JP4553405B2 - 位置決め装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置決め装置、露光装置およびデバイス製造方法に関する。

露光装置等の各種の装置において、基板等の物体を位置決めするための位置決め装置が知られている。位置決め装置として、長いストロークで移動するＸＹステージ上に高精度で移動する微動ステージを配置したものがある（例えば、特許文献１）。微動ステージは、ウエハ天板（ステージ）を微動させるためのアクチュエータとして、例えば、電磁石と磁性体とを対面させて配置し該電磁石と該磁性体との間に吸引力を発生させる電磁アクチュエータが使われうる。

図１３は、電磁アクチュエータの構成を示す模式図であり、（ａ）、（ｂ）は上方から見た図、（ｃ）、（ｄ）は側方から見た図である。図１３に示す電磁アクチュエータは、Ｅ形の磁性体５８５の中央の歯にコイル５８６が巻かれた電磁石５０８と、電磁石５０８の吸引面に対向して配置される磁性体５０７とで構成されている。

電磁石５０８のコイル５８６に電流を流すと磁界が発生し、磁力により磁性体５０７が電磁石５０８に吸引される。このとき、（ａ）に示すように、磁性体５０７は、主として磁性体５０７と電磁石５０８との間隔が狭くなる方向Ａに吸引力を受ける。しかしながら、（ｂ）に示すように、電磁石５０８の中心軸と磁性体５０７の中心軸とが横方向に相対的に位置ずれしている場合、電磁石５０８の左右においてＥ形磁性体５８５と磁性体５０７との間隔が不均一となるため、間隔が狭い左側において大きな吸引力が発生する。そのため左側の間隔をさらに狭くするように横方向Ｂの力が生じる。また、それと同時にわずかではあるが回転力も生じる。

また、同様に、電磁石５０８の中心軸と磁性体５０７の中心軸とが平行でない場合も、間隔が狭くない側をより狭くするような回転方向Ｃに回転力を生じる。それと同時にわずかではあるが中心軸方向の並進力も生じる。

このような意図しない方向に発生する吸引力の原因となる電磁石５０８と磁性体５０７との間隔の不均一性は、組み立て誤差などの機械的要因によって生じうる他、ウエハ天板（ステージ）を目標位置に駆動する際にも生じうる。そして、このような力は、位置決め装置において外乱となるため、位置決め精度の悪化や整定時間の延びなどの性能悪化を引き起こす。
特開2000-106344号公報

本発明は、このような課題認識に基づいてなされたものであり、例えば、可動体を目標方向に駆動する際に該可動体に作用しうる他の方向の力を低減することを目的とする。

本発明の第１の側面に係る位置決め装置は、上板および天板を含む可動体を位置決めするように構成され、前記天板に力を作用させるように前記上板と天板との間に配置された電磁アクチュエータおよびリニアモータと、前記電磁アクチュエータおよび前記リニアモータを制御する制御系とを有し、前記電磁アクチュエータは、円筒状に設けられた複数の円弧状の磁性体と前記複数の磁性体にそれぞれ対向して配置された円弧状の電磁石とを含んで構成され、前記天板に対して第１方向に力を作用させ、前記リニアモータは、コイルと磁石とを含み、前記天板に対して前記第１方向に直交する第２方向に力を作用させ、前記制御系は、前記電磁アクチュエータを駆動する際に、前記天板に作用する前記第２方向の力を低減するように、予め計測された前記電磁アクチュエータを駆動した際に前記天板に作用する前記第２方向の力に基づいて前記リニアモータを制御する。
本発明の第２の側面に係る位置決め装置は、上板および天板を含む可動体を位置決めするように構成され、前記天板に力を作用させるように前記上板と天板との間に配置された電磁アクチュエータおよびリニアモータと、前記天板の位置を計測する第１位置計測手段と、前記上板の位置を計測する第２位置計測手段と、前記電磁アクチュエータおよび前記リニアモータを制御する制御系とを有し、前記電磁アクチュエータは、円筒状に設けられた複数の円弧状の磁性体と前記複数の磁性体にそれぞれ対向して配置された円弧状の電磁石とを含んで構成され、複数の前記磁性体と複数の前記電磁石のうち第１方向に沿って配置された磁性体と電磁石とによって前記天板に対して前記第１方向に力を作用させる第１アクチュエータが構成され、複数の前記磁性体と複数の前記電磁石のうち前記第１方向に直交する第２方向に沿って配置された磁性体と電磁石とによって前記天板に対して第２方向に力を作用させる第２アクチュエータが構成され、前記リニアモータは、コイルと磁石とを含み、前記天板に対して前記第２方向に力を作用させ、前記制御系は、前記第２方向における前記第１位置計測手段と前記第２位置計測手段との計測結果から得られた前記第２アクチュエータを構成する前記電磁石と前記磁性体との間隔と、予め求められた前記間隔に対応する補正量とに基づいて、前記第１アクチュエータを駆動する際に前記天板に作用する前記第２方向の力を低減するように前記リニアモータを制御する。

本発明に係る露光装置は、上記の位置決め装置を適用した露光装置に係り、基板ステージと、前記基板ステージ上の基板にパターンを投影する投影系とを備え、前記基板ステージが上記の位置決め装置によって位置決めされる。

このような露光装置は、例えば半導体デバイス等のマイクロデバイスの製造に好適である。このようなデバイスの製造は、例えば、ウエハ等の基板上に感光剤を塗布する工程と、レチクル等の原版に形成されたパターンを該基板に転写し又は電子ビーム等の荷電粒子ビームによって該基板にパターンを描画する工程と、パターンが転写又は描画される基板の該パターンを現像する工程とを含むリソグラフィー工程を通じてなされうる。

本発明によれば、例えば、可動体を目標方向に駆動する際に該可動体に作用しうる他の方向の力を低減することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。なお、以下では本発明の位置決め装置を露光装置に適用した例を説明するが、本発明の位置決め装置は、露光装置の他、工作機械や事務機器等にも適用されうる。位置決め装置は、例えば"ウエハステージ"のように"ステージ"と呼ばれることがある。位置決め装置としての"ステージ"は、可動体及びそれを移動させる機構を含む装置として把握することができる。しかし、一方で、"ステージ"は、"台"或いは"天板"のように、駆動機構によって駆動される可動体を意味するものとして使われることもある。この明細書では、ウエハステージ、Ｘステージ、Ｙステージ、微動ステージというように当分野で一般に可動体及びそれを移動させる機構を含む装置として認識されている"ステージ"については、位置決め装置の意味として用いるが、単に"ステージ"と表現する場合には、"台"或いは"天板"のような可動体を意味するものとして用いる場合がある。

図９は、露光装置の構成要素として好適なウエハステージ（位置決め装置）の構成を示す斜視図である。図１０は、図９に示すウエハ天板周辺の斜視図である。図１１は、図９に示すＸステージの分解図である。露光装置は、典型的には、図９に一例を示すようなウエハステージの他、マスク（原版）を保持するマスクステージ（原版ステージ）、マスクに形成されたパターンを投影する投影系、マスクを照明する照明系等を含んで構成されうる。なお、電子ビーム等の荷電粒子ビームを用いる露光装置においては、マスクを使用する代わりに、電子ビームのオン・オフ（照射・非照射）でパターンを描画する方式がある。

図９に示すウエハステージは、ＸＹステージと微動ステージとを組み合わせた構成を有する。

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の上面とによってＹステージ５５１がガイドされる。Ｙステージ５５１は、Ｙステージ５５１に設けられた不図示のエアスライドによりＹ方向に沿って滑動することができる。Ｙステージ５５１は、主に、２個のＸヨーガイド５５２と、第１Ｙスライダ５５３と、第２Ｙスライダ５５４とで構成される。第１Ｙスライダ５５３は、その側面及び下面に設けられた不図示の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、第２Ｙスライダ５５４は、その下面に設けられた不図示の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５５１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。

一方、Ｘステージ５６１は、主に、２枚のＸステージ側板５６２と、Ｘステージ上板５６３と、Ｘステージ下板５６４とで構成され、Ｙステージ５５１のＸヨーガイド５５２をＸ軸まわりに囲んでいる。Ｘステージ５６１は、不図示のエアスライドによりＸ方向に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個の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はその下面に設けられた不図示の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のエアパッドを介してＹステージ５５１の構成部材である２個の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、及び、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は、前述のように、２個の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。

この実施の形態では、ＸＹステージ装置において、Ｘ方向駆動用に１個、Ｙ方向駆動用に２個の多相コイル切り替え方式の長距離リニアモータ５１０Ｘ、５１０Ｙが用いられている。Ｘ方向駆動用の長距離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と一体的に設けられても良いし、ベース定盤５０２と振動的に独立した部材に設けられても良い。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方向駆動用の長距離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。

長距離リニアモータ５１０Ｘの固定子５１２Ｘでは、ストローク方向に並べた複数個のコイル５１３Ｘがコイル固定枠５１４Ｘによって保持されている。長距離リニアモータ５１０Ｙの固定子５１２Ｙでは、ストローク方向に並べた複数個の５１３Ｙがコイル固定枠によって保持されている。長距離リニアモータ５１０Ｘ、５１０Ｙの可動子５１１Ｘ、５１１Ｙは、磁極ピッチがコイル５１３Ｘ、５１３Ｙのコイルスパンに等しい４極の磁石をヨーク板の上に並べた構造体をコイル５１３Ｘ、５１３Ｙを挟むように対向させた箱形状を有する。長距離リニアモータ５１０Ｘ、５１０Ｙ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。

ウエハ天板５０１は、処理対象物であるウエハをチャックするウエハチャック５７１を有し、ウエハを並進Ｘ、Ｙ、Ｚ方向及び回転ωx、ωy、ωz方向の６自由度方向に位置決めすることができる。ウエハ天板５０１は、矩形の板状を有し、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の側面にはレーザー干渉計のレーザー光（計測光）を反射するためのミラー５２９が設けられ、該干渉計によってウエハ天板５０１の位置が計測される。

次に、図１０を参照しながら、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。

Ｘステージ５６１の上板５６３の側面には、Ｘステージ５６１の位置計測を行うレーザー干渉計のレーザー光を反射するためのミラーが形成されている。レーザー干渉計５３８Ｘ、５３８Ｙは、Ｘ方向及びＹ方向からＸステージ側面ミラー５３９にレーザー光を照射し、Ｘステージ５６１のＸＹ方向の位置を精密に計測することができる。

ウエハ天板５０１の側面には、レーザー干渉計のレーザー光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本のレーザー光が照射され、ウエハ天板５０１の６自由度の位置が計測される。レーザー干渉計５２８Ｘ１、５２８Ｘ２は、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方向の位置及びωｙ方向の回転量を計測する。また、レーザー干渉計５２８Ｙ１、５２８Ｙ２、５２８Ｙ３は、Ｙ軸に平行でＸ位置及びＺ位置の異なる３本の干渉計ビームにより、Ｙ方向の位置及びωｘ、ωｚ方向の回転量を計測する。Ｚ位置計測器５２８Ｚは、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させ、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（或いはウエハ天板のＺ方向の位置）を計測する。

以上のように、Ｘステージ５６１及びウエハ天板５０１の位置は、別個に計測することができる。

次に、図１１を参照しながら、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について説明する。

ウエハ天板５０１の下方には、図９に示すように、ウエハ天板５０１に推力や吸引力を作用させる際の基準となるＸＹステージ（Ｘステージ及びＹステージで構成されるステージ）が配置されている。

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（５０４Ｘ１、５０４Ｘ２、５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、５０４Ｚ１〜５０４Ｚ４）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及びヨーク５７５で構成される構造体を２組み有している。この２組の構造体が互いに対面するように側板５７６で連結されて箱状の構造が形成され、微動リニアモータ固定子５０５（５０５Ｘ１、５０５Ｘ２、５０５Ｙ１、５０５Ｙ２、５０５Ｚ１〜５０５Ｚ４）を非接触で挟み込む。

８個の可動子５０４のうちの４個の可動子５０４Ｚ１〜５０４Ｚ４は、矩形状天板５０１の４辺のそれぞれ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５０４Ｚを形成する。Ｚ可動子５０４Ｚにおいては、２極の磁石５７４ＺがＺ方向に沿って配列されており、Ｚ固定子５０５Ｚ１〜５０５Ｚ４の長円コイル５７８Ｚ１〜５７８Ｚ４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５０４Ｚ１〜５０４Ｚ４と名づける。

残りの４個の可動子５０４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５０４Ｘ１、５０４Ｘ２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５０４Ｘ１、５０４Ｘ２においては、２極の磁石５７４ＸがＸ方向に沿って配列されており、Ｘ方向に直角な直線部をもつＸ固定子５０５Ｘ１、５０５Ｘ２の長円コイル５７８Ｘ１、５７８Ｘ２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５０４Ｘ１、５０４Ｘ２と名づける。

残りの２個の可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２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、２極の磁石５７４がＹ方向に沿って配列されており、Ｙ方向に直角な直線部をもつＹ固定子５０５Ｙ１、５０５Ｙ２の長円コイル５７８Ｙ１、５７８Ｙ２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５０４Ｙ１、５０４Ｙ２と名づける。

また、矩形のウエハ天板５０１の下面のほぼ中央部には、円筒形状の磁性体支持筒５８０が設けられている。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（５０７Ｘ、５０７Ｙ）が固定されている。これらのうち２個の円弧状磁性体ブロック５０７Ｘは、Ｘ方向の線上に磁性体支持筒５８０を挟んで配置され、やはりＸ方向の線上に磁性体支持筒５８０等を挟んで配置された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。このようなＸ方向に沿って対向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。ここで、１つの磁性体ブロック５０７Ｘとそれに対面する１つのＥ形状電磁石５０８Ｘとで１つの駆動ユニット（アクチュエータ）が構成される。

残りの２個の円弧状磁性体ブロック５０７Ｙは、Ｙ方向の線上に磁性体支持筒５８０を挟んで配置され、やはりＹ方向の線上に磁性体支持筒５８０等を挟んで配置された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。このようなＹ方向に沿って対向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。ここで、１つの磁性体ブロック５０７Ｙとそれに対面する１つのＥ形状電磁石５０８Ｙとで１つの駆動ユニット（アクチュエータ）が構成される。

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。自重補償ばね５８１は、自重支持方向（鉛直方向）及び他の５自由度方向のばね定数が十分に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への振動伝達をほぼ無視することができる。

Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２が発生する２つの力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２が発生する２つの力の作用線のＺ座標は、Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜５０４Ｚ４、磁性体支持筒５８０、４つの円弧状磁性体ブロック５０７、及び、ウエハ天板５０１を含む天板構造体（可動体）の重心のＺ座標と概ね一致する。したがって、Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２に発生するＸ方向の推力によっては、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。

Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２が発生する２つの力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２が発生する力の作用線のＺ座標は、Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｙ１、４０５Ｙ２、Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜４０５Ｚ４、磁性体支持筒５８０、４つの円弧状磁性体ブロック５０７、及び、ウエハ天板５０１を含む天板構造体（可動体）の重心のＺ座標と概ね一致する。したがって、Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２に発生するＹ方向の推力によっては、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。

Ｘ１、Ｘ２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。Ｘ１、Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用する２つの吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４、磁性体支持筒５８０、４つの円弧状磁性体ブロック５０７、及び、ウエハ天板５０１を含む天板構造体の重心のＺ座標と概ね一致する。したがって、Ｘ１、Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用するＸ方向の吸引力によっては、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。

また、Ｘ１、Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用するＸ方向の２つの吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４、磁性体支持筒５８０、４つの円弧状磁性体ブロック５０７、及び、ウエハ天板５０１を含む天板構造体（可動体）の重心のＸ座標と概ね一致する。したがって、Ｘ１、Ｘ２ブロック５０７Ｘに作用するＸ方向の吸引力によっては、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。

Ｙ１、Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用する２つの吸引力の作用線のＺ座標は概ね一致している。Ｙ１、Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用する２つの吸引力の作用線のＺ座標は、Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４、磁性体支持筒５８０、４つの円弧状磁性体ブロック５０７、及び、ウエハ天板５０１を含む天板構造体の重心のＺ座標と概ね一致する。したがって、Ｙ１、Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用するＹ方向の吸引力によっては、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。

また、Ｙ１、Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用するＹ方向の２つの吸引力の作用線のＸ座標は、Ｘ１、Ｘ２可動子５０４Ｘ１、５０４Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２可動子５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４可動子５０４Ｚ１〜Ｚ４、磁性体支持筒５８０、４つの円弧状磁性体ブロック５０７、及び、ウエハ天板５０１を含む天板構造体の重心のＸ座標と概ね一致する。したがって、Ｙ１、Ｙ２ブロック５０７Ｙに作用するＹ方向の吸引力によっては、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。

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（固定子５０４と可動子５０５で構成されるリニアモータ）５０３の固定子５０５（５０５Ｘ１、５０５Ｘ２、５０５Ｙ１、５０５Ｙ２、５０５Ｚ１〜５０５Ｚ４）、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（５０８Ｘ１、５０８Ｘ２、５０８Ｙ１、５０８Ｙ２）、ウエハ天板５０１の自重を支持するための自重支持ばね５８１の一端が固定されている。

各固定子５０５は、長円形のコイル５７８（５７８Ｘ１、５７８Ｘ２、５７８Ｙ１、５７８Ｙ２、５７８Ｚ１〜５７８Ｚ４）をコイル固定枠５０６（５０６Ｘ１、５０６Ｘ２、５０６Ｙ１、５０６Ｙ２、５０６Ｚ１〜５０６Ｚ４）で支持する構造になっており、ウエハ天板５０１下面に固定されたリニアモータ可動子５０４（５０４Ｘ１、５０４Ｘ２、５０４Ｙ１、５０４Ｙ２、５０４Ｚ１〜５０４Ｚ４）と非接触で対面する。

８個の固定子５０５のうちの４個の固定子５０５Ｚ（５０５Ｚ１〜５０５Ｚ４）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、長円コイル５７８Ｚ（５７８Ｚ１〜５７８Ｚ４）の直線部がＺ方向と直角になるように配置されており、Ｚ可動子５０４ＺのＺ方向の線上に配置された２極の磁石５７４ＺにＺ方向の推力を作用させる。コイル５７８Ｚ１〜５７８Ｚ４をＺ１〜Ｚ４コイルと名づける。

残りの４個の固定子のうち２個の固定子５０５Ｘ（５０５Ｘ１、５０５Ｘ２）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、長円コイル５７８Ｘ（５７８Ｘ１、５７８Ｘ２）の２つの直線部がＸ方向と直角になるように配置されており、Ｘ可動子５０４ＸのＸ方向の線上に配置された２極の磁石５７４ＸにＸ方向の推力を作用させる。コイル５７８Ｘ１、５７８Ｘ２をＸ１、Ｘ２コイルと名づける。

残りの２個の固定子５０５Ｙ（５０５Ｙ１、５０５Ｙ２）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、長円コイル５７８Ｙ（５７８Ｙ１、５７８Ｙ２）の２つの直線部がＹ方向と直角になるように配置されており、Ｙ可動子５０４ＹのＹ方向の線上に配置された２極の磁石５０４ＹにＹ方向の推力を作用させる。このコイル５７８Ｙ１、５７８Ｙ２をＹ１、Ｙ２コイルと名づける。

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（５０８Ｘ１、５０８Ｘ２、５０８Ｙ１、５０８Ｙ２）が設けられている。Ｅ形電磁石５０８は、Ｚ方向から見たときに概ねＥ形の断面を有する磁性体ブロック５８５（５８５Ｘ１、５８５Ｘ２、５８５Ｙ１、５８５Ｙ２）と、コイル５８６（５８６Ｘ１、５８６Ｘ２、５８６Ｙ１、５８６Ｙ２）とを具備している。コイル５８５は、Ｅ形の中央の突起（歯）の周りに巻かれていれる。Ｅ形の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、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５８５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。

４個のＥ形電磁石５０８のうち２個は、Ｘ１、Ｘ２ブロック５０７Ｘに対面するようにＸ方向に沿って配置され、Ｘ１、Ｘ２ブロック５０７ＸにそれぞれＸ方向及び−Ｘ方向の吸引力を与える。これをＸ１Ｘ２電磁石５０８Ｘと名づける。

Ｅ形電磁石５０８のうち残りの２個は、Ｙ１、Ｙ２ブロック５０７Ｙに対面するようにＹ方向に沿って配置され、Ｙ１、Ｙ２ブロック５０７ＹにそれぞれＹ方向及び−Ｙ方向の吸引力を与える。これをＹ１Ｙ２電磁石５０８Ｙと名づける。

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。

また、磁性体ブロック５０７及びＥ形電磁石５０８の各々の対向面はＺ軸まわりの円筒面とされ、４つの磁性体ブロック５０７と４つのＥ形電磁石５０８が、Ｚ軸周り（ωｚ方向）に互いに接触することなく、自由に回転できる。つまり、ウエハ天板５０１とＸステージ５６１が、ωｚ方向に相対移動可能となる。また、ωｚ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。

図１２は、図９〜図１２を参照しながら説明したウエハステージを制御する制御系の構成例を示すブロック図である。

移動目標指示部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部５２２（５２２Ｘ、５２２Ｙ、５２２Ｚ、５２２ωｘ、５２２ωｙ、５２２ωｚ）と加速プロファイル生成部５２３（５２３Ｘ、５２３Ｙ）に出力する。位置プロファイル生成部５２２は、目標指示部５２１からの目標値に基づいて、時間とウエハ天板５０１の位置との関係を、並進Ｘ、Ｙ、Ｚ方向及び回転ωｘ、ωｙ、ωｚ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部５２３は、目標指示部５２１からの目標値に基づいて、時間と発生すべき加速度との関係を、並進Ｘ、Ｙ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。

この実施の形態では、時間とウエハ天板５０１の重心位置及び重心周りの回転が時間の関数として位置プロファイル生成部５２２により与えられ、ウエハ天板５０１の重心のＸ、Ｙ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部５２３により与えられる。

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与えられる。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部により与えられ、移動のないＸ軸は常にゼロである。

６軸方向のウエハ天板５０１の重心位置及び重心周りの回転の位置プロファイル生成部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。ここで、Ｘ位置プロファイル生成部５２２Ｘの出力とＹ位置プロファイル生成部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。

Ｘ加速プロファイル生成部５２３Ｘの出力とＹ加速プロファイル生成部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。

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、微動電流アンプ群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、位置プロファイル生成部５２２が出力するウエハ天板５０１の重心の現在のＸ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、ωｚ位置（目標位置）とウエハ天板５０１の重心の実際のＸ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、ωｚ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づいて、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Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４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として出力する。微動電流アンプ群５２７は、該アナログ出力電圧に比例する電流をＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、Ｚ１〜Ｚ４リニアモータ５０３に供給する。ウエハ天板５０１位置計測系５２８は、ウエハ天板５０１の概ね露光点のＸ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ。ωｚの位置を計測するレーザー干渉計５２８等を備えた計測器を有する。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づいて、ウエハ天板５０１の概ね露光点のＸＹ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、ωｚの位置をウエハ天板５０１の重心のＸ、Ｙ、Ｚ、ωｘ、ωｙ、ωｚ位置に換算する。

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部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、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に発生する回転力を小さくしている。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、電流による発熱が抑えられている。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。

吸引ＦＦ系５３１は、１対のＸ１、Ｘ２電磁石５０８ＸとＸ１、Ｘ２ブロック５０７Ｘとの間に加速プロファイル生成部５２３Ｘが出力に比例したＸ方向の合成推力を発生させるための制御系と、１対のＹ１、Ｙ２電磁石５０８ＹとＹ１、Ｙ２ブロック５０７Ｙとの間に加速プロファイル生成部５２３が出力に比例した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、補正部５３２（５３２Ｘ又は５３２Ｙ）と、調整部５３３（５３３Ｘ又は５３３Ｙ）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（５３４Ｘ又は５３４Ｙ）とを有する。

補正部５３２は、電磁石５０８の電流と推力の非線型関係を補正する。典型的には、補正部５３２は、符号を保存する平方根演算器として構成されうる。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部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部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部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部５２３の出力は、符号を含んでいるので、補正部５３２は、平方根演算を加速プロファイル生成部５２３の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部５３３に出力する。

また、調整部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との間に働く吸引力を調整し、両者の合力の大きさと方向を所望のものにする。電磁石５０８は電流の向きによらず磁性体５０７を吸引する力しか発生することができない。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。補正部５３２の出力の符号に基づいて、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、補正部５３２の出力に比例した値を電流アンプ５３４に供給し、他方の電磁石５０８の電流をゼロに制御する方式が最も簡単である。補正部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。以上の制御により、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部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。

補正部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もよい。これは電磁石５０８のＢＨ曲線の動作中心において電流（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、補正部と調整部は一体となって、加速プロファイル出力に基づいて、２つの電磁石５０８に適当な電流を指令する動作をする。

具体的には、加速プロファイル生成部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（^2は２乗を意味する）。電磁石５０８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、リニアモータのみによる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。

また、ウエハ天板５０１が一定速度で走行している間は電磁石５０８の電流はゼロになるように制御される。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。

この実施の形態では、ウエハ天板５０１に連結された微動リニアモータ５０３及び電磁石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ウエハ天板５０１に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方向に関して長い距離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。これを実現するために、長距離ＬＭ位置サーボ系５２５と、それに接続される２個のＹリニアモータ５１０Ｙ及び１個のＸリニアモータ５１０Ｘが設けられている。

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個のＸリニアモータ５１０Ｘ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個のＹリニアモータ５１０ＹによってＸステージ５６１及びＹステージ５５１のＹ位置をＹ位置プロファイルに基づいて制御する。

長距離ＬＭ位置サーボ系５３５のＸ及び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される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（偏差信号）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。

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、及びウエハ天板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及びウエハ天板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。

この実施の形態では、加速プロファイル生成部５２２の出力を、長距離ＬＭ位置サーボ系５３５の制御演算器５６１（５６１Ｘ、５６１Ｙ）の出力に加算してモータ電流アンプ５３７（５３７Ｘ、５３７Ｙ）に提供することによって、加速度をフィードフォワード的に長距離リニアモータ５１０Ｘ、５１０Ｙに指令し、加速中に位置偏差がたまることを防止している。

この実施の形態では、加速プロファイルを吸引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軸方向のすべてについて生成し、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。

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及びＹステージ５５１はＸ位置及びＹ位置プロファイルに基づいて移動する。加速終了後は２個のＹリニアモータと１個のＸリニアモータはＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２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。

ここで、電磁石５０８Ｘ１、Ｘ２の発生する吸引力は、そのほとんどがＸ軸方向であり、電磁石５０８Ｙ１、Ｙ２の発生する吸引力は、そのほとんどがＹ軸方向（以下、これらを主方向と呼ぶことにする）である。しかしながら、これらの電磁石は、主に以下の２つの理由によりそれ以外の方向（以下、これらを従方向と呼ぶことにする）に対しても力を発生しうる。

第１に、ウエハ天板５０１と一体の天板構造体（可動体）の重心と、電磁石５０８の発生する吸引力の作用線とがずれている場合、天板構造体（可動体）の重心周りに回転方向の力が生じる。吸引力の作用線が可動体の重心を通ることが望ましいが、設計上の制約により作用線と重心とがずれることが避けられない場合もあり、その場合に上記のような回転力が生じてしまう。

第２に、電磁石５０８の発生する吸引力は、電磁石５０８と磁性体５０７との間隔により異なる。電磁石による吸引力は、一般に電磁石と磁性体の間隔の２乗に反比例し、間隔が狭いほど大きな力を発生する。

図１３を参照しながら第２の理由を更に詳しく説明する。図１３は、電磁石５０８及び磁性体ブロック５０７を模式的に示す図であり、（ａ）、（ｂ）は上方から見た図、（ｃ）、（ｄ）は側方から見た図である。

主たる吸引力の発生方向（すなわち主方向）Ａに対して、電磁石５０８の中心軸と磁性体ブロック５０７の中心軸とが横方向に相対的に位置ずれていた場合、電磁石５０８の左右においてＥ形断面磁性体ブロック５８５と磁性体ブロック５０７との間隔が不均一となるため、間隔が狭くなった方が大きな吸引力を発生する。そのため間隔が狭くなった方をさらに狭くするような横方向（すなわち従方向）Ｂの力が生じる。また、それと同時にわずかではあるが回転力も生じる。また、同様に、電磁石５０８の中心軸と磁性体ブロック５０７の中心軸とが平行でない場合も、間隔が狭くなった方をより狭くするような回転方向（すなわち従方向）Ｃに回転力を生じる。それと同時にわずかではあるが中心軸方向の並進力も生じる。このような従方向の吸引力の原因となる電磁石５０８と磁性体５０７との間隔の不均一は、組み立て誤差などの機械的要因によって生じうる他、ウエハ天板５０１を目標位置に駆動する際にも生じうる。後者について説明すると、電磁石５０８を駆動するのはウエハ天板５０１の加減速時であり、この時にウエハ天板５０１に大きな力が加わるため間隔変動や姿勢変動を生じやすい。

上記の従方向の力は、ウエハ天板５０１に対して外乱となるため、精度の悪化や整定時間の延びなどの性能悪化を引き起こす。

以下、このような従方向に発生する力を低減するための構成例を説明する。従方向の力は、例えば、吸引ＦＦ系（磁力による吸引機構についてのフィードフォワード制御系）５３１に従方向成分低減システムを組み込むことによって低減することができる。

［第１の実施の形態」
以下、第１の実施の形態として構成例１〜構成例４を説明する。

［構成例１］
図１は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１の第１の構成例を示すブロック図である。なお、図１において、従方向力低減システム６００以外の構成は、図１２に示す基本構成と同様である。この構成例では、従方向成分低減システム６００は、Ｘ軸用の従方向成分補正部６０１ＸとＹ軸用の従方向成分補正部６０１Ｙを含む。

補正部５３２Ｘによって補正されたＸ軸の加速指令に基づいて従方向成分補正部６０１Ｘにより補正量が計算され、この補正量が加算器７０１ＹによってＹ軸の加速指令に加算される。同様に、補正部５３２Ｙよって補正されたＹ軸の加速指令に基づいて従方向成分補正部６０１Ｙにより補正量が計算され、この補正量が加算機７０１ＸによってＸ軸の加速指令に加算される。

典型的には、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙは、各軸の加速指令に対して適切な係数を乗じるだけでよい。これにより、組み立て誤差などにより、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔が初期状態あるいは定常状態で不均一となっている場合や、電磁石５０８の作用軸と天板構造体（ウエハ天板及びそれとともに移動する部材を含む構造体）の重心とがずれている場合において、簡単な構成で効果的に従方向成分を打ち消すことが可能となる。従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙに設定する係数は、初期状態あるいは定常状態において各軸用の電磁石５０８を駆動し、その時に他の軸の方向に発生する力を計測することにより決定されうる。

［構成例２］
図２は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１の第２の構成例を示すブロック図である。この構成例は、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙにウエハ天板位置計測系５２８及び／又はステージ位置計測器５３８で計測したウエハ天板５０１及び／又はＸステージ５６１の位置及び／又は姿勢に関する情報を提供する。従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙがこのような位置情報を利用することにより、ウエハ天板５０１及び／又はＸステージ５６１の位置変動及び／又は姿勢変動や加減速などにより電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔が変動した場合においても、より高精度に従方向成分を補正することができる。

この場合、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔と補正係数との関係を予め求めておく必要がある。ただし、吸引力は、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔の２乗に反比例するとともに、電磁石５０８に流れる電流の２乗に比例するため、典型的には、補正係数は、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔に対して、１次関数によって関係づけられる。

［構成例３］
図３は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１の第３の構成例を示すブロック図である。この構成例では、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙは、補正部５３２Ｘ、５３２Ｙで補正された加速指令の代わりに、電磁石５０８（５０８Ｘ１、５０８Ｘ２、５０８Ｙ１、５０８Ｙ２）に設けられた磁束計測器（磁束検出器）６０２（６０２Ｘ１、６０２Ｘ２、６０２Ｙ１、６０２Ｙ２）、例えばサーチコイルによって計測される磁束値を利用する。この構成例によれば、電磁石５０８によって実際に生じる吸引力を計測することができるため、より高精度な補正が可能となる。吸引力は磁束の２乗に比例するが、発生磁束は電流に比例するため、電流指令を求めるためには、１次関数による演算でよい。

［構成例４］
図４は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１の第４の構成例を示すブロック図である。この構成例は、第３の構成例の変形例であり、１つのユニット（１つの電磁石５０８及び１つの磁性体ブロック５０７）に対して複数の磁束計測器（磁束検出器）が設けられている。このような構成例によれば、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙは、複数の磁束計測器の出力を比較することにより、磁束の不均一性すなわち吸引力の不均一性を求めることができる。これにより、吸引力の従方向成分を直接的に求めることができ、より高精度な補正が可能となる。この構成例において、Ｅ型断面磁性体ブロック５８５の両端にサーチコイルを備えることにより、Ｘ方向用のユニット（電磁石５０８Ｘ及び磁性体ブロック５０７Ｘで構成されるユニット）においては、Ｙ方向の従方向成分を計測することが可能となり、Ｙ方向用のユニット（電磁石５０８Ｙ及び磁性体ブロック５０７Ｙで構成されるユニット）においては、Ｘ方向の従方向成分を計測することが可能となる。

図１１等に示されているように、この実施の形態のステージ構成では、吸引力を発生するユニットはＸ、Ｙ方向にしか設けられていないため、これ以外のＺ方向や回転方向に発生する成分については補償できない。しかし、これらの方向にも吸引力を発生するユニットを設けることにより、これらの方向の成分についても同様に補償することができる。磁束計測器に関しても、１ユニットに対して更に多くの磁束計測器を設けることにより、様々な方向の従方向成分を計測することが可能となる。

以上述べたように、電磁石と磁性体で構成される駆動ユニットが駆動方向以外の方向に発生する従方向成分を、該駆動ユニット以外の駆動ユニットを用いて打ち消すことにより、従方向成分によるウエハ天板等のステージの振動や変位を抑えることができ、位置決め時間を短縮したり、位置決め制御特性を向上させたりすることができる。

また、補正を行わない場合は、位置決め精度の向上や位置決め時間の短縮のために、アクチュエータの作用軸と天板構造体（ステージ）の重心を厳密に一致させたり、電磁石と磁性体との間隔が均一となるように、組み立て精度を上げたりする必要があるが、補正を行うことによりこれらの制約を緩和しても、位置決め精度や位置決め時間を維持することができる。

［第２の実施の形態］
以下、第２の実施の形態としての構成例１〜構成例４を説明する。この実施の形態は、従方向成分の補正のためにリニアモータを採用する。

［構成例１］
図５は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１及び微動ＬＭ位置サーボ系の第１の構成例を示すブロック図である。

補正部５３２Ｘによって補正される前のＸ軸の加速指令に基づいて従方向成分補正部６０１Ｘにより補正量が計算され、この補正量が微動ＬＭ位置サーボ系５２５の加算器７１０によって微動リニアモータの指令に加算される。同様に、補正部５３２Ｙよって補正される前のＹ軸の加速指令に基づいて従方向成分補正部６０１Ｙにより補正量が計算され、この補正量が微動ＬＭ位置サーボ系５２５の加算器７０１によって微動リニアモータの指令に加算される。

リニアモータの発生力は、電磁石と異なり、電流に比例する。そのため、補正前の加速指令を用いることにより、第１の実施の形態と同様に、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙは、各軸の加速指令に適切な係数を乗じるだけでよい。これにより、組み立て誤差などにより、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔が初期状態あるいは定常状態で不均一となっている場合や、電磁石５０８の作用軸と天板構造体の重心とがずれている場合に、簡単な構成で効果的に従方向成分を打ち消すことが可能となる。従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙに設定する係数は、初期状態あるいは定常状態において各ユニット（電磁石５０８及び磁性体ブロック５０７で構成されるユニット）の電磁石を駆動し、その時に他の軸方向に発生する力を計測することにより求めることができる。

［構成例２］
図６は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１及び微動ＬＭ位置サーボ系の第２の構成例を示すブロック図である。この構成例は、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙにウエハ天板位置計測系５２８及び／又はステージ位置計測器５３８で計測したウエハ天板５０１及び／又はＸステージ５６１の位置情報及び／又は姿勢情報を提供する。従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙがこのような位置情報を利用することにより、ウエハ天板５０１及び／又はＸステージ５６１の位置変動及び／又は姿勢変動や加減速などにより電磁石５０８と磁性体ブロック５０７の間隔が変動した場合においても、より高精度に従方向成分を補正することができる。

この場合、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔と補正係数との関係を予め求めておく必要がある。ただし、吸引力は、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔の２乗に反比例するとともに、電磁石５０８に流れる電流の２乗に比例するため、典型的には、補正係数は、電磁石５０８と磁性体ブロック５０７との間隔に対して、１次関数によって関係づけられる。

［構成例３］
図７は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１及び微動ＬＭ位置サーボ系の第３の構成例を示すブロック図である。この構成例では、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙは、補正部５３２Ｘ、５３２Ｙで補正された加速指令の代わりに、電磁石５０８（５０８Ｘ１、５０８Ｘ２、５０８Ｙ１、５０８Ｙ２）に設けられた磁束計測器６０２（６０２Ｘ１、６０２Ｘ２、６０２Ｙ１、６０２Ｙ２）、例えばサーチコイルによって計測される磁束値を利用する。この構成例によれば、電磁石５０８によって実際に生じる吸引力を計測することができるため、より高精度な補正が可能となる。ただし、吸引力は磁束の２乗に比例するため、磁束から電流指令を求めるためには、２次関数演算が必要となる。

［構成例４］
図８は、従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系５３１及び微動ＬＭ位置サーボ系の第４の構成例を示すブロック図である。この構成例は、第３の構成例の変形例であり、１つのユニット（１つの電磁石５０８及び１つの磁性体ブロック５０７）に対して複数の磁束計測器が設けられている。このような構成例によれば、従方向成分補正部６０１Ｘ、６０１Ｙは、複数の磁束計測器の出力を比較することにより、磁束の不均一性、すなわち吸引力の不均一性を求めることができる。これにより、吸引力の従方向成分を直接的に求めることができ、より高精度な補正が可能となる。この構成例において、Ｅ型断面磁性体ブロック５８５の両端にサーチコイルを備えることにより、Ｘ方向用のユニット（電磁石５０８Ｘ、磁性体ブロック５０７Ｘ）においては、Ｙ方向の従方向成分を計測することが可能となり、Ｙ方向用のユニット（電磁石５０８Ｙ、磁性体ブロック５０７Ｙ）においては、Ｘ方向の従方向成分を計測することが可能となる。

図１１等に示されているように、この実施の形態のステージ構成では、吸引力を発生するユニットはＸ、Ｙ方向にしか設けられていないが、リニアモータ５０３（固定子５０４と可動子５０５で構成される）を用いることにより、Ｘ、Ｙ方向以外のＺ方向や回転方向に発生する成分についても同様に補償することができる。磁束計測器に関しても、１ユニットに対して更に多くの磁束計測器を設けることにより、様々な方向の従方向成分を計測することが可能となる。

以上述べたように、電磁石と磁性体を有する駆動ユニットが駆動方向以外の方向に発生する従方向成分を、該駆動ユニットと異なるリニアモータを用いて打ち消すことにより、従方向成分によるウエハ天板等のステージの振動や変位を抑えることができ、位置決め時間を短縮したり、位置決め制御特性を向上させたりすることができる。

また、補正を行わない場合は、位置決め精度の向上や位置決め時間の短縮のために、アクチュエータの作用軸と天板構造体（ステージ）の重心を厳密に一致させたり、電磁石と磁性体との間隔が均一となるように、組み立て精度を上げたりする必要があるが、補正を行うことによりこれらの制約を緩和しても、位置決め精度や位置決め時間を維持することができる。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態として説明した従方向成分の補正と、第２の実施の形態として説明したリニアモータを用いた従方向成分の補正とを組み合わせて用いてもよい。電磁石は、リニアモータに比べると同一の電流値に対する発生力が大きいため、少ない電流及び発熱で大きな補正効果を得ることができる。その反面、電流に対して発生力が非線形なため、高精度な補正は困難である。それに対し、リニアモータは発生力こそ小さいが、線形で高精度な補正が可能である。そこで、相対的な大きな力を発生することができる電磁石と相対的に高精度な位置制御が可能なリニアモータとを併用することにより、低消費電力、低発熱で、高精度な補正が可能となる。

また、電磁石及び磁性体の端面形状は円筒形状に限られるものではなく、平面状、球面部を含む形状など様々な形状においても、間隔の不均一、吸引力作用線と重心のずれは生じうる。よって、これらの形状においても同様な補正を実施することが有効である。

以上のように、上記の各種の実施の形態によれば、電磁石と磁性体とで構成される第１アクチュエータが発生する従方向の力を、該第１アクチュエータと異なる方向に主たる吸引力を発生する電磁石と磁性体とで構成される第２アクチュエータ、又はリニアモータなどの他種のアクチュエータを用いて打ち消し又は低減することにより、該従方向の力よって生じるステージ等の可動体の変位や姿勢変動を抑えることができ、その結果、位置決め精度の向上させ、また位置決め時間を短縮することができる。また、このような構成によれば、位置決め装置の設計に対する制約を緩和することができる。

第１の実施の形態の第１の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 第１の実施の形態の第２の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 第１の実施の形態の第３の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 第１の実施の形態の第４の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 第２の実施の形態の第１の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 第２の実施の形態の第２の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 第２の実施の形態の第３の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 第２の実施の形態の第４の構成例に係る従方向成分低減システムが組み込まれた吸引ＦＦ系のブロック図である。 露光装置の構成要素として好適なウエハステージ（位置決め装置）の構成を示す斜視図である。 図９に示すウエハ天板周辺の斜視図である。 図９に示すＸステージの分解図である。 図９に示すウエハステージを制御する制御系の構成例を示す図である。 アクチュエータが主方向（目標方向）に力を発生する際に発生しうる従方向の力及びそれによる問題点を説明するための図である。

符号の説明

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：磁性体ブロック、 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：目標値指示部、 ５２２：位置プロファイル生成部、 ５２３：加速プロファイル生成部、 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：補正部、 ５３３：調整部、 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：第１Ｙスライダ、 ５５４：第２Ｙスライダ、 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、 ６０１：従方向成分補正部、 ６０２：磁束検出部、 ６００：従方向力低減システム、 ７０１：加算器

Claims (5)

1. 上板および天板を含む可動体を位置決めする位置決め装置であって、
   前記天板に力を作用させるように前記上板と天板との間に配置された電磁アクチュエータおよびリニアモータと、
   前記電磁アクチュエータおよび前記リニアモータを制御する制御系とを有し、
   前記電磁アクチュエータは、円筒状に設けられた複数の円弧状の磁性体と前記複数の磁性体にそれぞれ対向して配置された円弧状の電磁石とを含んで構成され、前記天板に対して第１方向に力を作用させ、
   前記リニアモータは、コイルと磁石とを含み、前記天板に対して前記第１方向に直交する第２方向に力を作用させ、
   前記制御系は、前記電磁アクチュエータを駆動する際に、前記天板に作用する前記第２方向の力を低減するように、予め計測された前記電磁アクチュエータを駆動した際に前記天板に作用する前記第２方向の力に基づいて前記リニアモータを制御することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記リニアモータに与える指令を補正する補正部を有し、
   前記補正部に設定される係数は、予め前記電磁アクチュエータを駆動した際に前記天板に作用する前記第２方向の力を計測することで決定されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 上板および天板を含む可動体を位置決めする位置決め装置であって、
   前記天板に力を作用させるように前記上板と天板との間に配置された電磁アクチュエータおよびリニアモータと、
   前記天板の位置を計測する第１位置計測手段と、
   前記上板の位置を計測する第２位置計測手段と、
   前記電磁アクチュエータおよび前記リニアモータを制御する制御系とを有し、
   前記電磁アクチュエータは、円筒状に設けられた複数の円弧状の磁性体と前記複数の磁性体にそれぞれ対向して配置された円弧状の電磁石とを含んで構成され、複数の前記磁性体と複数の前記電磁石のうち第１方向に沿って配置された磁性体と電磁石とによって前記天板に対して前記第１方向に力を作用させる第１アクチュエータが構成され、複数の前記磁性体と複数の前記電磁石のうち前記第１方向に直交する第２方向に沿って配置された磁性体と電磁石とによって前記天板に対して第２方向に力を作用させる第２アクチュエータが構成され、
   前記リニアモータは、コイルと磁石とを含み、前記天板に対して前記第２方向に力を作用させ、
   前記制御系は、前記第２方向における前記第１位置計測手段と前記第２位置計測手段との計測結果から得られた前記第２アクチュエータを構成する前記電磁石と前記磁性体との間隔と、予め求められた前記間隔に対応する補正量とに基づいて、前記第１アクチュエータを駆動する際に前記天板に作用する前記第２方向の力を低減するように前記リニアモータを制御することを特徴とする位置決め装置。
4. 基板ステージと、前記基板ステージ上の基板にパターンを投影する投影系とを備え、前記基板ステージが請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置決め装置によって位置決めされることを特徴とする露光装置。
5. 基板上に感光剤を塗布する工程と、
   請求項４に記載の露光装置によって前記感光剤にパターンを転写又は描画する工程と、
   前記パターンを現像する工程とを含むリソグラフィー工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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