(57)【要約】      （修正有）【課題】  電子回路によるサーボ手段を用いないでヨーイングを抑制できるＸＹステージを実現する。【解決手段】  スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御するＸＹステージにおいて、  前記スライダ部に搭載されたジャイロ手段を備える。前記ジャイロ手段は回転軸がＸ軸方向又はＹ軸方向に平行に配置され、前記スライダ部のＸ軸方向又はＹ軸方向のヨーイングを抑制することを特徴とする。【選択図】                    図１
2006084251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御するＸＹステージにおいて、
前記スライダ部に搭載されたジャイロ手段を備えたことを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記ジャイロ手段は、回転軸が前記Ｘ軸方向又はＹ軸方向に平行に配置され、前記スライダ部のＸ軸方向又はＹ軸方向のヨーイングを抑制することを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
【請求項３】
前記ジャイロ手段は、システムの電源投入と同期して起動されることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸＹステージ。
【請求項４】
前記スライダ部は、Ｘ軸モータ及びＹ軸モータによりＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＸＹステージ。
【請求項５】
前記スライダ部の位置検出信号と目標位置指令との偏差から速度指令を求め、この速度指令と前記スライダ部の速度検出信号との偏差から求めた推力指令に基づいて、前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへの駆動電流を制御することを特徴とする請求項４に記載のＸＹステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御するＸＹステージに関する。
【背景技術】
【０００２】
格子プラテンと、その上面をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドして位置制御されるスライダ部を有するＸＹステージの構造及びスライダ部のヨーイング抑制技術については、次の特許文献１に詳細に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−６５９７０号公報
【０００４】
図２は、特許文献１に開示されている従来構造のＸＹステージの基本構成を示す斜視図である。１０は水平に固定配置された格子プラテンであり、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定ピッチで歯が形成されている。図では簡略のため一部の歯だけを示している。格子プラテンは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。
【０００５】
２０は、格子プラテン上面をＸ方向及びＹ方向にスライドして位置決め制御されるスライダ部であり、この上部にワーク及び位置決めの対象となるターゲット（図示せず）が搭載される。浮揚手段２１は、格子プラテン１０に対向する裏面にノズルが設けられていて圧縮空気を噴射させることでスライダ２０を格子プラテン１０上に浮揚させる。
【０００６】
３１及び３２はスライダ部２０の上部にＸ方向に所定距離を持って固定配置された第１のＸ軸センサ及び第２のＸ軸センサである。３３は同様にスライダ部２０の上部に固定配置されたＹ軸センサである。
【０００７】
１１は、格子プラテン１０のＸ軸の一端部にＸ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＸ軸ミラーであり、第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２と対向する。１２は、格子プラテン１０のＹ軸の一端部にＹ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＹ軸ミラーであり、Ｙ軸センサ３３と対向する。
【０００８】
第１のＸ軸センサ３１、第２のＸ軸センサ３２及びＹ軸センサ３３は光学的な距離測定装置であり、レーザ光をＸ軸ミラー１１及びＹ軸ミラー１２に照射し反射光を受光し干渉を利用して移動距離を測定することでスライダ部２０のＸ方向及びＹ方向の位置を測定する。ＰＸ１及びＰＸ２は第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２によるＸ軸方向距離測定値、ＰＹはＹ軸センサ３３によるＹ軸方向距離測定値である。
【０００９】
ブロック４はＸＹサーボドライバであり、座標変換手段４１，第１Ｘ軸ドライバ４２，第２Ｘ軸ドライバ４３，Ｙ軸ドライバ４４よりなる。座標変換手段４１は、測定値ＰＸ１，ＰＸ２及びＰＹを入力し第１Ｘ軸ドライバ４２に測定座標Ｘを、第２Ｘ軸ドライバ４３にヨーイング回転角（Ｚ軸の回転角）θを、Ｙ軸ドライバ４４に測定座標Ｙを出力する。
【００１０】
第１Ｘ軸ドライバ４２は、測定座標Ｘと上位装置から与えられる目標位置信号ＳＸの偏差を演算してスライダ２０に搭載された平面モータで実現されるＸ１モータに駆動電流ＭＸ１を出力する。
【００１１】
第２Ｘ軸ドライバ４３は、ヨーイング回転角θと設定値０°との偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＸ２モータに駆動電流ＭＸ２を出力する。Ｙ軸ドライバ４４は、測定座標Ｙ上位装置から与えられる目標位置信号ＳＹの偏差を演算してスライダ２０に搭載されたＹ１モータ及びＹ２モータに共通の駆動電流ＭＹを出力する。
【００１２】
図３はＸＹサーボドライバ４を構成する各要素の具体的構成及びスライダ２０に搭載されるＸ１，Ｘ２モータ、Ｙ１，Ｙ２モータの配置を説明する機能ブロック図である。座標変換手段４１の演算内容は、測定値ＰＸ１及びＰＸ２の加算演算で測定座標Ｘを出力する。測定値ＰＹはそのまま測定座標Ｙとして出力する。測定値ＰＸ１及びＰＸ２の減算値より所定の関数演算でＺ軸回転角即ちヨーイング角θを算出して出力する。
【００１３】
第１Ｘ軸ドライバ４２は、目標位置信号ＳＸと測定座標Ｘとの偏差を入力するＸ位置速度制御手段４２１と、その推力指令ＦＸ１を受けてスライダ部２０のＸ１モータ５１に駆動電流ＭＸ１を出力するＸ１電流制御手段４２２よりなる。
【００１４】
第２Ｘ軸ドライバ４３は、ヨーイング角θと設定値０°との偏差を入力するθ位置速度制御手段とその推力指令ＦＸ２を受けてスライダ部２０のＸ２モータ５２に駆動電流ＭＸ２を出力するＸ２電流制御手段４２２よりなる。
【００１５】
Ｙ軸ドライバ４４は、目標位置信号ＳＹと測定座標Ｙとの偏差を入力するＹ位置速度制御手段４４１とその推力指令ＦＹを受けてスライダ部２０のＹ１モータ６１及びＹ２モータ６２に共通の駆動電流ＭＹを出力するＹ電流制御手段４２２よりなる。
【００１６】
Ｘ位置速度制御手段４２１の出力は、θ位置速度制御手段４３１の出力に加算されて推力指令ＦＸ２としてＸ２電流制御手段４３２に入力される。θ位置速度制御手段４３１の出力は、Ｘ位置速度制御手段４２１の出力に減算され推力指令ＦＸ１としてＸ１電流制御手段４２２に入力される。
【００１７】
スライダ部２０に搭載されるＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２モータは、中心点Ｑに対してＸ１，Ｘ２モータ及びＹ１，Ｙ２モータが互いに対角となるように配置されており、Ｘ１モータ及びＸ２モータについては異なる駆動電流を受けるとＱ点を中心にＺ軸の周りに回転力を発生し、これがＸ軸のヨーイング抑制の操作力となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来のＸＹステージで採用されているヨーイング抑制の手法は、次のような問題点がある。（１）第１のＸ軸センサ３１及び第２のＸ軸センサ３２の距離測定値によりヨーイング角θを算出し、第１Ｘ軸ドライバ４２，第２Ｘ軸ドライバ４３の２系統のサーボドライバでＸ１，Ｘ２モータを駆動しており、構成が複雑でヨーイング抑制のためのコストが大きい。
【００１９】
（２）サーボは、偏差が生じることを検出してフィードバックがかかるため、微小なヨーイング誤差を改善するには限界がある。又サーボループの無駄時間等の問題で周波数応答にも限界がある。
【００２０】
従って本発明が解決しようとする課題は、電子回路によるサーボ手段を用いないでヨーイングを抑制できるＸＹステージを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御するＸＹステージにおいて、
前記スライダ部に搭載されたジャイロ手段を備えたことを特徴とするＸＹステージ。
【００２２】
（２）前記ジャイロ手段は、回転軸が前記Ｘ軸方向又はＹ軸方向に平行に配置され、前記スライダ部のＸ軸方向又はＹ軸方向のヨーイングを抑制することを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００２３】
（３）前記ジャイロ手段は、システムの電源投入と同期して起動されることを特徴とする（１）又は（２）に記載のＸＹステージ。
【００２４】
（４）前記スライダ部は、Ｘ軸モータ及びＹ軸モータによりＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のＸＹステージ。
【００２５】
（５）前記スライダ部の位置検出信号と目標位置指令との偏差から速度指令を求め、この速度指令と前記スライダ部の速度検出信号との偏差から求めた推力指令に基づいて、前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへの駆動電流を制御することを特徴とする（４）に記載のＸＹステージ。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）ヨーイング抑制のための２個のＸ軸センサ及び２系統のサーボドライバは不要となるので、ドライバの構成が極めてシンプルとなり、ヨーイング抑制のための電子回路のコスト低減に貢献できる。
【００２７】
（２）ヨーイング抑制のためのサーボ手段は使用していないため、偏差に起因する微小なヨーイング誤差や、サーボループの無駄時間等による周波数応答限界の問題は本質的に発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用したＸＹステージの一実施形態を示す機能ブロック図である。図２及び図３で説明した従来ＸＹステージと同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。
【００２９】
図１において、１００はスライダ部２０に搭載されたジャイロ手段である。このジャイロ手段は、回転軸Ｃがスライダ部２０のＸ軸方向又はＹ軸方向に平行に配置され、Ｘ軸方向又はＹ軸方向のヨーイングを抑制する。
【００３０】
図示した構成では、ジャイロ手段１００の回転軸ＣはＸ軸方向と平行に配置されており、イナーシャＪ、角周波数ωｊで回転している。このとき、スライダ部２０にＸ軸を基準としたＺ軸まわりの回転（ヨーイング）による外乱ωｎがジャイロ手段１００に作用した場合には、ジャイロ手段１００は、この回転と反対方向の反力Ｔｊ＝Ｊ・ωｊ・ωｎを発生し、スライダ部２０を基準のＸ軸に戻す復元力を発生する。
【００３１】
スライダ部２０が基準のＸ軸と同軸に配置された初期位置でシステムの電源投入と同期してジャイロ手段１００を起動すれば、ジャイロ手段１００はスライダ部２０のヨーイングに対してこの初期位置を維持する復元力を発生する。
【００３２】
本発明では、電子回路によるサーボ手段に代えて機械的な要素であるジャイロ手段を導入することでヨーイング抑制を実現しているため、サーボ系はＸ軸及びＹ軸の位置制御系のみとなり、電子回路の構成が極めてシンプルとなる。
【００３３】
ブロック２００はＸＹドライバであり、Ｘ軸ドライバ２０１及びＹ軸ドライバ２０２よりなる。Ｘ軸ドライバ２０１は、Ｘ軸センサ３１の距離測定値ＰＸを入力し、目標位置信号ＳＸとの偏差を演算した駆動電流ＭＸをＸ１モータ及びＸ２モータに共通に出力する。Ｙ軸ドライバ２０２は、Ｙ軸センサ３３の距離測定値ＰＹを入力し、目標位置信号ＳＹとの偏差を演算した駆動電流ＭＹをＹ１モータ及びＹ２モータに共通に出力する。
【００３４】
このように、本発明を適用したサーボドライバ２００は、図２及び図３で説明したサーボドライバ４の構成に比較して座標変換手段及び第２Ｘ軸ドライバが不要となるので構成が極めてシンプル化される。更にスライダ部２０では、第２Ｘ軸センサ及び距離測定演算手段を搭載する必要がないので軽量化され、位置制御精度の向上にも貢献できる。
【００３５】
本発明に適用されるジャイロ手段は、汎用的な要素部品として小型軽量な製品が安価に提供されているので、ＸＹステージのスライダ部にこれを搭載する上での技術的及びコスト的な障害はない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明を適用したＸＹステージの一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】特許文献１に開示されている従来構造のＸＹステージの基本構成を示す斜視図である。
【図３】ＸＹサーボドライバ構成する各要素の具体的構成及びＸ１，Ｘ２モータ、Ｙ１，Ｙ２モータの配置を説明する機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  格子プラテン
１１  Ｘ軸ミラー
１２  Ｙ軸ミラー
２０  スライダ部
２１  浮揚手段
３１  Ｘ軸センサ
３３  Ｙ軸センサ
１００  ジャイロ手段
２００  ＸＹドライバ
２０１  Ｘ軸ドライバ
２０２  Ｙ軸ドライバ
【図１】
2006084251.tif 000003
【図２】
2006084251.tif 000004
【図３】
2006084251.tif 000005