(57)【要約】【課題】  ヨーイング、ピッチング及びローリング、コギング、速度制御におけるループゲイン、デッドタイム発生回路に起因する位置決め精度向上の障害要因に対応した補正手段を備えた、複数のスライダ部を有するＸＹステージを実現する。【解決手段】  格子プラテン上のスライダ部を２次元方向に位置制御するＸＹステージにおいて、  独立に位置制御される複数のスライダ部を有し、これらスライダ部の夫々は、スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する位置制御手段と、スライダ部のＺ軸まわりのヨーイングを補正するヨーイング補正手段を備える。【選択図】                    図１
2006226862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子プラテン上のスライダ部を２次元方向に位置制御するＸＹステージにおいて、
独立に位置制御される複数のスライダ部を有し、これらスライダ部の夫々は、スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する位置制御手段と、スライダ部のＺ軸まわりのヨーイングを補正するヨーイング補正手段を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記スライダ部の夫々は、スライダ部のＺ軸方向の変化を補正するローリング又はピッチング補正手段を備え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】
前記スライダ部の夫々は、スライダ部のＺ軸方向の変化を検出するセンサ手段と、このセンサ手段の検出値に基づいてＺ軸方向の変化を抑制するコイル手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載のＸＹステージ。
【請求項４】
前記スライダ部の夫々は、Ｚ軸方向の変化を検出するセンサ手段と、このセンサ手段の検出値に基づいて前記スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するＸ軸モータ及びＹ軸モータの制御電流に対してその位相角と直交する位相の補正電流を付与する、直交電流付与手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のＸＹステージ。
【請求項５】
前記スライダ部の夫々は、速度に応じて前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータに供給される制御電流の転流位相角より計算されるコギング補正信号により、スライダ部に発生するコギング推力に起因するリップルを抑制する、リップル抑制手段を備え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６】
前記転流位相角又は前記コギング補正信号の少なくともいずれかの定数を変更する、定数設定手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載のＸＹステージ。
【請求項７】
Ｘ軸に関する前記コギング補正信号をＹ軸のコギング補正信号に、Ｙ軸に関する前記コギング補正信号をＸ軸のコギング補正信号に加算することを特徴とする請求項５に記載のＸＹステージ。
【請求項８】
Ｘ軸及びＹ軸に関する前記コギング補正信号を、Ｚ軸に関するコギング補正信号に加算することを特徴とする請求項５に記載のＸＹステージ。
【請求項９】
前記スライダ部の夫々は、スライダの移動速度に基づく速度フィードバック制御手段及びスライダの移動速度に基づく加速度フィードバック制御手段を備え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１０】
前記速度フィードバック制御手段が出力するスライダの加速度指令値を前記加速度フィードバック制御手段にフィードフォワード信号として与えることを特徴とする請求項９に記載のＸＹステージ。
【請求項１１】
前記スライダ部の夫々は、前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータに供給する制御電流に対して位相が直交する補正電流を重畳させる、デッドタイム補正手段を備え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１２】
前記補正電流の値は、デッドタイム発生回路の特性に応じて手動設定されることを特徴とする請求項１１に記載のＸＹステージ。
【請求項１３】
前記スライダ部の夫々は、半導体製造装置でアライメントを行うデバイス及び半導体製造装置で露光を行うデバイスを搭載し、位置制御されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のＸＹステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子プラテン上のスライダ部を２次元方向に位置制御するＸＹステージに関する。ＸＹステージは、半導体製造、半導体検査装置、組み立て装置、印刷装置等に幅広く利用されている。
【背景技術】
【０００２】
複数のスライダ部を有するＸＹステージは特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１１６２３９号公報
【０００４】
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、特許文献２にされている。
【０００５】
【特許文献２】特開２０００−６５９７０号公報
【０００６】
図２０は、特許文献１に開示されている複数のスライダ部を有するＸＹステージの構成を示す平面図である。これに開示された技術は、タクトを向上させたデバイス検査装置である。
【０００７】
１は格子プラテンである。２は（Ａ）位置のスライダ部，３は（Ｂ）位置のスライダ部であり、格子プラテン１の上面を２次元方向（Ｘ，Ｙ）に位置制御される。４は、スライダ部２に搭載された検査対象のデバイス、５は、スライダ部３に搭載された検査対象のデバイスである。６は制御部、７及び８は制御部で操作されるカメラ及び検査部である。
【０００８】
（Ａ）位置のスライダ部２に搭載された検査対象となるデバイス４の位置をカメラ７で画像計測し、デバイスの配置状態のずれを求めるアライメントを行う。同時に（Ｂ）位置のスライダ部３に搭載されたデバイス５に検査部８のプローブ９を接触させて検査を実行する。
【０００９】
検査が終了すると、（Ａ）位置でのアライメント後のデバイス４を搭載しているスライダ部２を、検査を行う（Ｂ）位置へ移送（矢印Ｐ１）すると同時に、検査後のデバイス５を搭載しているスライダ部３をアライメントを行う（Ａ）位置に移送（矢印Ｐ２）する。
【００１０】
（Ｂ）位置に移送されたデバイス４は、アライメントで求めたずれ量に基づいてデバイスを位置決めしてから検査が実行される。（Ａ）位置に移送されたデバイス５は新たなデバイスと交換されてアライメントが実行される。
【００１１】
このように、アライメントを行う（Ａ）位置と検査を行う（Ｂ）位置にスライダ部２とスライダ部３を交互入れ替え、一方のスライダ部でデバイスの検査をしている間に他方のスライダ部で次の検査対象デバイスのアライメントを行う工程を繰り返す。制御部６は、スライダ部２の移動経路と、スライダ部３の移動経路が互いに交差しない別経路になるように制御する。
【００１２】
図２１は、スライダ部２の２次元位置制御システムを説明する機能ブロック図である。水平に固定配置された格子プラテン１には、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。
【００１３】
２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デバイスが搭載される。浮揚手段２１は、格子プラテン１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ライダ２を格子プラテン１上に浮揚させる。
【００１４】
３１はスライダ部２の上部に固定配置されたＸ軸センサである。３２は同様にスライダ部２の上部に固定配置されたＹ軸センサである。１１は、格子プラテン１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、Ｘ軸センサ３１と対向する。１２は、格子プラテン１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３２と対向する。
【００１５】
Ｘ軸センサ３１及びＹ軸センサ３２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２のＸ方向及びＹ方向の位置を測定する。ＰＸはＸ軸センサ３１によるＸ軸方向距離測定値、ＰＹはＹ軸センサ３３によるＹ方向距離測定値である。干渉計による距離測定の原理については特許文献２に詳細に開示されている。
【００１６】
ブロック４０はＸＹサーボドライバであり、Ｘ軸ドライバ４１及びＹ軸ドライバ４２よりなる。Ｘ軸ドライバ４１は、測定座標ＰＸ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２に搭載された面モータで実現されるＸモータ（図示せず）に制御電流ＭＸを出力する。Ｙ軸ドライバ４２は、測定座標ＰＹと上位装置から与えられる目標位置信号ＳＹとの偏差を演算してスライダ２に搭載されたＹモータに制御電流ＭＹを出力する。Ｘモータ及びＹモータによる２次元位置制御の原理についても特許文献２に詳細に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
複数のスライダ部を有するＸＹステージを用いた半導体製造装置では、露光工程でフォトマスクの精密移動制御とデバイスを搭載したスライダの精密位置制御が必要であり、スライダは高精度の位置決め精度を要求される。従来構成のＸＹスライダでは、次のような問題点があった。
（１）スライダ部を２次元位置制御する際に、Ｚ軸まわりの回転（ヨーイング）が発生し、これが位置決め精度向上の障害要因となる。
【００１８】
（２）スライダ部を２次元位置制御する際に、スライダ部のＺ軸方向の変化（スライダ部と格子プラテン間の距離変動）、即ちローリング又はピッチングが発生し、これが位置決め精度向上の障害要因となる。
【００１９】
（３）ハイブリッド型の面モータの弱点として、モータに供給される交流制御電流の転流周期に同期して発生するコギング推力によりスライダの位置制御にリップルが重畳する問題があり、これが位置決め精度向上の障害要因となる。
【００２０】
（４）スライダ部を２次元位置制御する制御ループに速度制御ループを持たせた場合、ループゲインが小さいと速度検出値に変動が生じ、コギングによる推力、推力リップル等が要因となるモータ推力の外乱となる。ゲインを上げるとループにおける信号遅延が大きい場合や、モータに機械系共振が存在すると発振するため、ゲインに制約が生じ、これが位置決め精度向上の障害要因となる。
【００２１】
（５）面モータに対する制御電流を、スイッチング回路を介して供給する場合に設けられるデッドタイム発生回路による不感帯により、微小電流時に電流歪や応答遅れがあり、微小振幅を発生してモータの制御特性が悪化する。これが位置決め精度向上の障害要因となる。
【００２２】
従って本発明が解決しようとする課題は、ヨーイング、ピッチング及びローリング、コギング、速度制御におけるループゲイン、デッドタイム発生回路に起因する位置決め精度向上の障害要因に対応した補正手段を備えた、複数のスライダ部を有する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】
【００２３】
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）格子プラテン上のスライダ部を２次元方向に位置制御するＸＹステージにおいて、
独立に位置制御される複数のスライダ部を有し、これらスライダ部の夫々は、スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に位置制御する位置制御手段と、スライダ部のＺ軸まわりのヨーイングを補正するヨーイング補正手段を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【００２４】
（２）前記スライダ部の夫々は、スライダ部のＺ軸方向の変化を補正するローリング又はピッチング補正手段を備えることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００２５】
（３）前記スライダ部の夫々は、スライダ部のＺ軸方向の変化を検出するセンサ手段と、このセンサ手段の検出値に基づいてＺ軸方向の変化を抑制するコイル手段を備えたことを特徴とする（２）に記載のＸＹステージ。
【００２６】
（４）前記スライダ部の夫々は、Ｚ軸方向の変化を検出するセンサ手段と、このセンサ手段の検出値に基づいて前記スライダ部をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するＸ軸モータ及びＹ軸モータの制御電流に対してその位相角と直交する位相の補正電流を付与する、直交電流付与手段を備えることを特徴とする（２）に記載のＸＹステージ。
【００２７】
（５）前記スライダ部の夫々は、速度に応じて前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータに供給される制御電流の転流位相角より計算されるコギング補正信号により、スライダ部に発生するコギング推力に起因するリップルを抑制する、リップル抑制手段を備えることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００２８】
（６）  前記転流位相角又は前記コギング補正信号の少なくともいずれかの定数を変更する、定数設定手段を設けたことを特徴とする（５）に記載のＸＹステージ。
【００２９】
（７）Ｘ軸に関する前記コギング補正信号をＹ軸のコギング補正信号に、Ｙ軸に関する前記コギング補正信号をＸ軸のコギング補正信号に加算することを特徴とする（５）に記載のＸＹステージ。
【００３０】
（８）Ｘ軸及びＹ軸に関する前記コギング補正信号を、Ｚ軸に関するコギング補正信号に加算することを特徴とする（５）に記載のＸＹステージ。
【００３１】
（９）前記スライダ部の夫々は、スライダの移動速度に基づく速度フィードバック制御手段及びスライダの移動速度に基づく加速度フィードバック制御手段を備えることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００３２】
（１０）前記速度フィードバック制御手段が出力するスライダの加速度指令値を前記加速度フィードバック制御手段にフィードフォワード信号として与えることを特徴とする（９）に記載のＸＹステージ。
【００３３】
（１１）前記スライダ部の夫々は、前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータに供給する制御電流に対して位相が直交する補正電流を重畳させる、デッドタイム補正手段を備えることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００３４】
（１２）前記補正電流の値は、デッドタイム発生回路の特性に応じて手動設定されることを特徴とする（１１）に記載のＸＹステージ。
【００３５】
（１３）  前記スライダ部の夫々は、半導体製造装置でアライメントを行うデバイス及び半導体製造装置で露光を行うデバイスを搭載し、位置制御されることを特徴とする（１）乃至（１２）のいずれかに記載のＸＹステージ。
【発明の効果】
【００３６】
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り、ＸＹステージを半導体製造装置の露光工程に使用した場合に要求される位置決め精度を実現することができる。
（１）スライダ部を２次元位置制御する際に、Ｚ軸まわりの回転（ヨーイング）による位置決め誤差が抑制され、位置決め精度向上に貢献できる。
【００３７】
（２）スライダ部のＺ軸方向の変化（スライダ部と格子プラテン間の距離変動）、即ちローリング又はピッチングが抑制され、位置決め精度向上に貢献できる。
【００３８】
（３）面モータに供給される交流制御電流の転流周期に同期して発生するコギング推力により発生する位置制御のリップルが抑制され、位置決め精度向上に貢献できる。
【００３９】
（４）加速度制御ループの採用により、速度制御ループの特性を変えることなく、コギングによる推力、推力リップル等が要因となるモータ推力の外乱が抑制され、位置決め精度向上に貢献できる。
【００４０】
（５）デッドタイム発生回路による不感帯が補正され、微小電流時の電流歪や応答遅れに起因するよるモータの制御特性の悪化が抑制され、位置決め精度向上に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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斜視図である。図１において、１００は格子プラテンである。１０１は（Ａ）位置のスライダ部、１０２は（Ｂ）位置のスライダ部、１０３は（Ｃ）位置のスライダ部であり、格子プラテン１００の上面を２次元方向（Ｘ，Ｙ）に位置制御される。
【００４２】
１０４はスライダ部１０１に形成されたデバイスホルダ、１０５はスライダ部１０２に形成されたデバイスホルダ、１０６はスライダ部１０３に形成されたデバイスホルダであり、これらデバイスホルダには検査対象のデバイス１０７、１０７´、１０７″が搭載されている。１１２，１１３，１１４は、夫々スライダ部１０１，１０２，１０３が備えるヨーイング補正手段である。
【００４３】
（Ａ）位置のスライダ部１０１は、ロード・アンロード工程を実行し、露光工程を終了した（Ｃ）位置のスライダ部が移動した状態である。ここで露光済みのデバイスがアンロードされ、新たな露光対象デバイス１０７がロードされる。
【００４４】
このとき、同時進行で（Ｂ）位置のスライダ部１０２では、前の露光サイクルでロードされたデバイス１０７´のアライメント測定がカメラ１０８で実行されており、（Ｃ）位置スライダ部１０３では、その前の露光サイクルでロードされ、アライメント測定が終了したデバイス１０７″の露光が実行されている。
【００４５】
露光は、レーザ光源１０９からのスリット状ビームをフォトマスク１１０及びレンズ系１１１を介してデバイスに照射する。デバイスの各チップに対する露光は、フォトマスク１１０とスライダ部１０３を相対的に移動制御して実行されるが、両者の移動制御の位置精度がバランスよく高精度であることが高集積密度の半導体製造には必須要件となる。
【００４６】
（Ｃ）位置での露光が終了すれば、（Ｃ）位置のスライダ部１０３は矢印Ｐ１の経路で（Ａ）に移動しアンロードとロード工程に遷移し、（Ａ）位置のスライダ部１０１は矢印Ｐ２の経路で（Ｂ）位置に移動しアライメント工程に遷移し、（Ｂ）位置のスライダ部１０２は矢印Ｐ３の経路で（Ｃ）位置に移動し露光工程に遷移する。以下、このローテーションを繰り返す。
【００４７】
図２は、本発明の他の実施形態を示すＸＹステージの斜視図である。図１に比較した特徴点は、（Ｂ）位置のスライダ部１０２がローダ・アンローダ工程とアライメント工程を同じ位置で実行する点にある。このような２スライダ部構成により、各スライダ部へのケーブル接続（図示せず）の取り回しや干渉計の設計が容易となり、システムのコスト低減にも貢献する。
【００４８】
図３は、スライダ部１０１を代表して示した２次元位置制御システムを説明する機能ブロック図である。図２１で説明した従来の２次元位置制御システムとの相違は、Ｚ軸まわりの回転θに対する補正を行うヨーイング補正手段を備える点にある。以下、ヨーイング補正手段の機能構成を説明する。
【００４９】
格子プラテン１００及びスライダ部１０１に形成された浮揚手段１１５の構成は、図２１の格子プラテン１及び浮揚手段１５の構成と同一である。以下、本発明の特徴部につき説明する。
【００５０】
１１６及び１１７は、スライダ部１０１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。１１８は同様にスライダ部１０１の上部に固定配置されたＹ軸センサである。
【００５１】
１１９は、格子プラテン１００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１１６及び第２のＸ軸センサ１１７と対向する。１２０は、格子プラテン１００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１１８と対向する。
【００５２】
第１のＸ軸センサ１１６、第２のＸ軸センサ１１７及びＹ軸センサ１１８は光学的な距離測定装置であり、レーザ光をＸ軸ミラー１１９及びＹ軸ミラー１２０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１０１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１１６及び第２のＸ軸センサ１１７によるＸ軸方向距離測定値、ＰＹはＹ軸センサ１１８によるＹ方向距離測定値である。
【００５３】
ブロック１２１はＸＹサーボドライバであり、座標変換手段１２２，第１Ｘ軸ドライバ１２３，第２Ｘ軸ドライバ１２４，Ｙ軸ドライバ１２５よりなる。座標変換手段１２２は、測定値ＰＸ１，ＰＸ２及びＰＹを入力し第１Ｘ軸ドライバ１２３に測定座標Ｘを、第２Ｘ軸ドライバ１２４にヨーイング回転角（Ｚ軸の回転角）θを、Ｙ軸ドライバ１２５に測定座標Ｙを夫々出力する。
【００５４】
第１Ｘ軸ドライバ１２３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部１０１に搭載された面モータで実現されるＸ１モータに制御電流ＭＸ１を出力する。
【００５５】
第２Ｘ軸ドライバ１２４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部１０１に搭載されたＸ２モータに制御電流ＭＸ２を出力する。Ｙ軸ドライバ１２５は、測定座標Ｙと上位装置から与えられる目標位置信号ＳＹとの偏差を演算してスライダ部１０１に搭載されたＹ１モータ及びＹ２モータに共通の制御電流ＭＹを出力する。
【００５６】
図４は、ＸＹサーボドライバ１２１を構成する各要素の具体的構成及びスライダ部１０１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。
【００５７】
座標変換手段１２２の演算内容は、位置検出手段１２６からの測定値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。
【００５８】
第１Ｘ軸ドライバ１２３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１２３ａと、その推力指令ＦＸ１を受けてスライダ部１０１のＸ１モータ１２７に制御電流ＭＸ１を出力するＸ１電流制御手段１２３ｂよりなる。
【００５９】
第２Ｘ軸ドライバ１２４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１２４ａとその推力指令ＦＸ２を受けてスライダ部１０１のＸ２モータ１２８に制御電流ＭＸ２を出力するＸ２電流制御手段１２４ｂよりなる。
【００６０】
Ｙ軸ドライバ１２５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１２５ａとその推力指令ＦＹを受けてスライダ部１０１のＹ１モータ１２９及びＹ２モータ１３０に共通の制御電流ＭＹを出力するＹ電流制御手段１２５ｂよりなる。
【００６１】
Ｘ位置速度制御手段１２３ａの出力は、θ位置速度制御手段１２４ａの出力に加算されて推力指令ＦＸ２としてＸ２電流制御手段１２４ｂに入力される。θ位置速度制御手段１２４ａの出力は、Ｘ位置速度制御手段１２３ａの出力に減算され推力指令ＦＸ１としてＸ１電流制御手段１２３ｂに入力される。
【００６２】
スライダ部１０１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制御電流を受けると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。
【００６３】
スライダ部１０１に搭載されるＸ１モータ,Ｘ２モータ, Ｙ１モータ,Ｙ２モータの詳細構造、位置制御サーボ系の構成等は、特許文献２に詳細に開示されているので説明を省略する。
【００６４】
図５は、スライダ部１０１を代表して示した２次元位置制御システムの他の実施形態を説明する機能ブロック図である。図３との構成上の相違は、第１Ｘ軸センサ１１６，第２Ｘ軸センサ１１７，Ｙ軸センサ１１８を固定配置し、Ｘ軸ミラー１１９及びＹ軸ミラー１２０をスライダ部１０１側に形成した点にある。
【００６５】
このように、干渉計のセンサをスライダ部１０１に搭載しない構成により、次のような効果を期待できる。
（１）Ｘ軸センサ２台及びＹ軸センサ１台はスライダ部より分離され固定配置されるので、その電子部品による発熱がスライダ部の上に取り付けられるワーク及びワーク上に搭載されるデバイスに影響を与えることが回避される。これにより、露光工程のようにワークが更に精度の高いデバイスの位置決め作業をしている場合等では温度補償を不用とし、スライダ部上の構成がシンプルとなり、コストダウンに貢献できる。
【００６６】
（２）３台のセンサが外部に固定配置されるので、従来ＸＹステージで必要としていたスライダ部への電源ケーブル、信号ケーブルの可動的な取り回しが不用となり、ケーブル処理のコストダウンに貢献できる。
【００６７】
次に、本発明に適用されるピッチング及びローリング補正につき説明する。図６は、格子プラテン１００上を浮揚して移動するスライダ部１０１のピッチング及びローリング現象を説明するイメージ図である。点線の矢印で示すＸ方向のゆれＰがピッチングであり、直交する一点鎖線の矢印で示すＹ方向のゆれＲがローリングである。
【００６８】
スライダ部１０１に搭載されるデバイスが、露光工程等の極めて高い位置決め精度を要求する場合には、浮揚して移動するスライダ部１０１のピッチング及びローリングを抑制する補正が必須となる。特許文献２記載の技術では、スライダ部のＺ軸方向の回転であるヨーイングは抑制可能であるが、ピッチング及びローリングについては対応できない。
【００６９】
図７（Ａ）は、格子プラテン１００とスライダ部１０１の平面図、（Ｂ）はＸ軸方向の側面図（Ｙ軸方向センサは図示せず）である。スライダ部１０１は、圧縮空気の噴射により格子プラテン１００の上面に微小空隙を持って浮揚している。浮揚手段自身はこの空隙を一定に制御する機能を持たないために、スライダ部１０１の移動に伴い図６で説明したピッチング及びローリングが発生する。
【００７０】
Ｚ１センサ３０１及びＺ２センサ３０２は、スライダ部１０１のＸ軸方向の両端部に取り付けられた距離計であり、スライダ部のＸ軸方向のピッチング角を検出する第１のＺ軸センサを形成する。同様に、Ｚ３センサ３０３及びＺ４センサ３０４は、スライダ部１０１のＹ軸方向の両端部に取り付けられた距離計であり、スライダ部のＹ軸方向のローリング角を検出する第２のＺ軸センサを形成する。
【００７１】
図７（Ｂ）に示すように、Ｚ１センサ３０１及びＺ２センサ３０２は、センサ位置におけるスライダ部１０１と格子プラテン１００間の距離ｄ１及びｄ２を測定する。図示されていないが、同様にＺ３センサ３０３及びＺ４センサ３０４は、センサ位置におけるスライダ部１０１と格子プラテン１００間の距離ｄ３及びｄ４を測定する。
【００７２】
Ｚ１センサ３０１とＺ２センサ３０２間の距離及びＺ３センサ３０３及びＺ４センサ３０４間の距離は、同一距離Ｌとされている。Ｚ１センサ３０１とＺ２センサ３０２の距離測定値ｄ１及びｄ２とスライダ部のＸ方向距離Ｌに基づいてピッチング角を検出する。同様に、Ｚ３センサ３０３及びＺ４センサ３０４の測定値ｄ３及びｄ４とスライダ部のＹ方向距離Ｌに基づいてスライダ部のＹ方向のローリング角を検出する。
【００７３】
ピッチング角ｐｚ及びローリング角ｒｚは、次式で近似計算される。
ｐｚ＝（ｄ１−ｄ２）／Ｌ                                （１）
ｒｚ＝（ｄ３−ｄ４）／Ｌ                                （２）
【００７４】
更に、４個の距離計の測定値ｄ１乃至ｄ４に基づいてスライダ部１０２と格子プラテン１００間のＺ方向平均距離ｈｚが次式で計算される。
ｈｚ＝（ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＋ｄ４）／４                    （３）
【００７５】
Ｚ１コイル３０５及びＺ２コイル３０６は、Ｚ１センサ３０１及びＺ２センサ３０２に夫々近接して設けられ、第１のＺ軸コイルを形成する。同様に、Ｚ３コイル３０７及びＺ４コイル３０８は、Ｚ３センサ３０３及びＺ４センサ３０４に夫々近接して設けられ、第２のＺ軸コイルを形成する。これらコイルに励磁電流を流すことにより、図７（Ｂ）に示すように、スライダ部１０１と格子プラテン１００間に吸引力が発生し、空隙の距離ｄ１乃至ｄ４を個別に制御することができる。
【００７６】
図８は、ピッチング角サーボ手段, ローリング角サーボ手段, 位置サーボ手段の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。３０９乃至１２２は電流増幅器であり、夫々Ｚ１コイル３０５乃至Ｚ４コイル３０８にサーボ制御のための励磁電流ｉ１乃至ｉ４を供給する。
【００７７】
Ｚ１センサ３０１の測定値ｄ１とＺ２センサ３０２の測定値ｄ２は、減算器３１３で差が計算され、１／Ｌ演算部３１４により前記（１）式のピッチング角ｐｚが算出される。Ｚ３センサ３０３の測定値ｄ３とＺ４センサ３０４の測定値ｄ４は、減算器３１５で差が計算され、１／Ｌ演算部１１６により前記（２）式のローリング角ｒｚが算出される。Ｚ１センサ乃至Ｚ４センサの側定値ｄ１乃至ｄ４は、加算器３１７で加算され、１／４演算部３１８により前記（３）式の位置ｈｚが算出される。
【００７８】
減算器３１９は、ピッチング角測定値ｐｚとピッチング角指令部３２０の設定値ｐｓ（０°）の差を誤差増幅器３２１に与える。減算器３２２は、ローリング角測定値ｒｚとローリング角指令部３２３の設定値ｒｓ（０°）の差を誤差増幅器３２４に与える。減算器３２５は、位置測定値ｈｚと位置指令部３２６の設定値ｈｓの差を誤差増幅器３２７に与える。
【００７９】
ピッチング角を制御する誤差増幅器３２１の出力ｖｐは、加算器３２８及び減算器３２９を介して電流増幅器３０９及び３１０に与えられ、Ｚ１コイル３０５及びＺ２コイル３０６の励磁電流ｉ１及びｉ２を可逆的に操作し、ピッチング角ｐｚがゼロとなるように制御する。
【００８０】
同様に、ローリング角を制御する誤差増幅器３２４の出力ｖｒは、加算器３３０及び減算器３３１を介して電流増幅器３１１及び３１２に与えられ、Ｚ３コイル３０７及びＺ４コイル３０８の励磁電流ｉ３及びｉ４を可逆的に操作し、ローリング角ｒｚがゼロとなるように制御する。
【００８１】
スライダの位置を制御する誤差増幅器３２７の出力ｖｈは、加算器３２８,３３０及び減算器３２９,３１３１を介して電流増幅器３０９乃至３１２に与えられ、Ｚ１コイル乃至Ｚ４コイルの励磁電流ｉ１乃至ｉ４を操作し、スライダ部１０１と格子プラテン１００間の距離ｈｚが設定値ｈｓとなるように制御する。
【００８２】
このように、ピッチング角サーボ手段及びローリング角サーボ手段に加えて、スライダ部の位置（Ｚ軸方向の距離ｈｚ）を一定にする位置サーボ手段を設けることで、ピッチング角及びローリング角の抑制精度を向上させることができる。
【００８３】
次に、ピッチング角及びローリング角の抑制制御の他の実施形態を図９乃至図１５に基づいて説明する。この実施形態の特徴は、検出されたピッチング角ｐｚ及びローリング角ｒｚ並びにＺ軸方向平均距離ｈｚの測定値に基づき、スライダ部に搭載されたＸ軸モータ又はＹ軸モータの制御電流にこれと位相が直交する補正電流を重畳させることにより、スライダ部１０１と格子プラテン１００間引力を発生させ、空隙の距離ｄ１乃至ｄ４を個別に制御する点にある。
【００８４】
図９（Ａ）は、格子プラテン１００とスライダ部１０１の平面図、（Ｂ）はＸ軸方向の側面図（Ｙ軸方向センサは図示せず）である。スライダ部１０１は、圧縮空気の噴射により格子プラテン１００の上面に微小空隙を持って浮揚している。浮揚手段自身はこの空隙を一定に制御する機能を持たないために、スライダ部の移動に伴い図６で説明したピッチング及びローリングが発生する。
【００８５】
Ｚ１１センサ４０１及びＺ１２センサ４０２は、スライダ部１０１のＸ軸方向の両端部に取り付けられた距離計であり、スライダ部のＸ軸方向のピッチング角を検出する第１のＺ軸センサを形成する。同様に、Ｚ２１センサ４０３及びＺ２２センサ４０４は、スライダ部１０１のＹ軸方向の両端部に取り付けられた距離計であり、スライダ部のＹ軸方向のローリング角を検出する第２のＺ軸センサを形成する。
【００８６】
図９（Ｂ）に示すように、Ｚ１１センサ４０１及びＺ１２センサ４０２は、センサ位置におけるスライダ部１０１と格子プラテン１００間の距離ｄ１及びｄ２を測定する。図示されていないが、同様にＺ２１センサ４０３及びＺ２２センサ４０４は、センサ位置におけるスライダ部１０１と格子プラテン１００間の距離ｄ３及びｄ４を測定する。距離測定の原理は、図７の実施形態と同一である。
【００８７】
図１０は、Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給される制御電流の位相を説明する特性図である。従来の使用形態では、最も推力を発生する機械角９０°に位相が設定されているが、本発明ではこの制御電流の位相に直交する機械角０°（モータの歯とプラテンの歯の位置が一致している位置）の推力を発生しない電流（直交電流）を重畳する点を特徴とする。
【００８８】
モータの吸引力はバイアスマグネットの磁束と電流による磁束の和で決まるため、直交電流により吸引力を制御できる。又、空気浮揚手段を使用している平面モータの浮上量は吸引力と空気の反発力のバランスで決まるため、吸引力（∝直交電流）により浮上量を制御することができる。
【００８９】
図１１は、この原理を利用して対角配置されたＸ１モータ及びＸ２モータ（又はＹ１モータ及びＹ２モータ）に異なる直交電流を供給することにより、スライダ部１０１をピッチング（又はローリング）制御するイメージ図である。
【００９０】
図１２は、同様にこの原理を利用して対角配置されたＸ１モータ及びＸ２モータ（又はＹ１モータ及びＹ２モータ）に同位相で同一値の直交電流を供給することにより、スライダ部１０１をＺ軸方向に位置制御するイメージ図である。
【００９１】
図１３は、標準的なモータの配置を示す平面図である。この様なモータ配置の場合は、以下の組み合わせで直交電流を流して姿勢制御を行う。
（１）ピッチング方向制御：Ｘ１モータ，Ｙ２モータとＹ１モータ，Ｘ２モータで逆位相の直交電流を流す。 
（２）ローリング方向制御：Ｘ１モータ，Ｙ１モータとＹ２モータ，Ｘ２モータで逆位相の直交電流を流す。
（３）Ｚ軸方向位置制御：全モータに同位相で同一値の直交電流を流す。
【００９２】
図１４は、スライダに搭載されるモータ配置として領域を９分割し、中心領域を除いた８領域にＸ１乃至Ｘ４モータ及びＹ１乃至Ｙ４モータを配置した平面図を示す。１３１及び１３２は、Ｘ３モータ及びＸ４モータである。１３３及び１３４は、Ｙ３モータ及びＹ４モータである。このように、８軸の電流供給部を持たせることで移動方向により主に推力を発生させるモータと、主に吸引力を発生させるモータを分離して制御を容易にすることができる。
【００９３】
移動方向時に推力を発生していないＸモータで制御する場合には、
（１）ピッチング方向制御：Ｘ１，Ｘ２とＸ３，Ｘ４で逆相の直交電流を流す。
（２）ローリング方向制御：Ｘ１，Ｘ３とＸ２，Ｘ４で逆相の直交電流を流す。
（３）Ｚ軸方向位置制御  ：Ｘ１〜Ｘ４で同相の直交電流を流す。
【００９４】
図１５は、ピッチング角サーボ手段, ローリング角サーボ手段, Ｚ軸方向位置サーボ手段の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。４０５はＸ１ドライバ、４０６はＸ２ドライバ、４０７はＹ１ドライバ、４０８はＹ２ドライバであり、夫々推力指令ＦＸ１，ＦＸ２及び推力指令ＦＹ１，ＦＹ２を入力し、Ｘ１モータ１２７，Ｘ２モータ１２８及びＹ１モータ１２９，Ｙ２モータ１３０に３相の制御電流ＭＸ１，ＭＸ２及びＭＹ１，ＭＹ２を出力する。
【００９５】
４０９はＸ１直交電流生成手段、４１０はＸ２直交電流生成手段、４１１はＹ１直交電流生成手段、４１２はＹ２直交電流生成手段であり、夫々生成された直交電流ＩＸ１，ＩＸ２及びＩＹ１，ＩＹ２をＸ１ドライバ４０５，Ｘ２ドライバ４０６及びＹ１ドライバ４０７，Ｙ２ドライバ４０８に出力する。これら直交電流ＩＸ１，ＩＸ２及びＩＹ１，ＩＹ２は、３相の制御電流ＭＸ１，ＭＸ２及びＭＹ１，ＭＹ２に重畳される。
【００９６】
Ｚ１１センサ４０１の測定値ｄ１とＺ１２センサ４０２の測定値ｄ２は、減算器４１３で差が計算され、１／Ｌ演算部４１４により前記（１）式のピッチング角ｐｚが算出される。
【００９７】
Ｚ２１センサ４０３の測定値ｄ３とＺ２２センサ４０４の測定値ｄ４は、減算器４１５で差が計算され、１／Ｌ演算部４１６により前記（２）式のローリング角ｒｚが算出される。
【００９８】
Ｚ１１センサ乃至Ｚ２２センサの側定値ｄ１乃至ｄ４は、加算器４１７で加算され、１／４演算部４１８により前記（３）式のＺ軸方向の平均位置ｈｚが算出される。
【００９９】
ピッチング角サーボ手段の構成を説明する。減算器４１９は、ピッチング角測定値ｐｚとピッチング角指令部４２０の設定値ｐｓ（０°）の偏差を、ピッチング角を制御する誤差増幅器４２１に与える。誤差増幅器４２１の出力ｖｐは、加算器４２８及び加算器４２９を介してＸ１直交電流生成手段４０９及びＹ２直交電流生成手段４１２に与えられる。
【０１００】
誤差増幅器４２１の逆相出力−ｖｐは、加算器４３０及び加算器４３１を介してＸ２直交電流生成手段４１０及びＹ１直交電流生成手段４１１に与えられる。このようなサーボ系により、Ｘ１モータ，Ｙ２モータ及びＸ２モータ，Ｙ１モータが逆相に回転操作され、ピッチング角ｐｚがゼロとなるように制御される。
【０１０１】
ローリング角サーボ手段の構成を説明する。減算器４２２は、ローリング角測定値ｒｚとローリング角指令部４２３の設定値ｒｓ（０°）の偏差を、ローリング角を制御する誤差増幅器４２４に与える。誤差増幅器４２４の出力ｖｒは、加算器４２８及び加算器４３１を介してＸ１直交電流生成手段４０９及びＹ１直交電流生成手段４１１に与えられる。
【０１０２】
誤差増幅器４２４の逆相出力−ｖｒは、加算器４３０及び加算器４２９を介してＸ２直交電流生成手段４１０及びＹ２直交電流生成手段４１２に与えられる。このようなサーボ系により、Ｘ１モータ，Ｙ１モータ及びＸ２モータ，Ｙ２モータが逆相に回転操作され、ローリング角ｒｚがゼロとなるように制御される。
【０１０３】
Ｚ方向位置サーボ手段の構成を説明する。減算器４２５は、Ｚ軸方向平均位置測定値ｈｚと位置指令部４２６の設定値ｈｓの偏差を、ｚ軸方向位置を制御する誤差増幅器４２７に与える。誤差増幅器４２７の出力ｖｈは、加算器４２８乃至４３１に共通に与えられ、Ｘ１モータ，Ｙ１モータ及びＸ２モータ，Ｙ２モータを同相に操作し、スライダ部１０１と格子プラテン１００間の距離が設定値ｈｓとなるように制御する。
【０１０４】
このように、ピッチング角サーボ手段及びローリング角サーボ手段に加えて、スライダ部の位置（Ｚ軸方向の距離）を一定にするＺ軸方向位置サーボ手段を設けることで、ピッチング角及びローリング角の抑制精度を向上させることができる
【０１０５】
次に、コギング推力に起因するリップル抑制につき図１６及び図１７により説明する。図１６は、リップル抑制手段６００を備えるスライダ部１０１のＸ軸位置制御サーボ系を示す機能ブロック図である。
【０１０６】
５０１は速度変換器であり、スライダ部１０１の位置検出手段１２６より得られるＸ軸の位置検出値Ｐｆｘの信号成分よりスライダ部１０１の速度を演算し、速度検出値Ｖｆｘを算出する。この速度変換器についても前記特許文献２に詳細が開示されており、内容説明を省略する。
【０１０７】
５０２は位置制御部であり、位置指令値Ｐｓｘと位置検出値Ｐｆｘの偏差を演算処理して速度指令値Ｖｓｘを出力する。５０３は速度制御部であり、速度指令値Ｖｓｘと速度検出値Ｖｆｘの偏差ｅｖｘを演算処理して推力指令値Ｆｄｘを出力する。
【０１０８】
５０４は推力発生部であり、推力指令値Ｆｄｘとこの指令値に加算手段５０５で加算される後述のリップル抑制手段６００からのコギング補正信号Ｆｅｘを入力し、スライダ部１０１のＸ１モータ１２７及びＸ２モータ１２８に交流制御電流を供給し、Ｘ軸方向の推力Ｆｘを発生させる。この推力発生部についても前記特許文献２に詳細が開示されているので、内容説明を省略する。
【０１０９】
スライダ部１０１に設けられたＸモータ及びＹモータは、磁性体で形成される格子プラテンの溝に対向する複数のコアに交流制御電流を供給して格子プラテンとの間に推力を発生させる、いわゆるハイブリッド型面モータが応答性やコスト面で有利であり採用される場合が多い。
【０１１０】
ハイブリッド型面モータの弱点として、モータに供給される交流制御電流の転流周期に同期して発生するコギング推力Ｆｒｘによりスライダ部１０１の位置制御にリップルが重畳する問題があり、位置制御の精度を低下させる要因の一つとなっている。
【０１１１】
点線のブロック６００は本発明のリップル抑制手段であり、コギング推力と同一振幅で逆位相のコギング補正信号Ｆｅｘを算出し、加算手段５０５で推力指令値Ｆｄｘに加算することでコギング推力Ｆｒｘの発生を抑制する。
【０１１２】
リップル抑制手段６００において、６０１は転流位相検出手段である。転流位相角φは、Ｘ軸については位置検出値Ｐｆｘより得られる位置Ｘ及びＸ軸モータのコアピッチＰより、割り算の余りを演算するｍｏｄ関数により、
φ＝ｍｏｄ（Ｘ，Ｐ）
で算出される。
【０１１３】
６０２は１次正弦波発生手段であり、転流位相角φを入力してｓｉｎ（φ）を生成する。６０３は２次正弦波発生手段であり、転流位相角φを入力してｓｉｎ（２φ）を生成する。必要に応じて３次，４次…ｎ次正弦波発生手段を設けることが可能である。
【０１１４】
６０４は定数設定手段であり、速度変換器５０１の速度検出値Ｖｆｘを入力して定数ａ１，ａ２及びｋ１，ｋ２を速度Ｖｆｘに対応した最適値を演算して設定する。演算は適当なアルゴリズムによる関数演算でもよいが、適当な分解能で分割した速度検出値と最適定数を対応させたテーブルより定数を読み出す構成が一般的である。
【０１１５】
５０６はスライダ部１０１に取り付けられた加速度センサ、５０７は推力変換手段であり、加速度センサ５０６の検出値に基づいてスライダ部１０１に働いているコギング推力を含む推力推定値Ｆａｘを算出する。この推力推定値Ｆａｘと速度制御部５０３の推力指令値Ｆｄｘは減算されて、差分ｄｘが算出される。
【０１１６】
６０５は１次正弦波に関する定数修正手段であり、差分ｄｘと１次正弦波発生手段６０２の出力を入力し両者の振幅と位相を比較し、振幅誤差及び位相誤差に基づいて定数ａ１を修正する信号ｋｐ１及び定数ｋ１を修正する信号ｋｇ１を生成し、夫々ａ１及びｋ１に加算する。
【０１１７】
同様に、６０６は２次正弦波に関する定数修正手段であり、差分ｄｘと２次正弦波発生手段６０３の出力を入力し両者の振幅と位相を比較し、振幅誤差及び位相誤差に基づいて定数ａ２を修正する信号ｋｐ２及び定数ｋ２を修正する信号ｋｇ２を生成し、夫々ａ２及びｋ２に加算する。
【０１１８】
６０７は定数発生用パラメータ修正手段であり、定数修正手段６０５及び６０６の修正信号ｋｐ１，ｋｇ１及びｋｐ２，ｋｇ２を入力し、定数設定手段６０４における定数生成用のパラメータを修正し、定数ａ１，ａ２及びｋ１，ｋ２を修正する。
【０１１９】
６０８は加算手段であり、定数の修正処理が実行された１次正弦波発生手段６０２の出力と２次正弦波発生手段６０３の出力を加算し、コギング推力と同一振幅で逆位相のコギング補正信号Ｆｅｘを算出し、加算手段５０５で推力指令値Ｆｄｘに加算することでコギング推力Ｆｒｘの発生を抑制する。
【０１２０】
このように、スライダ部１０１に働く推定推力Ｆａｘをフィードバックし、推力指令値Ｆｄｘとの差分ｄｘにより次数毎に正弦波発生手段の振幅誤差、位相誤差を求めて定数設定値を修正するフィードバック制御により、コギング補正効果を高めることができる。
【０１２１】
更に、フィードバック制御後の修正信号ｋｐ１，ｋｇ１及びｋｐ２，ｋｇ２と設定定数ａ１，ａ２及びｋ１，ｋ２の差を参照して定数設定手段６０４の定数生成用のパラメータを修正することで、学習効果により精度の高い定数設定手段６０４にチューニングすることができる。
【０１２２】
以上、Ｘ軸にリップル抑制手段６００を適用した実施形態を説明したが、Ｙ軸及びθ軸の各軸についても同様なリップル抑制手段を備えることで、各軸のコギング推力によるリップルを効果的に抑制することができる。
【０１２３】
しかしながら、面モータを用いたＸＹステージでは、他の軸からの干渉があり、各軸に働くコギング推力は他の軸にも干渉するので、各軸毎の独立したリップル抑制手段ではコギング補正が完全ではない。
【０１２４】
図１７は、他の軸のコギング補正信号に各軸のコギング補正信号を加算した実施形態を示す機能ブロック図である。鎖線の領域ＡはＸ軸制御系、ＢはＹ軸制御系、Ｃはθ軸制御系であり、各制御系よりスライダ部１０１に対して推力Ｆｘ、Ｆｙ及びトルクＴθが作用している。
【０１２５】
Ｘ軸の推力Ｆｘには、自軸のコギング推力Ｆｒｘｘ及びＹ軸の干渉によるコギング推力Ｆｒｙｘが作用している。同様に、Ｙ軸の推力Ｆｙには、自軸のコギング推力Ｆｒｙｙ及びＸ軸の干渉によるコギング推力Ｆｒｘｙが作用している。更に、θ軸のトルクＴθには、Ｘ軸及びＹ軸の干渉によるコギング推力Ｔｒｘθ及びＴｒｙθが作用している。
【０１２６】
位置検出手段１２６は、スライダ部１０１のＸ軸位置検出値Ｐｆｘ、Ｙ軸位置検出値Ｐｆｙ、θ軸位置Ｐｆθを出力して各軸制御系に与えている。５０２Ａ，５０２Ｂ，５０２Ｃは、各軸制御系の位置制御部であり、各軸の位置指令値Ｐｓｘ，Ｐｓｙ，Ｐｓθと各軸の位置検出値Ｐｆｘ，Ｐｆｙ，Ｐｆθの偏差を演算して速度指令値Ｖｓｘ，Ｖｓｙ，Ｖｓθを出力する。
【０１２７】
各軸の速度変換器５０１Ａ，５０１Ｂ，５０１Ｃの速度検出値Ｖｆｘ，Ｖｆｙ，Ｖｆθと、前記各軸の速度指令値Ｖｓｘ，Ｖｓｙ，Ｖｓθの偏差ｅｖｘ，ｅｖｙ，ｅｖθは、各軸の速度制御部５０３Ａ，５０３Ｂ，５０３Ｃで演算され、Ｘ，Ｙ軸の推力指令値Ｆｄｘ，Ｆｄｙ及びθ軸のトルク指令値Ｔｄθを出力する。
【０１２８】
これら各軸の推力指令値は、各軸の加算手段５０５Ａ，５０５Ｂ，５０５Ｃで各軸のリップル抑制手段からのコギング補正信号が加算されてＸ，Ｙの推力発生部５０４Ａ，５０４Ｂ及びθ軸のトルク発生部５０４Ｃに入力され、推力Ｆｘ，Ｆｙ及びトルクＴθに変換されてスライダ部１０１に作用する。
【０１２９】
点線のブロック７００は、Ｘ軸のリップル抑制手段であり、自軸の転流位相検出手段７０１、自軸のコギング推力に対する補正値発生器７０２、Ｙ軸からの干渉によるコギング推力に対する補正値発生器７０３、これら補正値発生器に対する定数保持手段７０４，７０５により構成されている。
【０１３０】
点線のブロック８００は、Ｙ軸のリップル抑制手段であり、自軸の転流位相検出手段８０１、自軸のコギング推力に対する補正値発生器８０２、Ｘ軸からの干渉によるコギング推力に対する補正値発生器８０３、これら補正値発生器に対する定数保持手段８０４，８０５により構成されている。
【０１３１】
点線のブロック９００は、θ軸のリップル抑制手段であり、Ｘ軸からの干渉によるコギング推力に対する補正値発生器９０１、Ｙ軸からの干渉によるコギング推力に対する補正値発生器９０２、これら補正値発生器に対する定数保持手段９０３，９０４により構成されている。
【０１３２】
Ｘ軸の転流位相検出手段７０１の転流位相各出力φｘは、自軸の補正値発生器７０２に出力されると共に、Ｙ軸の補正値発生器８０３及びθ軸の補正値発生器９０１にも出力される。同様に、Ｙ軸の転流位相検出手段８０１の転流位相各出力φｙは、自軸の補正値発生器８０２に出力されると共に、Ｘ軸の補正値発生器７０３及びθ軸の補正値発生器９０２にも出力される。
【０１３３】
Ｘ軸の補正値発生器７０２及び７０３のコギング補正値Ｆｅｘ及びＦｅｙは加算されて加算手段５０５Ａで推力指令値Ｆｄｘに加算される。同様に、Ｙ軸の補正値発生器８０２及び８０３のコギング補正値Ｆｅｙ及びＦｅｘは加算されて加算手段５０５Ｂで推力指令値Ｆｄｙに加算される。同様に、θ軸の補正値発生器９０１及び９０２のコギング補正値Ｔｅθｘ及びＴｅθｙは加算されて加算手段５０５Ｃでトルク指令値Ｔｄθに加算される。
【０１３４】
図１８は、加速度フィードバック制御手段を備えた位置制御サーボ系をＸ１モータについて示した機能ブロック図である。位置制御部５０２は、位置指令値と位置検出手段１２６の位置検出値の偏差をもとにＸ１モータ１２７を指令位置にフィードバック制御するための制御信号を出力する。速度変換器５０１は位置検出手段１２６の位置検出信号を速度検出値に変換する。
【０１３５】
速度制御部５０３は、位置制御部５０２からの速度指令値と速度変換器５０１からの速度検出値の偏差をもとにＸ１モータ１２７の移動速度をフィードバック制御するための制御信号を出力する。
【０１３６】
推力発生部５０４は、速度制御部５０３からの制御信号をもとにＸ１モータ１２７を駆動する。推力発生部５０４には、モータコイルの制御電流を操作するためのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を生成するＰＷＭ回路、ＰＷＭ信号をもとにモータを駆動するブリッジ形のインバータ回路等が設けられている。
【０１３７】
スライダ部を２次元位置制御する制御ループに速度制御ループを持たせた場合には、ループゲインが小さいと速度検出値に変動が生じ、コギングによる推力、推力リップル等が要因となるモータ推力の外乱となる。ゲインを上げるとループにおける信号遅延が大きい場合や、モータに機械系共振が存在すると発振するため、ゲインに制約が生じ、これが位置決め精度向上の障害要因となる。
【０１３８】
本発明では、この問題点を解決するために、速度制御ループの特性を変えることなくモータ推力の外乱による影響を低減するために、位置制御ループ及び速度制御ループに加えて加速度制御ループが設けられている。
【０１３９】
加速度センサ５０６は、Ｘ１モータ１２７の加速度を検出する。加速度制御部５０８は、速度制御部５０３からの加速度指令値と加速度センサ５０６からの加速度検出値との偏差をもとにＸ１モータ１２７の移動加速度をフィードバック制御する。加速度制御部５０８の制御出力が推力発生部５０４に与えられる。
【０１４０】
更に、速度制御部５０３が出力する加速度指令値が、加速度制御部５０８をバイパスする信号経路が設けられており、バイパスした加速度指令値はフィードフォワード信号として加速度制御部５０８の出力に加算される。これにより、加速度がフィードフォワード制御される。
【０１４１】
このとき、加速度を加速度検出値に変換するときのゲイン（加速度定数）を調整することで、外乱推力の影響を低減し、速度制御ループの特性は加速度制御ループの影響を受けないように設定できる。これによって、速度制御ループの特性を変えることなく、コギングによる推力、推力リップル等が要因となるモータの推力の外乱による影響を低減できる。
【０１４２】
図１９は、デッドタイム補正手段を設けた位置制御サーボ系をＸ１モータについて示した機能ブロック図である。５０９は積算カウンタであり、上位装置５１０からパルス数で与えられる目標位置信号ＳＸを積算し、ディジタルの目標位置信号Ｐｉに変換する。
【０１４３】
５１１は周期検出手段であり、位置検出手段１２６の位置検出信号ＰＸ１を入力してその周期を算出する。５１２は位置変換手段、５０１は速度変換器であり、周期検出手段５１１からの周期信号を取得して位置信号Ｐｆ及び速度信号Ｖｆに変換する。この動作原理については特許文献２に詳細に開示されているので、ここではその説明を省略する。
【０１４４】
５０２は位置制御部であり、目標位置信号Ｐｉと位置信号Ｐｆの偏差を演算して速度指令信号Ｖｉを出力する。５０３は速度制御部であり、速度指令信号Ｖｉと速度信号Ｖｆの偏差を演算して推力指令Ｆを出力する。
【０１４５】
５１３は位相差検出手段であり、位置検出信号ＰＸ１とスキャン周期ｆｏとの位相差を検出して転流制御手段５１４に出力する。この転流制御手段５１４の出力ｓｉｎωｔ及びｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）の信号と推力指令Ｆは夫々乗算器５１５及び５１６で乗算され、Ｆｓｉｎωｔ及びＦｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）を出力する。
【０１４６】
これら乗算器出力と電流検出手段５１９及び５２０の検出信号との偏差が電流制御手段５２１に入力される。電流制御手段５２１は、偏差を演算しパルス幅変調（ＰＷＭ）されたスイッチング信号Ｓ１及びＳ２を出力し、デッドタイム発生回路５２２を介してインバータを形成する３相スイッチング回路５２３を開閉制御し、３相の面モータで実現されるＸ１モータ１２７のＵ相，Ｖ相，Ｗ相コイルに制御電流を供給する。
【０１４７】
電流検出手段５１９は、Ｕ相コイルに直列接続された電流検出抵抗Ｒｕの電圧降下を検出して電流制御手段５２１フィードバックする。同様に電流検出手段５２０は、Ｖ相コイルに直列接続された電流検出抵抗Ｒｖの電圧降下を検出して電流制御手段５２１にフィードバックする。Ｗ相コイルについてはフィードバックを行わない。
【０１４８】
転流制御による３相の面モータに対するＰＷＭ電流制御の詳細に関しては、特許文献２に開示されているので、ここでは詳細説明を省略する。
【０１４９】
ここで、デッドタイム発生回路５２２は、スイッチング信号Ｓ１及びＳ２が同時にオンとならないようにスイッチング信号の切り替わりのタイミングに所定時間のデッドタイムを付加し、同時オンによる３相スイッチング回路５２３の大電流焼損を防止する。
【０１５０】
デッドタイム発生回路５２２は、スイッチング回路の大電流焼損を防止するための必要要素であるが、デッドタイムによる不感帯の影響により、モータに対する微小な電流出力時に電流歪や応答の遅れがあり、微小振幅を発生してモータの制御特性を悪化させる問題点がある。
【０１５１】
スライダの位置制御の精度要求がさほど厳しくない場合には、この特性悪化は問題とならないが、スライダ上に更に高精度の位置決め装置を搭載する露光工程のような超高精度の位置決め装置では、微小振幅が位置決めの要求精度の障害要因となる。
【０１５２】
点線のブロック１０００は本発明により導入されるデッドタイム補正手段である。１００１は直交電流設定手段であり、重畳すべき補正電流を決める直交電流指令Ｈを出力する。この値は、デッドタイム発生回路５２２の特性に応じてオペレータが任意に手動設定することができる。
【０１５３】
１００２及び１００３は乗算器であり、転流制御手段５１４の出力ｓｉｎωｔ及びｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）の信号と直交電流指令Ｈとを乗算してＨｓｉｎωｔ及びＨｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）を出力する。
【０１５４】
乗算器１００２の出力Ｈｓｉｎωｔを演算器１００４で１／２倍演算した信号と、乗算器１００３の出力Ｈｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）とを加算手段１００６で加算することにより、Ｈｓｉｎ（ωｔ−９０°）信号を生成せしめる。これを電流制御手段５２１の入力側に設けた加算器５１７により、Ｆｓｉｎωｔ側の偏差信号に重畳させる。
【０１５５】
同様に、乗算器１００３の出力Ｈｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）を演算器１００４で１／２倍演算した信号と、乗算器１００２の出力Ｈｓｉｎωｔとを加算手段１００７により逆相で加算することにより、Ｈｓｉｎ（ωｔ＋１２０°−９０°）信号を生成せしめる。これを電流制御手段５２１の入力側に設けた加算器５１８により、Ｆｓｉｎ（ωｔ＋１２０°）側の偏差信号に重畳させる。
【０１５６】
このようなデッドタイム補正手段の導入により、デッドタイムの影響による微小振幅を有効に回避することができる。重畳させる補正電流値は、デッドタイム発生回路の特性に応じて手動設定することができるので、制御精度を最適にするためのチューニング作業が容易である。
【０１５７】
以上説明した実施形態では、複数のスライダ部を有するＸＹステージを半導体製造装置に適用したときに位置制御精度の向上効果が顕著となる各種の補正手段にについて説明した。しかしながら、本発明の適用対象は半導体製造装置に限定されるものではなく、検査装置、組み立て装置等の高精度を要求されるＸＹステージに汎用的に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明を適用したＸＹステージの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示すＸＹステージの斜視図である。
【図３】スライダ部１０１を代表して示した２次元位置制御システムを説明する機能ブロック図である。
【図４】ＸＹサーボドライバを構成する各要素の具体的構成及びスライダ部に搭載される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。
【図５】スライダ部１０１を代表して示した２次元位置制御システムの他の実施形態を説明する機能ブロック図である。
【図６】格子プラテン上を浮揚して移動するスライダ部のピッチング及びローリング現象を説明するイメージ図である。
【図７】（Ａ）は、格子プラテンとスライダ部の平面図、（Ｂ）はＸ軸方向の側面図である。
【図８】ピッチング角サーボ手段, ローリング角サーボ手段, 位置サーボ手段の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】（Ａ）は、格子プラテンとスライダ部の平面図、（Ｂ）はＸ軸方向の側面図である。
【図１０】Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給される制御電流の位相を説明する特性図である。
【図１１】対角配置されたＸ１モータ及びＸ２モータ（又はＹ１モータ及びＹ２モータ）に異なる直交電流を供給することにより、スライダ部をピッチング（又はローリング）制御するイメージ図である。
【図１２】対角配置されたＸ１モータ及びＸ２モータ（又はＹ１モータ及びＹ２モータ）に同位相で同一値の直交電流を供給することにより、スライダ部をＺ軸方向に位置制御するイメージ図である。
【図１３】標準的なモータの配置を示す平面図である。
【図１４】スライダに搭載されるモータ配置として領域を９分割し、中心領域を除いた８領域にＸ１乃至Ｘ４モータ及びＹ１乃至Ｙ４モータを配置した平面図である。
【図１５】ピッチング角サーボ手段, ローリング角サーボ手段, Ｚ軸方向位置サーボ手段の具体的な構成例を示す機能ブロック図である。
【図１６】リップル抑制手段を備えるスライダ部のＸ軸位置制御サーボ系を示す機能ブロック図である。
【図１７】他の軸のコギング補正信号に各軸のコギング補正信号を加算した実施形態を示す機能ブロック図である。
【図１８】加速度フィードバック制御手段を備えた位置制御サーボ系をＸ１モータについて示した機能ブロック図である。
【図１９】デッドタイム補正手段を設けた位置制御サーボ系をＸ１モータについて示した機能ブロック図である。
【図２０】特許文献１に開示されている複数のスライダ部を有するＸＹステージの構成を示す平面図である。
【図２１】スライダ部の２次元位置制御システムを説明する機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１００  格子プラテン
１０１、１０２  １０３スライダ部
１０４、１０５、１０６  デバイスホルダ
１０７、１０７´、１０７″  デバイス
１０８  カメラ
１０９  レーザ光源
１１０  フォトマスク
１１１  レンズ系
１１２、１１３、１１４  ヨーイング補正手段
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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