(57)【要約】【課題】位置決め対象の構造物を高精度に位置決めする。【解決手段】位置決め装置であって、構造物と移動体との間に電磁的に力を作用させることにより、前記構造物と前記移動体との間にギャップを形成しつつ前記移動体の移動に伴って前記構造物が移動することを可能にする電磁機構を備え、前記電磁機構は、同一線上において互いに反対の方向に力を発生するように配置された第１、第２電磁石１３０を有する電磁石ユニットと、前記第１、第２電磁石１３０の各々と対向して配置されたターゲット１０５Ｔ、１０７Ｔと、前記第１、第２電磁石１３０と前記ターゲット１０５Ｔ、１０７Ｔとの間で前記第１、第２電磁石１３０が発生する磁束による吸引力の各々の差が所定値となるように、前記第１、第２電磁石１３０の各々に電磁石指令を与える電磁石指令演算器と、を備える。【選択図】図３
2004241576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決め装置であって、
構造物と移動体との間に電磁的に力を作用させることにより、前記構造物と前記移動体との間にギャップを形成しつつ前記移動体の移動に伴って前記構造物が移動することを可能にする電磁機構を備え、
前記電磁機構は、
同一線上において互いに反対の方向に力を発生するように配置された第１、第２電磁石を有する電磁石ユニットと、
前記第１、第２電磁石の各々と対向して配置されたターゲットと、
前記第１、第２電磁石と前記ターゲットとの間で前記第１、第２電磁石がそれぞれ発生する磁束による吸引力の差が所定値となるように、前記第１、第２電磁石の各々に電磁石指令を与える電磁石指令演算器と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決め装置、特に露光装置に搭載される位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置は、ウエハを移動させるステージ装置を有する。このような移動ステージ装置としては、例えば、特許第３１４５３５５号公報に開示されたものがある。このステージ装置においては、ステージ定盤上にはヨーガイドとステージ定盤でガイドされるＹスライダが載せられている。Ｙスライダとステージ定盤およびヨーガイドとの間には、エアパッドが設けられている。
【０００３】
また、Ｙスライダを囲むようにＸスライダが設けられている。Ｙスライダの側面とＸスライダの側面との間には、エアパッドが設けられている。Ｘスライダとステージ定盤との間にもエアパッドが設けられている。この構成により、ＹスライダはＹ方向に滑動自在であり、ＸスライダはＹスライダに対してＸ方向に滑動自在なので、ＸスライダはＸ、Ｙ方向に滑動自在である。
【０００４】
Ｘスライダ、Ｙスライダの駆動にはリニアモータが用いられる。Ｘスライダ、Ｙスライダ駆動用のリニアモータは、コイル固定、磁石可動型のものであり、磁石位置に応じてコイルを選択し、電流の大きさと方向を適切に制御することで長ストロークの駆動を実現する。
【０００５】
近年では、このようなステージ装置の高速化の要求が高まり、移動時の加減速も大きくなってきている。
【特許文献１】
特許第３１４５３５５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステージ装置を高速化するためにエアパッドのパッド面を大きくすると、ＸＹスライダの構造体が大きくなり、自重も大きくなる。自重が増えると加減速時に必要な駆動力も大きくなり、さらにエアパッドへの負荷が増えるという悪循環に陥る。また、Ｘ、Ｙ梁もエアパッドの面を確保するためにステージ全体が大型化し、粗動リニアモータへの負荷も増えて、設計が成り立たなくなる。このように、従来のエアパッドを用いたガイド構成では十分なステージ性能が得られない。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、位置決め対象を高精度に位置決めすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の側面は、位置決め装置に係り、構造物と移動体との間に電磁的に力を作用させることにより、前記構造物と前記移動体との間にギャップを形成しつつ前記移動体の移動に伴って前記構造物が移動することを可能にする電磁機構を備え、前記電磁機構は、同一線上において互いに反対の方向に力を発生するように配置された第１、第２電磁石を有する電磁石ユニットと、前記第１、第２電磁石の各々と対向して配置されたターゲットと、前記第１、第２電磁石と前記ターゲットとの間で前記第１、第２電磁石がそれぞれ発生する磁束による吸引力の差が所定値となるように、前記第１、第２電磁石の各々に電磁石指令を与える電磁石指令演算器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置の概観を示す図である。図２は、図１のステージ装置の一部を示す概略図である。図２は、概略的には、図１のステージ装置の構成から微動ステージ１１１及び粗動リニアモータ固定子１０１、１０３を取り除いた構成を示す図である。このステージ装置は、半導体露光装置等の露光装置のウエハステージ装置として構成されているが、本発明のステージ装置は他の装置に組み込まれてもよい。
【００１０】
ウエハステージ装置１００は、ウエハをウエハチャック上に保持し、アライメントポジションや露光ポジションにウエハを搬送して位置決めする。ステージ定盤１１３上には、不図示の静圧案内によってＸＹ平面上を移動自由に案内された粗動Ｘ梁１０５が配置されている。粗動Ｘ梁１０５は、Ｘヨーガイド１１５に不図示の静圧案内を用いてヨー方向の姿勢が固定され、結果として、粗動Ｘ梁１０５は、Ｘ方向のみに移動自由に案内されている。同様にして、粗動Ｙ梁１０７は、ステージ定盤１１３とＹヨーガイド１１７によりＹ方向のみに移動自由に案内されている。
【００１１】
粗動Ｘ梁１０５、粗動Ｙ梁１０７の各両端には、図２に示すように永久磁石を用いたＸ、Ｙ粗動リニアモータ可動子１１９、１２１がそれぞれ設けられている。Ｘ粗動リニアモータ可動子１１９を上下から挟み込むようにして、図１のＸ粗動リニアモータ固定子対１０１が配置され、Ｙ粗動リニアモータ可動子１２１を上下から挟み込むようにして、図１のＹ粗動リニアモータ固定子対１０３が配置されている。
【００１２】
粗動リニアモータ固定子１０１、１０３は、櫛歯状の珪素鋼薄板を積層して構成された鉄心にコイルが巻かれた構成を有する。鉄心と粗動リニアモータ可動子との間には磁石の吸引力が働くが、上下とも同じ間隙で粗動リニアモータ固定子が粗動リニアモータ可動子を挟み込む構成とすることにより、この吸引力が相殺されている。
【００１３】
粗動リニアモータ固定子１０１、１０３のコイルに電流を流すことにより、粗動リニアモータ固定子１０１、１０３と粗動リニアモータ可動子１１９、１２１との各間に推力を発生することができる。粗動リニアモータ固定子１０１、１０３とステージ定盤１１３は、同じ構造体によって支持されており、粗動リニアモータの推力は、粗動Ｘ、Ｙ梁１０５、１０７の各々の移動方向に働く。
【００１４】
粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７には、不図示のコーナーキューブが設けられており、不図示のレーザ干渉計からのレーザ光を反射する。粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７の各々の移動方向の位置は、これらのレーザ干渉計により計測される。不図示の制御系により、粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７は、各々のレーザ干渉計による計測値と粗動リニアモータによって位置決め制御される。
【００１５】
粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７を囲むようにしてＸＹスライダ１０９が設けられている。ＸＹスライダ１０９の自重は、ＸＹスライダ底板１０９ｃに設けられた不図示の静圧案内によってステージ定盤１１３で受けられている。よって、ＸＹスライダ１０９は、ステージ定盤１１３上のＸＹ平面内を移動するように案内されている。ＸＹスライダ１０９と粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７との間には電磁ガイド（電磁機構）が設けられている。
【００１６】
ＸＹスライダ１０９の適所、例えば、ＸＹスライダ上板１０９ａの側面には、反射鏡が形成又は固定されており、不図示のレーザ干渉計によりＸＹスライダ１０９の位置及び姿勢が計測される。図３に示す例では、ＸＹスライダ１０９に関して、レーザ光軸ＡＸＸ（Ｘ方向の計測光軸）、レーザ光軸ＡＸＹ１及びＡＸＹ２（共にＹ方向の計測光軸）を計測光軸とするレーザ干渉計が配置されており、Ｘ、Ｙ方向の位置及びωｚ方向の回転を計測することができる。以下では、ＸＹスライダ１０９に関するレーザ干渉計をＸＹスライダレーザ干渉計という。ここで、ωｚ方向の回転は、レーザ光軸ＡＸＹ１及びＡＸＹ２を光軸とするレーザ干渉計による計測結果、すなわち、Ｙ方向の２つの位置計測値の差分とレーザ光軸の間隔とに基づいて算出することができる。
【００１７】
同様に、粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７の適所、例えば両端部にも、反射鏡が形成又は固定されており、不図示のレーザ干渉計により粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７の位置及び姿勢が計測される。図３に示す例では、粗動Ｘ梁１０５に関して、レーザ光軸ＲＡＸＸ１及びＲＡＸＸ２（共にＸ方向の計測光軸）が配置され、粗動Ｘ梁１０５のＸ方向の位置及びωｚ方向の回転が計測される。また、Ｙ梁１０７に関して、レーザ光軸ＲＡＸＹ１及びＲＡＸＹ２（共にＹ方向の計測光軸）を計測光軸とするレーザ干渉計が配置され、Ｙ梁１０７のＹ方向の位置及びωｚ方向の回転が計測される。粗動Ｘ梁、粗動Ｙ梁１０５、１０７に関するレーザ干渉計を以下では粗動ステージレーザ干渉計という。
【００１８】
ＸＹスライダ１０９上には図１の微動ステージ１１１が搭載されている。微動ステージ１１１は、不図示の空気ばねや磁石の反発を用いた自重補償系によりＸＹスライダ１０９からの振動が絶縁されている。ＸＹスライダ１０９の上部にはコイルで構成される単相リニアモータ固定子が固定され、微動ステージ１１１の下部には永久磁石で構成される単相リニアモータ可動子が固定されている。これらによって構成される単相リニアモータは、微動ステージ１１１をＸ、Ｙ、Ｚと各々の軸周りの回転方向であるωｘ、ωｙ、ωｚ方向に対して、推力を出せる構成となっている。例えば、ＸＹ座標が異なる３つの位置にそれぞれ単相リニアモータを配置することにより、Ｚ、ωｘ、ωｙ方向に推力を発生させることができる。また、Ｘ方向に２個、Ｙ方向に２個の単相リニアモータを配置することにより、Ｘ、Ｙ、ωｚ方向に推力を発生させることができる。
【００１９】
微動ステージ１１１には、不図示のレーザ反射鏡が設けられており、不図示のレーザ干渉計によって微動ステージ装置１１１の６自由度の位置変位を計測することができる。
【００２０】
図３は、本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置の一部を示す概略図である。図３は、概略的には、図２のステージ装置の構成からＸ、Ｙ粗動リニアモータ可動子１１９、１２１を取り除いた構成を示す図である。また、図３は、分かりやすくするために、ＸＹスライダ上板１０９ａ、粗動Ｘ梁１０５、粗動Ｙ梁１０７をＺ方向にずらして図示している。
【００２１】
本実施形態では、ＸＹスライダ１０９と、それを移動させるための移動体としてのＸ、Ｙ梁１０５、１０７との間のガイド機構として電磁ガイドを採用している。電磁ガイド（電磁機構）は、電磁石１３０が発生する磁界を利用した一対の電磁アクチュエータが梁を挟むように対向配置して構成された非接触のガイド（案内機構）である。このような電磁アクチュエータは、ターゲット１０５Ｔ（１０７Ｔ）（例えば、磁性体）と電磁石１３０とによって構成されうる。ここで、従来のエアパッドに代えて電磁ガイドを採用することによって、非接触ガイドであるという利点を維持しつつ高い推力伝達能力を得ることができる。このような電磁ガイドは、エアを使用しないので、真空環境或いは減圧環境等を含むあらゆる使用環境に適している。ターゲット１０５Ｔ、１０７Ｔは、例えば、珪素鋼の薄板を積層して構成されうる。積層構造を採用するのは、渦電流の影響を抑えるためである。
【００２２】
図４には、図３に示す電磁石１３０の具体的な配列例が示されている。なお、図３中の電磁石１３０は、図３では、ＸＥＭ１〜ＸＥＭ４、ＹＥＭ１〜ＹＥＭ４として記載されている。電磁石は吸引力しか働かすことができないため、二つの電磁石を対向させて組にして用いる。Ｘ電磁石ＸＥＭ１とＸ電磁石ＸＥＭ２、Ｘ電磁石ＸＥＭ３とＸ電磁石ＸＥＭ４、Ｙ電磁石ＹＥＭ１とＹ電磁石ＹＥＭ２、Ｙ電磁石ＹＥＭ３とＹ電磁石ＹＥＭ４がこの組である。Ｘ電磁石ＸＥＭ１とＸ電磁石ＸＥＭ２との中心を結ぶ線をＸ１２軸、Ｘ電磁石ＸＥＭ３とＸ電磁石４との中心を結ぶ線をＸ３４軸、Ｙ電磁石ＹＥＭ１とＹ電磁石ＹＥＭ２との中心を結ぶ線をＹ１２軸、Ｙ電磁石ＹＥＭ３とＹ電磁石４との中心を結ぶ線をＹ３４軸と定義する。これらのＸ１２軸、Ｘ３４軸、Ｙ１２軸、Ｙ３４軸は、それぞれＸ電磁石ＸＥＭ１及びＸ電磁石ＸＥＭ２の力線、Ｘ電磁石３及びＸ電磁石４の力線、Ｙ電磁石１及びＹ電磁石２の力線、Ｙ電磁石３及びＹ電磁石４の力線を示す。
【００２３】
図４を用いて電磁石とターゲットとのギャップの計測について説明する。ギャップの情報は、図６に示すように、ギャップ算出器６０６によって電磁石駆動制御器６０９に与えられる。まず、ＸＹスライダ位置算出器６０３によってＸＹスライダレーザ干渉計（計測軸は、ＡＸＸ、ＡＸＹ１、ＡＸＹ２）から提供される位置情報に基づいてＸＹスライダ１０９の位置を算出する。また、粗動ステージ位置算出器６０８によって粗動ステージレーザ干渉計（計測軸は、ＲＡＸＸ１、ＲＡＸＸ２、ＲＡＸＹ１、ＲＡＸＹ２）に基づいて粗動ステージ（粗動Ｘ梁１０５、粗動Ｙ梁１０７）の位置を算出する。そして、ギャップ算出器６０６によってＸＹスライダ位置及び粗動ステージ位置に基づいて各電磁石ＸＥＭ１、ＸＥＭ２、ＸＥＭ３、ＸＥＭ４、ＹＥＭ１、ＹＥＭ２、ＹＥＭ３、ＹＥＭ４のギャップＸ１ｇａｐ、Ｘ２ｇａｐ、Ｘ３ｇａｐ、Ｘ４ｇａｐ、Ｙ１ｇａｐ、Ｙ２ｇａｐ、Ｙ３ｇａｐ、Ｙ４ｇａｐを算出する。この符号はギャップが大きくなる方向を正方向にとることにする。すなわち、ギャップ値が大きくなると、吸引力は減少する。
【００２４】
図５に電磁アクチュエータの構成例が示されている。電磁石１３０は、Ｅ型コア１３１にコイル１３２を巻くことにより構成されうる。コイル１３２に電流を流すことにより、Ｅ型コア１３１とターゲット１０５Ｔ（１０７Ｔ）に磁束が通り、両者間に吸引力が発生する。電磁石１３０は、ＸＹスライダ支柱１０９ｂに取り付けられている。
【００２５】
電磁石１３０は、面積当たりの力を比較すると、静圧案内（エアパッド等）の数倍の能力があるので、小さな面積の電磁石１３０で大きな加減速力を発生させることができ、ＸＹスライダ１０９やＸ、Ｙ梁１０５、１０７を大きくする必要がないという利点がある。ＸＹスライダ１０９がＸ、Ｙ梁１０５、１０７に対して静圧案内で支持されている場合は、ＸＹスライダ１０９の位置を計測する必要はないが、電磁ガイドを構成する場合は、ＸＹスライダ１０９の位置を計測して、粗動Ｘ梁１０５とＹ梁１０７との間隔を制御する必要がある。ＸＹスライダ１０９の適所、例えば、ＸＹスライダ上板１０９ａの側面には、反射鏡が形成又は固定されており、不図示のレーザ干渉計によりＸＹスライダ１０９の位置及び姿勢が計測される。図５に示す例では、ＸＹスライダ１０９に関して、レーザ光軸ＡＸＸ（Ｘ方向の計測光軸）、レーザ光軸ＡＸＹ１及びＡＸＹ２（共にＹ方向の計測光軸）を計測光軸とするレーザ干渉計が配置されており、ＸＹスライダ１０９のＸ、Ｙ方向の位置及びωｚ方向の位置を計測することができる。ここで、ωｚ方向の回転は、Ｙ方向の２つの位置計測値の差分とレーザ光軸の間隔とに基づいて算出することができる。
【００２６】
図６は、本発明の好適な実施の形態に係るＸＹスライダ１０９の制御系のブロック線図である。ＸＹスライダ１０９の位置決めは、Ｘ方向、Ｙ方向、ωｚ方向の各モードに分けて制御される。これはＸＹスライダ１０９の重心位置における各モード位置指令を制御系に与え、ＸＹスライダ１０９の位置を３本のレーザ干渉計の値から得たＸＹスライダ１０９の各モード計測値により制御するものである。各モード毎に制御することによって、直進方向と回転方向との幾何学的干渉を避けることができる。
【００２７】
まず、不図示の主制御器からＸＹスライダ位置指令器６０１にステージ移動指令が送られ、ＸＹスライダ位置指令器６０１において、ＸＹスライダ１０９の位置指令（目標位置）が算出される。モード指令変換器６０２は、この位置指令に従ってＸＹスライダ１０９を含む構造体の重心位置におけるＸ，Ｙ，ωｚのモード位置指令を算出する。
【００２８】
一方、ＸＹスライダ位置算出器６０３は、ＸＹスライダ１０９の位置を計測する３本のレーザ干渉計からによる計測値に基づいて、レーザが反射鏡にあたる場所でのＸＹスライダ１０９の位置を算出する。モード位置演算器６０４は、ＸＹスライダ位置算出器６０３によって算出されたＸＹスライダ１０９の位置をＸＹスライダ１０９の各モードの計測値に変換する。モード指令変換器６０２およびモード位置演算器６０４には、ＸＹスライダ１０９を含む構造体の重心位置の情報が組み込まれており、これらの幾何学的情報に基づいて演算が行われる。
【００２９】
モード制御器６０５は、モード位置指令とモード計測値とに基づいて各モード軸の偏差を算出して、これらの偏差を解消するためのモード制御指令を生成する。制御指令分配器６１１は、モード制御器６０５から送られてくるモード制御指令をＸＹスライダ１０９を含む構造体の重心位置情報と各電磁石の位置情報とに基づいてＸ１２軸、Ｘ３４軸、Ｙ１２軸、Ｙ３４軸に配置された電磁石ユニットへの力指令Ｘｆ１２，Ｘｆ３４，Ｙｆ１２，Ｙｆ３４に分配する。ωｚ軸についての力指令は、Ｘ１２軸とＸ３４軸に割り振り、Ｙ１２軸とＹ３４軸でのωｚ成分を零にしてもよいし、その逆でも良い。これらの各軸の力指令は電磁石指令演算器６０７に入力される。電磁石指令演算器６０７は、後述の機能に基づいて、各電磁石ごとに設けられた電磁石駆動制御器に磁束指令を送る。
【００３０】
ステージ加減速時にＸＹスライダ１０９の位置偏差を小さく抑えたい場合には、加減速力のフィードフォワードを行う必要がある。ＸＹスライダ１０９へのＸＹスライダフィードフォワード指令を用いる場合の本実施形態の制御系を図７に示す。図７は、概略的には、図６の構成に一部の機能を追加した構成を有する。即ち、図７は、フィードフォワード力変換器９０１を、図６に追加した構成を有する。不図示の主制御器から送られたＸＹスライダ１０９へのＸＹスライダフィードフォワード指令は、モードフィードフォワード力変換器９０１によって、Ｘ、Ｙ、ωｚ方向の各モードごとのフィードフォワード力に変換される。このモードフィードフォワード力は、モード制御器６０５で演算されたモード制御指令と足し合わされて、制御指令分配器６１１に送られる。このようにフィードフォワードを行うにはモードの力指令の次元で演算を行えばよい。
【００３１】
電磁石指令演算器６０７、電磁石駆動制御器６０９、電流ドライバ６１０等の機能について、Ｘ１２軸を一例として示す図８を参照して説明する。他のＸｆ３４，Ｙｆ１２，Ｙｆ３４軸も同様にして構成される。Ｘ１２軸の電磁石ユニット６１２は、Ｘ電磁石ＸＥＭ１とＸ電磁石ＸＥＭ２で構成されている。これらの電磁石は、粗動Ｘ梁１０５との間に吸引力を発生する。すなわち、電磁石ユニット６１２の制御力の反力は電磁石のターゲット１０５Ｔが設けられている補助構造体である粗動Ｘ梁１０５に加わる。図８に示すように、電磁石ユニット６１２の制御力の方向をＸ座標軸と同じ方向に定義する。このときにＸ電磁石ＸＥＭ１の発生する吸引力は、電磁石ユニット６１２の制御力の方向と一致し、Ｘ電磁石ＸＥＭ２の発生する吸引力は、電磁石ユニット６１２の制御力の方向と反対である。
【００３２】
電磁石指令演算器６０７は、Ｘ電磁石ＸＥＭ１には、電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２にゲイン０．５を乗じて一定の基本力Ｘｏ１２を加えた値（Ｘｏ１２＋０．５×Ｘｆ１２）を電磁石指令値として、Ｘ電磁石ＸＥＭ２には電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２にゲイン０．５を乗じて一定の基本力Ｘｏ１２を減じた値（Ｘｏ１２−０．５×Ｘｆ１２）を電磁石指令値として、各々の電磁石駆動制御器６０９ａ、６０９ｂに送る。各電磁石ＸＥＭ１、ＸＥＭ２が各電磁石指令値通りの吸引力を発生したときに、電磁石ユニット６１２で発生する力Ｆは、
Ｆ＝（Ｘ電磁石ＸＥＭ１の吸引力）−（Ｘ電磁石ＸＥＭ２の吸引力）＝（Ｘｏ１２＋０．５×Ｘｆ１２）−（Ｘｏ１２−０．５×Ｘｆ１２）＝Ｘｆ１２
によってＸｆ１２となる。一定の基本力Ｘｏ１２は、特に限定しないが、例えば、電磁石ユニット６１２で発生する吸引力の最大値の１／２の大きさにするのが好ましい。
【００３３】
このように、本実施形態によれば、単位面積あたりで静圧案内に比べて数倍の力伝達能力をもつ電磁石を用いた電磁ガイドを構成することができる。
【００３４】
また、対向する電磁石に対して一定の基本力をオフセットとして与えて、電磁石ユニット力の半分の値を符号を変えて左右の電磁石指令値に割り振ることによって、制御指令通りの力を電磁石ユニットに発生させることができる。
【００３５】
（第２実施形態）
図９は、電磁石指令演算器６０７、電磁石駆動制御器６０９、電流ドライバ６１０等の機能において図８とは異なる機能を用いた場合を示す図である。図８においては一定の基本力Ｘｏ１２を用いており、常にどちらの電磁石にも力指令Ｘｆ１２を与えていた。これは電流指令値を求めるための数値表の精度を考慮したものである。吸引力が小さいときは吸引力測定の精度が悪いため、数値表の精度も悪くなってしまう。一定の基本力Ｘｏ１２を用いた制御構成にすることにより吸引力が小さいときの精度の悪い数値表の個所を使わずに済む。しかし、一定の基本力Ｘｏ１２を用いる分、電磁石コイルにおける発熱量が大きくなってしまう。この発熱は構造部材の熱膨張を引き起こし、装置性能に悪影響を与える恐れがある。図９では、この問題を解決するため、電磁石ユニット６１２力に応じて電磁石への指令を切り替えている。すなわち、電磁石指令演算器６０７は、電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２が正の場合はＸ電磁石ＸＥＭ１のみに電磁石指令を与え、Ｘ電磁石ＸＥＭ２には零の電磁石指令を与える。電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２が負の場合はＸ電磁石ＸＥＭ２のみに電磁石指令を与え、Ｘ電磁石ＸＥＭ１には零の電磁石指令を与える。この切換は切換ゲイン１，２を用いて実現されている。電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２が負の場合は切換ゲイン２では符号を反転させるために−１を乗じている。
【００３６】
電磁石に発生する吸引力は、電磁石ギャップの磁束φの２乗に比例するので、Ｘ２電磁石駆動制御器６０９ｂには、Ｘｆ１２軸の電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２の平方根の次元を有する磁束指令を与えるのが望ましい。そこで、本実施形態では、図１０に示すように、制御電流演算器２１３に設けられた選択器７０１がＸ１２軸指令であるＸｆ１２の正負を判断して、Ｘｆ１２軸の電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２が正の場合（図１０では、判断結果が”１”の場合）は、電磁石駆動制御器Ｘ１  ６０９ａには零を示す磁束指令を送り、電磁石駆動制御器Ｘ２  ６０９ｂには電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２を平方根の次元にして磁束指令として与える。Ｘｆ１２軸の電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２が負または零の場合（図１０では、判断結果が”０”の場合）は、電磁石駆動制御器Ｘ２  ６０９ｂには零を示す磁束指令を送り、電磁石駆動制御器Ｘ１  ６０９ａには電磁石ユニット６１２への力指令Ｘｆ１２に−１を乗じて正の値に変換した後、これを平方根の次元にして磁束指令として与える。
【００３７】
図８と図９のどちらの構成を用いるかは、必要とされる制御性能と得られた数値表の精度、および電磁石コイルにおける発熱を考慮して定めればよい。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、電磁石ユニット力に応じて電磁石への指令を切り替えることによって、電磁石コイルでの発熱量を最小限に抑えることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
電磁石指令演算器６０７、電磁石駆動制御器６０９、電流ドライバ６１０等の機能について、電磁石ＸＥＭ１を一例として示す図１１を参照して説明する。電磁石ＸＥＭ１の制御系には、電磁石ＸＥＭ１に設けられたサーチコイル４２１と積分器４２３とにより磁束検出器が構成されている。電磁石ＸＥＭ１のサーチコイル４２１には、電磁石ＸＥＭ１における磁束の時間変化成分が誘起電圧として発生する。この誘起電圧を積分器４２３により時間積分することで電磁石ＸＥＭ１が発生する磁束が検出される。加算器４２４では、電磁石指令演算器６０７から与えられた磁束指令ＸＪ１と検出磁束との差分である磁束誤差が算出される。この磁束誤差に増幅器４２５がゲインを乗じてＸ１電圧ドライバ６１０ａに指令として送られる。電磁石ＸＥＭ１のコイル４２２には、Ｘ１電圧ドライバ６１０ａにより電圧が印加され、コイル４２２に電流が流れることにより電磁石ＸＥＭ１に磁束が発生する。なお、図１１において、サーチコイル４２１と積分器４２３の代わりに、図１２に示すように、ホール素子４２６とホール素子アンプ４２７を用いて、磁束検出器を構成してもよい。ホール素子４２６は、ギャップの間に設けられるのが望ましいが、電磁石ＸＥＭ１の吸引力を代表する磁束を計測する場所であれば他の場所でもかまわない。
【００４０】
このように、本実施形態によれば、電磁石指令演算器によって電磁石ユニット毎に制御力を算出して、その制御力を磁束の次元にして電磁石駆動制御器に送り、電磁石駆動制御器で検出磁束をフィードバック制御することにより、電磁石で発生する磁束を所望の磁束指令にほぼ等しくすることができ、結果的に所望の制御力を発生することができる。検出磁束は、電磁石間隙変動の影響を含め大局的な吸引力の検出に相当するので、電磁石のギャップに変動があっても、所望の制御力を発生することができ、位置決め対象物を高精度に位置決めすることができる。
【００４１】
（第４実施形態）
電磁石駆動制御器６０９は、電磁石指令演算器６０７より送られた電磁石指令値通りの電磁石の吸引力になるように各電流ドライバ６１０ａ〜ｈへ電流指令を送る役割を果たす。電磁石で発生する吸引力は、理論的にはおよそコイルに流れる電流の２乗に比例し、電磁石とターゲットとのギャップ（電磁石ギャップ）の２乗に逆比例する。従って、このような非線形性を考慮した電流が各電流ドライバへ指令として送られる必要がある。この非線形性を単純にコイル電流の２乗に比例し、ギャップの２乗に逆比例するものとして、力指令のルート演算をしたり、ギャップをルート演算後の値に乗じて補正したりする構成も考えられるが、そのような手法では精度が悪くなる。ギャップにより磁束の漏れが生じ、発生する磁束すべてが吸引力にはならないためである。また、ギャップが変化すると磁束の漏れ方も変化する。
【００４２】
そこで、本実施形態では、予め実験により測定した電磁石の電流、ギャップ、吸引力の関係に基づいて数値表を作成し、電磁石のギャップ値と必要な吸引力の２つの値を引数として、数値表から指令電流を求める構成を用いる。図１３は、ギャップを変化させたときのコイル電流と電磁石吸引力の測定結果の一例を示す図である。図１３から電磁石吸引力はギャップの２乗に反比例したものではないことがわかる。図１４は、コイル電流を変化させたときのギャップと吸引力の測定結果の一例を示す図である。これは図１４と同じ測定条件においてプロットの仕方を変えたものである。同じ電流値に対してはギャップが大きいほど電磁石吸引力が小さくなることが分かる。また、吸引力はコイル電流の２乗に単純に比例したものではないことが分かる。より詳細な電磁石の電流、ギャップ、吸引力の関係を求めるためには、ギャップ又は電流をより細かく変化させたときの吸引力を計測すればよい。これらのデータに基づいて、吸引力、ギャップが与えられたときに、必要なコイル電流を求めるための数値表が求められる。この数値表は、本実施形態では、一例として図１５のような構成を用いられるが、本実施形態はこれに限定されない。
【００４３】
図１５に示すように、数値表は２次元の行列となっている。行には吸引力を一定としたときのギャップに対する電流値が、列にはギャップを一定としたときの吸引力に対する電流値が並んでいる。電磁石指令値及びそのときのギャップが与えられたときは、図１５の行列を用いて、電磁石指令値とギャップの交点の電流値を求めればよい。しかし、数値表の各値は離散的であるため、電磁石指令値や制御時におけるギャップが数値表で用いられている値とは必ずしも一致しない。この場合は、例えば、図１６のようにして補間すればよい。具体的には、吸引力は指標ｆ１とｆ２の間にあり、ギャップは指標ｇ１とｇ２の間にあるとする。まず、指標［ｆ１，ｇ１］で得られる電流ｉ１と指標［ｆ１，ｇ２］で得られる電流ｉ２とに基づいて、指標ｇ１、ｇ２、ギャップの各値から線形補間を行って電流値ｉ１２を求める。同様にして、ｉ３とｉ４から線形補間によりｉ３４を求める。次に、ｉ１２とｉ３４とから指標ｆ１、ｆ２、電磁石指令値の各値から線形補間を行って所望の指令電流ｉが求められる。
【００４４】
本実施形態では、ギャップから先に補間を行ったが、電磁石指令値から先に補間を行っても良い。また、補間方法は、ここに示した方法以外の方法を用いてもよい。数値表の精度・分解能が高いほど、補間の方法には影響されずに、正確な指令電流ｉが求められる。このようにして、各電磁石への電磁石指令値から指令電流が算出されて各電流ドライバ６１０ａ〜ｈへ送られる。電流ドライバ６１０ａ〜ｈでは、指令通りの電流をコイルに流して、電磁石指令値通りの吸引力を電磁石に発生させることができる。その結果、位置制御系の指令通りにＸＹスライダ１０９を高精度に位置制御することができる。
【００４５】
なお、モード指令変換器６０２、モード制御器６０５、電磁石指令演算器６０７、制御指令分配器６１１は、複雑な座標変換、正負判断、非線形演算等を用いるのでデジタル系で構成するのが望ましい。電磁石駆動制御器６０９や磁束検出器は、線形演算を用いるので、アナログ系で構成しても良いし、もちろんデジタル系で構成しても良い。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、電磁石指令演算器により得られた電磁石ユニット毎の電磁石指令値とギャップ算出器により得られた電磁石毎の電磁石のギャップ値とから、実験的に求めた電磁石指令値と電磁石のギャップ値との数値表に基づいて、必要な電流指令を求めることによって、制御指令通りの力を発生することができ、高精度にＸＹスライダを位置決めすることができる。
【００４７】
また、単位面積あたりで静圧案内に比べて数倍の力伝達能力をもつ電磁石を用いた電磁ガイドを構成する第１実施形態〜第３実施形態に係る制御系と本実施形態に係る数値表とを組み合わせることによって、さらに高加減速かつ高精度のステージを実現することができる。
【００４８】
（他の実施形態）
図１７は、上記のステージ装置を組み込んだ露光装置の構成を概略的に示す図である。マスクステージ５００にはマスクが保持され、ウエハステージ１００には、チャックによってウエハが保持される。マスクは、照明光学系６０１によって照明され、マスクに形成されているパターンの像は、投影光学系６０２を介してウエハステージ１００上のウエハに投影転写される。パターンが転写された基板としてのウエハ上の感光層は、半導体デバイスを製造するために現像される。この露光装置は、上述のように、半導体デバイスの周知の製造プロセスに適用される。
【００４９】
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１８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う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【００５０】
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。
【００５１】
以下に本発明に係る実施態様を列挙する。
【００５２】
［実施態様１］  位置決め装置であって、
構造物と移動体との間に電磁的に力を作用させることにより、前記構造物と前記移動体との間にギャップを形成しつつ前記移動体の移動に伴って前記構造物が移動することを可能にする電磁機構を備え、
前記電磁機構は、
同一線上において互いに反対の方向に力を発生するように配置された第１、第２電磁石を有する電磁石ユニットと、
前記第１、第２電磁石の各々と対向して配置されたターゲットと、
前記第１、第２電磁石と前記ターゲットとの間で前記第１、第２電磁石がそれぞれ発生する磁束による吸引力の差が所定値となるように、前記第１、第２電磁石の各々に電磁石指令を与える電磁石指令演算器と、
を備えることを特徴とする位置決め装置。
【００５３】
［実施態様２］  前記電磁石指令演算器は、前記第１電磁石には、前記電磁石ユニットへの力指令に所定のゲインを乗じて一定の基本力を加えた値を電磁石指令値として与え、前記第２電磁石には、前記電磁石ユニットへの力指令に前記所定のゲインを乗じて前記一定の基本力を減じた値を電磁石指令値として与えることを特徴とする実施態様１に記載の位置決め装置。
【００５４】
［実施態様３］  前記電磁石指令演算器は、前記電磁石ユニットへの力指令の方向が所定方向である場合には、前記第１電磁石には零を示す前記電磁石指令を、前記第２電磁石には前記力指令を前記電磁石指令として送り、前記電磁石ユニットへの力指令の方向が前記所定方向と反対である場合には、前記第１電磁石には前記電磁石ユニットへの力指令に−１を乗じて前記電磁石指令として送り、前記第２電磁石には零を示す前記電磁石指令を送ることを特徴とする実施態様１に記載の位置決め装置。
【００５５】
［実施態様４］  前記電磁石が発生する磁束を検出する磁束検出器を更に有し、前記電磁機構は、前記磁束検出器の計測結果と前記電磁石指令演算器からの磁束指令との差分に基づいてフィードバック制御されることを特徴とする実施態様１に記載の位置決め装置。
【００５６】
［実施態様５］  前記第１、２電磁石は、コアと該コアに巻かれたコイルとによって構成され、前記電磁石指令演算器は、予め測定した前記電磁石指令値及び前記ギャップと前記コイルへ流れる電流値との関係に基づいて、前記コイルへ流す電流値を求めることを特徴とする実施態様１乃至実施態様４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【００５７】
［実施態様６］
パターンを形成した原版に照射される露光光を基板に投影するための光学系と、
前記基板または前記原版を保持し位置決めを行う位置決め装置と、
を備え、
前記位置決め装置は、
構造物と前記基板を置載した移動体との間に電磁的に力を作用させることにより、前記構造物と前記移動体との間にギャップを形成しつつ前記移動体の移動に伴って前記構造物が移動することを可能にする電磁機構を備え、
前記電磁機構は、
同一線上において互いに反対の方向に力を発生するように配置された第１、第２電磁石を有する電磁石ユニットと、
前記第１、第２電磁石の各々と対向して配置されたターゲットと、
前記第１、第２電磁石と前記ターゲットとの間で前記第１、第２電磁石が発生する磁束による吸引力の各々の差が所定値となるように、前記第１、第２電磁石の各々に電磁石指令を与える電磁石指令演算器と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【００５８】
［実施態様７］  半導体デバイスの製造方法であって、
基板に感光材を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で前記感光材が塗布された前記基板に実施態様６に記載の露光装置を利用してパターンを転写する露光工程と、
前記露光工程で前記パターンが転写された前記基板の前記感光材を現像する現像工程と、
を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、位置決め対象を高精度に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態のステージ装置の概観を示す図である。
【図２】本発明の好適な実施の形態のステージ装置の概観を示す図である。
【図３】図２に示す構成の一部をＺ方向に分解して示した図である。
【図４】電磁ガイド（電磁機構）の電磁アクチュエータを構成する電磁石の配列例を示す図である。
【図５】電磁ガイド（電磁機構）の電磁アクチュエータの構成例を示す図である。
【図６】電磁ガイド（電磁機構）を制御する制御系を示す図である。
【図７】電磁ガイド（電磁機構）を制御する制御系を示す図である。
【図８】電磁石の駆動方法を説明する図である。
【図９】電磁石の駆動方法を説明する図である。
【図１０】電磁石の駆動方法を説明する図である。
【図１１】電磁石の駆動方法を説明する図である。
【図１２】電磁石の駆動方法を説明する図である。
【図１３】ギャップと吸引力との関係を説明する図である。
【図１４】コイル電流と吸引力との関係を説明する図である。
【図１５】電磁石指令値及びそのときのギャップで構成される数値表を示す図である。
【図１６】図１５の数値表を補間する方法を示す図である。
【図１７】露光装置の概略構成を示す図である。
【図１８】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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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