JP6881061B2 - 平面ステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラテン上を移動体が移動する平面ステージ装置に関する。

従来、ベース平面に対応するスライダを水平方向に移動させる平面ステージ装置が知られている。例えば、特許文献１には、碁盤目状に凸極が設けられた平面を有する板状のプラテンを備え、当該プラテンの平面上を移動体が移動する平面ステージ装置が開示されている。この平面ステージ装置では、プラテン上において、エアの作用により浮上した状態の移動体に対して磁力を印加し、当該移動体とプラテンにおける凸極との間の磁界を変化させることにより、移動体をプラテン上において水平移動させるようにしている。
このような構成を有する平面ステージ装置は、サーフェスモータステージ装置、ソーヤモータステージ装置などと称され、露光装置やレーザ加工装置のステージなどに使用される。

特開平９−２３６８９号公報

上記のような平面ステージ装置では、水平方向においてはプラテン上の移動体がスムーズに移動し、重力方向においては負荷荷重や押し付け力に対する移動体の変化が小さい（縦剛性が高い）ことが望まれる。
上記の縦剛性を高めるためには、プラテンと移動体との間のエアギャップを小さくする必要がある。しかしながら、プラテンと移動体との間のエアギャップを小さくした場合、プラテンに凹凸があると、プラテン上において移動体をスムーズに移動させることができない。例えば、プラテンの凸部を移動体が乗り越えようとするとき、移動体の周辺部で所望のエアギャップを維持しようとすると、移動体の中央部の下面がプラテンの凸部の頂部と接触し、移動体の移動が妨げられる。

発明者らは繰り返し実験を行った結果、プラテン上において移動体をスムーズに移動させるためには、プラテンの平面度（ピーク・トゥ・ピークの値）を、例えば、ギャップ幅の１／１０以下にする必要があるという知見を得た。例えば、１５μｍのギャップで移動体を移動させるためには、プラテンには１．５μｍの平面度が必要となる。ところが、このような高い精度でプラテンを加工することは難しく、コストアップにもつながる。
そこで、本発明は、プラテンの高い加工精度を必要とすることなく、移動体の縦剛性を確保し、移動体をスムーズに移動させることができる平面ステージ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る平面ステージ装置の一態様は、水平面を形成するプラテン上を、前記水平面において直交する第一軸および第二軸の各軸方向に移動可能な移動体を備える平面ステージ装置であって、前記移動体は、ステージと、前記ステージの下面に１ヶ所以上取り付けられ、前記ステージを前記プラテン上に浮上させるとともに、前記ステージの重力方向の剛性を確保するエアベアリングと、前記ステージの下面に前記エアベアリングとは別個に取り付けられ、当該ステージを水平方向に駆動する平面モータの移動子と、前記移動子を、前記ステージに対して重力方向に自由度を有し、かつ前記ステージに対する水平方向の移動が規制されるように前記ステージに連結する連結部材と、を備える。
このように、ステージの重力方向の剛性を確保するエアベアリングと、ステージを水平方向に駆動する平面モータの移動子とを別部材により構成する。これにより、エアベアリングにより高剛性を実現しつつ、平面モータの移動子とプラテンとの間の空隙を十分確保することができる。したがって、プラテンに多少の凹凸が存在する場合であっても、移動体をスムーズに移動させることができる。
また、平面モータの移動子は、連結部材を介して水平方向の推力をステージに適切に伝え、重力方向の力はステージに伝えないようすることができる。したがって、平面モータの移動子の移動に伴って移動体全体が重力方向に移動することを抑制しつつ、適切に移動体を水平方向に移動させることができる。

また、上記の平面ステージ装置において、前記エアベアリングは、前記ステージの３ヶ所に設けられていてもよい。この場合、ステージをプラテンに対して３点で支持することができ、ステージの平面位置を適切に決定することができる。

さらに、上記の平面ステージ装置において、前記連結部材は、板ばね状のフレクチャ・ヒンジにより構成されていてもよい。この場合、ステージと平面モータの移動子との隙間を狭くすることができるので、移動体の高さ方向（重力方向）における小型化を図ることができる。
また、上記の平面ステージ装置において、前記フレクチャ・ヒンジは、前記移動子を、前記第一軸および前記第二軸の少なくとも一方の軸を中心として、前記ステージに対して相対的に回動可能に連結していてもよい。この場合、平面モータの移動子を、ピッチ方向およびロール方向の少なくとも一方に回動可能とすることができる。したがって、移動体移動時に平面モータの移動子がピッチングやローリングをしたとしても、その動きは平面モータの移動子だけにとどまり、ステージには伝わらないようにすることができる。その結果、平面モータの移動子のピッチングやローリングに起因して移動体全体が揺れることを抑制し、移動体端部とプラテンとの接触を回避することができる。

さらにまた、上記の平面ステージ装置において、前記移動子は、前記プラテンに対してエアによる浮力を得るためのエア噴出部を備えていてもよい。このように、平面モータの移動子自身に浮力を持たせることで、平面モータの移動子とプラテンとの接触を適切に防止することができる。
また、上記の平面ステージ装置において、前記エアベアリングと前記プラテンとの間の空隙は、前記移動子と前記プラテンとの空隙よりも小さくてもよい。これにより、エアベアリングにより効果的に重力方向の剛性を高めることができるとともに、平面モータとプラテンとの接触を適切に防止することができる。
さらに、上記の平面ステージ装置において、１つの前記エアベアリングの前記プラテンと対向する面の面積は、前記移動子の前記プラテンと対向する面の面積よりも小さくてもよい。このように、１つのエアベアリングのプラテンと対向する面の面積を小さくすることで、エアベアリングによる高剛性を実現しつつ、エアベアリングとプラテンとの接触を適切に防止することができる。

また、上記の平面ステージ装置において、前記ステージの下面に前記移動子とは別個に取り付けられ、当該ステージの姿勢を制御する姿勢制御部をさらに備えていてもよい。このように、姿勢制御部を備えることで、移動体のチルト制御やロール制御等も可能となり、平面モータによる移動制御と併せて移動体の６軸制御を可能とすることもできる。これにより、例えば、平面ステージ装置を投影露光装置のワークステージに適用した場合、焦点深度の浅い高解像度の投影レンズにも適切に対応することができる。

さらに、本発明に係る平面ステージ装置の一態様は、水平面を形成するプラテン上を、前記水平面において直交する第一軸および第二軸の各軸方向に移動可能な移動体を備える平面ステージ装置であって、前記移動体は、ステージと、前記ステージの下面に１ヶ所以上取り付けられ、前記ステージを前記プラテン上に浮上させるとともに、前記ステージの重力方向の剛性を確保するエアベアリングと、前記ステージの下面に前記エアベアリングとは別個に複数に分割されて取り付けられ、当該ステージを水平方向に駆動する平面モータの移動子と、複数に分割されたそれぞれの前記移動子を、前記ステージに対して重力方向に自由度を有し、かつ前記ステージに対する水平方向の移動が規制されるように前記ステージに連結する連結部材と、を備える。
このように、ステージの重力方向の剛性を確保するエアベアリングと、ステージを水平方向に駆動する平面モータの移動子とを別部材により構成する。これにより、エアベアリングにより高剛性を実現しつつ、平面モータの移動子とプラテンとの間の空隙を十分確保することができる。したがって、プラテンに多少の凹凸が存在する場合であっても、移動体をスムーズに移動させることができる。
また、平面モータの移動子は、連結部材を介して水平方向の推力をステージに適切に伝え、重力方向の力はステージに伝えないようすることができる。したがって、平面モータの移動子の移動に伴って移動体全体が重力方向に移動することを抑制しつつ、適切に移動体を水平方向に移動させることができる。また、移動子を複数に分割することで、より適切に平面ステージの移動体とプラテンとの接触を回避することができる。

また、上記の平面ステージ装置において、前記連結部材は、複数に分割されたそれぞれの前記移動子に連結される１つの部材で構成されていてもよい。このように、連結部材を１つの部材で構成すれば、複数に分割されたそれぞれの移動子間における水平方向の位置を規定することができる。
さらに、上記の平面ステージ装置において、前記連結部材は、複数に分割されたそれぞれの前記移動子に連結される複数の部材で構成されていてもよい。このように、連結部材を複数の部材で構成すれば、複数に分割されたそれぞれの移動子の重力方向における自由度を十分に高めることができる。

また、上記の平面ステージ装置において、前記連結部材は、板ばね状のフレクチャ・ヒンジにより構成されていてもよい。この場合、ステージと平面モータの複数の移動子との隙間を狭くすることができるので、移動体の高さ方向（重力方向）における小型化を図ることができる。
さらにまた、上記の平面ステージ装置において、前記フレクチャ・ヒンジは、複数に分割されたそれぞれの前記移動子を、前記第一軸および前記第二軸の少なくとも一方の軸を中心として、前記ステージに対して相対的に回動可能に連結してもよい。この場合、平面モータの複数の移動子を、それぞれピッチ方向およびロール方向の少なくとも一方に回動可能とすることができる。したがって、移動体移動時に平面モータの移動子がピッチングやローリングをしたとしても、その動きは平面モータの移動子だけにとどまり、ステージには伝わらないようにすることができる。その結果、平面モータの各移動子のピッチングやローリングに起因して移動体全体が揺れることを抑制し、移動体端部とプラテンとの接触を回避することができる。

また、上記の平面ステージ装置において、前記移動子は、前記プラテンに対してエアによる浮力を得るためのエア噴出部を備えていてもよい。このように、平面モータの複数の移動子自身にそれぞれ浮力を持たせることで、平面モータの各移動子とプラテンとの接触を適切に防止することができる。
さらに、上記の平面ステージ装置において、前記エアベアリングと前記プラテンとの間の空隙は、前記移動子と前記プラテンとの空隙よりも小さくてもよい。これにより、エアベアリングにより効果的に重力方向の剛性を高めることができるとともに、平面モータとプラテンとの接触を適切に防止することができる。

また、上記の平面ステージ装置において、１つの前記エアベアリングの前記プラテンと対向する面の面積は、１つの前記移動子の前記プラテンと対向する面の面積よりも小さくてもよい。このように、１つのエアベアリングのプラテンと対向する面の面積を小さくすることで、エアベアリングによる高剛性を実現しつつ、エアベアリングとプラテンとの接触を適切に防止することができる。
さらに、上記の平面ステージ装置において、前記ステージの下面に前記移動子とは別個に取り付けられ、当該ステージの姿勢を制御する姿勢制御部をさらに備えていてもよい。このように、姿勢制御部を備えることで、移動体のチルト制御やロール制御等も可能となり、平面モータによる移動制御と併せて移動体の６軸制御を可能とすることもできる。これにより、例えば、平面ステージ装置を投影露光装置のワークステージに適用した場合、焦点深度の浅い高解像度の投影レンズにも適切に対応することができる。

本発明によれば、プラテンの高い加工精度を必要とすることなく、移動体の縦剛性を確保し、移動体をスムーズに移動させることができる。

第一の実施形態の平面ステージ装置の概略構成を示す側断面図である。 モータコア部を下面（プラテン側）から見た図である。 フレクチャ・ヒンジの形状の具体例である。 フレクチャ・ヒンジの動きを説明する図である。 姿勢制御部の配置例である。 姿勢制御部の構成を示す図である。 第一の実施形態の平面ステージ装置の動作を説明する図である。 第一の実施形態の平面ステージ装置の動作を説明する図である。 第二の実施形態の平面ステージ装置の概略構成を示す側断面図である。 フレクチャ・ヒンジの形状の具体例である。 第二の実施形態の効果を説明するための図である。 第二の実施形態の効果を説明するための図である。 従来の平面ステージ装置の構成例である。 従来の平面ステージ装置の問題点を説明する図である。 従来の平面ステージ装置の問題点を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態の平面ステージ装置１００の概略構成を示す側断面図である。
本実施形態では、平面ステージ装置１００は、ワーク上を複数のショット領域に分割し、各ショット領域を逐次露光する露光装置におけるワークステージとして用いられる場合について説明する。このような露光装置において、ワークが載置されたワークステージは、水平面において直交するＸ軸（第一軸）およびＹ軸（第二軸）の各軸方向に所定量ずつ移動される。例えば、この露光装置は、プリント基板に回路等のパターンを露光する露光装置であってもよい。プリント基板は、例えば一辺が３０ｃｍ以上の矩形状のものを用いてもよい。

平面ステージ装置１００は、水平面を形成するプラテン１０と、プラテン１０上をＸＹ方向に移動可能な移動体２０と、を備える。プラテン１０は、平面モータの固定子を構成し、移動体２０は、平面モータの移動子（可動子）を備える。ここで、平面モータとは、複数の１次元モータが同一平面上に配置されることで、当該平面上における２次元的な動作を可能とするものである。
プラテン１０は、例えば、ＸＹ軸に沿って碁盤目状に強磁性体の凸極（不図示）が設けられた平面（図１における上面）を有し、移動体２０は、プラテン１０の上記平面上をＸＹ方向に移動可能である。

移動体２０は、ワークホルダ（ステージ）２１と、平面モータの移動子を構成するモータコア部２２と、エア噴出部２３と、フレクチャ・ヒンジ２４と、干渉計２５と、姿勢制御部２６と、エアベアリング（マイクロベアリング）２７と、を備える。
ワークホルダ２１は、ワークを載置して吸着保持する。ワークホルダ２１におけるプラテン１０と対向する面（下面）とは反対側の面（上面）は、ワークを載置するワーク載置面であり、精度良く平面加工されている。
モータコア部２２は、ワークホルダ２１の下面側にフレクチャ・ヒンジ２４を介して取り付けられている。モータコア部２２は、例えば、Ｘ方向移動用のモータコア２２ａと、Ｙ方向移動用のモータコア２２ｂとを有し、モータコア２２ａおよび２２ｂにおけるプラテン１０と対向する面には、ＸＹ方向に移動磁界を発生する磁極が設けられている。

図２は、モータコア部２２を下面（プラテン１０側）から見た図である。本実施形態では、図２に示すように、モータコア２２ａ、２２ｂは、それぞれ点対称となるよう配置されている。モータコア２２ａ、２２ｂは、それぞれ別個の電流駆動回路（不図示）に接続されており、Ｘ方向移動用のモータコア２２ａの磁極には、Ｘ方向に移動させるための磁界が発生し、Ｙ方向移動用のモータコア２２ｂの磁極には、Ｙ方向に移動させるための磁界が発生する。ここで、対角位置にあるモータコア２２ａ（またはモータコア２２ｂ）をそれぞれ別個の電流駆動回路に接続し、磁界の移動方向を逆方向にすれば、移動体２０は、ＸＹ平面に対して直交するＺ方向の軸を回転軸としたθ回転をすることもできる。

モータコア部２２は、エア噴出部２３によるエアの噴出によりプラテン１０に対して浮上している。エア噴出部２３は、エア噴出孔２３ａと絞り溝２３ｂを備えている。図２に示すように、モータコア部２２の下面には、プラテン１０に対してエアによる浮力を得るためのエア噴出孔２３ａが複数（図２では８個）設けられており、これらエア噴出孔２３ａから噴出されたエアは、絞り溝２３ｂに導かれてモータコア部２２の下面から噴出される。そして、これによって得られる浮上力が、モータコア部２２とプラテン１０との間の磁気吸引力や移動体２０の重量、負荷荷重等と釣り合う点で移動体２０は静止し、プラテン１０に対して浮上する。

モータコア部２２は、上述したように、フレクチャ・ヒンジ２４を介してワークホルダ２１の下面側に取り付けられている。フレクチャ・ヒンジ２４は、モータコア部２２が重力方向（Ｚ方向）に自由度を有し、水平方向（ＸＹ平面方向）に移動が規制されるよう、モータコア部２２をワークホルダ２１に連結する板ばね状の連結部材である。つまり、フレクチャ・ヒンジ２４は、モータコア２２ａ、２２ｂにより生み出された水平方向の推力をワークホルダ２１に伝え、重力方向の力を伝えない構造となっている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、フレクチャ・ヒンジ２４の形状の具体例を示す図である。
フレクチャ・ヒンジ２４は、厚さが１ｍｍ〜２ｍｍの金属製の平面状の矩形部材である。フレクチャ・ヒンジ２４は、中央部２４ａと、周辺部２４ｂと、中央部２４ａと周辺部２４ｂとを連結する連結部２４ｃと、を有する。中央部２４ａと周辺部２４ｂとの間は、４方向について連結部２４ｃを構成する板ばねで接続される形になっている。中央部２４ａと周辺部２４ｂとは、相対的にＺ方向に移動可能である。ただし、中央部２４ａおよび周辺部２４ｂは、ＸＹ方向には固定され、相対的な移動は規制されている。
中央部２４ａと周辺部２４ｂとには、それぞれねじ穴が形成されており、中央部２４ａはワークホルダ２１の下面に固定され、周辺部２４ｂはモータコア部２２の上面に固定される。

このようなフレクチャ・ヒンジ２４を介して、モータコア部２２をワークホルダ２１に取り付けることにより、モータコア部２２は、Ｚ方向についてはワークホルダ２１に対して相対的に移動可能であり、ＸＹ方向についてはワークホルダ２１に対する相対的な移動は規制された構造とすることができる。そのため、モータコア２２ａ、２２ｂにより発生するＸ方向、Ｙ方向の推力は、そのままワークホルダ２１に伝わるが、モータコア２２ａ、２２ｂが上下に移動する力は、ワークホルダ２１には伝わらない。

また、フレクチャ・ヒンジ２４の中央部２４ａと周辺部２４ｂとは、Ｘ方向およびＹ方向の少なくとも一方の軸を中心に、相対的に回動可能に構成されている。例えば、フレクチャ・ヒンジ２４が図３（ｃ）に示す構成である場合、フレクチャ・ヒンジ２４の中央部２４ａと周辺部２４ｂとは、図４（ａ）に示すようにＹ方向の軸を中心に相対的に回動可能であると共に、図４（ｂ）に示すようにＸ方向の軸を中心にも相対的に回動可能である。
このようなフレクチャ・ヒンジ２４を介して、モータコア部２２をワークホルダ２１に取り付けることにより、モータコア部２２は、Ｘ軸およびＹ軸の少なくとも一方の軸を中心に、ワークホルダ２１に対して相対的に回動可能な構造とすることができる。そのため、モータコア部２２がピッチングしたりローリングしたりした場合、その力はワークホルダ２１には伝わらない。

図１に戻って、ワークホルダ２１には、移動体２０のプラテン１０上での位置や姿勢を検出するための干渉計２５が取り付けられている。干渉計２５は、例えば光学センサにより構成することができる。具体的には、干渉計２５は、所定の方向にレーザ光を照射する光照射部と、光照射部から照射され、プラテン１０の端部に配置された平面ミラー（不図示）によって反射されたレーザ光を受光する受光部とを備え、移動体２０のＸＹ平面における位置や姿勢を検出する。

さらに、ワークホルダ２１の下面には、移動体２０の姿勢を制御するための姿勢制御部２６が１ヶ所以上取り付けられ、姿勢制御部２６の下面にはそれぞれエアベアリング（マイクロベアリング）２７が取り付けられている。図５に示すように、姿勢制御部２６は、例えば移動体２０の周囲３ヶ所に取り付けられ、当該３点で移動体２０の姿勢を制御する。即ち、ワークホルダ２１はプラテン１０に対して３点で支持されることになり、その平面位置が決定する。したがって、姿勢制御部２６は移動体に対して３ヶ所設けることが望ましい。
図６に示すように、姿勢制御部２６は、弾性ヒンジ２６ａと、ピエゾ素子２６ｂと、を含んで構成されている。ここで、弾性ヒンジ２６ａは、高さ調整のためにＺ方向に伸縮可能な構成を有すると共に、Ｚ方向の振動を吸収可能に構成されている。また、ピエゾ素子２６ｂは、圧電効果により弾性ヒンジ２６ａを伸縮させ、移動体２０のＺ方向の姿勢を制御する。

マイクロベアリング２７は、高剛性のミニエアベアリングであり、その下面からエアを吹き出し、移動体２０を浮上させる。マイクロベアリング２７の剛性値（縦剛性）は、例えば１００Ｎ／μｍ以上とする。このマイクロベアリング２７によって、ワークホルダ２１の重力方向の剛性を確保している。
ここで、マイクロベアリング２７のプラテン１０と対向する面の面積は、モータコア部２２のプラテン１０と対向する面の面積よりも小さい。なお、ここでいうマイクロベアリング２７のプラテン１０と対向する面の面積とは、個々のマイクロベアリング２７の面積のことをいう。また、第二の実施形態として、モータコア部を複数に分割する例を後述するが、そのような場合のモータコア部２２のプラテン１０と対向する面の面積も、個々のモータコア部２２の面積のことをいう。
マイクロベアリング２７の径は、例えばφ３０ｍｍ（オリフィスφ５０μｍ）とすることができる。また、マイクロベアリング２７とプラテン１０との間のエアギャップ（空隙）の設定値は、モータコア部２２とプラテン１０との間のエアギャップの設定値よりも小さい。例えば、マイクロベアリング２７とプラテン１０との間のエアギャップの設定値は、３μｍであり、モータコア部２２とプラテン１０との間のエアギャップの設定値は、５０μｍである。

以上のように、本実施形態における平面ステージ装置１００の移動体２０は、移動体２０をプラテン１０上に浮上させるとともに、ワークホルダ（ステージ）２１の重力方向の剛性を確保する高剛性エアベアリングであるマイクロベアリング２７と、ワークホルダ２１を水平方向に駆動する平面モータの移動子であるモータコア部２２とを別部材とし、それぞれ別個にワークホルダ２１に取り付ける。

ここで、平面モータのモータコア部２２は、フレクチャ・ヒンジ２４を介してワークホルダ２１に取り付けることができる。フレクチャ・ヒンジ２４は、モータコア部２２を、ワークホルダ２１に対して重力方向に自由度を有し、かつワークホルダ２１に対する水平方向の移動が規制されるようにワークホルダ２１に連結することができる。さらに、フレクチャ・ヒンジ２４は、Ｘ軸およびＹ軸の少なくとも一方の軸を中心として、モータコア部２２をワークホルダ２１に対して相対的に回動可能に連結する形状とすることができる。また、平面モータのモータコア部２２は、プラテン１０に対してエアによる浮力を得るためのエア噴出部２３を備え、エア噴出孔２３ａからのエアにより浮上量を確保する構成であってもよい。
これにより、移動体２０の重力方向の剛性を十分に確保しつつ、プラテン１０に多少の凹凸が存在する場合であっても、移動体２０をスムーズに移動させることができる。以下、この点について説明する。

図１３は、平面ステージ装置の比較例を示す図である。
この図１３に示す平面ステージ装置の移動体１２０は、モータコア部１２２と、干渉計１２５と、を備える。モータコア部１２２は、特に図示しないが、上述したモータコア２２ａおよび２２ｂと同様の構成を有するＸ方向移動用のモータコアおよびＹ方向移動用のモータコアを有する。また、モータコア部１２２は、特に図示しないが、モータコア部１２２の下面からエアを吹き出し、移動体１２０をプラテン１０に対して浮上させるエアベアリングを有する。この平面ステージ装置の移動体１２０は、ワークホルダ１２１に対してモータコア部１２２が固定された構成を有する。
この場合、例えば図１４に示すように、プラテン１０に凸部が生じている場合、移動体１２０がプラテン１０の凸部を乗り越えようとする際に、移動体１２０の周辺部において所望のエアギャップを維持しようとすると、移動体１２０の中央部においてプラテン１０の凸部の頂部とモータコア部１２２とが接触し、移動体１２０の移動が妨げられてしまう。

これに対して、本実施形態における平面ステージ装置１００の移動体２０においては、上述した構成により、ワークホルダ２１とプラテン１０との間のエアギャップは、ワークホルダ２１に取り付けたマイクロベアリング２７により一定に維持され、モータコア部２２とプラテン１０との間のエアギャップは、モータコア部２２に取り付けたエア噴出部２３からのエアにより一定に維持される。
したがって、例えば図７に示すように、プラテン１０に凸部が存在する場合、移動体２０がプラテン１０の凸部を乗り越えようとする際には、モータコア部２２は、エア噴出部２３からのエアによってワークホルダ２１に接近する方向（上方向）に移動する。このことにより、モータコア部２２とプラテン１０との間のエアギャップが予め設定された設定値に維持される。一方、マイクロベアリング２７とプラテン１０との間のエアギャップは予め設定された設定値に維持されている。したがって、モータコア部２２のＺ方向における位置は、マイクロベアリング２７のＺ方向における位置よりもワークホルダ２１に接近した側となる。
このように、プラテン１０に凸部が存在する場合であっても、移動体２０の移動時におおけるモータコア部２２と当該凸部との接触を回避することができる。

ここで、マイクロベアリング２７とプラテン１０との間のエアギャップの設定値は、モータコア部２２とプラテン１０との間のエアギャップの設定値よりも小さくすることができる。このように、モータコア部２２とプラテン１０との間のエアギャップを十分に確保することで、プラテン１０の凹凸に対して、より適切にモータコア部２２とプラテン１０との接触を防止することができる。また、マイクロベアリング２７とプラテン１０との間のエアギャップを小さく設定することで、移動体２０の重力方向の剛性（縦剛性）を効果的に高めることができる。

また、移動体２０は、モータコア２２ａ、２２ｂの磁力を移動させることにより水平移動する。磁力が移動するということは、プラテン１０との間で引き合う力の強い部分が移動していくことを意味する。そのため、この移動時には、モータコア部２２は、微小ではあるがピッチングする。
図１３に示す比較例の移動体１２０において、移動時にモータコア部１２２がピッチングした場合、モータコア部１２２の動きはワークホルダ１２１に直接伝わり、図１５に示すように、移動体１２０の移動方向における端部が上下に移動する。このモータコア部１２２のピッチングによる移動体１２０端部の上下移動量は、移動体１２０が大きなものになるほど大きくなる。そのため、プラテン１０に凸部が生じている場合、移動体１２０が大きなものになるほど、移動体１２０の端部は当該凸部に接触しやすくなる。

これに対して、本実施形態における平面ステージ装置１００の移動体２０は、モータコア部２２を、フレクチャ・ヒンジ２４を介してワークホルダ２１の下面に取り付けた構成を有する。
したがって、例えば、移動体２０の移動時に、モータコア部２２にピッチングが生じたとしても、図８に示すように、その動きはモータコア部２２だけにとどまる。つまり、モータコア部２２の動きはワークホルダ２１には伝わらない。そのため、移動体２０の移動時に、モータコア部２２のピッチングに起因して移動体２０全体が揺れることを抑制することができ、移動体２０の端部とプラテン１０との接触を抑制することができる。

ここで、フレクチャ・ヒンジ２４は、板ばね状の連結部材とすることができる。この場合、ワークホルダ２１とモータコア部２２との隙間を狭くすることができるので、移動体２０の高さ方向（重力方向）における小型化を図ることができる。
また、ワークホルダ２１に姿勢制御部２６を取り付けることで、ワークホルダ２１のリアルタイムチルト制御が可能となる。したがって、本実施形態における平面ステージ装置１００を露光装置のワークステージとして用いた場合、高精度な露光が可能となる。さらに、姿勢制御部２６を、弾性ヒンジ２６ａとピエゾ素子２６ｂとを含んで構成することで、ステージ（ワークホルダ２１）にワークが載置されたときの重量変化は弾性ヒンジ２６ａにより吸収し、ステージ（ワークホルダ２１）の上下方向（高さ方向）の位置調整はピエゾ素子２６ｂにより行うことができる。このように、適切な姿勢制御が可能となる。

以上のように、本実施形態における平面ステージ装置１００では、プラテン１０に多少の凹凸が存在する場合であっても、移動体２０がプラテン１０と接触することなく、移動体２０をスムーズに移動させることができる。つまり、プラテン１０の平面度を高めるための高精度加工を必要とすることなく、移動体２０をスムーズに移動させることができる。したがって、平面ステージ装置１００の加工コストを削減することができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
上述した第一の実施形態では、１つのモータコア部２２を１つのフレクチャ・ヒンジ２４を介してワークホルダ２１に取り付ける場合について説明した。この第二の実施形態では、モータコア部を複数に分割してワークホルダ２１に取り付ける場合について説明する。

図９は、第二の実施形態の平面ステージ装置１００´の概略構成を示す側断面図である。この図９において、上述した第一の実施形態の平面ステージ装置１００と同様の構成を有する部分には図１と同一符号を付し、以下、構成の異なる部分を中心に説明する。
本実施形態におけるモータコア部２２´は、上述した第一の実施形態におけるモータコア部２２を複数のモータコア部に分割した構成を有する。例えば、モータコア部２２´は、Ｘ方向移動用のモータコア２２ａを含むモータコア部と、Ｙ方向移動用のモータコア２２ｂを含むモータコア部とに分割された構成を有する。

また、モータコア２２ａ、２２ｂには、それぞれエア噴出部２３が設けられており、複数に分割されたそれぞれのモータコア部は、プラテン１０に対して個別にエアによる浮力を得られる構成となっている。
また、モータコア部２２´は、フレクチャ・ヒンジ２４´を介してワークホルダ２１の下面に取り付けられている。ここで、フレクチャ・ヒンジ２４´は、複数に分割されたそれぞれのモータコア部が重力方向（Ｚ方向）に自由度を有し、水平方向（ＸＹ平面方向）に移動が規制されるよう、モータコア部２２´をワークホルダ２１に連結する。また、フレクチャ・ヒンジ２４´は、複数に分割されたそれぞれのモータコア部を、Ｘ軸およびＹ軸の少なくとも一方の軸を中心として、ワークホルダ２１に対して相対的に回動可能に連結する。

図１０は、モータコア部２２´を４つのモータコア部に分割した場合の、フレクチャ・ヒンジ２４´の具体的な構造例を示す図である。図１０に示すように、フレクチャ・ヒンジ２４´は、分割された複数（ここでは４つ）のモータコア部に連結される１つの部材とすることができる。ただし、フレクチャ・ヒンジ２４´は上記に限定されるものではなく、複数に分割されたモータコア部のそれぞれに対応する複数のフレクチャ・ヒンジにより構成してもよい。
このような構成とすることで、分割したモータコア２２ａ、２２ｂのそれぞれが、ワークホルダ２１に対して個別に上下移動（Ｚ方向へ移動）することができる。したがって、図１１に示すようにプラテン１０に急峻な凹凸がある場合には、分割したモータコア２２ａ、２２ｂのそれぞれが、プラテン１０との間のエアギャップ（空隙）を予め設定された設定値に維持するよう上下方向（Ｚ方向）へ移動することになる。

プラテン１０に急峻な凹凸がある場合、上述した第一の実施形態の平面ステージ装置１００では、図１２に示すように、モータコア部２２がプラテン１０に接触する場合がある。これに対して、本実施形態では、モータコア部２２´が複数に分割され、それぞれが個別に上下移動可能であるため、プラテン１０に急峻な凹凸がある場合であっても、図１１に示すように、モータコア部２２とプラテン１０との接触を適切に回避することができる。

（変形例）
上記各実施形態においては、モータコア部を、板ばね状のフレクチャ・ヒンジを介してワークホルダ２１に取り付ける場合について説明したが、モータコア部をワークホルダ２１に取り付けるための連結部材は上記に限定されない。連結部材は、モータコア部を、重力方向に自由度を有し、水平方向の自由度を規制するようワークホルダ２１に取り付け可能な部材であればよい。ただし、当該連結部材を板ばね状のフレクチャ・ヒンジにより構成すれば、ワークホルダ２１とモータコア部とを接近させて配置することができるため、平面ステージ装置の高さ方向の小型化が可能となり、好ましい。

また、上記各実施形態においては、モータコア部を、ワークホルダ２１に対して重力方向に自由度を有し、かつワークホルダ２１に対する水平方向の移動が規制されるようにワークホルダ２１に連結する場合について説明した。しかしながら、モータコア部のワークホルダ２１への連結方法は上記に限定されない。モータコア部は、マイクロベアリング２７とは別個にワークホルダ２１に取り付けられていればよい。
この場合、マイクロベアリング２７が、ワークホルダ２１をプラテン１０上に浮上させ、かつワークホルダ２１の重力方向の剛性を確保するという役目を果たすので、モータコア部は、ワークホルダ２１の縦剛性の確保や姿勢制御を犠牲にすることができる。したがって、モータコア部は、プラテン１０に対して浮上量を上げて配置することが可能となる。これにより、プラテン１０の多少の凹凸が存在する場合であっても、モータコア部とプラテン１０との接触を抑制し、移動体をスムーズに移動させることが可能となる。

１０…プラテン、２０…移動体、２１…ワークホルダ（ステージ）、２２ａ、２２ｂ…モータコア、２３…エア噴出部、２４…フレクチャ・ヒンジ、２５…干渉計、２６…姿勢制御部、２７…エアベアリング（マイクロベアリング）、１００…平面ステージ装置

Claims (18)

1. 水平面を形成するプラテン上を、前記水平面において直交する第一軸および第二軸の各軸方向に移動可能な移動体を備える平面ステージ装置であって、
   前記移動体は、
   ステージと、
   前記ステージの下面に１ヶ所以上取り付けられ、前記ステージを前記プラテン上に浮上させるとともに、前記ステージの重力方向の剛性を確保するエアベアリングと、
   前記ステージの下面に前記エアベアリングとは別個に取り付けられ、当該ステージを水平方向に駆動する平面モータの移動子と、
   前記移動子を、前記ステージに対して重力方向に自由度を有し、かつ前記ステージに対する水平方向の移動が規制されるように前記ステージに連結する連結部材と、を備えることを特徴とする平面ステージ装置。
2. 前記エアベアリングは、前記ステージの３ヶ所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の平面ステージ装置。
3. 前記連結部材は、板ばね状のフレクチャ・ヒンジにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の平面ステージ装置。
4. 前記フレクチャ・ヒンジは、前記移動子を、前記第一軸および前記第二軸の少なくとも一方の軸を中心として、前記ステージに対して相対的に回動可能に連結することを特徴とする請求項３に記載の平面ステージ装置。
5. 前記移動子は、前記プラテンに対してエアによる浮力を得るためのエア噴出部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
6. 前記エアベアリングと前記プラテンとの間の空隙は、前記移動子と前記プラテンとの空隙よりも小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
7. １つの前記エアベアリングの前記プラテンと対向する面の面積は、前記移動子の前記プラテンと対向する面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
8. 前記ステージの下面に前記移動子とは別個に取り付けられ、当該ステージの姿勢を制御する姿勢制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
9. 水平面を形成するプラテン上を、前記水平面において直交する第一軸および第二軸の各軸方向に移動可能な移動体を備える平面ステージ装置であって、
   前記移動体は、
   ステージと、
   前記ステージの下面に１ヶ所以上取り付けられ、前記ステージを前記プラテン上に浮上させるとともに、前記ステージの重力方向の剛性を確保するエアベアリングと、
   前記ステージの下面に前記エアベアリングとは別個に複数に分割されて取り付けられ、当該ステージを水平方向に駆動する平面モータの移動子と、
   複数に分割されたそれぞれの前記移動子を、前記ステージに対して重力方向に自由度を有し、かつ前記ステージに対する水平方向の移動が規制されるように前記ステージに連結する連結部材と、を備えることを特徴とする平面ステージ装置。
10. 前記エアベアリングは、前記ステージの３ヶ所に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の平面ステージ装置。
11. 前記連結部材は、複数に分割されたそれぞれの前記移動子に連結される１つの部材で構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の平面ステージ装置。
12. 前記連結部材は、複数に分割されたそれぞれの前記移動子に連結される複数の部材で構成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の平面ステージ装置。
13. 前記連結部材は、板ばね状のフレクチャ・ヒンジにより構成されていることを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
14. 前記フレクチャ・ヒンジは、複数に分割されたそれぞれの前記移動子を、前記第一軸および前記第二軸の少なくとも一方の軸を中心として、前記ステージに対して相対的に回動可能に連結することを特徴とする請求項１３に記載の平面ステージ装置。
15. 前記移動子は、前記プラテンに対してエアによる浮力を得るためのエア噴出部を備えることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
16. 前記エアベアリングと前記プラテンとの間の空隙は、前記移動子と前記プラテンとの空隙よりも小さいことを特徴とする請求項９から１５のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
17. １つの前記エアベアリングの前記プラテンと対向する面の面積は、１つの前記移動子の前記プラテンと対向する面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項９から１６のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。
18. 前記ステージの下面に前記移動子とは別個に取り付けられ、当該ステージの姿勢を制御する姿勢制御部をさらに備えることを特徴とする請求項９から１７のいずれか１項に記載の平面ステージ装置。

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