(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を位置決めするためのシステムにおいて、
被加工物を支持するように構成され、複数のリニアフォーサを有する一体式ステージと、
前記一体式ステージの下方に配設された強磁性体ベースプレートと、
前記一体式ステージと前記強磁性体ベースプレートとの間にあり、前記一体式ステージに浮上力を提供する空気軸受と、
前記強磁性体ベースプレートに直接接続され、磁界を発生する磁気トラックであって、前記磁気トラックによって発生された磁界内で前記リニアフォーサが電流を流すように動作し、前記電流が、一体式ステージに３自由度の平面運動を提供する力を生成し、前記平面運動がＸ軸とＹ軸で規定される平面内で行われる磁気トラックと、
前記一体式ステージに取り付けられ、前記強磁性体ベースプレートとの磁気吸引を用いて、少なくとも前記Ｘ軸を軸にした回転と前記Ｙ軸を軸にした回転のいずれか一方を含む４番目の自由度の動きを提供する少なくとも１つのコイル巻線と
を備えるシステム。
【請求項２】
前記リニアフォーサの少なくとも１つは、前記磁気トラックを超えて延び、前記一体式ステージは、前記磁気トラックによって画定される加工領域内で被加工物を動かすように構成されている請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記リニアフォーサは、前記Ｘ軸方向の動きと、前記Ｙ軸方向の動きと、Ｚ軸を軸にした回転とを提供する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記磁気トラックは、複数の個別の磁石を含み、前記複数の磁石は、隣接する磁石の極性が交互になるように配置されている請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記リニアフォーサは、前記一体式ステージに関して対称性を有するように配置されている請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのコイル巻線は、前記強磁性体ベースプレートとの磁気吸引を用いて、Ｚ軸方向の平行移動と、前記Ｘ軸を軸にした回転と、前記Ｙ軸を軸にした回転とを提供するように動作可能な４つのコイル巻線を含む請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記４つのコイル巻線は、前記一体式ステージに関して対称性を有するように配置されている請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記複数のリニアフォーサ及び前記４つのコイル巻線は、６自由度で前記一体式ステージを位置決めすることを可能にする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
被加工物を位置決めするための方法において、
被加工物を搬送するため一体式ステージを準備するステップと、
前記一体式ステージ内のオリフィスから加圧空気を流出させることによって、強磁性体ベースプレートと前記一体式ステージとの間に、前記一体式ステージに浮上力を提供する空気軸受を生成するステップと、
前記強磁性体ベースプレートに直接接続された磁気トラックを用いて磁界を発生するステップと、
前記磁界内で、前記一体式ステージに取り付けられた複数のリニアフォーサを流れる電流を選択的に駆動し、前記電流が選択的に力を生成して、前記一体式ステージに３自由度の平面運動を提供するステップであり、前記平面運動がＸ軸とＹ軸で規定される平面内で行われるステップと、
前記一体式ステージに取り付けられた少なくとも１つのコイル巻線を流れる電流を選択的に駆動して、前記強磁性体ベースプレートとの磁気吸引を用いて、少なくとも前記Ｘ軸を軸にした回転と前記Ｙ軸を軸にした回転のいずれか一方を含む４番目の自由度の動きを提供するステップとを有する方法。
【請求項１０】
前記リニアフォーサの少なくとも１つは、前記磁気トラックを超えて延び、前記一体式ステージは、前記磁気トラックによって画定される加工領域内で被加工物を動かすように構成されている請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のリニアフォーサを流れる電流を選択的に駆動することによって、前記Ｘ軸方向の動きと、前記Ｙ軸方向の動きと、Ｚ軸を軸にした回転とが生成される請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記リニアフォーサは、前記一体式ステージに関して対称性を有するように配置されている請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのコイル巻線は、４つのコイル巻線を含み、前記方法は、前記４つのコイル巻線を流れる電流を選択的に駆動して、前記強磁性体ベースプレートとの磁気吸引を用いて、Ｚ軸方向の平行移動と、前記Ｘ軸を軸にした回転と、前記Ｙ軸を軸にした回転とを生成するステップを更に有する請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記４つのコイル巻線は、前記一体式ステージに関して対称性を有するように配置されている請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のリニアフォーサ及び前記４つのコイル巻線は、６自由度の動きを提供する請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
被加工物を位置決めするためのシステムにおいて、
一体式ステージ上の被加工物を搬送する手段と、
前記一体式ステージ内のオリフィスから加圧空気を流出させることによって、強磁性体ベースプレートと前記一体式ステージとの間に、前記一体式ステージに浮上力を提供する空気軸受を生成する手段と、
前記強磁性体ベースプレートに直接接続された磁気トラックを用いて磁界を発生する手段と、
前記磁界内で、前記一体式ステージに取り付けられた複数のリニアフォーサを流れる電流を選択的に駆動し、前記電流が選択的に力を生成して、前記一体式ステージに３自由度の平面運動を提供する手段であり、前記平面運動がＸ軸とＹ軸で規定される平面内で行われる手段と、
前記一体式ステージに取り付けられた少なくとも１つのコイル巻線を流れる電流を選択的に駆動して、前記強磁性体ベースプレートとの磁気吸引を用いて、少なくとも前記Ｘ軸を軸にした回転と前記Ｙ軸を軸にした回転のいずれか一方を含む４番目の自由度の動きを提供する手段と
を備えるシステム。
【請求項１７】
前記リニアフォーサの少なくとも１つは、前記磁気トラックを超えて延び、前記一体式ステージは、前記磁気トラックによって画定される加工領域内で動くように構成されている請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記リニアフォーサは、前記一体式ステージに関して対称性を有するように配置されている請求項１６記載のシステム。
【請求項１９】
前記少なくとも１つのコイル巻線は、４つのコイル巻線を含み、前記システムは、前記４つのコイル巻線を流れる電流を選択的に駆動して、前記強磁性体ベースプレートとの磁気吸引を用いて、Ｚ軸方向の平行移動と、前記Ｘ軸を軸にした回転と、前記Ｙ軸を軸にした回転とを生成する手段を更に有する請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記４つのコイル巻線は、前記一体式ステージに関して対称性を有するように配置されている請求項１９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体式ステージ（monolithic stage）を用いた位置決めシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置決めシステムは、ツールに対して被加工物を位置決めする様々な状況で使用できる。例えば、レーザ加工システムでは、被加工物は、通常、テーブル上に載置され、位置決めされた後、レーザビームが被加工物に照射される。従来の位置決めシステムは、Ｘ−Ｙ平行移動テーブルを用い、Ｘ−Ｙ平行移動テーブルは、積層式の設計及び分離式の設計を含んでいてもよい。
【０００３】
積層式ステージ位置決めシステム（stacked stage positioning system）では、被加工物を支持する上側のステージの慣性質量を下側のステージが支持する。このようなシステムは、通常、レーザビームに対して被加工物を移動させる。上側のステージ及び下側のステージは、直交する次元における動きの制御を提供できる。積層式ステージ設計の一具体例では、Ｘ軸移動ステージがＹ軸移動ステージを搬送する。このような構成では、Ｘ軸移動ステージは、Ｙ軸移動ステージの質量を搬送するので、通常、Ｘ軸移動ステージの加速度はより低く、帯域幅はより狭くなる。Ｙ軸移動ステージは、通常、より軽く、より高い加速度及びより広い帯域幅を伝えることができる。積層式ステージ位置決めシステムは、一方のステージの部分に対する他方のステージの部分の相対的な動きによって生じる動力学的影響を考慮する。これらの動力学的影響の結果、ＹステージがＸステージに対して移動すると、Ｘステージの重心が移動するために引き起こる非線形作用が生じることがある。
【０００４】
軸分離式位置決めシステム（split axis positioning system）では、上側のステージは、下側のステージに支持されず、下側のステージから独立して移動する。被加工物は、通常、下側のステージ上で搬送され、固定反射ミラー及びフォーカスレンズ等のツールは、上側のステージ上で搬送される。軸分離設計は、独立した、平行な平面内にある２つの直交する軸に沿って駆動されるステージ動きを切り離す。分離式ステージ設計には、通常、重い花崗岩ブロックであるフォースフレーム（force frame）を通過する２つの軸の間の運動学的ループ（kinematic loop）の利益があるが、ステージ分離によって、上側のステージと下側のステージとの間で、再現性の問題が生じることがある。積層式ステージ設計及び分離式ステージ設計では、何れも、軸受の公差が累積され（すなわち各軸受がプロセスに対する何らかの不確実性に寄与する。）、位置決めシステムの精度が制限される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施の形態に基づく被加工物を位置決めするためのシステムは、被加工物を支持するために構成された一体式ステージを使用する。一体式ステージは、複数のリニアフォーサを有する。一体式ステージの下方には、強磁性体ベースが配設されている。一体式ステージと強磁性体ベースとの間には、空気軸受が生成される。空気軸受は、一体式ステージに浮上力を提供する。磁気トラックは、ベースプレートに接続され、磁界を発生する。リニアフォーサは、磁気トラックによって発生された磁界内で電流を搬送するように動作可能である。この電流は、一体式ステージに３自由度の平面運動を提供する。コイル巻線は、一体式ステージに取り付けられ、強磁性体ベースプレートとの磁気吸引を用いて、少なくとも１つの他の自由度の動きを提供する。
【０００６】
他の実施の形態に基づく被加工物を位置決めするための方法は、被加工物を搬送する一体式ステージを用いる。この方法は、一体式ステージ内のオリフィスから加圧空気を流出させることによって、強磁性体ベースと一体式ステージとの間に空気軸受を生成するステップを有する。空気軸受は、一体式ステージに浮上力を提供する。この方法は、磁気トラックを用いて磁界を発生するステップも有する。磁界内で、一体式ステージに取り付けられた複数のリニアフォーサを流れる電流が選択的に駆動され、この電流が選択的に力を生成して、駆動されたリニアフォーサに平面運動を提供する。更に、一体式ステージに取り付けられた少なくとも１つのコイル巻線を流れる電流を選択的に駆動して、強磁性体ベースとの磁気吸引を用いて、少なくとも１つの他の自由度の動きを提供する。
【０００７】
更なる側面及び利点は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施の形態の詳細な記述から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施の形態に基づく一体式位置決めシステムの平面図である。
【図２】一実施の形態に基づく磁気トラックの斜視図である。
【図３】一実施の形態に基づく一体式ステージの側面図である。
【図４】一実施の形態に基づく一体式ステージの底面図である。
【図５Ａ】一実施の形態に基づく最大の浮上高における一体式ステージの側面図である。
【図５Ｂ】一実施の形態に基づく中間の浮上高における一体式ステージの側面図である。
【図５Ｃ】一実施の形態に基づく最小の浮上高における一体式ステージの側面図である。
【図５Ｄ】一実施の形態に基づくＹ軸を軸にして時計方向に回転した一体式ステージの側面図である。
【図５Ｅ】一実施の形態に基づくＹ軸を軸にして反時計方向に回転した一体式ステージの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の記述では、本発明の実施の形態の完全な理解のために多くの具体的な詳細事項を提示する。但し、具体的な詳細事項の１つ以上がなくても、又は他の方法、部品又は材料によっても実施の形態を実施できることは当業者にとって明らかである。更に、幾つかの場合、本発明の側面が不明瞭になることを回避するために、よく知られている構造、材料又は操作については詳細に図示又は説明していない。更に、ここに説明する特徴、構造又は特性は、適切な如何なる手法で、１つ以上の実施の形態において組み合わせてもよい。
【００１０】
ここでは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の動きのためのリニアモータと、一体式ステージに接続され、強磁性体ベースと相互作用する複数のコイル巻線を有する磁気浮上空気軸受（magnetically levitated air bearing）とを有する一体式ステージ位置決めシステムの実施の形態を開示する。ここに開示する一体式ステージ位置決めシステムは、連結された軸間の機械的コンプライアンスがないため、積層式ステージ位置決めシステムより優れており、軸を交差する軸受の力学的な悪影響が排除されるため、分離式ステージ位置決めシステムより優れている。更に、ここに開示する一体式ステージ位置決めシステムは、移動する複数の質量に関する調整された動き制御のための複雑性及び関連するコストを削減できる。ここに開示する一体式ステージは、一体式ステージの質量中心に関して駆動力を対称にすることができる。したがって、望ましくない角運動を低減又は排除できる。
【００１１】
一体式ステージ位置決めシステムは、半導体加工における様々な用途に適用でき、これらには、ダイシング、部品のトリム、溶融加工、スクライビング、メモリ修理、シンギュレーション、インキング、プリント配線基板（printed wire board：ＰＷＢ）のビア穴あけ、ルーティング、検査及び計測が含まれる。また、このような設計によって生じる利点は、全てのクラスの機械加工ツールにとって有益である。
【００１２】
一体式ステージは、１個以上の空気軸受によって浮上し、複数のリニアモータの作用力を調整することによって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行移動できる。一実施の形態においては、２つの対向するリニアモータが、Ｘ軸方向における原動力を提供し、２つの対向するリニアモータがＹ軸方向における原動力を提供する。各リニアモータは、リニアフォーサ（linear forcer）及び磁気トラックを含む。リニアフォーサに流される電流は、磁気トラックによって発生される磁界と相互作用し、直線的な原動力を生成する。対向するリニアモータの対を異なる方向に駆動して、Ｚ軸を軸にした回転を生じさせてもよい。したがって、複数のリニアモータによって、一体式ステージを３自由度で動かすことができる。
【００１３】
一体式ステージに１つ以上のコイル巻線を取り付け、選択的に励起して、強磁性体ベースに対する引力を発生させてもよい。複数のコイル巻線は、磁力によって空気軸受に予圧を加える（preload）役割を果たしてもよい。複数のコイル巻線は、コモンモード電流によって励起され、一体式ステージをＺ軸方向に平行移動させる。複数のコイル巻線に亘る差動制御によって、Ｘ軸及びＹ軸を軸にして、一体式ステージを回転させることもできる。したがって、一体式ステージに取り付けられた複数のコイル巻線によって、一体式ステージを更なる３自由度で動かすことができる。
【００１４】
一体式ステージに取り付けられた複数のコイル巻線と連携させて複数のリニアモータを用いて、支持フォースフレーム（supporting force frame）との機械的接触なしで、一体式ステージの動きを６自由度で制御することができる。一体式ステージは、主として、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に可動である。残りの４自由度（すなわち、Ｚ軸方向の平行移動、並びにＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を軸にした回転）の動作範囲は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の動作範囲に比べて小さい。６自由度を有する一体式ステージは、二次（微調整）位置決めシステムの必要性を排除できる。
【００１５】
図１は、一体式ステージ１０１及び磁気トラック１０２を含む位置決めシステム１００の一実施の形態を示している。チャック１１５は、一体式ステージ１０１に取り付けられ、被加工物（図示せず）を支持できる。チャック１１５の下には、キャリッジ（図３の参照符号３０８）を設けてもよい。キャリッジ３０８は、チャック１１５、空気軸受（図３の参照符号３０１）を生成するための構造（図示せず）、複数のコイル巻線（図４の参照符号３０３、３０４、３０５、３０６）及び複数のリニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０を接続する。一体式ステージ１０１は、キャリッジ３０８（図３）、チャック１１５、複数のコイル巻線３０３、３０４、３０５、３０６（図４）及びリニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０を含む。磁気トラック１０２は、チャック１１５を位置決めできる加工領域の範囲を画定する。
【００１６】
ここに示す位置決めシステム１００の実施の形態は、４つのリニアモータを含む。各リニアモータは、リニアフォーサ及び磁気トラックのセクションを含む。第１のリニアモータは、リニアフォーサ１０７及び磁気トラック１０２のセクション１０２−１を含む。第２のリニアモータは、リニアフォーサ１０８及び磁気トラック１０２のセクション１０２−２を含む。第３のリニアモータは、リニアフォーサ１０９及び磁気トラック１０２のセクション１０２−３を含む。第４のリニアモータは、リニアフォーサ１１０及び磁気トラック１０２のセクション１０２−４を含む。一体式ステージ１０１の下には、強磁性体ベースプレート１１６が配設されている。強磁性体ベースは、鉄、ニッケル、コバルト及び他の既知の磁性材料を含む磁石に引き付けられる如何なる材料を含んでいてもよい。後述するように、強磁性体ベースプレート１１６は、一体式ステージ１０１に取り付けられた複数のコイル巻線３０３、３０４、３０５、３０６（図４）と共に、Ｚ軸方向の平行移動並びにＸ軸及びＹ軸を軸にした回転の制御を可能にする。
【００１７】
図２は、磁気トラック１０２の斜視図である。磁気トラックの各セクション１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４は、上側のセクション及び下側のセクションを含む。磁気トラック１０２のセクション１０２−３を例として説明すると、上側のセクション１０２−３ａは、長手方向に沿って並べられた複数の磁石の線形アレイを含む。同様に、下側のセクション１０２−３ｂは、長手方向に沿って並べられた複数の磁石の線形アレイを含む。図に示すように、トラックの長手方向に沿って並べられた磁石の極性は、交互に配置されている。上側のセクション１０２−３ａと下側のセクション１０２−３ｂとの間には、空隙２０１が存在する。リニアフォーサ（図示せず）は、空隙２０１を介して延び出ることができる。磁気トラック１０２の下には、強磁性体ベース１１６が配設されている。複数の支持部材２０２、２０３、２０４、２０５は、磁気トラックの様々なセクション１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４を支持する。図２には、実質的に正方形状の磁気トラック１０２を示しているが、他の実施の形態では、他の幾何学的形状を用いてもよい。
【００１８】
図１に戻って説明すると、リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０を流れる電流は、磁気トラック１０２の各部分の磁界と相互作用し、一体式ステージ１０１を所望の位置に位置決めするための原動力を提供する。リニアフォーサ１０７、１０９は、Ｘ軸方向における原動力を提供し、リニアフォーサ１０８、１１０は、Ｙ軸方向における原動力を提供する。図１に示すように、リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０は、上側のセクションと下側のセクションとの間の空隙を介して、磁気トラック１０２を貫通して延び出ている。したがって、チャック１１５は、磁気トラック１０２によって画定される加工領域内で動かすことができる。
【００１９】
リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０は、３相コイル巻線を含んでいてもよい。３相リニアモータは、各位相が寄与する力ベクトルが結合して、滑らかな力及び効率的な動きが実現するため、位置の関数として一定の加速度を有する。３相コイル巻線は、位置決めシステムの性能を低下させるおそれがあるコギング又は力のリプルを低減又は排除できるため望ましい。
【００２０】
Ｘ軸方向及びＹ軸方向の平行移動は、対称の対向するリニアフォーサを流れるコモンモード電流によって実現する。例えば、リニアフォーサ１０７、１０９を流れるコモンモード電流によって、Ｘ軸方向の動きが実現する。リニアフォーサ１０８、１１０を流れるコモンモード電流によって、Ｙ軸方向の動きが実現する。
【００２１】
また、リニアモータは、Ｚ軸を軸にした小さな角度の回転（ヨー：yaw）も実現する。一実施の形態においては、Ｚ軸を軸にした回転は、約５°未満であってもよい。リニアモータの効率は、回転角のコサインの関数として低下するので、回転の範囲には制約がある。Ｚ軸を軸にした回転は、対称の対向するリニアフォーサを流れる差動電流（differential current）によって制御してもよい。例えば、リニアフォーサ１０７、１０９を流れる差動電流によって、一体式ステージ１０１は、Ｚ軸を軸に、時計回り又は反時計回りに回転する。リニアフォーサ１０７、１０９を流れる電流の極性を切換えることによって、回転の方向を反転させることができる。同様に、リニアフォーサ１０８、１１０を用いても、Ｚ軸を軸にした回転を実現することができる。
【００２２】
図１に示すように、リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０は、一体式ステージ１０１について対称的に配設されている。この対称設計によって、一体式ステージ１０１は、質量中心に関して対称の力で駆動することができる。一体式ステージ１０１を駆動する対称の力は、一体式ステージ１０１の望ましくない角運動を低減又は排除できるので、有利である。
【００２３】
ある実施の形態では、各リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０内のコイル巻線を励起するための制御ロジック（図示せず）は、各次元において、エンコーダ又は干渉計を含む。３つのエンコーダ、３つの干渉計又はこれらの何らかの組合せによって、Ｘ軸、Ｙ軸に沿った一体式ステージ１０１の位置及びＺ軸を軸にした回転を決定してもよい。フィードバック制御システムにおいて３つの干渉計及び／又はエンコーダからの位置情報を用いて、Ｘ軸及びＹ軸に沿った平行移動及びＺ軸を軸にした回転を制御してもよい。３つの容量センサを使用して、キャリッジの底部と、磁性体プレート１１６との間の距離を測定してもよい。フィードバック制御システムにおいて容量センサからの情報を用いて、Ｚ軸方向における一体式ステージ１０１の平行移動及びＸ軸及びＹ軸を軸にした一体式ステージ１０１の回転を制御してもよい。なお、反作用モータ及び反作用質量をシステムに組み込んでもよい。反作用モータ及び反作用質量は、位置決めシステム１００の静止した部分に、一体式ステージ１０１の動きによって生成される力とは反対の向きの力を加え、これにより、一体式ステージ１０１の動きによって、正味の動き（net motion）が生じないようにしてもよい。
【００２４】
各リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０の巻線は、横方向の動きを許容しながら、動きの向きを効率的に整えるように、巻線と、磁気トラック１０２によって発生される磁界との関係を適切に考慮して巻回されている。図に示すように、所与の時点において、磁気トラックが発生する磁界内には、リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０の一部のみが入る。したがって、電流は、リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０内の巻線において、原動力を生じない部分にも流れることがある。システムに必要な巻線の長さを長くすることによって、電気抵抗が高くなるが、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方において、一体式ステージ１０１を広範囲に動かすことができる。
【００２５】
図３は、一体式ステージ１０１の側面図である。図１及び図３に示すように、一体式ステージ１０１は、磁気トラック１０２によって画定される加工領域内のあらゆる位置において、リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０が磁気トラック１０２の各セグメント内に留まるように構成されている。チャック１１５は、キャリッジ３０８の上に載置されており、被加工物（図示せず）を搬送することができる。リニアフォーサ１０６は、キャリッジ３０８に接続され、磁気トラックセクション１０２−４の上側のセクション１０２−４ａと下側のセクション１０２−４ｂとの間に配置される。同様に、リニアフォーサ１０６は、キャリッジ３０８の反対側に接続され、磁気トラックセクション１０２−２の上側のセクション１０２−２ａと下側のセクション１０２−２ｂとの間に配置される。実際の動作では、一体式ステージ１０１と強磁性体ベース１１６との間には、空気軸受３０１が配置される。空気軸受３０１は、キャリッジ３０８の底部側のオリフィス３０２から排出される加圧空気によって生成される。オリフィス３０２は、多孔性の面又は他の適切な構造であってもよい。流出する加圧空気は、一体式ステージ１０１に上向きの力を加え、一体式ステージ１０１を浮上させる。コイル巻線３０４、３０６は（図４に示すコイル巻線３０３、３０５と共に）、キャリッジ３０８に取り付けられ、選択的に励起され、強磁性体ベース１１６に対する電磁吸引力を生成する。コイル巻線３０３、３０４、３０５、３０６は、空気軸受３０１の剛性を高めるために、磁力によって、空気軸受３０１に予圧を加え、及びＺ軸の平行移動と、Ｘ軸及びＹ軸を軸にした回転とを制御する。
【００２６】
図４は、一体式ステージ１０１の底面図である。コイル巻線３０３、３０４、３０５、３０６は、キャリッジ３０８に接続され、一体式ステージ１０１のＺ軸方向における平行移動、並びに一体式ステージ１０１のＸ軸を軸にした回転（ロール：roll）及びＹ軸を軸にした回転（ピッチ：pitch）を実現する。したがって、一体式ステージ１０１のリニアモータ及びコイル巻線３０３、３０４、３０５、３０６を用いて、リニアモータ及びコイル巻線３０３、３０４、３０５、３０６の適切な電気的作動によって、一体式ステージ１０１の３つの全ての平行移動及び３つの全ての回転を制御できる。キャリッジ３０８に取り付けるコイル巻線の数は、図４に示す巻線の数より多くても少なくてもよい。例えば、一体式ステージに単一のコイル巻線を取り付けた場合、単一のコイル巻線は、他の自由度の少なくとも１つにおける動きを提供できる。変形例では、コイル巻線３０３、３０４、３０５、３０６は、図４に示す位置とは異なる位置で、一体式ステージ１０１に取り付けてもよい。例えば、一実施の形態では、コイル巻線は、各リニアフォーサ１０７、１０８、１０９、１１０の外側の端部において、一体式ステージ１０１に取り付けてもよい。
【００２７】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅは、コイル巻線３０４、３０６を用いて制御できる動力学的動き（dynamics of motion）を示している。磁力によって予圧が加えられない空気軸受は、通常、特定の浮上高及び対応する圧力を想定して設計される。空気軸受３０１の圧力を変更することによって、Ｚ軸方向の平行移動をある程度制御することができるが、空気軸受の圧力を変更することによって達成できる動作範囲には限界があり、システムに非線形性が導入される可能性がある。更に、空気軸受の圧力を高めると、空気軸受の剛性が高まる。磁力によって予圧が加えられた空気軸受は、浮上高についてより優れた制御を可能にすると共に、これらの問題を軽減する。
【００２８】
Ｚ軸方向の平行移動は、コイル巻線３０４、３０６を流れるコモン電流によって制御してもよい。図５Ａは、コイル巻線３０４、３０６が励起されておらず、したがって、磁力によって強磁性体ベース１１６に引き付けられていない状況を示している。オリフィス３０２から流出する加圧空気による上向きの力及び一体式ステージ１０１の重みは、平衡位置にある。コイル巻線３０４、３０６が引力を生じていない場合、一体式ステージ１０１の浮上高５０１が最大になる。コイル巻線３０４、３０６の磁気カップリングにより、強磁性体ベース１１６に対して磁気吸引力を加えることによって平衡位置を変更できる。
【００２９】
図５Ｂは、コイル巻線３０４、３０６が最大電流より小さいコモン電流によって励起されている状況を示している。コイル巻線３０４、３０６と強磁性体ベース１１６との間の磁気吸引は、図５Ａの浮上高５０１と比べて、浮上高５０１を減少させる。図５Ｃは、コイル巻線が最大の量の電流で励起され、したがって、浮上高５０１が最小になっている状況を示している。市販の空気軸受を用いて調整できる浮上高５０１の適切な範囲は、数ミクロンから数十ミクロンの間の範囲であってもよい。一実施の形態においては、高さは、約４０ミクロン調整できる。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃは、実際の縮尺では示しておらず、説明の目的で、浮上高５０１の変化を強調して示している。
【００３０】
図５Ｄ及び図５Ｅは、コイル巻線３０４、３０６における差動電流によってＸ軸及びＹ軸を軸にした回転を制御できることを示している。図５Ｄでは、一体式ステージ１０１は、Ｙ軸を軸にして時計回りに回転している。時計回りの回転は、コイル巻線３０６に流れる電流より大きい電流をコイル巻線３０４に流すことによって達成できる。これによって、コイル巻線３０４は、コイル巻線３０６が生じる引力より強い引力を生じる。図５Ｅでは、一体式ステージ１０１は、Ｙ軸を軸にして反時計回りに回転している。反時計回りの回転は、コイル巻線３０４に流れる電流より大きい電流をコイル巻線３０６に流すことによって達成できる。図には示していないが、同様にコイル巻線３０３、３０５（図４に示す。）に差動電流を流すことによって、Ｘ軸を軸にした回転を達成できることは当業者にとって明らかである。なお、図５Ｄ及び図５Ｅは、実際の縮尺では示しておらず、説明の目的で、回転を強調して示している。更に、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄ及び図５Ｅでは、コイル巻線３０４、３０６を用いて制御される動きのダイナミクスをより明瞭に示すために、リニアモータを省略している。
【００３１】
本発明の基底にある原理から逸脱することなく、上述の実施の形態の詳細に多くの変更を加えることができることは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって定義される。
【図１】
0005575802.tif 000002
【図２】
0005575802.tif 000003
【図３】
0005575802.tif 000004
【図４】
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【図５Ａ】
0005575802.tif 000006
【図５Ｂ】
0005575802.tif 000007
【図５Ｃ】
0005575802.tif 000008
【図５Ｄ】
0005575802.tif 000009
【図５Ｅ】
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