(57)【要約】【課題】  スライダの速度を反映したコギング補正ができるとともに、他軸への干渉を含めた十分なコギング補正結果が得られるＸＹステージを実現する。【解決手段】  Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流電流によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、前記スライダに発生するコギング推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、  前記スライダの速度に応じて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備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流電流によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、前記スライダに発生するコギング推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、
前記スライダの速度に応じて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備えたことを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記定数設定手段は、前記スライダの速度に対応した定数を保持するテーブルで構成されてい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】
前記スライダへの推力指令値と前記スライダの推力検出値との差分情報に基づいて、前記定数設定手段からの定数を変更する定数修正手段を備えた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】
前記定数修正手段の出力に基づいて前記定数設定手段の内容を修正する定数発生用パラメータ修正手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のＸＹステージ。
【請求項５】
Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流電流によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、前記スライダに発生するコギング推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、
前記Ｘ軸のコギング補正信号に対して前記Ｙ軸の転流位相角に基づくコギング補正信号を加算すると共に、前記Ｙ軸のコギング補正信号に対して前記Ｘ軸の転流位相角に基づくコギング補正信号を加算するリップル抑制手段を備えたことを特徴とするＸＹステージ。
【請求項６】
Ｚ軸まわりの回転を抑制するθ軸制御系のリップル抑制手段におけるコギング補正信号を、前記Ｘ軸の転流位相角及び前記Ｙ軸の転流位相角より生成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７】
前記リップル抑制手段は、前記スライダの速度に応じて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備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載のＸＹステージ。
【請求項８】
前記定数設定手段は、前記スライダの速度に対応した定数を保持するテーブルで構成されていることを特徴とする請求項７に記載のＸＹステージ。
【請求項９】
前記スライダへの推力指令値と前記スライダの推力検出値との差分情報に基づいて、前記定数設定手段からの定数を変更する定数修正手段を備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載のＸＹステージ。
【請求項１０】
前記定数修正手段の出力に基づいて前記定数設定手段の内容を修正する定数発生用パラメータ修正手段を備えた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】
前記コギング補正信号は、前記転流位相角に対する正弦波関数の演算及び余弦波関数の演算から算出することを特徴とする請求項１乃至１０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、Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流電流によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、前記スライダに発生するコギング推力によるリップルを抑制する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を有するＸＹステージの構造及びＺ軸まわりの回転を抑制する技術については、特許文献１及び２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】
【特許文献２】特開２００１−１２５６４８号公報
【０００５】
従来より、Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、スライダに発生するコギング推力によるリップルを抑制するリップル抑制手段を有するＸＹステージ位置制御系がある。図３はこのようなＸＹステージ位置制御系を示した図である。図３ではＸ軸について機能ブロックを示している。
【０００６】
図３で、１はスライダであり、対角に配置されたＸ軸モータ１１及び１２並びにＹ軸モータ１３及び１４を有する。Ｙ軸モータ１３及び１４は直列接続されてもっぱらＹ軸の移動制御が行われるが、Ｘ軸モータ１１及び１２は個別に操作され、Ｘ軸の移動制御とＺ軸まわりの回転（ヨーイング）を抑制する制御を行う。
【０００７】
２は位置センサであり、格子プラテン上のスライダ１のＸ位置，Ｙ位置，Ｚ軸まわりの回転角度θを検出する。位置センサの具体的な構成については、光の干渉を用いたセンサの例が特許文献１に詳細が開示されているので内容説明を省略する。
【０００８】
３は速度変換器であり、Ｘ軸の位置検出値Ｐｆｘの信号成分よりスライダ１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特許文献１に詳細が開示されており、内容説明を省略する。
【０００９】
４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。５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。
【００１０】
６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７で加算される後述のリップル抑制手段８からのコギング補正信号Ｆｅｘを入力し、スライダ１のＸ軸モータ及びＹ軸モータに交流電流を供給し、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特許文献１に詳細が開示されているので、内容説明を省略する。
【００１１】
スライダ１に設けられたＸ軸モータ及びＹ軸モータは、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。
【００１２】
ハイブリッド型面モータの欠点として、モータの歯ピッチ毎、すなわちモータに供給される交流電流の転流周期と同期して発生するコギング推力Ｆｒｘによりスライダ１の位置制御にリップルが重畳する問題がある。これが位置制御の精度を低下させる要因の一つとなっている。
【００１３】
点線のブロック８は従来技術による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７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。
【００１４】
リップル抑制手段８において、８１は転流位相検出手段であり、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、転流位相角φは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。
【００１５】
８２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。８３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。
【００１６】
８４は定数保持手段であり、１次正弦波演算のための転流位相角φに加算する定数ａ１を保持する。８４は同じく定数保持手段であり、２次正弦波演算のための転流位相角φに加算する定数ａ２を保持する。これら定数保持手段の保持値は、あらかじめエンジニアリングにより適当な値を設定しておく。
【００１７】
８６は定数保持手段であり、１次正弦波発生手段８２の出力に乗算する係数ｋ１を保持する。８７は同じく定数保持手段であり、２次正弦波発生手段８３の出力に乗算する係数ｋ２を保持する。これら定数保持手段の保持値はあらかじめエンジニアリングにより適当な値を設定しておく。
【００１８】
８８は加算手段であり、係数ｋ１，ｋ２が乗算された１次正弦波発生手段８２の出力と２次正弦波発生手段８３の出力を加算し、コギングによるリップル抑制のためのコギング補正信号Ｆｅｘを生成して速度制御部５の推力指令値Ｆｄｘに加算する。コギング補正信号Ｆｅｘは、コギングにより発生する外乱推力と同一振幅で逆位相の信号である。
【００１９】
以上、Ｘ軸の位置制御系及びリップル抑制手段について説明したが、Ｙ軸及びＺ軸まわり（θ軸）の回転抑制制御も同様な位置制御系が構築され、各軸にコギング推力を補正するリップル抑制手段を備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来のリップル抑制手段では、コギング補正信号を算出する処理において転流位相角φに加算する定数ａ１，ａ２及び１次正弦波発生手段８２の出力と２次正弦波発生手段８３の出力に乗算する定数ｋ１，ｋ２はあらかじめエンジニアリングにより設定される固定値である。
【００２１】
しかしながらコギング推力は、スライダの速度や方向により変化するので、位置に基づく固定的な定数を用いた演算処理では最適なコギング補正信号を得るのが困難であり、補正が十分にかからないためにリップル抑制効果には限界がある。
また、格子プラテン上を移動するＸＹステージにおいては、Ｙ軸方向への移動時に発生するコギング推力は、Ｙ軸方向だけでなくＸ軸及びＺ軸まわり（θ軸）の回転方向にも分力が存在し、各軸ごとの補正ではリップル抑制を行うことができない。
【００２２】
従って本発明が解決しようとする課題は、スライダの速度を反映したコギング補正ができるとともに、他軸への干渉を含めた十分なコギング補正結果が得られる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）Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流電流によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、前記スライダに発生するコギング推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、
前記スライダの速度に応じて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備えたことを特徴とするＸＹステージ。
【００２４】
（２）前記定数設定手段は、前記スライダの速度に対応した定数を保持するテーブルで構成されていることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００２５】
（３）前記スライダへの推力指令値と前記スライダの推力検出値との差分情報に基づいて、前記定数設定手段からの定数を変更する定数修正手段を備えたことを特徴とする（１）又は（２）に記載のＸＹステージ。
【００２６】
（４）前記定数修正手段の出力に基づいて前記定数設定手段の内容を修正する定数発生用パラメータ修正手段を備えたことを特徴とする（３）に記載のＸＹステージ。
【００２７】
（５）Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流電流によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、前記スライダに発生するコギング推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、
前記Ｘ軸のコギング補正信号に対して前記Ｙ軸の転流位相角に基づくコギング補正信号を加算すると共に、前記Ｙ軸のコギング補正信号に対して前記Ｘ軸の転流位相角に基づくコギング補正信号を加算するリップル抑制手段を備えたことを特徴とするＸＹステージ。
【００２８】
（６）Ｚ軸まわりの回転を抑制するθ軸制御系のリップル抑制手段におけるコギング補正信号を、前記Ｘ軸の転流位相角及び前記Ｙ軸の転流位相角より生成することを特徴とする（５）に記載のＸＹステージ。
【００２９】
（７）前記リップル抑制手段は、前記スライダの速度に応じて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備えたことを特徴とする（５）又は（６）に記載のＸＹステージ。
【００３０】
（８）前記定数設定手段は、前記スライダの速度に対応した定数を保持するテーブルで構成されていることを特徴とする（７）に記載のＸＹステージ。
【００３１】
（９）前記スライダへの推力指令値と前記スライダの推力検出値との差分情報に基づいて、前記定数設定手段からの定数を変更する定数修正手段を備えたことを特徴とする（７）又は（８）に記載のＸＹステージ。
【００３２】
（１０）前記定数修正手段の出力に基づいて前記定数設定手段の内容を修正する定数発生用パラメータ修正手段を備えたことを特徴とする（９）に記載のＸＹステージ。
【００３３】
（１１）前記コギング補正信号は、前記転流位相角に対する正弦波関数の演算及び余弦波関数の演算から算出することを特徴とする（１）乃至（１０）のいずれかに記載のＸＹステージ。
【発明の効果】
【００３４】
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）ハイブリッド型面モータの欠点であるコギング推力の影響を、スライダの速度要因まで補正することでリップルを最小限まで抑制し、スライダ移動中の位置指令値との偏差を最小限にすることができる。
【００３５】
（２）これにより、スライダ移動中の精度が要求される精密スキャン型露光装置、精密塗布装置、精密・高速レーザー加工機に適用可能なＸＹステージを提供することが可能となる。
【００３６】
（３）定数データの自己修正・作成機能により、製造工数の削減及び現場での再調整を容易に行うことが可能なＸＹステージを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
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Ｘ軸について示した機能ブロック図である。図３で説明した従来の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。
【００３８】
図１において、点線のブロック１００は、本発明を適用したＸ軸のリップル抑制手段である。転流位相検出手段１０１、１次正弦波発生手段１０２、２次正弦波発生手段１０３、加算手段１０４の構成は、図３で説明した従来のＸＹステージにおける転流位相検出手段８１、１次正弦波発生手段８２、２次正弦波発生手段８３、加算手段８８の構成と同一である。
【００３９】
１０５は本発明の特徴部をなす定数設定手段であり、速度変換器３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。
【００４０】
２００はスライダ１に取り付けられた加速度センサ、３００は推力変換手段であり、加速度センサ２００の検出値に基づいてスライダ１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５の推力指令値Ｆｄｘは減算されて、差分情報ｄｘが算出される。
【００４１】
１０６は１次正弦波に関する定数修正手段であり、差分情報ｄｘと１次正弦波発生手段１０２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。
【００４２】
同様に、１０７は２次正弦波に関する定数修正手段であり、差分情報ｄｘと２次正弦波発生手段１０３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。
【００４３】
１０８は定数発生用パラメータ修正手段であり、定数修正手段１０６及び１０７の修正信号ｋｐ１，ｋｇ１及びｋｐ２，ｋｇ２を入力し、定数設定手段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。
【００４４】
このように、スライダ１に働く推定推力Ｆａｘをフィードバックし、推力指令値Ｆｄｘとの差分情報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更に高めることができる。
【００４５】
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１０５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１０５にチューニングすることができる。
【００４６】
以上、Ｘ軸に本発明のリップル抑制手段を適用した実施形態を説明したが、Ｙ軸及びθ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。
【００４７】
以上説明した実施形態は、Ｘ軸，Ｙ軸，θ軸の各軸におけるコギング推力によるリップル抑制手段の改善である。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、各軸単独では補正が完全ではない。
【００４８】
図２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本発明の他の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１に対して推力Ｆｘ、Ｆｙ及びトルクＴθが作用している。
【００４９】
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。
【００５０】
位置センサ２は、スライダ１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。４１，４２，４３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。
【００５１】
各軸の速度変換機３１，３２，３３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５１，５２，５３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。
【００５２】
これら各軸の推力指令値は、各軸の加算手段７１，７２，７３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６１，６２及びθ軸のトルク発生部６３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１に作用する。
【００５３】
点線のブロック４００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４０１、自軸のコギング推力に対する補正値発生器４０２、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４０３、これら補正値発生器に対する定数保持手段４０４，４０５により構成されている。
【００５４】
点線のブロック５００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５０１、自軸のコギング推力に対する補正値発生器５０２、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５０３、これら補正値発生器に対する定数保持手段５０４，５０５により構成されている。
【００５５】
点線のブロック６００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６０１、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６０２、これら補正値発生器に対する定数保持手段６０３，６０４により構成されている。
【００５６】
Ｘ軸の転流位相検出手段４０１の転流位相各出力φｘは、自軸の補正値発生器４０２に出力されると共に、Ｙ軸の補正値発生器５０３及びθ軸の補正値発生器６０１にも出力される。同様に、Ｙ軸の転流位相検出手段５０１の転流位相各出力φｙは、自軸の補正値発生器５０２に出力されると共に、Ｘ軸の補正値発生器４０３及びθ軸の補正値発生器６０２にも出力される。
【００５７】
Ｘ軸の補正値発生器４０２及び４０３のコギング補正値Ｆｅｘ及びＦｅｙは加算されて加算手段７１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５０２及び５０３のコギング補正値Ｆｅｙ及びＦｅｘは加算されて加算手段７２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６０１及び６０２のコギング補正値Ｔｅθｘ及びＴｅθｙは加算されて加算手段７３でトルク指令値Ｔｄθに加算される。
【００５８】
図２の実施形態では、各軸のリップル抑制手段における定数保持手段は簡単のために単純なブロックで表されているが、この部分に図１で説明したスライダの速度を反映した定数設定手段や、差分情報ｄに基づく定数修正手段、定数発生用パラメータ修正手段を適用することができる。
【００５９】
以上説明した実施形態では、転流位相角φに基づいて高次の正弦波関数演算でコギング補正信号を算出したが、コギング補正信号を転流位相角φに対する正弦波関数の演算及び余弦波関数の演算から算出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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】本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図３】従来におけるＸＹステージ位置制御系の構成例を示した機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  スライダ
２  位置センサ
３  速度変換器
４  位置制御部
５  速度制御部
６  推力発生部
７  加算手段
１００  リップル抑制手段
１０１  転流位相検出手段
１０２  １次正弦波発生手段
１０３  ２次正弦波発生手段
１０４  加算手段
１０５  定数設定手段
１０６、１０７  定数修正手段
１０８  定数発生用パラメータ修正手段
【図１】
2005327195.tif 000003
【図２】
2005327195.tif 000004
【図３】
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