JP2000347738A - マスクステージ駆動機構及びその制御方法 - Google Patents
マスクステージ駆動機構及びその制御方法Info
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- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の３自由度構成で、偏平な
構造を持つと共に中央に大口径の光路を有し、かつ高い
軌跡追従性能と位置決め精度を実現することのできるマ
スクステージ駆動機構を提供すること。 【解決手段】 光路用開口に対応した開口を持つ固定の
ベースプレート１と、光路用開口に対応した開口を有
し、ベースプレートの開口部に設けられたクロスローラ
ベアリング３を介してＸ軸、Ｙ軸に対して直角なＺ軸回
りに回転可能に構成されたθ軸可動部４と、光路用開口
に対応した開口を有し、θ軸可動部に、Ｙ軸方向に移動
可能に取り付けられたＹ軸可動部７と、光路用開口に対
応した開口を有し、Ｙ軸可動部に、Ｘ軸方向に移動可能
に取り付けられたＸ軸可動部１０とを有する。それぞれ
の可動部の位置が位置検出器で検出され、各可動部毎に
備えられたフィードバック制御系により、位置制御が行
われる。
構造を持つと共に中央に大口径の光路を有し、かつ高い
軌跡追従性能と位置決め精度を実現することのできるマ
スクステージ駆動機構を提供すること。 【解決手段】 光路用開口に対応した開口を持つ固定の
ベースプレート１と、光路用開口に対応した開口を有
し、ベースプレートの開口部に設けられたクロスローラ
ベアリング３を介してＸ軸、Ｙ軸に対して直角なＺ軸回
りに回転可能に構成されたθ軸可動部４と、光路用開口
に対応した開口を有し、θ軸可動部に、Ｙ軸方向に移動
可能に取り付けられたＹ軸可動部７と、光路用開口に対
応した開口を有し、Ｙ軸可動部に、Ｘ軸方向に移動可能
に取り付けられたＸ軸可動部１０とを有する。それぞれ
の可動部の位置が位置検出器で検出され、各可動部毎に
備えられたフィードバック制御系により、位置制御が行
われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、中心に光路用開口
を持つマスクステージを少なくともＸ軸及びＹ軸方向に
可動としたマスクステージ駆動機構及びその制御方法に
関する。
を持つマスクステージを少なくともＸ軸及びＹ軸方向に
可動としたマスクステージ駆動機構及びその制御方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザアニーリング等に用いられるマス
クを駆動するマスクステージには、ステージ中心に大き
な光路を確保する必要がある。また、マスクステージの
上方には、レーザ光路調整用ミラー、下方には縮小投影
レンズ等多くの機構や光学系があるため、その大きさ、
特に高さ方向に制限がある。更に、加工時のステージ動
作には、高い軌跡追従性能と位置決め精度が要求され
る。
クを駆動するマスクステージには、ステージ中心に大き
な光路を確保する必要がある。また、マスクステージの
上方には、レーザ光路調整用ミラー、下方には縮小投影
レンズ等多くの機構や光学系があるため、その大きさ、
特に高さ方向に制限がある。更に、加工時のステージ動
作には、高い軌跡追従性能と位置決め精度が要求され
る。
【０００３】従来、高い軌跡追従性能を要求されるステ
ージには、案内系に空気静圧軸受けであるエアスライド
を用いたＸ−Ｙテーブルが採用されている。しかし、エ
アスライドを用いて、中心に光路用開口を持つ透過型の
マスクステージを構成する場合、エアスライドの構造・
大きさにより設計の自由度が制限され、ステージ面積及
び高さが大きくなる。また、機械加工による形状誤差、
レーザ光に起因する発熱や環境温度変化等による構成部
材の熱膨張が、エアスライドの隙間を詰めてしまい、案
内機能不良を引き起こす原因となる。
ージには、案内系に空気静圧軸受けであるエアスライド
を用いたＸ−Ｙテーブルが採用されている。しかし、エ
アスライドを用いて、中心に光路用開口を持つ透過型の
マスクステージを構成する場合、エアスライドの構造・
大きさにより設計の自由度が制限され、ステージ面積及
び高さが大きくなる。また、機械加工による形状誤差、
レーザ光に起因する発熱や環境温度変化等による構成部
材の熱膨張が、エアスライドの隙間を詰めてしまい、案
内機能不良を引き起こす原因となる。
【０００４】一方、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸（Ｘ軸、Ｙ軸に直
角なＺ軸回り）の３自由度を有するマスクステージ駆動
機構として、図９に示すものが提供されている。図９に
おいて、ベースプレート９０上に、中央に大きな開口９
１ａを持つマスクステージ９１が取り付けられている。
ベースプレート９０もマスクステージ９１の開口９１ａ
に対応する領域に大きな開口を持つ。マスクステージ９
１は、ベースプレート９０との間に配設されたＸ軸案内
機構、Ｙ軸案内機構、θ軸案内機構（いずれも図示省
略）によりＸ軸、Ｙ軸、θ軸に関して移動可能である。
駆動源としては、流体圧シリンダを利用した一対のＹ軸
駆動機構９２、９３及びＸ軸駆動機構９４が用いられて
いる。
角なＺ軸回り）の３自由度を有するマスクステージ駆動
機構として、図９に示すものが提供されている。図９に
おいて、ベースプレート９０上に、中央に大きな開口９
１ａを持つマスクステージ９１が取り付けられている。
ベースプレート９０もマスクステージ９１の開口９１ａ
に対応する領域に大きな開口を持つ。マスクステージ９
１は、ベースプレート９０との間に配設されたＸ軸案内
機構、Ｙ軸案内機構、θ軸案内機構（いずれも図示省
略）によりＸ軸、Ｙ軸、θ軸に関して移動可能である。
駆動源としては、流体圧シリンダを利用した一対のＹ軸
駆動機構９２、９３及びＸ軸駆動機構９４が用いられて
いる。
【０００５】Ｙ軸駆動機構９２、９３及びＸ軸駆動機構
９４に対応させて、マスクステージ９１には３つの突片
９５、９６、９７が固定されている。これらの突片９５
〜９７にそれぞれ、Ｙ軸駆動機構９２、９３及びＸ軸駆
動機構９４の駆動軸の先端に取り付けられた連結片９２
−１、９２−２、９２−３が連結されている。連結片９
２−１及び９２−２は、突片９５及び９６に対して、Ｙ
軸方向については一体的に移動可能である。連結片９２
−１及び９２−２は、突片９５及び９６に対して、Ｘ軸
方向については自由にスライド可能である。一方、連結
片９４−１は、突片９７に対して、Ｘ軸方向については
一体的に移動可能であり、Ｙ軸方向については自由にス
ライド可能である。
９４に対応させて、マスクステージ９１には３つの突片
９５、９６、９７が固定されている。これらの突片９５
〜９７にそれぞれ、Ｙ軸駆動機構９２、９３及びＸ軸駆
動機構９４の駆動軸の先端に取り付けられた連結片９２
−１、９２−２、９２−３が連結されている。連結片９
２−１及び９２−２は、突片９５及び９６に対して、Ｙ
軸方向については一体的に移動可能である。連結片９２
−１及び９２−２は、突片９５及び９６に対して、Ｘ軸
方向については自由にスライド可能である。一方、連結
片９４−１は、突片９７に対して、Ｘ軸方向については
一体的に移動可能であり、Ｙ軸方向については自由にス
ライド可能である。
【０００６】このような構造により、マスクステージ９
１は、Ｙ軸駆動機構９２、９３によりＹ軸方向に駆動さ
れ、Ｘ軸駆動機構９４によりＸ軸方向に駆動される。ま
た、Ｙ軸駆動機構９２、９３による連結片９２−１、９
２−２の移動量に差を持たせることにより、マスクステ
ージ９１は、θ軸、すなわちＺ軸回りに回動駆動され
る。
１は、Ｙ軸駆動機構９２、９３によりＹ軸方向に駆動さ
れ、Ｘ軸駆動機構９４によりＸ軸方向に駆動される。ま
た、Ｙ軸駆動機構９２、９３による連結片９２−１、９
２−２の移動量に差を持たせることにより、マスクステ
ージ９１は、θ軸、すなわちＺ軸回りに回動駆動され
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このようなマスクステ
ージ駆動機構は、大きな光路を確保可能で高い精度を実
現できる反面、特に２つのＹ軸駆動機構９２、９３によ
る並進ストロークに制限がある。
ージ駆動機構は、大きな光路を確保可能で高い精度を実
現できる反面、特に２つのＹ軸駆動機構９２、９３によ
る並進ストロークに制限がある。
【０００８】そこで、本発明の課題は、Ｘ軸、Ｙ軸、θ
軸の３自由度構成で、偏平な構造を持つと共に中央に大
口径の光路を有し、かつ高い軌跡追従性能と位置決め精
度を実現することのできるマスクステージ駆動機構を提
供することにある。
軸の３自由度構成で、偏平な構造を持つと共に中央に大
口径の光路を有し、かつ高い軌跡追従性能と位置決め精
度を実現することのできるマスクステージ駆動機構を提
供することにある。
【０００９】本発明の他の課題は、上記のマスクステー
ジ駆動機構に適した制御方法を提供することにある。
ジ駆動機構に適した制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、中心に光路用
開口を持つマスクステージを少なくともＸ軸及びＹ軸方
向に可動としたマスクステージ駆動機構において、前記
光路用開口に対応した開口を持つ固定のベースプレート
と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記ベース
プレートの開口部に設けられたベアリングを介して前記
Ｘ軸及びＹ軸に対して直角なＺ軸回りに回転可能に構成
されたθ軸可動部と、前記θ軸可動部を駆動するθ軸駆
動機構と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記
θ軸可動部に、前記Ｘ軸の方向、前記Ｙ軸の方向の一方
に移動可能に取り付けられた第１の可動部と、前記第１
の可動部を駆動する第１の駆動機構と、前記光路用開口
に対応した開口を有し、前記第１の可動部に、前記Ｘ軸
の方向、前記Ｙ軸の方向の他方に移動可能に取り付けら
れた第２の可動部と、前記第２の可動部を駆動する第２
の駆動機構と、前記θ軸可動部の回転位置を検出するた
めの回転位置検出手段と、前記第１の可動部、前記第２
の可動部の位置をそれぞれ検出するための第１、第２の
位置検出手段と、前記回転位置検出手段からの回転位置
検出値とθ軸制御量目標値との偏差に基づいて前記θ軸
駆動機構をフィードバック制御系にて制御するためのθ
軸フィードバック制御部と、前記第１の位置検出手段か
らの位置検出値と第１の位置の制御量目標値とから前記
第１の駆動機構への指令値を算出する位置制御器を含ん
で、前記第１の駆動機構をフィードバック制御系にて制
御するための第１のフィードバック制御部と、前記第２
の位置検出手段からの位置検出値と第２の位置の制御量
目標値とから前記第２の駆動機構への指令値を算出する
位置制御器を含んで、前記第２の駆動機構をフィードバ
ック制御系にて制御するための第２のフィードバック制
御部とを備えたことを特徴とする。
開口を持つマスクステージを少なくともＸ軸及びＹ軸方
向に可動としたマスクステージ駆動機構において、前記
光路用開口に対応した開口を持つ固定のベースプレート
と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記ベース
プレートの開口部に設けられたベアリングを介して前記
Ｘ軸及びＹ軸に対して直角なＺ軸回りに回転可能に構成
されたθ軸可動部と、前記θ軸可動部を駆動するθ軸駆
動機構と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記
θ軸可動部に、前記Ｘ軸の方向、前記Ｙ軸の方向の一方
に移動可能に取り付けられた第１の可動部と、前記第１
の可動部を駆動する第１の駆動機構と、前記光路用開口
に対応した開口を有し、前記第１の可動部に、前記Ｘ軸
の方向、前記Ｙ軸の方向の他方に移動可能に取り付けら
れた第２の可動部と、前記第２の可動部を駆動する第２
の駆動機構と、前記θ軸可動部の回転位置を検出するた
めの回転位置検出手段と、前記第１の可動部、前記第２
の可動部の位置をそれぞれ検出するための第１、第２の
位置検出手段と、前記回転位置検出手段からの回転位置
検出値とθ軸制御量目標値との偏差に基づいて前記θ軸
駆動機構をフィードバック制御系にて制御するためのθ
軸フィードバック制御部と、前記第１の位置検出手段か
らの位置検出値と第１の位置の制御量目標値とから前記
第１の駆動機構への指令値を算出する位置制御器を含ん
で、前記第１の駆動機構をフィードバック制御系にて制
御するための第１のフィードバック制御部と、前記第２
の位置検出手段からの位置検出値と第２の位置の制御量
目標値とから前記第２の駆動機構への指令値を算出する
位置制御器を含んで、前記第２の駆動機構をフィードバ
ック制御系にて制御するための第２のフィードバック制
御部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】前記θ軸駆動機構は、前記ベースプレート
の一面側に平行に組み合わされた前記θ軸可動部を前記
Ｚ軸回りに回転させるためのθ軸駆動モータを含む。
の一面側に平行に組み合わされた前記θ軸可動部を前記
Ｚ軸回りに回転させるためのθ軸駆動モータを含む。
【００１２】前記第１の可動部は、前記θ軸可動部にお
ける前記ベースプレートとの対向面とは反対側の面に互
いに平行にかつ前記Ｙ軸の方向に延びるように取り付け
られた一対のＹ軸リニアベアリングを介して前記Ｙ軸の
方向に可動に構成されており、記第２の可動部は、前記
θ軸可動部と前記第１の可動部との間であって、前記第
１の可動部における前記第２の可動部との対向面に設け
られた複数のリフト用エアベアリングを介して前記Ｘ軸
の方向に可動に構成されている。
ける前記ベースプレートとの対向面とは反対側の面に互
いに平行にかつ前記Ｙ軸の方向に延びるように取り付け
られた一対のＹ軸リニアベアリングを介して前記Ｙ軸の
方向に可動に構成されており、記第２の可動部は、前記
θ軸可動部と前記第１の可動部との間であって、前記第
１の可動部における前記第２の可動部との対向面に設け
られた複数のリフト用エアベアリングを介して前記Ｘ軸
の方向に可動に構成されている。
【００１３】前記第１の駆動機構は、Ｙ軸リニアモータ
により構成され、前記第２の駆動機構は、Ｘ軸リニアモ
ータにより構成される。
により構成され、前記第２の駆動機構は、Ｘ軸リニアモ
ータにより構成される。
【００１４】前記回転位置検出手段はロータリエンコー
ダにより構成され、前記第１、第２の位置検出手段はそ
れぞれ、Ｙ軸リニアエンコーダ、Ｘ軸リニアエンコーダ
により構成される。
ダにより構成され、前記第１、第２の位置検出手段はそ
れぞれ、Ｙ軸リニアエンコーダ、Ｘ軸リニアエンコーダ
により構成される。
【００１５】前記第２の可動部は磁性材料で構成され、
前記第１の可動部における前記第２の可動部との対向面
には更に、複数箇所に吸引用のマグネットが配置されて
いる。
前記第１の可動部における前記第２の可動部との対向面
には更に、複数箇所に吸引用のマグネットが配置されて
いる。
【００１６】前記第２の可動部は、前記Ｘ軸の方向に平
行な２つの端縁部を有し、これら２つの端縁部をそれぞ
れ、少なくとも２箇所において前記第１の可動部に設け
たヨーガイド用エアベアリングにより前記Ｘ軸方向の移
動を案内するように構成されている。
行な２つの端縁部を有し、これら２つの端縁部をそれぞ
れ、少なくとも２箇所において前記第１の可動部に設け
たヨーガイド用エアベアリングにより前記Ｘ軸方向の移
動を案内するように構成されている。
【００１７】前記第２の可動部における前記２つの端縁
部における一方の端縁部側に設けられた前記ヨーガイド
用エアベアリングには、プリロード用ピストンが組み合
わされて前記一方の端縁部に対してプリロードがかけら
れている。
部における一方の端縁部側に設けられた前記ヨーガイド
用エアベアリングには、プリロード用ピストンが組み合
わされて前記一方の端縁部に対してプリロードがかけら
れている。
【００１８】前記θ軸フィードバック制御部は、前記回
転位置検出値と前記θ軸制御量目標値との偏差に応じて
比例ゲインを連続的に切り替えるゲイン切替え部を含む
ことを特徴とする。
転位置検出値と前記θ軸制御量目標値との偏差に応じて
比例ゲインを連続的に切り替えるゲイン切替え部を含む
ことを特徴とする。
【００１９】前記第１のフィードバック制御部は、前記
第１の位置制御器からの制御量指令値を２次低域通過型
フィルタにてフィルタリングした制御量推定値と、前記
Ｙ軸用リニアモータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モ
デル及び２次低域通過型フィルタにて前記Ｙ軸リニアエ
ンコーダからの位置検出値より推定した実推力推定値と
の差分を推定外乱力として推定する外乱オブザーバと、
前記推定外乱力を前記制御量指令値から減算することで
外乱を補償する減算器とから成る外乱補償器を含み、前
記第２のフィードバック制御部は、前記第２の位置制御
器からの制御量指令値を２次低域通過型フィルタにてフ
ィルタリングした制御量推定値と、前記Ｘ軸用リニアモ
ータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び２次低
域通過型フィルタにて前記Ｘ軸リニアエンコーダからの
位置検出値より推定した実推力推定値との差分を推定外
乱力として推定する外乱オブザーバと、前記推定外乱力
を前記制御量指令値から減算することで外乱を補償する
減算器とから成る外乱補償器を含むことを特徴とする。
第１の位置制御器からの制御量指令値を２次低域通過型
フィルタにてフィルタリングした制御量推定値と、前記
Ｙ軸用リニアモータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モ
デル及び２次低域通過型フィルタにて前記Ｙ軸リニアエ
ンコーダからの位置検出値より推定した実推力推定値と
の差分を推定外乱力として推定する外乱オブザーバと、
前記推定外乱力を前記制御量指令値から減算することで
外乱を補償する減算器とから成る外乱補償器を含み、前
記第２のフィードバック制御部は、前記第２の位置制御
器からの制御量指令値を２次低域通過型フィルタにてフ
ィルタリングした制御量推定値と、前記Ｘ軸用リニアモ
ータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び２次低
域通過型フィルタにて前記Ｘ軸リニアエンコーダからの
位置検出値より推定した実推力推定値との差分を推定外
乱力として推定する外乱オブザーバと、前記推定外乱力
を前記制御量指令値から減算することで外乱を補償する
減算器とから成る外乱補償器を含むことを特徴とする。
【００２０】本発明によればまた、中心に光路用開口を
持つマスクステージと、前記光路用開口に対応した開口
を持つ固定のベースプレートと、前記光路用開口に対応
した開口を有し、前記ベースプレートの開口部に設けら
れたクロスローラベアリングを介してＸ軸、Ｙ軸に対し
て直角なＺ軸回りに回転可能に構成されたθ軸可動部
と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記θ軸可
動部に、Ｙ軸方向に移動可能に取り付けられたＹ軸可動
部と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記Ｙ軸
可動部に、Ｘ軸方向に移動可能に取り付けられたＸ軸可
動部とを有するマスクステージ駆動機構の制御方法であ
って、それぞれの可動部の位置を位置検出器で検出し、
各可動部毎に備えられたフィードバック制御系により、
位置制御を行うようにしたことを特徴とするマスクステ
ージ駆動機構の制御方法が提供される。
持つマスクステージと、前記光路用開口に対応した開口
を持つ固定のベースプレートと、前記光路用開口に対応
した開口を有し、前記ベースプレートの開口部に設けら
れたクロスローラベアリングを介してＸ軸、Ｙ軸に対し
て直角なＺ軸回りに回転可能に構成されたθ軸可動部
と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記θ軸可
動部に、Ｙ軸方向に移動可能に取り付けられたＹ軸可動
部と、前記光路用開口に対応した開口を有し、前記Ｙ軸
可動部に、Ｘ軸方向に移動可能に取り付けられたＸ軸可
動部とを有するマスクステージ駆動機構の制御方法であ
って、それぞれの可動部の位置を位置検出器で検出し、
各可動部毎に備えられたフィードバック制御系により、
位置制御を行うようにしたことを特徴とするマスクステ
ージ駆動機構の制御方法が提供される。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１〜図５を参照して、本発明に
よるマスクステージ駆動機構の実施の形態について説明
する。上部から順にステージ構成を説明すると、中央部
に大きな円形の開口を持つベースプレート１が図示しな
い固定部に固定される。ベースプレート１の開口の縁部
にクロスローラベアリング３が取り付けられている。ベ
ースプレート１の下面側には、クロスローラベアリング
３を介してθ軸、すなわちＺ軸回りに回動可能にθ軸可
動部４が設けられている。θ軸可動部４の中央部にもベ
ースプレート１の開口に対応する開口が設けられてい
る。θ軸可動部４の下面側には、Ｙ軸方向に平行に延び
る一対のＹ軸リニアベアリング６を介してＹ軸方向に移
動可能なようにＹ軸可動部７が取り付けられている。Ｙ
軸可動部７の中央部にもベースプレート１の開口に対応
する開口が設けられている。
よるマスクステージ駆動機構の実施の形態について説明
する。上部から順にステージ構成を説明すると、中央部
に大きな円形の開口を持つベースプレート１が図示しな
い固定部に固定される。ベースプレート１の開口の縁部
にクロスローラベアリング３が取り付けられている。ベ
ースプレート１の下面側には、クロスローラベアリング
３を介してθ軸、すなわちＺ軸回りに回動可能にθ軸可
動部４が設けられている。θ軸可動部４の中央部にもベ
ースプレート１の開口に対応する開口が設けられてい
る。θ軸可動部４の下面側には、Ｙ軸方向に平行に延び
る一対のＹ軸リニアベアリング６を介してＹ軸方向に移
動可能なようにＹ軸可動部７が取り付けられている。Ｙ
軸可動部７の中央部にもベースプレート１の開口に対応
する開口が設けられている。
【００２２】Ｙ軸可動部７には、Ｙ軸リニアベアリング
６の設置スペースを確保するために形成された空間を利
用して、Ｘ軸可動部１０が設けられている。Ｘ軸可動部
１０は、リフト用エアベアリング１１及びヨーガイド用
エアベアリング１５、１６によりＸ軸方向に関して案内
される。Ｘ軸可動部１０の中央部にもベースプレート１
の開口に対応する開口が設けられている。
６の設置スペースを確保するために形成された空間を利
用して、Ｘ軸可動部１０が設けられている。Ｘ軸可動部
１０は、リフト用エアベアリング１１及びヨーガイド用
エアベアリング１５、１６によりＸ軸方向に関して案内
される。Ｘ軸可動部１０の中央部にもベースプレート１
の開口に対応する開口が設けられている。
【００２３】詳しく説明すると、Ｘ軸可動部１０は、θ
軸可動部４とＹ軸可動部７との間であって、Ｙ軸可動部
７におけるＸ軸可動部１０との対向面に設けられた複数
のリフト用エアベアリング１１を介してＸ軸の方向に可
動に構成されている。リフト用エアベアリング１１は、
圧縮空気をＸ軸可動部１０の下面に吹き付けることでＸ
軸可動部１０を浮上させるためのものであり、ここで
は、Ｘ軸可動部１０の中心に関して１２０度の角度間隔
をおいて３個設けられている。
軸可動部４とＹ軸可動部７との間であって、Ｙ軸可動部
７におけるＸ軸可動部１０との対向面に設けられた複数
のリフト用エアベアリング１１を介してＸ軸の方向に可
動に構成されている。リフト用エアベアリング１１は、
圧縮空気をＸ軸可動部１０の下面に吹き付けることでＸ
軸可動部１０を浮上させるためのものであり、ここで
は、Ｘ軸可動部１０の中心に関して１２０度の角度間隔
をおいて３個設けられている。
【００２４】また、Ｘ軸可動部１０は磁性材料で構成さ
れ、Ｙ軸可動部７におけるＸ軸可動部１０との対向面に
は更に、複数箇所に吸引用のマグネット１８が配置され
ている。特に、マグネット１８は、リフト用エアベアリ
ング１１の周囲に３個ずつ、合計９個配置されている。
更に、Ｘ軸可動部１０は、Ｘ軸の方向に平行な２つの端
縁部を有し、これら２つの端縁部をそれぞれ、Ｙ軸可動
部７に設けたヨーガイド用エアベアリング１５、１６に
よりＸ軸方向の移動を案内するように構成されている。
ヨーガイド用エアベアリング１５、１６はそれぞれ、Ｘ
軸可動部１０の１つの端縁部に対して２つずつ設けられ
ている。加えて、Ｘ軸可動部１０における一方の端縁部
側に設けられた２つのヨーガイド用エアベアリング１６
にはそえぞれ、プリロード用のピストン２０が組み合わ
され、前記一方の端縁部に対してプリロードがかけられ
ている。Ｘ軸可動部１０には、ボス１０−１を介してマ
スクステージ３０が組み合わされている。マスクステー
ジ３０は、その中央にベースプレート１の開口よりやや
小さな開口を有すると共に、Ｙ軸可動部７の下面側から
突出しており、その下端部には、マスク１４の保持部を
有する。
れ、Ｙ軸可動部７におけるＸ軸可動部１０との対向面に
は更に、複数箇所に吸引用のマグネット１８が配置され
ている。特に、マグネット１８は、リフト用エアベアリ
ング１１の周囲に３個ずつ、合計９個配置されている。
更に、Ｘ軸可動部１０は、Ｘ軸の方向に平行な２つの端
縁部を有し、これら２つの端縁部をそれぞれ、Ｙ軸可動
部７に設けたヨーガイド用エアベアリング１５、１６に
よりＸ軸方向の移動を案内するように構成されている。
ヨーガイド用エアベアリング１５、１６はそれぞれ、Ｘ
軸可動部１０の１つの端縁部に対して２つずつ設けられ
ている。加えて、Ｘ軸可動部１０における一方の端縁部
側に設けられた２つのヨーガイド用エアベアリング１６
にはそえぞれ、プリロード用のピストン２０が組み合わ
され、前記一方の端縁部に対してプリロードがかけられ
ている。Ｘ軸可動部１０には、ボス１０−１を介してマ
スクステージ３０が組み合わされている。マスクステー
ジ３０は、その中央にベースプレート１の開口よりやや
小さな開口を有すると共に、Ｙ軸可動部７の下面側から
突出しており、その下端部には、マスク１４の保持部を
有する。
【００２５】以上の構成により、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の３
自由度マスクステージを構成している。θ軸駆動モータ
５の出力軸がθ軸駆動モータ５の回転に応じて軸方向に
移動し、θ軸駆動プレート１９を押す。このことによ
り、θ軸可動部４は、その中心に関してＺ軸回りの反時
計方向に回動する。なお、θ軸駆動モータ５の出力軸は
駆動プレート１９に固定されていない。このため、ベー
スプレート１とθ軸可動部４との間に引っ張りバネ１７
を設けて時計回り方向のプリロードをかける構成とし、
クロスローラベアリング３の摩擦等によりバックラッシ
及び回転不良等が発生することを防いでいる。θ軸可動
部４の回転角は、θ軸可動部４に取り付けられて一体的
に回動する回転軸４−１に組み合わせた中空のロータリ
エンコーダ２により計測し、精度を確保している。
自由度マスクステージを構成している。θ軸駆動モータ
５の出力軸がθ軸駆動モータ５の回転に応じて軸方向に
移動し、θ軸駆動プレート１９を押す。このことによ
り、θ軸可動部４は、その中心に関してＺ軸回りの反時
計方向に回動する。なお、θ軸駆動モータ５の出力軸は
駆動プレート１９に固定されていない。このため、ベー
スプレート１とθ軸可動部４との間に引っ張りバネ１７
を設けて時計回り方向のプリロードをかける構成とし、
クロスローラベアリング３の摩擦等によりバックラッシ
及び回転不良等が発生することを防いでいる。θ軸可動
部４の回転角は、θ軸可動部４に取り付けられて一体的
に回動する回転軸４−１に組み合わせた中空のロータリ
エンコーダ２により計測し、精度を確保している。
【００２６】Ｙ軸可動部７は、θ軸可動部４の端部とＹ
軸可動部７の端部との間に配設されたＹ軸リニアモータ
８によりＹ軸方向に駆動される。Ｙ軸可動部７の位置
は、Ｙ軸リニアモータ８の近傍に配置されたＹ軸リニア
エンコーダ９により計測される。Ｘ軸可動部１０は、Ｘ
軸リニアモータ１３により駆動される。Ｘ軸リニアモー
タ１３は、Ｙ軸可動部７の下面側に配置されており、そ
の可動部分がボス１０−１と連結されていることによ
り、Ｘ軸可動部１０とボス１０−１とがＸ軸方向に駆動
される。Ｘ軸可動部１０の位置は、Ｙ軸可動部７の下面
側とボス１０−１殿間に配置されたＸ軸リニアエンコー
ダ１２により計測される。
軸可動部７の端部との間に配設されたＹ軸リニアモータ
８によりＹ軸方向に駆動される。Ｙ軸可動部７の位置
は、Ｙ軸リニアモータ８の近傍に配置されたＹ軸リニア
エンコーダ９により計測される。Ｘ軸可動部１０は、Ｘ
軸リニアモータ１３により駆動される。Ｘ軸リニアモー
タ１３は、Ｙ軸可動部７の下面側に配置されており、そ
の可動部分がボス１０−１と連結されていることによ
り、Ｘ軸可動部１０とボス１０−１とがＸ軸方向に駆動
される。Ｘ軸可動部１０の位置は、Ｙ軸可動部７の下面
側とボス１０−１殿間に配置されたＸ軸リニアエンコー
ダ１２により計測される。
【００２７】Ｘ軸可動部１０の案内機構の詳細について
述べる。中央部の開口を光路として、マスク１４の下方
に配置されたワーク（図示せず）にレーザ光を照射しな
がら一定速度で移動するスキャニングを行うため、Ｘ軸
可動部１０は高い軌跡追従性能と位置決め精度が要求さ
れる。そのため、Ｘ軸可動部１０の案内機構には、静圧
軸受けが採用されている。Ｘ軸可動部１０の案内機構の
構成は、上下方向（ラジアル）と横方向の２つの案内機
構により構成される。上下方向案内の静圧軸受けは、Ｙ
軸可動部７に取り付けられたリフト用エアベアリング１
１とＸ軸可動部１０の案内面とで構成される。特に、高
い案内剛性が得られる隙間（５〜１０μｍ程度）を維持
するために、Ｙ軸可動部７に取り付けた複数のマグネッ
ト１８の吸引力によりプリロードをかける構成としてい
る。
述べる。中央部の開口を光路として、マスク１４の下方
に配置されたワーク（図示せず）にレーザ光を照射しな
がら一定速度で移動するスキャニングを行うため、Ｘ軸
可動部１０は高い軌跡追従性能と位置決め精度が要求さ
れる。そのため、Ｘ軸可動部１０の案内機構には、静圧
軸受けが採用されている。Ｘ軸可動部１０の案内機構の
構成は、上下方向（ラジアル）と横方向の２つの案内機
構により構成される。上下方向案内の静圧軸受けは、Ｙ
軸可動部７に取り付けられたリフト用エアベアリング１
１とＸ軸可動部１０の案内面とで構成される。特に、高
い案内剛性が得られる隙間（５〜１０μｍ程度）を維持
するために、Ｙ軸可動部７に取り付けた複数のマグネッ
ト１８の吸引力によりプリロードをかける構成としてい
る。
【００２８】通常、エアベアリングは可動部側に固定す
るが、Ｘ軸可動部１０の必要ストロークが短い点を生か
し、リフト用エアベアリング１１をＸ軸可動部１０では
なく、Ｘ軸可動部１０のベースとなるＹ軸可動部７側に
固定する構成としている。これにより、Ｘ軸可動部１０
の重量低減をはかり、移動時の外乱となるエアベアリン
グへのエア供給チューブの接続数を減らしている。
るが、Ｘ軸可動部１０の必要ストロークが短い点を生か
し、リフト用エアベアリング１１をＸ軸可動部１０では
なく、Ｘ軸可動部１０のベースとなるＹ軸可動部７側に
固定する構成としている。これにより、Ｘ軸可動部１０
の重量低減をはかり、移動時の外乱となるエアベアリン
グへのエア供給チューブの接続数を減らしている。
【００２９】Ｘ軸可動部１０の横方向案内の静圧軸受け
は、Ｘ軸可動部１０に取り付けた２組のヨーガイド用エ
アベアリング１５、１６で、Ｘ軸可動部１０を挟み込む
形で構成される。２個のヨーガイド用エアベアリング１
５は、各々アジャストボルト２１により支持される。ア
ジャストボルト２１はＸ軸可動部１０に取り付けられ
て、その先端がヨーガイド用エアベアリング１５に当接
しており、その出し入れ量を調整することにより、Ｘ軸
可動部１０の横方向の姿勢を調整することができる。
は、Ｘ軸可動部１０に取り付けた２組のヨーガイド用エ
アベアリング１５、１６で、Ｘ軸可動部１０を挟み込む
形で構成される。２個のヨーガイド用エアベアリング１
５は、各々アジャストボルト２１により支持される。ア
ジャストボルト２１はＸ軸可動部１０に取り付けられ
て、その先端がヨーガイド用エアベアリング１５に当接
しており、その出し入れ量を調整することにより、Ｘ軸
可動部１０の横方向の姿勢を調整することができる。
【００３０】ヨーガイド用エアベアリング１５とは反対
側に取り付けられたヨーガイド用エアベアリング１６
は、プリロード用ピストン２０により支持され、一定の
力により支持されている。このため、Ｘ軸可動部１０や
Ｙ軸可動部７などの熱変形、機械加工精度、組立誤差等
の影響を受けることなく、一定の静圧軸受け隙間を維持
することが可能な構成となっている。
側に取り付けられたヨーガイド用エアベアリング１６
は、プリロード用ピストン２０により支持され、一定の
力により支持されている。このため、Ｘ軸可動部１０や
Ｙ軸可動部７などの熱変形、機械加工精度、組立誤差等
の影響を受けることなく、一定の静圧軸受け隙間を維持
することが可能な構成となっている。
【００３１】全てのエアベアリングの支持点は、セラミ
ック球により球面支持されており、相手面のうねり、熱
変形等、エアベアリング面と相手面の平行度が失われて
も、ある程度吸収できるような構成としている。
ック球により球面支持されており、相手面のうねり、熱
変形等、エアベアリング面と相手面の平行度が失われて
も、ある程度吸収できるような構成としている。
【００３２】本マスクステージ駆動機構では、実際の加
工に使用するＸ軸可動部１０のストロークは０．５ｍｍ
程度であり、この範囲内であれば、レーザ光の光路とな
る直径８０ｍｍ以上（最大９０ｍｍ）の開口が確保され
る。
工に使用するＸ軸可動部１０のストロークは０．５ｍｍ
程度であり、この範囲内であれば、レーザ光の光路とな
る直径８０ｍｍ以上（最大９０ｍｍ）の開口が確保され
る。
【００３３】なお、Ｙ軸リニアベアリング６、リフト用
エアベアリング１１、ヨーガイド用エアベアリング１
５、１６やＹ軸リニアモータ８、Ｘ軸リニアモータ１３
は、周知のものを用いることができるが、例えばリニア
モータについては、特願平１０−３５８２１６号に開示
されているものを用いても良い。
エアベアリング１１、ヨーガイド用エアベアリング１
５、１６やＹ軸リニアモータ８、Ｘ軸リニアモータ１３
は、周知のものを用いることができるが、例えばリニア
モータについては、特願平１０−３５８２１６号に開示
されているものを用いても良い。
【００３４】図６を参照して、Ｘ軸リニアモータ１３に
対する制御は、Ｘ軸フィードバック制御系により行われ
る。Ｘ軸リニアエンコーダ１２の位置検出値をフィード
バックしてＸ軸制御量目標値との偏差を減算器４１で検
出し、この偏差をＸ軸位置制御器４２に与える。Ｘ軸位
置制御器４２では、この偏差に基づいてＸ軸に関する制
御量指令値を作成する。Ｘ軸フィードバック制御系の制
御ループには、外乱オブザーバ４３−１を用いた外乱補
償器４３を付加し、ベアリングの摩擦抵抗変動、エア供
給配管、電流供給ケーブル抵抗などの外乱要因をキャン
セルする構成としている。外乱補償器４３から出力され
る制御量指令値は、Ｘ軸リニアモータ１３用のモータア
ンプ４４に電流指令値として与えられ、モータアンプ４
４は与えられた電流指令値に基づいてＸ軸リニアモータ
１３の制御を行う。
対する制御は、Ｘ軸フィードバック制御系により行われ
る。Ｘ軸リニアエンコーダ１２の位置検出値をフィード
バックしてＸ軸制御量目標値との偏差を減算器４１で検
出し、この偏差をＸ軸位置制御器４２に与える。Ｘ軸位
置制御器４２では、この偏差に基づいてＸ軸に関する制
御量指令値を作成する。Ｘ軸フィードバック制御系の制
御ループには、外乱オブザーバ４３−１を用いた外乱補
償器４３を付加し、ベアリングの摩擦抵抗変動、エア供
給配管、電流供給ケーブル抵抗などの外乱要因をキャン
セルする構成としている。外乱補償器４３から出力され
る制御量指令値は、Ｘ軸リニアモータ１３用のモータア
ンプ４４に電流指令値として与えられ、モータアンプ４
４は与えられた電流指令値に基づいてＸ軸リニアモータ
１３の制御を行う。
【００３５】図７をも参照して、外乱補償器４３は、Ｘ
軸において高精度な位置決めを行い、かつ軌跡追従性を
向上するために採用されている。外乱補償器４３におい
ては、まず２次低域通過型フィルタＧ（ｓ）からなるフ
ィルタ４３−１１を用いて、Ｘ軸位置制御器４２から出
力された制御量指令値をフィルタリングする。Ｇ（ｓ）
は伝達関数である。また、Ｘ軸リニアモータ１３及び負
荷を擬似した制御対象の逆モデル（Ｍｓ2 ／Ｋｆ、ここ
で、Ｍはリニアモータ及び負荷の質量、Ｋｆはモータ推
力定数）及び２次低域通過型フィルタＧ（ｓ）から成る
フィルタ４３−１２を用いて、Ｘ軸リニアエンコーダ１
２にて検出された位置検出値より制御対象に印加されて
いる実推力推定値を推定する。そして、減算器４３−１
３により両者の差分をとることにより、制御対象に印加
されている外乱力を推定する。更に、推定された外乱力
を、減算器４５により制御量指令値から減算することに
より外乱力を補償する。
軸において高精度な位置決めを行い、かつ軌跡追従性を
向上するために採用されている。外乱補償器４３におい
ては、まず２次低域通過型フィルタＧ（ｓ）からなるフ
ィルタ４３−１１を用いて、Ｘ軸位置制御器４２から出
力された制御量指令値をフィルタリングする。Ｇ（ｓ）
は伝達関数である。また、Ｘ軸リニアモータ１３及び負
荷を擬似した制御対象の逆モデル（Ｍｓ2 ／Ｋｆ、ここ
で、Ｍはリニアモータ及び負荷の質量、Ｋｆはモータ推
力定数）及び２次低域通過型フィルタＧ（ｓ）から成る
フィルタ４３−１２を用いて、Ｘ軸リニアエンコーダ１
２にて検出された位置検出値より制御対象に印加されて
いる実推力推定値を推定する。そして、減算器４３−１
３により両者の差分をとることにより、制御対象に印加
されている外乱力を推定する。更に、推定された外乱力
を、減算器４５により制御量指令値から減算することに
より外乱力を補償する。
【００３６】このように、実推力推定時の制御対象モデ
ルとして、Ｘ軸リニアモータ１３及び負荷の質量からな
るモデルを用いることで、ベアリングの摩擦抵抗変動、
エア供給配管、電流供給ケーブル抵抗の変動等を外乱力
として推定し補償することができる。
ルとして、Ｘ軸リニアモータ１３及び負荷の質量からな
るモデルを用いることで、ベアリングの摩擦抵抗変動、
エア供給配管、電流供給ケーブル抵抗の変動等を外乱力
として推定し補償することができる。
【００３７】Ｙ軸リニアモータ８に対する制御は、Ｙ軸
フィードバック制御系により行われるが、このＹ軸フィ
ードバック制御系は、図６、図７のＸ軸フィードバック
制御系と同様に構成されるので、説明は省略する。
フィードバック制御系により行われるが、このＹ軸フィ
ードバック制御系は、図６、図７のＸ軸フィードバック
制御系と同様に構成されるので、説明は省略する。
【００３８】図８を参照して、θ軸モータ５のフィード
バック制御系について説明する。θ軸可動部４の回転角
は、ロータリエンコーダ２により検出される。θ軸駆動
部４は、θ軸駆動モータ５の推力、引っ張りバネ１７に
よるプリロード力、クロスローラベアリング３等の摩擦
力の合力により駆動される構成となっている。このた
め、特にクロスローラベアリング３等の摩擦力が、静摩
擦力である場合と動摩擦力である場合によって制御特性
が異なる。そのため、任意の制御量目標値に対して、安
定に動作するように、フィードバック系内の比例ゲイン
を連続的に切り替える制御方式を採用している。
バック制御系について説明する。θ軸可動部４の回転角
は、ロータリエンコーダ２により検出される。θ軸駆動
部４は、θ軸駆動モータ５の推力、引っ張りバネ１７に
よるプリロード力、クロスローラベアリング３等の摩擦
力の合力により駆動される構成となっている。このた
め、特にクロスローラベアリング３等の摩擦力が、静摩
擦力である場合と動摩擦力である場合によって制御特性
が異なる。そのため、任意の制御量目標値に対して、安
定に動作するように、フィードバック系内の比例ゲイン
を連続的に切り替える制御方式を採用している。
【００３９】図８において、ロータリエンコーダ２の位
置検出値をフィードバックしてθ軸制御量目標値との偏
差を減算器５１で検出し、この偏差を積分補償器・微分
補償器の機能を持つ補償器５２に与える。補償器５２で
は、この偏差に基づいてθ軸に関する制御量指令値を作
成する。制御量指令値は、比例ゲイン切替え器５３を通
して電流指令としてθ軸駆動モータ５用のモータアンプ
５４に与えられ、モータアンプ５４は与えられた電流指
令値に基づいてθ軸駆動モータ５の制御を行う。比例ゲ
イン切替え器５３は、制御サンプル毎の制御量目標値と
位置フィードバック値の差（位置偏差）により連続的に
比例ゲインを切り替えている。
置検出値をフィードバックしてθ軸制御量目標値との偏
差を減算器５１で検出し、この偏差を積分補償器・微分
補償器の機能を持つ補償器５２に与える。補償器５２で
は、この偏差に基づいてθ軸に関する制御量指令値を作
成する。制御量指令値は、比例ゲイン切替え器５３を通
して電流指令としてθ軸駆動モータ５用のモータアンプ
５４に与えられ、モータアンプ５４は与えられた電流指
令値に基づいてθ軸駆動モータ５の制御を行う。比例ゲ
イン切替え器５３は、制御サンプル毎の制御量目標値と
位置フィードバック値の差（位置偏差）により連続的に
比例ゲインを切り替えている。
【００４０】このように、θ軸においては、動作範囲全
域において安定に動作し、かつ停止時の安定性を確保す
る方式として、ゲイン切替え方式を採用している。すな
わち、θ軸制御量目標置とロータリエンコーダ２のフィ
ードバック位置との差を求め、その差に応じて図８内の
グラフのように、比例ゲインを連続的に変化させること
ができるようにしている。これにより、クロスローラベ
アリング３等の摩擦力が、静摩擦力、動摩擦力いずれの
場合でも、安定に動作することが可能となる。
域において安定に動作し、かつ停止時の安定性を確保す
る方式として、ゲイン切替え方式を採用している。すな
わち、θ軸制御量目標置とロータリエンコーダ２のフィ
ードバック位置との差を求め、その差に応じて図８内の
グラフのように、比例ゲインを連続的に変化させること
ができるようにしている。これにより、クロスローラベ
アリング３等の摩擦力が、静摩擦力、動摩擦力いずれの
場合でも、安定に動作することが可能となる。
【００４１】上記のように、Ｘ軸に関しては、Ｘ軸リニ
アモータ１３の推力をＸ軸リニアエンコーダ１２の位置
フィードバック値に基づいて制御することで、Ｘ軸可動
部１０及びＸ軸可動部１０に取り付けられたマスク１４
を位置決めすることができる。Ｙ軸についてもＸ軸と同
様に、Ｙ軸リニアモータ８の推力をＹ軸リニアエンコー
ダ９の位置フィードバック値に基づいて制御すること
で、Ｙ軸可動部７を位置決めすることができる。θ軸
は、θ軸駆動モータ５の推力をロータリエンコーダ２の
位置フィードバック値に基づいて制御することで、θ軸
可動部４を位置決めすることができる。
アモータ１３の推力をＸ軸リニアエンコーダ１２の位置
フィードバック値に基づいて制御することで、Ｘ軸可動
部１０及びＸ軸可動部１０に取り付けられたマスク１４
を位置決めすることができる。Ｙ軸についてもＸ軸と同
様に、Ｙ軸リニアモータ８の推力をＹ軸リニアエンコー
ダ９の位置フィードバック値に基づいて制御すること
で、Ｙ軸可動部７を位置決めすることができる。θ軸
は、θ軸駆動モータ５の推力をロータリエンコーダ２の
位置フィードバック値に基づいて制御することで、θ軸
可動部４を位置決めすることができる。
【００４２】以上、本発明を好ましい実施の形態をあげ
て説明したが、本発明は上記の形態に限らず、様々な変
更が可能である。例えば、位置検出手段は、上記のリニ
アエンコーダ、ロータリエンコーダに限定されず、Ｘ
軸、Ｙ軸については、可動部に光学ミラー等を取り付け
ることにより、レーザ干渉計等を用いて位置を検出して
もよい。θ軸については、θ軸駆動モータ５の回転軸に
取り付けられたロータリエンコーダで位置を検出しても
良い。また、θ軸に関する回転ストロークが小さい場合
には、駆動点の直動位置をリニアエンコーダ、レーザ干
渉計等で検出することにより回転角を検出しても良い。
案内機構は、静圧・転がり案内を採用したが、例えば全
て静圧案内にしたり、あるいは、滑り案内を使用した
り、各案内方式の混合でも良い。駆動機構は今回採用し
たものに限定されず、ボールねじとサーボモータの組み
合わせ等でも良い。本発明は、ステージ中心に開口を必
要とする加工装置全般に適用可能である。
て説明したが、本発明は上記の形態に限らず、様々な変
更が可能である。例えば、位置検出手段は、上記のリニ
アエンコーダ、ロータリエンコーダに限定されず、Ｘ
軸、Ｙ軸については、可動部に光学ミラー等を取り付け
ることにより、レーザ干渉計等を用いて位置を検出して
もよい。θ軸については、θ軸駆動モータ５の回転軸に
取り付けられたロータリエンコーダで位置を検出しても
良い。また、θ軸に関する回転ストロークが小さい場合
には、駆動点の直動位置をリニアエンコーダ、レーザ干
渉計等で検出することにより回転角を検出しても良い。
案内機構は、静圧・転がり案内を採用したが、例えば全
て静圧案内にしたり、あるいは、滑り案内を使用した
り、各案内方式の混合でも良い。駆動機構は今回採用し
たものに限定されず、ボールねじとサーボモータの組み
合わせ等でも良い。本発明は、ステージ中心に開口を必
要とする加工装置全般に適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が得
られる。
られる。
【００４４】１）ステージ中心に大きな光路を確保でき
る。
る。
【００４５】２）Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の３自由度構成であ
りながら、偏平な構造である。
りながら、偏平な構造である。
【００４６】３）Ｘ軸には、静圧案内方式を採用し、制
御系に外乱オブザーバを付加したことで、プロセス上重
要となる低速域での高い軌跡追従性能が得られる。
御系に外乱オブザーバを付加したことで、プロセス上重
要となる低速域での高い軌跡追従性能が得られる。
【００４７】４）θ軸の制御系に、ゲイン切替え方式を
採用したことで、動作範囲内全域での安定動作と停止時
の安定性を確保することができる。
採用したことで、動作範囲内全域での安定動作と停止時
の安定性を確保することができる。
【図１】本発明によるマスクステージ駆動機構の平面図
である。
である。
【図２】図１の線Ｂ−Ｂによる縦断面図である。
【図３】図１の線Ｃ−Ｃによる矢視図である。
【図４】図１の線Ｄ−Ｄによる矢視図である。
【図５】図１の線Ｅ−Ｅによる矢視図である。
【図６】図１のマスクステージ駆動機構におけるＸ軸あ
るいはＹ軸に関するフィードバック制御系のブロック構
成図である。
るいはＹ軸に関するフィードバック制御系のブロック構
成図である。
【図７】図６における外乱補償器の具体的構成を説明す
るための図である。
るための図である。
【図８】図１のマスクステージ駆動機構におけるθ軸に
関するフィードバック制御系のブロック構成図である。
関するフィードバック制御系のブロック構成図である。
【図９】従来のマスクステージ駆動機構を説明するため
の平面図である。
の平面図である。
１ ベースプレート１ ２ ロータリエンコーダ ３ クロスローラベアリング ４ θ軸可動部 ５ θ軸駆動モータ ６ Ｙ軸リニアベアリング ７ Ｙ軸可動部 ８ Ｙ軸リニアモータ ９ Ｙ軸リニアエンコーダ １０ Ｘ軸可動部 １０−１ ボス １１ リフト用エアベアリング １２ Ｘ軸リニアエンコーダ １３ Ｘ軸リニアモータ １４ マスク １５、１６ ヨーガイド用エアベアリング １７ 引っ張りバネ １８ マグネット ２０ プリロード用のピストン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 Ｈ０１Ｌ 21/30 21/027 21/68 Ｆ 21/68 Ｋ 21/30 ５１６Ｂ (72)発明者 冨田 良幸 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Ｆターム(参考） 5F031 CA07 HA59 JA22 LA08 MA27 MA30 5F046 CC02 CC03 CC06 CC18 CC20 DA06 5H303 AA06 BB02 BB08 CC01 CC02 CC07 DD04 DD10 DD11 FF08 GG13 HH01 HH07 KK02 KK03 KK04 KK11 KK24 MM05
Claims (11)
- 【請求項１】 中心に光路用開口を持つマスクステージ
を少なくともＸ軸及びＹ軸方向に可動としたマスクステ
ージ駆動機構において、 前記光路用開口に対応した開口を持つ固定のベースプレ
ートと、 前記光路用開口に対応した開口を有し、前記ベースプレ
ートの開口部に設けられたベアリングを介して前記Ｘ軸
及びＹ軸に対して直角なＺ軸回りに回転可能に構成され
たθ軸可動部と、 前記θ軸可動部を駆動するθ軸駆動機構と、 前記光路用開口に対応した開口を有し、前記θ軸可動部
に、前記Ｘ軸の方向、前記Ｙ軸の方向の一方に移動可能
に取り付けられた第１の可動部と、 前記第１の可動部を駆動する第１の駆動機構と、 前記光路用開口に対応した開口を有し、前記第１の可動
部に、前記Ｘ軸の方向、前記Ｙ軸の方向の他方に移動可
能に取り付けられた第２の可動部と、 前記第２の可動部を駆動する第２の駆動機構と、 前記θ軸可動部の回転位置を検出するための回転位置検
出手段と、 前記第１の可動部、前記第２の可動部の位置をそれぞれ
検出するための第１、第２の位置検出手段と、 前記回転位置検出手段からの回転位置検出値とθ軸制御
量目標値との偏差に基づいて前記θ軸駆動機構をフィー
ドバック制御系にて制御するためのθ軸フィードバック
制御部と、 前記第１の位置検出手段からの位置検出値と第１の位置
の制御量目標値とから前記第１の駆動機構への指令値を
算出する位置制御器を含んで、前記第１の駆動機構をフ
ィードバック制御系にて制御するための第１のフィード
バック制御部と、 前記第２の位置検出手段からの位置検出値と第２の位置
の制御量目標値とから前記第２の駆動機構への指令値を
算出する位置制御器を含んで、前記第２の駆動機構をフ
ィードバック制御系にて制御するための第２のフィード
バック制御部とを備えたことを特徴とするマスクステー
ジ駆動機構。 - 【請求項２】 請求項１記載のマスクステージ駆動機構
において、 前記θ軸駆動機構は、前記ベースプレートの一面側に平
行に組み合わされた前記θ軸可動部を前記Ｚ軸回りに回
転させるためのθ軸駆動モータを含むことを特徴とする
マスクステージ駆動機構。 - 【請求項３】 請求項２記載のマスクステージ駆動機構
において、 前記第１の可動部は、前記θ軸可動部における前記ベー
スプレートとの対向面とは反対側の面に互いに平行にか
つ前記Ｙ軸の方向に延びるように取り付けられた一対の
Ｙ軸リニアベアリングを介して前記Ｙ軸の方向に可動に
構成されており、 前記第２の可動部は、前記θ軸可動
部と前記第１の可動部との間であって、前記第１の可動
部における前記第２の可動部との対向面に設けられた複
数のリフト用エアベアリングを介して前記Ｘ軸の方向に
可動に構成されていることを特徴とするマスクステージ
駆動機構。 - 【請求項４】 請求項３記載のマスクステージ駆動機構
において、 前記第１の駆動機構は、Ｙ軸リニアモータにより構成さ
れ、前記第２の駆動機構は、Ｘ軸リニアモータにより構
成されることを特徴とするマスクステージ駆動機構。 - 【請求項５】 請求項４記載のマスクステージ駆動機構
において、 前記回転位置検出手段はロータリエンコーダにより構成
され、前記第１、第２の位置検出手段はそれぞれ、Ｙ軸
リニアエンコーダ、Ｘ軸リニアエンコーダにより構成さ
れることを特徴とするマスクステージ駆動機構。 - 【請求項６】 請求項５記載のマスクステージ駆動機構
において、前記第２の可動部は磁性材料で構成され、前
記第１の可動部における前記第２の可動部との対向面に
は更に、複数箇所に吸引用のマグネットが配置されてい
ることを特徴とするマスクステージ駆動機構。 - 【請求項７】 請求項６記載のマスクステージ駆動機構
において、前記第２の可動部は、前記Ｘ軸の方向に平行
な２つの端縁部を有し、これら２つの端縁部をそれぞ
れ、少なくとも２箇所において前記第１の可動部に設け
たヨーガイド用エアベアリングにより前記Ｘ軸方向の移
動を案内するように構成されていることを特徴とするマ
スクステージ駆動機構。 - 【請求項８】 請求項７記載のマスクステージ駆動機構
において、前記第２の可動部における前記２つの端縁部
における一方の端縁部側に設けられた前記ヨーガイド用
エアベアリングには、プリロード用ピストンが組み合わ
されて前記一方の端縁部に対してプリロードがかけられ
ていることを特徴とするマスクステージ駆動機構。 - 【請求項９】 請求項８記載のマスクステージ駆動機構
において、 前記θ軸フィードバック制御部は、前記回転位置検出値
と前記θ軸制御量目標値との偏差に応じて比例ゲインを
連続的に切り替えるゲイン切替え部を含むことを特徴と
するマスクステージ駆動機構。 - 【請求項１０】 請求項８記載のマスクステージ駆動機
構において、 前記第１のフィードバック制御部は、前記第１の位置制
御器からの制御量指令値を２次低域通過型フィルタにて
フィルタリングした制御量推定値と、前記Ｙ軸用リニア
モータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び２次
低域通過型フィルタにて前記Ｙ軸リニアエンコーダから
の位置検出値より推定した実推力推定値との差分を推定
外乱力として推定する外乱オブザーバと、前記推定外乱
力を前記制御量指令値から減算することで外乱を補償す
る減算器とから成る外乱補償器を含み、 前記第２のフィードバック制御部は、前記第２の位置制
御器からの制御量指令値を２次低域通過型フィルタにて
フィルタリングした制御量推定値と、前記Ｘ軸用リニア
モータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び２次
低域通過型フィルタにて前記Ｘ軸リニアエンコーダから
の位置検出値より推定した実推力推定値との差分を推定
外乱力として推定する外乱オブザーバと、前記推定外乱
力を前記制御量指令値から減算することで外乱を補償す
る減算器とから成る外乱補償器を含むことを特徴とする
マスクステージ駆動機構。 - 【請求項１１】 中心に光路用開口を持つマスクステー
ジと、前記光路用開口に対応した開口を持つ固定のベー
スプレートと、前記光路用開口に対応した開口を有し、
前記ベースプレートの開口部に設けられたクロスローラ
ベアリングを介してＸ軸、Ｙ軸に対して直角なＺ軸回り
に回転可能に構成されたθ軸可動部と、前記光路用開口
に対応した開口を有し、前記θ軸可動部に、Ｙ軸方向に
移動可能に取り付けられたＹ軸可動部と、前記光路用開
口に対応した開口を有し、前記Ｙ軸可動部に、Ｘ軸方向
に移動可能に取り付けられたＸ軸可動部とを有するマス
クステージ駆動機構の制御方法であって、それぞれの可
動部の位置を位置検出器で検出し、各可動部毎に備えら
れたフィードバック制御系により、位置制御を行うよう
にしたことを特徴とするマスクステージ駆動機構の制御
方法。
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|---|---|---|---|
| JP15817799A JP3458329B2 (ja) | 1999-06-04 | 1999-06-04 | マスクステージ駆動機構及びその制御方法 |
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| JP2010226106A (ja) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
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1999
- 1999-06-04 JP JP15817799A patent/JP3458329B2/ja not_active Expired - Fee Related
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