(57)【要約】【課題】  本発明は、平面モータによりＸ−Ｙ方向及び回転方向に対して高精度に可動されるステージ装置に関し、装置の小型化を図ると共に、ベースに対するステージの位置測定を高精度に行ないうることを課題とする。【解決手段】  ベース２３１上の全面に目盛部を備えた目盛ユニット２３３を設け、駆動ステージ部２３７の底面部に３つの２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを設け、目盛ユニット２３３と２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃとによりサーフェスエンコーダ２４９を構成し、サーフェスエンコーダ２４９により駆動ステージ２３７の位置測定を行う。【選択図】  図３
2005268608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
被移動体を搭載し、前記ベース上を移動するステージと、
前記ステージを駆動させる平面モータと、
前記ステージを前記ベースに対して浮上させるエアーベアリングと、
前記ベース上に配設され、角度に関する性質がＸ−Ｙ方向の２次元方向に既知の関数で変化する角度格子から構成された目盛部と、
前記ステージに配設されており、前記目盛部の角度格子に光を照射すると共に、該目盛部で反射される反射光のＸ−Ｙ方向の２次元角度を検出する２次元角度センサーとを有することを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記目盛部は、透過性を有した保護部材により覆われていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記２次元角度センサーを少なくとも３個設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記角度格子の角度形状の誤差を校正した結果に基づいて、前記角度格子による座標位置と姿勢角の測定結果の補正をする手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置に係り、特に平面モータによりＸ−Ｙ方向及び回転方向に対して高精度に可動されるステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報技術の根幹である半導体デバイスや超精密加工装置等では、これらの装置に使用されるステージ装置の高精度化，高速化等の要求が高まっている。例えば、半導体露光装置のキーコンポーネントであるステージ装置では、１０ｎｍ前後の精度と数百ｍｍの移動範囲を持ったものが必要となる。また、半導体デバイスの生産性の向上を図るには、被加工物を搭載したステージを高速で加工位置まで移動させる必要がある。そこで、上記の各要求を全て満たすステージ装置の実現が望まれている。
【０００３】
例えば、半導体製造工程で使用する各種半導体製造装置には、被移動体となるウェハを載置し、これを移動させるステージ装置が設けられている。このステージ装置は、ベースに対してウェハを搭載したステージを駆動させる駆動装置と、ベースに対するステージの位置を計測する位置計測装置を有している。
【０００４】
従来の駆動装置としては、Ｘ方向にのみ移動するステージと、Ｙ方向にのみ移動するステージを積み上げた方式を適用したスタック型ステージがあるが、大きな剛性を確保する必要があるため、装置自体の重量が重くなり、重量の影響で鉛直方向の位置の誤差が大きくなるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために考案された駆動装置として、ＳＡＷＹＥＲモータがある。ＳＡＷＹＥＲモータは、平面モータのうちの１つであり、Ｘ−Ｙ方向及び回転方向にステージを自在に移動することのできるものである。なお、ここでの平面モータとは、ステージにモータの一部の機構が設けられており、ベースに設けられた凸部と協働して、ＸＹ方向の軸を使用することなく、ステージを浮上させ、ステージを所望の位置に直接移動させることのできるもののことである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
次に、図１乃至図２を参照して、ＳＡＷＹＥＲモータを適用したステージ装置について説明する。図１は、ＳＡＷＹＥＲモータを適用したステージ装置の概略図であり、図２は、図１に示した領域Ａに対応した構成部分の平面図である。
【０００７】
ステージ装置２００は、大略するとベース２１１と、１対のＸ方向駆動部２１３と、１対のＹ方向駆動部２１４と、チルト駆動部２１６と、可動ステージ部２１７と、固定ステージ部２１９と、チャック２２１と、ミラー２２２と、レーザ測定器２２３とにより構成されている。また、平面モータは、１対のＸ方向駆動部２１３と、１対のＹ方向駆動部２１４とにより構成されている。
【０００８】
ベース２１１の上面には、所定の間隔で複数の凸部２１２が形成されている。Ｘ方向駆動部２１３は、複数のコイル部２１５と、エアーベアリング２２４とにより構成されている。このコイル部２１５に電流を印加することで、駆動力が生じ、可動ステージ部２１７は移動される。Ｘ方向駆動部２１３とＹ方向駆動部２１４とには、複数のコイル部２１５と一対のエアーベアリング２２４とにより構成されており、コイル部２１５に電流を印加することで、駆動力が生じ、可動ステージ部２１７は移動される。
【０００９】
チルト駆動部２１６は、可動ステージ部２１７の水平度を調整するための機構である。固定ステージ部２１９は、可動ステージ部２１７と一体的に配設されている。固定ステージ部２１９上には、ワーク（被移動体）を装着するためのチャック２２１が一体的に配設されている。
【００１０】
可動ステージ部２１７上には、ミラー２２２が設けられている。このミラー２２２は、照射されたレーザ光を反射するためのものである。ミラー２２２により反射されたレーザ光は、レーザ干渉変位計２２３に反射されて、可動ステージ部２１７の位置が計測される。このような、レーザ干渉変位計２２３を用いてＸ，Ｙ方向の位置を決める位置計測装置では、２つの変位計と、変位検出方向に直角な移動範囲に亘って形状精度の保証された高精度の直定規等を組合せ、これにより位置検出を行なう構成とされていた。
【００１１】
他の従来の位置計測装置としては、１自由度ごとにロータリエンコーダやリニアエンコーダ等の測定装置を設けた構成とされたものがあり、例えば、２次元の位置決めを行なう場合は、Ｘ方向またはＹ方向に独立して移動する積み上げた各ステージのそれぞれに位置計測装置を設けた構成のものや、円周目盛と１軸ステージを組み合わせた測定装置で、回転の位置と半径の位置をそれぞれ独立に測定して位置決めするよう構成されたものがあった。
【００１２】
また、従来技術において、移動物体のピッチング及びヨーイングに相当する姿勢を検出する場合には、オートコリメータが利用されるが、このオートコリメータは１軸の直線方向の移動に対して、そのピッチング及びヨーイングを同時に測定できる反面、Ｘ，Ｙ方向の移動物体に対しては高精度の直定規を必要としていた。
【００１３】
更に、移動物体のローリングを測定する手段として水準器が知られているが、この水準器は応答速度や測定精度に問題があり、高精度の測定機器には不適格である。そこで、平行な２本の直定規を設置して、その直定規までの距離の差からローリング角を算出する方法や１本の直定規を基準の鏡面としてオートコリメータでローリング角を検出していた。
【特許文献１】特開平５−３２８７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記のような位置計測装置を用いたステージ装置では次のような問題点が生じる。即ち、従来の位置計測装置に用いられるロータリエンコーダやリニアエンコーダ等の測定装置は、１次元の位置決めしかできず、２次元の位置決めには上記の測定装置を少なくとも２組み合わせる必要があり、移動物体検出装置の設計に大きな制約がある。
【００１５】
また、レーザ干渉変位計２２３を用いて位置決めする場合も本質的に１軸で１次元の位置決めしかできず、２次元の位置決めを行なう場合には、高い精度の直定規が必要になる。その結果、この種の位置計測装置をステージ装置に設ける場合、構造上に制約がありかつコスト高になるという問題点がある。
【００１６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、装置の小型化を図れると共に、ベースに対するステージの位置測定を高精度に行ないうるステージ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１記載の発明では、ベースと、被移動体を搭載し、前記ベース上を移動するステージと、前記ステージを駆動させる平面モータと、前記ステージを前記ベースに対して浮上させるエアーベアリングと、前記ベース上に配設され、角度に関する性質がＸ−Ｙ方向の２次元方向に既知の関数で変化する角度格子から構成された目盛部と、前記ステージに配設されており、前記目盛部の角度格子に光を照射すると共に、該目盛部で反射される反射光のＸ−Ｙ方向の２次元角度を検出する２次元角度センサーとを有することを特徴とするステージ装置により、解決できる。
【００１９】
上記発明によれば、ベースに目盛部を設けて、ステージに２次元角度センサーを設けることにより、ベース上に複数のステージを載せて、位置検出可能な状態で、複数のステージを個別に移動させることができる。また、軸のガイド構造を有せず、かつＸ，Ｙ方向の移動及びＺ軸回りの回転を制御することが可能な平面モータを用いるため、装置の軽量化及び製造コストの低減を図ることができる。
【００２０】
また、目盛部が角度形状を表わす２次元の角度格子から形成されるため、単一の目盛に角度センサーを組み合わせるだけでステージの２次元の位置検出は勿論のこと、ピッチング角、ローリング角及びヨーイング角をも検出することが可能になる。また、角度格子とすることにより、直交座標、円筒座標、極座標もしくは自由曲面に沿う座標のような２次元の座標に関する位置検出も可能になる。
【００２１】
更に、２次元角度センサーは、従来用いられていたレーザ干渉計等と比べてデッドパスが非常に小さいため、熱膨張による計測誤差や空気の揺らぎなどの影響を受け難く、よって高い位置及び姿勢計測を行なうことが可能となる。
【００２２】
請求項２記載の発明では、前記目盛部は、透過性を有した保護部材により覆われていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置により、解決できる。
【００２３】
上記発明によれば、角度格子を有した目盛部を保護部材で覆うことにより、角度格子が破損することを防止することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明では、前記２次元角度センサーを少なくとも３個設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置により、解決できる。
【００２５】
上記発明によれば、２次元の角度格子からなる目盛に少なくとも３個の２次元角度センサーを組み合わせることにより、目盛部及び角度センサーの相対的移動における移動物体の２次元座標位置、ピッチング角、ローリング角及びヨーイング角を検出することができ、更に２次元角度センサーに既知の所定の角度変化を与えることで、目盛部と角度センサー間の距離も検出することができる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、前記角度格子の角度形状の誤差を校正した結果に基づいて、前記角度格子による座標位置と姿勢角の測定結果の補正をする手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステージ装置により、解決できる。
【００２７】
上記発明によれば、角度格子の角度形状の誤差を校正した結果に基づいて角度格子による座標位置と姿勢角の測定結果を補正する補正手段を備えることにより、角度格子を高精度に作成できない場合、校正データをメモリに格納しておき、このデータ間を内挿で近似演算させることで校正結果を基に測定データの補正を行なうことが可能になる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、装置の小型化を図れると共に、ベースに対するステージの位置測定を高精度に行ないうるステージ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】
【００２９】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００３０】
（第１実施例）
始めに、図３乃至図４を参照して、本発明の第１実施例によるステージ装置２３０について説明する。図３は、第１実施例によるステージ装置の断面図であり、図４は、図３に示した領域Ａに対応したステージ装置の平面図である。
【００３１】
ステージ装置２３０は、ＳＡＷＹＥＲモータ駆動部を有した装置である。ステージ装置２３０は、大略するとベース２３１と、ステージ２３６と、サーフェスエンコーダ２４９とにより構成されている。ベース２３１の表面には、所定のピッチで複数の凸部２３２が形成されている。この所定のピッチが、可動ステージ２３７が移動される際の最小単位となる。また、ベース２３１は、鉄などの金属により製造されている。ステージ２３６は、大略すると可動ステージ部２３７と、固定ステージ部２３９と、チャック２４１と、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂと、Ｙ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂと、チルト駆動部２４５とにより構成されている。
【００３２】
可動ステージ部２３７は、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２ＢとＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂとにより駆動されるベース部分である。図４に示すように、可動ステージ部２３７の下方には、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂと、Ｙ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂとが配設されており、中央部には空間が形成されている。Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂ及びＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂは、それぞれ複数のコイル部２４４と、エアーベアリング２３８とにより構成されている。このコイル部２４４に電流を印加することで、コイル部２４４に磁力が発生し、推進力が生じて可動ステージ部２３７は駆動される。
【００３３】
エアーベアリング２３８は、エアーの力によりＸ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂ及びＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂをベース２３１に対して浮かすためのものである。このエアーベアリング２３８を設けることで、可動ステージ部２３７がＸ，Ｘ方向、又はＹ，Ｙ方向、或いはθ方向に駆動された際、いずれの方向に対しても自在に移動することができる。
【００３４】
チルト駆動部２４５は、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂ及びＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂと可動ステージ部２３７との間にそれぞれ設けられている。チルト駆動部２４５は、可動ステージ２３７の水平位置出しを行うためのものである。固定ステージ部２３９は、可動ステージ部２３７上に一体的に配設されている。固定ステージ部２３９は、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂ及びＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂを用いて可動ステージ部２３７を駆動させることで、所望の位置に移動される。固定ステージ部２３９上には、ワーク２４８（被移動体）を装着するためのチャック２４１が配設されている。
【００３５】
ここで、図５を参照して、可動ステージ部２３７の駆動方法について説明する。図５は、可動ステージの駆動方向とＸ方向及びＹ方向アクチュエータの推進力との関係を模式的に示した平面図である。可動ステージ部２３７をＸ，Ｘ方向に移動させる場合には、図５（ａ）に示すように、可動ステージ部２３７を移動させたいＸ，Ｘ方向に対してＸ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂの推進力が生じるように、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂに設けられたコイル部２４４に電流を印加する。
【００３６】
可動ステージ部２３７をＹ，Ｙ方向に移動させる場合には、図５（ｂ）に示すように、可動ステージ部２３７を移動させたいＹ，Ｙ方向に対してＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂの推進力が生じるように、Ｙ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂに設けられたコイル部２４４に電流を印加する。また、可動ステージ部２３７をθ方向に移動させる場合には、図５（ｃ）又は（ｄ）に示すようなＸ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂ及びＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂの推進力が生じるよう、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂ及びＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂに設けられたコイル部２４４に電流を印加する。
【００３７】
そして、固定ステージ部２３９がベース２３１上の所望の位置に移動した際、コイル部２４４に対しての電流の印加をストップさせて、固定ステージ部２３９の位置を固定する。なお、可動ステージ２３７は、先に述べたように、ベース２３１の表面に設けられた凸部２３２のピッチを最小単位として移動される。
【００３８】
次に、図３及び図４を参照して、サーフェスエンコーダ２４９について説明する。サーフェスエンコーダ２４９は、可動ステージ２３７の位置測定を行うためのものである。サーフェスエンコーダ２４９は、大略すると目盛ユニット２３３と、２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃとにより構成されている。
【００３９】
次に、図６を参照して、目盛ユニット２３３について説明する。図６は、図３に示した領域Ｃに対応した部分の拡大図である。目盛ユニット２３３は、ベース２３１に設けられた凸部２３２上に配設されている。目盛ユニット２３３は、目盛部１３と、上部樹脂２５２と、下部樹脂２５３とにより構成されている。
【００４０】
目盛部１３には、角度に関する性質がＸ−Ｙ方向の２次元方向に既知の関数（本実施例では正弦波の山と谷の集合）で変化する複数の角度格子４０が設けられている（図７参照）。目盛部１３の上面には、上部樹脂２５２が設けられており、目盛部１３の下面には、下部樹脂２５３が設けられている。上部及び下部樹脂２５２，２５３は、目盛部１３が外力を受けて破損することを防止するためのものである。なお、上部樹脂２５２には、光の透過性の良いものを用いる。
【００４１】
図３乃至図４に示すように、２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃは、Ｘ方向アクチュエータ２４２Ａ，２４２Ｂ及びＹ方向アクチュエータ２４３Ａ，２４３Ｂに囲まれた可動ステージ部２３７の底面部に配設された構成とされている。本実施例では、３個の２次元角度センサー１４を設けた構成とされている。
【００４２】
このように、目盛部１３に近接した位置である可動ステージ部２３７の底面部に２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを設けることにより、従来のレーザ干渉計と比較して空気の揺らぎ等の外乱の影響を受けにくくすることができ、正確な固定ステージ２３９の位置を得ることができる。また、２次元の角度格子４０からなる目盛に少なくとも３個の２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを組み合わせることにより、目盛及び角度センサーの相対的移動における移動物体の２次元座標位置、ピッチング角、ローリング角及びヨーイング角を検出することができ、更に角度センサーに既知の所定の角度変化を与えることで、目盛と角度センサー間の距離も検出することができる。
【００４３】
なお、本実施例では３個の２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃが配設されているが、以下の説明では、説明を容易にするために１個の２次元角度センサー１４が配設されている構成を想定し説明するものとする。
【００４４】
目盛部１３に形成された角度格子４０の高さ形状ｆ（Ｘ，Ｙ）は、次式で与えられる。但し、次式において、Ａｘ，ＡｙはそれぞれＸ，Ｙ方向の振幅であり、λｘ，λｙはその波長である。
【００４５】
ｆ（ｘ，ｙ）＝Ａｘ・sin（２πＸ／λｘ）＋Ａｙ・sin（２πＹ／λｙ）…（１）
また、この角度格子４０のＸ方向，Ｙ方向の角度形状（２次元角度センサー１４で測定したときの出力）θ（ｘ），ψ（ｙ）は、それぞれ角度格子４０の形状を偏微分したもので表され、次式で与えられる。
【００４６】
θ（ｘ）＝δｆ／δｘ＝（２πＡ１／λｘ）・ｃｏｓ（２πｘ／λｘ）…（２）
ψ（ｙ）＝δｆ／δｙ＝（２πＡ２／λｙ）・ｃｏｓ（２πｘ／λｙ）…（３）
図７は、本発明の第１実施例であるステージ装置に設けられる目盛部及び２次元角度センサーを説明するための図であり、図８は、本発明の第１実施例であるステージ装置に設けられる目盛部を拡大して示した図である。なお、図８は、本実施例で用いた目盛部１３に形成された角度格子４０の一部を干渉顕微鏡で測定したものである。
【００４７】
図７乃至図８に示すように、目盛部１３は、基部４１の表面上または面内に形成され、角度に関する性質がＸ−Ｙ方向の２次元方向に既知の関数（本実施例では正弦波の山と谷の集合）で変化する角度格子４０から構成されている。
【００４８】
図７に示されるように、角度格子４０をＸ，Ｙの２方向の角度変化が検出できる２次元角度センサー１４で測定すると、角度格子形状の山に対する高さが同一でも、山の斜面の位置によって角方向の角度出力が異なるため、この違いから２次元位置を決定することができる。これにより、ベース２３１に目盛部１３を取り付け、駆動ステージ２３７に２次元角度センサー１４を取り付けることで、それらの相対移動における移動体（即ち、駆動ステージ２３７）の２次元座標を検出することができる。
【００４９】
本実施例における角度格子４０は、精密旋盤で直径５５ｍｍ，厚さ１０ｍｍの円筒形状をしたアルミニウムを正面旋削により加工したものである。また、その高さ形状は、片振幅０．３μｍ，周期３００μｍの正弦波の重ね合わせで表せられ、具体的には次式で与えられる。
【００５０】
ｆ（Ｘ，Ｙ）=０．３・sin（２πＸ／３００）+０．３・sin（２πＹ／３００）［μｍ］…（４）
なお、本実施例における角度格子４０の角度振幅は±２１．６分である。
【００５１】
図９は、本発明の第１実施例であるステージ装置に設けられる目盛部及び２次元角度センサーを説明するための図である。この２次元角度センサー１４を構成する光学系は、光源５０、反射用プリズム５２，５３，５７，５８、ビームスプリッター５４，１/４波長板５５，コリメータレンズ５６，及びフォトダイオード５９等により構成されている。そして、光源５０から発射され、グリッドフィルム５１を通過し、反射用プリズム５２，５３で反射し方向を代えたレーザ光６５は、そのｐ偏光成分がビームスプリッター５４及び１/４波長板５５を通過し、反射用プリズム５８によって上向きに反射され、ベース２３１に取り付けられた目盛部１３（角度格子４０）に当たる。
【００５２】
目盛部１３（角度格子４０）で反射したレーザ光６５は、再び１/４波長板５５を通過してｓ偏光となりビームスプリッター５４で反射し、コリメータレンズ５６を通過し、その焦点距離の位置に置かれた４分割とされたフォトダイオード５９に集光する。２次元角度センサー１４は、この様にレーザオートコリメーションの原理によって、２次元の角度変化を検出する。
【００５３】
上記構成とされたサーフェスエンコーダ２４９では、角度格子４０の形状が位置検出の基準となるので、形状に誤差が含まれると位置検出精度にも影響を与える。２次元角度センサー１４のプローブであるレーザビームが１本であったとき、その出力は角度格子４０の格子ピッチの変化や形状誤差の影響を大きく受けてしまう。この誤差の影響は、複数のレーザビームを角度格子４０の同位相に照射し、常に複数の山を観察できる構成とすることにより排除することができる。
【００５４】
そこで本実施例では、３個の２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを駆動ステージ２３７に設け、これにより複数のレーザビームを角度格子４０の同位相に照射する構成とし、角度格子４０の形状のばらつき（格子ピッチ）の高周波成分、また、角度格子４０の形状誤差の影響を平均して測定精度の向上を図っている。
【００５５】
また、角度格子４０に３個の２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを組み合わせることにより、目盛部１３及び２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃの相対的移動における移動物体の２次元座標位置、ピッチング角、ローリング角及びヨーイング角を検出することができ、更に２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃに既知の所定の角度変化を与えることで、目盛部１３と２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃ間の距離も検出することが可能となる。
【００５６】
更に、２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃは、従来用いられていたレーザ干渉計等と比べてデッドパスが非常に小さいため、熱膨張による計測誤差や空気の揺らぎなどの影響を受け難く、よって高い位置及び姿勢計測を行なうことが可能となる。
【００５７】
このようなＸ，Ｙの２方向の角度変化が検出できる２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを用いて、角度格子４０から反射したレーザ７１の角度変化を測定すると、角度格子形状の山に対する高さが同一でも、山の斜面の位置によって角方向の角度出力が異なるため、この違いから２次元位置を決定することができる。これにより、ベース２３１上に目盛部１３を取り付け、可動ステージ部２３７に２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを取り付けることで、可動ステージ部２３７（固定ステージ２３９）の２次元座標を検出することができる。
【００５８】
以上説明したように、ＳＡＷＹＥＲモータ駆動部を有したステージ装置２３０にサーフェスエンコーダ２４９を設けることにより、装置の小型化を図れると共に、ベース２３１に対して駆動ステージ２３７をＸ，Ｘ方向、Ｙ，Ｙ方向及びθ方向のいずれの方向にも駆動可能とした状態で、ベース２３１に対する固定ステージ２３９（可動ステージ２３７）の位置測定を高精度に行なうことができる。また、従来のステージ装置２００では、ステージの位置検出をレーザ測定器２２３からのレーザ光で行っているため、複数のステージが１つのベース２１１上に存在した場合、ステージがレーザ光を遮断してしまうことがあるが、本実施例のステージ装置２３０は、ステージ２３６単位でステージ２３６自身の位置検出を行うことができるので、１つのベース２３１上に複数のステージ２３６を設けて、複数のステージ２３６の位置検出を精度良く行うことができる。
【００５９】
なお、上記実施例では、３つの２次元角度センサーを設けた場合について説明したが、１つの２次元角度センサーを設けても良く、本実施例と同様な効果を得ることができる。
【００６０】
（第２実施例）
図１０乃至図１１を参照して、本発明の第２実施例であるステージ装置１０について説明する。図１０は、本発明の第２実施例であるステージ装置１０の分解斜視図であり、図１１は、ステージ装置１０の部分的に切り欠いた組み立てられた状態の斜視図である。このステージ装置１０は、例えば半導体製造用のステッパ等において被移動体となるウェハを所定位置に移動させるのに用いられる装置である。
【００６１】
このステージ装置１０は、大略するとベース１１、ステージ１２、サーフェスエンコーダ２４、及び駆動装置等により構成されている。ベース１１はステージ装置１０の基台となるものであり、後述するリニアモータ構造部２０Ａ，２５Ａ、Ｚ方向電磁石３０、及び２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃ等が配設される。なお、本実施例では、第１実施例に用いた２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを用いた場合を例に挙げて説明する。
【００６２】
ステージ１２は被移動体となるウェハ６０及びチャック６１が上部に搭載される（図２２参照）と共に、下部にはマグネット１５，１６、ヨーク１７、及びスペーサ１８を介してＺ方向用マグネット１９が配設される。このステージ１２は、ベース１１に対して図中矢印Ｘ方向移動、Ｙ方向移動、及びＺ軸を中心とした回転移動が可能な構成とされている。また、サーフェスエンコーダ２４は、第１実施例と同じものを用いている。
【００６３】
なお、本実施例では３個の２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃが配設されているが、以下の説明では、説明を容易にするために１個の２次元角度センサー１４が配設されている構成を想定し説明するものとする。
【００６４】
図１０に示すように、本実施例では、目盛部１３はステージ１２の背面（ベース１１と対向する面）の略中央位置に固定されている。一方，２次元角度センサー１４は、ベース１１に配設された構成とされている。
【００６５】
続いて、図１０乃至図１１を参照して、駆動装置について説明する。駆動装置は、ベース１１に対してステージ１２をＸ方向移動，Ｙ方向移動，及びＺ軸を中心とした回転移動を行なわれるものである。この駆動装置は、ベース１１に配設されたＸ方向リニアモータ構造部２０Ａ，２０Ｂ、Ｙ方向リニアモータ構造部２５Ａ，２５Ｂ、Ｚ方向電磁石３０と、ステージ１２に配設されたＸ方向用マグネット１５，Ｙ方向用マグネット１６，Ｚ方向用マグネット１９等により構成されている。
【００６６】
Ｘ方向リニアモータ構造部２０Ａはベース１１上に配設されており、一対のＸ方向用コイル２１Ａ−１，２１Ａ−２（双方をまとめていうときにはＸ方向用コイル２１Ａという）と、Ｘ方向用コア２２Ａとにより構成されている。一対のＸ方向用コイル２１Ａ−１，２１Ａ−２は図中矢印Ｘ方向に並設されており、それぞれ独立して電流を供給できる構成とされている。
【００６７】
また、Ｘ方向リニアモータ構造部２０ＢはＸ方向リニアモータ構造部２０Ａと同一構成とされており、Ｘ方向用コイル２１Ｂ（符号は付さないが、一対のＸ方向用コイルにより構成されている）及びＸ方向用コア２２Ｂとにより構成されている。このＸ方向リニアモータ構造部２０ＡとＸ方向リニアモータ構造部２０Ｂは、前記した２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃの配設位置を挟んで、図中矢印Ｙ方向に離間して配置された構成とされている。
【００６８】
一方、Ｙ方向リニアモータ構造部２５Ａ及びＹ方向リニアモータ構造部２５Ｂも、前記したＸ方向リニアモータ構造部２０Ａと同様の構成とされている。即ち、Ｙ方向リニアモータ構造部２５ＡはＹ方向用コイル２６Ａ（符号は付さないが、一対のＹ方向用コイルにより構成されている）とＹ方向用コア２７Ａとにより構成され、Ｙ方向リニアモータ構造部２５ＢはＹ方向用コイル２６Ｂ（符号は付さないが、一対のＹ方向用コイルにより構成されている）とＹ方向用コア２７Ｂとにより構成されている。このＹ方向リニアモータ構造部２５ＡとＹ方向リニアモータ構造部２５Ｂは、前記した２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃの配設位置を挟んで、図中矢印Ｘ方向に離間して配置された構成とされている。
【００６９】
Ｚ方向電磁石３０は、ベース１１に対してステージ１２を浮上させることにより、前記したＸ方向用マグネット１５Ａと後述するステージ１２に設けられた各マグネット１５，１６との間にギャップを形成する機能を奏するものである。このＺ方向電磁石３０は、Ｚ方向用コイル３１とＺ方向用コア３２とにより構成されている。また、浮上を安定化するため、矩形状とされたベース１１の四隅位置にそれぞれ配設されている。
【００７０】
なお、ベース１１に対してステージ１２を浮上させる手段は、本実施例で採用している磁気的な手段の他にも、圧縮空気を用いる方法や、複数のボールでベース１１を支持する手段等が考えられる。
【００７１】
一方、前記したようにステージ１２にはＸ方向用マグネット１５及びＹ方向用マグネット１６が配設されている。図に現れないが,各マグネット１５，１６はそれぞれ一対ずつ合計４個が配設されている。従って、ステージ１２を底面視した状態において、各マグネット１５，１６は協働して略四角形をなすよう配置されている。
【００７２】
Ｘ方向用マグネット１５は、複数の同等の永久磁石を極性が交互に現れるように直線状に配列した複数の磁石列（小磁石の集合体）により構成されている。同様に、Ｙ方向用マグネット１６も、複数の同等の永久磁石を極性が交互に現れるように直線状に配列した複数の磁石列により構成されている。各マグネット１５，１６の上部にはヨーク１７が配設されており、このヨーク１７は各マグネット１５，１６を構成する複数の各磁石を磁気的に結合する機能を奏する。
【００７３】
上記構成において、ベース１１に対しステージ１２を装着した状態において、一対のＸ方向用マグネット１５の一方がＸ方向リニアモータ構造部２０Ａ上に位置し、かつ他方のＸ方向用マグネット１５がＸ方向リニアモータ構造部２０Ｂ上に位置するよう構成されている。また、ベース１１に対しステージ１２を装着した状態において、一対のＹ方向用マグネット１６の一方がＹ方向リニアモータ構造部２５Ａ上に位置し、かつ他方のＹ方向用マグネット１６がＹ方向リニアモータ構造部２５Ｂ上に位置するよう構成されている。
【００７４】
また、ベース１１がステージ１２に装着された状態で、かつＺ方向電磁石３０によりステージ１２がベース１１に対し浮上した状態において、各マグネット１５，１６が発生する磁界が対向するリニアモータ構造部２０Ａ，２０Ｂ，２５Ａ，２５Ｂに係合するよう構成されている。更に、上記装着状態において、各マグネット１５，１６は、各リニアモータ構造部２０Ａ，２０Ｂ，２５Ａ，２５Ｂに設けられている各コイル２１Ａ，２１Ｂ，２６Ａ，２６Ｂの巻回方向に対し直交するよう配置されている。
【００７５】
駆動装置を上記構成とすることにより、Ｘ方向リニアモータ構造部２０Ａ，２０ＢとＸ方向用マグネット１５は協働して、ステージ１２を図中矢印Ｘ方向に駆動するリニアモータとして機能する。同様に、Ｙ方向リニアモータ構造部２５Ａ，２５ＢとＹ方向用マグネット１６は協働して、ステージ１２を図中矢印Ｙ方向に駆動するリニアモータとして機能する。
【００７６】
即ち、本実施例ではＸ，Ｙ両方向にそれぞれ２組ずつのリニアモータが配置された構成となる。この構成とすることにより、装置中央部分に比較的大きな空間を確保できるため、この位置にサーフェスエンコーダ２４を設置することができる。なお、本実施例ではステージ１２に目盛部１３を配設し、ベース１１に２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃを配設した構成とした。これは、目盛部１３には配線を接続する必要がないためである。しかしながら、目盛部１３をベース１１に配設し、２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃをステージ１２に設ける構成とすることも可能である。
【００７７】
また上記構成とされた駆動装置において、Ｘ方向リニアモータ構造部２０ＡとＸ方向リニアモータ構造部２０Ｂのみを同時に同方向に駆動させると、ステージ１２は図中矢印Ｘ方向に並進運動する。同様に、Ｙ方向リニアモータ構造部２５ＡとＹ方向リニアモータ構造部２５Ｂのみを同時に同方向に駆動させると、ステージ１２は図中矢印Ｙ方向に並進運動する。また、対になった各リニアモータ構造部２０Ａと２０Ｂ、２５Ａと２５Ｂをそれぞれ逆方向に駆動させることにより、ステージ１２は図中矢印Ｚ軸まわりθＺの回転運動を行なう。
【００７８】
続いて、図１２を参照して、駆動装置によりステージ１２が移動する原理について説明する。なお、説明を簡単化するため、ステージ１２をＸ方向に移動させる１つのリニアモータ（Ｘ方向用マグネット１５とＸ方向リニアモータ構造部２０Ａ）を例に挙げて説明するものとする。図１２は、ステージの駆動原理を説明するための図である。
【００７９】
まず、図１２（Ａ）に示すように、Ｘ方向用コイル２１Ａ−２に図に書かれた方向に電流を流すと、電流とそれに対向したＸ方向用マグネット１５との間にＸ軸に沿った力が生じ、生じたそれぞれの力が釣り合ったところでＸ方向用マグネット１５は停止する。この状態で図１２（Ｂ）に示すように、Ｘ方向用コイル２１Ａ−１に電流を流すと、Ｘ方向用コイル２１Ａ−１に対向しているＸ方向用マグネット１５にそれぞれ図に右向きの力が生じる。この力により、Ｘ方向用マグネット１５（即ち、ステージ１２）が動き出し、図１２（Ｃ）に示すように、Ｘ方向用コイル２１Ａ−１とＸ方向用コイル２１Ａ−２によって磁石に生じる力が釣り合った位置まで磁石は移動する。その後、図１２（Ｄ）に示すように、Ｘ方向用コイル２１Ａ−２の電流を切ると、Ｘ方向用コイル２１Ａ−１の電流で力が釣り合う位置で移動する。上記した図１２（Ａ）〜（Ｄ）の動作により、Ｘ方向用マグネット１５（ステージ１２）が磁石半個分の距離Δｄだけ移動する。
【００８０】
上記のようにＸ方向用コイル２１Ａ−１，２１Ａ−２に印加する電流をＯＮ，ＯＦＦのみで駆動すると、磁石１／４個分ずつの移動しかできないが、図１２（Ｃ）に示す状態でＸ方向用コイル２１Ａ−１，２１Ａ−２に流す電流の大きさの比を変化させると、それに応じてそれぞれの電流の大きさに釣り合った位置までＸ方向用マグネット１５が移動するので、半範囲内で任意の位置に磁石を移動させることができる。また、対向するＸ方向用マグネット１５の極性に応じてコイルに印加する電流の方向を変化させることで、Ｘ方向用マグネット１５の配列の存在する範囲内で自由に駆動することができる。
【００８１】
上記した本実施例に係る駆動装置では、駆動分解能はＸ方向用マグネット１５を構成する複数の磁石の幅及びＸ方向用コイル２１Ａ−１，２１Ａ−２の幅と、各コイル２１Ａ−１，２１Ａ−２への印加電圧を出力するＤ／Ａボードの分解能によって決定される。例えば、上記の磁石及びコイルの幅が１０ｍｍ，Ｄ／Ａボードが１６ｂｉｔであると仮定すると、このステージの並進駆動の最小駆動量は０．２μｍ，回転駆動では０．５秒となる。なお、駆動方式を改良することにより、ナノメートルオーダの駆動も可能である。
【００８２】
また本実施例では、通常の直流モータと異なり、常にステージ１２に生じる力が釣り合う位置の付近でステッピングモータ状に駆動する。このため、各コイル２１Ａ−１，２１Ａ−２に印加する電圧を計算することによって、ステージ１２のオープンループ駆動を行なうことができる。なお、上記した駆動装置の説明では、ステージ１２をＸ方向に移動させる１つのリニアモータ（Ｘ方向用マグネット１５とＸ方向リニアモータ構造部２０Ａ）を例に挙げて説明したが、他のマグネット１５，１６と、Ｘ方向リニアモータ構造部２０Ｂ及びＹ方向リニアモータ構造部２５Ａ，２５Ｂとより構成されるリニアモータの駆動原理も同様である。
【００８３】
上記構成とされた駆動装置では、一段構造でステージ１２をＸ方向及びＹ方向の移動及びＺ軸回りの回転を制御することが可能である。また、各方向に対してガイド構造を持つ必要がなく、最終ステージであるステージ１２が直接駆動される構成のため、ステージ装置１０の軽量化，剛性の向上，及び製造コストの低減を図ることができる。またステージ装置１０が軽量化し、剛性の向上も図れることにより、制御面においても高周波領域までサーボ性能の確保することが可能となる。
【００８４】
続いて、上記構成とされたステージ装置１０において、本発明者が実際にステージ１２を駆動させる実験を行なったときの実験結果について説明する。なお、以下の実験では、サーフェスエンコーダ２４の出力を用いないで駆動したものをオープンループ駆動，サーフェスエンコーダ２４の出力を用いて位置情報をフィードバックしながら駆動を行なったものをクローズドループ駆動する。
【００８５】
図１３は、ステージ１２をＸ方向にオープンループ駆動した時のサーフェスエンコーダ２４の出力（２次元角度センサー１４Ａの出力）の様子を示している。同図より、Ｘ方向出力は±７０％程度の振幅で周期的に出力が変化していることが確認できる。また、図示しないが、Ｙ方向についても同様の出力が得られた。
【００８６】
ここで、サーフェスエンコーダ２４の出力が０％となる点をゼロクロス点と呼ぶこととすると、このゼロクロス点同士の間隔は角度格子４０（図７及び図８参照）の１周期分の波長３００μｍに対応する。サーフェスエンコーダ２４では、このゼロクロス点の数から３００μｍずつの距離が、また、その間については正弦波状のサーフェスエンコーダ２４の出力を内挿することにより求めることができる。
【００８７】
そこで本実施例ではゼロクロス点の個数に注目し,以下説明する実験ではサーフェスエンコーダ２４の出力のゼロクロス点（３００μｍ）を目標にしたステージ１２の位置決めを行なうこととした。
【００８８】
図１４は、ステージ１２を微小並進駆動したときにおける、サーフェスエンコーダ２４の出力変化の様子を示している。また、同じ微小並進駆動したときにおける、レーザ干渉測長機による測定結果も比較のために測定し、同図に示している。
【００８９】
同図より、レーザ干渉測長機によって測定したステージ１２の０．２μｍの並進駆動に応じて,サーフェスエンコーダ２４の出力も約０．２％変化していることが確認できる。これにより、レーザ干渉測長機の出力と同様の変化を、本実施例に係るサーフェスエンコーダ２４によっても検出できていることが確認できる。
【００９０】
次に、サーフェスエンコーダ２４の出力を基準にして、目盛部１３に設けられた角度格子４０の１周期分の３００μｍ，及び角度格子４０の５周期分の１．５ｍｍの位置を目標にしたＰＴＰ（Ｐｏｉｎｔ  Ｔｏ  Ｐｏｉｎｔ）駆動での１軸位置決めを行なった実験結果について以下述べる。
【００９１】
角度格子４０の１周期分（３００μｍ）のＸ方向１軸駆動を行なったときのステージ１２の移動量を、外部からレーザ干渉測長機で観測した結果を図１５に示す。同図より、ステージ１２がＸ方向に約３００μｍ駆動し、この時の位置決め誤差は１μｍであることが判った。
【００９２】
図１６は、この時のサーフェスエンコーダ２４のＸ方向出力を示している。ここで、図１６の横軸は制御する際に用いたデータのデータ番号である。また、同図中Ｔ１〜Ｔ３は、図１５に示したＴ１〜Ｔ３と時間的に対応している。同図より、先ずスタートのゼロクロスを探し（図中のＴ１）、続いて角度格子４０の１周期分駆動を行ない（図中のＴ２）、再びゼロクロスに落ち着いて（図中のＴ３）いることが確認できる。
【００９３】
また、同様に角度格子４０の５周期分（１．５ｍｍ）のＸ方向１軸駆動を行った時の移動量を、外部からレーザ干渉測長機で観測した結果を図１７に示す。これにより、ステージ１２がＸ方向に約１．５ｍｍ駆動し、この時の位置決め誤差が６μｍであることが判った。図１８は、この時のサーフェスエンコーダ２４のＸ方向出力を示している。同様に、先ずスタートのゼロクロスを探し（図１８中のＴ１）、続いて角度格子４０の５周期分駆動を行ない（同図中のＴ２）、再びゼロクロスに落ち着いて（同図中のＴ３）いることが確認できる。
【００９４】
また、オープンループ駆動で、３００μｍの距離を目標にＸＹ各方向にそれぞれ進んで元の位置に戻るような電圧パターンを出力し、２次元繰り返し駆動を行なう実験を実施した。この時の駆動結果を図１９に示す。同図に示されるように、目標位置との位置決め誤差は、Ｘ方向で１００μｍ，Ｙ方向で１６０μｍ程度であり、各地点における繰り返し性は、±１５μｍ程度であった。よって、オープンループ駆動では、目標の位置から大きく外れていることが判る。
【００９５】
これに対し、続いてサーフェスエンコーダ２４の出力を基準に、角度格子４０の１周期分（３００μｍ）ずつの２次元繰り返し駆動を行なった。この時の駆動結果を図２０に示す。同図に示されるように、位置決め誤差は、最大Ｘ方向で６μｍ、Ｙ方向で２μｍであった。また、各目標地点における２次元駆動の繰り返し性は、±２μｍであった。このように、ステージ１２の位置検出にサーフェスエンコーダ２４を用いることで、３００μｍを目標としたＰＴＰ駆動を行なうことができた。
【００９６】
図２１は、Ａ点（Ｘ＝０μｍ，Ｙ＝０μｍ）を出発点、Ｂ点（Ｘ＝９００μｍ，Ｙ＝９００μｍ）を目標位置にした４つのルート（図中、ルート１〜ルート４で示す）でステージ１２を移動させたときの、それぞれの２次元パターン駆動の結果をまとめて示している。また、ルート１が３００μｍずつの交互のＬ字駆動、ルート２が９００μｍずつの斜め駆動、ルート４が９００μｍの斜め駆動である。同図に示す駆動においても、サーフェスエンコーダ２４の出力を基準に駆動を行なっている。
【００９７】
同図に示されるように、目標位置Ｂ点における４つのルートによる位置決めの繰り返し性はＸ方向，Ｙ方向共に±２．５μｍの範囲内であった。これは、上記で述べた繰り返し性の範囲と略等しい。また、駆動の目標位置であるＸ＝９００μｍ，Ｙ＝９００μｍの地点における位置決め誤差は、Ｘ方向に関しては１５μｍ程度、Ｙ方向に関しては１２μｍ程度であった。
【００９８】
これらの位置決め誤差は、主に角度格子４０の形状誤差によるもので、それを校正することによって補正することで、より精度を高めることが可能である。具体的には、角度格子４０の角度形状の誤差を校正した結果に基づいて角度格子４０による座標位置と姿勢角の測定結果を補正する補正手段を設け、角度格子４０を高精度に作成できない場合、校正データをメモリ等に格納しておき、このデータ間を内挿で近似演算させることで校正結果を基に測定データの補正を行なう構成としてもよい。
【００９９】
上記した実験結果より、目盛部１３及び２次元角度センサー１４Ａ〜１４Ｃよりなるサーフェスエンコーダ２４をステージ装置１０に組み込むことにより、ステージ１２の高精度な位置検出（移動量検出）を行なうことができ、ステージ１２の駆動制御の精度及び信頼性を向上させることができる。
【０１００】
次に、上記したステージ装置１０の変形例について説明する。図２３は、上記したステージ装置１０の第１変形例であるステージ装置１０Ａを示す概略構成図である。なお、比較のため、図２２に上記したステージ装置１０の概略構成図を示している。また、図２３及び図２４において、ステージ装置１０の構成と同一構成については同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【０１０１】
上記したステージ装置１０は、ステージ１２の底面（ベース１１と対向する面）に２次元角度センサー１４と対向するよう目盛部１３を配設した構成とした。また、被移動体としてウェハ６０を用いる場合、ステージ１２上にチャック６１を設け、このチャック６１にウェハ６０を保持させる構成としていた。
【０１０２】
これに対し、本変形例に係るステージ装置１０Ａは、ウェハ６０を保持するチャック６１Ａをステージ１２Ａに対して着脱可能な構成とすると共に、目盛部１３をチャック６１Ａに配設した構成としている。具体的には、ステージ１２Ａには装着部６２が形成されており、チャック６１Ａはこの装着部６２に挿入脱可能な構成とされている。これにより、チャック６１Ａはステージ１２Ａに対して着脱可能な構成とされている。また、チャック６１Ａの底面は、ステージ１２Ａに装着された状態において、ステージ１２Ａの底面から露出するよう構成されている。
【０１０３】
目盛部１３は、チャック６１Ａの底面に配設されている。よって、チャック６１Ａをステージ１２Ａに装着した状態において、目盛部１３はステージ１２Ａの底面から露出し、ベース１１に設けられた２次元角度センサー１４と対向した状態となる。
【０１０４】
これにより、２次元角度センサー１４は、目盛部１３に向けレーザ光６５を発射すると共にその反射光を入射することが可能となるため、ステージ１２Ａの位置測定を行なうことが可能となる。また本変形例では、ウェハ６０と一体的に取り扱われるチャック６１Ａに目盛部１３を設けているため、チャック６１Ａとステージ１２Ａとの間に誤差が生じても、これがサーフェスエンコーダ２４の測定結果に影響を与えることがなくなり、よって高精度の位置計測を行なうことができる。
【０１０５】
図２４は、上記したステージ装置１０の第２変形例であるステージ装置１０Ｂを示す概略構成図である。本変形例では、目盛部１３を被移動体となるウェハ６０の背面側に直接配設したことを特徴としている。また、ウェハ６０の背面側に配設された目盛部１３を２次元角度センサー１４で確認できるよう、ステージ１２Ｂの目盛部１３と対向する領域には、２次元角度センサー１４から照射されたレーザ光６５が目盛部１３に照射されるように透明部６３が設けられている。
【０１０６】
目盛部１３はウェハ６０に貼り付ける等により固定してもよく、またウェハ６０を直接加工することにより一体的に形成する構成としてもよい。これにより、目盛部１３はウェハ６０と一体化した構成となる。また、透明部６３は、例えばステージ１２Ｂに嵌めこまれたガラス或いは透明樹脂により構成されている。
【０１０７】
本変形例では、被移動体となるウェハ６０自体に目盛部１３が配設されるため、上記した第２変形例に係る構成で発生するおそれがある、チャック６１Ａと目盛部１３との間における誤差の発生を防止でき、より高精度の位置計測を行なうことができる。また、ウェハ６０に目盛部１３が配設されても、ステージ１２Ｂの２次元角度センサー１４と対向する領域（移動範囲わたり対向するよう設定されている）には、レーザ光６５を目盛部１３に照射するための透明部６３が設けられているため、ステージ１２（ウェハ６０）の位置計測を確実に行なうことができる。
【０１０８】
なお、上記した本発明は、半導体製造装置のみならず、マイクロマシン，ＩＴ用光通信部品等、今後微細加工を必要とする分野に広く適用することが可能である。即ち、現在のマイクロマシン製造技術の多くは半導体製造技術を利用しており、本発明を用いることにより、より微細で多様なマイクロマシンを製造することが可能となる。また、レーザ加工の分野では、サブミクロンの精度で超高速に動くステージが要求されている。
【０１０９】
また、複雑な形状を加工するために、自由度の高いステージが必要となる。従来のステージ装置では、これらの要求を満たすものは無かったが,本発明のステージ装置は、高精度，高速，多自由度を実現できるため、レーザ加工用ステージとしても用いることができる。更に、本発明は、上記した分野だけではなく、超精密機器，超精密計測装置，マウンター等の、電子部品の組み立て、検査装置，或いはオフィスオートメーション分野においても適用することが可能である。
【０１１０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。なお、第１及び第２実施例では、３つの２次元角度センサーを設けた場合を例に挙げて説明したが、２次元角度センサーの個数は、１つでも良く、上記実施例の個数に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、装置の小型化を図れると共に、ベースに対するステージの位置測定を高精度に行ないうるステージ装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】ＳＡＹＥＲモータを適用したステージ装置の概略図である。
【図２】図１に示した領域Ａに対応した構成の平面図である。
【図３】第１実施例によるステージ装置の断面図である。
【図４】図３に示した領域Ａに対応したステージ装置の平面図である。
【図５】可動ステージの駆動方向とＸ方向及びＹ方向アクチュエータの推進力との関係を示した平面図である。
【図６】図３に示した領域Ｃに対応した部分の拡大図である。
【図７】目盛部及び２次元角度センサーの斜視図である。
【図８】本実施例のステージ装置に設けられる２次元角度センサーの光学系を説明するための図である。
【図９】本発明の第１実施例であるステージ装置に設けられる目盛部及び２次元角度センサーを説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施例であるステージ装置の分解斜視図である。
【図１１】ステージ装置の部分的に切り欠いた組み立てられた状態の斜視図である。
【図１２】ステージの駆動原理を説明するための図である。
【図１３】本発明の第２実施例であるステージ装置をＸ方向にオープンループ駆動したときの２次元角度センサーの出力を示す図である。
【図１４】第２実施例であるステージ装置を微小並進駆動したときの２次元角度センサーの出力をレーザ干渉測長機の出力と比較して示す図である。
【図１５】本発明の第２実施例であるステージ装置において、角度格子１周期分のＸ方向１軸駆動を行なったときのステージの移動量をレーザ干渉測長機で測定した結果を示す図である。
【図１６】本実施例であるステージ装置において、角度格子１周期分のＸ方向１軸駆動を行なったときのステージの移動量を２次元角度センサーで測定した結果を示す図である。
【図１７】本実施例であるステージ装置において、角度格子５周期分のＸ方向１軸駆動を行なったときのステージの移動量をレーザ干渉測長機で測定した結果を示す図である。
【図１８】本実施例であるステージ装置において、角度格子５周期分のＸ方向１軸駆動を行なったときのステージの移動量を２次元角度センサーで測定した結果を示す図である。
【図１９】本実施例であるステージ装置において、オープンループ駆動でステージを所定方向に移動させた後元に戻る２次元繰り返し駆動を行なったときの駆動結果を示す図である。
【図２０】本実施例であるステージ装置において、角度周期１周期分ずつの２次元繰り返し駆動を行なったときの２次元角度センサーの出力を示す図である。
【図２１】本実施例であるステージ装置において、Ａ点を出発位置、Ｂ点を目標位置とした４つのルートの２次元駆動したときの２次元角度センサーの出力を示す図である。
【図２２】本実施例であるステージ装置の概略構成図である。
【図２３】本実施例であるステージ装置の第１変形例であるステージ装置の概略構成図である。
【図２４】本実施例であるステージ装置の第２変形例であるステージ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２００，２３０  ステージ装置
１１，２１１，２３１  ベース
１２，１２Ａ，１２Ｂ，２３６  ステージ
１３  目盛部
１４，１４Ａ〜１４Ｃ  ２次元角度センサー
１５  Ｘ方向用マグネット
１６  Ｙ方向用マグネット
１７  ヨーク
１８  スペーサ
１９  Ｚ方向用マグネット
２０Ａ，２０Ｂ  Ｘ方向リニアモータ構造部
２１Ａ，２１Ａ−１，２１Ａ−２，２１Ｂ  Ｘ方向用コイル
２２Ａ，２２Ｂ  Ｘ方向用コア
２４，２４９  サーフェスエンコーダ
２５Ａ，２５Ｂ  Ｙ方向リニアモータ構造部
２６Ａ，２６Ｂ  Ｙ方向用コイル
２７Ａ，２７Ｂ  Ｙ方向用コア
３０  Ｚ方向電磁石
３１  Ｚ方向用コイル
３２  Ｚ方向用コア
４０  角度格子
４１  基部
５０  光源
５４  ビームスプリッター
５５  １／４波長板
５６  コリメータレンズ
６０  ウェハ
６１，６１Ａ，２２１，２４１  チャック
６２  装着部
６３  透明部 
２１２  凸部
２１３  Ｘ方向駆動部
２１４  Ｙ方向駆動部
２１５，２４４  コイル部
２１６，２４５  チルト駆動部
２１７，２３７  可動ステージ部
２１９，２３９  固定ステージ部
２２２  ミラー
２２３  レーザ測定器
２２４，２３８  エアーベアリング
２３３  目盛ユニット
２４２Ａ，２４２Ｂ  Ｘ方向アクチュエータ
２４３Ａ，２４３Ｂ  Ｙ方向アクチュエータ
２４８  ワーク
２５２  上部樹脂
２５３  下部樹脂
Ａ，Ｃ  領域
【図１】
2005268608.tif 000003
【図２】
2005268608.tif 000004
【図３】
2005268608.tif 000005
【図４】
2005268608.tif 000006
【図５】
2005268608.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005268608.tif 000009
【図８】
2005268608.tif 000010
【図９】
2005268608.tif 000011
【図１０】
2005268608.tif 000012
【図１１】
2005268608.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005268608.tif 000015
【図１４】
2005268608.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2005268608.tif 000019
【図１８】
2005268608.tif 000020
【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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