(57)【要約】【課題】  コイル発熱の影響を抑えた、高精度な位置決めを行う位置決め装置が望まれている。【解決手段】  位置決め装置は、移動体と、該移動体の鉛直方向上方に設けられた磁性体部材と、前記移動体の鉛直方向下方に設けられ、複数の空芯コイルを有する固定子ユニットと、前記移動体に設けられ、前期磁性体部材との間で力を発生する第１磁石ユニットと、前記移動体に設けられ、前記固定子ユニットとの間で力を発生する第２磁石ユニットとを有する。【選択図】  図１
2005253179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体と、
該移動体の鉛直方向上方に設けられた磁性体部材と、
前記移動体の鉛直方向下方に設けられ、複数の空芯コイルを有する固定子ユニットと、
前記移動体に設けられ、前記磁性体部材との間で力を発生する第１磁石ユニットと、
前記移動体に設けられ、前記固定子ユニットとの間で力を発生する第２磁石ユニットとを有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記固定子ユニットが非磁性体部材からなることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記第１磁石ユニットと前記磁性体部材との間で発生する力は、前記移動体の自重とつりあうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記移動体は、前記固定子ユニットと前記第２磁石ユニットとの間で発生する力によって少なくとも鉛直方向に駆動可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記移動体が６軸方向に駆動可能であることを特徴とする請求項４に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記６軸方向がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向および各軸回りの回転方向であり、
前記第２磁石ユニットが前記Ｘ軸方向および／または前記Ｙ軸方向に平行な直線に対して非対称に配置された複数の永久磁石を有することを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記磁性体部材が、薄板を積層した積層構造を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記第１磁石ユニットと前記磁性体部材との間に、前記第１磁石ユニットと前記磁性体部材が吸着することを防止する吸着防止手段を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項９】
前記吸着防止手段が前記磁性体部材を覆うように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の位置決め装置。
【請求項１０】
前記固定子ユニットが、所定方向に直線部を有する略長円形コイルを、前記所定方向と直交する方向に複数個並べたコイル層を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１１】
前記固定子ユニットが前記コイル層を前記自重方向に沿って複数層有し、該複数層のうち少なくとも１つのコイル層は、他のコイル層と異なる方向に直線部を有する略長円形コイルを有することを特徴とする請求項１０に記載の位置決め装置。
【請求項１２】
基板を搭載する２つの移動体と、
前記２つの移動体と対面して設けられた複数の空芯コイルを有し、磁性体部を有しない固定子ユニットと、
前記２つの移動体の、前記固定子ユニットと逆側の面に設けられた第１磁石ユニットと、
該第１磁石ユニットと対面する磁性体部材とを有し、
前記固定子ユニットが、第１方向に直線部を有する略長円形コイルを前記第１方向に沿って２つ並べたものを前記第１方向と直交する第２方向に複数個並べたコイル層と、前記第２方向に直線部を有する略長円形コイルを前記第２方向に沿って２つ並べたものを前記第１方向に複数個並べた部分を有するコイル層とを有することを特徴とする位置決め装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の位置決め装置であって、
前記位置決め装置は、
露光装置に用いられるものとして構成され、
基板にパターンを露光する露光領域と、露光された基板のパターンの位置を計測する計測領域とを有し、
前記第１方向に沿って２つ並べた略長円形コイル群の境界は前記計測領域と前記露光領域との間に配置され、
前記第２方向に沿って２つ並べた略長円形コイル群は前記計測領域と前記露光領域との間近傍の部分に配置され、該２つの境界は前記露光する位置と前記計測する位置とを結ぶ直線の近傍に配置されることを特徴とする位置決め装置。
【請求項１４】
前記固定子ユニットが、コイル層を６層有することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１５】
前記固定子ユニットの複数の空芯コイルを覆う隔壁を有し、該隔壁内に温調用流体を循環させることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１６】
前記固定子ユニットの複数の空芯コイルを覆う隔壁を有し、該隔壁内に熱伝導材料が充填されることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１７】
少なくとも２つの移動体を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１８】
前記磁性体部材が開口を有する板状部材であり、開口よりも上部を排気することを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８に記載の位置決め装置であって、
前記位置決め装置は真空雰囲気中で用いられるように構成され、
前記磁性体部材が開口を有する板状部材であり、
前記板状部材が、前記開口より上部の空間の真空度を前記移動体近傍の真空度と差をつけるための差動排気手段を兼ねることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２０】
磁石を有する移動体と、
該移動体を駆動するための駆動手段と、
前記移動体の片面に対面し、前記磁石との間で吸引力を発生することによって前記移動体の自重を支持する磁性部材とを有し、
前記移動体と前記磁性部材との間で閉じた磁気回路が形成されていることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２１】
原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、請求項１〜２０のうちいずれかに記載の位置決め装置を、前記原版および／または前記基板を位置決めする位置決め装置に用いることを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
デバイス製造方法であって、請求項２１に記載の露光装置を製造工程の少なくとも一部に用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象物を位置決めする位置決め装置に関するものであり、特には半導体装置や液晶装置などのデバイスを製造するための露光装置等の製造装置において、基板および／または原版を位置決めするのに好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、露光装置用ステージ装置のような高精度な位置決めが要求される位置決め装置において、平面モータ型の位置決め装置が注目されている。平面モータ型の位置決め装置として、たとえば特許文献１に記載の位置決め装置がある。特許文献１では、誘導子歯鉄心にコイルを巻いた可動子と、磁性体ベースに歯状の突起を設けた固定子とを用いた、いわゆるソーヤの原理を利用したパルスモータ方式により可動子が駆動する。また、可動子にはエア供給穴が設けられ、固定子と可動子との間にエアを供給することによって、可動子を浮上させている。
【０００３】
また、ローレンツ力を利用した平面モータ型の位置決め装置として、たとえば特許文献２に記載の位置決め装置がある。特許文献２では、磁石板を有するウエハテーブルをコア板とトップヨークで挟みこんだ構成の位置決め装置が開示されている。上記の構成では、コア板に設けたコイルによってウエハテーブルに推力および浮上力を発生させ、コア部とトップヨークとそれらを支持する支柱により形成される磁気回路を利用して自重の大部分を浮上支持するようにしている。
【特許文献１】特開平０８−００６６４２号公報
【特許文献２】特開平１１−０６９７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１について、可動子がエアの空気圧によって浮上する構成だと真空中での使用に問題が生じる。また、駆動方式がソーヤの原理を利用したパルスモータ方式であると、固定子からの振動を伝えやすく高精度な位置制御が困難である。また、可動子にコイルを含むと、コイルに電力を供給するためのケーブルを引きずるのでケーブルからの外乱を受けやすく、この点でも高精度な位置制御が困難である。さらに、露光装置のような姿勢や鉛直方向に高い位置精度が要求される場合には、本駆動方式の場合にはＺチルト方向制御用の微動ステージを設ける必要が生じ、構成が複雑になる。
【０００５】
また、特許文献２のように、下部のコア部が磁性体であるため、コギングが発生してしまい高精度な位置決め制御が困難である。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的はコイル発熱の影響を抑えた、高精度な位置決めを行う位置決め装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために本発明では、移動体と、該移動体の鉛直方向上方に設けられた磁性体部材と、前記移動体の鉛直方向下方に設けられ、複数の空芯コイルを有する固定子ユニットと、前記移動体に設けられ、前記磁性体部材との間で力を発生する第１磁石ユニットと、前記移動体に設けられ、前記固定子ユニットとの間で力を発生する第２磁石ユニットとを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コイル発熱の影響を抑えた、高精度な位置決めを行う位置決め装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜実施例１＞
図１は実施例１を表す図であり、図１（ａ）は鉛直（Ｚ）方向から見た図で、図１（ｂ）は水平（Ｙ）方向から見た図である。位置決め装置は、対象物を搭載して移動する可動子ユニット１と、固定子ユニット２と、固定子ユニット２から支柱３を介して支持される吸引板４を有する。可動子ユニット１は１枚板状であり、略直方体形状の天板５と、天板５の下部に設けられた複数の永久磁石からなる磁石ユニット６と、天板の上部の４隅にヨーク７を介して設けられた永久磁石８を有する。天板５の材質としては、たとえばセラミック等の比剛性が高い材質が望ましい。また、吸引板４は永久磁石８の上部と非接触で対面し、磁性体から構成されている。
【００１０】
本実施例では、Ｎ極とＳ極に着磁された２つの永久磁石をそれぞれ４隅に配置している。これらの永久磁石８と吸引板４との間に作用する吸引力によって、可動子ユニット１を鉛直上向き（＋Ｚ方向）に浮上させることができる。ここで、吸引力は概ね可動子ユニット１の自重と釣り合うように設計されており、後述の固定子ユニット２からわずかな力を受けるだけで浮上することができる。結果として、可動子ユニット１は吸引板４および固定子２から非接触で支持される。
【００１１】
（固定子ユニットの説明）
固定子ユニット２はベース９上に固定されたコイル列１０を有する。コイル列１０は、Ｚ方向に層状に積み重ねられており、たとえば６層のコイル列よりなる。図３は各層のコイル列を表す図である。コイル列１０は所定方向に平行な直線部を有する略長円形コイルを、所定方向と垂直な方向に複数並べたものである。図３（ａ）はＹ方向に平行な直線部を有するコイル列の例であり、図３（ｂ）はＸ方向に平行な直線部を有するコイル列の例である。ここで略長円形コイルとは、長方形状のコイルの角部をなくしたようなコイルを含むものであり、この場合に上述の直線部とは二組ある辺のうち長辺の直線部を指すものとする。本実施例では略長円形コイルの直線部がＸ方向に平行である層が３層、略長円形コイルの直線部がＹ方向に平行である層が３層、つまり同じ層数ずつとなっている。また、各コイルは磁性体のコア部を有しない空芯コイルである。
【００１２】
図２は各層のコイル列をさらに詳細に示した図であり、図１のＡ部を拡大して図示している。ベース９上に絶縁シート２０を介してコイル列１０が設けられている。コイル列１０は上から順に一層目のコイル列１１、二層目のコイル列１２、三層目のコイル列１３、四層目のコイル列１４、五層目のコイル列１５、六層目のコイル列１６から構成される。コイル列１１の略長円形コイルはＹ方向に平行な直線部を有し、主にＸ方向の駆動に用いられる。コイル列１２の略長円形コイルはＸ方向に平行な直線部を有し、主にＹ方向の駆動に用いられる。コイル列１３の略長円形コイルはＹ方向に平行な直線部を有し、主にＺ方向の駆動に用いられる。コイル列１４の略長円形コイルはＸ方向に平行な直線部を有し、主にωＺ方向の駆動に用いられる。コイル列１５の略長円形コイルはＹ方向に平行な直線部を有し、主にωＹ方向の駆動に用いられる。コイル列１６の略長円形コイルはＸ方向に平行な直線部を有し、主にωＸ方向の駆動に用いられる。各コイル列の間には絶縁シート２０が設けられている。ここで、絶縁シート２０は各コイル列の間でショートすることを防ぐためのものである。
【００１３】
（可動子ユニットの説明）
図４は可動子ユニット１の詳細図であり、図４（ａ）は可動子ユニット１の側面図で、図４（ｂ）は鉛直下方向（−Ｚ方向）から見た可動子ユニット１の下面図である。図４（ｂ）においては、紙面手前向きを−Ｚ方向、紙面奥向きを＋Ｚ方向としている。先に述べたように天板５の下部に磁石ユニット６が固定されている。磁石ユニット６は磁石内部で＋Ｚ方向に磁束が流れるように着磁された磁石、−Ｚ方向に着磁された磁石、Ｘ方向に対して４５度傾斜した方向、１３５度傾斜した方向、−１３５度傾斜した方向、−４５度傾斜した方向にそれぞれ着磁された磁石の６種類の磁石からなる。図４（ｂ）において、＋Ｚ方向に着磁された磁石は○の中に×を書いた記号で示され、−Ｚ方向に着磁された磁石は○の中に・を書いた記号で示され、Ｘ方向に対して４５度方向、１３５度方向、−１３５度方向、−４５度方向に着磁された磁石はその方向の矢印を書いた記号で示されている。
【００１４】
図４（ｂ）において、磁石ユニット６より紙面手前（−Ｚ方向）側における空間（磁石ユニット６下面とコイル列１０との間の空間）では＋Ｚ方向に着磁された磁石２７付近では＋Ｚ方向の磁束が、−Ｚ方向に着磁された磁石２８付近では−Ｚ方向の磁束が、Ｘ向に対して４５度方向に着磁された磁石２９の付近ではＸ方向に対して−１３５度方向の磁束が、Ｘ方向に対して１３５度方向に着磁された磁石３０の付近ではＸ方向に対して−４５度方向の磁束が、Ｘ方向に対して−４５度方向に着磁された磁石３１の付近ではＸ方向に対して１３５度方向の磁束が、Ｘ方向に対して−１３５度方向に着磁された磁石３２の付近ではＸ方向に対して４５度方向の磁束がそれぞれ発生している。これらのことは、所定方向に着磁した磁石の周囲の磁束方向を考えれば分かることである。
【００１５】
各方向に着磁された磁石はいわゆるハルバッハ配列で配置されている。以下、具体的な配置について説明する。＋Ｚ方向に着磁された磁石２７はＸ方向、Ｙ方向に周期Ｌの間隔で並んでおり、Ｘ方向に対して４５度および−４５度傾斜した方向には周期√２×Ｌの間隔で並んでいる。さらにＸ方向に対して４５度および−４５度傾斜した方向には＋Ｚ方向に着磁された磁石と−Ｚ方向に着磁された磁石が距離√２／２×Ｌごとに交互に並んでいる。またさらにＸ方向に対して４５度傾斜した方向には＋Ｚ方向に着磁された磁石と−Ｚ方向に着磁された磁石との間にＸ方向に対して４５度傾斜した方向に着磁された磁石、Ｘ軸に対して−１３５度傾斜した方向に着磁された磁石が交互に配置されている。またさらにＸ方向に対して−４５度方向には＋Ｚ方向に着磁された磁石と−Ｚ方向に着磁された磁石との間にＸ方向に対して−４５度傾斜した方向に着磁された磁石、Ｘ軸に対して１３５度傾斜した方向に着磁された磁石が交互に配置されている。
【００１６】
図４（ｂ）において、磁石２８の紙面手前側の空間では手前に向かう磁束つまり−Ｚ方向の磁束は四方（Ｘ軸方向に対して±４５度、±１３５度傾斜した方向）から集められる形で強化され、磁石２７の紙面手前側の空間では紙面奥側に向かう磁束つまり＋Ｚ方向の磁束は四方に分散される形で強化される。逆に各磁石の紙面奥側の面、つまり磁石と天板５の接合部では磁束が相殺しあい、磁束分布が略ゼロになるようになっている。
【００１７】
また、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って磁石の配置を眺めると、磁石２７〜３２はそれぞれ周期ＬでＸＹ方向に並んでいる。したがって、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに沿って、鉛直方向の磁束密度も水平方向の磁束密度も周期Ｌの略正弦波になるように分布している。さらに鉛直方向の磁束密度と水平方向の磁束密度は距離Ｌ／４だけずれて分布している。距離Ｌを３６０度（２π）の位相とすると、鉛直方向の磁束密度分布と水平方向の磁束密度分布のピークとなる位置は位相が９０度ずれている。
【００１８】
図４（ｂ）において天板５下面の１本の対角線の両端部（天板５の右上隅部と左下隅部）に永久磁石が設けられていない磁石欠損部分２５があり、またＸ方向に３本、Ｙ方向に３本直線状の磁石欠損部分２６がある。この結果、天板５下面には＋Ｚ方向着磁磁石４個、−Ｚ方向着磁磁石４個、Ｘ方向に対して−４５度方向着磁磁石９個、Ｘ方向に対して４５度方向着磁磁石６個、Ｘ方向に対して１３５度方向着磁磁石４個、Ｘ方向に対して−１３５度方向着磁磁石６個の合計３３個の磁石からなる小磁石ユニット３３が１４ユニット設けられる形になる。このように磁石ユニット６を小ユニットにより構成することは可動ユニット１の軽量化の効果を有するうえ、Ｘ方向またはＹ方向と平行な直線に対して非対称となるように磁石を配置されているため、回転方向の駆動が可能となっている。
【００１９】
（駆動原理の説明）
次に図５を用いて、可動子ユニット１に水平方向の力（推進力）および鉛直方向の力（浮上力）を発生させる原理を説明する。コイルの直線部はＸまたはＹ方向に平行なので鉛直方向（Ｚ方向）の磁束密度の中でコイルに電流を流すことにより、ローレンツ力によりコイル直線部にはＸまたはＹ方向の推進力が発生し、水平方向の磁束密度の中でコイルに電流を流せばＺ方向に浮上力またはそれと逆向きの力を発生する。図５はコイル列１２と天板５を−Ｚ方向から見た図である。前述のようにコイル列１２はＸ方向に直線部を有する略長円形コイルからなる層である。各略長円形コイルの２本の直線（長辺）間の距離は周期Ｌの半分つまりＬ／２であり、隣り合う略長円形コイル同士は３／４×Ｌずつ離れている。したがって、あるコイルの直線部を基準に考えると、周期Ｌを３６０度としたときに、隣りのコイルは２７０度ずれ、さらに隣は５４０度（１８０度）ずれ、さらに隣は８１０度（９０度）ずれて、さらに隣のコイルは１０８０度（０度）と同じ位相になり、以下これを繰り返す。
【００２０】
ここで、１つおきのコイルの巻き方を逆にするか、必ず逆向きの電流を流すように電流制御すれば見かけ上０度と９０度の２種類の位相のコイルから構成されているように機能させることが可能である。図５では１つおきのコイルの電流方向を必ず逆にするようにして、逆電流を流すコイルには「−」（マイナス）符号をつけて表示している。よって見かけ上、コイルに流れる電流の相はＡ相、Ｂ相の２種類であり、これらの電流が決まると、−Ａ相、−Ｂ相の電流は自動的に決まる。
【００２１】
前述のように鉛直方向の磁束密度も水平方向の磁束密度も周期Ｌの略正弦波分布をしているので、各コイルに鉛直方向の磁束密度分布と同じ位相の正弦波電流を流すように電流制御すれば位置によらず電流の正弦波振幅に比例した推進力が発生する。具体的には図５に示す位置をＹ＝０とし、＋Ｙ方向に可動子位置が変化した場合、各相の電流は以下の（１）〜（４）で示される。
【００２２】
Ａ相電流：ＩＡ＝Ｉｃ×ｃｏｓ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）    ・・・（１）
Ｂ相電流：ＩＢ＝Ｉｃ×ｓｉｎ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）    ・・・（２）
−Ａ相電流：ＩーＡ＝‐Ｉｃ×ｃｏｓ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）      ・・・（３）
−Ｂ相電流：ＩーＢ＝‐Ｉｃ×ｓｉｎ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）      ・・・（４）
（１）〜（４）による電流をそれぞれ流すと、位置によらずＩｃに比例した量の±Ｙ方向の推進力が発生する。ここで、Ｉｃの値は任意である。
【００２３】
また各コイルに水平方向の磁束密度分布と同じ位相の電流を流すように制御すれば位置によらずほぼ一定の浮上力またはその逆向きの力を発生することができる。具体的には図５に示す位置をＹ＝０とし、＋Ｙ方向に可動子ユニットの位置が変化した場合、各相の電流は以下の（５）〜（８）で示される。
【００２４】
Ａ相電流：ＩＡ＝Ｉｃ×ｃｏｓ（（Ｙ／Ｌ）×２×π＋（π／２））
＝Ｉｃ×ｓｉｎ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）      ・・・（５）
Ｂ相電流：ＩＢ＝Ｉｃ×ｓｉｎ（（Ｙ／Ｌ）×２×π＋（π／２））
＝Ｉｃ×ｃｏｓ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）      ・・・（６）
−Ａ相電流：ＩーＡ＝‐Ｉｃ×ｓｉｎ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）      ・・・（７）
−Ｂ相電流：ＩーＢ＝‐Ｉｃ×ｃｏｓ（（Ｙ／Ｌ）×２×π）      ・・・（８）
（５）〜（８）による電流をそれぞれ流すと、位置によらずＩｃに比例した量の±Ｚ方向の力（浮上力またはその逆方向の力）が発生する。ここでも、Ｉｃの値は任意である。
【００２５】
以上のように、Ｘ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層では±Ｙ方向または±Ｚ方向に任意の大きさの力を発生することができる。同様に、Ｙ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層（たとえば図３Ａ）では±Ｘ方向または±Ｚ方向に任意の大きさの力を発生することができる。
【００２６】
しかし、実際には図４Ｂで述べたように磁石ユニット６は天板５の下面全面には配置されてはおらず、また直線状の磁石欠損部分２６を有する。このような磁石のない部分ではコイルに電流を流しても推進力、浮上力を発生させないので、磁石欠損部分２６では電流を流さないように電流の印加を制御している。つまり、磁石と対面するコイルだけに電流を流すように電流制御している。
【００２７】
対面するコイルだけに電流を流す際に、Ａ相または−Ａ相のコイルとＢ相または−Ｂ相のコイルの数を同じにするようにする。コイルに磁束密度分布と同位相の電流を流す制御をすると位置によらず略一定の推進力または浮上力が得られると述べたが、それはＡ相または−Ａ相のコイルとＢ相または−Ｂ相のコイルの数が同じ場合であるためである。以下、図６と図７を用いてコイルのｏｎ／ｏｆｆ制御を行う方法を説明する。
【００２８】
図６は推進力を発生させるコイル列に対する通電の切替を説明する図である。図４に示したように天板５の下面には合計３３個の磁石からなる小磁石ユニット３３が１４ユニット設けられる形になっている。これらの小磁石ユニット各々に対してＡ相または−Ａ相のコイルとＢ相または−Ｂ相のコイルが等しい数だけ作用するようにコイルをｏｎ／ｏｆｆ制御する。図６においては各小磁石ユニットに対して１つずつ、計２つのコイルに電流が流れるようにｏｎ／ｏｆｆ制御している。
【００２９】
図６は、可動子ユニット１が＋Ｙ方向に移動する状態に着目した図である。＋Ｙ方向に移動してきた可動子ユニット１は図６（ａ）の状態を経て、さらに＋Ｙ方向に移動して図６（ｂ）の状態になる。これらの図において、コイルの通電がｏｎになっているものを二重線（図中の可動子ユニット１下にある−Ｂ相コイル）および太い実線（図中の可動子ユニット１下にあるＡ相コイル）で示し、通電がｏｆｆになっているものを実線で示している。
【００３０】
前述のように、鉛直方向の磁束密度分布と同じ位相となるように、可動子ユニット１の位置に応じた正弦波電流をコイルに付与することにより、正弦波振幅に比例した推進力を発生することができるので、図６（ａ）の状態では、±Ｚ方向に着磁された磁石の真下にコイル直線部があるＢ相または−Ｂ相の電流が最大値となっており、±Ｚ方向に着磁された磁石のちょうど中間にコイル直線部があるＡ相または−Ａ相の電流がゼロになるように制御している。ここで、正弦波電流はｓｉｎ関数またはｃｏｓ関数、さらには高調波成分を有する関数として定義される電流とする。
【００３１】
図６（ａ）の直前までは−Ａ相が−Ｂ相がｏｎとなっており、図６（ａ）の瞬間に−Ａ相をｏｎからｏｆｆに、Ａ相をｏｆｆからｏｎに切り替える。図６（ａ）の状態で磁石欠損部分２６の下面に位置するＢ相はｏｆｆとなっており、可動子ユニット１の下面に位置しないコイルはＡ相、Ｂ相、−Ａ相、−Ｂ相にかかわらずすべてｏｆｆとなっている。図６（ｂ）の状態では、−Ｂ相をｏｎからｏｆｆに、Ｂ相をｏｆｆからｏｎに切り替える。以下、同じように１つのコイルが鉛直方向の磁束密度分布のピークにコイルがかかった瞬間（つまり、そのコイルに流す電流値もピークとなり、位相が９０度ずれた両隣のコイルの電流値が零となった瞬間）にコイルのｏｎ／ｏｆｆを切り替えて、各小磁石ユニットに２つのコイルが作用するようにする。このように電流制御することで、推力に寄与しないコイルによる電流消費を抑えつつ、可動子ユニット１の位置によらず指令値に比例した±Ｙ方向の推進力を発生することができる。ここで、コイルのｏｎ／ｏｆｆの切替は切り替えるコイルの電流が零になる位置で行っているため、推力むらを低減することができる。
【００３２】
図７は浮上力を発生させるコイル列に対する通電の切替を説明する図である。＋Ｙ方向に移動してきた可動子ユニット１は図７（ａ）の状態を経て、さらに＋Ｙ方向に移動して図７（ｂ）の状態となる。切替の考え方は図６の場合と同じであり、小磁石ユニットにＡ相または−Ａ相のコイルとＢ相または−Ｂ相のコイルが１つずつ作用するように切り替えている。図６とは、磁束分布のピーク位置が異なるためコイルを切り替える位置が異なる点に注意すべきである。
【００３３】
また、推進力の場合はコイル直線部が、Ｚ方向に着磁された磁石と−Ｚ方向に着磁された磁石のちょうど中間に位置するときに電流は零に制御されるが、浮上力を発生させる場合はコイルの直線部が±Ｚ方向に着磁された磁石の真下に位置するときに電流は零に制御される。言い換えると、電流を零に制御する位置が、コイルの直線部と±Ｚの着磁磁石との関係において、推進力と浮上力とではＹ軸方向の位置で、Ｌ／４周期分ずれている。この零となる位置でコイルのｏｎ／ｏｆｆを切り替えることによって推力むらを低減することができる。
【００３４】
以上の説明は、コイルの直線部分がＸ軸方向に平行に延設されている場合であるが、コイルの直線部がＹ方向にコイル列においても同様に考えることができる。この場合、位置によらず指令値に比例した±Ｘ方向の推進力および±Ｚ方向の浮上力を発生することが出来る。
【００３５】
以上から固定子全体として±Ｘ方向の推進力と±Ｚ方向の力を発生させるコイル列の層が３層、±Ｙ方向の並進力と±Ｚ方向の力を出せる層が３層あるといえる。よってＸＹＺ方向の３自由度方向の力は以上のいずれか単独あるいは、その組み合わせで発生させることが可能であり、可動子ユニット１を水平方向および鉛直方向で直進または回転させることができる。
【００３６】
具体的には図２に示すように、磁石に最も近く直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルから構成されるコイル列１１で主にＸ方向の駆動を行い、それに隣接する直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成されるコイル列１２で主にＹ方向の駆動を行い、それに隣接する直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルから構成されるコイル列１３で主にＺ方向の駆動を行う。
【００３７】
次に、図８から図１０により、回転をＺ軸回り（ωｚ方向）、Ｘ軸回り（ωｘ方向）、Ｙ軸回り（ωｙ方向）にモーメントを発生させる方法について説明する。
【００３８】
図８はＺ軸回りのモーメントの発生を説明する図である。直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成される層において、可動子ユニット１に設けられている磁石のうち、磁石欠損部分２５と対面しているコイル部だけ通電し、さらに、その両者でそれぞれ逆方向の推進力（＋Ｙ方向と−Ｙ方向の力）が発生するようにコイルの通電を制御する。磁石欠損部分２５があるため逆向きの推進力の作用線がＸ方向にずれて、Ｚ軸回りのモーメントを発生させることができる。このＺ軸回りのモーメントは、具体的には図２に示すコイル列１４を用いて発生させることができる。コイルの電流制御方法および切り替え方法は前述と同様であるので説明は省略する。
【００３９】
図９はＸ軸回りのモーメントの発生を説明する図である。直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルから構成される層において、磁石欠損部分２５のない中央部の８個の小磁石ユニットと対面するコイル部だけを±Ｚ方向力を発生するよう駆動し、可動子の中心線Ｇを境に互いに逆向きに作用するＺ方向の力を発生するようにコイルの通電を制御する。中心線ＧからＹ方向にずれた位置で、Ｚ方向の互いに逆向きの力は、可動子ユニット１をＸ軸回りに回転させるためのモーメントとなる。このＸ軸回りのモーメントは、具体的には図２に示すコイル列１６を用いて発生させることができる。
【００４０】
図１０はＹ軸回りのモーメントの発生を説明する図である。直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルから構成される層において、磁石欠損部分のない中央部の８個の小磁石ユニットと対面するコイル部だけが±Ｚ方向に力を発生するよう駆動し、可動子の中心線Ｇを境に互いに逆向きに作用するＺ方向の力を発生するようにコイルの通電を制御する。中心線ＧからＸ方向にずれた位置で、Ｚ方向の互いに逆向きの力は、可動子１をＹ軸回りに回転させるためのモーメントとなる。このＹ軸回りのモーメントは、具体的には図２に示すコイル列１５を用いて発生させることができる。
【００４１】
これらの６軸方向の力は電流に比例するもので、可動子ユニットと固定子ユニットとの間の振動が絶縁できる。
【００４２】
以上のように、天板５と天板５に非対称に配置された磁石ユニット６を有する可動子ユニット１と、直線部がＸまたはＹ方向に平行な略長円形コイルで構成されるコイル層を複数層重ねたものをベースに固定して構成される固定子ユニット２とで平面モータを構成することにより天板５と磁石からなる可動子ユニット１に６自由度方向のローレンツ力を付与することが出来る。不図示の６自由度方向を計測する位置計測手段によって可動子ユニット１の位置を計測し、所望の位置になるように位置制御を行うことで高精度な位置制御を実現できる。
【００４３】
ここで、前述のように可動子ユニット１は永久磁石８の吸引力により自重が概ね相殺されている。よってＺ方向のローレンツ力はほとんど発生する必要が無く、微小な位置ずれを補正するためのわずかな電流しか流れない。さらに、固定子ユニットのコイルは磁性体のコアを有していないため、コギングの発生を少なくすることができる。この結果、コイルの発熱を大幅に低減することが出来る。
【００４４】
また、本実施例では可動子ユニット１の天板５の４隅に２極の磁石を配置する例を示したが、これは一設計例であり磁石の数や極数に制限はない。可動子の上部に永久磁石が設けられ、これと対面するように磁性体部材が設けられ、可動子ユニット１が吸引板から鉛直上向きに吸引力を受けるようになっていればよい。
【００４５】
（固定ユニットの変形例）
図１１は固定ユニットのコイル層を４層とした変形例を表す図である。可動子ユニットおよび吸引板は実施例１と同じである。直線部がＸ方向に平行な略長円形コイルで構成される層が２層、直線部がＹ方向に平行な略長円形コイルで構成される層が２層の合計４層構成となっている。実施例１では６自由度方向の力を発生する層を別々に設けていたが、本変形例では４層構成として１層で２自由度の力を発生するようにしている。
【００４６】
図１２はＹ方向の駆動およびωｚ方向の駆動を説明する図である。Ｘ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層（たとえば図１１のコイル列４２）において、可動ステージ１に対面するコイルだけを駆動し、かつ可動ステージのＹ方向中心を通る線分から図１２中の上半分（Ｕ部分）と下半分（Ｄ部分）で個別の並進力が出るように電流を制御する。上半分が出す力と下半分が出す力の和がＹ方向の並進力になり、上半分が出すＹ方向の力と下半分が出すＹ方向の力の作用線はＸ方向にずれているので上半分が出す力と下半分が出す力の差がωｚ方向のモーメントとして作用する。
【００４７】
図１４はＸ方向の駆動およびωｚ方向の駆動を説明する図である。Ｙ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層（たとえば図１１のコイル列４１）において、対面するコイルだけを駆動し、かつ可動ステージ１のＸ方向中心を通る線分から図１４中の右半分（Ｒ部分）と左半分（Ｌ部分）で個別の並進力が出るように電流を制御する。右半分が出す力と左半分が出す力の和がＸ方向の並進力になり、右半分が出すＸ方向の力と左半分が出すＸ方向の力の作用線はＹ方向にずれているので上半分が出す力と下半分が出す力の差がωｚ方向のモーメントとして作用する。
【００４８】
図１３はＺ方向の駆動およびωｘ方向の駆動を説明する図である。Ｘ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層（図１１のコイル列４４）において、可動ステージに対面するコイルだけを駆動し、かつ可動ステージの図１３中の上半分（Ｕ部分）と下半分（Ｄ部分）で個別のＺ方向浮上力が出るように電流を制御する。上半分が出すＺ方向の力と下半分が出すＺ方向の力の和が可動子に作用する浮上力になる。また上半分が出す力と下半分が出す力の作用線はＹ方向にずれているので上半分が出す力と下半分が出す力の差がωｘ方向のモーメントとして作用する。
【００４９】
図１５はＺ方向の駆動およびωｙ方向の駆動を説明する図である。Ｙ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルからなるコイル層（たとえば図１１のコイル列４３）において、可動ステージ１に対面するコイルだけを駆動し、かつ可動子の図１５中の右半分（Ｒ部）と左半分（Ｌ部）で個別のＺ方向浮上力が出るように電流を制御する。右半分が出すＺ方向の力と左半分が出すＺ方向の力の和が可動ステージに作用する浮上力になる。また右半分が出す力と左半分が出す力の作用線はＸ方向にずれているので右半分が出す力と左半分が出す力の差がωｙ方向のモーメントとして作用する。
【００５０】
本変形例の構成にすることでコイル層の数を減らすことができる。別の観点では１層あたりのコイル断面積を増やすことができ、コイルの抵抗が減少しコイルの発熱が減少する。また、コイル層数を４層、６層にしたものを説明したが、これに限るものではない。
【００５１】
＜実施例２＞
図１６は実施例２を表す図である。実施例１では可動ユニットは１つであったのに対し、本実施例では可動ユニットを２つ有する構成となっている。このように可動ユニットを２つ有する構成は、露光装置に用いるウエハステージにおいて近年注目されており、ウエハにパターンの露光を行う露光動作と、前回に露光されたパターンの位置を計測する計測（アライメント）動作を並行することでスループットの向上が期待できる。
【００５２】
図１６（ａ）は可動ステージ５１，５２をＺ軸方向から見た図である。２つの可動ステージ５１，５２は露光領域５３および計測領域５４において移動自在である。露光領域の上方には、可動子上に搭載されたウエハをパターンを露光するための、たとえば投影レンズといった露光光学系５５が設けられている。また計測領域５４の上方には、露光されたパターンの位置を計測するための、たとえばオフアクシススコープといった計測光学系５６が設けられている。
【００５３】
簡単に動作を説明する。不図示の搬送系から搬送されてきたウエハＷは、計測領域５１にある可動ステージ５１にウエハＷを搭載する。搭載されたウエハは、計測領域５４において計測用光学系５６を用いて前回露光されたパターン位置の計測動作を行う。計測動作が終了した可動ステージ５１は、露光領域５３へと移動する。その際に、露光領域５３にある可動ステージ５２は可動ステージ５１と接触しないように計測領域５４へと移動する（図１９参照）。露光領域５３に移動してきた可動ステージ５１は、露光光学系５５を用いて露光動作を行う。その際に、計測領域５４に移動してきた可動ステージ５２は、計測領域５４において搬送系から搬送された次のウエハＷを搭載し、計測用光学系５６を用いて前回露光されたパターン位置の計測動作を行う。露光動作を終了した可動ステージ５１は、計測領域５４へと移動して、ウエハＷを不図示の回収装置によって回収され、新たに搬送されてきたウエハを搭載する。その際に、計測動作を終了した可動ステージ５２は露光領域５３へと移動し、以降は同様の動作を繰り返す。
【００５４】
可動ステージ５１，５２は実施例１のものと同様であるので説明は省略する。可動ステージ５１，５２の移動範囲にわたって上方に吸引板５７が配置され可動ステージ５１，５２の自重を相殺する。また、吸引板５７には露光用光学系、計測用光学系が設けられている部分に開口部を有している。ここで、吸引板５７は露光領域５３と計測領域５４で分割することが可能である。
【００５５】
図１８を用いて実施例２における固定子ユニット５８の説明を行う。固定子ユニット５８は実施例１と同様に略長円形コイルを並べたコイル層を４層または６層有している。ただし、実施例２においては、露光領域５３と計測領域５３間で２つの可動ステージ５１，５２が入れ替え可能なように構成される必要がある。以下、このための機構について説明する。
【００５６】
図１８（ａ）に示すように、Ｘ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成される層は左右に２分割されている。このようにコイルが計測領域と露光領域とで２分割されていることで、２つの可動ステージが露光領域５３と計測領域５４にあり、Ｘ方向に平行な同一直線上に並んだときであっても各可動ステージの６軸方向の力が独立に制御できる。逆に２つに分割されていないと２つの可動ステージがＸ方向に平行な同一直線上に並んだときに、Ｘ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルが２つの可動ステージで共通になり、Ｘ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルが発生する力を各可動ステージごとに独立に制御できなくなり、ひいては各可動ステージの６軸方向の力を独立に制御することが出来なくなる。つまり、重要なのは２つの可動ステージがＸ方向に平行な同一直線上にあるときに、２つの可動ステージの６軸方向の力を独立に制御できるようにできる点であり、分割境界はその目的が達成できる範囲内では自由に設計可能である。このような構成は、露光領域５３と計測領域５４でそれぞれ可動ステージを独立に移動させる場合には必要となる。
【００５７】
図１８（ｂ）に示すように、Ｙ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成される層は上述のＸ方向に平行な直線部を有する略長円形コイルから構成される層の分割境界近傍、つまり露光領域５３と計測領域５４の境界近傍にある部分において、Ｙ方向に略長円形コイルが分割されている。略長円形コイルの分割境界は、たとえば露光位置と計測位置を結ぶ直線上にある。ここで重要なのは、２つの可動ステージがＹ方向に平行な同一直線上にあるときに、２つの可動ステージの６軸方向の力を独立に制御できるようにできる点であり、分割境界はその目的が達成できる範囲内では自由に設計可能である。このような構成は、露光領域５３と計測領域５４との間で可動ステージを入れ替える際には必要となる。
【００５８】
上述の構成により、図１９のような可動ステージの入れ替えを行うが、このとき２つの可動ステージが分割境界の範囲以外のＸ位置で並ぶことを避けなければならない。図２０のように、略長円形コイル６９上に可動ステージ５１と可動ステージ５２が並ぶと、個別に制御できないためである。これを防ぐ手段として、分割領域を可動ステージのＸ方向幅よりも大きめにすることや、分割領域のＸ方向中心に対して回転対象な位置関係で２つの可動ステージがすれ違うように制御することなどが挙げられる。
【００５９】
（吸引板の変形例）
図１７は吸引板の変形例である。具体的には図１６における吸引板５７を積層構造としたものである。図１７において、吸引板６７はＹＺ面に沿って延びる薄板をＸ方向に積層して構成しており、支持部を介して設けられている。以下、積層構造の効果について説明する。
【００６０】
図１６では吸引板５７は２つの可動ステージ上部の永久磁石８と吸引力を発生させるために磁性体、一般的には導体で構成されている。このような構成であると、吸引板５７には永久磁石から発生する磁束が通ることとなり、永久磁石８を設けた可動ステージ５１，５２が吸引板５７に対して移動すると、吸引板５７には磁束の変化を打ち消そうとして渦電流が発生してしまう。この渦電流は可動ステージの水平方向に粘性力を作用させ、駆動のためのコイルの発熱を増加させる。
【００６１】
また、前述の駆動原理の説明において、各コイルに鉛直方向の磁束密度分布と同じ位相の電流を流すように正弦波制御すれば位置によらず電流の正弦波振幅に比例した推進力が発生することを述べたが、実際には磁束密度分布は略正弦波とは少しずれた分布となっているので、推進力は正確には一定とはならず脈動成分がのった力が発生する。このような脈動成分は、可動ステージが等速で駆動する時には、本来駆動力は必要ないので大きな影響を与えない。しかしながら、上述のような渦電流による粘性力が発生すると、これに対抗して力を発生させる必要が生じるため、等速で駆動するときであっても脈動成分が顕在化し、外乱として位置制御の精度を低下させる。
【００６２】
そこで、図１７のように吸引板６７を薄板からなる積層構造とすることにより、流れようとする渦電流に対して等価的に電気抵抗を大きくし渦電流の値を減少させるようにしている。これにより、粘性力が小さくなってコイル発熱の増加も低減され、力特性の脈動成分も低減されて制御精度も向上する。
【００６３】
図１７では、吸引板６７はＹＺ面に沿って延びる薄板をＸ方向に積層して構成しているが、この場合には可動ステージ上部の永久磁石は、図１７（ｂ）のようにＹ方向に沿ってＮ極とＳ極を並べるのが望ましい。磁束はＮ極からＳ極に循環するため、この配置での磁束は主としてＺ方向成分とＹ方向成分のみである。可動ステージがＹ方向に移動した場合、磁束のＺ方向成分とＹ方向成分の変化により、Ｚ軸回りの渦電流とＹ軸回りの渦電流が発生しようとする。吸引板６７はＹＺ面に延びる薄板を積層しているのでＺ軸まわりの渦電流に対する抵抗とＹ軸まわりの渦電流に対する抵抗が大きい。つまり、図１７（ｂ）の構成により、Ｙ方向に移動したときに発生する渦電流は効果的に低減できる。
【００６４】
また、ＸＺ方向に沿って延びる薄板をＹ方向に積層して構成することもできる。この場合は、可動ステージ上部の永久磁石８をＮ極とＳ極をＹ方向に沿うように配置することで、上述の理由により可動ステージがＸ方向へ移動する際の渦電流を効果的に低減できる。
【００６５】
図１７（ｃ）は、積層吸引板６７の下方に非磁性および／または絶縁体のカバー６８を設けた構成である。これは、可動ステージ上部の永久磁石８と吸引板６７が吸着してしまった場合に、非常に大きな吸引力が作用して剥がすのが困難であるため、吸着を防止する目的で設けられている。ここで、カバー６８を磁性体にするのは磁気的に空気と同等の状況を作ることで磁気による影響をなくすためであり、絶縁体にするのは、渦電流による影響を抑えるためである。
【００６６】
可動ステージ上部の永久磁石８と吸引板６７との間のギャップは、可動ステージと吸引板のＺ方向における変動に対して不感になるように広めに設計することも可能であるが、その他の要因によりギャップが広くとれない場合には、上述のように、ギャップよりも少し薄い厚さのカバー６８を間に設けることが望ましい。この構成により、万一、制御が不能になって永久磁石８が吸引板６７側に吸着しても、自重と吸引力の差は小さいため固定ユニットに電流を流すことで復帰が可能である。
【００６７】
さらに永久磁石８上に摩擦係数の小さい薄板やテープを設けたり、可動ステージと吸引板６７の間にカムフォロワ等の転動手段を設けることも可能である。このようにすると永久磁石８が吸引板６７側に吸着されたとき、永久磁石８とカバー６８が直接接触せず永久磁石８の破損等を防止でき、カバー６８に吸引されたまま固定子ユニット２のコイルに電流を流すことにより可動ステージを水平方向に移動させて所望の位置に持っていくことも可能になる。
【００６８】
以上で説明した積層構造およびカバーを有する吸引板の例は可動ステージが２つのものに限るものではなく、可動ステージが１つの場合でも当然適用可能であり、その他の変形例においても適用可能である。
【００６９】
（可動ステージ磁石配置の変形例）
図２１は可動ステージ下部に設けられた磁石ユニットの永久磁石の配置の変形例である。実施例１および実施例２のどちらにも適用できる。図２１（ａ）は実施例１における直線状に設けた磁石欠損部分２６をなくして、一対角線の両端（右上隅と左下隅）にのみ磁石欠損部分２５を設けた構成である。制御方法は実施例１と基本的に同じであるので省略する。実施例１の磁石は３３個の磁石からなる小磁石ユニット３３に分割された形になっていたが、各小磁石ユニット３３の端部において磁束が低下してしまう。図２０（ａ）の構成によれば、磁石欠損部分２６を磁石で埋めることで小磁石ユニット３３の端部をなくすことができ、結果として磁束の低下をなくし、推力および推力の均一性が向上する。
【００７０】
図２１（ｂ）は実施例１における磁石欠損部分２５を可動ステージの内側に配置した構成である。このようにしても実施例１と同様にあるコイル層において２つの磁石欠損部分と対面するコイル部に互いに逆方向の電流を流して逆向きの並進力を発生するようにするか、前述の（固定ユニットのコイル層を４層とした変形例）と同様にあるコイル層において可動ステージの上下部分または左右部分で個別に並進力を制御するようにすることでωｚ方向のモーメントを発生することが出来る。
【００７１】
また、図２１（ｃ）の位置に磁石欠損部２５を設けることも可能である。これらに共通していえることとして、可動ステージ下面に配置した永久磁石はＸ方向に平行な直線に対して非対称になるように永久磁石を配置および／またはＹ方向に平行な直線に平行な直線に対して非対称になるように永久磁石を配置している点である。
【００７２】
（コイル冷却系の説明）
図２２はコイル冷却系の構成を説明する図である。上述の実施例１、実施例２およびその変形例において、コイルの発熱が問題となるため、たとえば以下のような冷却系を設けることが望ましい。図２２（ａ）はコイルを直接冷媒により冷却する構成であり、図２２（ｂ）はコイルを間接的に冷媒により冷却する構成である。
【００７３】
図２２（ａ）において、固定子ユニット７０のコイルは隔壁７１により覆われている。隔壁７１はベース７２と一体となっていても固定されていてもよい。隔壁７１には、冷媒を供給するための供給口７３および排出するための排出口７４が設けられており、外部よりフロリナートや純水などの冷媒が隔壁内に供給排出され、不図示の循環系によって温度制御された冷媒が循環するようになっている。このような構成により、コイルの温度上昇を効果的に低減できる。
【００７４】
図２２（ｂ）において、コイルを覆った隔壁７１内部は熱伝導率の高い熱伝導材７５によって満たされている。冷媒はベース７２に設けられた冷却管等の流路７６を不図示の循環系によって循環させている。この構成では、冷媒によってベース７２を冷却し、ベース７２から熱が熱伝導材７５に伝わり、熱伝導材７５によって間接的にコイルを冷却する。図２２（ａ）の構成に比べて、コイル温度の制御精度はやや低いが、コイルと冷媒が直接ふれないので絶縁対策が簡便なもので済むようになり、冷媒の漏れに対する対策は不要になる。また隔壁７１が冷媒の内圧を受けなくないため、隔壁７１を薄くできる。
【００７５】
上述の構成により、コイルを冷却して発熱を除去することができるので、コイルにより大きな電流が流せるようになったり、コイル周囲の雰囲気温度が計測精度に与える影響を低減できる。
【００７６】
＜実施例３＞
図２３は真空雰囲気中で上述の位置決め装置（ステージ装置）を適用した例であり、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光を露光光として用いた露光装置に適用している。ＥＵＶ露光装置は１３ｎｍ程度の極めて短い波長の光を用いてレチクルパターンをウエハ上に焼き付けるものである。ＥＵＶ光のような短波長の光を用いる場合には、エネルギーが減衰するのを防止するため真空環境が必要とされ、またＥＵＶ光学系の汚染を防止するためにも光学系の周囲は高真空環境が必要とされる。
【００７７】
位置決め装置としてのステージ装置は内部を真空雰囲気とした隔壁９０（真空チャンバ）内に設置されている。可動ステージ１および固定子ユニット２の構成および作用は基本的に上述の実施例および変形例と同様に構成できるので詳細な説明を省略する。
【００７８】
可動ステージ１の下面には駆動力を発生させるための磁石ユニット（不図示）、可動ステージ１の上面には吸引力を発生させる永久磁石８とウエハＷを保持するウエハチャック（不図示）が設けられている。本実施例での特徴の１つであるが、ウエハ上面と吸引用の永久磁石上面が同一面内にあり、さらにウエハＷおよびウエハチャックと永久磁石の間に同面板８８が設けられておりウエハＷ上面から吸引用永久磁石８上面までの面を連続にしている。また、可動ステージ１の上方に設けられた吸引板８４はいわゆる差動排気板としての機能を有する。
【００７９】
以下、差動排気板について説明する。図２３において、真空チャンバは真空度の異なる３つの領域（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を有する。可動ステージおよび固定子ユニットが配置される空間は、３つのなかで最も真空度が低く（真空領域Ｖ３とする）、ＥＵＶ光学系の周囲の空間は次に真空度が低く（真空領域Ｖ２とする）、ＥＵＶ光学系の内部は最も真空度が高い（真空領域Ｖ１とする）。これは、可動ステージ１や固定子ユニット２が配置される空間は磁石、ケーブル、天板、冷却ジャケットなどといった脱ガスを発生する要因となるものが多く、高真空を維持することが困難であるのに対し、ＥＵＶ光学系は複数枚の反射ミラー８２から構成され、この反射ミラー８２が存在する空間にわずかな水や炭素があると、ミラー表面に化合物が形成され反射率を低下させるので高真空が要求されるためである。Ｖ１の空間とＶ２の空間は、ＥＵＶ光学系が貫通するため、両空間を完全に壁により仕切ることはできない。
【００８０】
そこで、図２３のような差動排気板８４を設けて、可動ステージ１の上面と差動排気板８４との間に微小ギャップＧを設けて対面させ、Ｖ１の空間を高真空に引くことによって、Ｖ１とＶ３の空間の真空度に差をつけることでそれぞれの真空を維持するようにしている。ここで、差動排気板８４は前述の吸引板を兼ねており、磁性体を有している。差動排気板８４は吸引板および非磁性・絶縁体のカバーを有する（内蔵する）構造としてもよい。この場合、差動排気のための可動ステージ１と差動排気板８４の微小ギャップＧとは別に、可動ステージ１と吸引板８４の磁気的なギャップが広めに存在することになる。
【００８１】
このように差動排気板と吸引板を兼用することで、ＥＵＶ光学系の高真空を維持する装置とコイル発熱を抑えて高精度に駆動する装置とを別途設ける必要がなくなるため、省スペースかつ簡単な構成でＥＵＶ露光装置の露光性能を向上することができる。
【００８２】
また、差動排気板８４の内部には冷却管８５が設けられており、差動排気板８４を所望の温度に温調することができる。真空雰囲気内では、熱の伝達が小さく、露光光８１から受けるエネルギーが蓄積してしまうので、このように差動排気板８４を介して積極的に熱の授受を行うことでウエハＷ、チャック、天板の温度を制御し、変形等を防ぐことができる。つまり、差動排気板８４は吸引板だけでなく輻射冷却板の機能も兼ねている。
【００８３】
また、以上の説明では吸引板８４はカバーを内蔵して可動ステージ上部の永久磁石８との磁気ギャップを広く設計しているとしたが、永久磁石８の上面をウエハ上面よりも磁気ギャップ程度下げて永久磁石の上に磁気ギャップ程度の厚さのカバーを設けることも可能である。さらにそのカバーを同面板としてウエハ上面と連続面となるようにすれば、同面板の構成が単純となる。
【００８４】
＜実施例４＞
上述のＥＵＶ露光装置以外にも、実施例１や実施例２に記載の位置決め装置は、露光装置一般に好適に用いることができるものである。以下、一般的な露光装置について図２４を用いて簡単に説明する。
【００８５】
露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルを介して基板としての半導体ウエハＷ上に照明系ユニット９１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ９３（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）を介して照射することによって、ウエハステージ９４に搭載された基板上に所望のパターンを形成している。また、このような露光装置は、露光光が短波長光となるにしたがって、真空雰囲気での露光が必要となってきている。
【００８６】
ウエハステージ９４に搭載したチャック上に基板であるウエハ（対象物）を保持し、照明系ユニット９１によって、レチクルステージ９２に搭載された原版であるレチクルのパターンをウエハ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで転写する。ここで実施例１および実施例２に記載の位置決め装置はこれらのウエハステージ９４もしくはレチクルステージ９２として用いられる。この場合、吸引板には照明系ユニット９１または投影レンズ９３が貫通するための開口を設けてある。
【００８７】
＜実施例５＞
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２５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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】実施例１の全体図
【図２】固定子ユニット拡大図
【図３】コイル層を説明する図
【図４】可動子ユニットを説明する図
【図５】可動子ユニットと固定子ユニットの関係を説明する図
【図６】推進力発生時のコイル切り替えを説明する図
【図７】浮上力発生時のコイル切り替えを説明する図
【図８】ωｚ方向の駆動を説明する図
【図９】ωｘ方向の駆動を説明する図
【図１０】ωｙ方向の駆動を説明する図
【図１１】４層コイルを表す図
【図１２】４層コイルにおけるＹ方向およびωｚ方向の駆動を説明する図
【図１３】４層コイルにおけるＺ方向およびωｘ方向の駆動を説明する図
【図１４】４層コイルにおけるＸ方向およびωｚ方向の駆動を説明する図
【図１５】４層コイルにおけるＺ方向およびωｙ方向の駆動を説明する図
【図１６】可動子ユニットを２つ設けた構成を説明する図
【図１７】（ａ）は２つの可動子ユニットを表す図、（ｂ）は吸引板を積層とした構成を説明する図、（ｃ）は（ｂ）にカバーを設けた構成を説明する図
【図１８】実施例２における固定子ユニットを説明する図
【図１９】ステージ入れ替えを説明する図
【図２０】ステージ入れ替え時に個別制御できない様子を表す図
【図２１】磁石ユニットの磁石配置の変形例
【図２２】（ａ）はコイル直接冷却系を表す図、（ｂ）はコイル間接冷却系を表す図
【図２３】ＥＵＶ露光装置に適用した図
【図２４】露光装置を表す図
【図２５】デバイス製造プロセスを表す図
【符号の説明】
【００９１】
１  可動子ユニット
２  固定子ユニット
３  支柱
４  吸引板
５  天板
６  磁石ユニット
７  ヨーク
８ａ，８ｂ  永久磁石
９  ベース
１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６  コイル列
１７  ねじ
１８  位置決めピン
１９  コイル
２０  絶縁シート
２５，２６  磁石損失部分
２７，２８，２９，３０，３１，３２  所定方向に着磁された磁石
３３  小磁石ユニット
４１，４２，４３，４４  コイル列
５１，５２  可動ステージ
５３  露光領域
５４  計測領域
５５  露光光学系
５６  計測光学系
５７  吸引板
５８  固定子ユニット
６７  積層吸引板
６８  カバー
６９  コイル
７０  固定子ユニット
７１  隔壁
７２  ベース
７３  供給口
７４  排出口
７５  熱伝導材
７６  流路
８０  ＥＵＶ光学系
８１  ＥＵＶ光
８２  ミラー
８３  開口部
８４  吸引板
８５  冷却管
８６  供給口
８７  排出口
８８  同面板
８９  微小ギャップ
９１  照明系ユニット
９２  レチクルステージ
９３  投影レンズ
９４  ウエハステージ
９５  支持部材
Ｗ  ウエハ
Ｒ  レチクル
Ｇ  ギャップ
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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