JP5878676B2 - 位置決めの装置、制御装置及び制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、位置決めの装置、制御装置及び制御方法に関する。
位置決め装置は、一般に、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３から既知である。
高精度の位置決め装置の既知の構成は、互いの上部に積み重ねられた２つ以上のステージを有しており、少なくとも上部ステージは、６つの自由度で完全に浮上(floating)している。この構成の上部ステージは、典型的には、垂直方向の制限されたストローク（１ミリメートル（ｍｍ）まで）と、水平方向の少なくとも1つの制限されたストロークとを有する。この上部ステージより下にあるステージは、その水平方向に長ストロークを提供する。
上部ステージは、典型的には、位置決めされた物体を保持しており、大抵の場合に、この物体を変形させないように、非常に安定した温度及び一様な温度分布の要件を有することが必要になる。従って、上部ステージ構造体の残りの部分までにアクチュエータからの熱の伝達を制限することは重要である。通常、水冷が、アクチュエータからの熱を離れた位置に輸送するために使用される。しかしながら、この水冷方式は、上部ステージステージへの機械的接続部を形成し、この上部ステージの動的性能を低下させる。
欧州特許出願公開第０４２１５２７号明細書 国際公開２００４／０５５６０７号 国際公開２００７／０５７８４２号
本発明の目的は、非常に安定した温度、非常に低い消費電力、及び一様な温度分布を有するような位置決め装置を提供することである。
本発明の他の目的は、非常に安定した温度、非常に低い消費電力、及び一様な温度分布を提供するように、位置決め装置を制御するために、この位置決め装置で使用するための制御装置及び制御方法を提供することである。
本発明の一態様では、位置決め装置が提示される。この位置決め装置は：
１つ又は複数の支持要素を有する支持体配置と；
支持要素によって支持されるとともに、この支持要素に対して移動方向に可動であるような長ストローク・ステージであって、この長ストローク支持要素は、長ストローク支持要素によって支持される長ストローク・ステージ担持要素を有する、長ストローク・ステージと；
長ストローク・ステージに対して移動方向に可動である短ストローク・ステージであって、短ストローク支持は、短ストローク支持要素によって支持される短ストローク・ステージ担持要素を有する、短ストローク・ステージと；
ここで、長ストローク・ステージ又は短ストローク・ステージは、間にギャップをあけて一定距離で互いに対向して配置された２つのアクチュエータを担持しており、各アクチュエータは、強磁性ヨークと、この強磁性ヨークの磁束経路に配置された磁石とを有しており、長ストローク・ステージ又は短ストローク・ステージの一方が、これらアクチュエータの間に配置された強磁性の中央要素を含み、
最初に、長ストローク・ステージを所望の移動方向とは反対の逆方向に移動させることにより、及び／又は、長ストローク・ステージの静止状態における強磁性の中央要素とそれに近い方のアクチュエータとの間の距離よりも小さい距離だけ、所定時間、短ストローク・ステージを所望の移動方向に移動させ、その後、長ストローク・ステージを所望の移動方向に移動させることにより、長ストローク・ステージ及び短ストローク・ステージの所望の移動方向への移動を開始するための制御装置と；を有する。
本発明の別の態様では、上記位置決め装置で使用するための制御装置が提示される。この制御装置は、長ストローク・ステージを所望の移動方向とは反対の逆方向に移動させ、及び／又は所定の時間間隔に亘って且つ強磁性の中央要素と長ストローク・ステージの静止状態における最近接のアクチュエータとの間の距離よりも小さい距離に亘って、短ストローク・ステージを所望の移動方向に移動させ、その後、長ストローク・ステージを所望の移動方向に移動させることにより、長ストローク・ステージ及び短ストローク・ステージの所望の移動方向への移動を開始するように構成される。
本発明のまた他の態様では、上記位置決め装置で使用するための対応する制御方法が提示される。
本発明のさらに別の態様では、この制御方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムコード手法を含むようなコンピュータ・プログラムが提供され、このコンピュータ・プログラムがコンピュータ上で実行される。
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定されている。特許請求の範囲に記載された制御装置、制御方法、及びコンピュータ・プログラムは、特許請求の範囲に記載された位置決め装置及び従属請求項に規定されるものと類似の及び／又は同一の好ましい実施形態を有することを理解すべきである。
本発明は、長ストローク・ステージ及び短ストローク・ステージの積み重ねられたステージ構成を提供するという考えに基づいている。好ましくは、短ストローク・ステージは、６ＤＯＦ（自由度）の上部浮上式ステージであり、底部ステージは、両方のステージの全質量体を特定の移動方向に加速させるような力を形成するような長ストローク・ステージである。上部ステージは、底部ステージに対して移動せず、こうして物理的な作用を全く与えないが、上部ステージを同じ方向に加速する力を生成する必要がある。典型的には、この力は、電磁アクチュエータのコイルを流れる電流によって生成され、こうして熱を発生する。本発明は、長ストローク・ステージ又は短ストローク・ステージに取り付けられた２つの対向するアクチュエータのゼロ電流によって得られる力のギャップ依存性を使用して、この問題を克服する。
特に、２つの対向するアクチュエータ（好ましくはハイブリッド・リラクタンス・アク
チュエータである）から得られた力のギャップ依存性を使用して、アクチュエータの方向における加速中のこれらのアクチュエータの消費電力を制限する。アクチュエータのこのギャップ依存性を利用するために、２つの対向するアクチュエータから得られる力が、一方のステージ、好ましい実施形態では短ストローク・ステージを必要な移動方向に加速させるように、加速の移動方向における短ストローク・ステージの少なくとも一部と長ストローク・ステージとの間のギャップが、他方のステージによって、好適には長ストローク・ステージによって、能動的に変更される。この力を生成するために電流は全く又はほんの少ししか必要とされず、結果的に、この力を生産するために全く熱は発生しない。
一般的には、位置決め装置の長ストローク・ステージ及び短ストローク・ステージの一部は、交換でき、同様に、動作シーケンス、すなわちこれらステージの配置及びこれらステージの移動の経時的な順序を表すいくつかの実施形態が本発明に従って可能である。特に、所望の移動方向の逆方向への初期加速中に、加速されたステージ（特に、その強磁性の中央要素）がアクチュエータに対して非対称な、中心が外れた（バランスの崩れた）状態であることをもたらす任意の移動シーケンスが、ストロークを制御するために本発明に従って使用され得る。さらに、同じ考えを、減速のために使用することができる。
提案される位置決め装置は、ハイブリッドア・リラクタンス・アクチュエータを、長ストローク・ステージ又は短ストローク・ステージのアクチュエータとして使用し、これらアクチュエータは、永久磁石の使用によってハイブリッドとなる。別の実施形態では、永久磁石を用いないアクチュエータ、すなわちリラクタンス・アクチュエータが、使用される。このようなハイブリッド・リラクタンス・アクチュエータ及び（長）短い作動ストローク及び長い作動ストロークでのそれらアクチュエータの使用は、一般に、上述した特許文献３、及び、Vrijsen N. H., “Comparison of linear voice coil and reluctance actuators for high-precision application”, Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2010 14th International Conference, 6-8 SepＴ２010，から既知であり、これらの文書は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
本発明は、低減された冷却ニーズのために、通常は寿命を制限する冷却ホースの必要性が低減するので、向上した寿命性能の利点を有している。さらに、下のステージに予測不能な機械的リンクを形成する冷却ホースのニーズが存在しないので、動的性能が増大され、上部ステージの性能が改善される。さらに、ステージへの削減されたホースの数によって、システムの複雑さ及びコストが削減される。最終的に、水ホースが、真空システムにおける放出ガス量の大部分を消費するので、位置決め装置は、汚染されない。
一般に、ヨークは、任意の形態を有してもよい。一実施形態では、ヨークは、それぞれ所望の方向に磁束を十分に導くようなＥ字形状、Ｕ字形状又はＣ字形状である。
好ましくは、ヨークは、それぞれＥ字形状であり、磁石は、それぞれのヨークの中央脚部の上部に配置された永久磁石であり、これは完全にパッシブな(passive)実施形態を表す。この実施形態では、電流が必要とされない。
別の実施形態では、ヨークは、それぞれＥ字形状であり、磁石は、それぞれのヨークの中央脚部の周りに巻回されたコイルによって形成された電磁石である。この実施形態では、非常に小さい（構成）が実現されるので、効率性がより増し、ギャップが小さくなればなる程、アクチュエータがより効率的になる。
さらに別の実施形態では、ヨークは、それぞれＥ字形状であり、磁石は、それぞれのヨークの中央脚部の上部に配置された永久磁石と、それぞれのヨークの中央脚部の周りに巻回されたコイルによって形成された電磁石とを含んでいる。すなわち、ハイブリッド・リラクタンス・アクチュエータが使用される。この実際の構成では、短ストローク・ステージの短ストロークが、Ｅ字形状のヨークの中間脚部の周りに巻回されたコイルを有し且つこの中間脚部の上部に取り付けられた永久磁石を有するＥ字形状のヨークを構成するハイブリッド・リラクタンス・アクチュエータを使用して作動される。永久磁石によって発生するこのようなハイブリッド・アクチュエータによるゼロ電流の引張力は、垂直方向の重力によって、及び第２のハイブリッド・アクチュエータが水平方向に逆方向に引っ張ることによって相殺される。２つの反対向きの力は、１つの特定のギャップサイズにおいてのみ等しくなる。他の全てのギャップサイズでは、得られる力は、短ストローク・ステージ上に残る。これは永久磁石のみがアクチュエータにおいて磁石として使用される場合にも当てはまる。
さらに、一実施形態では、ヨークの中央脚部の周りに巻回されたコイルを有する位置決め装置は、強磁性の中央要素の位置を安定化及び／又は制御するためにコイルに電流を供給するため電流源をさらに有する。
Ｕ字形状又はＣ字形状のヨークの場合には、磁石は、磁石のＮ−Ｓ極の方向が、ヨークを通る磁束経路と一致する限り、ヨークの任意の場所に設けてもよい。
好ましい実施形態では、制御ユニットは、最初に、長ストローク・ステージを逆方向に移動させることにより、及び／又は、強磁性の中央要素がアクチュエータと接触しないような距離だけ、所定時間、短ストローク・ステージを所望の移動方向に移動させることにより、長ストローク・ステージの所望の移動方向への移動を開始するように構成される。この目的のために、制御ユニットは、予めプログラムすることができ、又は（その場で）適応制御を提供することができる。さらに別の実施形態では、追加のフィーバックシステム（制御ループ）が、モータギャップを制御又は安定化させるために提供される。例えば、フィーバックシステムは、２つの短ストローク・アクチュエータ電流の和を入力値として有しており、その出力は、長ストローク設定点に追加される。
有利には、制御ユニットは、長ストローク・ステージ及び／又は短ストローク・ステージの移動を行うための移動用アクチュエータと、この移動用アクチュエータ制御するためのコントローラとを含む。任意の種類のアクチュエータを、この目的のために提供することができる。
好ましくは、２つのアクチュエータは、長ストローク・ステージ担持要素に取り付けられており、強磁性の中央要素は、短ストローク・ステージ担持要素に取り付けられている。あるいはまた、２つのアクチュエータは、短ストローク・ステージ担持要素に取り付けられており、強磁性の中央要素は、長ストローク・ステージ担持要素に取り付けられている。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態（複数可）から明らかになり且つこの実施形態（複数可）を参照して説明される。
本発明による位置決め装置を含むウエハ・スキャナの実施形態の概略図である。 初期段階おける本発明による位置決め装置の実施形態の概略図である。 動作の加速段階中の、初期段階を示す時間に対する短ストローク・ステージ及び長ストローク・ステージの移動曲線を示す図である。 長ストローク・ステージと短ストローク・ステージとの設定点を示す図である。 長ストローク・ステージと短ストローク・ステージとの間のギャップを示す図である。 得られたゼロ電流強度を示す図である。 第１の移動段階における図２に示される位置決め装置の概略図である。 第１の移動段階を示す時間に対する短ストローク・ステージ及び長ストローク・ステージの移動曲線を示す図である。 第２移動段階における図２に示される位置決め装置の概略図である。 第２の移動段階を示す時間に対する短ストローク・ステージ及び長ストローク・ステージの移動曲線を示す図である。 第３の移動段階における図２に示される位置決め装置の概略図である。 第３の移動段階を示す時間に対する短ストローク・ステージ及び長ストローク・ステージの移動曲線を示す図である。 初期段階における本発明による位置決め装置の別の実施形態の概略図である。
図１には、本発明による位置決め装置２（ウエハ・ステージとも呼ばれる）を含むウエハ・スキャナ１の概略図が示されている。ウエハ・スキャナ１は、光源３（特に、レーザー）をさらに有しており、この光源３は、レチクル・ステージ６により保持されたレチクル（マスク）５の方向に光ビーム４を放射する。この光ビームは、その後、投影レンズ７により、位置決め装置２の上部に置かれたウエハ９上に集束されるような集束ビーム８に変換される。ウエハ９の位置決めに高い精度を提供するために、位置決め装置２は、互いにその上に積み重ねられた２つのステージを有しており、具体的には、長ストローク・ステージ２０の上に積み重ねられた短ストローク・ステージ５０を有する。例示的な実施形態では、短ストローク・ステージ５０は、ナノメートルの精度でミリメートル（ｍｍ）の範囲のストロークを有する一方、長ストローク・ステージ２０は、サブマイクロメートル（μｍ）の精度でセンチメートル（ｃｍ）又はメートル（ｍ）の範囲のストロークを有する。これら２つのステージの間に、この例示的な実施形態では、ｚ方向アクチュエータ８０が、短ストローク・ステージ５０のz方向への移動を提供するために設けられている。長ストローク・ステージ２０と長ストローク・ステージ担持要素１１との間に、１つ又は複数の磁気軸受９０が設けられる。
通常、ボイスコイル（ローレンツ）アクチュエータは、動作について力の変動が低いため、高精度用途に適用される。今日では、スループット（処理能力）及び精度が、新たなウエハ・スキャナの開発において主要な課題である。スループットを増大させるために、短ストローク・ステージの重量が低減され、こうして、ウエハ・ステージは、剛体とみなすことができなくなっている。z方向の動力学を制御するために、リラクタンス・アクチュエータが検討され、Ｃ字形状コア・リラクタンス・アクチュエータの消費電力が、ボイスコイルアクチュエータと比較してはるかに低くすることができることが見出された。
また、力を２つの方向に加えることができるアクチュエータ又は永久磁石を用いて予めバイアスするアクチュエータ等の、他のリラクタンス・アクチュエータトポロジが検討された。２方向の力が、この用途に必要であり、予めバイアスすることによって、静的消費電力を低減することができる。
位置決めされる物体を保持する短ストローク・ステージは、大抵の場合、６ＤＯＦ（自由度）の浮上式ステージによって実現される。いくつかの実施形態では、短ストローク・ステージを、ｘ方向及び／又はｙ方向に短ストロークだけ移動させることができる。しかしながら、他の実施形態では、短ストローク・ステージ（すなわち、上部ステージ）は、例えばｘ方向に長ストローク（例えば、＋／−３６０ｍｍだけ）を有しており、他の全ての方向に短ストローク（例えば、＋／−０．３ｍｍだけ）を有している。こうして、このステージは、短ストロークＹと呼ぶことにする。
下にある長ストローク・ステージも、多くの場合、６自由度の浮上式ステージによって実現される。いくつかの実施形態では、長ストローク・ステージは、ｘ方向及び／又はｙ方向に長ストロークで移動させることができる。しかしながら、他の実施形態では、長ストロークは、ｙ方向に長ストローク（例えば、＋／−１５０ｍｍだけ）を有しており、他の全ての方向に短ストローク（例えば、＋／−０．５ｍｍだけ）を有している。こうして、このステージは、長ストロークＹと呼ぶことにする。
以下では、（ｙ方向の長ストローク・ステージ及びｙ方向の短ストローク・ステージを有する）このような実施形態を使用して、本発明の詳細を説明する。もっとも、本発明は、短ストローク及び長ストロークが他の方向に配置されるような他の実施形態でも使用することができる。
図２Ａには、初期段階における本発明による位置決め装置２ａの実施形態の側面図が示されている。図２Ｂには、移動曲線（すなわち、時間tに対する移動位置Ｐ）の図が示されており、短ストローク・ステージ２０の移動曲線（移動曲線Ｃ２０）及び、長ストローク・ステージ５０の移動曲線（移動曲線Ｓ５０）が示されている。さらに、短ストローク・ステージ５０の加速度Ａ５０が、図２Ｂに示されている。初期段階が、図２ＢのＴ０として示されている。
位置決め装置２ａは、１つ又は複数の支持要素１１，１２，１３を含むような支持体配置１０を含む。長ストローク・ステージ支持要素１１は、長ストローク・ステージ２０を支持しており、短ストローク支持要素１２，１３は、短ストローク・ステージ２０を支持する。
長ストローク・ステージ２０は、長ストローク・ステージ要素１１に対して移動方向Ｍ（この実施形態では、Ｙ方向に対応する）に移動可能である。その長ストローク・ステージは、長ストローク・ステージ支持要素１１によって支持される長ストローク・ステージ担持要素２１と、この長ストローク・ステージ担持要素２１によって担持される２つのアクチュエータ３０，４０とを有する。アクチュエータ３０，４０は、間にギャップＧを有した状態で、一定距離で互いに対向して配置される。各アクチュエータ３０，４０は、強磁性のＥ字形状ヨーク３１，４１と、それぞれのＥ字形状ヨーク３１，４１の各磁束経路内に配置された永久磁石３３，４３とを含む。南−北の軸が、特に、それぞれのＥ字形状ヨーク３１，４１の中央脚部３４，４４に沿って配置されている。すなわち、Ｎ極が、強磁性の中央要素５２と対向する磁石先端に配置されており、Ｓ極が、それぞれのＥ字形状ヨークの主要バーに対向する側に配置される、又はその逆に配置される。さらに、この実施形態では、電磁石３３，４３が、それぞれのＥ字形状ヨーク３１，４１の中央脚部３４、４４の周りに巻回されたコイルによって形成される。
短ストローク・ステージ５０も、長ストローク・ステージ２０に対して移動方向Ｍに移動可能である。その短ストローク・ステージは、短ストローク支持要素１２，１３によって支持された短ストローク・ステージ担持要素５１と、アクチュエータ３０，４０の間に配置された、すなわちギャップＧを有した状態の強磁性の中央要素５２と、を有する。
初期段階において、強磁性の中央要素５２は、ギャップＧ内の中央に、すなわち、左側のアクチュエータ３０と強磁性の中央要素５２との間の距離ｄ１と、右側のアクチュエータ４０と強磁性の中央要素５２との間の距離ｄ２とが、等しくなるような位置に配置される。
また、制御ユニット６０が、長ストローク・ステージ２０及び短ストローク・ステージ５０の所望の移動方向Ｍ１の移動を開始するために設けられる。この目的のために、この移動は、最初に、長ストローク・ステージ２０を所望の移動方向Ｍ１とは反対の逆方向Ｍ２に移動させることによって、及び／又は、長ストローク・ステージ２０の（図２Ａに示されるような）静止状態における強磁性の中央要素５２とそれに近い方のアクチュエータ３０，４０との間の距離ｄより小さい距離だけ、所定時間、短ストローク・ステージ５０を所望の移動方向Ｍ１に移動させて、その後、長ストローク・ステージ２０を所望の移動方向Ｍ１に移動することによって、制御される。これは、時系列で異なる移動状態を示す図３〜図５を参照して以下で詳細に説明する。
提案する制御は、（両方のステージ２０，５０を有する）ステージ・アセンブリ全体が、所望の移動方向（この例ではｙ方向）に加速される場合に、特に使用される。一般に、長ストローク・ステージ２０は、長ストローク・ステージ２０及び短ストローク・ステージ５０の両方を加速するために十分に大きな力を発生する。しかしながら、短ストローク・ステージ５０は、長ストローク・ステージ２０がｙ方向に加速する限り、その短ストローク・ステージ自体を加速するためにｙ方向に力を発生させなければならない。
この力を発生させるために、長ストローク・ステージ２０と短ストローク・ステージ５０との間のギャップ（図２Ａにｄによって示される）を、本発明に従って変更する。これを実現するために、長ストローク・ステージ２０のｙ方向の設定点は、短ストローク・ステージ５０のｙ方向の設定点とは異なる。長ストローク・ステージ２０の設定点は、短ストローク・ステージ５０の設定点の位置を考慮し、且つ短ストローク・ステージを加速するために必要な力を発生させるために必要なギャップを追加することによって計算される。すなわち、Ｐ長ストローク＝Ｐ短ストローク＋Ｐギャップ・オフセットであり、ここでＰギャップ・オフセットは、加速中に非ゼロの値であり、且つ好ましくは必要なギャップ・オフセットを計算するために、アクチュエータのモデルを使用するような関数である。
好ましくは図２Ａに示されるように、制御ユニット６０は、長ストローク・ステージ２０の移動を行うための移動用アクチュエータ６１と、この移動用アクチュエータ６１を制御するためのコントローラ６２とを含む。また、電流源７０は、好ましくは、強磁性の中央要素５２の位置を安定化及び／又は制御するために電流をコイル３３，４３に供給するように設けられる。好ましくは、この目的のために、位置検出装置、例えば干渉計が、固定された環境に設けられる。
図３Ａには、ｙ方向の加速時の長ストローク・ステージ（曲線Ｐ２０）及び短ストローク・ステージ（曲線Ｐ５０）の設定点の例示的な図が示されている。この図は、短ストロークの３次の(third order)設定点を示している。長ストローク・ステージ２０に対して、これは長ストロークの加速に不連続性をもたらす。４次の(fourth order)設定点が短ストロークについて使用される場合に、この問題は解決される。図３Ｂは、ステージ同士の間の、すなわち、強磁性の中央要素５２とそれに近い方のアクチュエータ３０又は４０（移動方向によって決まる）との間の経時的なギャップサイズの図を示している。図３Ｃは、時間の経過と伴に、２つのアクチュエータの間の得られるゼロ電流力の図を示している。
別の移動の段階について、図４〜図６を参照して説明する。これらの図は、図２Ａに示される位置決め装置２ａの実施形態をその後の３つの移動の段階で示しており、且つそれぞれの移動位置を示す移動曲線の図を示している。
図４Ａには、図４Ｂに時間Ｔ１で示される第１の移動位置にある位置決め装置２ａが示されている。この移動段階では、長ストローク・ステージ２０は、逆方向Ｍ２、すなわち所望の移動方向Ｍ１とは反対方向に移動することにより、バイアス力を意図的に形成する。これは、図４Ｂにおいて、時間Ｔ１でのゼロ・ラインより下の（長ストローク・ステージの位置を示す）曲線Ｃ２０により確認することができる。強磁性の中央要素５２は、ここではもはやギャップＧ内の中央に配置されておらず、距離ｄ１は、距離ｄ２が減少するにつれて、増加する。これによって、短ストローク・ステージ５０が、図４Ｂに示されるように、時間Ｔ１でゼロ・ラインより上にある（短ストローク・ステージの位置を示す）それぞれの曲線Ｃ５０で示されるような移動方向Ｍ１に移動が開始されることがもたらされる。この加速する運動は、磁石４２によって及ぼされる磁力によってのみ（最良の場合に）達成される。単にコイルが磁石の実施形態では、その磁力は、主にリラクタンス・アクチュエータをより効率的にするのに役立つ。
長ストローク・ステージ２０は、例えばアクチュエータ（図示せず）により、短ストローク・ステージ５０がそれに近い方のアクチュエータ、ここではアクチュエータ４０と接触しないような期間及び／又は距離だけ、移動される。こうして、長ストローク・ステージ５０が逆方向Ｍ２に最初の初期移動を行った後に、その長ストローク・ステージは、その後、例えばアクチュエータ（図示せず）によって、図５Ａ及び図５Ｂに示されるように所望の移動方向Ｍ１に移動され、これは、図５Ｂに時間Ｔ２で示される第２の移動位置を示す。この状態では、短ストローク・ステージが、磁石４２によって及ぼされるバイアス磁力を利用して速度を増加させて移動方向への移動を継続するように、短ストローク・ステージ５０の加速は一定である。
図６Ａは、図６Ｂに時間Ｔ３で示される第３の移動位置にある位置決め装置２ａを示す。この移動段階では、短ストローク・ステージ５０の及び長ストローク・ステージ２０の加速度は、ゼロに減少される（ジャーク段階（Jerk phase））。この移動段階の後に、短ストローク・ステージ５０の及び長ストローク・ステージ２０の速度は、一定になり、図２Ａに示される初期段階のように、強磁性の中央要素５２は、ギャップＧ内の中央に配置される。すなわち、距離ｄ１とｄ２とが、等しくなる。結果として、磁石４２（又はマグネット３２）によって、さらなるバイアス磁力が、強磁性の中央要素５２に与えられることはない。
こうして、長ストローク及び短ストロークを有する位置決め装置２ａによって、アクチュエータ構成は、高い位置決め精度（例えば、ｎｍ範囲）を達成するために使用される。この実施形態では、ハイブリッド型リラクタンス・アクチュエータは、永久磁石からのバイアス磁束とともに使用される。経路プランニングでは、このリラクタンスモータのギャップを制御して、バイアス力を意図的に誘導し、このバイアス力を短ストローク・ステージの移動を開始するために利用する。これは、ステージ・アセンブリの電気的な作動装置（モーターとも呼ばれる）が、安定化のためにだけ必要とされ（モーターは、本質的に不安定平衡に作用する）、実質的にゼロ消費電力が得られるという利点を提供する。殆ど電力を用いないので、アクチュエータを制御する別の方法、例えばＥ字形状コアアクチュエータの磁気抵抗を操作する方法を用いることができる。
図２，４〜６に示される位置決め装置２ａの実施形態の変形例では、最初に長ストローク・ステージ２０を逆方向に移動して、磁石４２を用いて、強磁性の中央要素へのバイアス力の生成を実現するのではなく、最初に短ストローク・ステージ５０を所望の移動方向Ｍ１に移動させて、距離ｄ２を減少させることができる。この段階の間では、長ストローク・ステージ２０は、能動的に移動されない。これによって、図４Ａに示されるものと基本的に同じ状況になる。こうして、一実施形態では、アクチュエータが、短ストローク・ステージ５０のこの最初の移動を行うために提供される。あるいはまた、備える場合にはコイル３３，４３を、この目的のために使用することができる。その後、長ストローク・ステージ２０（随意に、短ストローク・ステージ５０も）は、両方のステージ２０，５０が加速されて、一定速度で移動するまで、所望の移動方向Ｍ１に移動される。
こうして、一定の速度軌跡で、短ストローク・ステージ５０は、長ストローク・ステージ２０に対して中心に再び移動する。減速時に、その短ストローク・ステージは、長ストローク・ステージ２０に対してＭ２の方向に移動する。
減速は、一般に加速として同じように作用するが、相対的な移動は逆方向になり、逆方向にバイアス力を形成する。
図７には、初期段階における本発明による位置決め装置２ｂの別の実施形態の概略図が示されている。この位置決め装置２ｂは、基本的には、位置決め装置２ａと同じ要素を有しているが、いくつかの要素が、ステージ２０，５０の間で交換される。特に、２つのアクチュエータ３０，４０は、短ストローク・ステージ５０の一部であり、且つ短ストローク・ステージ担持要素５１に取り付けられている。強磁性の中央要素５２は、長ストローク・ステージ２０の一部であり、且つ長ストローク・ステージ担持要素２１に取り付けられている。それとは別に、位置決め装置２ｂの制御及び機能は、実質的に、上述した位置決め装置２ａと同じである。すなわち、上述したように制御には２つのバリエーションが存在する。
特定の実施形態では、制御及び設定経路によって、モータコイルのリラクタンス力に加えて、両方の永久磁石によって提供される、短ストローク・ステージ５０に作用する加速力がもたらされる。
代替実施形態では、制御及び設定経路によって、永久磁石によって提供される、短ストローク・ステージ５０に作用する加速力がもたらされ、大部分の加速力は、短ストロークに作用する。
図面に示される実施形態では、両方の永久磁石３２，４２及び（基本的に、コイル３３，４３によって提供される）電磁石が設けられている。これらステージの上述した制御及び移動を行うためには、一般的に、永久磁石３２，４２又は（基本的には、コイル３３，４３によって提供される）電磁石のみを設けて、これらの磁石を特定の移動ステージにバイアス力を生成するために使用することが可能である。
本発明の潜在的な応用分野は、半導体製造装置、電子部品アセンブリ、機械装置、反応性の又は過酷な環境のサンプル及び／又は基板の位置決めを行うための汎用位置決めステージ（こうして、特にケーブル、スパーク、潤滑剤を殆ど又は全く必要としない）、真空環境用途での位置決め装置、及び生産設備等である。
本発明について、図面及び前述した説明において詳細に例証し且つ説明してきたが、このような例証及び説明は、例示的又は例証的なものであり、限定的なものとして考慮すべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形形態は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、請求項に記載された発明を実施する当業者によって理解され且つ実施することができる。
請求項において、用語「備える、有する、含む(comprising)」は、他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「１つの(a, an)」は、複数を排除するものではない。単一の要素又は他のユニットは、特許請求の範囲に記載されるいくつかのアイテムの機能を果たすことがある。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているとの単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
請求項における如何なる参照符号も、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (13)

  1. 位置決め装置であって、
    長ストローク支持要素によって支持され、該長ストローク支持要素に対して移動方向に可動である、長ストロークステージであって、前記長ストローク支持要素によって支持される長ストロークステージ担持要素を有する、長ストロークステージと、
    前記長ストロークステージに対して移動方向に可動である短ストロークステージであって、短ストローク支持要素によって支持される短ストロークステージ担持要素を有する、短ストロークステージと、
    制御ユニットと、
    を有し、
    前記長ストロークステージ又は前記短ストロークステージの一方は、間にギャップをあけて一定距離で互いに対向して配置された２つのアクチュエータを担持し、各アクチュエータは、強磁性ヨークと、該強磁性ヨークの磁束経路に配置された磁石とを有し、前記長ストロークステージ又は前記短ストロークステージの他方が、前記２つのアクチュエータ同士の間に配置された強磁性の中央要素を有し、
    前記制御ユニットは、最初に、前記長ストロークステージを所望の移動方向と反対の逆方向に移動させることによって、及び／又は、前記長ストロークステージの静止状態における前記強磁性の中央要素とそれに近い方のアクチュエータとの間の距離よりも小さい距離だけ、所定時間、前記短ストロークステージを前記所望の移動方向に移動させた後、前記長ストロークステージを前記所望の移動方向に移動させることによって、前記長ストロークステージ及び前記短ストロークステージの前記所望の移動方向への移動を開始させる、
    位置決め装置。
  2. 前記ヨークは、それぞれＥ字形状、Ｕ字形状又はＣ字形状である、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  3. 前記ヨークは、それぞれＥ字形状であり、前記磁石は、それぞれのヨークの中央脚部の上に配置された永久磁石である、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  4. 前記ヨークは、それぞれＥ字形状であり、前記磁石は、それぞれのヨークの中央脚部の周りに巻回されたコイルによって形成された電磁石である、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  5. 前記ヨークは、それぞれＥ字形状であり、前記磁石は、それぞれのヨークの中央脚部の上に配置された永久磁石と、それぞれのヨークの中央脚部の周りに巻回されたコイルによって形成された電磁石と、を有する、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  6. 前記強磁性の中央要素の位置を安定化及び／又は制御するために、コイルに電流を供給するための電流源をさらに有する、
    請求項４又は５に記載の位置決め装置。
  7. 前記制御ユニットは、最初に、前記長ストロークステージを前記逆方向に移動させることによって、及び／又は、前記強磁性の中央要素がアクチュエータと接触しない距離だけ、所定時間、前記短ストロークステージを前記所望の移動方向に移動させることによって、前記長ストロークステージの前記所望の移動方向への移動を開始するように構成される、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  8. 前記制御ユニットは、前記長ストロークステージ及び／又は前記短ストロークステージの移動を行うための移動用アクチュエータと、該移動用アクチュエータを制御するためのコントローラと、を有する、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  9. 前記２つのアクチュエータは、前記長ストロークステージ担持要素に取り付けられ、前記強磁性の中央要素は、前記短ストロークステージ担持要素に取り付けられる、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  10. 前記２つのアクチュエータは、前記短ストロークステージ担持要素に取り付けられ、前記強磁性の中央要素は、前記長ストロークステージ担持要素に取り付けられる、
    請求項１に記載の位置決め装置。
  11. 位置決め装置で使用するための制御装置であって、
    前記位置決め装置は、
    長ストローク支持要素によって支持され、該長ストローク支持要素に対して移動方向に可動である、長ストロークステージであって、前記長ストローク支持要素によって支持される長ストロークステージ担持要素を有する、長ストロークステージと、
    前記長ストロークステージに対して移動方向に可動である短ストロークステージであって、短ストローク支持要素によって支持される短ストロークステージ担持要素を有する、短ストロークステージと、を有し、
    前記長ストロークステージ又は前記短ストロークステージの一方は、間にギャップをあけて一定距離で互いに対向して配置された２つのアクチュエータを担持し、各アクチュエータは、強磁性ヨークと、該強磁性ヨークの磁束経路に配置された磁石とを有し、前記長ストロークステージ又は前記短ストロークステージの他方が、前記２つのアクチュエータ同士の間に配置された強磁性の中央要素を有し、
    前記制御装置は、最初に、前記長ストロークステージを所望の移動方向と反対の逆方向に移動させることによって、及び／又は、前記長ストロークステージの静止状態における前記強磁性の中央要素とそれに近い方のアクチュエータとの間の距離よりも小さい距離だけ、所定時間、前記短ストロークステージを前記所望の移動方向に移動させた後、前記長ストロークステージを前記所望の移動方向に移動させることによって、前記長ストロークステージ及び前記短ストロークステージの前記所望の移動方向への移動を開始するように構成される、
    制御装置。
  12. 位置決め装置で使用するための制御方法であって、
    前記位置決め装置は、
    長ストローク支持要素によって支持され、該長ストローク支持要素に対して移動方向に可動である、長ストロークステージであって、前記長ストローク支持要素によって支持される長ストロークステージ担持要素を有する、長ストロークステージと、
    前記長ストロークステージに対して移動方向に可動である短ストロークステージであって、短ストローク支持要素によって支持される短ストロークステージ担持要素を有する、短ストロークステージと、を有し、
    前記長ストロークステージ又は前記短ストロークステージの一方は、間にギャップをあけて一定距離で互いに対向して配置された２つのアクチュエータを担持し、各アクチュエータは、強磁性ヨークと、該強磁性ヨークの磁束経路に配置された磁石とを有し、前記長ストロークステージ又は前記短ストロークステージの他方は、前記２つのアクチュエータ同士の間に配置された強磁性の中央要素を有し、
    前記制御方法は、最初に、前記長ストロークステージを所望の移動方向と反対の逆方向に移動させることによって、及び／又は、前記長ストロークステージの静止状態における前記強磁性の中央要素とそれに近い方のアクチュエータとの間の距離よりも小さい距離だけ、所定時間、前記短ストロークステージを前記所望の移動方向に移動させた後、前記長ストロークステージを前記所望の移動方向に移動させることによって、前記長ストロークステージ及び前記短ストロークステージの前記所望の移動方向への移動を開始させるステップを有する、
    方法。
  13. 請求項１２に記載の方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムコー手法を含むコンピュータ・プログラムであって、前記コンピュータ・プログラムは、コンピュータ上で実行される、コンピュータ・プログラム。
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