(57)【要約】【課題】多軸方向への広域移送および超精密位置の制御が可能な磁気浮上方式の広域ステージ装置を提供する。【解決手段】磁気浮上方式のステージ装置は、水平面を形成する支えプレート（１１）を具備した下部移送台（１０）と、前記支えプレート（１１）の上面に設置されて電磁界を発生させるコイル・モジュールアレイ（２０）と、前記下部移送台（１０）の上側で浮上および移送されるステージ（３０）と、前記ステージ（３０）の下面に複数個の永久磁石（４１，４２）が配列設置されている永久磁石アレイ（４０）から構成される。前記コイル・モジュールアレイ（２０）が支えプレート（１１）上面のコイル・モジュール（２１）複数個で構成されるが、隣接したコイル・モジュール（２１）間のコイルの巻線方向が直角になるように前記コイル・モジュール（２１）が互いに直交して将棋盤のます目状の形態で配置される。【選択図】図１
2007185086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと永久磁石間に発生する電磁気力によりステージが浮上および移送される磁気浮上方式のステージ装置において、
水平面を形成する支えプレートを具備した下部移送台と、
前記支えプレートの上面に設置され、電磁界を発生させるコイル・モジュールアレイと、
前記下部移送台の上側で浮上および移送するステージと、
前記ステージの下面に複数個の永久磁石が配列設置されている永久磁石アレイ
から構成され、
前記コイル・モジュールアレイは、支えプレート上面のコイル・モジュール複数個で構成され、隣接するコイル・モジュール間のコイルの巻線方向が直角になるように前記コイル・モジュールが互いに直交して将棋盤のます目状の形態に配置され、制御装置および駆動回路部により前記各コイル・モジュールのオン／オフおよび印加される電流が制御されながら前記ステージがコイル・モジュールと永久磁石間から発生された電磁気力によりＺ軸方向の浮上とＸ軸、Ｙ軸方向の２次元水平移動が可能となるように構成されたことを特徴とする磁気浮上方式の広域ステージ装置。
【請求項２】
前記各コイル・モジュールは複数個の空心形単位巻線が積層形態で構成され、前記空心形単位巻線がＡ相、Ｂ相、Ｃ相の順に交互に置かれるように結線されることを特徴とする、請求項１記載の磁気浮上方式の広域ステージ装置。
【請求項３】
前記永久磁石アレイは複数個のＮ極とＳ極の永久磁石が等間隔で設置され、一つのＮ極またはＳ極の永久磁石を中心にその四方に反対極の永久磁石が配置される形態で前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が反復設置され、互いに直交形態の配列を成すことを特徴とする、請求項１または２記載の磁気浮上方式の広域ステージ装置。
【請求項４】
前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が正方形の永久磁石であることを特徴とする請求項３記載の磁気浮上方式の広域ステージ装置。
【請求項５】
前記Ｎ極とＳ極の永久磁石が円形の永久磁石であることを特徴とする請求項３記載の磁気浮上方式の広域ステージ装置。
【請求項６】
前記ステージ下面の３方向の位置にその下側のコイル・モジュールアレイとの間隔を検出するためのギャップセンサーが設置され、前記ステージの横方向と縦方向の各側面に反射用平面鏡が設置され、前記ステージの各反射用平面鏡前方にＸ軸およびＹ軸の距離を測定するためにレーザー干渉計が設置され、前記制御装置が前記ギャップセンサーとレーザー干渉計からの信号の入力を受け、前記駆動回路部を通してステージの６自由度運動を制御するように構成されたことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の磁気浮上方式の広域ステージ装置。
【請求項７】
前記ステージ下面の４頂点に浮上力を補完するための空気ベアリングがさらに設けられ、前記空気ベアリングによる浮上力が磁気浮上力を補助するようにすることで、ステージの浮上ギャップを精密に制御するように構成されたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の磁気浮上方式の広域ステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気浮上方式の広域ステージ装置に関する。更に詳しくは、本発明は、下部移送台の支えプレート上面に複数個のコイル・モジュールで構成されたコイル・モジュールアレイを設置するが、隣接したコイル・モジュール間のコイルの巻線方向が直角になるように前記コイル・モジュールを互いに直交させ将棋盤のます目状の形態に配置し、制御装置および駆動回路部により前記各コイル・モジュールのオン／オフおよび印加される電流が制御されながら、前記ステージが、コイル・モジュールと永久磁石間に発生された電磁気力によりＺ軸方向の浮上はもちろん、Ｘ軸、Ｙ軸方向の２次元水平移動が全て可能となるように構成されることで、多軸方向のステージ移送および超精密位置の制御が可能であり、コイル・モジュールを拡張配置して移動面積を無限大に拡張することができ、ステージの広域移送が可能な磁気浮上方式の広域ステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ステージ装置は半導体のウエハーおよび液晶表示パネル（ＬＣＤ）などの精密検査のためのスキャン装置と半導体加工機および精密加工機などに使用され、ウエハーのような物品を数百ミリメーター（ｍｍ）の領域からナノメーター（ｎｍ）級（オーダー）の精密度で移送することのできる線形駆動装置である。
【０００３】
例えば、半導体製造工程中、露光工程において、前記ステージ装置はウエハー上にパターンを形成するためにウエハーを２次元（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に数１０ｎｍ間隔で移動させるために使用されている。
【０００４】
このようなステージ装置としては、ウエハーが載せられるステージを数１０ｎｍ間隔で平面運動させるためにステージ下段に空気を注入してステージを浮上させる空気浮上方式が広く使用されている。
【０００５】
従来の空気浮上方式ステージ装置はステージを浮上させるための浮上装置と、ステージを線形移送させるための推進装置を別途に具備している。
【０００６】
即ち、常用化された空気浮上方式ステージ装置の場合、各軸ごとに直線型定盤を設置してガイドとして使用し、このガイドに具備されたノズルを通して空気を吹き込み、ここで発生された空気圧を利用してステージを浮上させた後、リニアモータを利用してステージを直線移送させる。
【０００７】
この時、ステージはガイドに沿って移動し、このように製作されたステージを交差に多数適用してＸ軸とＹ軸の多軸移送が可能となるように構成する。
【０００８】
しかし、このような空気浮上方式のステージ装置では、空気を吹き込む圧力を一定に維持してＺ軸方向の浮上ギャップを維持し、また、空気圧の制御を通して浮上ギャップを制御するため、浮上ギャップ制御の応答性が遅く浮上ギャップ制御を行うことが容易ではない。
【０００９】
また、従来の空気浮上方式のステージ装置は浮上装置と推進装置を別途に具備しなければならないため、装置全体が大きくなってしまい、特に空気汚染などにより真空チェンバーに適用することが難しい。
【００１０】
また、各軸に対する位置精密度が数ｎｍ程度の低い水準であり、線幅４５ｎｍ以上の処理工程のみに使用可能である。
【００１１】
一方、このような空気浮上方式ステージ装置が有する問題点を解決するために全世界の研究者により磁気浮上方式のステージ装置が開発中にある。
【００１２】
現在まで、磁気浮上方式のステージ装置は直線形定盤を適用せずにリニアモータを特殊設計／製作し、浮上はもちろん推進を同時に行うことができるように改善した。
【００１３】
このような磁気浮上方式のステージ装置では浮上ギャップの制御応答性が空気浮上方式に比べて速く、真空チェンバーへの適用が可能であるという長所がある。
【００１４】
また、位置精密度がナノメーター水準以下まで可能であるため、今後線幅４５ｎｍ以下の処理工程でも適用が可能となることが期待されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、現在まで知られている磁気浮上方式のステージ装置はＸ軸方向の一軸とＺ軸方向の浮上ギャップの制御のみが可能な水準であり、ステージの移送方向の制御が非常に制限されている。
【００１６】
そして、ステージが移動することができる面積が制限されており（ハウジングなどにより移送距離が制限される）、広域移送および精密位置の制御が容易ではないという問題点を持っている。
【００１７】
従って、本発明は前記のような問題点を解決するために発明したものであり、下部移送台の支えプレート上面に複数個のコイル・モジュールで構成されたコイル・モジュールアレイを設置するが、隣接するコイル・モジュール間のコイル巻線方向が直角となるように前記コイル・モジュールを互いに直交させ将棋盤のます目状の形態に配置し、制御装置および駆動回路部により前記各コイル・モジュールのオン／オフおよび印加される電流が制御されながら前記ステージがコイル・モジュールと永久磁石間に発生された電磁気力によりＺ軸方向の浮上はもちろん、Ｘ軸、Ｙ軸方向の２次元水平移動が全て可能となるように構成することで、多軸方向のステージ移送および超精密位置の制御が可能であり、コイル・モジュールを拡張配置して移動面積を無限大に拡張させることができ、ステージの広域移送が可能な磁気浮上方式の広域ステージ装置を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以下、本発明の理解を促進するため、添付した図面を参照にして本発明を詳しく説明する。
【００１９】
本発明は、コイルと永久磁石間に発生する電磁気力によりステージが浮上および移送される磁気浮上方式のステージ装置において、
水平面を形成する支えプレート（１１）を具備した下部移送台（１０）と、
前記支えプレート（１１）の上面に設置されて電磁界を発生させるコイル・モジュールアレイ（２０）と、
前記下部移送台（１０）の上側で浮上および移送されるステージ（３０）と、
前記ステージ（３０）の下面に複数個の永久磁石（４１，４２）が配列設置されている永久磁石アレイ（４０）
から構成され、
前記コイル・モジュールアレイ（２０）が支えプレート（１１）上面のコイル・モジュール（２１）複数個で構成されるが、隣接したコイル・モジュール（２１）間のコイルの巻線方向が直角になるように前記コイル・モジュール（２１）が互いに直交して将棋盤のます目状の形態で配置され、制御装置（１）および駆動回路部（２）により前記各コイル・モジュール（２１）のオン／オフおよび印加される電流が制御されながら、前記ステージ（３０）がコイル・モジュール（２１）と永久磁石（４１，４２）間に発生された電磁気力によりＺ軸方向の浮上とＸ軸、Ｙ軸方向の２次元水平移動が可能であることを特徴とする。
【００２０】
ここで、前記各コイル・モジュール（２１）は複数個の空心形単位巻線（２２）がＡ相、Ｂ相、Ｃ相の順で交互に置かれるように結線されることを特徴とする。
【００２１】
また、前記永久磁石アレイ（４０）は複数個のＮ極とＳ極の永久磁石（４１，４２）が等間隔で設置されて構成されるが、一つのＮ極またはＳ極の永久磁石（４１，４２）を中心にその四方に反対極の永久磁石（４１，４２）が配置される形態で前記Ｎ極とＳ極の永久磁石（４１，４２）が反復して設置され、互いに直交形態の配列を成すことを特徴とする。
【００２２】
また、前記Ｎ極とＳ極の永久磁石（４１，４２）が正方形の永久磁石であることを特徴とする。
【００２３】
また、前記Ｎ極とＳ極の永久磁石（４１，４２）が円形の永久磁石であることを特徴とする。
【００２４】
また、前記ステージ（３０）の下面３方向の位置にその下側のコイル・モジュールアレイ（２０）との間隔を検出するためのギャップセンサー（３２）が設置され、前記ステージ（３０）の横方向と縦方向の各側面に反射用平面鏡（３３ａ，３３ｂ）前方にＸ軸およびＹ軸の距離測定のためのレーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）が設置され、前記制御装置（１）が前記ギャップセンサー（３２）とレーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）のシグナル入力を受け、前記駆動回路部（２）を通してステージ（３０）の６自由度運動を制御するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明による磁気浮上方式の広域ステージ装置によると、Ｚ軸方向の浮上はもちろん、Ｚ軸、Ｙ軸方向の２次元水平移動が全て可能となる。
さらに、磁気浮上による６自由度運動、即ち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向運動およびヨー（Ｙａｗ）、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）、ロール（Ｒｏｌｌ）運動が可能である。
また、磁気浮上方式を利用することで、浮上装置と推進装置を別途に具備する必要がなく、ステージ装置のサイズを小さくすることができ、真空チェンバー内での適用が可能で、早い応答性を利用した外乱抑制が容易である。
また、固定子の構成において、コイル・モジュール面を将棋盤のます目状の形態に直交配置したため、各面で発生される電磁気力はＸ軸とＺ軸またはＹ軸とＺ軸と共に浮上力と推進力を同時に発生させる。従って、６自由度運動のために４個単位のコイル・モジュールが所要され、固定子構成が簡単になり、Ｘ軸またはＹ軸移送のための電磁石（コイル・モジュール）のスイッチングパターンも同一となり制御が比較的容易になる。
【００２６】
また、ハウジングなどのように移送距離を制限する構造がなく直交で配置されて構成されたコイル・モジュールにおいて、浮上力と推進力を同時に発生させるため移送面積の制限を受けない。また、全体的な構造が大きくなくともコイル・モジュールを平面状に必要なほど拡張することができ、広域移送および超精密位置制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照に詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施の形態による磁気浮上方式のステージ装置を図示した側面図であり、図２は本発明による磁気浮上方式のステージ装置を図示した平面図である。
【００２９】
図３（ａ）と図３（ｂ）は本発明の実施の形態による磁気浮上方式のステージ装置において、電磁気力を発生させるコイル・モジュールが設置された下部移送台の側面図および平面図であり、図４は図３（ａ）および図３（ｂ）に図示された下部移送台において、コイル・モジュールの配置状態を図示した平面図であり、図５（ａ）は本発明において、各コイル・モジュールを構成する空心形単位巻線を、図５（ｂ）は図５（ａ）に図示された空心形単位巻線が組み合わされて構成されたコイル・モジュールを図示した図面である。
【００３０】
本発明の実施の形態は半導体工程中、露光工程において、ウエハー上にパターンを形成するためにウエハーを２次元（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に数十ｎｍ間隔で位置移動させるのに使用するステージ装置に関し、従来のような空気浮上方式の問題点を解決しつつステージの多軸移送および広域超精密移送が可能となるように磁気浮上方式の新しい形態を採用したステージ装置に関する。
【００３１】
まず、図１および図２に図示した通り、本発明による磁気浮上方式のステージ装置は大きく水平面を形成する支えプレート（１１）を具備した下部移送台（１０）と、前記支えプレート（１１）上面に設置されて電磁界を発生させるコイル・モジュールアレイ（２０）と、前記下部移送台（１０）上側で浮上および移送されるステージ（３０）と、前記ステージ（３０）下面に設置された永久磁石アレイ（４０）とから構成され、ここで前記ステージ（３０）が前記コイル・モジュールアレイ（２０）から発生する電磁界により磁気浮上および推進移送されるように構成される。
【００３２】
前記下部移送台（１０）は図３（ａ）および図３（ｂ）に図示した通り、水平面を形成する支えプレート（１１）およびその下側の支持ブロック（１２）、前記支えプレート（１１）上面に四角配置される複数個の固定プレート（１３）で構成される。
【００３３】
前記支えプレート（１１）の角部分の下面に前記支持ブロック（１２）がボルトで締結されて一体に組み立てられ、前記支えプレート（１１）上面には前記複数個の固定プレート（１３）が中央の四角空間を形成するように四角配置された後、ボルト締結されて一体に組み立てられる。
【００３４】
そして、前記支えプレート（１１）上面に、固定プレート（１３）が形成する四角空間内に複数個のコイル・モジュール（２１）が将棋盤のます目状の形態で直交配置されて固定し、これら複数個のコイル・モジュール（２１）がコイル・モジュールアレイ（２０）を構成し、このコイル・モジュールアレイ（２０）が固定子の役割を果たす。
【００３５】
前記コイル・モジュールアレイ（２０）は図４に図示した通り、複数個のコイル・モジュール（２１）が将棋盤のます目状の形態に設置され組み合わされたもので、特に、隣接する２つのコイル・モジュール（２１）のコイルの巻線方向が互いに直角方向となるように配置する。
【００３６】
本発明のコイル・モジュールアレイ（２０）では、コイル・モジュールが将棋盤のます目状の形態で直交配置されることで、各面で発生される電磁力がＸ軸とＺ軸またはＹ軸とＺ軸と共に浮上力と推進力を同時に発生させ、従って、６自由度運動のために４個のコイル・モジュールが一単位で所要され、固定子構成が非常に簡単になり、Ｘ軸またはＹ軸移送のための電磁石のスイッチングパターンも同一になり制御が比較的容易になる。
【００３７】
前記各コイル・モジュール（２１）の構成を見ると、各コイル・モジュール（２１）は複数個の空心形単位巻線（２２）で構成され、各空心形単位巻線（２２）は図５（ａ）に図示した通りである。
【００３８】
また、図５（ｂ）に図示した通り、複数個の空心形単位巻線（２２）が積層構造に組み合わされ、一つの正方形コイル・モジュール（２１）を構成するようになるが、この時空心形単位巻線（２２）がＡ相、Ｂ相、Ｃ相の順に交互に置かれるように結線させた後に構成される。
【００３９】
このように固定子部分を構成するコイル・モジュールアレイ（２０）の各コイル・モジュール（２１）において、電磁気力を発生させるためには図５（ａ）に図示した各空心形単位巻線（２２）にサイン波電流を印加させなければならず、この時、誘導電動機と同様に入力電気角を６０°ずつ移動させて印加する。
【００４０】
このように、各コイル・モジュール（２１）に電流を印加させて電磁気力を発生させ、この時、印加される電流の位相と強さを制御することによって各コイル・モジュール（２１）で発生する電磁気力の強さを制御することができるようになる。
【００４１】
一方、図６（ａ）と図６（ｂ）は本発明の実施の形態による磁気浮上方式のステージ装置において、ステージを図示した側面図および底面図であり、図７（ａ）と図７（ｂ）は図６（ａ）と図６（ｂ）に図示されたステージにおいて、下面に設置、構成される永久磁石アレイの各実施例を表した図面である。
【００４２】
まず、本発明の実施の形態のステージ装置がウエハー移送に適用される場合、ステージ（３０）はウエハーが載せられる部分となり、特に本発明において、ステージ（３０）は将棋盤のます目状の形態に直交配置された下部移送台（１０）のコイル・モジュール（２１）により発生される電磁気力によりＺ軸の垂直方向に浮上されると同時に、Ｘ軸とＹ軸の２次元水平方向に線形移送が可能である。
【００４３】
また、本発明の実施の形態でステージはコイル・モジュールが制御されることによりＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の位置制御はもちろんヨー（Yaw）、ピッチ（Pitch）、ロール（Roll）方向への姿勢制御が可能で６自由度運動を行う。
【００４４】
前記ステージ（３０）は電磁気力により浮上する構成部であるほど、その重量を減らすために軽い素材で製作することが好ましく、図示した例のように重量低減のために内部に数個に区画された複数個の空間（３１）が形成された構造に製作することも可能である。
【００４５】
そして、前記ステージ（３０）の下面には永久磁石アレイ（４０）が設置されるが、その永久磁石アレイ（４０）は複数個のＮ極とＳ極の永久磁石（４１，４２）を等間隔に設置して構成され、Ｎ極およびＳ極の永久磁石（４１，４２）が図７（ａ）または図７（ｂ）に表されたように互いに直交する形態で配置される。
【００４６】
即ち、前記ステージ（３０）の下面で、一つのＮ極またはＳ極の永久磁石（４１，４２）を中心にその四方に反対極の永久磁石が配置される形態にしてＮ極とＳ極が反復設置される。
【００４７】
例えば、Ｎ極の永久磁石（４１）１個を中心にＳ極の永久磁石（４２）４個が二本の対角線方向に四方へ配置されてこのような配置が反復されるため、Ｓ極の永久磁石（４２）を中心にしてもＮ極の永久磁石（４１）４個が同様に配置される構造となる。
【００４８】
ここで、永久磁石アレイ（４０）は図７（ａ）に表した通り、正方形の永久磁石（４１，４２）で構成することができ、更に好ましくは、図７（ｂ）に表した通り、円形の永久磁石（４１，４２）で構成することもできる。
【００４９】
前記永久磁石アレイ（４０）を構成する永久磁石（４１，４２）はその他に様々な形状に製作して設置することができ、例えば、六角形または八角形などのような正多角形の形状が可能である。
【００５０】
図７（ａ）において、正方形の永久磁石（４１，４２）を等間隔に配置した構成では永久磁石間に空間が相対的に多く形成されるが、図７（ｂ）のように円形の永久磁石（４１，４２）を設置した構成では永久磁石間に空間が相対的に小さく形成されるため更に好ましい構成である。
【００５１】
また、前記ステージ（３０）の下面にはステージの浮上ギャップの制御が可能となるようにステージ（３０）と下部移送台（１０）間の間隔、即ち、浮上ギャップを測定するためのギャップセンサー（３２）が設置される。
【００５２】
図示した実施の形態によると、ステージ（３０）の下面に３方向の位置に各１個ずつ、総３個のギャップセンサー（３２）が設置されており、ここでステージ（３０）の下面に設置される前記ギャップセンサー（３２）の個数と位置は適切に変更が可能である。
【００５３】
前記ギャップセンサー（３２）はその下側に位置される下部移送台（１０）、より明確にはコイル・モジュールアレイ（２０）との間隔を検出し、それによる電気的シグナルを出力し、それらが出力する電気的シグナルがステージ装置の全般的な作動を制御する制御装置（１）に入力することができるように図８の図解のように連結する。
【００５４】
また、前記ステージ（３０）の横方向と縦方向の２つの側面には各々反射用平面鏡(３３ａ，３３ｂ)を付着し、ステージ装置の周辺にステージ（３０）の各反射用平面鏡（３３ａ，３３ｂ）前方におよそ同一の高さとなるようにレーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）を設置する。
【００５５】
前記レーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）は計３個が設置され、このうち２個はＸ軸方向に、残りの１個はＹ軸方向に設置するが、Ｘ軸方向のレーザー干渉計（３４ａ）は装置のＸ軸方向の中心位置に２個が互いに隣接するように設置し、Ｙ軸方向のレーザー干渉計（３４ｂ）は装置のＹ軸方向の中心位置に１個を設置する。
【００５６】
前記レーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）はレーザービームをステージ（３０）の反射用平面鏡（３３ａ，３３ｂ）を使用してＸ軸方向およびＹ軸方向に照射し、ステージ（３０）とのＸ軸とＹ軸の距離を検出するが、それらが出力する電気的シグナルがステージ装置の全般的作動を制御する制御装置（１）に入力することができるように図８の図解のように連結する。
【００５７】
前記レーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）による距離測定はレーザー干渉計から照射されるレーザービームの波長と反射用平面鏡（３３ａ，３３ｂ）から反射されるレーザービームの波長を比較して距離を測定する。
【００５８】
前記のように本発明の実施の形態では、ギャップセンサー（３２）とレーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）のシグナルを制御装置（１）に入力し、これを基にステージ（３０）の現在位置および姿勢を判断し、また、ギャップセンサー（３２）とレーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）のシグナルを土台にコイル・モジュールアレイ（２０）の作動を適切に制御してステージ（３０）の位置および姿勢を制御する。
【００５９】
このようにしてステージ装置のステージ（３０）を浮上させて促進させる駆動部、即ち固定子部分であるコイル・モジュールアレイ（２０）と移動子部分である永久磁石アレイ（４０）で構成される磁気浮上方式の駆動部に対して詳しく説明した。
【００６０】
一方、ステージ（３０）を磁気浮上方式で浮上および線形移送させることができる前記駆動部は、制御装置（１）により作動が制御され、前記制御装置（１）はリニアドライブ・モジュール（linear drive module）などで構成される駆動回路部（２）を適切に作動および制御し、ステージ（３０）の浮上および推進のためのコイル・モジュールアレイ（２０）の全般的な作動を制御する（図８参照）。
【００６１】
基本的に前記制御装置（１）は装置の全般的な状態のモニタリングおよび制御を行い、ギャップセンサー（３２）とレーザー干渉計（３４ａ，３４ｂ）により計測されたデータを利用してステージ（３０）の現在の中心位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｙａｗ，Ｐｉｔｃｈ，Ｒｏｌｌ）の計算および次の位置への制御命令を出力する。
【００６２】
そして、ステージ（３０）の中心位置で各コイル・モジュール（２１）の現在の中心位置の計算および電流命令を出力し、駆動回路部（２）内のリニアドライブ・モジュールは電流命令による３相電流を各コイル・モジュール（２１）に出力する。
【００６３】
このように制御装置（１）はステージ（３０）の永久磁石アレイ（４０）の領域の真下に位置するコイル・モジュール（２１）に電流を印加し、オン作動させることで電磁界を発生させ、この時発生するコイル・モジュール（２１）と永久磁石（４１，４２）間の電磁気力、即ち反発力によりステージ（３０）が浮上するようになる。
【００６４】
また、前記制御装置（１）はステージ（３０）が浮上した状態でステージのギャップセンサー（３２）が出力するシグナルを土台にＺ軸方向の位置制御、即ち、浮上ギャップの制御を行い、この時制御装置（１）はギャップセンサー（３２）により検出された値の平均値でコイル・モジュール（２１）に印加される電流の位相と強さを制御しながらステージ（３０）の浮上ギャップのフィードバック制御を行う。
【００６５】
また、前記制御装置（１）はステージが浮上した状態でギャップセンサー（３２）により計測されたデータを利用してステージのピッチ（Pitch）、ロール（Roll）運動を制御する。
【００６６】
また、前記制御装置（１）はステージ（３０）が浮上した状態で選択されたコイル・モジュール（２１）に電流を印加すると同時に印加される電流の位相と強さを制御し、コイル・モジュール（２１）と永久磁石（４１，４２）間の電磁気力によりＸ軸またはＹ軸にステージ（３０）が移送されるようにする。
【００６７】
そして、ステージ（３０）のヨー（Yaw）運動時にＸ軸方向の２つのレーザー干渉計（３３ａ）により計測されたデータ、即ちステージの２地点とのＸ軸の距離には差が発生するが、制御装置（１）は２つのレーザー干渉計（３３ａ）により計測されたデータを利用してステージ（３０）のヨー運動を制御する。
【００６８】
このようにして、制御装置（１）の制御下で、固定子部分、即ちコイル・モジュールアレイ（２０）の選択されたコイル・モジュール（２１）に電流が印加されながらその上側の移動子部分、即ちステージ（３０）に設置された永久磁石アレイ（４０）との間に発生する電磁気力により前記ステージ（３０）がＺ軸方向に浮上し、このようにステージ（３０）が浮上された状態で選択された各コイル・モジュール（２１）に印加される電流の位相と強さによりコイル・モジュール（２１）が永久磁石アレイ（４０）を押し出しながら前記ステージ（３０）は浮上と推進をするようになる。
【００６９】
このような本発明の実施の形態のステージ装置では、前記制御装置（１）が駆動回路部（２）を通してコイル・モジュール（２１）に対する選択的なオン／オフ作動、そしてコイル・モジュール（２１）に印加される電流の位相および強さを制御することで、前記ステージ（３０）はコイル・モジュール（２１）から発生された電磁気力によって６軸、即ちＸ軸およびＹ軸の２次元方向の平面移送はもちろん、Ｚ軸を含むヨー（Yaw）、ピッチ（Picth）、ロール（Roll）方向への姿勢制御が可能である。
【００７０】
また、本発明の実施の形態のステージ装置では移動子部分、即ち永久磁石アレイ（４０）およびステージ（３０）が下部移送台（１０）上側の固定子部分、即ちコイル・モジュールアレイ（２０）の選択された特定領域を越えて隣接した他の領域に移送が可能であり、また、コイル・モジュールが直交に配置されて構成されたコイル・モジュールで浮上力と推進力を同時に発生させるため、コイル・モジュール（２１）を平面状に必要なほど拡張することができ、移送面積拡張に制限がなく、２次元広域移送および超精密位置の制御が可能となる。
【００７１】
好ましい実施の形態として、添付した図９に表し通り、前記ステージ（３０）下面の４頂点に浮上力を補完するための空気ベアリング（３５）を追加で設置することが可能である。
【００７２】
前記のように空気ベアリング（３５）を設置すると、空気ベアリング（３５）による浮上力が磁気浮上力を補助しながら応答性を向上させ、ステージ（３０）の浮上ギャップを更に少し精密に制御することができるようになる。
【００７３】
また、コイル・モジュールアレイから発生されなければならない磁気浮上力が大きくなくても良いため、小さな電流のみで充分で、この時コイル・モジュールアレイで発生される熱も大きくなくなるという長所がある。
【００７４】
以上、説明した通り、本発明の実施の形態による磁気浮上方式の広域ステージ装置によると、下部移送台の支えプレート上面に複数個のコイル・モジュールで構成されたコイル・モジュールアレイを設置するが、隣接するコイル・モジュール間のコイル巻線方向が直角となるように前記コイル・モジュールを互いに直交して将棋盤のます目状形態に配置し、制御装置および駆動回路部により前記各コイル・モジュールのオン／オフおよび印加される電流が制御されながら前記ステージがコイル・モジュールと永久磁石間に発生した電磁気力によりＺ軸方向の浮上はもちろん、Ｚ軸、Ｙ軸方向の２次元水平移動が全て可能となるように構成され、従って下記のような長所が提供される。
【００７５】
１）磁気浮上による６自由度運動、即ち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向運動およびヨー（Ｙａｗ）、ピッチ（Ｐｉｔｃｈ）、ロール（Ｒｏｌｌ）運動が可能である。
【００７６】
２）磁気浮上方式を利用することで、浮上装置と推進装置を別途に具備する必要がなく、ステージ装置のサイズを小さくすることができ、真空チェンバー内での適用が可能で、早い応答性を利用した外乱抑制が容易である。
【００７７】
３）固定子の構成において、コイル・モジュール面を将棋盤のます目状の形態に直交配置したため、各面で発生される電磁気力はＸ軸とＺ軸またはＹ軸とＺ軸と共に浮上力と推進力を同時に発生させる。従って、６自由度運動のために４個単位のコイル・モジュールが所要され、固定子構成が簡単になり、Ｘ軸またはＹ軸移送のための電磁石（コイル・モジュール）のスイッチングパターンも同一となり制御が比較的容易になる。
【００７８】
４）ハウジングなどのように移送距離を制限する構造がなく直交で配置されて構成されたコイル・モジュールにおいて、浮上力と推進力を同時に発生させるため移送面積の制限を受けない。また、全体的な構造が大きくなくともコイル・モジュールを平面状に必要なほど拡張することができ、広域移送および超精密位置制御が可能となる。これに３００ｍｍウエハー用半導体装備はもちろん、次世代ディスプレイ製造装備などに適用することができる。
【００７９】
５）位置制御精密度を数ｎｍ以下に制御することができるため、次世代半導体およびディスプレイ製造装備に有用に適用することができる。
【００８０】
このような本発明のステージ装置は半導体露光装備用精密ステージ、ディスプレイパネル露光装備用広域精密ステージ、ナノ加工機用広域精密ステージ、半導体およびディスプレイパネルＥ−ビームライター用広域精密ステージなどに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の形態による磁気浮上方式のステージ装置を図示した側面図。
【図２】本発明の実施の形態による磁気浮上方式のステージ装置を図示した平面図。
【図３】図３（ａ）と図３（ｂ）は本発明の実施の形態による磁気浮上方式のステージ装置で電磁気力を発生させるコイル・モジュールが設置された下部移送台の側面図および平面図。
【図４】図３（ａ）および図３（ｂ）に図示した下部移送台でコイル・モジュールの配置状態を図示した平面図。
【図５】図５（ａ）は本発明の実施の形態で各コイル・モジュールを構成する空心形単位巻線を図示した図面であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に図示した空心形単位巻線が組み合わされて構成されたコイル・モジュールを図示した図面。
【図６】図６（ａ）と図６（ｂ）は本発明の実施の形態による磁気浮上方式のステージ装置でステージを図示した側面図および底面図。
【図７】図７（ａ）と図７（ｂ）は図６（ａ）と図６（ｂ）に図示されたステージで下面に設置される永久磁石アレイの各実施例を表した図面。
【図８】本発明の実施の形態のステージ装置で構成部の制御関係を表したブロック図。
【図９】空気ベアリングを追加で設置した本発明の実施の形態を表した図面。
【符号の説明】
【００８２】
１    制御装置                        ２    駆動回路部
１０    下部移送台                    １１    支えプレート
１２    支持ブロック                  １３    固定プレート
２０    コイル・モジュールアレイ      ２１    コイル・モジュール
２２    空心形単位巻線                ３０    ステージ
３１    空間                          ３２    ギャップセンサー
４０    永久磁石アレイ                ４１    Ｎ極永久磁石
４２    Ｓ極永久磁石
【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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