(57)【要約】【課題】ステージの姿勢制御を優先して行う際に、位置決め制御の性能低下を可能な限り防止することができる位置決め装置を提供する。【解決手段】位置決め装置１は、Ｘ方向及びＹ方向に推力を発生する平面モータ１１と、平面モータ１１が発生する推力によってＸ方向及びＹ方向への移動及びＺ軸周りの回転が可能なステージ１２と、Ｘ方向及びＹ方向のうちの予め設定された優先方向について、Ｚ軸の周りにステージ１２を回転させる推力を平面モータ１１に優先的に発生させる制御を行う制御装置２０とを備える。【選択図】図１
2010224962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交差する第１，第２方向に推力を発生するモータと、当該モータが発生する推力によって前記第１，第２方向への移動及び前記第１，第２方向に交差する第３方向の周りの回転が可能なステージとを備える位置決め装置において、
前記第１，第２方向のうちの予め設定された優先方向について、前記第３方向の周りに前記ステージを回転させる推力を前記モータに優先的に発生させる制御を行う制御装置を備えることを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第３方向の周りに前記ステージを回転させる推力を前記モータに発生させるための回転推力信号を、当該回転推力信号が前記優先方向に優先的に分配されるように、前記第１方向の推力によって前記ステージを回転させる第１回転推力信号と、前記第２方向の推力によって前記ステージを回転させる第２回転推力信号とに分配する分配部を備えることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記分配部は、前記回転推力信号が、前記優先方向の最大推力を発生させ得る第１最大推力信号と前記優先方向の推力を発生させている第１推力信号との差と、前記優先方向とは異なる非優先方向の最大推力を発生させ得る第２最大推力信号と前記非優先方向の推力を発生させている第２推力信号との差との和以下である場合には、前記回転推力信号を前記第１最大推力信号と前記第１推力信号との差の分だけ前記優先方向に分配し、残りを前記非優先方向に分配することを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記分配部は、前記回転推力信号が、前記優先方向の最大推力を発生させ得る第１最大推力信号と前記優先方向の推力を発生させている第１推力信号との差と、前記優先方向とは異なる非優先方向の最大推力を発生させ得る第２最大推力信号と前記非優先方向の推力を発生させている第２推力信号との差との和よりも大きく、且つ前記第１最大推力信号と、前記第２最大推力信号と前記第２推力信号との差との和以下である場合には、前記回転推力信号を前記第２最大推力信号と前記第２推力信号との差の分だけ前記非優先方向に分配し、前記第１推力信号を制限した上で残りを前記優先方向に分配することを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記分配部は、前記回転推力信号が、前記優先方向の最大推力を発生させ得る第１最大推力信号と、前記優先方向とは異なる非優先方向の最大推力を発生させ得る第２最大推力信号と前記非優先方向の推力を発生させている第２推力信号との差との和よりも大きい場合には、前記優先方向の推力を発生させている第１推力信号を全て制限した上で前記回転推力信号を前記第１最大推力信号の分だけ前記優先方向に分配し、前記第２推力信号を制限した上で残りを前記非優先方向に分配することを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記ステージが静止している状態において所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流を、前記ステージが移動している状態において前記所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流に補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体を所定位置に位置決めする位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位置決め装置は、モータにより駆動されるステージ、ステージの位置や姿勢を測定する測定装置、及び測定装置の測定結果を参照しつつモータの駆動制御を行う制御装置を備えており、ステージ上に搭載された半導体ウェハ、半導体チップ、透明基板、その他の物体を所定位置に精確に位置決めする。この位置決め装置には、リニアモータにより駆動されて直線上におけるステージの位置決めを行うもの、或いはリニアモータ又は平面モータにより駆動されて平面内におけるステージの位置決めを行うもの等の様々なものがある。
【０００３】
以下の特許文献１，２にはＸ方向に推力を発生する２つのＸ軸モータとＹ方向に推力を発生する２つのＹ軸モータとを有する平面モータを備えており、レーザ干渉計によってステージ（スライダ）の位置（Ｘ方向及びＹ方向の位置）及び姿勢（Ｚ軸周りの回転：ヨーイング）を測定しつつ平面モータを駆動してＸＹ面内におけるステージの位置決めを行う位置決め装置が開示されている。この位置決め装置は、平面モータに設けられた２つのＸ軸モータで発生させる推力又は２つのＹ軸モータで発生させる推力を異ならせることによって、ステージの姿勢制御（Ｚ軸周りの回転制御：ヨーイング制御）が可能である。
【０００４】
また、以下の特許文献３には、Ｘ軸方向のリニアモータとＹ軸方向のリニアモータとを２つずつ備えており、これらのリニアモータを駆動してＸＹ平面内におけるステージの位置決めを行う位置決め装置が開示されている。この位置決め装置は、上記の特許文献１，２に開示された位置決め装置と同様に、Ｘ軸方向のリニアモータで発生させる推力又はＹ軸方向のリニアモータで発生させる推力を異ならせることによって、ヨーイング制御が可能である。
【０００５】
更に、以下の特許文献４，５には、直交する二方向（Ｘ方向及びＹ方向）のうちの一方の方向に延びる２つのリニアモータと、他方の方向に延びる１つのリニアモータとを備えており、これらのリニアモータを駆動して平面（ＸＹ平面）内におけるステージの位置決めを行う位置決め装置が開示されている。この位置決め装置は、直交する二方向のうちの一方の方向に延びる２つのリニアモータで発生させる推力を異ならせることによって、ヨーイング制御が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３５４８６５号公報
【特許文献２】特開２００４−３８４２６号公報
【特許文献３】特開平８−６６４２号公報
【特許文献４】特開平６−１６３３５９号公報
【特許文献５】特開２００６−３１２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、位置決め装置には高い位置決め精度が要求されるため、ステージの位置や姿勢を測定する測定装置にはレーザ干渉計が用いられることが多い。レーザ干渉計は、Ｘ方向及びＹ方向に沿ってレーザ光を照射し、ステージに取り付けられた反射鏡、或いはステージの外部に配置された反射鏡からの反射光を受光してステージの位置や姿勢を測定するものであるため、ステージのＺ軸周りの回転角があまりにも大きくなるとステージの位置及び姿勢の測定が不可能になる。このため、位置決め装置におけるステージの制御は、Ｘ方向及びＹ方向の位置制御よりもヨーイング制御を優先して行う必要がある。
【０００８】
ここで、前述した特許文献１〜５に開示された位置決め装置は、何れもステージのＸ方向及びＹ方向の位置制御のみならずヨーイング制御を行うことが可能である。具体的に、特許文献１〜３に開示された位置決め装置は、Ｘ方向の推力を用いたヨーイング制御も、Ｙ方向の推力を用いたヨーイング制御も可能である、これに対し、特許文献４，５に開示された位置決め装置は、Ｘ方向の推力及びＹ方向の推力の何れか一方の推力を用いたヨーイング制御のみが可能である。
【０００９】
特許文献１〜３に開示された位置決め装置のように、Ｘ方向の推力とＹ方向の推力との何れの推力を用いてもヨーイング制御が可能な位置決め装置は、ヨーイング制御に必要となる推力を適切に分配して（Ｘ方向の推力とＹ方向の推力とに分配して）発生させる必要がある。かかる分配が適切でない場合には、モータで発生される推力が制限されることがあり、モータの性能が十分に活かされないことが原因で位置決め装置の性能低下を招いてしまうという問題が生ずる。
【００１０】
例えば、ステージをＸ方向に移動させるべく、モータにＸ方向の推力が発生している場合を考える。かかる場合において、Ｘ方向の推力のみを用いてヨーイング制御を行おうとすると、ヨーイング制御に必要なＸ方向の推力がモータで発生し得る残りの推力よりも大きい場合には、ヨーイング制御に必要なＸ方向の推力を得るためにＸ方向への移動に用いられる推力が制限されてしまう。すると、ステージの移動に時間を要して位置決めに要する時間が長くなり、位置決め装置の性能低下を招いてしまう。Ｘ方向の推力及びＹ方向の推力が共にモータで発生している場合においても、適切な推力分配を行わないと位置決め制御の性能低下を招いてしまう。
【００１１】
前述した特許文献３に開示された位置決め装置では、Ｘ軸方向のリニアモータで発生し得る推力の最大値と発生している推力との差と、Ｙ軸方向のリニアモータで発生し得る推力の最大値と発生している推力との差とを比較し、差の大きなリニアモータ側により大きな回転トルクを分配している。しかしながら、この分配方法は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のリニアモータの何れか一方で発生し得る残りの推力をヨーイング制御に用いているだけであり、ヨーイング制御に必要な推力が不足することが考えられる。
【００１２】
そもそも、特許文献３に開示された位置決め装置は、Ｘ方向及びＹ方向の位置制御に必要な推力を確保した残りの推力でヨーイング制御を行っており、Ｘ方向及びＹ方向の位置制御がヨーイング制御よりも優先されることを前提とするものである。このため、特許文献３に開示された分配方法を、ヨーイング制御がＸ方向及びＹ方向の位置制御よりも優先される位置決め装置に適用することはできない。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ステージの姿勢制御を優先して行う際に、位置決め制御の性能低下を可能な限り防止することができる位置決め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】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の位置決め装置は、交差する第１，第２方向（Ｘ，Ｙ方向）に推力を発生するモータ（１１）と、当該モータが発生する推力によって前記第１，第２方向への移動及び前記第１，第２方向に交差する第３方向（Ｚ方向）の周りの回転が可能なステージ（１２）とを備える位置決め装置（１、２）において、前記第１，第２方向のうちの予め設定された優先方向について、前記第３方向の周りに前記ステージを回転させる推力を前記モータに優先的に発生させる制御を行う制御装置（２０、５０）を備えることを特徴としている。
この発明によると、ヨーイング制御のための推力が優先軸で優先的に発生するように、制御装置によってモータが制御される。
また、本発明の位置決め装置は、前記制御装置が、前記第３方向の周りに前記ステージを回転させる推力を前記モータに発生させるための回転推力信号（Ｆθ）を、当該回転推力信号が前記優先方向に優先的に分配されるように、前記第１方向の推力によって前記ステージを回転させる第１回転推力信号（Ｆθ１）と、前記第２方向の推力によって前記ステージを回転させる第２回転推力信号（Ｆθ２）とに分配する分配部（３３）を備えることを特徴としている。
ここで、本発明の位置決め装置において、前記分配部は、前記回転推力信号が、前記優先方向の最大推力を発生させ得る第１最大推力信号（ＦＸｍ）と前記優先方向の推力を発生させている第１推力信号（ＦＸ）との差（ΔＦＸ）と、前記優先方向とは異なる非優先方向の最大推力を発生させ得る第２最大推力信号（ＦＹｍ）と前記非優先方向の推力を発生させている第２推力信号（ＦＹ）との差（ΔＦＹ）との和以下である場合には、前記回転推力信号を前記第１最大推力信号と前記第１推力信号との差の分だけ前記優先方向に分配し、残りを前記非優先方向に分配することを特徴としている。
若しくは、前記分配部は、前記回転推力信号が、前記優先方向の最大推力を発生させ得る第１最大推力信号（ＦＸｍ）と前記優先方向の推力を発生させている第１推力信号（ＦＸ）との差（ΔＦＸ）と、前記優先方向とは異なる非優先方向の最大推力を発生させ得る第２最大推力信号（ＦＹｍ）と前記非優先方向の推力を発生させている第２推力信号（ＦＹ）との差（ΔＦＹ）との和よりも大きく、且つ前記第１最大推力信号と、前記第２最大推力信号と前記第２推力信号との差との和以下である場合には、前記回転推力信号を前記第２最大推力信号と前記第２推力信号との差の分だけ前記非優先方向に分配し、前記第１推力信号を制限した上で残りを前記優先方向に分配することを特徴としている。
又は、前記分配部は、前記回転推力信号が、前記優先方向の最大推力を発生させ得る第１最大推力信号（ＦＸｍ）と、前記優先方向とは異なる非優先方向の最大推力を発生させ得る第２最大推力信号（ＦＹｍ）と前記非優先方向の推力を発生させている第２推力信号（ＦＹ）との差（ΔＦＹ）との和よりも大きい場合には、前記優先方向の推力を発生させている第１推力信号を全て制限した上で前記回転推力信号を前記第１最大推力信号の分だけ前記優先方向に分配し、前記第２推力信号を制限した上で残りを前記非優先方向に分配することを特徴としている。
また、本発明の位置決め装置は、前記ステージが静止している状態において所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ２１、Ｄ２２）を、前記ステージが移動している状態において前記所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流（Ｄ１１′、Ｄ１２′、Ｄ２１′、Ｄ２２′）に補正する補正部（５４ａ〜５４ｄ）を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、制御装置がモータを制御してヨーイング制御のための推力を優先軸で優先的に発生させているため、ステージの姿勢制御を優先して行うべく位置制御のための推力をヨーイング制御のために制限しなければならない場合には、優先軸における位置制御のための推力が優先軸とは異なる非優先軸における位置制御のための推力よりも優先して制限されることになる。これにより、非優先方向については位置制御のための推力が制限されることが少なくなるため、位置決め制御の性能低下を可能な限り防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態による位置決め装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】スライダ部１１ｂが備えるモータコアを示す平面図である。
【図３】分配部３３の内部構成を示すブロック図である。
【図４】推力分配器４５で行われる推力信号ＦＸ，ＦＹ，Ｆθ′の分配処理を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態による位置決め装置の要部構成を示すブロック図である。
【図６】モータの静的な電流推力特性及び動的な電流推力特性の一例を示す図である。
【図７】分配部５３の内部構成を示すブロック図である。
【図８】Ｘ軸推力残算出器６２ａで行われる処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による位置決め装置について詳細に説明する。
【００１８】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による位置決め装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の位置決め装置１は、ステージ装置１０及び制御装置２０を備えており、制御装置２０がステージ装置１０を制御してステージ装置１０に設けられたステージ１２の位置決めを行う。この位置決め装置１は、例えば半導体デバイスが形成されたウェハを搬送するプローバ、封止された半導体デバイスを搬送するハンドラ等に設けられる。
【００１９】
尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。但し、説明の便宜のため、各図に示すＸＹＺ直交座標系の原点は固定せずに、各図毎にその位置を適宜変更するものとする。図１に示すＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が水平面に平行な面に含まれるよう設定され、Ｚ軸が鉛直方向に沿う方向に設定されている。
【００２０】
ステージ装置１０は、平面モータ１１（モータ）、ステージ１２、レーザ干渉計１３、Ｘ軸ミラー１４、及びＹ軸ミラー１５を備える。このステージ装置１０は、ステージ１２のＸＹ面内における位置を測定して測定信号Ｐ１〜Ｐ３を制御装置２０に出力するとともに、制御装置２０から出力される駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２に従ってステージ１２を駆動する。
【００２１】
平面モータ１１は、固定子としての格子プラテン１１ａと可動子としてのスライダ部１１ｂとを備えており、ＸＹ面に平行な面内でステージ１２を駆動する。格子プラテン１１ａは、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定ピッチで歯（突極：図示省略）が配列形成された面を有する平板状の部材であり、歯が配列形成された面を上側（＋Ｚ方向）に向けて水平に固定配置されている。この格子プラテン１１ａは、例えば磁性体の平坦面に格子状に溝を切ることによって形成される。
【００２２】
スライダ部１１ｂは、格子プラテン１１ａ上においてＸＹ面に平行な面内で移動可能に構成されており、制御装置２０の制御の下でＸＹ面内で移動され、所定の位置に位置決めされる。このスライダ部１１ｂは、Ｘ方向の推力を発生させるための２つのＸ軸モータコア（Ｘ１軸モータコアＣ１１、Ｘ２軸モータコアＣ１２）と、Ｙ方向の推力を発生させるための２つのＹ軸モータコア（Ｙ１軸モータコアＣ２１、Ｙ２軸モータコアＣ２２）とを備える。
【００２３】
図２は、スライダ部１１ｂが備えるモータコアを示す平面図である。図２に示す通り、Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２は、平面視の形状が長方形形状（Ｙ方向の長さがＸ方向の長さよりも僅かに長い長方形形状）であって、Ｙ１軸モータコアＣ２１がＹ２軸モータコアＣ２２の＋Ｘ側に位置するように隣接配置されている。これに対し、Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２は、平面視の形状がＸ方向に延びる長方形形状（Ｘ方向の長さがＹ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２のＸ方向の長さの和と同程度）であって、Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２をＹ方向に挟持するように配置されている。具体的には、Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２の−Ｙ側にＸ１軸モータコアＣ１１が隣接し、＋Ｙ側にＸ２軸モータコアＣ１２が隣接するようにそれぞれ配置されている。
【００２４】
また、図２において、符号Ｑ１１，Ｑ１２が付された点は、Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２の各々によって発生する推力（Ｘ方向の推力）の中心位置（推力発生中心）を示している。同様に、符号Ｑ２１，Ｑ２２が付された点は、Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２の各々によって発生する推力（Ｙ方向の推力）の中心位置（推力発生中心）を示している。図２に示す通り、推力発生中心Ｑ１１と推力発生中心Ｑ１２とはＸ方向の位置が同じであり推力発生中心Ｑ２１と推力発生中心Ｑ２２とはＹ方向の位置が同じである。また、推力発生中心Ｑ２１（推力発生中心Ｑ２２）と推力発生中心Ｑ１１，Ｑ１２とのＹ方向の距離はＬ１であり、推力発生中心Ｑ１１（推力発生中心Ｑ１２）と推力発生中心Ｑ２１，Ｑ２２とのＸ方向の距離はＬ２である。
【００２５】
駆動装置２０から出力される駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２がＸ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２にそれぞれ供給され、駆動電流Ｄ２１，Ｄ２２がＹ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２にそれぞれ供給される。駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２の電流値を同じにすることでスライダ部１１ｂをＸ方向に並進させることができ、駆動電流Ｄ２１，Ｄ２２の電流値を同じにすることでスライダ部１１ｂをＹ方向に並進させることができる。また、駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２の電流値と駆動電流Ｄ２１，Ｄ２２の電流値との少なくとも一方を異ならせることにより、スライダ部１１ｂをＺ軸の周りで回転させることができる。
【００２６】
ここで、Ｘ１軸モータコアＣ１１によって発生する推力をｆ１１、Ｘ２軸モータコアＣ１２によって発生する推力をｆ１２とする。また、Ｙ１軸モータコアＣ２１によって発生する推力をｆ２１、Ｙ２軸モータコアＣ２２によって発生する推力をｆ２２とする。これらの推力が発生している場合には、Ｘ方向の推力の大きさは（ｆ１１＋ｆ１２）であり、Ｙ方向の推力の大きさは（ｆ２１＋ｆ２２）である。また、Ｚ軸周りの回転方向の推力の大きさは（ｆ１１−ｆ１２）Ｌ１＋（ｆ２１−ｆ２２）Ｌ２である。
【００２７】
スライダ部１１ｂは、格子プラテン１１ａに対面する裏面にノズル（図示省略）が形成されており、このノズルから格子プラテン１１ａに向けて圧縮空気を噴射することによってスライダ部１１ｂ上に浮揚する。ステージ１２はスライダ部１１ｂの上面に固定されており、例えば半導体デバイスが形成されたウェハや封止された半導体素子等のターゲット（図示省略）がその上面に搭載される。
【００２８】
レーザ干渉計１３は、Ｘ軸ミラー１４にレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射し、これらの反射光をそれぞれ受光することでＸ軸ミラー１４までの距離を測定し、その測定結果を示す測定信号Ｐ１，Ｐ２を出力する。また、Ｙ軸ミラー１５にレーザ光Ｌ３を照射し、その反射光を受光することでＹ軸ミラー１５までの距離を測定し、その測定結果を示す測定信号Ｐ３を出力する。
【００２９】
Ｘ軸ミラー１４は、Ｘ軸に直交してＹ方向に延びる反射面を有しており、格子プラテン１１ａの＋Ｘ側の端部に固定配置されている。Ｙ軸ミラー１５は、Ｙ軸に直交してＸ方向に延びる反射面を有しており、格子プラテン１１ａの＋Ｙ側の端部に固定配置されている。これらＸ軸ミラー１４及びＹ軸ミラー１５はＺ方向に所定の高さを有しており、レーザ干渉計１３から照射されるレーザ光Ｌ１〜Ｌ３を反射する。
【００３０】
制御装置２０は、指令信号発生部２１、サーボドライバ部２２、座標変換部２３、及び速度変換部２４を備える。この制御装置２０は、ステージ装置１０に設けられたレーザ干渉計１３から出力される測定信号Ｐ１〜Ｐ３を参照しつつ駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２を出力して、格子プラテン１１ａ上におけるスライダ部１１ｂ（ステージ１２）のＸ方向及びＹ方向の位置制御、及びＺ軸周りの回転制御（ヨーイング制御）を行って、ステージを所定位置に位置決めする。ここで、制御装置２０は、ステージ１２のＸ方向及びＹ方向の位置制御よりもＺ軸周りの回転制御（ヨーイング制御）を優先して行う。
【００３１】
指令信号発生部２１は、ＸＹ平面内におけるステージ１２の目標位置及び目標姿勢（格子プラテン１１ａ上におけるスライダ部１１ｂの目標位置及び目標姿勢）を示す指令信号等の各種指令信号を出力する。具体的に、指令信号発生部２１は、ステージ１２のＸ方向の目標位置を示す指令信号Ｓ１、Ｙ方向の目標位置を示す指令信号Ｓ２、及びＺ軸周りの目標回転角を示す指令信号Ｓ３を出力する。また、ステージ１２のヨーイング制御のための推力を、Ｘ軸（Ｘ１軸モータコアＣ１１、Ｘ２軸モータコアＣ１２）で優先的に発生させるか、又はＹ軸（Ｙ１軸モータコアＣ２１、Ｙ２軸モータコアＣ２２）で優先的に発生させるかを指示する優先軸指令信号ＳＰを出力する。尚、ヨーイング制御のための推力をＸ軸モータコア及びＹ軸モータコアの何れに優先的に発生させるかは、予めユーザによって設定される。
【００３２】
更に、指令信号発生部２１は、ステージ１２の位置制御及びヨーイング制御を行う上で必要となる制御情報Ｊ１，Ｊ２を出力する。具体的に、制御情報Ｊ１にはＸ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２に対する最大電流を示す情報が含まれ、制御情報Ｊ２にはＹ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２に対する最大電流を示す情報が含まれる。
【００３３】
サーボドライバ部２２は、減算器３１ａ〜３１ｃ、Ｘ軸制御部３２ａ、Ｙ軸制御部３２ｂ、θ軸制御部３２ｃ、分配部３３、加算器３４、減算器３５，３６、加算器３７、Ｘ１電流駆動インバータ３８ａ、Ｘ２電流駆動インバータ３８ｂ、Ｙ１電流駆動インバータ３９ａ、及びＹ２電流駆動インバータ３９ｂを備える。そして、座標変換部２３から出力される位置信号ＰＸ，ＰＹ，Ｐθ及び速度変換部２４から出力される速度信号ＶＸ，ＶＹ，Ｖθを参照しつつ、指令信号発生部２１から出力される指令信号Ｓ１〜Ｓ３、優先軸指令信号ＳＰ、及び制御情報Ｊ１，Ｊ２に基づいて平面モータ１１を駆動する駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２を生成する。
【００３４】
減算器３１ａは、指令信号発生部２１から出力される指令信号Ｓ１と座標変換部２３から出力される位置信号ＰＸ（ステージ１２のＸ方向の位置を示す信号）との差分を示す位置誤差信号を算出する。減算器３１ｂは、指令信号発生部２１から出力される指令信号Ｓ２と座標変換部２３から出力される位置信号ＰＹ（ステージ１２のＹ方向の位置を示す信号）との差分を示す位置誤差信号を算出する。減算器３１ｃは、指令信号発生部２１から出力される指令信号Ｓ３と座標変換部２３から出力される位置信号Ｐθ（ステージ１２のＺ軸周りの回転方向の位置（回転角）を示す信号）との差分を示す位置誤差信号を算出する。
【００３５】
Ｘ軸制御部３２ａは、速度変換部２４から出力される速度信号ＶＸ（ステージ１２のＸ方向の速度を示す信号）を参照しつつ、減算器３１ａから出力される位置誤差信号を零にし得る推力信号ＦＸを出力する。Ｙ軸制御部３２ｂは、速度変換部２４から出力される速度信号ＶＹ（ステージ１２のＹ方向の速度を示す信号）を参照しつつ、減算器３１ｂから出力される位置誤差信号を零にし得る推力信号ＦＹを出力する。θ軸制御部３２ｃは、速度変換部２４から出力される速度信号Ｖθ（ステージ１２のＺ軸周りの回転方向の速度を示す信号）を参照しつつ、減算器３１ｃから出力される位置誤差信号を零にし得る推力信号Ｆθ（回転推力信号）を出力する。尚、推力信号ＦＸ，ＦＹの単位は［Ｎ（ニュートン）］であり、推力指令信号Ｆθの単位は［Ｎｍ（ニュートンメートル）］である。
【００３６】
分配部３３は、Ｘ軸制御部３２ａから出力される推力信号ＦＸ、Ｙ軸制御部３２ｂから出力される推力信号ＦＹ、及びθ軸制御部３２ｃから出力される推力信号Ｆθを、推力信号ＦＸ１，ＦＹ１，Ｆθ１，Ｆθ２に分配する。具体的には、ヨーイング制御のために必要となる推力が、指令信号発生部２１から出力される優先軸指令信号ＳＰで指示される軸で優先的に発生するように、推力信号ＦＸ，ＦＹ，Ｆθを推力信号ＦＸ１，ＦＹ１，Ｆθ１，Ｆθ２に分配する。
【００３７】
ここで、推力信号ＦＸ１は、ステージ１２のＸ方向の位置制御を行うために平面モータ１１で発生させるべきＸ方向の推力を指示する信号である。また、推力信号ＦＹ１は、ステージ１２のＹ方向の位置制御を行うために平面モータ１１で発生させるべきＹ方向の推力を指示する信号である。推力信号Ｆθ１（第１回転推力信号）はステージ１２のヨーイング制御のために平面モータ１１で発生させるべきＸ方向の推力を指示する信号であり、推力信号Ｆθ２（第２回転推力信号）はステージ１２のヨーイング制御のために平面モータ１１で発生させるべきＹ方向の推力を指示する信号である。
【００３８】
図３は、分配部３３の内部構成を示すブロック図である。図３に示す通り、分配部３３は、Ｘ軸最大推力算出器４１ａ、Ｙ軸最大推力算出器４１ｂ、Ｘ軸推力残算出器４２ａ、Ｙ軸推力残算出器４２ｂ、係数演算器４３ａ，４３ｂ、単位変換器４４、推力分配器４５、及び逆係数演算器４６ａ，４６ｂを備える。Ｘ軸最大推力算出器４１ａ及びＹ軸最大推力算出器４１ｂは、指令信号発生部２１からの制御情報Ｊ１，Ｊ２に基づいて、Ｘ軸モータコア（Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２）及びＹ軸モータコア（Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２）の最大推力を発生させ得る最大推力信号ＦＸｍ，ＦＹｍをそれぞれ算出する。
【００３９】
Ｘ軸推力残算出器４２ａは、Ｘ軸制御部３２ａから出力される推力信号ＦＸとＸ軸最大推力算出器４１ａで求められた最大推力信号ＦＸｍとの差分を示す差分信号ΔＦＸを算出する。同様に、Ｙ軸推力残算出器４２ｂは、Ｙ軸制御部３２ｂから出力される推力信号ＦＹとＹ軸最大推力算出器４１ｂで求められた最大推力信号ＦＹｍとの差分を示す差分信号ΔＦＹを算出する。ここで、差分信号ΔＦＸはＸ軸モータコアの残りの推力（推力残）の全てを発生させ得る信号であり、差分信号ΔＦＹはＹ軸モータコアの残りの推力（推力残）の全てを発生させ得る信号である。
【００４０】
係数演算器４３ａ，４３ｂは、図２に示すモータコア（Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２並びにＹ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２）の配置に応じて、Ｘ軸推力算出器４２ａ及びＹ軸推力算出器４２ｂで算出された差分信号ΔＦＸ，ΔＦＹを正規化する演算を行う。ヨーイング制御に必要となる推力は各モータコアの推力発生中心の位置に応じて異なるため制御が複雑化する。かかる複雑化を避けるために上記の正規化の演算を行っている。具体的に、Ｘ軸モータコアを基準とする場合には、係数演算器４３ａは差分信号ΔＦＸに対して係数ｋｘ＝Ｌ１／Ｌ１を乗算して差分信号ΔＦＸ′とし、係数演算器４３ｂは差分信号ΔＦＹに対して係数ｋｙ＝Ｌ２／Ｌ１を乗算して差分信号ΔＦＹ′とする。
【００４１】
単位変換器４４は、θ軸制御部３２ｃから出力される推力信号Ｆθの単位を変換する。具体的には、Ｘ軸モータコアを基準とする場合には、推力信号ＦＸを長さＬ１で除算する演算を行う。これにより、単位が［Ｎｍ］である推力信号Ｆθは、単位が［Ｎ］である推力信号Ｆθ′に変換される。推力分配器４５は、Ｘ軸最大推力算出器４１ａ及びＹ軸最大推力算出器４１ｂから出力される最大推力信号ＦＸｍ，ＦＹｍ、並びに係数演算器４３ａ，４３ｂから出力される差分信号ΔＦＸ′，ΔＦＹ′を用いて、推力信号Ｆθ′が優先軸指令信号ＳＰで指示される軸（優先軸）に優先的に分配されるように、推力信号ＦＸ，ＦＹ，Ｆθ′を推力信号ＦＸ１，ＦＹ１，Ｆθ１′，Ｆθ２′に分配する。
【００４２】
具体的に、推力分配器４５は、推力信号Ｆθ′と差分信号ΔＦＸ′，ΔＦＹ′又は優先軸における最大推力信号との大小関係が以下の第１〜第３条件の何れを満たすかに応じて異なる分配処理を行う。尚、以下では、優先軸がＸ軸であるとし、優先軸とは異なる軸（非優先軸）がＹ軸であるとする。
・第１条件：推力信号Ｆθ′が差分信号ΔＦＸ′，ΔＦＹ′の和以下
・第２条件：推力信号Ｆθ′が差分信号ΔＦＸ′，ΔＦＹ′の和よりも大きく、且つ優先軸についての最大推力信号（最大推力信号ＦＸｍ）と非優先軸についての差分信号（差分信号ΔＦＹ′）との和以下
・第３条件：推力信号Ｆθ′が優先軸についての最大推力信号（最大推力信号ＦＸｍ）と非優先軸についての差分信号（差分信号ΔＦＹ′）との和よりも大きい
【００４３】
図４は、推力分配器４５で行われる推力信号ＦＸ，ＦＹ，Ｆθ′の分配処理を説明するための図であって、（ａ）〜（ｃ）は上記第１〜第３条件が満たされる場合にそれぞれ行われる分配処理を説明する図である。尚、図４中においては、推力信号ＦＸ，ＦＹ，ＦＸ１，ＦＹ１，Ｆθ′，Ｆθ１′，Ｆθ２′を矢印で表しており、これら推力信号の大きさを矢印の長さで表現している。
【００４４】
上記第１条件が満たされる場合には、図４（ａ）に示す通り、推力信号Ｆθ′を差分信号ΔＦＸ′の分だけ優先軸（Ｘ軸）の推力信号Ｆθ１′として分配し、残りを非優先軸（Ｙ軸）の推力信号Ｆθ２′として分配する。ここで、上記第１条件が満たされる場合には、推力分配器４５に入力される推力信号ＦＸ，ＦＹは、推力信号Ｆθ′の分配のために制限されることはない。このため、推力信号ＦＸ，ＦＹは大きさが変わることなく推力信号ＦＸ１，ＦＹ１としてそれぞれ出力される。
【００４５】
上記第２条件が満たされる場合には、図４（ｂ）に示す通り、推力信号Ｆθ′を差分信号ΔＦＹ′の分だけ非優先軸（Ｙ軸）の推力信号Ｆθ２′として分配し、推力信号ＦＸを制限した上で残りを優先軸（Ｘ軸）の推力信号Ｆθ１′として分配する。ここで、上記第２条件が満たされる場合には、推力分配器４５に入力される推力信号ＦＸは制限されるが推力信号ＦＹは制限されない。このため、推力信号ＦＹは大きさが変わることなく推力信号ＦＹ１として出力される。
【００４６】
上記第３条件が満たされる場合には、図４（ｃ）に示す通り、まず優先軸の推力信号ＦＸを全て制限した上で、推力信号Ｆθ′を最大推力信号ＦＸｍの分だけ優先軸（Ｘ軸）の推力信号Ｆθ１′として分配する。次いで、非優先軸の推力信号ＦＹを制限した上で残りを非優先軸（Ｙ軸）の推力信号Ｆθ２′として分配する。このように、上記第３条件が満たされる場合には、推力分配器４５に入力される推力信号ＦＸ，ＦＹが共に制限されて推力信号ＦＸ１，ＦＹ１として出力される。尚、推力信号Ｆθ′が優先軸についての最大推力信号（最大推力信号ＦＸｍ）と非優先軸についての最大推力（最大推力信号ＦＹｍ）との和よりも大きい場合には、ヨーイング制御に必要となる推力を発生させることができないため、例えば制御装置２０によるステージ装置１０の制御を中断しても良い。
【００４７】
逆係数演算器４６ａ，４６ｂは、図２に示すモータコア（Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２並びにＹ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２）の配置に応じて、推力信号Ｆθ１′，Ｆθ２′を変換する演算を行う。具体的には、推力分配器４５から出力される推力信号Ｆθ１′，Ｆθ２′に対して、係数演算器４３ａ，４３ｂで用いられる係数ｋｘ，ｋｙの逆数を乗算してそれぞれ推力信号Ｆθ１，Ｆθ２とする。
【００４８】
図１に戻り、加算器３４は分配部３３から出力される推力信号ＦＸ１と推力信号Ｆθ１とを加算し、減算器３５は推力信号ＦＸ１から推力信号Ｆθ１を減算する。減算器３６は分配部３３から出力される推力信号Ｆθ２から推力信号ＦＹ１を減算し、加算器３７は推力信号Ｆθ２と推力信号ＦＹ１とを加算する。Ｘ１電流駆動インバータ３８ａは加算器３４で得られる推力信号から駆動電流Ｄ１１を生成し、Ｘ２電流駆動インバータ３８ｂは減算器３５で得られる推力信号から駆動電流Ｄ１２を生成する。Ｙ１電流駆動インバータ３９ａは減算器３６で得られる推力信号から駆動電流Ｄ２１を生成し、Ｙ２電流駆動インバータ３９ｂは加算器３７で得られる推力信号から駆動電流Ｄ２２を生成する。
【００４９】
座標変換部２３は、レーザ干渉計１３から出力される測定信号Ｐ１〜Ｐ３を用いて、ステージ１２のＸ方向の位置を示す位置信号ＰＸ、Ｙ方向の位置を示す位置信号ＰＹ、及びＺ軸周りの回転方向の位置（回転角）を示す位置信号Ｐθを求める。速度変換部２４は、座標変換部２３から出力される位置信号ＰＸ，ＰＹ，Ｐθを微分し、ステージ１２のＸ方向の速度を示す速度信号ＶＸ、Ｙ方向の速度を示す速度信号ＶＹ、及びＺ軸周りの回転方向の速度を示す速度信号Ｖθを求める。
【００５０】
次に、以上の構成の位置決め装置１の動作について簡単に説明する。まず、ステージ装置１０が制御装置２０によって制御されるに先立ち、制御装置２０が備える指令信号発生部２１からサーボドライバ部２２に対して優先軸指令信号ＳＰ及び制御情報Ｊ１，Ｊ２が出力される。これによって、分配部３３に設けられる推力分配器４５で優先軸が設定されるとともに、最大推力信号ＦＸｍ，ＦＹｍを算出するための制御情報がＸ軸最大推力算出部４１ａ及びＹ軸最大推力算出部４１ｂに設定される。
【００５１】
以上の処理が終了し、指令信号発生部２１から指令信号Ｓ１〜Ｓ３が出力されると制御装置２０によるステージ装置１０の制御が開始される。指令信号発生部２１から出力された指令信号Ｓ１〜Ｓ３は、サーボドライバ部２２の減算器３１ａ〜３１ｃにそれぞれ入力され、座標変換部２３から出力される位置信号ＰＸ，ＰＹ，Ｐθとの差分を示す位置誤差信号がそれぞれ算出される。
【００５２】
減算器３１ａ〜３１ｃで得られた位置誤差信号は、Ｘ軸制御部３２ａ、Ｙ軸制御部３２ｂ、及びθ軸制御部３２ｃに入力される。そして、Ｘ軸制御部３２ａ、Ｙ軸制御部３２ｂ、及びθ軸制御部３２ｃにおいて、速度変換部２４から出力される速度信号ＶＸ，ＶＹ，Ｖθを参照しつつそれぞれの位置誤差信号を零にし得る推力信号ＦＸ，ＦＹ，Ｆθが求められて出力される。これら推力信号ＦＸ，ＦＹ，Ｆθは、分配部３３に入力される。
【００５３】
分配部３３に入力された推力信号ＦＸ，ＦＹは、推力分配器４５に入力される。一方、分配部３３に入力された推力信号Ｆθは、単位変換器４４で単位が異なる推力信号Ｆθ′に変換された後に推力分配器４５に入力される。また、推力信号ＦＸはＸ軸推力残算出器４２ａに入力され、推力信号ＦＹはＹ軸推力残算出器４２ｂに入力される。Ｘ軸推力残算出器４２ａではＸ軸最大推力算出器４１ａから出力される最大推力信号ＦＸｍと推力信号ＦＸとの差分を示す差分信号ΔＦＸが算出され、Ｙ軸推力残算出器４２ｂではＹ軸最大推力算出器４１ｂから出力される最大推力信号ＦＹｍと推力信号ＦＹとの差分を示す差分信号ΔＦＹが算出される。これらの差分信号ΔＦＸ，ΔＦＹは、係数演算器４３ａ，４３ｂで差分信号ΔＦＸ′，ΔＦＹ′にそれぞれ変換された後に推力分配器４５に入力される。尚、Ｘ軸最大推力算出器４１ａ及びＹ軸推力残算出器４２ｂから出力される最大推力信号ＦＸｍ及び最大推力信号ＦＹｍも推力分配器４５に入力される。
【００５４】
推力分配器４５は、入力される推力信号Ｆθ′と差分信号ΔＦＸ′，ΔＦＹ′及び優先軸における最大推力信号との大小関係が前述した第１〜第３条件の何れを満たすかを判断し、満たされる条件に応じた分配処理を行う。つまり、前述した第１条件が満たされる場合には、図４（ａ）を用いて説明した通り、推力信号ＦＸ，ＦＹを制限することなく、推力信号Ｆθ′を優先軸（Ｘ軸）に優先的に分配する。前述した第２条件が満たされる場合には、図４（ｂ）を用いて説明した通り、優先軸（Ｘ軸）の推力信号である推力信号ＦＸのみを制限して推力信号Ｆθ′を優先軸（Ｘ軸）に優先的に分配する。前述した第３条件が満たされる場合には、図４（ｃ）を用いて説明した通り、優先軸（Ｘ軸）の推力信号である推力信号ＦＸ及び非優先軸（Ｙ軸）の推力信号である推力信号ＦＹをともに制限して推力信号Ｆθ′を優先軸（Ｘ軸）に優先的に分配する。
【００５５】
推力分配器４５で分配された推力信号ＦＸ１は加算器３４及び減算器３５に入力され、推力信号ＦＹ１は減算器３６及び加算器３７に入力される。これに対し、推力分配器４５で分配された推力信号Ｆθ１′，Ｆθ２′は、逆係数演算器４６ａ，４６ｂで推力信号Ｆθ１，Ｆθ２にそれぞれ変換され、推力信号Ｆθ１が加算器３４及び減算器３５に入力され、推力信号Ｆθ１は減算器３６及び加算器３７に入力される。
【００５６】
加算器３４に入力された推力信号ＦＸ１には推力信号Ｆθ１が加算され、減算器３５に入力された推力信号ＦＸ１からは推力信号Ｆθ１が減算される。また、減算器３６に入力された推力信号Ｆθ２からは推力信号ＦＹ１が減算され、加算器３７に入力された推力信号Ｆθには推力信号Ｆθ２が加算される。加算器３４、減算器３５，３６、及び加算器３７で得られた推力信号は、Ｘ１電流駆動インバータ３８ａ、Ｘ２電流駆動インバータ３８ｂ、Ｙ１電流駆動インバータ３９ａ、及びＹ２電流駆動インバータ３９ｂにそれぞれ入力され、駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２が生成される。
【００５７】
生成された駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２は、スライダ部１１ｂに設けられたＸ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２並びにＹ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２にそれぞれ供給され、これにより平面モータ１１が駆動される。ステージ１２のＸ方向及びＹ方向の位置並びにＺ軸周りの回転方向の位置はレーザ干渉計１３で常時測定されおり、レーザ干渉計１３の測定結果が測定信号Ｐ１〜Ｐ３としてサーボドライバ部２２にフィードバックされ、座標変換部２３で位置信号ＰＸ，ＰＹ，Ｐθに変換されるとともに速度変換部２４で速度信号ＶＸ，ＶＹ，Ｖθに変換される。そして、これら、位置信号ＰＸ，ＰＹ，Ｐθ及び速度信号ＶＸ，ＶＹ，Ｖθを参照しつつフィードバック制御が行われてステージ１２の位置決めが行われる。
【００５８】
以上説明した通り、本実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸の何れか一方の軸を優先軸に設定し、ヨーイング制御のための推力を優先軸で優先的に発生させるように制御装置２０で制御している。かかる制御によって、位置制御のための推力をヨーイング制御のために制限しなければならない場合には、優先軸における位置制御のための推力が非優先軸における位置制御のための推力よりも優先して制限されることになる。これにより、非優先方向については位置制御のための推力が制限されることが少なくなり、位置決め制御の性能低下を可能な限り防止することができる。
【００５９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態による位置決め装置について説明する。図５は、本発明の第２実施形態による位置決め装置の要部構成を示すブロック図である。図５に示す通り、本実施形態の位置決め装置２は、ステージ装置１０及び制御装置５０を備えており、制御装置５０がステージ装置１０を制御してステージ装置１０に設けられたステージ１２の位置決めを行う。尚、図５において、図１に示したブロックと同一のブロック部については同一の符号を付してある。
【００６０】
前述した第１実施形態による位置決め装置１は、平面モータ１１の動的な電流推力特性を考慮せずに平面モータ１１の静的な電流推力特性のみを考慮して設計された制御装置２０がステージ装置１０を制御するものであった。これに対し、本実施形態の位置決め装置２は、平面モータ１１の動的な電流推力特性を考慮して設計された制御装置５０を備えており、この制御装置５０によって平面モータ１１を制御することで、より高い位置決め精度を実現するものである。ここで、上記の静的な電流推力特性とは、ステージ１２が静止している状態における平面モータ１１の電流推力特性である。これに対し、動的な電流推力特性とは、実際の運用時のように、ステージ１２が移動している状態における平面モータ１１の電流推力特性である。
【００６１】
図６は、モータの静的な電流推力特性及び動的な電流推力特性の一例を示す図である。尚、図６においては、モータに与える駆動電流を横軸にとり、モータで発生する推力を縦軸にとっている。平面モータ１１が備える４つのモータコア（Ｘ１軸モータコアＣ１１、Ｘ２軸モータコアＣ１２、Ｙ１軸モータコアＣ２１、Ｙ２軸モータコアＣ２２）の各々は、図６に示す電流推力特性とほぼ同様の電流推力特性を有している。
【００６２】
図６において、符号Ｒ１を付した曲線がモータの静的な電流推力特性を示すグラフであり、符号Ｒ１を付した曲線がモータの動的な電流推力特性を示すグラフである。この図から、モータの静的な電流推力特性とモータの動的な電流推力特性には乖離があり、モータに対してある電流値を有する駆動電流を供給しても、ステージが移動している状態で発生する推力は、ステージが静止している状態で発生する推力よりも小さくなることが分かる。本実施形態では、平面モータ１１の動的な電流推力特性を考慮して設計された制御装置５０を備えることにより、以上推力の不足分を補っている。
【００６３】
制御装置５０は、図１に示す制御装置２０が備える指令信号発生部２１及びサーボドライバ部２２に代えて指令信号発生部５１及びサーボドライバ部５２を備える構成である。指令信号発生部５１は、図１に示す指令信号発生部２１と同様に、推力信号Ｓ１〜Ｓ３、及び優先軸指令信号ＳＰを出力する。但し、制御情報Ｊ１，Ｊ２に代えて制御情報Ｊ１１，Ｊ１２を出力する。
【００６４】
ここで、制御情報Ｊ１１にはＸ軸モータコア（Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２）に対する最大電流を示す情報に加えて、Ｘ方向に発生する推力の向きを示す情報、Ｘ軸モータコアに対する電流の補正式及び補正係数を示す情報、及びＸ軸モータコアの静的な電流推力特性を示す近似式及び近似係数を示す情報が含まれる。また、制御情報Ｊ１２にはＹ軸モータコア（Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２）に対する最大電流を示す情報に加えて、Ｙ方向に発生する推力の向きを示す情報、Ｙ軸モータコアに対する電流の補正式及び補正係数を示す情報、及びＹ軸モータコアの静的な電流推力特性を示す近似式及び近似係数を示す情報が含まれる。
【００６５】
サーボドライバ部５２は、図１に示すサーボドライバ部２２が備える分配部３３に代えて分配部５３を備えるとともに、電流補正部５４ａ〜５４ｄ（補正部）が追加された構成である。電流補正部５４ａ〜５４ｄは、Ｘ１電流駆動インバータ３８ａ、Ｘ２電流駆動インバータ３８ｂ、Ｙ１電流駆動インバータ３９ａ、及びＹ２電流駆動インバータ３９ｂから出力される駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２（平面モータ１１の静的な電流推力特性に合わせた駆動電流）を、平面モータ１１の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流Ｄ１１′，Ｄ１２′，Ｄ２１′，Ｄ２２′にそれぞれ補正する。具体的には、ステージ１２の移動を妨げるように平面モータ１１で作用する電流（ブレーキ力として作用する電流）と、サーボドライバ部５２による平面モータ１１の制御遅れ（転流の位相遅れ）とを考慮して補正する。
【００６６】
ここで、本出願の出願人は、モータの動的な電流推力特性を示すグラフの横軸（駆動電流の大きさを示す軸：図６参照）を以下の（１）式に示す通りに変換すると、モータの動的な電流推力特性を静的な電流推力特性にほぼ一致させることができることを実験的に見出している。
【数１】
2010224962.tif 000003
但し、上記（１）式中のＩｂは、モータでブレーキ力として作用する電流であり、θは転流の位相遅れである。
【００６７】
また、モータでブレーキ力として作用する電流Ｉｂは、以下の（２）式に示す通り、ステージ１２（スライダ部１１ｂ）の速度に依存する電流Ｉｂ１と、モータに供給される駆動電流の大きさに依存する電流Ｉｂ２との和で表される。
【数２】
2010224962.tif 000004
【００６８】
ここで、本出願の出願人は、以下の（３）式に示す通り、上記のステージ１２（スライダ部１１ｂ）の速度に依存する電流Ｉｂ１がステージ１２（スライダ部１１ｂ）の速度の二次関数で表される電流に近似することができ、モータに供給される駆動電流の大きさに依存する電流Ｉｂ２が駆動電流の大きさに比例する電流として表すことができることを見出している。尚、以下の（３）式中の変数ｖはステージ１２（スライダ部１１ｂ）の速度であり、ｋ１１，ｋ１２，ｋ２は定数である。
【数３】
2010224962.tif 000005
【００６９】
いま、モータ（例えば、Ｘ１軸モータコアＣ１１）によって生ずる推力をＦｏ、モータの静的な電流推力特性を示す関数（電流に対する推力を示す関数）をｆとする。また、モータの駆動電流（例えば、駆動電流Ｄ１１）をＩｄとし、電流補正が行われた駆動電流（例えば、電流補正部５４ａから出力される駆動電流Ｄ１１′）をＩｄ′とする。すると、モータで生ずる推力Ｆｏは、駆動電流Ｄ１１′（Ｉｄ′）を用いて以下の（４）式で表すことができる。
【数４】
2010224962.tif 000006
【００７０】
以上の（４）式を変形すると以下の（５）式になる。
【数５】
2010224962.tif 000007
【００７１】
電流補正部５４ａ〜５４ｄは、以上の（５）式を用いて、Ｘ１電流駆動インバータ３８ａ、Ｘ２電流駆動インバータ３８ｂ、Ｙ１電流駆動インバータ３９ａ、及びＹ２電流駆動インバータ３９ｂから出力される駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２を、駆動電流Ｄ１１′，Ｄ１２′，Ｄ２１′，Ｄ２２′にそれぞれ補正する。ここで、定数ｋ１１，ｋ１２，ｋ２及び転流の位相遅れθは予めユーザによって決定又は測定されて電流補正部５４ａ〜５４ｄにそれぞれ設定される。また、以上の（５）式中のｆ−１は、モータの静的な電流推力特性を示す関数ｆの逆関数（推力に対する電流を示す関数）である。
【００７２】
尚、図５においては図示を省略しているが、速度変換部２４から出力される速度信号ＶＸ，Ｖθが電流補正部５４ａ，５４ｂに入力されており、速度信号ＶＹ，Ｖθが電流補正部５４ｃ，５４ｄに入力されている。電流補正部５４ａ，５４ｂでは速度信号ＶＸ，Ｖθを用いて上記（５）式中の速度ｖ（Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２の速度）が求められ、電流補正部５４ｃ，５４ｄでは速度信号ＶＹ，Ｖθを用いて上記（５）式中の速度ｖ（Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２の速度）が求められる。
【００７３】
分配部５３は、図１に示す分配部３３と同様に、ヨーイング制御のために必要となる推力が、指令信号発生部５１から出力される優先軸指令信号ＳＰで指示される軸で優先的に発生するように、推力信号ＦＸ，ＦＹ，Ｆθを推力信号ＦＸ１，ＦＹ１，Ｆθ１，Ｆθ２に分配する。但し、電流補正部５４ａ〜５４ｄにおいて補正される電流を考慮しつつ分配を行う。
【００７４】
図７は、分配部５３の内部構成を示すブロック図である。図７に示す通り、分配部５３は、図３に示す分配器３３が備えるＸ軸最大推力算出器４１ａ及びＹ軸最大推力算出器４１ｂに代えてＸ軸最大推力算出器６１ａ及びＹ軸最大推力算出器６１ｂを備えるとともに、Ｘ軸推力残算出器４２ａ及びＹ軸推力残算出器４２ｂに代えてＸ軸推力残算出器６２ａ及びＹ軸推力残算出器６２ｂを備える。
【００７５】
Ｘ軸最大推力算出器６１ａは、指令信号発生部５１からの制御情報Ｊ１１に加えて速度信号ＶＸに基づいて、Ｘ軸モータコア（Ｘ１軸モータコアＣ１１及びＸ２軸モータコアＣ１２）の最大推力を発生させ得る最大推力信号ＦＸｍをそれぞれ算出する。同様に、Ｙ軸最大推力算出器６１ｂは、指令信号発生部５１からの制御情報Ｊ１２に加えて速度信号ＶＹに基づいて、Ｙ軸モータコア（Ｙ１軸モータコアＣ２１及びＹ２軸モータコアＣ２２）の最大推力を発生させ得る最大推力信号ＦＹｍをそれぞれ算出する。
【００７６】
ここで、本実施形態では、電流補正部５４ａ〜５４ｄで駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２を、駆動電流Ｄ１１′，Ｄ１２′，Ｄ２１′，Ｄ２２′にそれぞれ補正している。このため、これらの電流補正を考慮して最大推力信号ＦＸｍ，ＦＹｍを算出する必要がある。いま、Ｘ軸最大推力算出器６１ａ，Ｙ軸最大推力算出器６１ｂで算出される最大推力信号ＦＸｍ，ＦＹｍをＦｍａｘとする。また、制御情報Ｊ１１，Ｊ１２に含まれるＸ軸モータコア，Ｙ軸モータコアの静的な電流推力特性を示す近似式をｆとし、近似係数（転流の位相遅れ）をθとする。更に、制御情報Ｊ１１，Ｊ１２に含まれる最大電流をＩｍａｘとする。
【００７７】
Ｘ軸最大推力算出器６１ａ及びＹ軸最大推力算出器６１ｂは、以下の（６）式を用いて最大推力信号Ｆｍａｘを求める。
【数６】
2010224962.tif 000008
但し、上記（６）式中のＩｂは、モータでブレーキ力として作用する電流であり、以下の（７）式で表される。
【数７】
2010224962.tif 000009
【００７８】
上記（７）式に示される通り、電流Ｉｂは、ステージ１２（スライダ部１１ｂ）の速度に依存する電流Ｉｂ１と、モータに供給される駆動電流の大きさに依存する電流Ｉｂ２との和で表される。上記（７）式中のｖは、Ｘ軸最大推力算出器６１ａに入力される速度信号ＶＸ又はＹ軸最大推力算出器６１ｂに入力される速度信号ＶＹであり、ｓｉｇｎ（ｖ）は制御情報Ｊ１１，Ｊ１２に含まれるＸ方向又はＹ方向に発生する推力の向きを示している。また、ｋ１１〜ｋ１３，ｋ２は、Ｘ軸モータコア又はＹ軸モータコアに対する電流の補正係数である。上記（７）式を参照すると、ステージ１２の移動方向に応じて電流Ｉｂ１が電流Ｉｂ２に対して加算又は減算されるため、最大推力信号ＦＸｍ，ＦＹｍの大きさもステージ１２の移動方向に応じて変化する。
【００７９】
Ｘ軸推力残算出器６２ａは、制御情報Ｊ１１に含まれるＸ方向に発生する推力の向きを示す情報を考慮して、Ｘ軸制御部３２ａから出力される推力信号ＦＸとＸ軸最大推力算出器６１ａで求められた最大推力信号ＦＸｍとの差分を示す差分信号ΔＦＸを算出する。同様に、Ｙ軸推力残算出器６２ｂは、制御情報Ｊ１２に含まれるＹ方向に発生する推力の向きを示す情報を考慮して、Ｙ軸制御部３２ｂから出力される推力信号ＦＹとＹ軸最大推力算出器６１ｂで求められた最大推力信号ＦＹｍとの差分を示す差分信号ΔＦＹを算出する。
【００８０】
図８は、Ｘ軸推力残算出器６２ａで行われる処理を説明するための図である。図８において、符号Ｖを付した矢印はステージ１２の移動方向を示しており、ここではステージの移動方向が正方向（＋Ｘ方向）であるとする。前述した通り、Ｘ軸最大推力算出器６１ａで算出される最大推力信号ＦＸｍはステージ１２の移動方向に応じて変化するため、図８に示す通り、ステージ１２の移動方向が＋Ｘ方向である場合の最大推力信号ＦＸｍの大きさ（正方向最大値）と、ステージ１２の移動方向が−Ｘ方向である場合の最大推力信号ＦＸｍの大きさ（負方向最大値）とは異なる。
【００８１】
Ｘ軸推力残算出器６２ａは、制御情報Ｊ１１に含まれるＸ方向に発生する推力の向きを示す情報を参照し、推力発生方向がステージの移動方向（＋Ｘ方向）である場合には、正方向最大値と推力信号ＦＸとの差分を示す差分信号ΔＦＸを算出する。これに対し、制御情報Ｊ１１に含まれるＸ方向に発生する推力の向きを示す情報を参照し、推力発生方向がステージの移動方向とは逆の方向（−Ｘ方向）である場合には、負方向最大値と推力信号ＦＸとの差分を示す差分信号ΔＦＸを算出する。尚、Ｙ軸推力残算出器６２ｂにおいてもＸ軸推力残算出器６２ａの処理と同様の方法により、差分信号ΔＦＹが算出される。
【００８２】
以上の構成の位置決め装置２は、Ｘ軸最大推力算出器６１ａ及びＹ軸最大推力算出器６１ｂで行われる処理並びにＸ軸推力算出器６２ａ及びＹ軸推力算出器６２ｂで行われる処理が第１実施形態の位置決め装置１とは異なり、駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２の補正が電流補正部５４ａ〜５４ｄで行われる点を除いて、基本的には第１実施形態の位置決め装置１と同様である。このため、本実施形態においても、Ｘ軸及びＹ軸の何れか一方の軸が優先軸に設定され、ヨーイング制御のための推力を優先軸で優先的に発生させる制御が制御装置５０で行われる。これにより、非優先方向については位置制御のための推力が制限されることが少なくなり、位置決め制御の性能低下を可能な限り防止することができる。
【００８３】
また、本実施形態では、電流補正部５４ａ〜５４ｄにおいて、駆動電流Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ２２を、駆動電流Ｄ１１′，Ｄ１２′，Ｄ２１′，Ｄ２２′にそれぞれ補正して平面モータ１１に供給している。これによって、平面モータ１１は、その動的な電流推力特性に合わせた駆動電流によって駆動されることになるため、ステージ１２の高い位置決め精度を実現することができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態による位置決め装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、以上説明した実施形態では、平面モータ１１によってステージ１２の位置制御及びヨーイング制御を行う位置決め装置を例に挙げて説明したが、本発明は、Ｘ方向に推力を発生するリニアモータとＹ方向に推力を発生するリニアモータとを用いて位置制御及びヨーイング制御を行う位置決め装置にも適用することができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、制御装置５０の構成を大幅に変更すること無く、平面モータ１１の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流Ｄ１１′，Ｄ１２′，Ｄ２１′，Ｄ２２′を得るために電流補正部５４ａ〜５４ｄを設けている。勿論、制御装置５０の構成を大幅に変更しても良い場合には、電流補正部５４ａ〜５４ｄを設けることなく平面モータ１１の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流Ｄ１１′，Ｄ１２′，Ｄ２１′，Ｄ２２′を出力する制御装置５０を新たに設計することも可能である。
【００８６】
また、以上説明した実施形態では、レーザ干渉計１３がステージ１２上に設けられている例について説明したが、このレーザ干渉計１３はステージ１２の外部に配置されていてもよい。かかる配置の場合には、ステージ１２上に反射ミラーを設け、この反射ミラーにレーザ光を照射することでステージ１２までの距離を測定することになる。かかる構成にすることで、スライダ部１１を含めたステージ１２の総重量を軽減することができるため、より高速且つ高精度の制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００８７】
１，２                位置決め装置
１１                  平面モータ
１２                  ステージ
２０，５０            制御装置
３３，５３            分配部
５４ａ〜５４ｄ        電流補正部
Ｄ１１，Ｄ１２        駆動信号
Ｄ２１，Ｄ２２        駆動信号
Ｄ１１′，Ｄ１２′    駆動信号
Ｄ２１′，Ｄ２２′    駆動信号
ＦＸ，ＦＹ            推力信号
ＦＸｍ，ＦＹｍ        最大推力信号
Ｆθ                  推力信号
Ｆθ１，Ｆθ２        推力信号
ΔＦＸ，ΔＦＹ        差分信号
【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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