专利名称：平面载物台装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及平面载物台装置，可将载置工件等的平面板沿XY方向移动。
背景技术：
作为沿XY方向(在与平面板的面平行的平面上的相垂直的2轴方向)移动平面板的XY平面载物台装置，已知例如专利文献1所述的装置。
这种载物台作为例如曝光装置的工件载物台使用。近年来，液晶面板或印刷电路基板年年大型化，伴随于此，使它们曝光的曝光装置的工件载物台也大型化。
XY平面载物台中的吸附工件用的平面载物台是被高精度地加工的1枚金属板。若进行大型化，其重量增加，在位置对准等中沿XY方向移动时需要施加较大的力。
作为平面载物台大型化而重量增加也可以用较小的力移动的载物台，已知例如专利文献2所述的载物台。在该公报的图4中表示藉由空气使平面载物台浮起移动的构造。
在图9中，表示藉由空气浮起移动的载物台的概略结构。
在载置工件W的平面载物台100中安装有3处以上的空气轴承101，在表面高精度地被加工的定盘102上浮起移动。
平面载物台的移动机构利用例如上述专利文献1所示的、将2个X轴移动构件及1个Y轴移动构件安装于平面载物台100的机构。
而且，作为平面载物台的驱动机构，已知例如专利文献3所述的表面电机(surface motor)载物台，作为上述图9所示的载物台的驱动机构也考虑使用表面电机。
表面电机载物台由呈棋盘格状或条纹状地设置有强磁性体的凸极的平面状的压板、及由空气等浮起的移动体(软垫)所构成，使移动体产生移动磁场，使移动体在压板上移动。
在图9中，适用表面电机的情况下，在定盘102上设有压板，在平面载物台100的背面安装有移动体。
专利文献1日本特开平8-25163号公报专利文献2日本特开2002-32129号公报专利文献3日本特开平9-23689号公报图9所示的载物台装置具有如以下问题。
(1)不只是载置工件的平面载物台的表面，定盘的表面也必须以高平面精度进行加工。在图9所示的载物台中，藉由空气轴承使平面载物台浮起在定盘上移动，若定盘表面的平面度低，平面载物台会倾斜或上下运动。因此，定盘的表面也必须以高平面精度进行加工。
(2)如上所述，需要以高精度使定盘的表面保持平面，但是定盘的设置面，最终，放置平面载物台的工场的地面不一定平坦。因此，即使将定盘表面以高平面精度进行加工，若定盘的刚性低，则设置了定盘时定盘会挠曲等，从而很难以高精度使其表面保持平面。即，为了以高精度使定盘的表面保持平面，需要提高定盘的刚性，而增加定盘的重量。
作为工件尺寸大的液晶板或印制电路板的曝光装置的载物台使用的情况下，例如重量成为1t～10t。
因此，装置重量变得很重，并且装置成本升高。
发明内容
本发明是为了解决上述习知的问题点，其目的是提供一种平面载物台装置，不需要使用重量重的定盘，就可以以高精度使平面载物台表面保持平面，装置重量轻、且制作成本也便宜。
本发明是如以下解决上述课题。
(1)一种平面载物台装置，具备载置工件的平面板、及在3处以上支承该平面板的支承构件、及使上述平面板至少与该平面平行地移动的移动机构，在上述支承构件上设有与平面板相对置配置的空气轴承，上述支承构件由任意的推力使上述平面板在与该平面板的平面垂直的方向上位移。并且，使平面板的位移状态保持被选择的位移状态，使吸附固定上述平面板的工件的面保持水平且平面。
(2)上述移动机构具有设置于上述支承构件的空气轴承上的驱动机构，该驱动机构包括具有产生移动磁场的磁极的移动件、及在上述平面板的背面与上述空气轴承相对置而设置的、棋盘格状或条纹状地配置有凸极的平面状的压板。
发明效果本发明，可以获得以下的效果。
(1)因为由支承构件用任意的推力使平面板在与平面板的平面相垂直的方向上位移，所以不使用具有高平面精度的定盘，就可使平面板的表面保持水平且平面，而且，因为不需要定盘，所以可以减轻装置的重量。
(2)因为不需要定盘，所以需要以高平面精度进行加工的面，只有载置工件的平面板的表面，可以降低装置成本。
(3)因为由空气使平面板浮起，所以可以用较小的力移动平面板。
(4)作为平面板的驱动机构利用由具有产生移动磁场的磁极的移动件、及棋盘格状或是条纹状地配置有凸极的平面状的压板构成的表面电机，从而不需要机械性的XYθ驱动机构，可以简化载物台的构造。且，零件个数减少使组装容易，可以实现装置的成本降低。而且，也可以消除伴随驱动机构的工作的机构部件的磨损、或这里产生的灰尘。
图1是表示本发明的第1实施例的平面载物台的结构的图(侧面图)。
图2是表示本发明的第1实施例的平面载物台的结构的图(俯视图)。
图3是表示本发明的实施例的支承构件的结构的图。
图4是表示空气轴承的间隙/预加载曲线的一例的图。
图5是说明底板的平面度不足的情况时的工作的图。
图6是表示本发明的第2实施例的软垫及压板的7是表示具有软垫的垫片的剖面结构的图。
图8是说明软垫移动的工作原理的图。
图9是表示藉由空气浮起移动的习知的载物台的概略结构的图。
符号说明1平面板1a 平面补偿板(真空吸着沟，压板)10、10’ 支承构件11 空气轴承11a 空气吹出部(空气喷出部，垫片)11b 旋转轴承12 中间台13 固定盘片14 弹簧15 气缸15a 轴16a 垫片(固定盘片)16b 空气锁定机构17 软垫(移动件)17a 永久磁铁
17b～17e 磁极17f，17g 线圈17h 喷出孔20底板31、32X轴移动构件33Y轴移动构件具体实施方式
图1、图2是表示本发明的第1实施例的XY平面载物台的结构的图，图1是侧剖面图，图2是平面图。
另外，图1是图2的A-A剖面图，在图1中未表示使图2的平面板沿与该平面平行的相垂直的XY方向移动的移动机构即X轴移动构件及Y轴移动构件。
在图1、图2中，载置工件W的平面板1的表面被高精度地进行了平面加工，形成有吸附保持工件W的真空吸附槽1a。平面板1的大小是例如2200mm×2600mm×300mm。
平面板1相对于安装平面载物台的装置、例如曝光装置的底板20，由设置在3处以上的支承构件10支承。并且，在图1、图2中，示出由设置在6处的支承构件10来支承平面板1的例子，但是支承构件10的设置数量根据平面板1的大小等适当地设定。
在支承构件10的上部设有空气轴承11。并且，在与平面板1的背面的空气轴承11相对置的部分，为了防止从空气轴承11喷出的空气漏出而安装有表面平坦的平面补偿板1a。平面板1由从空气轴承11喷出的空气而浮起。
而且，平面板1由如图2所示的X轴移动构件31、32及Y轴移动构件33沿XY方向移动。
例如，通过将X轴驱动构件31、32同时沿同方向相同量驱动，可以使平面载物台1向X方向(图2的纵方向)移动，藉由驱动Y轴驱动构件33，可以使平面载物台1向Y方向(图2的横方向)移动。
进一步，通过改变上述2个X轴驱动构件31、32的移动量，并与其配合来驱动Y轴驱动构件33，使平面板1绕与平面板1垂直的轴仅旋转需要的角度，就可以进行θ方向的定位。
图3是表示支承构件10的结构。该图是剖面图。
在装置的底板20上设有气缸15。气缸15通过改变供给的空气压力，轴15a由任意的推力而上下运动。
气缸15的轴15a连接在中间台12上，在气缸15及中间台12之间设有弹簧14。
在中间台12的两侧向下方向延伸安装有固定盘片13(例如板簧)是，在固定盘片13的两侧设有用于固定固定盘片13的垫片16a，垫片16a由空气锁定机构16b驱动。
当向空气锁定机构16b供给空气时，垫片16a向图中箭头方向移动，通过固定盘片13被夹持固定，使气缸15的轴15a的上下方向的位置被固定。
在中间台12的上部设有空气轴承11。空气轴承11可以使用具备从多孔质或设有流出孔的表面喷出空气的垫片11a(称为空气喷出部)的市售的部件。
空气轴承11的垫片11a可自由地摆头移动地通过旋转轴承11b安装于中间台12。
接着，说明设置本实施例的XY平面载物台装置的顺序。
首先决定支承构件10的数量。支承构件10将平面板1的各部定位于高度方向，以使平面板1的表面成为平面，所以最少需要3个。
决定支承构件10的空气喷出部11a的表面、及在其上载置的平面板1的背面的空气间隙的设定值。空气间隙的设定值的目标是与空气喷出部11a相对置的平面板1的背面的面粗糙度×10倍。平面板1的背面的平面补偿板1a为了补偿此表面粗糙度而设置。
若空气间隙增大，空气轴承11可以保持的容许负荷量会变小。容许负荷的变化对于间隙的大小的变化大致成为反比例的关系。间隙的设定值的目标是间隙相对于容许负荷的变化不大变化的区域(即刚性高的区域)，间隙一般是5至10μm程度。
而且，决定向空气喷出部11a供给的空气压力。空气压力的目标是向装置供给的有效压力×0.7倍。
载置在支承构件10的平面板1的重量(装载重量)事先已知，所以从安装于支承构件10上的空气轴承11的间隙/预加载曲线(由各空气轴承决定的曲线)计算预加载(容许负荷)量。
图4表示空气轴承的间隙/预加载曲线的一例的图。该图的纵轴是空气间隙的大小，横轴是预加载(容许负荷)量。
例如，空气压力为4.1kg/cm2时，若为10μm的间隙，容许约20N(牛顿)的负荷，空气压力为5.5kg/cm2时容许约40N的负荷。
将装载重量(平面板1的重量)除以上述求出的容许负荷，求出支承构件10的个数。但是，计算上支承构件的个数即使是3以下的情况下，支承构件10为3个。
在此，施加在各支承构件10的气缸15的推力，需要设定为平面板1的表面保持水平且平面的大小，例如，平面板1的表面高精度地加工成平面的情况下，藉由将施加在气缸15的推力作为“抵消自重变形的推力”，在支承构件10上放置平面板1时，平面板1的表面就可保持水平且平面。
“只抵消由自重所产生的变形的推力”实际上需要严密的计算，可以如下地说明。
将例如60kg的平面板用6处的支承构件进行支承的情况，理想上，60kg÷6＝10kg的10kg成为“仅抵消由自重所产生的变形的推力”。
实际上，作为求出“只抵消由自重所产生的变形的推力”的方法，考虑通过使用解析软件的模拟来计算施加在各支承构件10的重力的方法。即，事先根据平面板1的大小、重量及支承构件10的位置，利用电脑等计算施加在各支承构件10的重力。
例如，支承构件10的个数是6个，由计算得到的施加在各支承构件10的重力例如是24.7kg、21.6kg、24.7kg、24.6kg、21.6kg、24.6kg。
向支承构件10的气缸15供给空气，使在设有该支承构件10的位置获得与施加的重力相当的推力(保持力)。
空气压力由在与各支承构件10连接的空气管道上设置的调节器(无图示)进行调节。
相对于供给的空气压力，推力(保持力)唯一被决定，所以当施加在成为对象的支承构件10的重力是24.7kg时，空气轴承15向汽缸施加获得24.7kg的推力(保持力)的压力，若重力为21.6kg，则施加获得21.6kg的推力(保持力)的压力。
接着，在支承构件10上与平面补偿板1a及空气喷出部11a的位置对准而载置平面板1，将如上所述地设定压力的空气供给至各支承构件10的空气喷出部11a和气缸15，从空气吹出部11a喷出空气，并且使轴15a上升。而且，在通过各支承构件10的气缸15使抵消由平面板1的自重产生的变形的推力施加在平面板1的状态下，使空气锁定机构16b工作并由垫片16a挟持固定盘片16a，固定各支承构件10的轴15a的高度方向的位置。
由此，成为在各支承构件10上施加了与平面板1的各支承构件位置的自重对应的力的状态，若平面板1的表面高精度地被加工，则平面板1的表面保持水平且平面。
通过采用这种结构，假设安装支承构件10的装置的底板20的平面度如图5所示地不充分的情况下，因为气缸15的轴15a伸缩来维持推力，因此平面板1的表面可以保持水平且平面。
在此状态下，通过驱动图2所示的X轴移动构件31、32及Y轴移动构件33，平面板1在与气缸11的垫片对置设置的平面补偿板的范围，向与平面板1的平面平行的相垂直的2轴的方向、及绕与其平面垂直的轴的旋转方向、即XY及θ方向移动。平面板1因为由空气浮起，所以即使大型也用小的力来顺滑移动。
在此，当平面板1的移动量较大时，为了维持移动后的平面板1的水平且平面性，需要配合平面板1的背面的表面精度来改变支承构件10的高度，但是本发明的载物台装置的平面板1的移动量是±10mm以内，安装于平面板1的背面的平面补偿板1a的大小也是这个程度。
若平面板1的背面侧被某种程度地平坦加工，而且，移动量为上述的程度，对于平面补偿板1a的水平面的安装角度的相对的不均匀是0.2°程度，若对平面补偿板1a的表面进行高精度的加工，则即使平面板1移动，水平板1的高度方向(Z轴方向)的位移不会成为问题。
另外，将平面板1的表面加工成平面状时，也考虑在由支承构件在多处支承平面板1的状态下，将其表面加工成平面状。
这样对平面板1的表面在多处支承并加工成平面状的情况下，将此平面板用作载物台时，在与加工时支承此平面板的支承构件相同的位置配置上述支承构件10，将各气缸15的推力设定成与在此加工时支承平面板的支承构件的推力相同的推力。如果这样，在加工平面板1的表面的状态被再现、被实装的装置中，可以以加工时的平面精度保持平面板1。
在上述实施例中，示出作为平面板的驱动机构使用X轴移动构件及Y轴移动构件的情况，接着，说明作为上述驱动机构利用表面电机的本发明的第2实施例。
浮动电机载物台(表面电机载物台)，如上述专利文献3记载，在棋盘格状或条纹状地设有强磁性体的凸极的平面状的压板上，使产生移动磁场的移动体(以下也称软垫)移动。
本实施例的载物台装置的结构，与上述图1、图2所示的装置同样，平面板1由使用空气轴承的支承构件在3点以上的多处支承，但是选择这些的支承构件中的3个，在这3个的支承构件的垫片(空气喷出部)11a设置上述软垫。且，将与设有平面板1的背面的软垫的空气喷出部相对置的部分作为平面状的压板。
图6是表示具备设有上述空气喷出部的软垫17的支承构件10’、及与背面的相对置的部分是压板的平面板1。而且，图7表示具有上述软垫17的垫片11a的剖面图。
如图7所示，在软垫17上安装有永久磁铁17a，由此在磁极17b～17e上产生N或S的磁极。
在磁极17b～17e上卷绕有线圈17f、17g，当电流流动时，各磁极17b～17e就成为电磁铁。若永久磁铁17a所产生的磁场及电磁铁所产生的磁场的方向相同，则磁力相互加强。若永久磁铁17a所产生的磁场及电磁铁所产生的磁场相反，磁力相互抵消。
如图7所示，在设有软垫17的垫片(空气喷出部)11a中设有呀出空气的孔17h，通过供给空气，使平面板1浮起并保持。并且，在图7中，将喷出空气的孔设置在软垫的周围，但是，也可以从软垫的正中心喷出空气。
如图6所示，与设有软垫17的垫片(空气喷出部)11a对应，在平面板1的背面侧埋入压板1a，强磁性体的凸极P以与平面板的移动方向对应的排列设定成棋盘格状或是条纹状，凸极及凸极之间由非磁性体埋入。
以下，说明平面板1相对于软垫17向图面左方向移动的工作原理。图8是具有构成平面载物台的多个凸极的压板1a、及具有磁极的软垫17的剖面图，在卷绕于磁极17b～17e的各线圈17f、17g中，从无图示驱动电路通过按以下顺序产生电流而产生移动磁场，使压板1a(平面板1)相对于软垫17向该图的左方向移动。
(1)步骤1在软垫17的磁极17b、17c侧的线圈17f流过电流，使加强磁极17b的磁力加强。在磁极17d、17e的线圈17g无电流流动。磁极17b的磁力被加强，而与压板1a的凸极P1强力相互吸引，使磁极17b及凸极P1成为相对置的位置。
磁极17c的磁力被抵消，位于凸极P2及P3之间的非磁性体上。磁极17d及17e分别与倾斜方向的凸极P4、P6相互吸引。
(2)步骤2停止磁极17b、17c的线圈17f的电流流动，在磁极17d、17e侧的线圈17g流过电流，使磁极17e的磁力加强。磁极17e与凸极P6强力相互吸引，磁极17d的磁力被抵消，不与凸极P4相互吸引。
因此，压板1a相对于软垫17向该图左方向移动，使磁极17e与凸极P6相对置。磁极17b及17c分别与倾斜方向的凸极P1、P3相互吸引。
(3)步骤3停止磁极17d、17e的线圈17g的电流，在磁极17b、17c侧的线圈17f中流过电流，使磁极17c的磁力加强。磁极17c与凸极P3强力相互吸引，磁极17b的磁力被抵消，不与凸极P1相互吸引。
压板1a相对于软垫17向该图左方向移动，使磁极17c与凸极P3相对置。
(4)步骤4停止磁极17b、17c的线圈17f的电流，在磁极17d、17e侧的线圈17g中流过电流，使磁极17d的磁力加强。磁极17d与凸极P5强力相互吸引，磁极17e的磁力被抵消，不与凸极P6相互吸引。压板1a相对于软垫17向该图左方向移动，使磁极17d与凸极P5相对置。
另外，移动至步骤4的位置之后，如步骤4所示，在线圈17g中持续流过电流，可以将软垫17保持在步骤4的位置。
在设有软垫17的3个支承构件10’内，设置于2个支承构件的软垫17，如图6A所示，磁极17b排列在X轴方向；设置于1个支承构件的软垫，如图6B所示，磁极17b排列在Y轴方向。
如果使磁极排列在Y轴方向上的软垫的磁极17b的磁力如上所述地变化，则平面板1沿Y轴方向移动。使磁极沿X轴方向排列的2个软垫的磁极17b的磁力变化为两者相同，平面板1沿X轴方向移动。若使磁极沿X轴方向排列的2个软垫的磁极17b的磁力在相反方向变化，平面板1绕与XY平面垂直的轴旋转移动(θ移动)。
设置本实施例的载物台装置的顺序，与上述第1实施例同样，对包括具有上述软垫17的3个支承构件10’的支承构件10，施加抵消由平面板1的自重产生的变形的推力，将平面板1载置在支承构件10上，通过空气浮起，在抵消由平面板1的自重所产生的变形的推力施加在平面板1的状态下，使空气锁定机构16b工作并由垫片16a夹持固定盘片16a，固定各支承构件10的高度方向的位置。
由此，若成为对各支承构件10施加了与平面板1的各支承位置的自重对应的力的状态、平面板1的表面高精度地被加工，平面板1的表面保持水平且成为平面。
在此状态下，如上述所，改变软垫的磁极的磁力，使平面板1沿XYθ方向移动。平面板1由空气浮起，所以即使大型也用较小的力顺滑移动。
另外，通常的浮动电机载物台的压板侧不移动而软垫侧移动，但是，在本实施例中其关系相反，软垫侧固定不移动，压板侧移动。
如本实施例，通过利用浮动电机作为驱动机构是，不需要用于移动平面板的机械性的XYθ驱动机构，使载物台的构造简化。而且，减少部件个数而组装容易，可以实现装置的成本降低。而且，可以消除伴随驱动机构的工作的机构部件的磨损、从这里产生的灰尘。
权利要求
1.一种平面载物台装置，具备载置工件的平面板、及在3处以上支承该平面板的支承构件、及使上述平面板至少与该平面平行地移动的移动机构，其特征在于在上述支承构件上设有与平面板相对置配置的空气轴承，上述支承构件由任意的推力使上述平面板在与该平面板的平面垂直的方向上位移，并且保持被选择的位移状态。
2.如权利要求1所述的平面载物台装置，其特征在于，具有上述移动机构具有设置于上述支承构件的空气轴承上的驱动机构，该驱动机构包括具有产生移动磁场的磁极的移动件，及在上述平面板的背面与上述空气轴承相对置而设置的、棋盘格状或条纹状地配置有凸极的平面状的压板。
全文摘要
本发明提供一种平面载物台装置，不使用重的定盘，也可以使平面载物台表面保持高精度的平面，装置重量轻，且制作成本也便宜。由支承构件(10)在3处以上支承载置工件用的平面板(1)。并且，设置将此平面板(1)沿XY轴方向移动的驱动机构。上述支承构件(10)具备与平面板(1)相对置配置的空气轴承，通过该支承构件(10)使上述平面板(1)浮起，并且，用任意的推力使平面板(1)沿与该平面板(1)的平面相垂直的方向位移。而且，使平面板的位移状态保持被选择的位移状态，使上述平面板的载置工件的面保持水平且平面。
文档编号H02K41/02GK1987661SQ20061017014
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者田中米太 申请人:优志旺电机株式会社