の上半分と下半分で個別の並進力が生成されるように、コイル列に印加するべき電流が制御される。可動子１１０の上半分に対応するコイル１４２０と、可動子１１０の下半分に対応するコイル１４３０と、に印加される制御電流により生成される力の並進方向成分の和がＸ方向の並進力になる。
【００６９】
また、可動子１１０の上半分に位置する小磁石ユニット（１４０１〜１４０７）と対面するコイル列１４２０により生成される並進Ｘ軸方向の第１並進力（Ｘ軸）と、可動子１１０の下半分に位置する小磁石ユニット（１４０８〜１４１４）と対面するコイル列１４３０とにより生成される並進Ｘ軸方向の第２並進力（Ｘ軸）は、それぞれ、作用線が、欠損部分の存在によりＹ方向にずれるために、第１並進力（Ｘ軸）と第２並進力（Ｘ軸）の差が偶力として、Ｚ軸回りの回転モーメントを与える。
【００７０】
図１３は、Ｚ軸方向の並進（浮上）駆動と、Ｘ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルからなるコイル層、具体的には図１１のコイル列４を用いて可動子１１０に対面するコイル（１３２０、１３３０）だけを駆動し、かつ中心線Ｇに対して、可動子１１０の上半分と下半分で個別の浮上力が生成されるように、コイル列に印加するべき電流が制御される。可動子１１０の上半分に対応するコイル１３２０と、可動子１１０の下半分に対応するコイル１３３０と、に印加される制御電流により生成される力のＺ方向成分の和がＺ方向の浮上力になる。
【００７１】
また、可動子１１０の上半分に位置する小磁石ユニット（１３０１〜１３０７）と対面するコイル列１３２０により生成されるＺ軸方向の第１浮上力と、可動子１１０の下半分に位置する小磁石ユニット（１３０８〜１３１４）と対面するコイル列１３３０とにより生成されるＺ軸方向の第２浮上力は、それぞれ、作用線が、欠損部分の存在によりＹ方向にずれるために、第１浮上力と第２浮上力の差が偶力として、Ｘ軸回りの回転モーメントを与える。
【００７２】
図１５は、Ｚ軸方向の並進（浮上）駆動と、Ｙ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルからなるコイル層、具体的には図１１のコイル列３を用いて可動子１１０に対面するコイル（１５２０、１５３０）だけを駆動し、かつ中心線Ｇに対して、可動子１１０の上半分と下半分で個別の浮上力が生成されるように、コイル列に印加するべき電流が制御される。可動子１１０の上半分に対応するコイル１５２０と、可動子１１０の下半分に対応するコイル１５３０と、に印加される制御電流により生成される力のＺ方向成分の和がＺ方向の浮上力になる。
【００７３】
また、可動子１１０の上半分に位置する小磁石ユニット（１５０１〜１５０７）と対面するコイル列１５２０により生成されるＺ軸方向の第３浮上力と、可動子１１０の下半分に位置する小磁石ユニット（１５０８〜１５１４）と対面するコイル列１５３０とにより生成されるＺ軸方向の第４浮上力は、それぞれ、作用線が、欠損部分の存在によりＸ方向にずれるために、第３浮上力と第４浮上力の差が偶力として、Ｙ軸回りの回転モーメントを与える。
【００７４】
本変形例に示した構成によると、固定子側のコイル層の数を減らすことが可能になる。別の観点では、６層分のコイル断面積を許容量とすると、１層あたりのコイル断面積を１．５倍（＝６層／４層）に増やすことができ、コイルの抵抗を減少させること、ひいてはコイルに対して電流を印加することによる発熱を減少させることが可能になる。
【００７５】
＜半導体露光装置への適用＞
図１６Ａ（ａ）は上述の実施形態若しくはその変形例の構成に基づく可動子が２個と、固定子とを有するツインステージの位置決め装置を半導体露光装置に適用した構成を示す図である。図１６Ａ（ｂ）は、２つの可動子１６３０ａ，ｂが、固定子１６６０のコイル列１６４０上の面内に位置決めされた状態を示す図である。各々の可動子１６３０ａ，ｂには不図示ウエハチャックが搭載され，その上に被露光体であるウエハが載置される。また可動子１６３０ａ，ｂの天板（図１の１１２に相当する）の側面および上面には、可動子の位置及び姿勢を検出するためのミラー（不図示）が形成されており、例えば、レーザー干渉計等の利用により各可動子の６自由度方向の位置、姿勢を計測することが可能である（図５Ｂに示す計測手段（５２０ａ〜ｃ、５３０ａ〜ｃ））。
【００７６】
半導体露光装置全体は、露光用光学系１６２０により露光された露光パターンの位置を計測光学系１６１０で計測する計測領域１６７０と、ウエハ上に半導体回路パターンを露光光学系１６２０により露光する露光領域１６８０を有する。また、ウエハを半導体露光装置に供給し、回収するための手段（不図示）は、計測領域１６７０の左側に配置しており、図１６Ａ（ａ）矢印で示すように、ウエハのローディング（供給）／アンローディング（回収）は計測領域１６７０内で行われるように構成されている。
【００７７】
可動子１６３０ａ，ｂは実施形態と同じ構成である。固定子１６６０のコイル列１６４０は力の発生原理は実施形態と同様であるが、構成に特徴がある。２個の可動子１６３０ａ，ｂを計測領域１６７０、露光領域１６８０の各々で自在に移動位置決めする機能と、２個の可動子１６３０ａ，ｂの位置を露光領域１６８０から計測領域１６７０へ、逆に計測領域１６７０から露光領域１６８０へと入れ替える機能と，の両方が達成できるようになっている。
【００７８】
固定子は実施形態やその変形例と同様に略長円形コイルから構成される４層または６層のコイル列の積層構造を有する。
【００７９】
図１７（ａ）に示すように、コイルの直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成される層は、図１６Ａ（ｂ）の計測領域１６７０と、露光領域１６８０と、に対応して左右に２分割されている。このように２分割されていることで２つの可動子１６３０ａ，ｂが面内において、並んだときでも各可動子１６３０ａ，ｂに対する６軸方向の力を独立に制御することができるようになる。
【００８０】
逆に、左右に二分割されていないと２つの可動子１６３０ａ，ｂが横に並んだときに、コイルの直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルが２つの可動子で共通となるために、各可動子ごとに６軸方向の力を独立に制御することができなくなる。半導体露光装置において、露光領域１６８０と計測領域１６７０とで、２つの可動子を独立に移動させる場合、必ず２つの可動子が横に並ぶ場合がある。よって、図１７（ａ）に示すようにコイルの直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成されるコイル列の層では、略長円形コイルを左右に二分割にする構成は、２つの可動子ステージを独立に制御するために必須の構成となる。
【００８１】
また、図１７（ｂ）に示すように、コイルの直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルから構成される層は、コイルの直線部が上下に分割された領域１７３０を有する。このコイルが上下に分割された領域１７３０では、２つの可動子が上下に並んだ状態、つまり２つの可動子のＸ座標が略同一の位置にあり、Ｙ座標のみが異なる位置にある場合に、２つの可動子１６３０ａ，ｂに対する６軸方向の力を独立に制御することが可能になる。たとえば、図１７（ｂ）の領域１７４０のように、コイルの直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルが上下に分割されてない領域では、２個の可動子がＹ方向に上下に並んだ状態で配置されると、コイルの直線部と可動子とが対面するコイルは両方の可動子に対して共通に使用されることとなり、コイルが発生する力を各可動子ごとに独立に制御することはできず、ひいては各可動子の６軸方向の力を独立に制御することができなくなる。
【００８２】
２つの可動子がＹ方向に上下に並ぶ状況は、２つの可動子を露光領域１６８０から計測領域１６７０へ、逆に計測領域１６７０から露光領域１６８０へと入れ替えるときに必ず発生する。図１７（ｂ）に示すような直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルが上下に分割された領域１７３０を有することは、Ｘ方向に独立に駆動することが可能な力を発生させるために必須の構成となる。
【００８３】
可動子１６３０ａ，ｂの動作を以下、図１８〜２０を用いて説明する。
【００８４】
図１８では、第１可動子１６３０ａが露光領域１６８０に、第２可動子１６３０ｂが計測領域１６７０に位置している。第１可動子１６３０ａには露光処理中のウエハが載置されており、第１可動子１６３０ａは露光領域の所定の露光位置にウエハを位置決めし、搬送する動作を行っている。露光用光学系１６２０は、露光領域１６８０内の第１可動子１６３０ａ上に載置されているウエハを露光する。第２可動子１６３０ｂ上には露光処理が終了したウエハが載置されている。計測領域１６７０において、計測用光学系１６１０は、露光されたウエハ上のパターン位置を計測する。そして、計測完了後、不図示のウエハ回収手段により、露光が終了したウエハを回収すると、不図示のウエハ供給手段が露光用として、露光がされていないウエハを第２可動子１６３０ｂ上のウエハチャック（不図示）に供給する。
【００８５】
第１可動子１６３０ａの駆動により、露光領域１６８０での露光処理が完了し、第２可動子１６３０ｂの駆動により、計測領域１６７０での計測処理が完了し、ウエハの回収／供給がされると、両可動子１６３０ａ，ｂは領域をそれぞれ入れ替えるために移動する。両可動子１６３０ａ，ｂは、図１８（ａ）に示すようにすれ違うときにぶつからないように第１可動子１６３０ａは上方に、第２可動子１６３０ｂは下方に移動する。この際、両可動子の退避ルートは、第１可動子１６３０ａ，第２可動子１６３０ｂの関係が逆になってもよい。次に、図１８（ｂ）に示すように第１可動子１６３０ａは図１７（ｂ）に示した上下分割コイルの上側を通過するように移動し、第２可動子１６３０ｂは図１７（ｂ）に示した上下分割コイルの下側を通過する。このとき２つの可動子は略回転対称な位置関係ですれ違うのが望ましい。
【００８６】
例えば、図１９に示すように、図１７（ｂ）のコイル列の層と可動子との位置関係において、２つの可動子の位置関係が略回転対象となっておらず、上下の可動子に偏差（δ）が生じ、一方の可動子が他方の可動子の駆動力領域に入ると、２つの可動子が同一の駆動力を発生させるコイル列の領域に存在することとなり、各ステージを別個独立に制御することはできなくなる。このような状態を回避するために、各可動子１６３０ａ，ｂは図１８（ａ）（ｂ）の状態になるまで、最終的な領域の入れ替えを待機するよう制御される。
【００８７】
可動子のすれ違いが完了すると、第２可動子１６３０ｂは、露光領域１６８０に入り、露光処理が開始する。また、計測領域１６１０では、第１可動子１６３０ａ上のウエハが計測用光学系１６１０により計測される。ウエハチャック（不図示）からは計測処理が終わったウエハが回収され、新しいウエハが供給される。計測処理、露光処理が、２つの可動子の独立した駆動に基づき実行される。以上説明した構成を採用することにより、各々の可動子にウエハが載置されているので露光動作とパターン位置計測動作が並列的に処理できるので、半導体露光装置の生産性を向上させることが可能になる。
【００８８】
＜可動子磁石の配置の変形例＞
図２０、図２１は可動子に設けられる磁石の配置の変形例を示す図である。図２０（ａ）は実施形態で説明した構成であり、磁石が配置されていない欠損部Ａ、Ｂ、及び領域Ｃ乃至Ｈが含まれるが、このうち、領域Ｃ乃至Ｈに関しては、かかる領域に磁石を配置した構成、図２０（ｂ）のようにしてもよい。この場合においても、可動子を駆動するための制御自体は上述の内容と同一である。実施形態における磁石の構成（図２０（ａ））では、磁石は３３個の磁石からなる小磁石ユニット単位に分割された形になっていたが、（ａ）の構成では各小磁石ユニットの各辺端部において磁束が低下するという問題があるが、（ｂ）の構成では、直線状の領域Ｃ乃至Ｈに磁石で埋めることで小磁石ユニットの各辺端部をなくしている。このため小磁石ユニットの各辺端部における磁束の低下を起こすことなく、可動子磁石と、固定子コイルとの間で発生する力の均一性を向上させることが可能になる。
【００８９】
図２１は、可動子磁石の配置の別の変形例を示す図である。上述の実施形態において説明した構成では（図４（ｂ））、対角線上の右上と左下に位置する欠損領域Ａ、Ｂを設け、Ｚ軸回りの回転モーメントを発生させていたが、この欠損領域の位置は、図４（ｂ）の位置に限定されるものでなく、例えば、図２１（ａ）では欠損領域（２１１０ａ，ｂ）が可動子面内の内側にシフトした位置に設けてもよく、また、図２１（ｂ）に示すように、欠損領域が２１１０ｃ、２１１０ｄに示されるように、可動子面内の対角線上に無い位置に設けてもよい。
【００９０】
このように、欠損領域の配置を変更した場合であっても、実施形態と同様に、ある層において、２つの欠損領域と対面するコイル列に互いに逆方向の電流を流して逆向きの並進力を発生させるか、あるいは可動子の中心線に対して、上半分と下半分で個別の並進力が生成されるようにして、コイル列に印加するべき電流を別個に制御してＺ軸回りの回転モーメントを発生させることもできる。
【００９１】
図２７は可動子磁石の配置の別の変形例を示す図である。これまでは可動子の磁石配置の変形例として欠損部の配置を変える例を示したが、図２７に示す変形例は、欠損部としてではなく、可動子にそれぞれ張り出した領域（２７０１、２７０２）を設け、この領域に可動子磁石を配置させた例を示すものである（以下、この領域を「張出領域」とする）。
【００９２】
コイルの直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成される層において、可動子１１０に構成されている磁石のうち、張出領域部分と対面しているコイル部（２７０３、２７０４）にだけ通電し、さらに、その両者でそれぞれ逆方向の並進力が発生するようにコイルの通電を制御する。張出領域部２７０１と２７０２はＸ、Ｙ方向にずれて、Ｘ座標、Ｙ座標が異なる位置に、配置されているので、逆向きの並進力の作用によりＺ軸回り（ωz方向）のモーメントを発生させることができる。コイルの電流制御および切り替えは前述のとおりであるので説明は省略する。
【００９３】
また、他の駆動軸に関するモーメント（ωｘ、ωｙ）の作用も前述のとおりなので説明は省略するが、図２７のように張出領域部分を設け、この部分に配置した可動子磁石による力を制御して、可動子１１０の姿勢を制御するためのモーメントを発生させる構成は、固定子側のコイルの利用効率を向上させ、コイルの通電による発熱量を低減できるという本変形例特有の効果を与えるものである。
【００９４】
図２７の構成によれば、可動子１１０の張出領域部以外の領域、つまり中央の正方形領域２７０５（第１領域）に配置された可動子磁石がすべて可動子１１０の並進方向の駆動に使用できるようになる。Ｚ軸回りの回転を張出領域部（２７０１：第２領域）、張出領域部（２７０２：第３領域）と対面するコイル（２７０３、２７０４）で行い、並進駆動を中央の正方形領域２７０５（第１領域）と対面するコイルで行う場合、Ｚ軸回りの回転に寄与するコイルと、並進駆動に寄与するコイルとを全く別にする可動子磁石の配置（図２７）は、可動子磁石の配置に欠損部がある例（例えば、図８）と比較して、同一の駆動力を発生させるとすると、コイルの発熱量は１／２になる。可動子磁石の配置に欠損部がある例（例えば、図８）では、欠損部を含まない領域８０３（図８）の可動子磁石の数は、図２７の正方形領域２７０５に配置された可動子磁石の数の半分であり、図８の構成により得られる駆動力と同一の駆動力を図２７の構成で与えるとすると、可動子磁石の数のコイル抵抗（Ｒ）は２倍となるが、電流（Ｉ）は１／２になるので、結果としてコイル全体の発熱量（Ｑ＝Ｉ²・Ｒ）は１／２になる。
【００９５】
図２８、図２９は張出領域部の位置を変えた別の構成例を示す図である。図２８の構成では、図２７の構成に比べて張出領域部（２８０１、２８０２）の位置が、それぞれＸ−方向にＸ１、Ｘ＋方向にＸ１、シフトしている。また、図２９の構成では、図２８の構成よりも更に張出領域（２９０１、２９０２）の位置がそれぞれＸ−方向にＸ２、Ｘ＋方向にＸ２、シフトしている。張出領域の位置を可動子１１０のＹ軸方向の中心（重心）軸Ｇ２に近づけるようにシフトさせることにより可動子１１０のＹ軸回りの慣性モーメントを低減することができる。この関係は、張出領域をＸ軸方向の中心軸に近づけて構成した場合でも同様である。回転を発生させるモーメントが小さい場合でも、慣性モーメントを低減することにより効果的に姿勢を制御することが可能になる。また、図２８、２９に示すような張出領域を設ける場合でも、駆動制御やその際の発熱量の低減効果は図２７と同様である。
【００９６】
以上説明したように姿勢を制御する、Ｚ軸回りのモーメントを発生させるための可動子磁石の配置は、可動子の板面内に欠損部を設けてもよいし、図２７〜図２９のように張出領域部を設けてもよい。ここで、張出領域は、固定子コイルと対面する磁石の配列を有し、この配列は、正方形領域２７０５（第１領域）に構成されている可動子磁石の配列周期と等しい配列周期を有するものとする。張出領域を含む可動子１１０の可動面内の平面形状は、図２７〜図２９に示すように、正方形領域２７０５（第１領域）の中央部（重心）ＧＰを通る軸（Ｇ１、Ｇ２）に対して、非対称な形状、つまり直線非対称な形状となり、中央部ＧＰに対して、略回転対称な形状となる。回転対象となる形状は、その回転中心と可動子の重心位置とが一致しやすいので好ましい配置となる。
【００９７】
＜コイルの冷却構造＞
上述の実施形態及びその変形例、半導体露光装置への適用例において、可動子磁石は、固定子のコイル列に印加された所定の制御電流により生成された磁力により、並進、浮上、回転の駆動力を発生させる。これら駆動力の発生は、ローレンツ力によるものであるため、コイルに対する負荷に伴い発熱量は増加する。コイルを冷却し、発熱を除去することでコイルにより大きな電流を流すことが可能となり、更に、可動子の位置計測をするための計測環境に対して熱擾乱を低減できる点において好ましい。
【００９８】
図２２は、冷媒２２４０でコイルを直接冷却する構成を示す図である。実施形態における構成に加えて、ベース１１８からコイル列１１６を囲う隔壁２２１０が設けられている。隔壁の中にはフロリナートや純水などの冷媒２２４０が満たされ、冷媒入り口２２２０から冷媒出口２２３０に向けて、不図示の循環系によって温度制御された冷媒２２４０が循環するようになっている。このように、コイル列１１６を冷媒２２４０により直接的に冷却することで、コイルの温度上昇を効果的に低減することが可能になる。
【００９９】
図２３は熱伝導材２３１０を介してコイルを間接的に冷却する構成を示す図である。図２２の構成と同様にベース１１８からコイルを囲う隔壁２２１０が設けられているが、隔壁２２１０内は熱伝導率の高い熱伝導体２３１０で満たされている。冷媒２３４０はベース１１８に設けられた、冷媒入り口２３２０から冷媒出口２３３０に向けた流路を通って不図示循環系によって循環するようになっている。この構成ではまずベース１１８を冷却し、熱伝導体２３１０を介した熱伝導により間接的にコイルを冷やすことができる。この構成は、図２２の構成に比べて、ややコイル温度は上昇するがコイルと冷媒が直接触れないので絶縁対策が簡便なもので済むようになり、冷媒漏れ対策は不要になる。また隔壁が冷媒の内圧を受けなくなるので隔壁を薄くすることができるという点で優れている。
【０１００】
＜半導体製造プロセスへの適用例＞
上記の露光装置を用いた半導体デバイス（ICやLSI等の半導体チップ、CCD、液晶パネル等）の製造プロセスを図１６Ｂを用いて説明する。
【０１０１】
図１６Ｂは半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２では設計した回路パターンに基づいて露光装置の露光制御データを作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。
【０１０２】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【０１０３】
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。上述の露光装置を用いることにより、露光精度の高精度化および装置のスループットの向上を図ることが可能になるので、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、６自由度方向に直接的に推力およびモーメントを発生させることが可能になり、電力ケーブルを引き回すことがなく、可動部の浮上に空気圧を用いない位置決め装置の提供が可能になる。
【０１０５】
あるいは、電力ケーブルの引き回しによる外乱を排除することができるので、６軸方向に高精度に位置決めすることが可能になる。
【０１０６】
あるいは、可動子に配置する磁石を、並進駆動力を発生させる磁石と、可動子に張出領域設け、この領域に回転駆動力を発生させる磁石と、分けて配置することで、可動子の駆動時にコイルに発生する発熱量を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる位置決め装置の実施形態を説明する図である。
【図２】実施形態にかかる固定コイルの構成を拡大して示す図である。
【図３】実施形態における固定コイルの構成を説明する図である。
【図４】可動子１１０に構成された永久磁石列１１４の構成を示す図である。
【図５Ａ】並進力および浮上力の発生原理を説明する図である。
【図５Ｂ】実施形態において、可動子１１０の駆動を制御するための制御ブロック図である。
【図６】並進力を発生させるコイル列に対する通電の切り替えを説明する図である。
【図７】浮上力を発生させるコイル列に対する通電の切り替えを説明する図である。
【図８】回転を制御するためのＺ軸回りのモーメントを発生させるための制御について説明する図である。
【図９】回転を制御するためのＸ軸回りのモーメントを発生させるための制御について説明する図である。
【図１０】回転を制御するためのＹ軸回りのモーメントを発生させるための制御について説明する図である。
【図１１】コイル列の積層を変えた実施形態の変形例を示す図である。
【図１２】変形例において、Ｙ軸方向の並進駆動と、Ｚ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。
【図１３】変形例において、Ｚ軸方向の並進（浮上）駆動と、Ｘ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。
【図１４】変形例において、Ｘ軸方向の並進駆動と、Ｚ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。
【図１５】変形例において、Ｚ軸方向の並進（浮上）駆動と、Ｙ軸回りの回転駆動の制御を説明する図である。
【図１６Ａ】実施形態若しくはその変形例の構成に基づく可動子が２個と、固定子とを有するツインステージの位置決め装置を半導体露光装置に適用した構成を示す図である。
【図１６Ｂ】デバイス製造プロセスのフローを説明する図である。
【図１７】半導体露光装置への適用において、ツインステージを駆動するためのコイル列の構成を説明する図である。
【図１８】半導体露光装置への適用において、ツインステージの動作を説明するための図である。
【図１９】半導体露光装置への適用において、ツインステージの動作を説明するための図である。
【図２０】可動子磁石の配置の変形例を示す図である。
【図２１】可動子磁石の配置の変形例を示す図である。
【図２２】コイルの冷却構造を説明する図である。
【図２３】コイルの冷却構造を説明する図である。
【図２４】従来例のステージ機構において、可動子の部分の構成を示す図である。
【図２５】従来例のステージ機構において、固定子の部分の構成を示す図である。
【図２６】従来例における固定子及び可動子の断面を示す図である。
【図２７】可動子磁石の配置の別の変形例を示す図である。
【図２８】可動子磁石の配置の別の変形例を示す図である。
【図２９】可動子磁石の配置の別の変形例を示す図である。

Claims (9)

1. 矩形板状の可動子と、該可動子と対面する固定子との間で駆動力を発生させて、該可動子の位置決めをする位置決め装置であって、
   前記可動子に設けられ、前記固定子と対向する面がＳ極またはＮ極に着磁された主極磁石を含む複数の可動子磁石が周期的に配列された磁石列と、
   前記固定子に設けられ、第１方向に平行で前記磁石列の寸法よりも長い直線部をもつ複数の固定子コイルが前記第１方向に直交する第２方向に前記磁石列の周期に対応する間隔で配列された第１コイル列と、
   隣接する前記固定子コイルに対して、位相差の異なる制御電流をそれぞれ供給し、前記可動子磁石と対面する前記固定子コイルとの間で、前記可動子を駆動させる駆動力を発生させる電流制御部と、を有し、
   前記可動子は、前記可動子の重心を通る対角線の両端部の領域において可動子磁石が配列されていない２つの欠損領域または前記対角線の両端部側から該対角線を延長する方向に張り出した領域に主極磁石を含む複数の可動子磁石を配列させた２つの張出領域、を有し、
   前記電流制御部が、前記第１コイル列のうち、前記２つの欠損領域または前記２つの張出領域に対向する少なくとも２つのコイルに前記制御電流を通電することによって、各々のコイルが前記可動子に与える力の作用線を互いに第１方向にずらして前記可動子を回転させることを特徴とする位置決め装置。
2. 前記固定子コイルは、前記第２方向に平行で前記磁石列の寸法よりも長い直線部をもつ複数の固定子コイルが前記１方向に前記磁石列の周期に対応する間隔で配列された第２コイル列を備え、
   前記第１コイル列と前記第２コイル列と同じ配列のコイル列をさらに１組または２組備え、各コイル列が前記第１方向及び前記第２方向に直交する第３方向に積層されることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 各コイル列の各々は、前記制御電流に基づき、前記可動子磁石と対面する固定子コイルとの間で、１自由度の駆動力を発生させることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
4. 前記電流制御部は、前記第１コイル列または前記第２コイル列を構成する固定子コイルに対して、異なる極性の制御電流を与え、前記可動子磁石と対面する固定子コイルとの間で、並進及び回転の２自由度の駆動力を発生させることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
5. 前記固定子コイルは、前記第１コイル列と同じ配列の第３コイル列および第４コイル列と、前記第２コイル列と同じ配列の第５コイル列および第６コイル列とを備え、
   前記制御電流に基づき、前記第１コイル列は前記可動子を前記第１方向および前記第２方向の両方向に直交する第３方向に平行な軸回りの回転方向に駆動し、
   前記第２コイルは前記可動子を前記第１方向に駆動し、前記第３コイル列は前記可動子を前記第２方向に駆動し、前記第４コイル列は前記可動子の中心をとおり前記第１方向に平行な直線を境に互いに逆向きの第３方向の力を発生させるようにコイル電流を制御することによって前記可動子を前記第１方向に平行な軸回りの回転方向に駆動し、前記第５コイル列は前記可動子の中心をとおり前記第２方向に平行な直線を境に互いに逆向きの第３方向の力を発生させるようにコイル電流を制御することによって前記可動子を前記第２方向に平行な軸回りの回転方向に駆動し、前記第６コイル列は前記可動子を前記第３方向に駆動し、
   前記可動子磁石と対面する各コイル列との間で、並進方向の３自由度と、回転方向の３自由度の駆動力を発生させることを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
6. 前記固定子コイルを覆い、該固定子コイルを冷却する冷却用冷媒が循環可能な第１隔壁構造を更に有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置決め装置。
7. 冷却用冷媒が循環可能な第１冷却手段と、
   前記冷却用冷媒による冷却を、充填した熱伝導体を介して前記固定子コイルに伝導して冷却する第２冷却手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置決め装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の位置決め装置を用いて基板または原版を位置決めすることを特徴とする露光装置。
9. デバイス製造方法であって、
   基板に感光剤を塗布する工程と、
   前記基板を請求項８に記載の露光装置により露光する工程と、
   前記基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

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