(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動自在なステージと、
前記ステージに対して電磁石により該電磁石の発生する磁束の方向に力を与える機構と、
前記電磁石を前記ステージの移動方向へ移動する電磁石移動機構と、
時間と前記電磁石移動機構がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記加速プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石移動機構を制御する電磁石移動機構制御器と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器を含み、前記磁束信号検出手段の出力と前記磁束プロファイル生成手段の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器とを備え、
前記磁束プロファイルの磁束の２乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とするステージシステム。
【請求項２】
電磁石磁束制御器は、前記電磁石の磁束変化をサーチコイルで検出し、該サーチコイルの電圧を積分して磁束信号を検出することを特徴とする請求項１に記載のステージシステム。
【請求項３】
電磁石磁束制御器は、ホール素子により前記電磁石の磁束信号を検出することを特徴とする請求項１に記載のステージシステム。
【請求項４】
電磁石磁束制御器は、磁気抵抗素子により前記電磁石の磁束信号を検出することを特徴とする請求項１に記載のステージシステム。
【請求項５】
前記電磁石磁束制御器は、前記磁束信号検出手段の出力と前記磁束プロファイル生成手段の出力の差分を演算器により演算し、演算結果を増幅器により増幅して前記電磁石を駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のステージシステム。
【請求項６】
工作物が載置され、リニアモータ可動子と磁性体部とを具備する天板と、
前記リニアモータ可動子と協働して力を発生するリニアモータ固定子と、前記磁性体板と協働して力を発生する電磁石とを具備するステージと、
前記ステージを駆動するための駆動手段と、
時間と前記天板がその時間に存在するべき位置との関係である位置プロファイルを生成する位置プロファイル生成器と、
時間と前記駆動手段がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記天板の位置を計測する天板位置計測手段と、
前記ステージの位置を計測するステージ位置計測手段と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器と、
前記天板位置計測手段の出力と前記位置プロファイル生成器の出力にもとづいて前記天板の位置を制御する天板位置制御器と、
前記位置プロファイル生成の出力と、器前記位置計測手段の出力と、前記加速度プロファイル生成器の出力とにもとづいて前記ステージの位置を制御するステージ位置制御器と、
前記磁束信号検出器の出力と前記磁束プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器と、を備え、
前記磁束プロファイルの磁束の２乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とするステージシステム。
【請求項７】
前記位置プロファイル生成器と、前記加速度プロファイル生成器と、
前記磁束プロファイル生成器は、同一の移動目標にもとづいて各プロファイルを生成することを特徴とする請求項６に記載のステージシステム。
【請求項８】
前記ステージ位置制御器において、前記加速度プロファイル生成器の出力をフィードフォワード信号として入力されることを特徴とする請求項６または７に記載のステージシステム。
【請求項９】
原版のパターンを基板に露光する露光装置において、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のステージシステムを備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等に用いることが可能な高速かつ高精度なステージ装置を含むステージシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来例に係るステージ装置の要部概略図である。同図において、従来例に係るステージ装置は、ベース（不図示）にガイド９０３が固定され、ガイド９０３に対して１軸方向に滑動自在に工作物９０２を載置するステージ９０４が支持されている。ステージ９０４の両サイドにはリニアモータ可動子９０５が固定され、各リニアモータ可動子９０５にはリニアモータ固定子９０６が非接触で対面し、各リニアモータ固定子９０６はベース（不図示）に固定されている。リニアモータ可動子９０５は、４極の磁石９０５ａと磁石９０５ａの磁束を循環させるためのヨーク９０５ｂを一体にしたものを上下に配置して構成される。リニアモータ固定子９０６は、複数（図９の場合は６個）のコイル９０６ａを１列に並べたものを固定子枠９０６ｂで固定したもので構成される。
【０００３】
リニアモータ９０１は、一般的なブラシレスＤＣモータの展開タイプで磁石９０５ａとコイル９０５ｂの相対位置関係に応じて駆動コイル、およびその電流の方向を切り替えて所望の方向に所望の力を発生させるものである。
【０００４】
図９より、動作について説明すると、上記構成において、まずステージ９０４を静止させた状態でステージ９０４の位置に応じて所定のリニアモータコイル９０６ａに所定方向の電流を所定時間流してステージ９０４を加速し、所望の速度に達したら加速をやめて露光や検査等の仕事を行い、一定速度期間を過ぎると所定のリニアモータコイル９０６ａに所定方向の電流を所定時間流してステージ９０４を減速し、ステージ９０４を停止させる。
【０００５】
ステージ９０４の位置は、不図示のレーザ干渉計等による高精度位置センサで計測され、所望位置との誤差をゼロにするように加減速とは別にリニアモータコイル９０６ａに電流を流すようにしており、加減速中・一定速度期間中とにかかわらず、常に高精度な位置制御を行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例においては、リニアモータで駆動する場合、常時高精度な位置制御がかかるという点ではよいのだが、ローレンツ力のみで駆動するため加減速時の発熱が大きい。また、発熱源が工作物の近くにあり、またリニアモータ固定子全体を冷却するのは困難であるため、リニアモータの発熱が大きいと、工作物周辺の部材が熱膨張で変形したり、計測基準が熱膨張で変形したり、またレーザ干渉計の光路の空気密度の擾乱となったりして工作物の位置精度を低下させるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、リニアモータの発熱による各種問題を防ぎ、高速かつ高精度なステージ装置を含むステージシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のステージシステムは、移動自在なステージと、
前記ステージに対して電磁石により該電磁石の発生する磁束の方向に力を与える機構と、
前記電磁石を前記ステージの移動方向へ移動する電磁石移動機構と、
時間と前記電磁石移動機構がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記加速プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石移動機構を制御する電磁石移動機構制御器と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器を含み、前記磁束信号検出手段の出力と前記磁束プロファイル生成手段の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器とを備え、
前記磁束プロファイルの磁束の２乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、工作物が載置され、リニアモータ可動子と磁性体部とを具備する天板と、
前記リニアモータ可動子と協働して力を発生するリニアモータ固定子と、前記磁性体板と協働して力を発生する電磁石とを具備するステージと、
前記ステージを駆動するための駆動手段と、
時間と前記天板がその時間に存在するべき位置との関係である位置プロファイルを生成する位置プロファイル生成器と、
時間と前記駆動手段がその時間に発生すべき加速度との関係である加速度プロファイルを生成する加速度プロファイル生成器と、
時間と前記電磁石がその時間に発生すべき磁束との関係である磁束プロファイルを生成する磁束プロファイル生成器と、
前記天板の位置を計測する天板位置計測手段と、
前記ステージの位置を計測するステージ位置計測手段と、
前記電磁石が発生する磁束の信号を検出する磁束信号検出器と、
前記天板位置計測手段の出力と前記位置プロファイル生成器の出力にもとづいて前記天板の位置を制御する天板位置制御器と、
前記位置プロファイル生成の出力と、器前記位置計測手段の出力と、前記加速度プロファイル生成器の出力とにもとづいて前記ステージの位置を制御するステージ位置制御器と、
前記磁束信号検出器の出力と前記磁束プロファイル生成器の出力にもとづいて前記電磁石の磁束を制御する電磁石磁束制御器と、を備え、
前記磁束プロファイルの磁束の２乗が、前記加速度プロファイルの加速度に比例するように前記磁束プロファイルは生成されることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るステージシステムの要部概略図である。
同図においては、不図示のベースにガイド１５１が固定され、ガイド１５１に対して１軸方向に滑動自在に工作物を載置するステージ１５２が支持されている。ステージ１５２の片サイドにはリニアモータ可動子１５３が固定され、リニアモータ可動子１５３にはリニアモータ固定子１５４が非接触で対面し、リニアモータ固定子１５４は不図示のベースに固定されている。
【００２４】
リニアモータ１７０の方式は、図９のものと同様である。このリニアモータ１７０は、制御系においてソフト的またはハード的な電流のリミッタが設けられており、発熱が問題になるような電流を流さないようになっている。また、後述するように、制御系が正常に動作していれば、このリミッタにたよらずとも発熱が問題になるような電流は流れないように制御される。
【００２５】
さらに、ステージ１５２のもう片側には、磁性体板１５７が設けられる。この磁性体板１５７を両側から電磁石１５８により挟むように、１対の電磁石ユニット（ローレンツ力発生機構）が設けられる。この１対の電磁石ユニットは、ナット１６０上に固定されている。ナット１６０は、モータ１６１と送りねじ１５９によってステージ１５２と略同一方向に移動できる。この結果、モータ１６１と送りねじ１５９によって、１対の電磁石ユニットがステージ１５２と略同一方向に移動できるようになっている。この電磁石ユニットを移動するための送りねじ１５９系もまた、不図示のベースに固定されている。また、１対の電磁石ユニットを構成する各々の電磁石１５８と磁性体板１５７の間は、わずかな空隙を介して互いに非接触が保たれている。各々の電磁石１５８は、円弧状のヨーク１５８ａと、それに巻きまわした駆動コイル１５８ｂと、ヨーク１５８ａに巻きまわしたサーチコイル１５８ｃとを有する。コイル１５８ｂに電流を流すとヨーク１５８ａと磁性体板１５７の間に吸引力が働くようになっている。また、ヨーク１５８ａに通る磁束の変化率がサーチコイル１５８ｃにより測定できるようになっている。各々の電磁石１５８の各コイル１５８ｂ，１５８ｃは、別々に電圧または電流を制御できるようになっている。この結果、両コイル１５８ｂ，１５８ｃに流す電圧電流を調整することにより、各々の電磁石１５８と磁性体板１５７の間に働く吸引力が調整でき、これにより１対の電磁石１５８から磁性体板１５７に作用する合力と、その合力の方向が調整できるようになっている。
【００２６】
図１における制御系のブロック図において、移動目標指示手段となる移動目標１０１と該移動目標１０１を基に時間とその時間に存在するべきステージ１５２の位置の関係を生成する位置プロファイル生成器１０２と、時間とその時間に発生すべき加速度の関係を生成する加速プロファイル生成器１０３と、時間とその時間に発生すべき電磁石１５８の磁束の関係を生成する磁束プロファイル生成器１０４とが設けられている。ここで、図２に図１における各指示プロファイル１０２，１０３，１０４の関係を示す。
【００２７】
制御系としては、微動リニアモータ１７０でステージ１５２の位置をフィードバック制御するステージ位置制御系と、モータ１６１および送りねじ１５９で一対の電磁石ユニットの位置をフィードバック制御する電磁石位置制御系と、電磁石の吸引力を制御する電磁石吸引力制御系とが設けられている。
【００２８】
位置プロファイル生成器１０２の出力は、ステージ位置制御系およびナット位置制御系に入力される。また、加速プロファイル生成手段１０３の出力は電磁石位置制御系のモータ電流アンプ１３１にフィードフォワード信号として入力される。さらに、磁束プロファイル生成器１０４の出力は、電磁石制御系に入力される。
【００２９】
微動ＬＭ位置サーボ系は、位置プロファイル生成器１０２による現在ステージ１５２が存在するべき位置と、干渉系１５６で測定したステージ１５２の現在存在する位置との偏差に、ＰＩＤ等に代表される制御演算を制御演算器１２１により施し、その結果をアナログ電圧で出力する演算部と、該アナログ出力電圧に比例する電流をリニアモータ１７０に供給する微動電流アンプ１２２と、該電流によりステージ１５２に推力を付与するリニアモータ１７０と、リニアモータ１７０の位置を計測する干渉計１５６とから構成される。この部分は、位置プロファイル生成器１０２の出力を指令値とする通常の位置サーボ系であるが、大推力が必要なときは、後述の電磁石制御系から力を得るようになっている。リニアモータ１７０は、目標位置とのわずかな位置偏差をとるための小さい推力を発生するだけなので、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。また、ソフト的またはハード的にリニアモータ１７０の電流を制限しており、吸引ＦＦ系との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。
【００３０】
電磁石位置制御系は、１対の電磁石ユニットの位置を位置プロファイル１０２にならうように移動させるものである。電磁石１５８は、極めて小さい発熱で大きな吸引力を発生できる利点があるが、相手の磁性体板１５７との空隙を保たなければならない。電磁石１５８から磁性体板１５７、ひいてはステージ１５２に所望の力を与え続けるにはステージ１５２の移動にならって電磁石１５８を移動させ、上記空隙がぶつからないようにする必要がある。そこで、位置プロファイル１０２により電磁石１５８の位置をモータ１６１のエンコーダ（ＥＮＣ）１３２でフィードバックする位置制御系に入力し、モータ１６１と送りねじ１５９により（電磁石移動機構により）電磁石１５８をステージ１５２とほぼ同じ位置プロファイル１０２に従うよう移動させ、電磁石１５８とステージ１５２の相対位置がほぼ一定になるようにしている。このモータ１６１は、加速時、電磁石ユニットの合力に相当するトルクに加え、電磁石１５８および送りねじ１５９系のイナーシャを加速するためのトルクを発生する。そのためには、加速時に位置制御系にそれ相応の位置偏差がたまらなければならない。そこで、加速プロファイル生成器１０３の出力を制御演算器１３３の出力に加算してモータ電流アンプ１３１に入れ、加速度をフィードフォワード的にモータ１６１へ指令し、加速中に位置偏差がためずに電磁石１５８を移動するようにしている（ステージ１５２の加速度に比例した力を前記電磁石に発生させる制御器を構成）。いずれにしても、モータ１６１には、相応の発熱があるが、熱源が局所的に集中して存在するので冷却が比較的容易であり、ステージ１５２やその上に載置される工作物とは距離を離して配置できるので発熱の影響が伝わりにくい。加速が終了して一定速度で走行中は、送りねじ１５９系は電磁石１５８と磁性体板１５７が接触しないようにナット１６０の位置をステージ１５２とほぼ同じ速度で走行させる。
【００３１】
電磁石吸引力制御系は、１対の電磁石ユニットと磁性体板１５７との間に所望の合成推力を発生させるための制御系である。この電磁石吸引力制御系は、磁束プロファイル１０４を２つの電磁石制御系の一方に分配する分配器１４１と、サーチコイル１５８ｃの電圧を積分して磁束信号を生成する積分器１４２と、磁束プロファイル１０４と上記磁束信号との差を演算する差分器１４４と、差分器１４４の出力を増幅して電磁石１５８を駆動する電磁石アンプ１４３とから構成される。
【００３２】
積分器１４２、電磁石アンプ１４３、差分器１４４は、一対の電磁石１５８の各々に設けられている。積分器１４２、電磁石アンプ１４３、差分器１４４、駆動コイル１５８ｂ、サーチコイル１５８ｃからなる系は、電磁石１５８と磁性体板１５７の間に発生する磁束を磁束プロファイル１０４（磁束信号指令器）に従うように制御するものである。ここで、積分器１４２、電磁石アンプ１４３、差分器１４４、駆動コイル１５８ｂ、サーチコイル１５８ｃからなる系を以後、磁束制御系（電磁石磁束制御器）と呼ぶ。サーチコイル１５８ｃは、駆動コイル１５８ｂと磁路を共有するように巻きまわされたコイルである。電磁石ヨーク１５８ａと磁性体板１５７の間に発生する磁束が変化すると、この変化率に比例した電圧がサーチコイル１５８ｃに発生する。従って、その信号を積分すれば、電磁石ヨーク１５８ａと磁性体板１５７の間に発生する磁束が検出（磁束信号検出器による検出）できる。磁束制御系は、この積分値つまり磁束相当の信号と磁束プロファイル１０４との差を演算器により演算し、増幅器により増幅して電磁石１５８を駆動するようになっているので、電磁石１５８と磁性体板１５７の間に発生する磁束は、磁束プロファイル１０４に従うように制御される。電磁石１５８と磁性体板１５７の間に発生する吸引力は、磁束の２乗に比例するので、磁束が制御されるということは吸引力が制御されるということになる。よって、電磁石１５８は、ステージ１５２を加速するための所望の吸引力を発生できる。
【００３３】
尚、磁束制御器というのは、電磁石の発生力（ここでは吸引力）を制御するためのものである。要は電磁石の吸引力さえ制御できれば良いので、必ずしも磁束制御にこだわることもない。つまり、電磁石または被吸引部材の一部にピエゾ素子やひずみゲージを貼り付けておくと、電磁石が吸引力を発生したとき電磁石や被吸引部材が歪むので、ピエゾ素子やひずみゲージでその歪みが検出できる。このひずみは吸引力と相関のある量なので、吸引力目標をひずみ目標に換算して指令し、この指令値と前記ひずみゲージやピエゾ素子で検出されたひずみ信号との差を増幅して電磁石を制御することにより結果的に吸引力が制御されるので、ピエゾ素子やひずみゲージを用いた吸引力制御も可能である。また、本実施例では、リニアモータ１７０は、必ずしもなくても良い。
【００３４】
このように、電磁石１５８の磁束が磁束プロファイル１０４に従うように制御すると以下の利点がある。一つは空隙が変化しても所望の加速ができることである。電磁石１５８の位置とステージ１５２の位置が理想的に同期して空隙が変化しなければ、電磁石１５８の電流をオープンで与えても所望の吸引力が発生し、所望の加速が達成される。しかし、電磁石１５８の位置とステージ１５２の位置の間の空隙は、電磁石１５８の位置制御系の誤差や電磁石１５８まわりの機械的変形により変動する。電磁石１５８の吸引力は空隙依存性が大きく、電磁石１５８の電流をオープンで制御したのでは吸引力が大きく変化してしまう。この結果、電磁石１５８とステージ１５２は同期しなくなる。つまり、磁束を制御する系にすることで、電磁石１５８の位置制御系に高精度が要求されなくなり、また電磁石１５８まわりの剛性も比較的弱く設計することができるようになる。
【００３５】
もう一つは、磁石材質の非線形性の影響を除去できることである。電磁石１５８は理想的には磁束が電流に比例し、吸引力が電流の２乗に比例するものと考えられているが、実際には磁束は電流に比例せず、非線形な関係となる。従って、電流だけで磁束を制御しようとすると、電流と磁束の関係をテーブルにして補正することが必要となる。また、このテーブルは、空隙によっても変わるので、膨大なテーブルを有して電流と空隙によって補正しなければならない。磁束を検出して負帰還するようにすれば、簡単な構成で材質の非線形性を除去することができる。
【００３６】
また、電磁石１５８は、基本的には吸引力しか発生できないので、発生したい力の方向によって１対の電磁石１５８のうち、どちらかを選択的に駆動することにより、発生する力の方向を制御する。これを達成するのが分配器１４１である。分配器１４１は、磁束プロファイル１０４をどちらの磁束制御系に入力するかを選択する。具体的には、加速プロファイル１０３の正負と磁束プロファイル１０４の正負を合わせておき、磁束プロファイル１０４の正負によって、その方向の力を出す側の磁束制御系に磁束プロファイル１０４を入力するようにする。加速プロファイル１０３および磁束プロファイル１０４が正のとき、図１の右方向にステージに対して力を与えるとすると、磁束プロファイル１０４の前半、つまり磁束プロファイル１０４が正のときは図１の向かって右側の電磁石１５８を含む磁束制御系に磁束プロファイル１０４を入力し、磁束プロファイル１０４の後半、つまり磁束プロファイル１０４が負のときは図１の向かって左側の電磁石１５８を含む磁束制御系に磁束プロファイル１０４を入力するようにする。
【００３７】
また、位置プロファイル１０２、加速プロファイル１０３、磁束プロファイル１０４には次のような関係がある。位置プロファイル１０２の２階微分が加速プロファイル１０３である。ステージ１５２を加速するために、必要な吸引力と時間の関係は、吸引力プロファイル＝加速プロファイル×ステージ質量となる。また、吸引力プロファイル＝定数×磁束プロファイルの２乗となる。
よって、加速プロファイル×ステージ質量＝定数×磁束プロファイルの２乗となるようにすれば良い。この定数は、実験的に求めても良いし、サーチコイル１５８ｃの巻数、ヨーク１５８ａの断面積、積分時定数等を用いて理論的に求めても良い。このようにすることにより、ステージ１５２には、電磁石１５８から電磁石１５８と概ね同期して運動するための吸引力が作用するようになる。
【００３８】
以上のように、送りねじ１５９系と電磁石１５８により、ステージ１５２を加速し、加速が終了したら電磁石１５８系は電流をゼロにして床振動を絶縁すると同時に送りネジ１５９系で電磁石１５８と磁性体板１５７が接触しないよう電磁石１５８の位置を制御する。そして、これらの動作と平行して微動リニアモータ１７０により、常時高精度な位置制御を行うようにすることにより、大推力と低発熱と高精度位置制御を同時に達成するようにした。
【００３９】
［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の全体図であり、本発明の基本構成を半導体露光装置のウエハステージに適用した例である。ここで、図３（ａ）は分解図であり、図３（ｂ）は斜視図をそれぞれ示す。
【００４０】
図４は、図３のウエハ天板の要部概略図であり、図４（ａ）はウエハ天板の第１の分解図であり、図４（ｂ）はウエハ天板の第２の分解図であり、図４（ｃ）はウエハ天板の斜視図である。ウエハ天板３０１は、工作物であるウエハをウエハチャック３０２により載置し、Ｘ，Ｙ，Ｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚの６自由度方向に位置決めするものである。ウエハ天板３０１は、矩形の板状の形をしており中央に窪みが設けられ、窪み部分にウエハを載置するためのウエハチャック３０２が設けられている。ウエハ天板３０１の側面には、干渉計（不図示）のレーザを反射するためのミラー４０１が設けられ、ウエハ天板３０１の位置を計測できるようになっている。
【００４１】
ウエハ天板３０１の下面には、８個のリニアモータ可動子が取り付けられている。各可動子（Ｘ可動子４０２、Ｙ可動子４０３、Ｚ可動子４０４）は、厚み方向に着磁された２極の磁石およびヨークを２組有し、その２組の磁石およびヨークを側板で連結して箱状の構造を形成し、後述のリニアモータ固定子を非接触で挟み込むように対面する。
【００４２】
図３および図４より、上記した８個の可動子のうち、矩形状天板の辺のほぼ中央部に配置される４個の可動子は、Ｚ可動子４０４を形成する。Ｚ可動子４０４においては、前記２極の磁石がＺ方向に沿って配列されており、後述のＺ方向に直角な直線部を有するＺ固定子長円コイルに流れる電流と相互作用してＺ方向の推力を発生する。これをＺ１〜Ｚ４可動子と名付ける。
【００４３】
残りの４個の可動子のうち、矩形状天板のほぼ隅部に配置される２個の可動子は、Ｘ可動子４０２を形成する。Ｘ可動子４０２においては、前記２極の磁石がＸ方向に沿って配列されており、後述のＸ方向に直角な直線部を有するＸ固定子長円コイルに流れる電流と相互作用してＸ方向の推力を発生する。これをＸ１，Ｘ２可動子と名付ける。
【００４４】
残りの２個の可動子もまた矩形状天板のほぼ隅部に配置され、これはＹ可動子を形成する。Ｙ可動子４０３においては、前記２極の磁石がＹ方向に沿って配列されており、後述のＹ方向に直角な直線部をもつＹ固定子長円コイルに流れる電流と相互作用してＹ方向の推力を発生する。これをＹ１，Ｙ２可動子と名付ける。
【００４５】
また、ウエハ天板３０２の下面の矩形のほぼ中央部には、円筒形状の磁性体支持筒４０８が設けられている。そして、この磁性体支持筒４０８の外周部には、４つの円弧状の磁性体ブロック（Ｘ円弧状磁性体ブロック４０６が２個、Ｙ円弧状磁性体ブロック４０７が２個）が固定されている。
【００４６】
そのうち、２個の円弧状磁性体ブロック４０６は、Ｘ方向に沿うように配置され、やはりＸ方向に沿うように配置された後述のＥ形状電磁石４２１と非接触で対面し、Ｅ形状電磁石４２１からＸ方向の大きな吸引力を受けられるようになっている。これをＸ１，Ｘ２ブロックと名付ける。
【００４７】
残りの２個の円弧状磁性体ブロック４０７は、Ｙ方向に沿うように配置され、やはりＹ方向に沿うように配置された後述のＥ形状電磁石４２１と非接触で対面し、Ｅ形状電磁石４２１からＹ方向の大きな吸引力を受けられるようになっている。これをＹ１，Ｙ２ブロックと名付ける。
【００４８】
円筒形状の磁性体支持筒４０８の中空部分には、自重補償ばね４２０が配置され、その上端がウエハ天板３０２下面の中央部と結合され、ウエハ天板３０２の自重を支持するようになっている。自重補償ばね４２０は、自重支持方向および他の５自由度方向のばね定数が極めて小さく設計されており、自重補償ばね４２０を介しての振動伝達がほぼ無視できるようになっている。
【００４９】
Ｘ１，Ｘ２可動子４０２が発生する力の作用線のＺ座標は概ね一致し、これらはＸ１，Ｘ２可動子４０２、Ｙ１，Ｙ２可動子４０３、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子４０４および磁性体支持筒４０８および４つの円弧状磁性体ブロック４０６，４０７を含むウエハ天板３０２の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このため、Ｘ１，Ｘ２可動子４０２に発生するＸ方向の推力によるＹ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板３０２に作用しないようになっている。
【００５０】
Ｙ１，Ｙ２可動子４０３が発生する力の作用線のＺ座標は概ね一致し、これらはＸ１，Ｘ２可動子４０２、Ｙ１，Ｙ２可動子４０３、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子４０４および磁性体支持筒４０８および４つの円弧状磁性体ブロック４０６，４０７を含むウエハ天板３０２の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このため、Ｙ１，Ｙ２可動子４０３に発生するＹ方向の推力によるＸ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板３０２に作用しないようになっている。
【００５１】
Ｘ１，Ｘ２ブロック４０６に作用する吸引力の作用線のＺ座標は概ね一致し、これらはＸ１，Ｘ２可動子４０２、Ｙ１，Ｙ２可動子４０３、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子４０４および磁性体支持筒４０８および４つの円弧状磁性体ブロック４０６，４０７を含むウエハ天板３０２の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このためＸ１，Ｘ２ブロック４０６に作用するＸ方向の吸引力によるＹ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板３０２に作用しないようになっている。
【００５２】
Ｙ１，Ｙ２ブロック４０７に作用する吸引力の作用線のＺ座標は概ね一致し、これらはＸ１，Ｘ２可動子４０２、Ｙ１，Ｙ２可動子４０３、Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４可動子４０４および磁性体支持筒４０８および４つの円弧状磁性体ブロック４０６，４０７を含むウエハ天板３０２の重心のＺ座標と概ね一致するようになっている。このため、Ｙ１，Ｙ２ブロック４０７に作用するＹ方向の吸引力によるＸ軸まわりの回転力がほとんどウエハ天板３０２に作用しないようになっている。
【００５３】
ウエハ天板３０２には、都合６本の光ビームが照射されウエハ天板３０２の６自由度の位置を計測している。Ｘ軸に平行であり、Ｚ位置の異なる２本の干渉計ビームによりＸ方向の位置およびωｙ方向の回転量が、Ｙ軸に平行でありＸ位置およびＺ位置の異なる３本の干渉計ビームによりＹ方向の位置およびωｘ，ωｙ方向の回転量が、さらにウエハチャック３０１に載置されたウエハに斜めに入射する光の反射位置を計測することによりＺ方向の位置が、それぞれ計測できるようになっている。実際には、これらの信号を総合的に演算してある代表点のＸ，Ｙ，Ｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚ座標を算出するようになっている。
【００５４】
ウエハ天板３０２の下方には、ウエハ天板３０２に推力や吸引力を作用するベースとなるＸステージ３０３およびＹステージ３０４が配置される。ベース定盤３０５上にＹヨーガイド３０６が固定され、Ｙヨーガイド３０６の側面とベース定盤３０５の上面でガイドされるＹステージ３０４がベース定盤３０５の上にＹ方向にエアスライド（不図示）により滑動自在に支持されている。Ｙステージ３０４は、主に２本のＸヨーガイド３０６とＹスライダ大、Ｙスライダ小の４部材から構成され、Ｙスライダ大はその側面及び下面に設けたエアパッド（不図示）を介してＹヨーガイド３０６の側面及びベース定盤３０５上面と対面し、Ｙスライダ小はその下面に設けたエアパッド（不図示）を介してベース定盤３０５上面と対面している。この結果、Ｙステージ３０４全体としては、前述のようにＹヨーガイド３０６の側面とベース定盤３０５の上面でＹ方向に滑動自在に支持されることになる。
【００５５】
一方、Ｙステージ３０４の構成部品である２本のＸヨーガイド３０７の側面とベース定盤３０５の上面とでガイドされるＸステージ３０３がＸ軸まわりにＹステージ３０４を囲むように設けられ、Ｘ方向にエアスライド（不図示）により滑動自在に支持されている。Ｘステージ３０３は、主に２枚のＸステージ側板３０３ｂと、上のＸステージ天板３０３ａ、下のＸステージ底板３０３ｃの４部材から構成され、Ｘステージ底板３０３ｃはその下面に設けたエアパッド（不図示）を介してベース定盤３０５上面と対面し、２枚のＸステージ側板３０３ｂはその側面に設けたエアパッド（不図示）を介してＹステージ３０４の構成部材である２本のＸヨーガイド３０７の側面と対面している。Ｘステージ天板３０３ａの下面とＸヨーガイド３０７の上面、およびＸステージ底板３０３ｃ上面とＸヨーガイド３０７の下面は非接触になっている。この結果、Ｘステージ３０３全体としては、前述のように２本のＸヨーガイド３０７の側面とベース定盤３０５の上面とでＸ方向に滑動自在に支持されることになり、結果的にＸステージ３０３はＸＹの２次元に滑動自在となる。
【００５６】
駆動機構は、Ｘ駆動用に１本、Ｙ駆動用に２本の多相コイル切り替え方式の長距離リニアモータ３０８，３０９が用いられている。固定子は、ストローク方向に並べた複数個のコイルを枠に挿入した物であり、可動子は磁極ピッチが上記コイルのコイルスパンに等しい４極の磁石をヨーク板の上に並べたもので、上記コイルを挟むように対向させて形成した箱形の磁石ユニットで構成される（ローレンツ力発生機構の一部（可動子）をステージの移動方向に移動する）。可動子の位置によって固定子のコイルに選択的に電流を流すことにより推力を発生する。これらは、一般的なブラシレスＤＣリニアモータである。
【００５７】
また、Ｘステージ天板３０３ａの側面にはミラーが形成され、Ｘステージ３０３のＸＹ方向の位置をレーザ干渉計（不図示）で精密に計測できるようになっている。つまり、ウエハ天板３０１とは、別にＸステージ３０３のＸＹ方向の位置をレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。
【００５８】
Ｘステージ天板３０３ａの上部には、ウエハ天板３０１を６軸方向に位置制御するための８個のリニアモータの固定子４１２，４１３，４１４、ウエハ天板３０１にＸＹ方向の加速度を与えるための電磁石支持円筒４２２に支持された４個のＥ形電磁石４２１、ウエハ天板３０２の自重を支持するための自重支持ばね４２０の一端が固定されている。
【００５９】
上記した各固定子４１２，４１３，４１４は、長円形のコイルを周辺枠で支持する構造になっており、前述のウエハ天板３０３ａの下面に固定されたＸリニアモータ３０８の可動子と非接触で対面するようになっている。
【００６０】
８個の固定子（Ｘ固定子４１２、Ｙ固定子４１３、Ｚ固定子４１４）のうち、矩形状のＸステージ天板３０３ａの辺のほぼ中央部に配置される４個の固定子は、Ｚ固定子４１４を形成する。Ｚ固定子４１４においては、前記長円形コイルはその直線部がＺ方向と直角になるように配置されており、前記Ｚ可動子４０４のＺ方向に沿って配置された２極の磁石にＺ方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをＺ１〜Ｚ４コイルと名付ける。
【００６１】
残りの４個の固定子のうち２個の固定子は、矩形状のＸステージ天板３０３ａの隅部に配置され、Ｘ固定子４１２を形成する。Ｘ固定子４１２では、前記長円形コイルにおいて、その２つの直線部がＸ方向と直角になり、２つの直線部がＸ方向に沿うように配置されており、前記Ｘ可動子４０２のＸ方向に沿って配置された２極の磁石にＸ方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをＸ１，Ｘ２コイルと名付ける。
【００６２】
残りの２個の固定子もまた矩形状のＸステージ天板３０３ａの隅部に配置され、Ｙ固定子４１３を形成する。Ｙ固定子４１３では、前記長円形コイルにおいて、その２つの直線部がＹ方向と直角になり、この２つの直線部がＹ方向に沿うように配置され、前記Ｙ可動子４０３のＹ方向に沿って配置された２極の磁石にＹ方向の推力を作用できるようになっている。このコイルをＹ１，Ｙ２コイルと名付ける。
【００６３】
以上、本実施形態においては、８個の可動子４０２，４０３，４０４および８個の固定子４１２，４１３，４１４等によりローレンツ力発生機構が構成される。
【００６４】
また、電磁石支持円筒４２２は、矩形状のＸステージ天板３０３ａのほぼ中央部に配置され、該円筒４２２の内部には４つのＥ形電磁石４２１が設けられている。ここで、図５は、本実施形態に係る電磁石の詳細図であり、図５（ａ）は磁性体支持円筒および各円弧状磁性体ブロックについて、図５（ｂ）はＥ形電磁石について、図５（ｃ）は電磁石支持円筒についてをそれぞれ示す。図５より、Ｅ形電磁石４２１（図４）は、上方から眺めたとき、概ねＥ形の断面を有する磁性体ブロック（ＸＥ形電磁石（Ｅ形状ヨーク）５０１ａ，５０１ｂ、ＹＥ形電磁石（Ｅ形状ヨーク）５０２ａ，５０２ｂ）と駆動コイル５３２、サーチココイル５３１から構成される。駆動コイル５３２は、Ｅ形状の磁性体ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂと円弧状磁性体ブロック４０６，４０７に吸引力を発生させるためのコイルであり、サーチコイル５３１は、両磁性体ブロック４０６，４０７の間に発生する磁束変化を検出するためのものである。駆動コイル５３２およびサーチコイル５３１は、Ｅの字の中央の突起の周りに巻きまわされる。Ｅの字の３つの突起部の端面は、直線ではなく円弧になっており、前記ウエハ天板３０２に固定された円弧状磁性体ブロック４０６，４０７と数十ミクロン程度以上の空隙を介して非接触で対面し、両コイルに電流を流すことにより円弧状磁性体ブロック４０６，４０７に吸引力を作用するようになっている。
【００６５】
Ｅ形電磁石５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂのうち、２個はＸ１，Ｘ２ブロック４０６に対面するようにＸ方向に沿って配置され、Ｘ１，Ｘ２ブロック４０６にＸ方向および−Ｘ方向の吸引力を与える。これをＸ１，Ｘ２電磁石と名付ける。
【００６６】
Ｅ形電磁石５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂのうち、残りの２個はＹ１，Ｙ２ブロック４０７に対面するようにＹ方向に沿って配置され、Ｙ１，Ｙ２ブロック４０７にＹ方向および−Ｙ方向の吸引力を与える。これをＹ１，Ｙ２電磁石と名付ける。
【００６７】
Ｅ形電磁石５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂは、吸引力しか発生できないので、ＸＹ各々の駆動方向について＋方向に吸引力を発生する電磁石と、−方向に吸引力を発生する電磁石とを設けているのである。
【００６８】
また、円弧状磁性体ブロック４０６，４０７をＺ軸まわりの円弧状とし、Ｅ形電磁石５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂのＥの字の端面をＺ軸まわりの円弧状にすることにより、４つの磁性体ブロック４０６，４０７と４つのＥ形電磁石５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂとがＺ軸周りに互いに接触することなく自由に回転できるようになる。また、回転に対して空隙の変化がなく、同一電流に対して電磁石の発生する吸引力も変化しない。
【００６９】
また、円弧状磁性体ブロック４０６，４０７およびＥ形磁性体ブロック５０１ａ，５０１ｂ，５０２ａ，５０２ｂは、層間が電気的に絶縁された薄板を積層して形成されており、磁束変化に伴って円弧状磁性体ブロック４０６，４０７内に渦電流が流れることを防止しており、吸引力を高い周波数まで制御することができる。
【００７０】
以上の構成により（図３および図４参照）、Ｘステージ３０３からウエハ天板３０１には、リニアモータにより６軸方向の推力を与えることができ、電磁石によりＸＹ方向の大きな吸引力を与えることができる。Ｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚ方向は、長いストロークを動かす必要はないが、ＸＹ方向は長いストロークにわたって推力や吸引力を作用させる必要がある。しかし、リニアモータも電磁石もＸＹ方向のストロークが極めて短い。一方、Ｘステージ３０３は、ＸＹ方向に長いストロークを有する。そこで、Ｘステージ３０３をＸＹ方向に移動させながらウエハ天板３０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させることにより、ＸＹ方向の長きにわたってウエハ天板３０１にＸＹ方向の推力や吸引力を作用させるようにしている。
【００７１】
一例として、Ｙ方向にのみ長距離移動し、他の５軸方向は現在位置に保持するような動作を行う場合の制御ブロックを図６に示す。
【００７２】
６軸方向の移動目標指示器（移動目標１０１）と、該目標を基に時間とその時間に存在するべき位置の関係を生成する位置プロファイル生成器が６軸分（Ｘ位置指令６２２Ｘ、Ｙ位置指令６２２Ｙ、Ｚ位置指令６２２Ｚ、ωｘ位置指令６２２ωｘ、ωｙ位置指令６２２ωｙ、ωｚ位置指令６２２ωｚ）と、該目標を基に時間とその時間に発生すべき加速度の関係を生成する加速プロファイル生成器がＸＹ２軸分（Ｘ加速指令６２１Ｘ、Ｙ加速指令６２１Ｙ）と、時間とその時間に発生すべき電磁石磁束の関係を生成する磁束プロファイル生成器がＸＹ２軸分（Ｘ磁束指令６２３Ｘ、Ｙ磁束指令６２３Ｙ）とが設けられている。
【００７３】
制御系としては、微動リニアモータでウエハ天板３０１の位置をフィードバック制御する微動ＬＭ位置制御（サーボ）系６２５と、リニアモータでＸステージ３０３の位置をフィードバック制御する長距離ＬＭ位置制御（サーボ）系６３５と、電磁石の吸引力を制御する吸引力制御系６３１とが設けられている。
【００７４】
位置プロファイル生成器６２２Ｘ，６２２Ｙ，６２２Ｚ，６２２ωｘ，６２２ωｙ，６２２ωｚの出力は、微動ＬＭ位置制御系６２５および長距離ＬＭ位置制御系６３５に入力される。また、加速プロファイル生成器６２１Ｘ，６２１Ｙの出力は、ＤＡ変換器６３５Ｘ，６３５ＹによるＤＡ変換後、長距離ＬＭ位置制御系６３５のリニアモータ電流アンプ６３７Ｘ，６３７Ｙにフィードフォワード信号として入力される。また、磁束プロファイル生成器６２３Ｘ，６２３Ｙの出力は、吸引力制御系６３１に入力される。
【００７５】
微動ＬＭ位置サーボ系６２５は、上記位置プロファイル生成器６２２Ｘ，６２２Ｙ，６２２Ｚ，６２２ωｘ，６２２ωｙ，６２２ωｚが出力するところのウエハ天板３０１の代表位置が現在存在するべきＸ，Ｙ，Ｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚ位置と、ウエハ天板３０１の代表位置が実際に存在するＸ，Ｙ，Ｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚ位置との偏差にＰＩＤ等に代表される制御演算を制御演算器６２６により施し、その結果をアナログ電圧で出力する演算部（出力座標演算Ｄ／Ａ器６４２）と、該アナログ出力電圧に比例する電流を各微動リニアモータ（Ｘ可動子４０２、Ｘ固定子４１２、Ｙ可動子４０３、Ｙ固定子４１３、Ｚ可動子４０４、Ｚ固定子４１４）に供給する微動電流アンプ６２７と、微動電流アンプ６２７による該電流により微動ステージに推力を付与する前記微動リニアモータと、該微動リニアモータのＸ，Ｙ，θ位置を計測する干渉計６２８Ｚとから構成される。
【００７６】
ウエハ天板３０１に入る６本の光ビームから得られる６つの測定値は、入力座標変換部６４３によりウエハ天板３０１のＸ，Ｙ，Ｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚの代表位置座標に変換される。これらの値と６軸分の位置プロファイル６２２Ｘ，６２２Ｙ，６２２Ｚ，６２２ωｘ，６２２ωｙ，６２２ωｚとの差分が差分器６４１により各々計算され、６軸分の差分を基に、この差分をなくすための６軸分の発生すべき力、モーメントが計算される。この６軸分の力およびモーメントは、微動ステージの代表点の座標を所望の値にするために必要な６軸分の力およびモーメントである。実際に、これを達成するのは８個の微動リニアモータであるから、この６軸分の力およびモーメントを８個の微動リニアモータの指令に換算する必要がある。これを行うのが出力座標変換部５４２である。この出力座標変換部６４２では、Ｄ／Ａ変換も実施している。
【００７７】
大推力が必要なときは、後述の吸引力制御系６３１から力を得るようになっている。また、そのとき、それに起因する回転力は発生しないようになっており、微動リニアモータは目標位置とのわずかな位置偏差をとるための小さい推力を発生するだけなので、発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。また、ソフト的またはハード的に微動リニアモータの電流を制限しており、吸引力制御系５３１との連動が誤動作した場合でも発熱が問題になるような電流が流れないようになっている。
【００７８】
長距離ＬＭ位置制御系６３５は、Ｘステージ３０３のＸＹ位置を位置プロファイル６２２Ｘ，６２２Ｙ，６２２Ｚ，６２２ωｘ，６２２ωｙ，６２２ωｚにならうように移動させるものである。電磁石は、極めて小さい発熱で大きな吸引力を発生できる利点があるが、相手の磁性体との空隙を保たなければならない。電磁石から磁性体板、ひいてはＸステージ３０３に所望の力を与え続けるには、Ｘステージ３０３の移動にならって電磁石を搭載した粗動ステージを移動させ、上記空隙がぶつからないようにする必要がある。そこで、位置プロファイル６２２Ｘ，６２２Ｙ，６２２Ｚ，６２２ωｘ，６２２ωｙ，６２２ωｚを長距離ＬＭ位置制御系６３５に入力し、Ｘ，Ｙリニアモータ３０８，３０９によりＸステージ３０３をウエハ天板３０１とほぼ同じ位置プロファイル６２２Ｘ，６２２Ｙ，６２２Ｚ，６２２ωｘ，６２２ωｙ，６２２ωｚに従うよう移動させ、Ｘステージ３０３とウエハ天板３０１の相対位置がほぼ一定になるようにしている。このリニアモータ３０８，３０９は、加速時において電磁石ユニットの合力に相当する推力に加え、Ｘステージ３０３およびＹステージ３０４の質量を加速するための推力を発生する。単なるＦＢ制御では、長距離ＬＭ位置制御系６３５にそれ相応の位置偏差がたまらないと推力を発生してくれない。そこで、加速プロファイル生成器６２１Ｘ，６２１Ｙの出力を制御演算器の出力に加算してリニアモータ電流アンプ６３７Ｘ，６３７Ｙに入れて加速度をフィードフォワード的にＸ，Ｙリニアモータ３０８，３０９に指令し、加速中に位置偏差がためずにＸステージ３０３を移動するようにしている。いずれにしても、Ｘ，Ｙリニアモータ３０８，３０９には相応の発熱があるが、熱源が局所的に集中して存在するので、冷却が比較的容易であり、ウエハ天板３０１やその上に載置される工作物とは距離を離して配置できるので発熱の影響が伝わりにくい。
【００７９】
電磁石吸引力制御系６３１は、基本的に第１の実施形態のものと同じ構成作用である。１対の電磁石ユニットと磁性体板との間に所望の合成推力を発生させるための制御系である。
【００８０】
磁束プロファイル６２３Ｘ，６２３Ｙを２つの電磁石制御系の一方に分配する分配器６３２Ｘ，６３２Ｙと、分配器６３２Ｘ，６３２Ｙからの磁束プロファイル６２３Ｘ，６２３Ｙをうけて各々の電磁石の磁束を制御する磁束制御系６３４Ｘ，６３４Ｙとから構成される。
【００８１】
上記した分配器６３２Ｘ，６３２Ｙは、一つの分配器（例えば分配器６３２Ｘ）あたり２つの磁束制御系（例えば磁束制御系６３４ＸであるＸ１磁束制御系およびＸ２磁束制御系）が設けられる。ここで、図７は、本実施形態に係るステージシステムの磁束制御系を示す要部概略図である。図７より、各磁束制御系（Ｙ１磁束制御系７０１およびＹ２磁束制御系７０２）は、サーチコイル５３２の電圧を積分して磁束信号を生成する積分器７１１，７２１と、上記磁束プロファイル６２３Ｘ，６２３Ｙ（図６においてはＹ磁束指令６２３Ｙのみ図示）と上記磁束信号との差を演算する差分器７１３，７２３と、差分器７１３，７２３の出力を増幅して電磁石を駆動する電磁石アンプ７１２，７２２とから構成される。
【００８２】
サーチコイル５３２は、駆動コイル５３１と磁路を共有するように巻きまわされたコイルである。電磁石ヨークと磁性体板の間に発生する磁束が変化するとこの変化率に比例した電圧がサーチコイル５３２に発生する。従って、その信号を積分すれば、電磁石ヨークと磁性体板の間に発生する磁束が検出できる。Ｙ１，Ｙ２磁束制御系７０１，７０２は、この積分値つまり磁束相当の信号と磁束プロファイル６２３Ｙ（図６より）との差を増幅して電磁石を駆動するようになっているので、電磁石と磁性体板の間に発生する磁束は磁束プロファイル６２３Ｙに従うように制御される。電磁石と磁性体板の間に発生する吸引力は、磁束の２乗に比例するので、磁束が制御されるということは吸引力が制御されるということになる。よって、電磁石はステージを加速するための所望の吸引力を発生できる。磁束を制御することの利点は、第１の実施形態と同じである。
【００８３】
図６より、代表位置の各座標において、位置プロファイル６２２Ｘ，６２２Ｙ，６２２Ｚ，６２２ωｘ，６２２ωｙ，６２２ωｚ、加速プロファイル６２１Ｘ，６２１Ｙ、磁束プロファイル６２３Ｘ，６２３Ｙの関係は、第１の実施形態と同じである。
【００８４】
以上のように、長距離リニアモータと電磁石によりウエハ天板を加速し、加速が終了したら電磁石系は電流をゼロにして床振動を絶縁すると同時に、リニアモータで電磁石と円弧状磁性体ブロックが接触しないようＸステージの位置を制御する。そして、これらの動作と平行して微動リニアモータにより常時高精度な位置制御を行うようにすることにより、大推力と低発熱と高精度な６軸位置制御を同時に達成するようにした。
【００８５】
また、図６では、磁束を制御するのにサーチコイル５３２（図７）で磁束変化を検出し、これを積分して磁束信号としたが、必ずしもこのサーチコイル５３２等によらなくてもよい。例えば、ホール素子やＭＲセンサで直接磁束を検出して積分器を省略することもできる。また、Ｅ形電磁石４２１とこれを取り付ける環境部材である電磁石支持円筒４２２（共に図４（ｂ）参照）との間に歪ゲージを設け、上記したサーチコイルの替わりに該歪ゲージの信号から電磁石が発生している駆動力を求め、これに基づいて電磁石を制御しても良い。さらに、前記歪ゲージの替わりにピエゾ素子を設けて、該ピエゾ素子の信号から電磁石が発生している駆動力を求め、これに基づいて電磁石を制御することも可能である。
【００８６】
また、図３，４では、６つの光ビームの１つにウエハ面で反射させるビームを用いる例を示したが、６つの光ビームを全てステージに設けた鏡で反射させて６軸方向の位置を計測することもできる。図８に本実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の変形例を示す。図８において、図３，４と同一の符号は図３，４と同様の構成要素を示す。図８に示すように、ウエハ天板３０１の側面に４５度鏡（略４５度の斜面）を設け、上面基準鏡８０１を設けるようにすれば、ウエハがないときでもステージ位置を高精度に制御することができる。
電磁石の形状は、本実施形態に示したものに限定されるものではなく、一般的に知られる形状の電磁石を適用することができる。
【００８７】
さらに、上記の実施例におけるステージシステムは、マスクやレチクル等の原版のパターンを半導体ウエハ等の被露光基板に露光する露光装置に備えることにより、半導体素子等のデバイスを製造することができる。
［半導体生産システムの実施例］
次に、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の生産システムの例を説明する。これは半導体製造工場に設置された製造装置のトラブル対応や定期メンテナンス、あるいはソフトウェア提供などの保守サービスを、製造工場外のコンピュータネットワークを利用して行うものである。
【００８８】
図１０は全体システムをある角度から切り出して表現したものである。図中、１１０１は半導体デバイスの製造装置を提供するベンダー（装置供給メーカー）の事業所である。製造装置の実例として、半導体製造工場で使用する各種プロセス用の半導体製造装置、例えば、前工程用機器（露光装置、レジスト処理装置、エッチング装置等のリソグラフィ装置、熱処理装置、成膜装置、平坦化装置等）や後工程用機器（組立て装置、検査装置等）を想定している。事業所１１０１内には、製造装置の保守データベースを提供するホスト管理システム１１０８、複数の操作端末コンピュータ１１１０、これらを結んでイントラネットを構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１０９を備える。ホスト管理システム１１０８は、ＬＡＮ１１０９を事業所の外部ネットワークであるインターネット１１０５に接続するためのゲートウェイと、外部からのアクセスを制限するセキュリティ機能を備える。
【００８９】
一方、１１０２〜１１０４は、製造装置のユーザーとしての半導体製造メーカーの製造工場である。製造工場１１０２〜１１０４は、互いに異なるメーカーに属する工場であっても良いし、同一のメーカーに属する工場（例えば、前工程用の工場、後工程用の工場等）であっても良い。各工場１１０２〜１１０４内には、夫々、複数の製造装置１１０６と、それらを結んでイントラネットを構築するローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）１１１１と、各製造装置１１０６の稼動状況を監視する監視装置としてホスト管理システム１１０７とが設けられている。各工場１１０２〜１１０４に設けられたホスト管理システム１１０７は、各工場内のＬＡＮ１１１１を工場の外部ネットワークであるインターネット１１０５に接続するためのゲートウェイを備える。これにより各工場のＬＡＮ１１１１からインターネット１１０５を介してベンダー１１０１側のホスト管理システム１１０８にアクセスが可能となり、ホスト管理システム１１０８のセキュリティ機能によって限られたユーザーだけがアクセスが許可となっている。具体的には、インターネット１１０５を介して、各製造装置１１０６の稼動状況を示すステータス情報（例えば、トラブルが発生した製造装置の症状）を工場側からベンダー側に通知する他、その通知に対応する応答情報（例えば、トラブルに対する対処方法を指示する情報、対処用のソフトウェアやデータ）や、最新のソフトウェア、ヘルプ情報などの保守情報をベンダー側から受け取ることができる。各工場１１０２〜１１０４とベンダー１１０１との間のデータ通信および各工場内のＬＡＮ１１１１でのデータ通信には、インターネットで一般的に使用されている通信プロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）が使用される。なお、工場外の外部ネットワークとしてインターネットを利用する代わりに、第三者からのアクセスができずにセキュリティの高い専用線ネットワーク（ＩＳＤＮなど）を利用することもできる。また、ホスト管理システムはベンダーが提供するものに限らずユーザーがデータベースを構築して外部ネットワーク上に置き、ユーザーの複数の工場から該データベースへのアクセスを許可するようにしてもよい。
【００９０】
さて、図１１は本実施形態の全体システムを図１０とは別の角度から切り出して表現した概念図である。先の例ではそれぞれが製造装置を備えた複数のユーザー工場と、該製造装置のベンダーの管理システムとを外部ネットワークで接続して、該外部ネットワークを介して各工場の生産管理や少なくとも１台の製造装置の情報をデータ通信するものであった。これに対し本例は、複数のベンダーの製造装置を備えた工場と、該複数の製造装置のそれぞれのベンダーの管理システムとを工場外の外部ネットワークで接続して、各製造装置の保守情報をデータ通信するものである。図中、１２０１は製造装置ユーザー（半導体デバイス製造メーカー）の製造工場であり、工場の製造ラインには各種プロセスを行う製造装置、ここでは例として露光装置１２０２、レジスト処理装置１２０３、成膜処理装置１２０４が導入されている。なお図７では製造工場１２０１は１つだけ描いているが、実際は複数の工場が同様にネットワーク化されている。工場内の各装置はＬＡＮ１２０６で接続されてイントラネットを構成し、ホスト管理システム１２０５で製造ラインの稼動管理がされている。一方、露光装置メーカー１２１０、レジスト処理装置メーカー１２２０、成膜装置メーカー１２３０などベンダー（装置供給メーカー）の各事業所には、それぞれ供給した機器の遠隔保守を行なうためのホスト管理システム１２１１，１２２１，１２３１を備え、これらは上述したように保守データベースと外部ネットワークのゲートウェイを備える。ユーザーの製造工場内の各装置を管理するホスト管理システム２０５と、各装置のベンダーの管理システム１２１１，１２２１，１２３１とは、外部ネットワーク１２００であるインターネットもしくは専用線ネットワークによって接続されている。このシステムにおいて、製造ラインの一連の製造機器の中のどれかにトラブルが起きると、製造ラインの稼動が休止してしまうが、トラブルが起きた機器のベンダーからインターネット１２００を介した遠隔保守を受けることで迅速な対応が可能で、製造ラインの休止を最小限に抑えることができる。
【００９１】
半導体製造工場に設置された各製造装置はそれぞれ、ディスプレイと、ネットワークインターフェースと、記憶装置にストアされたネットワークアクセス用ソフトウェアならびに装置動作用のソフトウェアを実行するコンピュータを備える。記憶装置としては内蔵メモリやハードディスク、あるいはネットワークファイルサーバーなどである。上記ネットワークアクセス用ソフトウェアは、専用又は汎用のウェブブラウザを含み、例えば図１２に一例を示す様な画面のユーザーインターフェースをディスプレイ上に提供する。各工場で製造装置を管理するオペレータは、画面を参照しながら、製造装置の機種（１４０１）、シリアルナンバー（１４０２）、トラブルの件名（１４０３）、発生日（１４０４）、緊急度（１４０５）、症状（１４０６）、対処法（１４０７）、経過（１４０８）等の情報を画面上の入力項目に入力する。入力された情報はインターネットを介して保守データベースに送信され、その結果の適切な保守情報が保守データベースから返信されディスプレイ上に提示される。またウェブブラウザが提供するユーザーインターフェースはさらに図示のごとくハイパーリンク機能（１４１０〜１４１２）を実現し、オペレータは各項目の更に詳細な情報にアクセスしたり、ベンダーが提供するソフトウェアライブラリから製造装置に使用する最新バージョンのソフトウェアを引出したり、工場のオペレータの参考に供する操作ガイド（ヘルプ情報）を引出したりすることができる。ここで、保守データベースが提供する保守情報には、上記説明した本発明の特徴に関する情報も含まれ、またソフトウェアライブラリは本発明の特徴を実現するための最新のソフトウェアも提供する。
【００９２】
次に上記説明した生産システム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１３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。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なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。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、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によっ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４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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これを出荷（ステップ７）する。前工程と後工程はそれぞれ専用の別の工場で行い、これらの工場毎に上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされる。また前工程工場と後工程工場との間でも、インターネットまたは専用線ネットワークを介して生産管理や装置保守のための情報がデータ通信される。
【００９３】
図１４は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。各工程で使用する製造機器は上記説明した遠隔保守システムによって保守がなされているので、トラブルを未然に防ぐと共に、もしトラブルが発生しても迅速な復旧が可能で、従来に比べて半導体デバイスの生産性を向上させることができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のステージシステムによれば、熱源が局所的に集中して存在するので冷却が容易であり、ステージやその上に載置される工作物とは距離を離して配置できること等によって発熱の問題を解消し、さらに非線形性の除去等による高速化を達成できる。つまり、高精度と高速、換言すると低発熱と高速が両立する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係るステージシステムの要部概略図である。
【図２】  図１における位置プロファイル、加速プロファイル、磁束プロファイルの関係を示す図である。
【図３】  第２の実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の全体図である。
（ａ）分解図を表す。
（ｂ）斜視図を表す。
【図４】  図３のウエハ天板の要部概略図である。
（ａ）ウエハ天板の第１の分解図を表す。
（ｂ）ウエハ天板の第２の分解図を表す。
（ｃ）ウエハ天板の斜視図を表す。
【図５】  第２の実施形態に係る電磁石の詳細図である。
（ａ）磁性体支持円筒および各円弧状磁性体ブロックを表す。
（ｂ）Ｅ形電磁石を表す。
（ｃ）電磁石支持円筒を表す。
【図６】  第２の実施形態に係るＹ方向にのみ長距離移動し、他の５軸方向は現在位置に保持するような動作を行う場合の制御ブロック図である。
【図７】  第２の実施形態に係るステージシステムの磁束制御系を示す要部概略図である。
【図８】  第２の実施形態に係るステージシステムにおけるステージ装置の変形例を示す図である。
【図９】  従来例に係るステージ装置の要部概略図である。
【図１０】  半導体デバイスの生産システムをある角度から見た概念図である。
【図１１】  半導体デバイスの生産システムを別の角度から見た概念図である。
【図１２】  ユーザーインターフェースの具体例である。
【図１３】  デバイスの製造プロセスのフローを説明する図である。
【図１４】  ウエハプロセスを説明する図である。
【符号の説明】
１０１：移動目標、１０２：位置プロファイル、１０３：加速プロファイル、１０４：磁束プロファイル、１２１，１３３，６３６Ｘ，６３６Ｙ：制御演算器（Ｄ／Ａ）、１２２：微動電流アンプ、１３１：モータ電流アンプ、１３２：ＥＮＣ、１４１，６３２Ｘ，６３２Ｙ：分配器、１４２，７１１，７２１：積分器、１４３：電磁石アンプ、１４４，６４１，７１１，７２１：差分器、１５１：ガイド、１５２：ステージ、１５３：リニアモータ可動子、１５４：リニアモータ固定子、１５５：反射ミラー、１５６：干渉計、１５７：磁性体板、１５８：電磁石、１５８ａ：サーチコイル、１５８ｂ：ヨーク、１５８ｃ：駆動コイル、１５９：送りねじ、１６０：ナット、１６１モータ、１６２：軸受け、１７０，９０１：リニアモータ、３０１：ウエハ天板、３０２：ウエハチャック、３０３ａ：Ｘステージ天板、３０３ｂ：Ｘステージ側板、３０３ｃ：Ｘステージ底板、３０３：Ｘステージ、３０４：Ｙステージ、３０５：ベース定盤、３０６：Ｙヨーガイド、３０７：Ｘヨーガイド、３０８：Ｘ長距離リニアモータ、３０９：Ｙ長距離リニアモータ、３１０：干渉計、４１０：ミラー、４０２：Ｘ可動子、４０３：Ｙ可動子、４０４：Ｚ可動子、４０６：Ｘ円弧状磁性体、４０７：Ｙ円弧状磁性体、４０８：磁性体支持筒、４１２：Ｘ固定子、４１３：Ｙ固定子、４１４：Ｚ固定子、４２０：自重補償ばね、４２１：Ｅ形電磁石、４２２：電磁石支持円筒、５００：Ｅ形断面磁性体ブロック、５０１ａ，５０１ｂ：ＸＥ形電磁石、５０２ａ，５０２ｂ：ＹＥ形電磁石、５３１：サーチコイル、５３２：駆動コイル、６２１Ｘ：Ｘ加速指令、６２１Ｙ：Ｙ加速指令、６２２Ｘ：Ｘ位置指令、６２２Ｙ：Ｙ位置指令、６２２Ｚ：Ｚ位置指令、６２２ωｘ：ωｘ位置指令、６２２ωｙ：ωｙ位置指令、６２２ωｚ：ωｚ位置指令、６２３Ｘ：Ｘ磁束指令、６２３Ｙ：Ｙ磁束指令、６２５：微動ＬＭ位置サーボ系、６２６：制御演算器、６２７：Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４：微動電流アンプ、６２８Ｚ：干渉計、６３１：吸引力制御系、６３４Ｘ，６３４Ｙ：磁束制御系、６３５：長距離ＬＭ位置サーボ系、６３５Ｘ，６３５Ｙ：ＤＡ変換器、６３７Ｘ，６３７Ｙ：Ｘ，Ｙリニアモータ電流アンプ、６４２：出力座標変換器（Ｄ／Ａ）、６４３：入力座標変換器、７０１：Ｙ１磁束制御系、７０２：Ｙ２磁束制御系、７１２，７２２：電磁石アンプ、８０１：上面基準鏡、９０２：工作物、９０３：ガイド、９０４：ステージ、９０５：リニアモータ可動子、９０５ａ，９０５ｂ：４極の磁石、９０６：リニアモータ固定子、９０６ａ：コイル、９０６ｂ：固定子枠。
【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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