JP2001154737A

JP2001154737A - 位置決め装置とその原点復帰方法

Info

Publication number: JP2001154737A
Application number: JP33838499A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hashida; 茂橋田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の構造が簡単になり、移動体を原点又は
その近傍に短時間で復帰させることができる位置決め装
置とその原点復帰方法を提供する。【解決手段】Ｓ２００において、格子プラテン上でス
ライダが停止する。スライダは、スライダの移動量を検
出するＸ軸センサ及びＹ軸センサを備えている。Ｓ３０
０において、このＸ軸センサ及びＹ軸センサのレーザ電
流指令値を変えて、レーザ波長を微少波長だけ変化さ
せ、Ｘ軸センサ及びＹ軸センサのカウンタ変化量からス
ライダ部の座標位置が演算される。Ｓ５００において、
スライダが再駆動して、Ｓ６００において、Ｘ軸方向及
びＹ軸方向の移動量が演算され、Ｓ７００において、ス
ライダ部３１が原点近傍に短時間で復帰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、対象物を搭載す
る移動体を固定体に対して移動させて、この対象物を位
置決めする位置決め装置とその原点復帰方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の位置決め装置の構成図
である。図１０に示す位置決め装置は、位置決め対象物
が載せられたスライダ１３１を単軸のリニアモータによ
って移動させて、この位置決め対象物の１次元位置を位
置決めする装置である。この位置決め装置では、原点ド
グスイッチ１６０とオーバートラベルスイッチ（ＯＴス
イッチとする）１６１，１６２とがステータ１３０側に
取り付けられている。

【０００３】スライダ１３１を原点復帰させるときに
は、位置決めコントローラ１４２が原点ドグスイッチ１
６０を高速でサーチする。ＯＴスイッチ１６１がスライ
ダ１３１を検出したときには、ＯＴスイッチ信号を位置
決めコントローラ１４２に出力し、位置決めコントロー
ラ１４２は、スライダ１３１がストッパ１８０に接触し
ないように、サーボドライバ１４３にスライダ１３１の
反転を指示する。原点ドグスイッチ１６０がスライダ１
３１を検出したときには、原点ドグ信号を位置決めコン
トローラ１４２に出力し、位置決めコントローラ１４２
は、スライダ１３１の速度を低下させる。スライダ１３
１が低速度でＺ相信号エッジに達すると、位置決めコン
トローラ１４２は、その位置にスライダ１３１を停止す
るように、サーボドライバ１４３にＺ相信号を出力し、
スライダ１３１がその位置に位置決めされ原点復帰す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１１は、比較例とし
て示す位置決め装置の構成図である。近年、プラテン２
３０上にスライダ２３１をエアによって浮揚させるとと
もに、このプラテン２３０とスライダ２３１との間に磁
気吸引力を発生させ、この磁気吸引力によってスライダ
２３１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるＸＹステー
ジが提案されている。このようなＸＹステージは、図１
１（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向のＯＴスイッチ２６０
とＸ軸方向のＯＴスイッチ２６１とがスライダ２３１に
取り付けられており、スライダ２３１がステージ枠２８
０に接近すると、これらのＯＴスイッチ２６０，２６１
がＯＮ動作する。

【０００５】スライダ２３１を原点復帰させる場合に
は、スライダ２３１が原点Ｏに向けて低速で移動して、
ＯＴスイッチ２６０，２６１がＯＮ動作したときに、ス
ライダ２３１が停止する。これにより、原点Ｏの粗位置
が検出される。このＸＹステージでは、図１０に示す原
点ドグスイッチ１６０をＯＴスイッチ２６０，２６１と
兼用しているために、従来の位置決め装置に比べて近接
スイッチの数を減らすことができる。

【０００６】その後、ステージ枠２８０に取り付けられ
た高精度の原点センサ２６２，２６３を微少速度でサー
チする。スライダ２３１には検出部２７２，２７３が取
り付けられており、この検出部２７２，２７３が非セン
シング方向に大きくずれると、原点センサ２６２，２６
３はスライダ２３１を検出できない。図１１（Ｂ）に示
すように、検出部２７２，２７３が原点信号のエッジに
達すると、原点センサ２６２，２６３の原点信号のエッ
ジにスライダ２３１が位置決めされて、原点復帰が完了
する。

【０００７】しかし、図１１に示す原点復帰方法では、
ＯＴ信号の検出点をステージ枠２８０から大きく離すこ
とができなかった。このために、原点Ｏの粗位置を検出
するときに、ステージ枠２８０にスライダ２３１が接触
しないように、スライダ２３１の速度を低く抑える必要
があった。また、この原点復帰方法では、スライダ２３
１に近接スイッチを２つ以上取り付ける必要があり、コ
ストが高くなるとともに、スライダ２３１への配線数が
増加するために、スライダケーブルが重くなったり硬く
なっていた。

【０００８】この発明の課題は、装置の構造が簡単にな
り、移動体を原点又はその近傍に短時間で復帰させるこ
とができる位置決め装置とその原点復帰方法を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、以下のよう
な解決手段により、前記課題を解決する。なお、この発
明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これ
に限定するものではない。請求項１の発明は、対象物を
搭載する移動体（３１）を固定体（３０）に対して移動
させて、この対象物を位置決めする位置決め装置であっ
て、前記移動体又は前記固定体のいずれか一方から他方
へ光源の光を照射し、その反射光を受光して、この移動
体の移動により生ずる光の干渉からこの移動体の移動量
を演算する演算手段（３８，３９，４０）と、前記移動
体を停止させる停止手段（５２）とを含み、前記演算手
段は、前記移動体が停止したときに、前記光源の光の波
長を変化させて光を照射し、この移動体と前記固定体と
の間の距離を演算することを特徴とする位置決め装置で
ある。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１に記載の位置
決め装置において、前記演算手段が演算した距離に基づ
いて、前記移動体が原点又はその近傍に復帰するよう
に、前記移動手段を制御する制御手段（４１，４２，４
３）を備えることを特徴とする位置決め装置である。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の位置決め装置において、前記固定体と前記移動
体との間に気体を噴出して、この移動体を浮揚させる浮
揚手段（３２）を備え、前記移動手段は、前記固定体と
前記移動体との間に磁気吸引力を発生し、この磁気吸引
力によってこの移動体を移動させ、前記停止手段は、前
記磁気吸引力によって前記移動体が前記固定体に吸着し
て停止するように、前記浮揚手段に供給する前記気体の
供給量を低下することを特徴とする位置決め装置であ
る。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
までのいずれか１項に記載の位置決め装置において、前
記移動体を移動させる移動手段（３３，３４，３５）
は、前記移動体のＸ軸方向に形成された一定ピッチの歯
（３４２，３５２）と、前記固定体のＸ軸方向及びＹ軸
方向に形成された一定ピッチの歯との間に磁気吸引力を
発生し、この磁気吸引力によってこの移動体をＸ軸方向
に移動させるＸ軸モータ（３４，３５）と、前記移動体
のＹ軸方向に形成された一定ピッチの歯（３３２）と、
前記固定体のＸ軸方向及びＹ軸方向に形成された一定ピ
ッチの歯との間に磁気吸引力を発生し、この磁気吸引力
によってこの移動体をＹ軸方向に移動させるＹ軸モータ
（３３）とを備え、前記演算手段は、Ｘ軸方向にレーザ
光を照射して、この移動体のＸ軸方向の移動量を演算す
るＸ軸レーザ干渉計（３９，４０）と、Ｙ軸方向にレー
ザ光を照射して、この移動体のＹ軸方向の移動量を演算
するＹ軸レーザ干渉計（３８）とを備えることを特徴と
する位置決め装置である。

【００１３】請求項５の発明は、対象物を搭載する移動
体を固定体に対して移動させて、この対象物を位置決め
する位置決め装置の原点復帰方法であって、前記移動体
を停止させて、前記移動体又は前記固定体のいずれか一
方から他方へ光源の光の波長を変化させて光を照射し、
その反射光を受光して、この移動体の移動により生ずる
光の干渉からこの移動体とこの固定体との距離を演算
し、前記移動体を移動させて、前記移動体又は前記固定
体のいずれか一方から他方へ光を照射し、その反射光を
受光して、この移動体の移動により生ずる光の干渉から
この移動体の移動量を演算し、前記距離と前記移動量と
に基づいて、この移動体を原点又はその近傍に復帰させ
ることを特徴とする位置決め装置の原点復帰方法であ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について詳しく説明する。図１は、この発明
の実施形態に係る位置決め装置の構成図である。

【００１５】この発明の実施形態に係る位置決め装置
は、位置決め対象物を搭載するスライダ部３１を格子プ
ラテン３０に対して移動させて、この位置決め対象物の
２次元位置を位置決めする装置であり、例えば、プロー
バなどの半導体製造装置に用いられるＸＹステージであ
る。

【００１６】図１で、格子プラテン３０はＸ軸方向及び
Ｙ軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成されている。図
では簡略化のため一部の歯だけを示している。このよう
な格子プラテン３０は、平坦面に格子状に溝を切ること
によって形成される。格子プラテン３０は磁性体で構成
されている。スライダ部３１には位置決めの対象物が載
せられる。

【００１７】浮揚手投３２は、スライダ部３１を格子プ
ラテン３０上に浮揚させる。スライダ部３１の格子プラ
テン３０と対向する面にはノズルが設けられていて、こ
のノズルから浮揚手投３２が圧縮空気を噴出させること
によって、浮上力を得ている。スライダ部３１と格子プ
ラテン３０の間をノズルから噴出した空気が流れること
によって、エアベアリングを構成している。スライダ部
３１と格子プラテン３０とのギャップは数十μｍ程度で
ある。このように、この発明の実施形態では、圧縮空気
を用いてスライダ部３１を支持しているため、機械的支
持部が不要になり、装置を小型化できる。

【００１８】Ｙ軸モータ３３は、スライダ部３１に搭載
され、コア３３１の格子プラテン３０と対向する面には
Ｙ軸方向に一定ピッチで歯３３２が形成されている。Ｙ
軸モータ３３は、歯３３２と格子プラテン３０の歯３０
１との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ部をＹ軸方
向に移動させる。コイル３３３はコア３３１に巻かれて
いる。

【００１９】Ｘ軸モータ３４，３５は、スライダ部３１
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軸モータ３４，３５は、コア３４１，３５１の格子プ
ラテン３０と対向する面にはＸ軸方向に一定ピッチで歯
３４２，３５２が形成されている。Ｘ軸モータ３４，３
５は、歯３４２，３５２と歯３０１との間に磁気吸引力
を生じさせてスライダ部をＸ軸方向に移動させる。コイ
ル３４３，３５３はコア３４１，３５１に巻かれてい
る。

【００２０】連結部材３１１，３１２は、Ｙ軸モータ３
３とＸ軸モータ３４，３５とを連結する。

【００２１】Ｘ軸ミラー３６は、格子プラテン３０の側
面に装着され、Ｙ軸方向に鏡面が形成されている。Ｙ軸
ミラー３７は、格子プラテン３０の側面に装着され、Ｘ
軸方向に鏡面が形成されている。

【００２２】Ｙ軸センサ３８は、Ｙ軸モータ３３に搭載
されていて、スライダ部３１のＹ軸方向の位置変化量
（移動量）Δｙを検出する。Ｙ軸センサ３８は、Ｙ軸ミ
ラー３７に光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を
利用してスライダ部３１のＹ軸方向の位置変化量Δｙを
検出する干渉計である。

【００２３】Ｘ軸センサ３９，４０は、Ｘ軸モータ３
４，３５にそれぞれ搭載されていて、スライダ部３１の
Ｘ軸方向の位置変化量（移動量）Δｘ₁，Δｘ₂をそれぞ
れ検出する。Ｘ軸センサ３９，４０は、Ｘ軸ミラー３６
に光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用して
スライダ部３１のＹ軸方向の位置変化量Δｘ₁，Δｘ₂を
検出する干渉計である。このように、この発明の実施形
態では、位置センサとして干渉計を用いているため、機
構部分を少なくし、装置を小型化できる。

【００２４】Ｙ軸制御部４１は、Ｙ軸センサ３８の検出
位置をもとにスライダ部３１の位置をフイードバック制
御する。Ｘ軸制御部４２，４３は、Ｘ軸センサ３９，４
０の出力信号をもとにスライダ部３１の位置をそれぞれ
フイードバック制御する。

【００２５】補正手段４４，４５は、Ｘ軸制御部４２，
４３についてそれぞれ設けられ、スライダ部３１の位置
とスライダ部３１のヨーイングを除去するための補正量
を対応させた補正テーブル４６，４７を保持している。
補正手段４４，４５は、与えられた指令位置をもとに補
正テーブル４６，４７から補正量を読み出し、読み出し
た補正量でＸ軸制御部４２，４３に与える指令位置を補
正する。補正テーブル４６，４７のデータはキャリブレ
ーションによって得たデータである。補正手段４４，４
５は、Ｘ軸ミラー３６とＹ軸ミラー３７の機械的誤差に
よる曲がりを補正するために設けられている。この発明
の実施形態では、Ｘ軸ミラー３６とＹ軸ミラー３７の曲
がりによる影響を除去して高精度な位置決めを実現でき
る。Ｘ軸ミラー３６とＹ軸ミラー３７の曲がりが位置検
出に影響しない程度の曲がりであれば、補正手段４４，
４５は設けなくてもよい。

【００２６】図２はスライダ部３１の格子プラテン３０
と対向する面の構成図である。図３は図２のＡ−Ａ′部
分の断面図である。これらの図ではＸ軸モータ３４の例
を示している。他のモータも同様な構成になっている。
溝３４４は対向面に形成されている。ノズル３４５は溝
３４４の中に形成されていて、浮揚手段３２から供給さ
れた圧縮空気を噴出する。埋込部材３４６は歯３４２の
凹部に埋め込まれている。埋込部材３４６は非磁性体の
材料で構成されている。対向面にコーティングを施すこ
とによって、歯３４２の凹部に埋込部材３４６を形成す
ることができる。

【００２７】ノズル３４５から噴出した圧縮空気は溝３
４４に沿って流れ、圧縮空気の圧力によりコア３４１を
浮揚させる。埋込部材３４６は歯３４２の凹部を伝わっ
て圧縮空気が外に漏れることを防いでいる。

【００２８】図４はＸ軸原点センサ及びＹ軸原点センサ
の配置を示す図である。図４で、Ｙ軸原点センサ６０
は、スライダ部３１に取付けられたＹ軸原点用検出部７
０を検出して、このスライダ部３１を位置決めする。Ｙ
軸原点センサ６０は、Ｙ軸ミラー３７と対向する側のス
テージ枠８０に装着された近接スイッチなどである。Ｘ
軸原点センサ６１，６２は、スライダ部３１に取付けら
れたＸ軸原点用検出部７１，７２を検出して、このスラ
イダ部３１を位置決めする。Ｘ軸原点センサ６１，６２
は、Ｘ軸ミラー３６と対向する側のステージ枠８０に装
着された近接スイッチなどである。Ｘ軸原点センサ６
１，６２は、所定の間隔をあけて配置されており、Ｘ軸
原点用検出部７１，７２も同じ間隔をあけて配置されて
いる。このように、この発明の実施形態では、Ｘ軸原点
センサ６１，６２及びＸ軸原点用検出部７１，７２を設
けることで、θ軸に関しても高精度に原点復帰を行うこ
とができる。

【００２９】図５は図１の制御部の構成例を示した図で
ある。図５ではＸ軸制御部４２の例を示しているが、Ｘ
軸制御部４３とＹ軸制御部４１も同様な構成になってい
る。図５で、フォトダイオードアレイ（ＰＤＡとする）
４２０は、Ｘ軸センサ３９にできた干渉縞の明暗を検出
する。信号処理回路４２１はＰＤＡ４２０の検出信号に
演算処理を行う。コンパレータ４２２，４２３は信号処
理回路４２１の演算信号からＡ相パルスとＢ相パルスを
生成する。

【００３０】方向判別回路４２４は、Ａ相パルスとＢ相
パルスの位相関係からスライダ部３１の移動方向を判別
し、判別結果に応じてアップパルスまたはダウンパルス
を発生する。アップダウンカウンタ４２５はアップパル
スまたはダウンパルスに応じてアップカウントまたはダ
ウンカウントを行う。アップダウンカウンタ４２５のカ
ウントがスライダ部３１の位置変化量になる。初期状態
ではＸ軸モータ３４の各相コイルに既知電流を流したと
きにモータのロータとステータの歯の位相がどれだけず
れるかが予め分っている。この時のアップダウンカウン
タ４２５の値を基準値、例えば０に設定する。スライダ
部３１の移動に伴ってアップダウンカウンタ４２５は基
準値からアップカウントまたはダウンカウントを行って
位置変化量を検出する。このようにしてインクリメンタ
ル方式に位置変化量を検出する。

【００３１】減算器４２６は、位置指令値Ｘ₀ とアップ
ダウンカウンタ４２５のカウントＸ ₁（検出位置）の偏
差を求める。位置制御手投４２７は減算器４２６でとっ
た偏差をもとにＸ軸モータ３４を位置フイードバック制
御するための制御信号を出力する。速度演算手投４２８
はアップダウンカウンタ４２５のカウントＸ₁ の変化速
度からスライダ部３１の移動速度を検出する。速度演算
手投４２８は、例えばＦ／Ｖ変換器である。

【００３２】減算器４２９は位置制御手段４２７の制御
信号と速度演算手段４２８の偏差をとる。速度制御手段
４３０は減算器４２９でとった偏差をもとにＸ軸モータ
３４を速度フイードバック制御するための制御信号を出
力する。

【００３３】ｓｉｎテーブル４３１にはアップダウンカ
ウンタ４２５のカウントとｓｉｎ値が対応して格納され
ている。Ｘ軸モータ３４が３相モータである場合は、ア
ップダウンカウンタ４２５のカウントが与えられると、
ｓｉｎテーブル４３１からはｓｉｎθとｓｉｎ（θ＋１
２０°）の値が読み出される。θはアップダウンカウン
タ４２５のカウントに応じて変わる角度である。

【００３４】マルチプライン・デジタル・アナログ変換
器（ＭＤＡとする）４３２，４３３は、速度制御手段４
３０によって得られた信号をアナログ入力信号、ｓｉｎ
テーブル４３１から読み出したｓｉｎθとｓｉｎ（θ＋
１２０°）の値をゲイン設定信号としてＩｓｉｎθとＩ
ｓｉｎ（θ＋１２０°）なる電流指令値（Ｉは電流振
幅）を出力する。ここで、２つの指令値の位相が１２０
°ずれているのは、モータが３相モータであるためであ
る。相数が異なる場合は位相ずれは他の値になる。

【００３５】電流センサ４３４，４３５はＸ軸モータ３
４のコイルＬ１，Ｌ２に流れるコイルの電流を検出す
る。減算器４３６，４３７は、Ｉｓｉｎθ及びＩｓｉｎ
（θ＋１２０°）と電流センサ４３４，４３５の偏差を
それぞれとる。パルス幅変調回路（ＰＷＭ回路とする）
４３８，４３９は電流センサ４３４，４３５でとった偏
差をもとに、モータコイルの励磁電流をフイードバック
制御するためのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号とする）
を生成して出力する。減算器４４０はＰＷＭ回路４３
８，４３９のＰＷＭ信号を減算する。ＰＷＭ回路４４１
は減算器４４０の減算信号からＰＷＭ信号を生成する。
駆動回路４４２は、ブリッジ形のインバータ回路であ
り、ＰＷＭ回路４３８，４３９，４４１の３相のＰＷＭ
信号をもとにＸ軸モータ３４を駆動する。

【００３６】図５の回路で、電源投入時に、Ｘ軸モータ
３４の各コイルに既知の電流を流し、モータのロータの
歯とステータの歯を既知の位相関係に設定する。このよ
うにして設定した位相関係を転流角の原点とする。この
ときのアップダウンカウンタ４２５のカウントを基準
値、例えば０にする。以後、スライダ部３１の移動に伴
つてＸ軸センサ３９の検出値が変わり、アップダウンカ
ウンタ４２５のカウントが変化するのに応じて電流指令
値Ｉｓｉｎθ及びＩｓｉｎ（θ＋１２０°）のθの値を
変え、転流制御を行う。

【００３７】図６は図１のセンサの構成例を示した図で
ある。図１のＹ軸センサ３８、Ｘ軸センサ３９，４０は
同様な構成になっている。Ｘ軸センサ３９を例に説明す
る。図６で、レーザドライバ３８８は、レーザ電流指令
値Ｉ_L にしたがってＤＢＲレーザ３８９に電流を流す。
サーボ運転時には、レーザ電流指令値Ｉ_L は一定であ
る。温度制御部３９０は、ＤＢＲレーザ３８９の温度を
一定に保つ。レーザ光源３９１はレーザ光を出射する。
この発明の実施形態では、レーザドライバ３８８〜レー
ザ光源３９１は、Ｙ軸センサ３８及びＸ軸センサ３９，
４０ともに共用であり、レーザ光源３９１から出射した
レーザ光をＹ軸センサ３８及びＸ軸センサ３９，４０に
分光して利用する。このために、レーザ光の波長λは、
Ｙ軸センサ３８及びＸ軸センサ３９，４０のすべてで等
しい。レーザ光源３９１の出射光の光路には、ミラー３
９２，３９３、ハーフミラー３９４、備向ビームスプリ
ッタ（ＰＢＳとする）３９５、λ／４板３９６、コーナ
ーキューブ３９７が配置されている。

【００３８】レーザ光源３９１から出た光には、ハーフ
ミラー３９４、ミラー３９３、ミラー３９２、ハーフミ
ラー３９４の経路で進み、図のａ方向に進む光がある。
この光をの光とする。また、レーザ光源３９１から出
た光には、ハーフミラー３９４、ＰＢＳ３９５、λ／４
板３９６、Ｘ軸ミラー３６、λ／４板３９６、ＰＢＳ３
９５、コーナーキューブ３９７、λ／４板３９６、Ｘ軸
ミラー３６、λ／４板３９６、ＰＢＳ３９５、ハーフミ
ラー３９４の経路で進み、図のａ方向に進む光がある。
この光をの光とする。

【００３９】前述したの光との光が干渉して干渉縞
Ｓを作る。ＰＤＡ３９８は干渉縞Ｓを検出する。ＰＤＡ
３９８は４個のフォトダイオード３９８Ａ〜３９８Ｄか
らなる。４個のフォトダイオード３９８Ａ〜３９８Ｄは
干渉縞Ｓの１ピッチ内に配置されている。各フォトダイ
オード３９８Ａ〜３９８ＤはＰ／４（Ｐは干渉縞のピッ
チ）ずつずらして配置されている。ＰＤＡ３９８はレー
ザ光を電気信号に変換する。

【００４０】減算器３９９は、（フォトダイオード３９
８Ａの検出信号）−（フォトダイオード３９８Ｃの検出
信号）なる演算を行う。減算器４００は、（フォトダイ
オード３９８Ｂの検出信号）−（フォトダイオード３９
８Ｄの検出信号）なる演算を行う。減算器３９９，４０
０で図５の信号処理回路４２１を構成している。

【００４１】スライダ部３１が移動すると干渉縞が図６
のｄ−ｄ′方向に動く。干渉縞が動くと各フォトダイオ
ード３９８Ａ〜３９８Ｄに当る干渉縞の明暗部分が動
き、フォトダイオード３９８Ａ〜３９８Ｄの検出値が変
化する。これをもとにスライダ部３１の位置変化量を検
出する。

【００４２】干渉縞がｄ方向に移動したときは、フォト
ダイオードの出力Ｖ_A〜Ｖ_Dは次のとおりになる。Ｖ_A＝Ｋ［１＋ｍｓｉｎ{ｘ・２π／（λ／4）}〕＋Ｋ_n Ｖ_B＝Ｋ〔１＋ｍｃｏｓ{ｘ・２π／（λ／4）}〕＋Ｋ_n Ｖ_C＝Ｋ［１−ｍｓｉｎ{ｘ・２π／（λ／4）}〕＋Ｋ_n Ｖ_D＝Ｋ［１−ｍｃｏｓ{ｘ・２π／（λ／4）}〕＋Ｋ_n ｘ：検出対象の距離、Ｋ，ｍ：係数、Ｋ_n：ノイズ成分

【００４３】減算器３９９，４００の減算信号は次のと
おりになる。Ｖ_A−Ｖ_C＝２ｍＫｓｉｎ{ｘ・２π／（λ／4）} Ｖ_B−Ｖ_D＝２ｍＫｃｏｓ{ｘ・２π／（λ／4）} 減算の結果、外乱光により発生した直流のノイズ成分Ｋ
_nがキャンセルされる信号Ｖ_A−Ｖ_CとＶ_B−Ｖ_Dが前述し
たＡ相パルスとＢ相パルスに変換される。干渉縞がd′
方向に動いたときは、信号Ｖ_A−Ｖ_CとＶ_B−Ｖ_Dの位相関
係は逆転する。

【００４４】アップダウンカウンタ４２５は、スライダ
部３１が停止した状態で、レーザ光源３９１がレーザ光
の波長λ₀ を変化させて照射したときに、このスライダ
３１とＸ軸ミラー３６との間の距離Ｌを演算する。アッ
プダウンカウンタ４２５は、ＰＤＡ３９８の出力信号が
１cycle変化すると４digitする４逓倍カウンタである。
Ｘ軸センサ３９とＸ軸ミラー３６との間の位置変化量Δ
ｘ₁ であり、カウンタ変化量ΔＣｘ₁ であると、カウン
タ変化量ΔＣｘ₁ ／４＝４Δｘ₁／λであり、位置変化
量Δｘ₁ ＝（λ／１６）ΔＣｘ₁ である。サーボ運転時
のレーザ電流指令値Ｉ_L におけるレーザ光の波長λ₀ が
既知であれば、分解能Ｒ_L ＝λ₀／１６として、位置変
化量Δｘ₁ ＝Ｒ_L ・ΔＣｘ₁となり、Ｘ軸方向の位置変
化量Δｘ₁を演算することができる。

【００４５】図７は、スライダ部３１とＸ軸ミラー３６
との間の距離Ｘ₀ の演算方法を説明するための図であ
る。図７（Ｂ）に示すように、レーザ電流指令値Ｉ_L を
変化させることで、レーザ光の波長λ₀ を変えることが
できる。図７（Ａ）に示すように、スライダ３１とＸ軸
ミラー３６との間の距離Ｌを変えずに、レーザ電流指令
値Ｉ_L を変化させて、レーザ光の波長λ₀ を微少波長Δ
λだけ変化させると、カウンタ変化量ΔＣｘ ₁ は、以下
の数１により演算することができる。

【００４６】

【数１】

【００４７】ここで、微少波長Δλは、レーザ光の波長
λ₀ に比べて非常に小さいので、距離Ｌは、以下の数２
により演算することができる。

【００４８】

【数２】

【００４９】距離Ｌの検出分解能Ｒａは、以下の数３に
より演算することができる。

【００５０】

【数３】

【００５１】ここで、Δλ／λ₀ ＝１０^-4とし、Ｒ_L ＝
５３ｎｍとすると、Ｒａ＝０．５３ｍｍとなる。なお、
距離Ｌは、スライダ部３１の端面からの距離ではなく、
図６に示すように、スライダ部３１のやや中心寄りの点
からの距離となる。スライダ部３１の中心からＸ軸ミラ
ー３６までの距離Ｘ₀ とし、Ｘ_C ＝Ｘ₀ −Ｌと定義する
と、距離Ｘ₀ は、以下の数４により演算することができ
る。

【００５２】

【数４】

【００５３】ここで、Ｘ_C は、光学部品の配置とスライ
ダ部３１の外形寸法とによって決まり既知である。ま
た、ΔＣｘ＝（ΔＣｘ₁ ＋ΔＣｘ₂ ）／２であり、カウ
ンタ変化量ΔＣｘ₂ は、Ｘ軸センサ４０とＸ軸ミラー３
６との間の位置変化量Δｘ₂ から同様に演算することが
できる。

【００５４】また、Ｙ軸についても、微少波長Δλだけ
変化させて、カウンタ変化量ΔＣｙを検出すれば、スラ
イダ部３１の中心からＹ軸ミラー３７までの距離Ｙ₀ を
以下の数５により演算することができる。

【００５５】

【数５】

【００５６】ここで、Ｙ_C は、Ｘ_C と同様に、光学部品
の配置とスライダ部３１の外形寸法とによって決まる定
数である。

【００５７】図８は格子プラテン３０上にスライダ部３
１を停止させる停止装置の構成図である。図８で、供給
路５０，５１は、浮揚手段３２に圧縮空気を供給するエ
アチューブである。噴出量調節手段５２は、浮揚手段３
２が噴出する圧縮空気の噴出量を調節する電磁弁であ
る。噴出量調節手段５１は、エアチューブ５０とエアチ
ューブ５１との間に設けられており、エアチューブ５
０，５１を開閉する。制御手段５３は、磁気吸引力によ
ってスライダ部３１が格子プラテン３０に吸着して停止
するように、噴出量調節手段５１に圧縮空気の噴出量を
低下させるサーボドライバである。制御手段５３は、電
磁弁制御信号を出力して噴出量調節手段５１を制御す
る。

【００５８】図１の位置決め装置の動作を説明する。電
源投入時に、Ｘ軸モータ３４の各コイルに既知の電流を
流し、スライダ部３１を基準位置に位置決めする。基準
位置からＸ軸方向及びＹ軸方向にスライダ部３１が移動
したときに、Ｘ軸センサ３９，４０及びＹ軸センサ３８
により２次元の位置変化量をインクリメンタル方式に検
出する。

【００５９】Ｘ軸ミラー３６とＹ軸ミラー３７の曲がり
が位置検出に影響しないときは、補正手投４４，４５は
設けられていない。このときは、Ｘ軸制御部４２，４３
には同一の指令位置が与えられる。このため、Ｘ軸制御
部４２，４３のフイードバック制御によりＸ軸モータ３
４，３５はスライダ部３１を等しいＸ軸位置に位置決め
する。これによって、スライダ部３１のヨーイングが除
去される。

【００６０】Ｘ軸ミラー３６とＹ軸ミラー３７の曲がり
が位置検出に影響する場合について説明する。このとき
は、補正手投４４，４５は設けられている。位置決め動
作を行う前にＸＹステージのキャリブレーションを行っ
ておく。キャリブレーションにおいてスライダ部３１を
座標（Ｘ₁，Ｙ₁）に位置決めしたときに、ＸＹステージ
の機械的誤差等が原因でスライダ部３１にヨーイングが
発生し、Ｘ軸センサ３９，４０の検出値がそれぞれＸ₁
＋△Ｘ₁とＸ₂−△Ｘ₂であるとする。このときは、補正
テーブル４６には（Ｘ₁，Ｙ₁）と−△Ｘ₁を対応させて
格納し、補正テーブル４７には（Ｘ₁，Ｙ₁）と＋△Ｘ₂
を対応させて格納しておく。他の位置にもスライダ部３
１を位置決めして補正量を求める。このようにして補正
テーブルを作成する。

【００６１】実際の位置決め動作において、スライダ部
３１を座標（Ｘ₁，Ｙ₁）に位置決めしたときに、補正手
段４４はＸ軸制御部４２に与える指令位置を−△Ｘだけ
補正し、補正手投４５はＸ軸制御部４３に与える指令位
置を＋△Ｘだけ補正する。これによって、スライダ部３
１のヨーイングが除去される。このようにしてミラー面
の曲がりによるスライダ部３１のθ軸方向の回転ずれが
補正される。

【００６２】次に、位置決め装置の原点復帰動作を説明
する。図９は、原点復帰動作を説明するためのフローチ
ャートである。ステップ（Ｓとする）１００において、
Ｘ軸モータ３４，３５及びＹ軸モータ３３がマイクロス
テッピングモードで励磁される。

【００６３】Ｓ２００において、Ｘ軸モータ３５のみを
駆動させて、Ｘ軸センサ３９，４０及びＹ軸センサ３８
がすべて動作する角度で停止させる。噴出量調節手段５
２は、エアチューブ５０とエアチューブ５１との間を遮
断する。このために、浮揚手段３２へ供給される圧縮空
気の圧力が急激に低下して、スライダ部３１は、格子プ
ラテン３０と平行状態を保ったまま、モータコア（永久
磁石）の磁気吸引力によって格子プラテン３０と接触し
て吸着する。その結果、モータの軸受け面と格子プラテ
ン３０との間に生ずる摩擦力によって、スライダ部３１
は制動を受けて、僅かな時間で緊急停止する。

【００６４】Ｓ３００において、レーザ電流指令値Ｉ_L
を変えて、レーザ光の波長λ₀ を微少波長Δλだけ変化
させ、それによるカウンタ変化量ΔＣｘ₁ ，ΔＣｘ₂ ，
ΔＣｙが演算される。演算終了後には、レーザ電流指令
値Ｉ_L が元に戻される。

【００６５】Ｓ４００において、スライダ部３１の座標
位置（距離）Ｘ₀ ，Ｙ₀ が数３〜数５によって演算され
る。その結果、スライダ部３１とＸ軸ミラー３６及びＹ
軸ミラー３７との間のおおよその距離Ｘ₀ ，Ｙ₀ が演算
される。

【００６６】Ｓ５００において、Ｘ軸モータ３４，３５
及びＹ軸モータ３３がサーボオンする。Ｘ軸センサ３
９，４０及びＹ軸センサ３８によって検出された変位及
び速度によって、サーボ制御が開始される。

【００６７】Ｓ６００において、Ｙ軸原点センサ６０及
びＸ軸原点センサ６１，６２とステージ枠８０との相対
距離、格子プラテン３０とスライダ部３１のサイズ、ス
テージ枠８０との衝突防止の余裕などを考慮して、Ｘ軸
方向及びＹ軸方向の移動量が演算される。但し、θ軸は
変更しない。

【００６８】Ｓ７００において、位置変化量Δｘ₁ ＝Δ
ｘ₂ ＝Δ ｙ＝０として移動を開始する。アップダウン
カウンタ４２５は、移動中に、Ｘ₀ ＋Δｘ及びＹ₀ ＋Δ
ｙを逐次演算する。ここで、Δｘ＝（Δｘ₁ ＋Δｘ₂ ）
／２である。その結果、スライダ部３１が原点近傍に短
時間で位置決めされる。スライダ部３１がステージ枠８
０に異常接近したときには、スライダ部３１が非常停止
する。

【００６９】Ｓ８００において、移動終了後に、Ｘ軸原
点センサ６１，６２及びＹ軸原点センサ６０が出力する
原点センサ信号に基づいて、スライダ部３１が原点復帰
する。その結果、スライダ部３１が原点近傍から原点に
正確に位置決めされる。このときにも、スライダ部３１
がステージ枠８０に異常接近したときには、スライダ部
３１が非常停止する。

【００７０】この発明の実施形態に係る位置決め装置に
は、以下に記載するような効果がある。（１）この発明の実施形態では、Ｘ軸センサ３９，４
０及びＹ軸センサ３８によって、スライダ部３１が停止
したときに、波長λ₀ を微少波長Δλだけ変化させて
レーザ光を照射し、スライダ部３１とＸ軸ミラー３６及
びＹ軸ミラー３７との間の距離Ｘ₀ ，Ｙ₀ を演算する。
このために、スライダ部３１の位置変化量を検出するＸ
軸センサ３９，４０及びＹ軸センサ３８を利用して、格
子プラテン３０上のスライダ部３１の位置を検出するこ
とができる。その結果、従来の位置決め装置のように、
原点近傍に位置決めする際に使用する近接スイッチを、
スライダ部３１に設ける必要がなくなって、装置全体の
コストを下げることができる。また、スライダ部３１へ
の配線数が削減されて、スライダケーブルの軽量化を図
ることができる。

【００７１】（２）この発明の実施形態では、Ｘ軸セ
ンサ３９，４０及びＹ軸センサ３８によって演算された
距離Ｘ₀ ，Ｙ₀ に基づいて、Ｘ軸制御部４２，４３及び
Ｙ軸制御部４１がスライダ部３１を原点近傍まで復帰さ
せる。このために、従来の位置決め装置に比べて、原点
復帰に要する時間を短縮することができる。

【００７２】（３）この発明の実施形態では、磁気吸
引力によってスライダ部３１が格子プラテン３０に吸着
して停止するように、制御手段５３が噴出量調節手段５
２に圧縮空気の噴出量を低下させる。その結果、僅かな
時間でスライダ部３１が確実に停止するので、Ｘ軸セン
サ３９，４０及びＹ軸センサ３８によって距離Ｘ₀ ，Ｙ
₀ を高精度に演算することができる。

【００７３】この発明は、以上説明した実施形態に限定
するものではなく、種々の変形又は変更が可能であり、
これらもこの発明の範囲内である。例えば、位置決め対
象物の１次元位置を位置決めする場合についても、この
発明を適用することができる。また、原点は、図４に示
すように、ステージ枠８０の隅に限定するものではな
く、格子プラテン３０の中心など任意の位置を基準位置
としてもよい。また、Ｘ軸センサ３９，４０及びＹ軸セ
ンサ３８としてレーザ干渉計を例に挙げて説明したが、
安定した波長の光を照射可能であればレーザ光に限定す
るものではない。さらに、Ｘ軸ミラー３６及びＹ軸ミラ
ー３７をスライダ部３１に搭載し、Ｘ軸センサ３９，４
０とＹ軸センサ３８を格子プラテン３０側に固定しても
よい。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による
と、移動体の移動量を演算する演算手段によって、この
移動体が停止したときに、波長を変化させて光を照射
し、この移動体と固定体との間の距離を演算するので、
装置の構造を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係る位置決め装置の構成
図である。

【図２】スライダ部の格子プラテンと対向する面の構成
図である。

【図３】図２のＡ−Ａ′部分の断面図である。

【図４】Ｘ軸原点センサ及びＹ軸原点センサの配置を示
す図である。

【図５】図１の制御部の構成例を示した図である。

【図６】図１のセンサの構成例を示した図である。

【図７】スライダ部とＸ軸ミラーとの間の距離の演算方
法を説明するための図である。

【図８】格子プラテン上にスライダ部を停止させる停止
装置の構成図である。

【図９】原点復帰動作を説明するためのフローチャート
である。

【図１０】従来の位置決め装置の構成図である。

【図１１】比較例として示す位置決め装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

３０格子プラテン３１スライダ部３２浮揚手段３３Ｙ軸モータ３４，３５Ｘ軸モータ３６Ｘ軸ミラー３７Ｙ軸ミラー３８Ｙ軸センサ３９，４０Ｘ軸センサ４１Ｙ軸制御部４２，４３Ｘ軸制御部５２噴出量調節手段８０ステージ枠

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０２Ｋ 41/03 Ｈ０２Ｋ 41/03 Ｂ５Ｈ６４１Ｈ０２Ｐ 7/00 １０１Ｈ０２Ｐ 7/00 １０１Ｓ１０１Ｃ 8/08 8/00 ３０１Ｃ 8/40 ３０６Ｆターム(参考） 2F064 AA02 FF02 FF08 GG12 GG16 GG22 GG38 HH03 HH08 JJ01 2F065 AA03 DD06 FF52 GG06 GG25 HH04 JJ03 JJ05 JJ26 LL12 LL17 LL36 LL46 NN06 PP12 5H303 AA01 AA04 BB02 BB08 DD04 DD10 EE03 EE07 FF01 FF07 FF10 GG02 GG13 HH01 HH07 HH09 5H540 AA01 BA07 BB01 BB07 BB08 CC10 EE02 EE05 EE13 FA04 FA14 FA24 FB03 5H580 AA03 CA03 FB01 FB05 FC06 FD12 HH08 5H641 BB10 GG03 GG08 GG26 GG29 HH03 HH07 HH10 JA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物を搭載する移動体を固定体に対し
て移動させて、この対象物を位置決めする位置決め装置
であって、前記移動体又は前記固定体のいずれか一方から他方へ光
源の光を照射し、その反射光を受光して、この移動体の
移動により生ずる光の干渉からこの移動体の移動量を演
算する演算手段と、前記移動体を停止させる停止手段とを含み、前記演算手段は、前記移動体が停止したときに、前記光
源の光の波長を変化させて光を照射し、この移動体と前
記固定体との間の距離を演算すること、を特徴とする位置決め装置。
【請求項２】請求項１に記載の位置決め装置におい
て、前記演算手段が演算した距離に基づいて、前記移動体が
原点又はその近傍に復帰するように、前記移動手段を制
御する制御手段を備えること、を特徴とする位置決め装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の位置決め
装置において、前記固定体と前記移動体との間に気体を噴出して、この
移動体を浮揚させる浮揚手段を備え、前記移動手段は、前記固定体と前記移動体との間に磁気
吸引力を発生し、この磁気吸引力によってこの移動体を
移動させ、前記停止手段は、前記磁気吸引力によって前記移動体が
前記固定体に吸着して停止するように、前記浮揚手段に
供給する前記気体の供給量を低下すること、を特徴とす
る位置決め装置。
【請求項４】請求項１から請求項３までのいずれか１
項に記載の位置決め装置において、前記移動体を移動させる移動手段は、前記移動体のＸ軸方向に形成された一定ピッチの歯と、
前記固定体のＸ軸方向及びＹ軸方向に形成された一定ピ
ッチの歯との間に磁気吸引力を発生し、この磁気吸引力
によってこの移動体をＸ軸方向に移動させるＸ軸モータ
と、前記移動体のＹ軸方向に形成された一定ピッチの歯と、
前記固定体のＸ軸方向及びＹ軸方向に形成された一定ピ
ッチの歯との間に磁気吸引力を発生し、この磁気吸引力
によってこの移動体をＹ軸方向に移動させるＹ軸モータ
とを備え、前記演算手段は、Ｘ軸方向にレーザ光を照射して、この移動体のＸ軸方向
の移動量を演算するＸ軸レーザ干渉計と、Ｙ軸方向にレーザ光を照射して、この移動体のＹ軸方向
の移動量を演算するＹ軸レーザ干渉計とを備えること、を特徴とする位置決め装置。
【請求項５】対象物を搭載する移動体を固定体に対し
て移動させて、この対象物を位置決めする位置決め装置
の原点復帰方法であって、前記移動体を停止させて、前記移動体又は前記固定体の
いずれか一方から他方へ光源の光の波長を変化させて光
を照射し、その反射光を受光して、この移動体の移動に
より生ずる光の干渉からこの移動体とこの固定体との距
離を演算し、前記移動体を移動させて、前記移動体又は前記固定体の
いずれか一方から他方へ光を照射し、その反射光を受光
して、この移動体の移動により生ずる光の干渉からこの
移動体の移動量を演算し、前記距離と前記移動量とに基づいて、この移動体を原点
又はその近傍に復帰させること、を特徴とする位置決め装置の原点復帰方法。