(57)【要約】【課題】  原点復帰時のスライダ部同士の衝突を防止し、レーザ干渉計のつなぎ箇所にて発生する累積検出誤差をキャンセルする機能を備えたＸＹステージを実現する。【解決手段】  四辺形のプラテン上で２個のスライダ部を夫々２次元方向に位置制御するにＸＹステージにおいて、  前記四辺形の対角点位置又は一辺の両端位置に、前記スライダ部の夫々に対応する原点位置検出手段を設けた。【選択図】                    図１
2007127576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四辺形のプラテン上で２個のスライダ部を夫々２次元方向に位置制御するにＸＹステージにおいて、
前記四辺形の対角点位置又は一辺の両端位置に、前記スライダ部の夫々に対応する原点位置検出手段を設けたことを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記スライダ部のＸ方向又はＹ方向の少なくともいずれかの位置を、前記スライダ部の位置に応じて複数のレーザ干渉計を切り換えて検出する場合、前記スライダ部を原点復帰させた後に所定のタイミングで原点位置に位置決め制御して、前記複数のレーザ干渉計の累積検出誤差をキャンセル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】
前記複数のレーザ干渉計を切り換えた回数が所定値に達したタイミングで、前記スライダ部を原点位置に位置決め制御す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４】
前記スライダ部の推力に基づく定数が所定値以下になったタイミングで、前記スライダ部を原点位置に位置決め制御す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】
前記スライダ部のモータ電流Ｉに基づく推力Ｆと、前記スライダ部及びその搭載物の合計質量Ｍｓと、前記スライダ部の加速度αとにより、前記定数Ｋｆを、
Ｋｆ＝Ｆ／（Ｍｓ・α）
とすることを特徴とする請求項４に記載のＸＹステージ。
【請求項６】
前記定数が所定値以下になったタイミングで、累積検出誤差の異常警報を発生することを特徴とする請求項４又は５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、四辺形のプラテン上で２個のスライダ部を夫々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、半導体製造装置、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】
２個のスライダ部を有するＸＹステージに関連する先行技術文献としては、特許文献１がある。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に詳細に開示されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されている２個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。
【０００４】
１はプラテンである。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、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。
【０００５】
（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。
【０００６】
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。
【０００７】
（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。
【０００８】
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の移動経路とが、互いに交差しない別経路になるように制御する。
【０００９】
プラテン１の上面を２次元方向（Ｘ，Ｙ）に位置制御される２個のスライダ部の位置検出手段は、例えば特許文献２に開示されているレーザ干渉計により光学的に検出される。レーザ干渉計は原理的に距離計であるため、プラテン上の原点位置からのスライダ部のＸ方向及びＹ方向の移動距離によりプラテン上の位置を検出する手法をとる。
【００１０】
従って、位置制御を実行する場合、スライダ部を原点復帰させて原点位置情報を取得する初期動作を行なう必要がある。スライダ部がプラテン上に２個ある場合には、夫々を同時に又は順番に原点復帰させる必要がある。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１１６２３９号公報
【００１２】
【特許文献２】特開２０００−６５９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
２個のスライダ部を有するＸＹステージでは、次のような問題点がある。
（１）レーザ干渉計の位置検出値は面モータの歯ピッチと同期が取れていないため、面モータをステッピングモータとして動作させ、面モータの歯位置とレーザ干渉計検出値の同期を取る必要がある。又、レーザ干渉計は絶対位置検出を行わない為、位置制御開始時に原点復帰させる初期動作が必要となる。
【００１４】
このとき、２個のスライダ部がプラテン上に配置されている場合には、歯合わせ動作や原点復帰動作を行う際に、２個のスライダ部の夫々の位置が原点復帰終了後まで不明なため、スライダ部同士の衝突が発生する危険がある。
【００１５】
（２）２個のスライダ部を有するＸＹステージでは、スライダ部の可動範囲を大きくする必要がある。このために、スライダ部の位置に応じて複数のレーザ干渉計を切り換えて検出する場合、レーザ干渉計のつなぎ箇所にて検出誤差が発生する。この検出誤差は累積するので、累積検出誤差が大きくなると高精度な位置決めができなくなる。更に、この累積検出誤差が非常に大きくなると、位置のサーボ制御が不可能となり、面モータの暴走を招く危険がある。
【００１６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、原点復帰時のスライダ部同士の衝突を防止し、レーザ干渉計のつなぎ箇所にて発生する累積検出誤差をキャンセルする機能を備えたＸＹステージを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）四辺形のプラテン上で２個のスライダ部を夫々２次元方向に位置制御するにＸＹステージにおいて、
前記四辺形の対角点位置又は一辺の両端位置に、前記スライダ部の夫々に対応する原点位置検出手段を設けたことを特徴とするＸＹステージ。
【００１８】
（２）前記スライダ部のＸ方向又はＹ方向の少なくともいずれかの位置を、前記スライダ部の位置に応じて複数のレーザ干渉計を切り換えて検出する場合、前記スライダ部を原点復帰させた後に所定のタイミングで原点位置に位置決め制御して、前記複数のレーザ干渉計の累積検出誤差をキャンセルすることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００１９】
（３）前記複数のレーザ干渉計を切り換えた回数が所定値に達したタイミングで、前記スライダ部を原点位置に位置決め制御することを特徴とする（２）に記載のＸＹステージ。
【００２０】
（４）前記スライダ部の推力に基づく定数が所定値以下になったタイミングで、前記スライダ部を原点位置に位置決め制御することを特徴とする（２）に記載のＸＹステージ。
【００２１】
（５）前記スライダ部のモータ電流Ｉに基づく推力Ｆと、前記スライダ部及びその搭載物の合計質量Ｍｓと、前記スライダ部の加速度αとにより、前記定数Ｋｆを、
Ｋｆ＝Ｆ／（Ｍｓ・α）
とすることを特徴とする（４）に記載のＸＹステージ。
【００２２】
（６）  前記定数が所定値以下になったタイミングで、累積検出誤差の異常警報を発生することを特徴とする（４）又は（５）に記載のＸＹステージ。
【発明の効果】
【００２３】
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）スライダ部同士が衝突しないように原点復帰時を行うことができる。この場合、２個のスライダ部の原点復帰を同時に行うことができるので、原点復帰を短時間で完了することができる。
【００２４】
（２）レーザ干渉計のつなぎ箇所にて発生する累積検出誤差は、任意のタイミングでスライダを原点センサ検出領域に位置決めすることでキャンセルことができる。
【００２５】
（３）サーボ制御ができなくなるほどに累積検出誤差が大きくなる前に、異常を検出して警報することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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平面図である。プラテン１００，スライダ部２００，スライダ部３００は、図６で説明した従来ステージのプラテン１，スライダ部２，スライダ部３と同一機能である。
【００２７】
以下の説明では、四辺形のプラテン１００の面上で、右側に配置されたスライダ部２００を右側（以下、Ｒ側）スライダ部と呼称する。四辺形のプラテン１００の面上で、左側に配置されたスライダ部３００を左側（以下、Ｌ側）スライダ部と呼称する。
【００２８】
Ｒ側スライダ部２００及びＬ側スライダ部３００は、図示されていないが、夫々可撓性ケーブルによりプラテン１００の外部に配置された制御装置に接続され、ケーブルを介して面モータ駆動用電流、エアベアリング用エアーが供給される。
【００２９】
これにより、スライダ部はプラテン１００上に空気浮上し、Ｘ，Ｙ方向に推力を発生してプラテン１００上を走行し、又、θ方向にトルクを発生して回転することができる。この機能については、特許文献２に詳細に技術開示されている。
【００３０】
プラテン１００の四辺に沿って、レーザ干渉計が複数個配置されており、各レーザ干渉計から照射されるレーザ光をスライダ部に固定されたバーミラーで反射してレーザ干渉計に戻すことで、スライダ部のＸ，Ｙ方向の変位（距離変化）を検出することができる。レーザ干渉計による距離測定の原理についても特許文献２に詳細に技術開示されている。
【００３１】
ただし、このためには、バーミラーがレーザ光に対して直角の姿勢でなければならず、直角の姿勢にするためには、後述する原点復帰動作を行ってθ軸を所定の角度に位置決め制御する必要がある。
【００３２】
レーザ干渉計６０１，６０２は、Ｒ側スライダ部２００のＸ軸変位を切り換えて検出する。レーザ干渉計７０１，７０２，７０３は、Ｒ側スライダ部２００のＹ軸変位を切り換えて検出する。レーザ干渉計８０１，８０２は、Ｌ側スライダ部３００のＸ軸変位を切り換えて検出する。レーザ干渉計９０１，９０２，９０３は、Ｌ側スライダ部３００のＹ軸変位を切り換えて検出する。
【００３３】
ＰＲは、四辺形プラテン１００の右上の対角位置にある、Ｒ側スライダ部２００の原点位置である。ＰＬは、四辺形プラテン１００の左下の対角位置にある、Ｌ側スライダ部３００の原点位置である。
【００３４】
プラテン１００の四辺端部には、スライダ部がプラテン端の近傍に近づいたときに信号が変化するリミットセンサが配置されている。ＢＸ１はプラテン１００の右端側でＹ方向に配置されたリミットセンサのレーザビーム、ＢＸ２はプラテン１００の左端側でＹ方向に配置されたリミットセンサのレーザビームである。
【００３５】
ＢＹ１はプラテン１００の上端側でＸ方向に配置されたリミットセンサのレーザビーム、ＢＹ２はプラテン１００の下端側でＸ方向に配置されたリミットセンサのレーザビームである。これらリミットセンサは、透過型のレーザセンサであり、スライダがレーザビームを遮るとオンする。
【００３６】
レーザビームＢＸ１とＢＹ１の交点内側に、Ｒ側スライダ部２００の原点位置ＰＲがある。同様に、レーザビームＢＸ２とＢＹ２の交点内側に、Ｌ側スライダ部３００の原点位置ＰＬがある。
【００３７】
４０１，４０２，４０３は、原点復帰操作により原点位置ＰＲに移動させたＲ側スライダ部２００の原点位置を検出する原点センサである。同様に、５０１，５０２，５０３は、原点復帰操作により原点位置ＰＬに移動させたＬ側スライダ部３００の原点位置を検出する原点センサである。
【００３８】
図２は、Ｒ側スライダ部２００の原点位置を検出する原点センサ４０１，４０２，４０３の構成を示す平面図である。４０１はＸ１軸の原点センサ、４０２はＸ２軸の原点センサ、４０３はＹ軸の原点センサである。これら原点センサにより、原点復帰させたＲ側スライダ部２００のプラテン端部からのＸ軸方向距離、Ｙ軸方向距離及びθ軸回転角を検出する。
【００３９】
θ軸回転角度は、Ｘ１軸の原点センサ４０１及びＸ２軸の原点センサ４０２の検出値から算出する。θ軸回転角の検出に関しては、特許文献２に詳細が開示されている。これら原点センサは、プラテン端からスライダ部までの距離を測定できるものであれば特に方式を問わず、市販されている各種方式の距離計を採用することができる。
【００４０】
Ｌ側スライダ部３００の原点位置を検出する原点センサ５０１，５０２，５０３の構成も、原点センサ４０１，４０２，４０３の構成と同様であり、原点復帰させたＬ側スライダ部３００のプラテン端部からのＸ軸方向距離、Ｙ軸方向距離及びθ軸回転角を検出する。
【００４１】
Ｘ軸あるいはＹ軸方向に複数のレーザ干渉計を並列に並べて切り換えてスライダ部の変位を検出する構成では、有効なレーザ干渉計が切り換わる瞬間に、有限の測長誤差が発生する。例えばＲ側スライダ部２００がプラテン右端から左端に移動する場合、まずレーザ干渉計７０１が有効である。
【００４２】
次にレーザ干渉計７０２が有効になって、レーザ干渉計７０１はそのレーザ光がバーミラーから反射されなくなるので無効になる。スライダ部２００が更に左に動くと、レーザ干渉計７０２のレーザ光がバーミラーから反射されなくなり、代わりにレーザ干渉計７０３のレーザ光がバーミラーから反射されるようになる。
【００４３】
Ｘ軸のレーザ干渉計６０１，６０２も同様である。更に、Ｌ側スライダ部３００のＹ軸のレーザ干渉計９０１，９０２，９０３及びＸ軸のレーザ干渉計６０１，６０２も同様である。
【００４４】
図３は、スライダ部を原点復帰させる操作手順を説明する遷移図である。電源オン時では、スライダ部のθ軸変位は不定のため、レーザ干渉計で変位を検出できるとは限らない。このため、スライダ部をサーボ制御ではなく、ステッピングパルスモータ動作によって走行させる。
【００４５】
図３（Ａ）のステップ１では、ステッピングパルスモードで、Ｒ側スライダ部２００をＹ方向リミットセンサのビームＢＹ１位置まで走行させ、センサ信号エッジ位置に位置決めする。同様に、ステッピングパルスモードで、Ｌ側スライダ部３００をＹ方向リミットセンサのビームＢＹ２位置まで走行させ、センサ信号エッジ位置に位置決めする。
【００４６】
図３（Ｂ）のステップ２では、ステッピングパルスモードで、Ｒ側スライダ部２００をＸ方向リミットセンサのビームＢＸ１位置まで走行させ、センサ信号エッジ位置に位置決めする。同様に、ステッピングパルスモードで、Ｌ側スライダ部３００をＸ方向リミットセンサのビームＢＸ２位置まで走行させ、センサ信号エッジ位置に位置決めする
【００４７】
図３（Ｃ）のステップ３では、Ｒ側スライダ部２００及びＬ側スライダ部３００を、夫々の原点センサの検出範囲まで微速で走行させる。図３（Ｄ）のステップ４では、回転角を所定の値にしてスライダ部をプラテン上に浮揚させる空気の供給を停止（エアーオフ）してスライダ部をプラテン上に磁気吸着固定させる。この状態では、原点センサによるスライダ位置検出値とレーザ干渉計による測定位置の両者が分かるので、サーボ運転に必要な転流制御の電気角を算出できる。
【００４８】
そのとき必要なステージ固有値は、ステージ製造時にあらかじめ測定されているものとする。２つのスライダ部は１つのプラテン上で動作するので、同じ座標系で管理されなければ、衝突の危険がある。
【００４９】
このため、製造時にＲ側の原点センサとＬの側の原点センサとの相対距離を測定しておき、Ｒ側スライダ部２００とＬ側スライダ部３００の座標値を算出する。例えば、Ｒ側スライダ２００の原点位置を基準とするならば、Ｌ側スライダ部３００の原点位置座標は、スＲ側ライダ部２００の原点位置に原点センサ間の相対距離を加えた値とする。その後、各スライダ部はサーボ制御にて任意の位置に移動する。
【００５０】
図４は、本発明を適用したＸＹステージの他の実施形態を示す平面図である。図１との相違点は、Ｒ側スライダ２００の原点位置とＬ側スライダ部３００の原点位置を、四辺形のプラテン１００の一辺の両端位置にした点であり、動作は対角点位置とした図１の構成と同一である。
【００５１】
スライダ部が複数のレーザ干渉計を切り換えながら走行する際に生じる累積検出誤差は、定期的にスライダを原点センサ検出範囲に位置決めすることにより、キャンセルすることができる。例えば、原点復帰時のＲ側スライダ部２００のＹ軸レーザ干渉計７０１の検出値ＲＹＲ０と、そのときの原点センサ４０３による位置検出値ＳＹＲ０が、
ＲＹＲ０＝ＳＹＲ０＋ＣＹＲ０
の関係であったとする。原点復帰時に上式のＣＹＲ０を記憶しておき、誤差キャンセル時は、上式よりＲＹＲ０を算出し、新たなＹ軸レーザ干渉計７０１の検出値とすればよい。他のレーザ干渉計の値についても同様である。
【００５２】
図５は、正常運転時の面モータ電流Ｉと推力Ｆとの関係を示す特性図である。この関係をＦ＝ｇ(I)で表されるものとする。ｇ(I)は面モータの製造時に取得できる。スライダ部とその搭載物の合計質量がＭｓ、スライダの加速度をαとすると、Ｆ＝Ｍｓ・αである。
Ｍｓは既知であり、αはレーザ干渉計の検出値から算出できる。ここで、定数Ｋfを、
Ｋf＝Ｆ／(Ｍｓ・α)と定義する。
【００５３】
レーザ干渉計の検出誤差が大きくなるにしたがって、同じ面モータ電流Ｉに対して出力される推力Ｆが低下する。従って、Ｋfが小さくなる。サーボ運転中は、Ｋｆの値を常時算出して監視することで、レーザ干渉計の累積検出誤差が異常に大きくなった状態を検出できる。
【００５４】
サーボ運転中は、モータ電流とスライダ加速度の両者を常時測定することで定数Ｋfを監視し、サーボ制御ができなくなるほどにレーザ干渉計検出誤差が大きくなる前に異常警報する。例えば、Ｋｆの値が正常時の７０％以下になった場合は異常とし、システムに警報して累積検出誤差のキャンセル操作を実行する。
【００５５】
累積検出誤差のキャンセル操作は、定数Ｋfを監視する手法のほか、レーザ干渉計の切り換え回数をカウントし、このカウント値が所定値以上になるタイミングで実行するようにしてもよい。
【００５６】
累積検出誤差のキャンセルは、Ｒ側の原点センサ及びＬ側の原点センサの両者を用いる方式でもよいし、片方のみを用いる方式でもよい。例えば、Ｒ側スライダ部２００及びＬ側スライダ部３００は、必ずＲ側原点センサで累積誤差キャンセルを行う方式でもよい。それは、原点復帰後は２つのスライダ部が同一座標系で運転されるからである。
【００５７】
原点センサは、プラテン端とスライダ部間の距離を測定できるものであれば、どのようなものでもよい。静電容量式センサのように、センサとスライダ部間の距離が検出できるものでもよいし、スライダ部が所定の位置を通過するとセンサ出力がオン／オフする方式の原点センサでもよい。その場合は、オン／オフの切り換わり位置におけるレーザ干渉計の検出値を求めればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を適用したＸＹステージの一実施形態を示す平面図である。
【図２】スライダ部の原点位置を検出する原点センサの構成を示す平面図である。
【図３】スライダ部を原点復帰させる操作手順を説明する遷移図である。
【図４】本発明を適用したＸＹステージの他の実施形態を示す平面図である。
【図５】正常運転時の面モータ電流Ｉと推力Ｆとの関係を示す特性図である。
【図６】特許文献１に開示されている２個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。
【符号の説明】
【００５９】
１００  プラテン
２００  Ｒ側スライダ部
３００  Ｌ側スライダ部
４０１，４０２，４０３  Ｒ側原点センサ
５０１，５０２，５０３  Ｌ側原点センサ
６０１，６０２  レーザ干渉計（Ｒ側Ｘ軸）
７０１，７０２，７０３  レーザ干渉計（Ｒ側Ｙ軸）
８０１，８０２  レーザ干渉計（Ｌ側Ｘ軸）
９０１，９０２，９０３  レーザ干渉計（Ｌ側Ｙ軸）
ＢＸ１，ＢＸ２  Ｘ軸リミットセンサビーム
ＢＹ１，ＢＹ２  Ｙ軸リミットセンサビーム
【図１】
2007127576.tif 000003
【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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