(57)【要約】【課題】位置検出の構成を単純化して信頼性を向上させると共に、コストの低減を図ることが可能な平面モータを実現する。【解決手段】格子状の歯が平面上に形成されたプラテンと、前記歯と対向する面モータを内蔵し前記プラテン上面を移動して位置制御されるスライダと、を具備する平面モータにおいて、前記スライダに、前記プラテンの歯と対向して前記スライダの位置を検出するレゾルバを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状の歯が平面上に形成されたプラテンと、前記歯と対向する面モータを内蔵し前記プラテン上面を移動して位置制御されるスライダと、を具備する平面モータにおいて、
前記スライダに、前記プラテンの歯と対向して前記スライダの位置を検出するレゾルバを備えることを特徴とする平面モータ。
【請求項２】
前記レゾルバは、前記スライダの辺の中央部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
【請求項３】
前記レゾルバの歯の幅寸法は、前記プラテンの歯の格子ピッチの整数倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。
【請求項４】
前記レゾルバのコアの積層方向と前記プラテンの歯の積層方向とを一致させたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の平面モータ。
【請求項５】
前記レゾルバの励磁電流周波数を、前記面モータの励磁電流周波数から十分に離して選定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の平面モータ。
【請求項６】
前記レゾルバの位置補正を、直交する軸方向を含めて２次元で実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の平面モータ。
【請求項７】
前記レゾルバによる位置検出と、レーザ干渉計による位置検出とを組み合わせて前記スライダの位置検出を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の平面モータ。
【請求項８】
前記レゾルバによる位置検出に基づき前記スライダをサーボ動作で駆動する前に、特定の電気角で励磁して前記スライダとレゾルバの位置の差分を検出してサーボ動作へのモード切替可否を判定する手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の平面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、格子状の歯が平面上に形成されたプラテンと、前記歯と対向する面モータを内蔵し前記プラテン上面を移動して位置制御されるスライダと、を具備する平面モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラテン上面を２次元的に移動して位置制御されるスライダを有する複数構成の平面モータシステムについては、特許文献１に技術開示がある。平面モータシステムを利用した半導体製造装置については、特許文献２に技術開示がある。
【０００３】
図１２は、特許文献１に開示されている平面モータ（ＸＹステージ）の構成を示す機能ブロック図である。格子状の歯が平面上に形成された四辺形のプラテン１０の上面を、第１スライダ２１及び第２スライダ２２が衝突しないように２次元方向に位置制御されて移動する。
【０００４】
第１，第２スライダ２１，２２は、３辺にバーミラーを搭載している。第１スライダ２１において、バーミラー２１ａはプラテン１０のＹ軸方向の一辺１０ａに対峙している。バーミラー２１ｂはプラテン１０のＸ軸方向の一辺１０ｂに対峙している。バーミラー２１ｄはプラテン１０のＸ軸方向の一辺１０ｄに対峙している。
【０００５】
第２スライダ２２において、バーミラー２２ｃはプラテン１０のＹ軸方向の一辺１０ｃに対峙している。バーミラー２２ｂはプラテン１０のＸ軸方向の一辺１０ｂに対峙している。バーミラー２２ｄはプラテン１００のＸ軸方向の一辺１０ｄに対峙している。
【０００６】
プラテン１０のＹ軸方向の一辺１０ａに沿って所定の間隔で複数のレーザ干渉計３１，３２，３３が固定配置されている。これら干渉計から第１スライダ２１のバーミラー２１ａに照射されるビームは、１つの干渉計のビーム光軸がバーミラー２１ａを外れる前に他の干渉計のビーム光軸がバーミラー２１ａに入るように配置されている。
【０００７】
同様に、プラテン１０のＹ軸方向の一辺１０ｃに沿って所定の間隔で複数のレーザ干渉計４１，４２，４３が固定配置されている。これら干渉計より第２スライダ２２のバーミラー２２ｃに照射されるビームは、１つの干渉計のビーム光軸がバーミラー２２ｃを外れる前に他の干渉計のビーム光軸がバーミラー２２ｃに入るように配置されている。
【０００８】
プラテン１０のＸ軸方向の一辺１０ｂに沿って所定の間隔で複数のレーザ干渉計５１，５２，５３，５４，５５，５６が固定配置されている。これら複数のレーザ干渉計は、隣り合う一対が一組となって回転検出のために第１スライダ２１のバーミラー２１ｂ及び第２スライダ２２のバーミラー２２ｂに、夫々の組が２本のビームを照射している。
【０００９】
同様に、プラテン１０のＸ軸方向の一辺１０ｄに沿って所定の間隔で複数のレーザ干渉計６１，６２，６３，６４，６５，６６が固定配置されている。これら複数のレーザ干渉計は、隣り合う一対が一組となって回転検出のために第１スライダ２１のバーミラー２１ｄ及び第２スライダ部２２のバーミラー２２ｄに、夫々の組が２本のビームを照射している。
【００１０】
これら複数のレーザ干渉計から第１スライダ２１及び第２スライダ２２へのビーム光軸は、絶えず２軸以上のビーム光軸がバーミラーに当たり、かつ一つの干渉計のビーム光軸がバーミラーより外れる前に他の干渉計のビーム光軸がバーミラーに入るように配置されている。
【００１１】
同期位置検出手段７０は、定周期で全てのレーザ干渉計により第１スライダ２１及び第２スライダ２２のＸ軸方向及びＹ軸方向２軸の位置測定を同期して実行する。図示されていないが、測定データはスライダ位置制御手段に出力され、上位装置からの位置指令に基づいて第１スライダ２１及び第２スライダ２２の位置がフィードバック制御される。
【００１２】
レーザ干渉計によるスライダのフィードバック位置制御及びＺ軸の回転角（ヨーイング）抑制制御技術については、特許文献３に詳細が開示されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−１６３４１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５６１２７号公報
【特許文献３】特開２０００−１５６１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来構成の平面モータでは、次のような問題がある。
（１）多軸のレーザ干渉計が必要であり構成が複雑なため、信頼性低化やメンテナンス性悪化の要因となっている。
【００１５】
（２）高精度の位置決めが必要でない用途では、オーバースペックであり、コスト高の原因となっている。
【００１６】
（３）干渉計切り替え時に発生する誤差が累積され、制御上無視できない量となる場合がある。
【００１７】
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、位置検出の構成を単純化して信頼性を向上させると共に、コストの低減を図ることが可能な平面モータの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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）格子状の歯が平面上に形成されたプラテンと、前記歯と対向する面モータを内蔵し前記プラテン上面を移動して位置制御されるスライダと、を具備する平面モータにおいて、
前記スライダに、前記プラテンの歯と対向して前記スライダの位置を検出するレゾルバを備えることを特徴とする平面モータ。
【００１９】
（２）前記レゾルバは、前記スライダの辺の中央部に配置されていることを特徴とする（１）に記載の平面モータ。
【００２０】
（３）前記レゾルバの歯の幅寸法は、前記プラテンの歯の格子ピッチの整数倍であることを特徴とする（１）または（２）に記載の平面モータ。
【００２１】
（４）前記レゾルバのコアの積層方向と前記プラテンの歯の積層方向とを一致させたことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の平面モータ。
【００２２】
（５）前記レゾルバの励磁電流周波数を、前記面モータの励磁電流周波数から十分に離して選定することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の平面モータ。
【００２３】
（６）前記レゾルバの位置補正を、直交する軸方向を含めて２次元で実行することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の平面モータ。
【００２４】
（７）前記レゾルバによる位置検出と、レーザ干渉計による位置検出とを組み合わせて前記スライダの位置検出を実行することを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載の平面モータ。
【００２５】
（８）前記レゾルバによる位置検出に基づき前記スライダをサーボ動作で駆動する前に、特定の電気角で励磁して前記スライダとレゾルバの位置の差分を検出してサーボ動作へのモード切替可否を判定する手段を設けたことを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の平面モータ。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）多軸のレーザ干渉計を使用しないシンプルな構成で可動範囲の広い平面モータを構築できる。
【００２７】
（２）高精度の位置決めが必要でない用途では、コストパフォーマンスのよい平面モータを構築することができる。
【００２８】
（３）レゾルバはプラテンの歯位置を直接検出するため、転流ずれが発生しない。
【００２９】
（４）レゾルバの検出位置とプラテン上におけるスライダの位置との関係がキャリブレーションした条件と異なった状態でサーボ動作をさせようとしても、実際にサーボ動作させる前にエラーとして検出することができ、安全性を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した平面モータの一実施形態を示す平面図である。図１２の従来構成と同様に、格子状の歯が平面上に形成された四辺形のプラテン１００の上面を、第１スライダ２０１及び第２スライダ２０２が衝突しないように２次元方向に位置制御されている。
【００３１】
第１スライダ２０１のＸ軸に対向する２辺には、Ｙ軸方向の位置検出用レゾルバ２０１ａ及び２０１ｃが設けられている。Ｙ位置検出用レゾルバ２０１ａ、２０１ｃは、各辺の中央部にＹ軸方向に平行して配置されている。同様に、Ｙ軸に対向する２辺には、Ｘ軸方向の位置検出用レゾルバ２０１ｂ及び２０１ｄが設けられている。Ｘ位置検出用レゾルバ２０１ｂ、２０１ｄは、各辺の中央部にＸ軸方向に平行して配置されている。
【００３２】
第２スライダ２０２のＸ軸に対向する２辺には、Ｙ軸方向の位置検出用レゾルバ２０２ａ及び２０２ｃが設けられている。Ｙ位置検出用レゾルバ２０２ａ、２０２ｃは、各辺の中央部にＹ軸方向に平行して配置されている。同様に、Ｙ軸に対向する２辺には、Ｘ軸方向の位置検出用レゾルバ２０２ｂ及び２０２ｄが設けられている。Ｘ位置検出用レゾルバ２０２ｂ、２０２ｄは、各辺の中央部にＸ軸方向に平行して配置されている。
【００３３】
各レゾルバのコアは、プラテン１００の格子状の歯と対向し、スライダのＸ軸方向及びＹ軸方向の基準位置からの移動距離を計測し、プラテン上の位置関係を検出する。レゾルバの動作については後述する。
【００３４】
以下、第１スライダ２０１で説明する。図２は、第１スライダ２０１の回転角を検出するための構成を示す機能ブロック図である。Ｘ軸、Ｙ軸のそれぞれに平行な辺のレゾルバの検出値の加算値(平均値)は、その軸方向のスライダ中央の位置となる。
【００３５】
Ｘ位置検出用レゾルバ２０１ｂ及び２０１ｄの検出値は、加算手段３０１で加算（または平均）され、スライダ中央Ｘ軸位置検出値保持手段４０１に入力される。同様に、Ｙ位置検出用レゾルバ２０１ａ及び２０１ｃの検出値は、加算手段３０２で加算（または平均）され、スライダ中央Ｙ軸位置検出値保持手段４０２に入力される。
【００３６】
Ｘ位置検出用レゾルバ２０１ｂ及び２０１ｄによる検出値の差分が減算手段３０３で算出される。同様に、Ｙ位置検出用レゾルバ２０１ａ及び２０１ｃによる検出値の差分が、減算手段３０４で算出される。
【００３７】
減算手段３０３及び３０４の差分値出力は、加算手段３０５で加算（または平均）される。この加算値が第１スライダ２０１の中央周りの回転量となる。加算値はスライダ回転（θｚ）検出保持手段４０３に入力される。この回転量の検出値に基づいてスライダのヨーイング抑制制御が実行される。
【００３８】
レゾルバは、インダクタンスの変化を検出して位置を検出するセンサとしては周知のものである。本発明では、既存の面モータが備えるプラテンの歯に、レゾルバのコアの歯を対向させ、スライダの移動による相対位置関係の変化に基づいてスライダの位置検出を実行する。
【００３９】
図３は、レゾルバの動作原理を説明する模式図である。レゾルバコアの歯は、プラテンが備える歯とは同一ピッチで形成され、空隙を介してプラテンの歯と対向し、スライダの移動により、相対的な対向位置が周期的に変化する。
【００４０】
図３（Ａ）は、レゾルバコアの歯とプラテンの歯と対向面積が最大（位相差が０°）の相対位置関係を示している。この時のレゾルバコイルのインダクタンスが最大となる。図３（Ｂ）は、レゾルバコアの歯とプラテンの歯と対向面積が最小（位相差が１８０°）の相対位置関係を示している。この時のレゾルバコイルのインダクタンスが最小となる。インダクタンス変化により、プラテンの格子１ピッチ内の位置（位相）を検出する。
【００４１】
図４は、レゾルバによる位置検出の原理を説明する模式図である。スライダの移動によるレゾルバコイルのインダクタンスの変化分は、ほぼ正弦波状となる。図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、レゾルバの歯位置が、プラテンの歯ピッチ（Ｐ）の１／４異なる二組、ＳＩＮ相とＣＯＳ相の各軸を用意し、検出されたインピーダンス変化SIN(x/P),COS(x/P)より、位置ｘを、
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の演算処理で算出する。
【００４２】
本発明では、既存のプラテンが備える面モータ用の歯に、レゾルバのコアの歯を対向させて位置検出を実行する。即ち、レゾルバコアと推力発生の面モータコア間で、ステータ（＝プラテン）を共有する。このため、面モータの励磁コイルからの漏れ磁束が、レゾルバコイルに入り外乱となるので、対策を必要とする。
【００４３】
図５は、面モータの励磁電流とレゾルバコイルの励磁電流の周波数特性図である。インダクタンス検出のためにレゾルバのコイルを励磁する電流の周波数ｆ２を、面モータのコイルに流される励磁電流の周波数帯域ｆ１よりはるかに高い周波数とする。これにより両者の信号が分離され、誤動作を防止することができる。
【００４４】
図６は、プラテンの歯とレゾルバコアの積層構造を示す斜視図である。プラテンの歯が積層構造で作られている場合は、Ｘ軸方向とＹ軸方向で積層方向が異なる。積層積み重ね方向が、レゾルバコイルのインダクタンスの検出電流の磁束方向と一致した場合は渦電流が流れ、インダクタンスの検出感度が著しく低下する。このために、図６に示すように、レゾルバコアの積層方向がプラテンの歯の積層方向と一致するようにする。
【００４５】
図７は、レゾルバコアの幅とプラテンの歯ピッチの関係を示す模式図である。検出方向と直交方向にもプラテンに歯があるため、直交方向に移動した際にインダクタンスが変化しないように、レゾルバの厚み方向の寸法Ｗを、歯ピッチＰの整数倍、Ｗ＝ｎＰとする。
【００４６】
図４の位置検出原理では、インダクタンス変化を正弦波状としたが、実際には若干異なるため、プラテンの位置による検出誤差が発生する。このため、予めオフライン測定を実行して作成した補正テーブル等を使用してこの誤差を補正することができる。平面モータでは直交軸方向にずれた場合は誤差が異なるため、２次元の誤差補正テーブルを使用する。
【００４７】
図８は、レゾルバによる位置検出値に対する補正を実行する場合の構成例を示す機能ブロック図である。Ｘ位置検出値Ｐｘ及びＹ位置検出値Ｐｙは、スライダのＸＹ軸の現在位置情報を与える。Ｘ位置検出値Ｐｘ及びＹ位置検出値Ｐｙは、Ｘ軸用補正テーブル５０１及びＹ軸用補正テーブル５０２に入力される。
【００４８】
１歯ピッチ内のＸ位置検出値Ｐｘは加算手段６０１によりＸ軸用補正テーブル５０１からのＸ，Ｙの現在位置情報Ｐｘ，Ｐｙに基づく位置補正値Ｋｘを加算することで検出誤差を補正し、差分検出手段７０１に入力される。差分検出手段７０１は、入力された信号を前回値と比較し、その差分を積算演算することでプラテン全域にわたる位置検出値Ｓｘを出力する。
【００４９】
同様に、１歯ピッチ内のＹ位置検出値Ｐｙは加算手段６０２によりＹ軸用補正テーブル５０２からのＸ，Ｙの現在位置情報Ｐｘ，Ｐｙに基づく位置補正値Ｋｙを加算することで検出誤差を補正し、差分検出手段７０２に入力される。差分検出手段７０２は、入力された信号を前回値と比較し、その差分を積算演算することでプラテン全域にわたる位置検出値Ｓｙを出力する。
【００５０】
レゾルバの位置検出精度は、従来のレーザ干渉計による位置検出精度より低いので、スライダの位置決め精度が厳密に要求されない用途に有効に適用できる。通常全可動範囲で高精度位置決めが必要とはならないが、特許文献２記載発明の半導体製造装置の露光工程等を実行したい場合には、一定範囲でレゾルバの精度以上の位置決め精度が必要となる場合がある。
【００５１】
図９は、本発明を適用した平面モータの他の実施形態を示す平面図である。その場合は部分的に図１２で説明したレーザ干渉計３０、４０、５０を配置し、その位置出力を制御に使用することで、特定エリアにおいて高い位置決め精度を実現することができる。使用するレーザ干渉計は最小限で、煩雑な切り替え制御は不要である。
【００５２】
なお、本実施例ではスライダにレゾルバを４つ設けた例を示したが、レゾルバの数は必要に応じて増減させてもよい。
【００５３】
ところで、スライダに取り付けたレゾルバを交換した場合、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、スライダに取り付けたレゾルバの位置が変化することがある。スライダに取り付けたレゾルバの取り付け位置が変化するということは、レゾルバの検出位置とプラテン上におけるスライダの位置との関係が変化するということであり、両者を一致させるためにはキャリブレーションが必要となる。キャリブレーションをせずにサーボ動作させようとすると、正しい制御ができなくなり、最悪の場合は暴走してしまうおそれがある。
【００５４】
平面モータをサーボ動作させるのにあたっては、プラテン上の位置に応じてスライダコアに対して流す電流の位相(以下、転流角という)を制御する必要があり、このプラテンに対するスライダの位置を前述のようにレゾルバを用いて測定する。
【００５５】
逆に、転流角を変化させずに特定値に固定することにより、スライダはプラテンの歯の１周期に対する特定の位置を取ることができる。すなわち、平面モータをサーボ動作させる前に特定転流角で励磁してこのときのレゾルバの値とキャリブレーション値から求めた転流角と特定転流角との差分を求め、両者の差が規定の許容範囲内に収まっているか否かをチェックすることにより、そのキャリブレーション値が正常か異常かを調べることができる。
【００５６】
図１１はこのようなキャリブレーションブロックの具体例を示すブロック図であって、（Ａ）は通常サーボ動作状態を示し、（Ｂ）は初期化状態を示している。
【００５７】
（Ａ）の通常サーボ動作状態において、スライダ目標座標指令回路８０１は、サーボ制御回路８０２の一方の入力端子にスライダの目標座標位置信号を入力する。サーボ制御回路８０２の他方の入力端子には、スライダ８０４の現在位置座標信号が、レゾルバ位相出力回路８０５→キャリブレーション回路８０６→座標生成回路８０７よりなる帰還ループを介して入力される。
【００５８】
サーボ制御回路８０２は、これらスライダの目標座標位置信号と現在位置座標信号の差分信号をアンプ８０３に入力する。アンプ８０３には、座標生成回路８０７の出力信号に基づいて転流角指令生成回路８０８で生成される転流角指令信号も入力されている。これにより、スライダ８０４は、アンプ８０３の出力により、サーボ制御回路８０２から出力される差分信号を常に零にする方向に駆動される。
【００５９】
（Ｂ）の初期化状態では、サーボループは開かれている。アンプ８０３には、電流量指令回路８０９から所定の電流が入力されるとともに、特定転流角励磁回路８１０からたとえば実測値に基づきあらかじめ設定された特定転流角の励磁信号が入力される。また、特定転流角の励磁信号は、差分回路８１１の一方の入力端子にも入力される。差分回路８１１の他方の入力端子にはレゾルバの出力信号に基づき転流角指令生成回路８０８で生成される転流角指令信号が入力される。差分回路８１１の出力信号はモード切替判定回路８１２に入力される。
【００６０】
モード切替判定回路８１２は、差分回路８１１の出力信号の大きさが規定の許容範囲内に収まっている場合にはサーボ動作モードへの切替可能と判定し、許容範囲内に収まっていない場合にはサーボ動作モードへの切替不可のエラーと判定して再度のキャリブレーション実行を促す。ここで、レゾルバ位相出力回路８０５に対してはレゾルバの検出精度を補償するためのキャリブレーションが行われ、キャリブレーション回路８０６ではレゾルバの位相出力とプラテン上におけるプラテンの座標値とを関連付けるためのキャリブレーションが行われる。
【００６１】
これにより、レゾルバの交換や衝突等なんらかの外部操作でレゾルバの取り付け位置が変化した場合、レゾルバの検出位置とプラテン上におけるスライダの位置との関係がキャリブレーションした条件と異なってしまった状態でスライダをレゾルバの位置検出に基づきサーボ動作により駆動しようとしても、実際に動作させる前にエラーとして検出することができ、安全性を確保できる。
【００６２】
本発明の平面モータは、電子部品の組立装置や半導体製造装置などでの位置決めに利用することが考えられる。また、これらの装置内での搬送に利用することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明を適用した平面モータの一実施形態を示す平面図である。
【図２】スライダの回転角を検出するための構成を示す機能ブロック図である。
【図３】レゾルバの動作原理を説明する模式図である。
【図４】レゾルバによる位置検出の原理を説明する模式図である。
【図５】面モータの励磁電流とレゾルバコイルの励磁電流の周波数特性図である。
【図６】プラテンの歯とレゾルバコアの積層構造を示す斜視図である。
【図７】レゾルバコアの幅とプラテンの歯ピッチの関係を示す模式図である。
【図８】レゾルバによる位置検出値に対する補正を実行する場合の構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】本発明を適用した平面モータの他の実施形態を示す平面図である。
【図１０】レゾルバの位置が変化説明図である。
【図１１】キャリブレーションブロックの具体例を示すブロック図である。
【図１２】特許文献１に開示されている平面モータ（ＸＹステージ）の構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  プラテン
２０１  第１スライダ
２０１ａ，２０１ｃ  Ｙ位置検出用レゾルバ
２０１ｂ，２０１ｄ  Ｘ位置検出用レゾルバ
２０２  第２スライダ
２０２ａ，２０２ｃ  Ｙ位置検出用レゾルバ
２０２ｂ，２０２ｄ  Ｘ位置検出用レゾルバ
８０１  スライダ目標座標指令回路
８０２  サーボ制御回路
８０３  アンプ
８０４  スライダ
８０５  レゾルバ位相出力回路
８０６  キャリブレーション回路
８０７  座標生成回路
８０８  転流角指令生成回路
８０９  電流量指令回路
８１０  特定転流角励磁回路
８１１  差分回路
８１２  モード切替判定回路
【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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