(57)【要約】【課題】加速時および減速時のフォーサのピッチング方向の振動をなくすことができる平面モータを提供する。【解決手段】Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って一定ピッチで歯１０１が形成されたプラテン１１１と、プラテン１１１に対する浮上手段１１３および複数の可動子を内蔵するフォーサ１１２とを備えた平面モータにおいて、可動子は、Ｘ軸方向への推力を発生させる複数のＸ軸用可動子１３５，１３６と、Ｙ軸方向への推力を発生させる複数のＹ軸用可動子１３１，１３２とで構成され、フォーサ１１２に固定されプラテン１１１側に向かって光を照射する光源１４１およびフォーサ１１２側に固定されプラテン１１１側から反射された光を検出する複数の光検出手段１４２とからなるピッチング検出手段１４と、複数の光検出手段１４２の検出信号を元に、フォーサ１１２のピッチング方向の姿勢を制御する制御手段とを備えた平面モータ。【選択図】  図１
2005137044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成されたプラテンと、
前記プラテンに対する浮上手段および複数の可動子を内蔵するフォーサとを備えた平面モータにおいて、
前記可動子は、Ｘ軸方向に少なくとも２つに分離され、Ｘ軸方向への推力を発生させる複数のＸ軸用可動子と、Ｙ軸方向に少なくとも２つに分離され、Ｙ軸方向への推力を発生させる複数のＹ軸用可動子とで構成され、さらに、
前記フォーサに固定され前記プラテン側に向かって光を照射する光源手段および前記フォーサ側に固定され前記プラテン側から反射された前記光を検出する複数の光検出手段とからなるピッチング検出手段と、
前記複数の光検出手段の検出信号を元に、フォーサのピッチング方向の姿勢を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする平面モータ。
【請求項２】
前記ピッチング検出手段を複数備えたことを特徴とする請求項１記載の平面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置などに用いられ、対象物を二次元方向に移動、位置決めする平面モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の平面モータは、フォーサの２次元方向の運動だけを制御している（例えば、特許文献１参照）。
図４は前記特許文献１に記載された平面モータの構成を示す斜視図である。同図において、１１１はプラテンであり、磁性体で構成されていて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って一定ピッチで歯１０１が形成されている。図では簡略化のため一部の歯１０１だけを示しているが、プラテン１１１のほぼ全面に形成されている。１１２はフォーサであり、位置決めの対象物が載せられる。１１３は浮上手段であり、プラテン１１１に対向する部分にノズルが設けられていて、このノズルから圧縮空気を噴出することによりフォーサ１１２をプラテン１１１から浮上させる。
【０００３】
１１４はＹ軸用可動子であり、フォーサ１１２に搭載され、Ｙ軸方向に一定ピッチで歯１１５が形成されている。Ｙ軸に対する位置指令信号に応じて、Ｙ軸制御部１２１がＹ軸用可動子１１４の駆動電流を制御し、歯１１５とプラテン１１１の歯１０１との間の磁気吸引力をコントロールすることによりフォーサ１１２をＹ軸方向に移動させる。
１１６と１１７はＸ軸用可動子であり、フォーサ１１２の中心に対して対称な位置にそれぞれ搭載されている。Ｘ軸用可動子１１６、１１７は、Ｘ軸方向に一定ピッチで歯１１８が形成されている。Ｘ軸に対する位置指令信号に応じて、Ｘ軸制御部１２２、１２３がＹ軸用可動子１１６，１１７の駆動電流を制御し、歯１１８とプラテン１１１の歯１０１との間に磁気吸引力をコントロールすることによりフォーサ１１２をＸ軸方向に移動させる。
特許文献１に記載の従来の平面モータでは、２次元平面内での位置の検出するためのセンサとしてレーザ干渉計を用いているが、必ずしも位置決め用のセンサは必要というわけではなく、ステッピングモータ方式の平面モータとした場合にはセンサが不要である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２５６４８号公報（第９頁、第７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の平面モータは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置制御、すなわちプラテン１１１と平行な面における位置制御はされるが、フォーサ１１２がプラテン１１１に対して浮上状態であり、加速時または減速時に発生する慣性力のためにフォーサ１１２が進行方向に対しピッチング方向（俯仰方向）に振動するので、移動中に位置決め対象物が振動したり、位置決め対象物の制動時間が長くなるといった問題点があった。また、フォーサ１１２のピッチング方向の振動が大きな場合はフォーサ１１２がプラテン１１１に衝突することになるので、急加速または急減速ができないというような問題も抱えていた。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、フォーサのピッチング方向の姿勢を検出し、フォーサの姿勢を制御することができ、加速時および減速時のフォーサのピッチング方向の振動をなくすことができる平面モータ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の第１の構成は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成されたプラテンと、前記プラテンに対する浮上手段および複数の可動子コイルを内蔵するフォーサとを備えた平面モータにおいて、前記可動子は、Ｘ軸方向に少なくとも２つに分離され、Ｘ軸方向への推力を発生させる複数のＸ軸用可動子と、Ｙ軸方向に少なくとも２つに分離され、Ｙ軸方向への推力を発生させる複数のＹ軸用可動子とで構成され、さらに、前記フォーサに固定され前記プラテン側に向かって光を照射する光源手段および前記フォーサ側に固定され前記プラテン側から反射された前記光を検出する複数の光検出手段とからなるピッチング検出手段と、前記複数の光検出手段の検出信号を元に、フォーサのピッチング方向の姿勢を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
この第１の構成においては、光検出手段によりフォーサのピッチング方向の姿勢を検出し、制御手段によりフォーサの姿勢を制御するようにしたので、加速時および減速時のフォーサのピッチング方向の振動をなくすことができる。
また、本発明の第２の構成は、第１の構成におけるピッチング検出手段を複数備えたことを特徴とするものである。
この第２の構成においては、複数のピッチング検出手段の光検出手段の出力信号に基づいてプラテンの歯の影響に対する差動信号を得ることにより、正確にフォーサのピッチング方向の姿勢を検出することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の平面モータによれば、ピッチング検出手段でフォーサのピッチング方向の姿勢を検出することにより、フォーサの姿勢を制御することができ、加速時および減速時のフォーサのピッチング方向の振動をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の具体的実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る平面モータの構成図である。
図において、１１１はプラテンであり、磁性体で構成されていて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って一定ピッチで歯１０１が形成されている。図では簡略化のため一部の歯１０１だけを示しているが、プラテン１１１のほぼ全面に形成されている。１１２はフォーサであり、位置決めの対象物が載せられる。１１３は浮上手段であり、プラテン１１１に対向する部分にノズルが設けられていて、このノズルから圧縮空気を噴出することによりフォーサ１１２をプラテン１１１から浮上させる。
【０００９】
１３１、１３２はフォーサ１１２に搭載された第１のＹ軸用可動子と第２のＹ軸用可動子であり、フォーサ１１２の中心に対してＹ軸方向に対称に位置し、独立して駆動することができる。第１のＹ軸用可動子１３１には歯１３３が、第２のＹ軸用可動子１３２には図示しない歯が形成されている。１３５、１３６は、それぞれフォーサ１１２に搭載された第１のＸ軸用可動子、第２のＸ軸用可動子であり、フォーサ１１２の中心に対してＸ軸方向に対称に位置し、独立して駆動することができる。第１のＸ軸用可動子１３５には歯１３７が、第２のＸ軸用可動子１３６には歯１３８が形成されている。
【００１０】
１４はフォーサ１１２の中心部に搭載したピッチング検出手段である。
図２にピッチング検出手段１４の詳細構成を示す。１４１は光源であり、ＬＥＤや半導体レーザなどを用いることができる。１４２は光検出手段であり、例えば４分割されたフォトダイオード１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄからなる。１４３は光検出部の基板であり、４分割されたフォトダイオード１４２ａ〜１４２ｄの中心に、ピンホール１４４を有する。
【００１１】
つぎに、ピッチング検出手段１４の動作を説明する。光源１４１から出射した光は、ピンホール１４４を通過して、プラテン１１１の表面で反射し、光検出手段１４２に入射する。もし、フォーサ１１２とプラテン１１１とのギャップが均一で、フォーサ１１２がプラテン１１１に対して傾いていないならば、ピンホール１４４を通過し、プラテン１１１の表面で反射した光の主光線は、再びピンホール１４４に入射することになる。実際には、ピンホール１４４を通過した後の光は広がるので、光検出手段１４２上のフォトダイオード１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄにも光が入射することになるが、その量は各フォトダイオードで均一である。フォーサ１１２がプラテン１１２に対してピッチング方向に傾いたならば、ピンホール１４４を通過し、プラテン１１１の表面で反射した光の主光線は、フォトダイオード１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄのいずれかに入射することになり、各フォトダイオードで検出する光量は異なる。
【００１２】
フォトダイオード１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄの各検出信号をＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄとすると、次式のＶｘ、Ｖｙの大きさからそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向のピッチング量を検出することができる。
Ｖｘ＝（Ｖａ＋Ｖｂ）−（Ｖｃ＋Ｖｄ）
Ｖｙ＝（Ｖａ＋Ｖｄ）−（Ｖｂ＋Ｖｃ）
【００１３】
ピッチング検出手段１４から得られたフォーサのピッチング情報を元に、図示しない制御部において、Ｙ軸方向のピッチング量に応じてＹ軸用可動子１３１と１３２に加える駆動電流を制御し、Ｘ軸方向のピッチング量に応じてＸ軸用可動子１３５と１３６に加える駆動電流を制御する。これにより加速時および減速時のフォーサのピッチング方向の振動をなくすことができる。
なお、光検出部の検出素子は、フォトダイオード以外にもＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＰＳＤ（Position Sensing Detector）などの他の光学デバイスを用いることが可能である。
【００１４】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の構成を示す図である。図において、第１の実施形態と異なるのは第１のピッチング検出手段１４に加え、第２のピッチング検出手段１５を備えている点である。具体的には、プラテン１１１の歯１０１のピッチをＰとすると、第１のピッチング検出手段１４と第２のピッチング検出手段１５のＸ軸方向の距離は（ｍ＋１／２）×Ｐ、Ｙ軸方向の距離は（ｎ＋１／２）×Ｐになっている。ただし、ｍ、ｎは自然数。
【００１５】
第１のピッチング検出手段１４のフォトダイオード１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃ、１４２ｄの各検出信号をＶ1a、Ｖ1b、Ｖ1c、Ｖ1d、第２のピッチング検出手段１５のフォトダイオード１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄの各検出信号をＶ2a、Ｖ2b、Ｖ2c、Ｖ2dとすると、次式のＶｘ、Ｖｙの大きさからそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向のピッチング量を検出することができる。
Ｖｘ＝（Ｖ1a＋Ｖ1b＋Ｖ2a＋Ｖ2b）−（Ｖ1c＋Ｖ1d＋Ｖ2c＋Ｖ2d）
Ｖｙ＝（Ｖ1a＋Ｖ1d＋Ｖ2a＋Ｖ2d）−（Ｖ1b＋Ｖ1c＋Ｖ2b＋Ｖ2c）
このように求めたピッチング量は、プラテン１１１の有無の状態に影響されない。
【００１６】
第１のピッチング検出手段１４と第２のピッチング検出手段１５から得られたフォーサ１１２のピッチング情報を元に、Ｙ軸方向のピッチング量に応じてＹ軸用可動子１３１と１３２に加える駆動電流を制御し、Ｘ軸方向のピッチング量に応じてＸ軸用可動子１３５と１３６に加える駆動電流を制御することにより、加速時および減速時のフォーサ１１２のピッチング方向の振動をなくすことができる。
【００１７】
３ｍ／ｓ2の加速度で試験を行ったところ、本実施形態の平面モータの整定時間は、従来の平面モータの１／５の１ｍｓになった。
また、従来の平面モータでは１０ｍ／ｓ2の加速度でフォーサが大きく傾き、プラテンに衝突していたが、本実施形態の平面モータは３０ｍ／ｓ2の加速度にしてもフォーサ１１２がプラテンに衝突することはなかった。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、加速時および減速時のフォーサのピッチング方向の振動をなくした平面モータとして、半導体製造装置などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態を示す平面モータの構成図である。
【図２】第１実施形態に係るピッチング検出手段の詳細構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す平面モータの構成図である。
【図４】従来の平面モータの構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１１１  プラテン
１０１  プラテンの歯
１１２  フォーサ
１１３  浮上手段
１１４  Ｙ軸用可動子
１１５  Ｙ軸用可動子の歯
１１６  Ｘ軸用可動子
１１７  Ｘ軸用可動子
１１８  Ｘ軸用可動子の歯
１２１  Ｙ軸制御部
１２２  Ｘ軸制御部
１２３  Ｘ軸制御部
１３１  第１のＹ軸用可動子
１３２  第２のＹ軸用可動子
１３３  第１のＹ軸用可動子の歯
１３５  第１のＸ軸用可動子
１３６  第２のＸ軸用可動子
１３７  第１のＸ軸用可動子の歯
１３８  第２のＸ軸用可動子の歯
１４  （第１の）ピッチング検出手段
１４１  光源
１４２  光検出手段
１４２ａ  フォトダイオード
１４２ｂ  フォトダイオード
１４２ｃ  フォトダイオード
１４２ｄ  フォトダイオード
１４３  光検出部の基板
１４４  ピンホール
１５  第２のピッチング検出手段
【図１】
2005137044.tif 000003
【図２】
2005137044.tif 000004
【図３】
2005137044.tif 000005
【図４】
2005137044.tif 000006