JP2004036680A

JP2004036680A - Stage device

Info

Publication number: JP2004036680A
Application number: JP2002191922A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Koike; 小池　晴彦; Kuniyoshi Sekine; 関根　邦好; Makoto Takahashi; 高橋　誠; Jun Watanabe; 渡邊　順; Ryutaro Yoshimoto; 吉本　龍太郎
Original assignee: Sigma Technos Co Ltd
Current assignee: Sigma Technos Co Ltd
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent an attitude error such as an oscillation error or a straightness error of a slider in a stage device using a non-contact bearing means. <P>SOLUTION: A guide rail member 2 has recessed strips 18 and 20 extending in the X-axis direction, and the recessed strips 18 and 20 have a guide rail surface 6. The slider 4 has an engagement part engaging with the recessed strips 18 and 20, and the engagement part has a guided surface 8 facing the guide rail surface. A static pressure air bearing 10 allows the slider 4 to move in the X-axis direction along the recessed strips 18 and 20 by putting the guide rail surface 6 and the guided surface 8 into a non-contact state. When the slider 4 moves, a control unit 12 corrects and controls the oscillation error or the straightness error of the slider 4 using air pressure in the direction of facing the guide rail surface 6 to the guided surface 8. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板その他の移動対象物を目標位置に移動させるステージ装置に関し、特に高い移動精度が要求されるステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発明者が先に案出した図１２に例示するステージ装置の基本構成は、定盤の基準面上でＸ軸方向に延在する一対の平行なガイドレール１００，１０２と、これら一対のガイドレール１００，１０２間に微小遊びを確保した状態で介在するスライダ（ステージ）１０４とから成る。スライダ１０４は、これとガイドレール１００，１０２との間の遊び空隙に予め定められた一定圧力のエアーを圧送する静圧エアー軸受けによって、一対のガイドレール１００，１０２間で浮上した状態で非接触に保持される。非接触保持されたスライダ１０４は、リニアモータ１０６により、ガイドレール１００，１０２に沿って移動される。
【０００３】
なお上記の基本構成に別のスライダを付加すれば、いわゆる複合ステージを構成できる。複合ステージの構成は任意である。例えば、Ｘ軸スライダ１０４に対して、Ｙ軸方向に移動自在なＹ軸スライダを係合すれば、ＸＹステージを構成できる。またＹ軸スライダに対して旋回可能なθステージを搭載すれば、ＸＹθステージを構成できる。このような複合ステージにおいても、前述した基本構成の部分の移動精度が重要であるのは云うまでもない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種のステージ装置は、軸受け手段として静圧エアー軸受けを備えることにより、接触型の軸受けを用いたステージ装置に比べると、移動対象物の位置決め精度や移動精度等を向上できると云う特徴を有するものであった。しかしながら、当業界においては更なる位置決め精度の向上が求められている。特に、近年大型化しつつある液晶表示用基板等を移動対象物とする場合には、僅かな移動精度の誤差がその基板の加工精度等に大きく影響する。従って、そのような移動対象物を如何に精度良く移動させるかが重要な課題となっている。
【０００５】
発明者は、移動対象物の移動精度を向上させるべく鋭意研究したところ、この種のステージ装置においては、図１４に模式的に示すように、スライダ１０４が微小ではあるがヨーングしながら移動する場合があることを見出した。実際にスライダ１０４にヨーング角測定用のミラーＭを取り付け、レーザ干渉計Ｉを用いて該スライダ２０の移動精度を測定したところ、図１５に示す結果が得られた。同図では、横軸にスライダ１０４の移動量をとり、縦軸に該スライダ１０４のヨーング角度をとっている。ヨーング角度は［秒］乃至［分］のオーダであり、極めて微小ではあるが、スライダ１０４の移動に伴ってヨーング角が変動しているのが分かる。
【０００６】
発明者によれば、ヨーイング発生のメカニズムは次の如くと考えられる。
図１５は、静圧エアー軸受けによってスライダ１０４が非接触に保持されている様子を模式的に示す。平面視略四角形をなすスライダ１０４の四隅におけるガイドレール１００，１０２との間の隙間幅をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとする。理想的な場合は、常にＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄの状態を保ったままスライダ２０が移動する。これは、静圧エアー軸受けによってエアーが圧送されることにより、スライダ１０４とガイドレール１００，１０２との間の隙間全域にわたってエアー膜が構成され、該エアー膜のいわゆる平均効果によって、スライダ１０４の四隅に均等な隙間を確保しようとする作用が働くからである。
【０００７】
ところが、ガイドレール１００，１０２そのものの真直性には加工限界がある。そのため甚だしい場合には、熱膨張等のない状態でもガイドレール１００，１０２が微小ではあるが湾曲していることもある。具体的には、ガイドレール１００，１０２の真直精度に３〜５μｍ程度の誤差が生じる場合がある。そのような場合には、静圧エアー軸受けの平均化効果が作用する結果、Ａ＞Ｂ，Ｄ＞Ｃ等となってスライダ１０４の四隅に不均等な隙間ができてしまう。その為、スライダ１０４がＺ軸まわりに３〜５［秒］程度振れながら移動する。この問題は、ガイドレール１００，１０２を長尺化する場合に特に深刻化する。
【０００８】
なお、例えば特開２００１−２２４４８号公報に開示されてあるように、一対の平行なリニアモータを用いてスライダを並進駆動するに当たり、各々のリニアモータを独立に制御してスライダのヨーングを防止する技術も提案されている。しかしながら、この技術においては制御系及び駆動系の構成が複雑になってしまうと共に、並進制御によっては、ガイドレールそのものが有している微小な真直性の誤差をきめ細かく確実に補正できるとは云い難い。
【０００９】
また、上記公報の技術で防止できるのは、スライダのヨーイングのみである。しかしながら、非接触に浮上保持されたスライダは、Ｚ軸まわりの揺動であるヨーング（図１６（ａ）参照）のみならず、Ｙ軸まわりの揺動であるピッチング（図１６（ｂ）参照）や、Ｘ軸まわりの揺動であるローリング（図１６（ｃ）参照）等を行う可能性がある。ここで、スライダが揺動することに起因する該スライダの理想的な基準軌跡からの狂いを揺動誤差と呼ぶことにする。
【００１０】
また、このような揺動運動以外にも、図１６（ｄ）に示すように、スライダ１０４が所定の姿勢を保ったまま、Ｘ軸を除く任意の方向に全体的に動くことも考えられる。このような場合には、スライダ１０４の重心軌跡が真直ぐな直線上を通らない。更に、スライダ１０４が揺動運動しながら全体的に動くことも考えられる。ここで、スライダが全体的に動くことに起因する該スライダの理想的な基準軌跡からの狂いを真直度誤差と呼ぶことにする。
【００１１】
本発明の目的は、非接触軸受け手段を用いたステージ装置において、スライダの揺動誤差や真直度誤差などの姿勢誤差を防止する技術を提供することにある。また本発明の目的は、ステージ装置の機械精度に依存せずに、スライダを高精度に移動させる技術を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する発明の第１の態様によれば、一軸方向に延在する条部を有し、この条部にガイドレール面が形成されてなるガイドレール部材と、前記条部に嵌る嵌合部を有し、この嵌合部に前記ガイドレール面と相対面する被ガイド面が形成されてなるスライダと、を備え、前記ガイドレール面と被ガイド面とが非接触状態とされることにより、前記スライダが前記条部に沿い前記一軸方向に移動自在となるステージ装置において、前記スライダが移動するときに、該スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差を、前記ガイドレール面と被ガイド面とが相対面する方向の力である対面方向力によって補正する制御を行う制御手段を備えたステージ装置が提供される。
【００１３】
ガイドレール面と被ガイド面とを非接触状態とすることにより、スライダを条部に沿い一軸方向に移動自在とする非接触軸受け手段としては、静圧流体軸受けや磁気軸受け等が挙げられる。対面方向力は流体圧や電磁力によって発生できる。
【００１４】
発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記ガイドレール面と前記被ガイド面の一方から他方に向けて流体を圧送する流体圧送手段を備え、前記制御手段は、前記流体の圧力に基づく前記対面方向力によって、前記スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差を補正する制御を行うステージ装置が提供される。
【００１５】
流体圧力に基づいて対面方向力を発生させる場合は、電磁界に基づいて対面方向力を発生させる場合に比べて、磁性体の着磁ムラ起因する誤差の影響を受けず、ガイドレール面と被ガイド面とが相対面する領域に形成される流体膜の平均化効果によってスライダの高精度な姿勢制御を行える。
【００１６】
発明の一態様において、前記制御手段は、前記流体圧送手段によって圧送される流体の圧力を制御することにより、前記対面方向力を調整して前記スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差を補正する流体圧力制御手段を含む。
非接触軸受け手段は、流体圧送手段と同一のものであってもよいし、別のものであってもよい。
【００１７】
発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様において、前記ガイドレール面と前記被ガイド面との間に電磁力を作用させる電磁力生成手段を備え、前記制御手段は、前記電磁力に基づく前記対面方向力によって、前記スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差を補正する制御を行うステージ装置が提供される。
【００１８】
電磁力に基づいて対面方向力を発生させる場合は、真空中においてもスライダの姿勢誤差を補償できると云う利点がある。
【００１９】
発明の一態様において、前記制御手段は、前記電磁場生成手段による前記電磁力を制御することにより、前記対面方向力を調整して前記スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差を補正する電磁力制御手段を含む。電磁力生成手段は、永久磁石又はコイルで構成できる。
非接触軸受け手段は、電磁力生成手段と同一のものであってもよいし、別のものであってもよい。
【００２０】
発明の第４の態様によれば、第１乃至第３の態様において、前記スライダは、前記嵌合部に設けられ、前記ガイドレール面との間に、該ガイドレール面との距離に依存する前記対面方向力を作用させる距離依存力生成部と、この距離依存力生成部と前記ガイドレール面との距離を調節する為の距離調節手段と、を有し、前記制御手段は、前記距離調節手段を制御して前記距離依存力生成部と前記ガイドレール面との距離を調節することにより、前記対面方向力を調整して前記スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差を補正する距離制御手段を含むステージ装置が提供される。
【００２１】
発明の一形態において、前記距離依存力生成部は、前記ガイドレール面に向けて一定圧力の流体を噴出する噴出口である。この場合、スライダ自身が受ける反作用力は、噴出口とガイドレール面との距離に依存する。
【００２２】
発明の別形態において、前記距離依存力生成部は、前記ガイドレール面との間に一定強さの引力又は斥力を発生する磁力発生部である。磁力発生部には、永久磁石を用いることができる。この場合も、スライダ自身が受ける反作用力は、磁力発生部とガイドレール面との距離に依存する。
【００２３】
発明の第５の態様によれば、第１乃至第４の態様において、前記スライダの前記一軸方向の位置を検出する位置検出手段を備え、前記制御手段は、前記スライダの前記一軸方向の位置を表す位置情報と、該位置におけるスライダに対して、予め定められた前記対面方向力を加える制御を行う為の制御情報と、を対応付けて記憶する記憶手段と、前記スライダが移動するときに、前記位置検出手段の検出結果に対応する制御情報を前記記憶手段から取得し、該取得した制御情報に基づいて前記予め定められた対面方向力を加える制御を行うことにより、該スライダの揺動誤差及び／又は進直度誤差を補正する開ループ制御手段と、を含むステージ装置が提供される。
【００２４】
発明の第６の態様によれば、第１乃至第４の態様において、前記スライダの姿勢情報を検出する姿勢情報検出手段を備え、前記制御手段は、前記スライダが移動するときに、前記姿勢検出手段によって検出された姿勢情報に基づいて、前記対面方向力を制御して、該スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差を補正する閉ループ制御手段を含むステージ装置が提供される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
図１（ａ），（ｂ）は、実施の形態によるステージ装置の基本構成を示す。
本ステージ装置の基本構成は、Ｘ軸方向に延在するガイドレール部材２に沿ってスライダ４が移動するリニアステージとなっている。ガイドレール部材２とスライダ４とはそれぞれ、互いに相対面するガイドレール面６、被ガイド面８を有する。これらの面６，８どうしは、エアー軸受け１０によって非接触状態とされる。これにより、スライダ４がガイドレール面６に沿いＸ軸方向に移動自在となる。そして、本ステージ装置は、スライダ４を移動させるときに、該スライダ４のヨーイングを、ガイドレール面６と被ガイド面８とが相対面する方向のエア圧力によって補正する制御を行うコントロールユニット１２を備えたことを最大の特徴としている。
【００２６】
ガイドレール部材２は、定盤Ｂの基準面上でＸ軸方向に延在する一対の平行なレール１４，１６によって構成されている。これらレール１４，１６はそれぞれ、Ｘ軸方向に延在する断面コ字状の凹条部１８，２０を有している。各凹条部１８，２０にはそれぞれ案内面２２，２４が形成されている。これら一対の案内面２２，２４によってスライダ４を案内するガイドレール面６が構成されている。
【００２７】
スライダ４は、図２に示すように、平面視矩形の板状をなしており、その両端部にそれぞれ凹条部１８，２０に嵌る嵌合部２６，２８を有している。各嵌合部２６，２８にはそれぞれ案内面３０，３２が形成されている。これら一対の案内面３０，３２によって被ガイド面８が構成されている。スライダ４の嵌合部２６，２８を、それぞれガイドレール部材２の凹条部１８，２０に嵌め込んだとき、被ガイド面８とガイドレール面６とはＹ軸方向及びＺ軸方向に相対面する。
【００２８】
なお、ガイドレール部材２は、Ｘ軸方向に延在する一本のレール部材によっても構成できる。また、ガイドレール部材２には、凹条部に代えて凸条部を設け、スライダ４には、該凸条部に嵌合する嵌合部として凹部を設けてもよい。この場合は、凸条部にガイドレール面を形成し、凹部に被ガイド面を形成する。また、被ガイド面８とガイドレール面６とは、互いに少なくともＹ軸方向及びＺ軸方向に相対面していればよく、条部及び嵌合部の形状は任意である。
【００２９】
図２に示すように、スライダ４には、Ｚ軸及びＹ軸のそれぞれプラス方向及びマイナス方向にエアーが噴出する噴出口が形成されている。即ち、スライダ４上面の四隅には、Ｚ軸のプラス方向にエアーが噴出する噴出口Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されている。スライダ４裏面の四隅には、Ｚ軸のマイナス方向にエアーが噴出する噴出口Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈが形成されている。スライダ４右側面のＸ軸方向両隅には、Ｙ軸のプラス方向にエアーが噴出する噴出口Ｉ，Ｊが形成されている。スライダ４左側面のＸ軸方向両隅には、Ｙ軸のマイナス方向にエアーが噴出する噴出口Ｋ，Ｌが形成されている。なお、噴出口の個数および配置位置は適宜に設計変更できる。
【００３０】
エアー軸受け１０は、各噴出口Ａ〜Ｌからエアーを噴出させる。これにより、スライダ４がレール１４，１６間で浮上し、ガイドレール面６と被ガイド面８とが非接触状態となる。すると、ガイドレール部材２とスライダ４との間の摩擦が略ゼロとなり、スライダ４がガイドレール面６に沿いＸ軸方向に移動自在となる。
【００３１】
本実施の形態においては、エアー軸受け１０によって、噴出口Ｉを除く全ての噴出口からは、予め設定された一定圧力のエアーが噴出されるようにしている。そして、噴出口Ｉから噴出されるエアーの圧力がコントロールユニット１２によって可変に制御されるようにしている。なお、スライダ４のヨーイングであれば、Ｙ軸方向にエアーを噴出する噴出口Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌの少なくとも何れか一箇所におけるエアー圧力を制御することにより防止できる。
【００３２】
図３は、ステージ装置の駆動系及び制御系の構成を説明する為に模式的に示した図である。図示のように、本ステージ装置は、単一のリニアモータ３４と、リニアスケール３６とを備える。リニアモータ３４は、レール１４，１６の間に配置され、Ｘ軸方向に延在する固定子３４ａと、スライダ４の裏面側に設けられ、固定子３４ａに非接触な可動子３４ｂとからなる。
【００３３】
リニアスケール３６は、Ｘ軸方向に延在するガラススケール３６ａと、このガラススケールにレーザを照射することに基づいてスライダ４のＸ軸方向の位置を検出するスケールセンサ３６ｂとからなる。これらガラススケール３６ａとスケールセンサ３６ｂとは、スライダ４の移動に伴ってＸ軸方向に相対的に変位する。
【００３４】
前述したエアー軸受け１０は、噴出口Ｉを除く全ての噴出口から一定圧力のエアーを噴出させる為の定圧エアー噴出用ライン３８と、噴出口Ｉから圧力制御されたエアーを噴出させる為の可変圧エアー噴出用ライン４０とから構成されている。図３中、二点鎖線がエアーのラインを示している。なお、エアーの供給源は図示省略している。また、エアー軸受け１０が圧送するのはエアーに限られず、本ステージ装置が配置されている雰囲気の気体を圧送することができる。例えば、本ステージ装置が窒素雰囲気中にある場合には、エアー軸受け１０は窒素ガスを圧送できる。
【００３５】
定圧エアー噴出用ライン３８は、スライダ４上面の各噴出口Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから所定圧力のエアーを噴出させる為のレギュレータ３８ａと、スライダ４側面の噴出口Ｉを除く噴出口Ｊ，Ｋ，Ｌから同じく所定圧力のエアーを噴出させる為のレギュレータ３８ｂと、スライダ４下面の噴出口Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈから同じく所定圧力のエアーを噴出させる為のレギュレータ３８ｃとを備える。
【００３６】
可変圧エアー供給ライン４０は、エア圧力を複数段階に設定可能なエア圧設定手段と、このエア圧設定手段において設定された複数段のエア圧の何れか一つを選択する選択手段とを備える。エア圧設定手段において設定するエア圧は所望の値に変更できる。具体的には、可変圧エアー供給ライン４０は、４つのレギュレータ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄと、当該各レギュレータ毎に設けられた電磁弁４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，４０ｈとを備える。各レギュレータにおいては、互いに異なるエア圧が予め設定されており、これら４つのレギュレータを用いてエア圧を４段階に設定できる。レギュレータにおいて設定するエア圧は所望の値に変更できる。なお、レギュレータと電磁弁との対は複数あればよく、特に４つに限定されない。
【００３７】
コントロールユニット１２は、サーボアンプ４２とコントローラ４４とから構成されている。サーボアンプ４２は、スケールセンサ３６ｂが出力したスライダ４の位置信号に基づいてエンコーダ信号を出力する。コントローラ４４は、カウンタ（アップ／ダウンカウンタ）４６、メモリ４８、及び制御部５０を備える。カウンタ４６は、サーボアンプ４２が出力したエンコーダ信号をカウントアップ又はカウントダウンする。該カウンタ値は、スライダ４の位置情報と等価である。
【００３８】
メモリ４８には、予め制御テーブルが格納されている。制御テーブルでは、カウンタ値と、電磁弁選択情報とが対応付けられている。電磁弁選択情報とは、電磁弁４０ｅ〜４０ｈの何れの電磁弁を開にするかを決定付ける制御情報である。制御部５０は、メモリ４８を参照して、カウンタ４６のカウンタ値に対応する電磁弁選択情報を特定し、特定した電磁弁を開にする為の指令信号を該電磁弁に出力する。なお、図４中、一点鎖線は信号の流れを示す。
【００３９】
上記の如く構成されたステージ装置の作用は次の通りある。
前提として、予めスライダ４のＸ軸方向の位置（カウンタ値）に対応するヨーング誤差をレーザ干渉計等で測定し、該誤差を補正できるような圧力をレギュレータ４０ａ〜４０ｄで４段階に設定し、どの位置でどのレギュレータを開とするかを表す制御テーブルをメモリ４８に格納しておくものとする。
【００４０】
このような制御テーブルは、各々のステージ装置に固有の機械誤差をキャンセルする為のものである。但し、レギュレータ４０ａ〜４０ｄにおいて設定するエア圧は所望の値に変更できるから、異なるステージ装置に対して、同一の制御テーブルを用いることもできると云う利便性がある。
【００４１】
エアー軸受け１０を稼動することにより、全ての噴出口Ａ〜Ｈから圧縮エアーが噴出する。これにより、被ガイド面８とガイドレール面６との間にエアー膜が形成され、スライダ４がレール１４，１６間で浮上する。これにより、被ガイド面８とガイドレール面６との間の摩擦が略ゼロとなり、スライダ４がガイドレール部材２に沿って移動自在となる。
【００４２】
次いで、リニアモータ３４を稼動することにより、固定子３４ａと可動子３４ｂとによってスライダ４がレール１４，１６間で遊動可能に拘束されながら、Ｘ軸方向に移動する。遊動可能とは、スライダ４が揺動でき、且つＸ軸を除く方向に全体的に動ける状態を云う。
【００４３】
スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、該スライダ４の位置信号が、スケールセンサ３６ｂからサーボアンプ４２に出力される。サーボアンプ４２は、スケールセンサ３６ｂが出力したスライダ４の位置信号に基づいてエンコーダ信号をカウンタ４６に出力する。制御部５０は、メモリ４８を参照して、カウンタ４６のカウンタ値に対応する電磁弁選択情報を特定する。そして制御部５０は、特定した電磁弁選択情報に基づいて、スライダ４のヨーングを防止できるエア圧に設定されたレギュレータに対応する電磁弁を開にする為の指令信号を該電磁弁側に出力する。
【００４４】
制御部５０からの指令信号が電磁弁側に出力されると、該制御部５０によって特定された電磁弁のみが開となり、それ以外の電磁弁が閉となる。これにより、その特定された電磁弁に対応するレギュレータに設定された圧力のエアーが噴出口Ｉから噴出する。これにより、スライダ４のヨーングが防止される。
【００４５】
例えば、スライダ４に対して、図３の紙面に垂直な方向を向くＺ軸まわりに右ネジ方向のヨーングをもたらす外乱モーメントが加わるようなＸ軸方向の位置においては、噴出口Ｉにおけるエア圧を、噴出口Ｊ，Ｋ，Ｌにおけるエア圧（一定）よりも大きくする。このことは、当該大きなエア圧に設定されたレギュレータに対応する電磁弁を開とすることにより行う。これにより、スライダ４には、当該外乱モーメントを相殺し又は減殺する補償モーメントが加わり、該スライダ４のヨーングが防止される。
【００４６】
同様に、スライダ４に対して、Ｚ軸まわりに左ネジ方向のヨーングをもたらす外乱モーメントが加わるような位置においては、噴出口Ｉにおけるエア圧を、噴出口Ｊ，Ｋ，Ｌにおけるエア圧（一定）よりも小さくする。このことは、当該小さなエアー圧に設定されたレギュレータに対応する電磁弁を開とすることにより行う。これにより、スライダ４には、当該外乱モーメントを相殺し又は減殺する補償モーメントが加わり、該スライダ４のヨーングが防止される。
【００４７】
〔第２の実施の形態〕
図４は、第２の実施の形態を説明する為の模式図である。同様の構成要素に対しては同じ符号を付している。本ステージ装置は、図３における電磁弁とレギュレータとの複数の対に代えて、単一のエア圧可変手段を設けて構成したものである。エア圧可変手段としては、電空レギュレータ５２を用いている。電空レギュレータ５２は、圧力設定信号（指令信号）に基づいて弁の開度が連続的に調整できるように構成されてなる。
【００４８】
コントローラ４４のメモリ５４には、カウンタ値と、圧力設定情報とが予め対応付けられて格納されている。圧力設定情報とは、電空レギュレータ５２に設定するエア圧を決定付ける制御情報である。
【００４９】
このステージ装置によれば、スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、制御部５０は、メモリ４８を参照して、カウンタ４６のカウンタ値に対応する圧力設定情報を特定する。そして、制御部５６は、特定した圧力設定情報に基づいて、圧力設定信号を電空レギュレータ５２に出力する。これにより、電空レギュレータ５２においては該圧力設定信号に対応したエア圧力が設定される。そして、設定された圧力のエアーが噴出口Ｉから噴出する。これにより、スライダ４のヨーングが補償される。
【００５０】
本ステージ装置では、図３に示したステージ装置に比べると、噴出口Ｉから供給されるエアーの圧力を無段階に連続的に制御できる。即ち、噴出口Ｉにおけるエア圧値を４段階ではなく自由な値に制御できる。従って、スライダ４の姿勢補償を一層きめ細かく行えると云う利点がある。
【００５１】
〔第３の実施の形態〕
図５は、第３の実施の形態を説明する為の模式図である。同様の構成要素に対しては同じ符号を付している。本ステージ装置は、図３に示したステージ装置のサーボアンプ４２及びカウンタ４６に代えて、複数のフォトセンサ５８ａ〜５８ｃを設けて構成したものである。これらフォトセンサは、ガイドレール部材２の片側に、該ガイドレール部材に沿って所定間隔を隔てて配されている。便宜上、フォトセンサは３つ設けてあるが、特に個数は限定されない。各フォトセンサは、発光子及び受光子を備え、当該フォトセンサの配置位置をスライダ４が通過すると発光子からの光が遮光されることに基づいて固有のセンサ信号を出力する。
【００５２】
コントローラ６０のメモリ６２には、センサ情報と、電磁弁選択情報とが予め対応付けられて格納されている。センサ情報は、フォトセンサの各々と１対１に対応する情報であり、スライダ４の位置情報と等価である。
【００５３】
本ステージ装置によれば、スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、各フォトセンサから順次センサ信号が出力される。制御部６４は、該センサ信号を出力したフォトセンサに対応する電磁弁選択情報を、メモリ６２を参照して特定する。そして制御部６４は、特定した電磁弁選択情報が表す電磁弁を開にする為の指令信号を電磁弁側に出力する。制御部５０からの指令信号が電磁弁側に出力されると、該制御部５０によって特定された電磁弁のみが開となり、それ以外の電磁弁が閉となる。これにより、その特定された電磁弁に対応するレギュレータに設定された圧力のエアーが噴出口Ｉから噴出して、スライダ４のヨーイングが防止される。
【００５４】
本ステージ装置では、図３又は図４に示したステージ装置に比べると、コントローラ６０にカウンタを備える必要がない。従って、コントローラ６０は専用機として設計しなくとも、汎用性のあるパーソナルコンピュータやＦＡで用いられるシーケンサ等を用いて実現できると云う利点がある。
【００５５】
〔第４の実施の形態〕
図６は、第４の実施の形態を説明する為の模式図である。同様の構成要素に対しては同じ符号を付している。本ステージ装置は、図５における電磁弁とレギュレータとの複数の対に代えて、単一の電空レギュレータ５２を用いて構成したものである。コントローラ６６のメモリ６８には、センサ情報と、圧力設定情報とが予め対応付けられて格納されている。
【００５６】
本ステージ装置によれば、スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、各フォトセンサから順次センサ信号が出力される。制御部７０は、メモリ６８を参照して、該センサ信号を出力したフォトセンサに対応する圧力設定情報を特定し、特定した圧力設定信号に基づいてヨーングを防止できるようなエア圧を電空レギュレータ５２に設定する。そして、設定された圧力のエアーが噴出口Ｉから噴出することにより、スライダ４のヨーイングが防止される。
【００５７】
以上説明した第１〜４の実施の形態によるステージ装置は、スライダ４のＸ軸方向の位置を検出する位置検出手段としてリニアスケール３６又はフォトセンサ５８ａ，５８ｂ，５８ｃを備える。記憶手段としてのメモリ４８，５４，６２，６８には要するに、スライダ４のＸ軸方向の位置を表す位置情報と、該位置におけるスライダ４に対して、ヨーングを相殺し又は減殺できるような予め求められた対面方向力を加える制御を行う為の制御情報と、が対応付けられて格納されている。対面方向力は、噴出口Ｉにおけるエア圧によって発生する。対面方向力がスライダ４に加わると、ヨーングモーメントをキャンセルするような補償モーメントが発生する。
【００５８】
制御部５０，５６，６４，７０は、位置検出手段の検出結果に対応する制御情報をメモリから取得し、該取得した制御情報に基づいて噴出口Ｉにおけるエア圧に強弱をつけることにより、スライダ４のヨーング誤差を補正する。即ち、噴出口Ｊ，Ｋ，Ｌにおけるエア圧は一定であるから、噴出口Ｉにおけるエア圧に強弱をつけることで、スライダ４に加わるＹ軸方向の力にアンバランスが生じる。その結果、スライダ４には重心を通るＺ軸まわりの補償モーメントが加わり、該スライダ４のヨーングが防止される。制御部５０，５６，６４，７０が行うこのような制御は、いわゆる開ループ制御である。
【００５９】
〔第５の実施の形態〕
図７は、第５の実施の形態を説明する為の模式図である。同様の構成要素に対しては同じ符号を付している。本ステージ装置は、スライダ４の姿勢情報を検出する為に、被ガイド面６とガイドレール面８との距離を検出する非接触型の距離センサ７２ａ〜７２ｄを備えている。距離センサ７２ａ〜７２ｄの配設位置は、スライダ４のＹ軸方向の両側面である。各側面のＸ軸方向両隅にそれぞれ距離センサ７２ａ，７２ｂ；７２ｃ，７２ｄが設けられてあり、スライダ４は合計４つの距離センサ７２ａ〜７２ｄを搭載している。
【００６０】
なお、要はスライダ４の姿勢情報が検出できればよく、距離センサの配設位置や個数は任意である。距離センサは、ガイドレール部材２側に設けてもよい。非接触型の距離センサとしては、静電容量型のセンサや、三角法を用いたレーザセンサ等を用いることができる。
【００６１】
本ステージ装置によれば、スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、全ての距離センサ７２ａ〜７２ｄからのセンサ信号がコントローラ７４に出力される。これら距離センサ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄのセンサ信号は、それぞれ図１４に示した距離Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを表す。従って、これらのセンサ信号に基づいて、スライダ４の平面視における姿勢を知ることができる。
【００６２】
コントローラ７４は、全てのセンサ信号に基づいてスライダ４の姿勢を演算により求め、該演算結果から該スライダ４のヨーングを防止できるようなエア圧に設定されたレギュレータを特定する。そして、コントローラ７４は、該特定したレギュレータに対応する電磁弁を開とし、その他の電磁弁を閉とする指令信号を送る。これにより、噴出口Ｉからスライダ４のヨーングを防止できるようなエア圧でエアーが噴出する。
【００６３】
〔第６の実施の形態〕
図８は、第６の実施の形態を説明する為の模式図である。同様の構成要素に対しては同一の符号を付している。本ステージ装置は、図７に示したステージ装置における電磁弁とレギュレータとの複数の対に代えて、電空レギュレータ５２を備えたものである。
【００６４】
本ステージ装置によれば、スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、コントローラ７４は、距離センサ７２ａ〜７２ｄからのセンサ信号に基づいてスライダ４の姿勢を演算し、演算結果基づいてスライダ４のヨーングを防止できるようなエア圧を電空レギュレータ５２に設定する。これにより、噴出口Ｉからスライダ４のヨーング運動を防止できるようなエア圧でエアーが噴出する。
【００６５】
〔第７の実施の形態〕
図９は、第７の実施の形態を説明する為の模式図である。同様の構成要素に対しては同一の符号を付している。本ステージ装置では、噴出口Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌの全てから一定圧力のエアーが噴出する。従って、エアー軸受け１０は、可変圧エアー供給ライン４０を備えていない。なお、図９において定圧エアー噴出用ライン３８は図示省略している。
【００６６】
但し、スライダ４には、噴出口Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌとガイドレール面６との距離をそれぞれ調節する為のピエゾ素子７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。即ち、Ｙ軸方向にエアーを噴出する各噴出口とピエゾ素子とが一対になっている。ピエゾ素子は、これに流された電流値に応じて伸縮する。ピエゾ素子が伸びたときは、これと対をなす噴出口とガイドレール面６との距離が小さくなる。逆に、ピエゾ素子が縮んだときは、これと対をなす噴出口とガイドレール面６との距離が大きくなる。
【００６７】
本ステージ装置によれば、スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、コントローラ８０は、距離センサ７２ａ〜７２ｄからのセンサ信号に基づいてスライダ４の姿勢を演算し、演算結果基づいて、該スライダ４のヨーングを防止できるような指令信号（電流信号）をピエゾ素子７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄの少なくとも何れか一つに出力する。このようにしてコントローラ８０は、何れかのピエゾ素子を制御して該ピエゾ素子と対をなす噴出口とガイドレール面６との距離を調節することにより、スライダ４のヨーングを補正する。
【００６８】
具体的には、Ｘ軸方向の或る位置において、スライダ４に対して、その重心を通り図９の紙面に垂直な方向を向くＺ軸まわりに右ネジ方向の外乱モーメントが加わるとする。すると、Ａ＞Ｂ、Ｄ＞Ｃとなる（図１５参照）。この場合は、（イ）噴出口Ｉと対をなすピエゾ素子７８ａを伸ばすこと、（ロ）噴出口Ｋと対をなすピエゾ素子７８ｃを伸ばすこと、（ハ）噴出口Ｊと対をなすピエゾ素子７８ｂを縮めること、（ニ）噴出口Ｌと対をなすピエゾ素子を縮めること、の少なくとも何れかによって外乱モーメントをキャンセルできる。
【００６９】
例えば、（イ）噴出口Ｉと対をなすピエゾ素子７８ａを伸ばすことにより、噴出口Ｉとガイドレール面６との距離が小さくなる。噴出口Ｉから噴出するエアーの圧力は一定であるから、該噴出口Ｉとガイドレール面６との距離が小さくなると、その分スライダ４は大きな反力を受ける。つまり、噴出口におけるエアー圧を一定にする場合、スライダ４が受ける反力の大きさは、噴出口とガイドレール面との距離に依存する。そして、その反力によってスライダ４には補償モーメントが加わり、該補償モーメントが外乱モーメントをキャンセルすることにより、スライダ４のヨーングが補正される。なお、上記（イ）〜（ニ）の全てを行うと、スライダ４の応答スピードが増し、該スライダ４のヨーイングを迅速に補償できる。
【００７０】
以上のように、本ステージ装置において、スライダ４は、嵌合部２６，２８に設けられ、ガイドレール面６との間に、該ガイドレール面６との距離に依存する対面方向力を作用させる距離依存力生成部たる噴出口Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌと、各噴出口Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌとガイドレール面６との距離を調節する為の距離調節手段たるピエゾ素子７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄとを有する。コントローラ８０は、ピエゾ素子７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄの少なくとも何れかを制御して噴出口とガイドレール面６との距離を調節することにより、対面方向力を調整してスライダのヨーイングを補正する距離制御手段として機能する。
【００７１】
なお、距離依存力としては距離の２乗に反比例する磁力も挙げられる。磁性体の磁束密度を制御する必要がないから、必ずしもコイルを用いなくてよい。即ち、距離依存力生成部に永久磁石を設け、ガイドレール面６側にも永久磁石を設けて、スライダの姿勢誤差を補償できる。永久磁石の磁束密度は略一定であるが、ピエゾ素子を用いて、スライダ４側の永久磁石をガイドレール面側の永久磁石に近づけることにより、スライダ４には大きな対面方向力（反力）が加わり、逆にスライダ４側の永久磁石をガイドレール面側の永久磁石から遠ざけることにより、スライダ４には小さな対面方向力（反力）が加わる。このようにして対面方向力を調整できる。
【００７２】
以上説明した、第５〜７の実施の形態によるステージ装置は、スライダ４の姿勢情報を検出する姿勢情報検出手段として、非接触距離センサ７２ａ〜７２ｂを備える。コントローラ７４，７６，８０は、センサ７２ａ〜７２ｂからの姿勢情報（センサ信号）に基づいて、噴出口Ｉにおけるエア圧に強弱をつけるか、ピエゾ素子を制御する。何れによっても、相対面方向力が調整され、これによってスライダ４のヨーングが補正される。そしてまた、そのスライダ４の姿勢が検出され、検出結果が姿勢にリアルタイムにフィードバックされてゆく。コントローラ７４，７６，８０が行うこのような制御は、いわゆる閉ループ制御である。
【００７３】
閉ループ制御を行う第５〜第７の実施の形態によれば、専らステージ装置の機械誤差等を補正する為の制御テーブルを記憶したメモリを用意する必要がない。また、ステージの機械誤差によらない外乱に対しても対応できるという利点がある。即ち、例えば、スライダ４にθステージ等の別のスライダを係合させて複合ステージを構成するときに、該別のステージの移動に伴って、基本構成のＸ軸スライダ４を揺動させようとする外乱モーメントが発生した場合であっても、該外乱モーメントをリアルタイムに補正できる。
【００７４】
〔第８の実施の形態〕
図１０は、第８の実施の形態を説明する為の模式図である。同様の構成要素に対しては、同じ符号を付している。本ステージ装置は、図３に示したステージ装置において、噴出口Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌの全てにおけるエア圧を可変としたものである。従って、本ステージ装置は、噴出口Ｉにおけるエア圧を調整する為の可変圧エアー噴出用ライン４０に加え、噴出口Ｊにおけるエア圧を調整する為の可変圧エアー噴出用ライン８２、噴出口Ｋにおけるエア圧を調整する為の可変圧エアー噴出用ライン８４、噴出口Ｌにおけるエア圧を調整する為の可変圧エアー噴出用ライン８６を更に備える。
【００７５】
コントローラ８８のメモリには、図１１に示すような制御テーブルが予め記憶されている。制御テーブルでは、スライダ４のＸ軸方向の位置情報であるカウンタ値と、電磁弁選択情報１〜４とが対応付けられている。電磁弁選択情報１；２；３；４はそれぞれ、電磁弁４０ｅ〜４０ｈ；８２ｅ〜８２ｈ；８４ｅ〜８４ｈ；８６ｅ〜８６ｈの何れを開とするかを決定付ける制御情報である。
【００７６】
本ステージ装置によれば、スライダ４がＸ軸方向に移動する過程で、制御部は、メモリを参照して、カウンタのカウンタ値に対応する電磁弁選択情報１〜４を特定し、特定した電磁弁選択情報１〜４に基づいて電磁弁側に指令信号を出力する。制御部５０からの指令信号が電磁弁側に出力されると、スライダ４のヨーイングを防止できるようなエア圧に設定されたレギュレータに対応する電磁弁のみが開となり、それ以外の電磁弁が閉となる。これにより、その特定された電磁弁に対応するレギュレータに設定された圧力のエアーが噴出口Ｉから噴出する。
【００７７】
例えば、スライダ４に対して、図１０の紙面に垂直な方向を向くＺ軸まわりに右ネジ方向のヨーングをもたらす揺動モーメントが加わるようなＸ軸方向の位置においては、噴出口Ｉ及び噴出口Ｋにおけるエア圧を大きくする一方、噴出口Ｊ及び噴出口Ｌにおけるエア圧を小さくする。同様に、スライダ４に対して、Ｚ軸まわりに左ネジ方向のヨーングをもたらす揺動モーメントが加わるようなＸ軸方向の位置においては、噴出口Ｉ及び噴出口Ｋにおけるエア圧を小さくする一方、噴出口Ｊ及び噴出口Ｌにおけるエア圧を大きくする。
これにより、スライダ４には、当該揺動モーメントを相殺し又は減殺する補償モーメントが加わり、該スライダ４のヨーングが防止される。
【００７８】
本ステージ装置においては、噴出口Ｉ〜Ｌの全てにおけるエア圧を制御することとしたから、噴出口Ｉのみのエア圧を制御する場合に比べて、スライダ４の応答スピードが増し、該スライダ４のヨーイングを迅速に補正できると云う利点がある。
【００７９】
以上、スライダ４のヨーイングを補正する場合について説明した。ガイドレール面６と被ガイド面８とはＺ軸方向にも相対面しているから、上記と同様な方法でスライダ４のピッチング及びローリングを補正できる。
【００８０】
スライダ４のＹ軸まわりの揺動運動であるピッチング（図１６（ｂ）参照）であれば、Ｚ軸方向のエア圧のバランスによってキャンセルできる。即ち、図２において、噴出口Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈにおけるエア圧のバランスでピッチングを補正できる。具体的には、図２の右方向を向くＹ軸まわりに右ネジ方向のピッチングモーメントがスライダ４に加わっているとする。この場合は、（イ）噴出口Ｅ，Ｆにおけるエア圧を大きくすること、（ロ）噴出口Ｃ，Ｄにおけるエア圧を強くすること、（ハ）噴出口Ａ，Ｂにおけるエア圧を小さくすること、（ニ）噴出口Ｈ，Ｇにおけるエア圧を小さくすること、の少なくとも何れかにより、該ピッチングモーメントをキャンセルできる。即ち、Ｙ軸方向に隣合う噴出口のエア圧は同じとし、Ｙ軸方向に隣合う噴出口の少なくとも一対におけるエア圧に強弱をつけることにより、ピッチングを補償できる。
【００８１】
スライダ４のＸ軸まわりの揺動運動であるローリング（図１６（ｃ）参照）であれば、Ｚ軸方向のエア圧のバランスによってキャンセルできる。即ち、図２において、噴出口Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈにおけるエア圧のバランスでピッチングを補正できる。具体的には、図２の奥方向を向くＸ軸まわりに右ネジ方向のローリングモーメントがスライダ４に加わっているとする。この場合は、（イ）噴出口Ｆ，Ｇにおけるエア圧を大きくすること、（ロ）噴出口Ａ，Ｄにおけるエア圧を強くすること、（ハ）噴出口Ｂ，Ｃにおけるエア圧を小さくすること、（ニ）噴出口Ｅ，Ｈにおけるエア圧を小さくすること、の少なくとも何れかにより、該ローリングモーメントをキャンセルできる。即ち、Ｘ軸方向に隣合う噴出口のエア圧は同じとし、Ｘ軸方向に隣合う噴出口の少なくとも一対におけるエア圧に強弱をつけることにより、ローリングを補償できる。
【００８２】
また、ガイドレール面６と被ガイド面８とはＹ軸方向及びＺ軸方向に相対面しているから、図１６（ｄ）に示すように、スライダが所定の姿勢を保ったまま、Ｘ軸を除く任意の方向に全体的に動くことも補正できる。例えば、スライダ４に対して、Ｚ軸のマイナス方向（下方向）に全体的に移動しようとする外乱力が加わっている場合は、噴出口Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈにおけるエア圧を強くすること、及び／又は噴出口Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおけるエア圧を小さくすることにより該外乱力をキャンセルできる。同一のＸＹ平面内にある噴出口のエア圧は同じとする。
【００８３】
更に、スライダ４が揺動運動しながら全体的に動こうとする外乱力が該スライダ４に加わっている場合でも、各噴出口におけるエア圧を調整し、全体としてのエア圧のバランスを、該外乱力をキャンセルできるように制御すればよい。これにより、スライダ４の真直度誤差を補正できる。
【００８４】
以上のような制御を閉ループ制御（フィードバック制御）で実現する場合には、スライダ４の三次元的な姿勢を検出する為に、スライダ４における被ガイド面８のＹ軸方向両側面のみならず、被ガイド面８のＺ軸方向表裏面にも、ガイドレール面６との距離を検出する非接触型の距離センサを設けるのは云うまでもない。
【００８５】
なお、ガイドレール面と被ガイド面とが相対面する方向の力である対面方向力は、エア圧のみならず、ガス圧、油圧その他の流体圧によっても発生させることができる。また、対面方向力は、電磁場によっても発生させることができる。
【００８６】
以上、実施の形態によるステージ装置の基本構成について説明した。基本構成は、Ｘ軸方向のリニアステージであるが、該基本構成を用いて複合ステージを構成できる。例えば、スライダ４にＹ軸方向に移動可能にＹ軸スライダを係合させれば、ＸＹステージを構成できる。この場合、本発明をＹ軸スライダ側にも適用すれば、該Ｙ軸スライダの揺動誤差及び／又は真直度誤差も補正できるのは云うまでもない。更にθステージを用いて、Ｘθステージ装置、ＸＹθステージ装置等様々な複合ステージを構成できる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、非接触軸受け手段を用いたステージ装置において、スライダの揺動誤差や真直度誤差などの姿勢誤差を防止できる。また本発明によれば、ステージ装置の機械精度に依存せずに、スライダを高精度に移動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態によるステージ装置の基本構成を示す模式図。（ａ）は斜視概略図。
【図２】スライダの一形態を示す図。
【図３】実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図４】別の実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図５】更に別の実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図６】更に別の実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図７】更に別の実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図８】更に別の実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図９】更に別の実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図１０】更に別の実施の形態によるステージ装置における制御系を説明する為の模式図。
【図１１】メモリに格納されている制御テーブルの一例を説明する為の図。
【図１２】従来のステージ装置を示す模式図。
【図１３】スライダがヨーングする様子を説明する為の図。
【図１４】従来のステージ装置におけるヨーイング誤差の測定結果を示す図。
【図１５】エアー軸受けにてスライダが浮上保持された状態を平面方向からみた模式図。
【図１６】スライダの運動形態を説明する為の模式図。
【符号の説明】
２…ガイドレール部材、４…スライダ、６…ガイドレール面、８…被ガイド面、１０…エアー軸受け（流体圧送手段）、１２…コントロールユニット（制御手段）、３６ｂ…リニアセンサ（位置検出手段）、５０，５６，６４，７０…制御部（開ループ制御手段）、４８，５４，６２，６８…メモリ（記憶手段）、５８ａ，５８ｂ，５８ｃ…フォトセンサ（位置検出手段）、７４，７６，８０…コントローラ（閉ループ制御手段）、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ…距離センサ（姿勢検出手段）、７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄ…ピエゾ素子（距離調節手段）、８０…コントローラ（距離制御手段）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ…噴出口、Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ…噴出口（距離依存力生成部）。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stage device that moves a substrate or other moving object to a target position, and particularly to a stage device that requires high movement accuracy.
[0002]
[Prior art]
The basic configuration of the stage device illustrated in FIG. 12 previously devised by the inventor includes a pair of parallel guide rails 100 and 102 extending in the X-axis direction on a reference surface of a surface plate, and a pair of these guide rails. And a slider (stage) 104 interposed therebetween while maintaining a minute play between the sliders 100 and 102. The slider 104 floats between the pair of guide rails 100 and 102 in a non-contact manner by a static pressure air bearing for feeding air having a predetermined constant pressure into a play gap between the slider 104 and the guide rails 100 and 102. Is held. The slider 104 held in a non-contact manner is moved along the guide rails 100 and 102 by the linear motor 106.
[0003]
If another slider is added to the above basic configuration, a so-called composite stage can be configured. The configuration of the composite stage is optional. For example, an XY stage can be configured by engaging a Y-axis slider movable in the Y-axis direction with the X-axis slider 104. If a θ stage that can turn with respect to the Y-axis slider is mounted, an XYθ stage can be configured. It goes without saying that, even in such a combined stage, the movement accuracy of the above-described basic configuration is important.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
This type of stage device has a feature that by providing a static pressure air bearing as a bearing means, it is possible to improve the positioning accuracy and the movement accuracy of a moving object as compared with a stage device using a contact type bearing. Was something. However, there is a need in the art for further improvement in positioning accuracy. In particular, when a liquid crystal display substrate or the like, which has been increasing in size in recent years, is used as a moving target, a slight error in the movement accuracy greatly affects the processing accuracy of the substrate. Therefore, it is an important issue how to accurately move such a moving object.
[0005]
The inventor has conducted intensive studies to improve the movement accuracy of a moving object. In this type of stage device, as shown schematically in FIG. I found that there is. When the mirror M for measuring the yaw angle was actually attached to the slider 104 and the movement accuracy of the slider 20 was measured using the laser interferometer I, the result shown in FIG. 15 was obtained. In the figure, the horizontal axis indicates the amount of movement of the slider 104, and the vertical axis indicates the yaw angle of the slider 104. The yaw angle is on the order of [seconds] to [minutes] and is extremely small, but it can be seen that the yaw angle fluctuates as the slider 104 moves.
[0006]
According to the inventor, the mechanism of yaw generation is considered as follows.
FIG. 15 schematically shows a state where the slider 104 is held in a non-contact manner by the static pressure air bearing. Let A, B, C, and D be the widths of the gaps between the guide rails 100 and 102 at the four corners of the slider 104 having a substantially square shape in plan view. In an ideal case, the slider 20 moves while always maintaining the state of A = B = C = D. This is because an air film is formed over the entire gap between the slider 104 and the guide rails 100 and 102 by air being fed by the static pressure air bearing, and the four corners of the slider 104 are formed by the so-called average effect of the air film. This is because an action to secure a uniform gap works.
[0007]
However, the straightness of the guide rails 100 and 102 itself has a processing limit. Therefore, in extreme cases, the guide rails 100 and 102 may be curved, albeit minute, even without thermal expansion or the like. Specifically, the straightness accuracy of the guide rails 100 and 102 may have an error of about 3 to 5 μm. In such a case, as a result of the averaging effect of the static pressure air bearing acting, A> B, D> C, etc., and uneven gaps are formed at the four corners of the slider 104. Therefore, the slider 104 moves while swinging about 3 to 5 seconds around the Z axis. This problem is particularly serious when the guide rails 100 and 102 are made longer.
[0008]
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-22448, for example, when a slider is translated using a pair of parallel linear motors, each linear motor is independently controlled to prevent yaw of the slider. Technology has also been proposed. However, in this technique, the configurations of the control system and the drive system become complicated, and it is difficult to say that a small straightness error of the guide rail itself can be finely and reliably corrected by the translation control. .
[0009]
Further, only the yawing of the slider can be prevented by the technique disclosed in the above publication. However, the slider held floating in a non-contact manner is not only a yawing (see FIG. 16A) that swings around the Z axis, but also a pitching that swings around the Y axis (see FIG. 16B). In addition, there is a possibility that rolling (see FIG. 16C) which is swinging about the X axis is performed. Here, the deviation of the slider from the ideal reference trajectory due to the slider oscillating will be referred to as an oscillating error.
[0010]
In addition to such a swinging motion, as shown in FIG. 16D, it is conceivable that the slider 104 moves as a whole in an arbitrary direction except the X axis while maintaining a predetermined posture. In such a case, the locus of the center of gravity of the slider 104 does not pass on a straight line. Further, it is conceivable that the slider 104 moves as a whole while swinging. Here, the deviation of the slider from the ideal reference trajectory due to the overall movement of the slider will be referred to as a straightness error.
[0011]
An object of the present invention is to provide a technique for preventing a posture error such as a swing error and a straightness error of a slider in a stage device using a non-contact bearing means. It is another object of the present invention to provide a technique for moving a slider with high accuracy without depending on the mechanical accuracy of a stage device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the invention to achieve the above object, a guide rail member having a strip extending in one axial direction, a guide rail surface formed on the strip, and a fitting fitted to the strip. A slider having a mating portion and a guided surface facing the guide rail surface formed at the fitting portion, wherein the guide rail surface and the guided surface are brought into a non-contact state. Thus, in the stage device in which the slider is movable in the uniaxial direction along the strip, when the slider moves, a swing error and / or a straightness error of the slider is covered with the guide rail surface. There is provided a stage device provided with a control unit that performs control for correcting with a facing direction force that is a force in a direction facing a guide surface.
[0013]
Non-contact bearing means that allow the slider to move in one axial direction along the strip by making the guide rail surface and the guided surface in a non-contact state include a hydrostatic bearing and a magnetic bearing. The facing force can be generated by fluid pressure or electromagnetic force.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, there is provided a fluid pumping means for pumping a fluid from one of the guide rail surface and the guided surface toward the other, and the control means includes a controller for controlling the flow of the fluid. A stage device is provided which performs control for correcting a swing error and / or a straightness error of the slider by the facing force based on pressure.
[0015]
In the case where the facing force is generated based on the fluid pressure, compared with the case where the facing force is generated based on the electromagnetic field, there is no influence of the error due to the non-uniform magnetization of the magnetic material, and the guide rail surface is covered. Highly accurate attitude control of the slider can be performed by the averaging effect of the fluid film formed in the area facing the guide surface.
[0016]
In one aspect of the invention, the control means controls the pressure of the fluid pumped by the fluid pumping means to adjust the facing force to correct the swing error and / or straightness error of the slider. Fluid pressure control means.
The non-contact bearing means may be the same as the fluid pumping means, or may be different.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, further comprising an electromagnetic force generating means for applying an electromagnetic force between the guide rail surface and the guided surface, wherein the control means comprises A stage device is provided which performs control for correcting a swing error and / or a straightness error of the slider by the facing force based on an electromagnetic force.
[0018]
When the facing force is generated based on the electromagnetic force, there is an advantage that the attitude error of the slider can be compensated even in a vacuum.
[0019]
In one aspect of the invention, the control means controls the electromagnetic force by the electromagnetic field generating means to adjust the facing direction force to correct a swing error and / or a straightness error of the slider. Including control means. The electromagnetic force generating means can be constituted by a permanent magnet or a coil.
The non-contact bearing means may be the same as or different from the electromagnetic force generating means.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the slider is provided in the fitting portion and depends on a distance between the guide rail surface and the guide rail surface. A distance-dependent force generator that applies the facing direction force; and a distance adjuster that adjusts a distance between the distance-dependent force generator and the guide rail surface. A distance control for adjusting a facing direction force to correct a swing error and / or a straightness error of the slider by controlling a unit to adjust a distance between the distance dependent force generating unit and the guide rail surface. A stage device is provided that includes the means.
[0021]
In one embodiment of the present invention, the distance-dependent force generation unit is an ejection port that ejects a fluid having a constant pressure toward the guide rail surface. In this case, the reaction force received by the slider itself depends on the distance between the ejection port and the guide rail surface.
[0022]
In another aspect of the invention, the distance-dependent force generating unit is a magnetic force generating unit that generates a constant attractive force or a repulsive force with the guide rail surface. A permanent magnet can be used for the magnetic force generating unit. Also in this case, the reaction force received by the slider itself depends on the distance between the magnetic force generating portion and the guide rail surface.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, there is provided position detecting means for detecting the position of the slider in the one axial direction, and the control means detects the position of the slider in the one axial direction. Storage means for storing the position information to be represented and control information for performing the control for applying the predetermined facing force to the slider at the position in association with each other, and when the slider moves, By obtaining control information corresponding to the detection result of the position detection means from the storage means, and performing control for applying the predetermined facing force based on the obtained control information, the swing error of the slider is obtained. And / or open loop control means for correcting the straightness error.
[0024]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the apparatus further comprises attitude information detecting means for detecting attitude information of the slider, wherein the control means detects the attitude when the slider moves. A stage apparatus is provided that includes closed-loop control means for controlling the facing force in accordance with the attitude information detected by the means to correct a swing error and / or a straightness error of the slider.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
1A and 1B show a basic configuration of a stage device according to an embodiment.
The basic configuration of this stage device is a linear stage in which a slider 4 moves along a guide rail member 2 extending in the X-axis direction. The guide rail member 2 and the slider 4 each have a guide rail surface 6 and a guided surface 8 facing each other. These surfaces 6 and 8 are brought into a non-contact state by the air bearing 10. This allows the slider 4 to move in the X-axis direction along the guide rail surface 6. When moving the slider 4, the stage device includes a control unit 12 that performs control to correct yawing of the slider 4 by air pressure in a direction in which the guide rail surface 6 and the guided surface 8 face each other. The greatest feature is that it is equipped.
[0026]
The guide rail member 2 includes a pair of parallel rails 14 and 16 extending in the X-axis direction on the reference surface of the surface plate B. Each of the rails 14 and 16 has a concave ridge portion 18 and 20 extending in the X-axis direction and having a U-shaped cross section. Guide surfaces 22 and 24 are formed on each of the concave ridges 18 and 20, respectively. A guide rail surface 6 for guiding the slider 4 is formed by the pair of guide surfaces 22 and 24.
[0027]
As shown in FIG. 2, the slider 4 has a rectangular plate shape in a plan view, and has fitting portions 26 and 28 at both ends thereof to be fitted into the concave strips 18 and 20, respectively. Guide surfaces 30 and 32 are formed on each of the fitting portions 26 and 28, respectively. The pair of guide surfaces 30 and 32 form the guided surface 8. When the fitting portions 26 and 28 of the slider 4 are fitted into the concave strips 18 and 20 of the guide rail member 2, respectively, the guided surface 8 and the guide rail surface 6 have relative surfaces in the Y-axis direction and the Z-axis direction. I do.
[0028]
Note that the guide rail member 2 can also be configured by a single rail member extending in the X-axis direction. Further, the guide rail member 2 may be provided with a convex portion instead of the concave portion, and the slider 4 may be provided with a concave portion as a fitting portion fitted to the convex portion. In this case, the guide rail surface is formed in the protruding ridge portion, and the guided surface is formed in the concave portion. Further, the guided surface 8 and the guide rail surface 6 only need to face each other at least in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and the shapes of the ridge portion and the fitting portion are arbitrary.
[0029]
As shown in FIG. 2, the slider 4 has an ejection port from which air is ejected in the plus direction and the minus direction of the Z axis and the Y axis, respectively. That is, at the four corners of the upper surface of the slider 4, the ejection ports A, B, C, and D from which air is ejected in the plus direction of the Z axis are formed. At four corners on the back surface of the slider 4, ejection ports E, F, G, and H from which air is ejected in the minus direction of the Z axis are formed. In both corners of the right side of the slider 4 in the X-axis direction, ejection ports I and J are formed for ejecting air in the plus direction of the Y-axis. At both corners in the X-axis direction on the left side surface of the slider 4, ejection ports K and L for ejecting air in the minus direction of the Y-axis are formed. In addition, the number and arrangement position of the ejection ports can be appropriately changed in design.
[0030]
The air bearing 10 ejects air from each of the ejection ports A to L. As a result, the slider 4 flies between the rails 14 and 16, and the guide rail surface 6 and the guided surface 8 are brought into a non-contact state. Then, the friction between the guide rail member 2 and the slider 4 becomes substantially zero, and the slider 4 becomes movable in the X-axis direction along the guide rail surface 6.
[0031]
In the present embodiment, the air bearing 10 blows air of a predetermined constant pressure from all the ejection ports except the ejection port I. Then, the pressure of the air ejected from the ejection port I is variably controlled by the control unit 12. The yawing of the slider 4 can be prevented by controlling the air pressure at at least one of the jet ports I, J, K, and L for jetting air in the Y-axis direction.
[0032]
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a drive system and a control system of the stage device. As shown, the stage device includes a single linear motor 34 and a linear scale 36. The linear motor 34 includes a stator 34a disposed between the rails 14 and 16 and extending in the X-axis direction, and a movable element 34b provided on the back side of the slider 4 and not in contact with the stator 34a.
[0033]
The linear scale 36 includes a glass scale 36a extending in the X-axis direction, and a scale sensor 36b that detects the position of the slider 4 in the X-axis direction based on irradiating the glass scale with a laser. The glass scale 36a and the scale sensor 36b are relatively displaced in the X-axis direction as the slider 4 moves.
[0034]
The above-described air bearing 10 has a constant-pressure air ejection line 38 for ejecting air at a constant pressure from all ejection ports except the ejection port I, and a variable pressure for ejecting pressure-controlled air from the ejection port I. And an air ejection line 40. In FIG. 3, a two-dot chain line indicates an air line. The air supply source is not shown. Further, the pressure of the air bearing 10 is not limited to the air, and the gas in the atmosphere in which the stage device is disposed can be pressure-fed. For example, when the stage device is in a nitrogen atmosphere, the air bearing 10 can pump nitrogen gas.
[0035]
The constant-pressure air ejection line 38 includes a regulator 38a for ejecting air of a predetermined pressure from each of the ejection ports A, B, C, and D on the upper surface of the slider 4, and ejection ports J and K excluding the ejection port I on the side surface of the slider 4. , L, and a regulator 38c for ejecting air of the same pressure from the ejection ports E, F, G, H on the lower surface of the slider 4.
[0036]
The variable pressure air supply line 40 includes an air pressure setting unit that can set the air pressure in a plurality of stages, and a selection unit that selects any one of the plurality of stages of the air pressure set by the air pressure setting unit. . The air pressure set by the air pressure setting means can be changed to a desired value. Specifically, the variable pressure air supply line 40 includes four regulators 40a, 40b, 40c, and 40d, and solenoid valves 40e, 40f, 40g, and 40h provided for each of the regulators. In each regulator, different air pressures are set in advance, and the air pressure can be set in four stages using these four regulators. The air pressure set in the regulator can be changed to a desired value. Note that the number of pairs of the regulator and the solenoid valve may be a plurality, and is not particularly limited to four.
[0037]
The control unit 12 includes a servo amplifier 42 and a controller 44. The servo amplifier 42 outputs an encoder signal based on the position signal of the slider 4 output by the scale sensor 36b. The controller 44 includes a counter (up / down counter) 46, a memory 48, and a control unit 50. The counter 46 counts up or down the encoder signal output from the servo amplifier 42. The counter value is equivalent to the position information of the slider 4.
[0038]
The control table is stored in the memory 48 in advance. In the control table, the counter value is associated with the solenoid valve selection information. The solenoid valve selection information is control information that determines which of the solenoid valves 40e to 40h is to be opened. The control unit 50 refers to the memory 48, specifies solenoid valve selection information corresponding to the counter value of the counter 46, and outputs a command signal for opening the specified solenoid valve to the solenoid valve. In FIG. 4, a dashed line indicates a signal flow.
[0039]
The operation of the stage device configured as described above is as follows.
As a premise, a yaw error corresponding to the position (counter value) of the slider 4 in the X-axis direction is measured in advance by a laser interferometer or the like, and pressures that can correct the error are set in four stages by the regulators 40a to 40d. It is assumed that a control table indicating which regulator is opened at which position is stored in the memory 48.
[0040]
Such a control table is for canceling a mechanical error unique to each stage device. However, since the air pressure set in the regulators 40a to 40d can be changed to a desired value, there is the convenience that the same control table can be used for different stage devices.
[0041]
By operating the air bearing 10, compressed air is jetted from all the jets A to H. As a result, an air film is formed between the guided surface 8 and the guide rail surface 6, and the slider 4 flies between the rails 14 and 16. Thereby, the friction between the guided surface 8 and the guide rail surface 6 becomes substantially zero, and the slider 4 becomes movable along the guide rail member 2.
[0042]
Next, by operating the linear motor 34, the slider 4 moves in the X-axis direction while being movably restrained between the rails 14 and 16 by the stator 34a and the mover 34b. "Idle" means a state in which the slider 4 can swing and can move entirely in a direction excluding the X-axis.
[0043]
While the slider 4 moves in the X-axis direction, a position signal of the slider 4 is output from the scale sensor 36b to the servo amplifier 42. The servo amplifier 42 outputs an encoder signal to the counter 46 based on the position signal of the slider 4 output from the scale sensor 36b. The control unit 50 refers to the memory 48 and specifies solenoid valve selection information corresponding to the counter value of the counter 46. Then, the control unit 50 outputs a command signal to the solenoid valve side to open the solenoid valve corresponding to the regulator set to the air pressure capable of preventing the slider 4 from yawing based on the specified solenoid valve selection information. I do.
[0044]
When the command signal from the control unit 50 is output to the solenoid valve side, only the solenoid valve specified by the control unit 50 is opened, and the other solenoid valves are closed. As a result, air having a pressure set in the regulator corresponding to the specified solenoid valve is jetted from the jet port I. Thereby, the yawing of the slider 4 is prevented.
[0045]
For example, at a position in the X-axis direction where a disturbance moment causing yaw in the right-hand screw direction is applied to the slider 4 around the Z-axis in a direction perpendicular to the plane of FIG. , The air pressure at the jet ports J, K, and L (constant). This is performed by opening the solenoid valve corresponding to the regulator set to the large air pressure. As a result, a compensation moment for canceling or reducing the disturbance moment is applied to the slider 4, and the slider 4 is prevented from being yawed.
[0046]
Similarly, at a position where a disturbance moment that causes yaw in the left-hand thread direction about the Z axis is applied to the slider 4, the air pressure at the ejection ports I is changed to the air pressure at the ejection ports J, K, and L (constant). ). This is done by opening the solenoid valve corresponding to the regulator set to the small air pressure. As a result, a compensation moment for canceling or reducing the disturbance moment is applied to the slider 4, and the slider 4 is prevented from being yawed.
[0047]
[Second embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the second embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals. The present stage device is configured by providing a single air pressure variable unit instead of a plurality of pairs of the solenoid valve and the regulator in FIG. An electropneumatic regulator 52 is used as the air pressure variable means. The electropneumatic regulator 52 is configured such that the valve opening can be continuously adjusted based on a pressure setting signal (command signal).
[0048]
The counter value and the pressure setting information are stored in the memory 54 of the controller 44 in association with each other in advance. The pressure setting information is control information for determining the air pressure set in the electropneumatic regulator 52.
[0049]
According to this stage device, while the slider 4 moves in the X-axis direction, the control unit 50 refers to the memory 48 and specifies the pressure setting information corresponding to the counter value of the counter 46. Then, the control unit 56 outputs a pressure setting signal to the electropneumatic regulator 52 based on the specified pressure setting information. Thereby, in the electropneumatic regulator 52, the air pressure corresponding to the pressure setting signal is set. Then, air at the set pressure is jetted from the jet port I. Thereby, the yaw of the slider 4 is compensated.
[0050]
In the present stage apparatus, the pressure of the air supplied from the ejection port I can be continuously and continuously controlled as compared with the stage apparatus shown in FIG. That is, the air pressure value at the injection port I can be controlled to an arbitrary value instead of four steps. Therefore, there is an advantage that the attitude compensation of the slider 4 can be performed more finely.
[0051]
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the third embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals. This stage device is configured by providing a plurality of photosensors 58a to 58c in place of the servo amplifier 42 and the counter 46 of the stage device shown in FIG. These photosensors are arranged on one side of the guide rail member 2 at predetermined intervals along the guide rail member. Although three photosensors are provided for convenience, the number is not particularly limited. Each photo sensor includes a light emitting element and a light receiving element, and outputs a unique sensor signal based on the fact that light from the light emitting element is blocked when the slider 4 passes through the position where the photo sensor is arranged.
[0052]
The sensor information and the solenoid valve selection information are stored in the memory 62 of the controller 60 in association with each other in advance. The sensor information is information corresponding to each of the photo sensors on a one-to-one basis, and is equivalent to the position information of the slider 4.
[0053]
According to the present stage device, sensor signals are sequentially output from each photosensor in the process of moving the slider 4 in the X-axis direction. The control unit 64 specifies electromagnetic valve selection information corresponding to the photo sensor that has output the sensor signal with reference to the memory 62. Then, the controller 64 outputs a command signal for opening the solenoid valve indicated by the specified solenoid valve selection information to the solenoid valve side. When the command signal from the control unit 50 is output to the solenoid valve side, only the solenoid valve specified by the control unit 50 is opened, and the other solenoid valves are closed. As a result, air having a pressure set in the regulator corresponding to the specified solenoid valve is ejected from the ejection port I, and yawing of the slider 4 is prevented.
[0054]
In the present stage device, it is not necessary to provide a counter in the controller 60 as compared with the stage device shown in FIG. Therefore, there is an advantage that the controller 60 can be realized by using a general-purpose personal computer or a sequencer used in an FA without designing it as a dedicated machine.
[0055]
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the fourth embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals. This stage device is configured by using a single electropneumatic regulator 52 instead of a plurality of pairs of solenoid valves and regulators in FIG. In the memory 68 of the controller 66, sensor information and pressure setting information are stored in association with each other in advance.
[0056]
According to the present stage device, sensor signals are sequentially output from each photosensor in the process of moving the slider 4 in the X-axis direction. The control unit 70 refers to the memory 68, specifies pressure setting information corresponding to the photo sensor that has output the sensor signal, and sets an air pressure that can prevent yawing based on the specified pressure setting signal into an electropneumatic regulator. Set to 52. Then, the yaw of the slider 4 is prevented by ejecting the air of the set pressure from the ejection port I.
[0057]
The stage devices according to the first to fourth embodiments described above include the linear scale 36 or the photo sensors 58a, 58b, 58c as position detecting means for detecting the position of the slider 4 in the X-axis direction. In short, the memories 48, 54, 62, and 68 as the storage means need to obtain the position information indicating the position of the slider 4 in the X-axis direction and the slider 4 at that position in advance so that the yaw can be canceled or reduced. The control information for performing the control for applying the facing force is stored in association with each other. The facing direction force is generated by the air pressure at the ejection port I. When a facing force is applied to the slider 4, a compensation moment is generated that cancels the yawing moment.
[0058]
The control units 50, 56, 64, and 70 obtain control information corresponding to the detection result of the position detection unit from the memory, and adjust the air pressure at the ejection port I based on the obtained control information to thereby adjust the slider. 4 is corrected. That is, since the air pressure at the ejection ports J, K, and L is constant, if the air pressure at the ejection port I is varied, the force applied to the slider 4 in the Y-axis direction becomes unbalanced. As a result, a compensation moment about the Z-axis passing through the center of gravity is applied to the slider 4, and yawing of the slider 4 is prevented. Such control performed by the control units 50, 56, 64, and 70 is so-called open loop control.
[0059]
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the fifth embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals. The stage device includes non-contact type distance sensors 72a to 72d for detecting a distance between the guided surface 6 and the guide rail surface 8 in order to detect attitude information of the slider 4. The disposition positions of the distance sensors 72a to 72d are on both side surfaces of the slider 4 in the Y-axis direction. Distance sensors 72a, 72b; 72c, 72d are provided at both corners in the X-axis direction on each side surface, and the slider 4 has a total of four distance sensors 72a to 72d.
[0060]
The point is that it is only necessary to detect the attitude information of the slider 4, and the arrangement position and the number of the distance sensors are arbitrary. The distance sensor may be provided on the guide rail member 2 side. As the non-contact type distance sensor, a capacitance type sensor, a laser sensor using triangulation, or the like can be used.
[0061]
According to the present stage device, sensor signals from all the distance sensors 72a to 72d are output to the controller 74 in the process of moving the slider 4 in the X-axis direction. The sensor signals of these distance sensors 72a, 72b, 72c, 72d respectively represent the distances A, B, C, D shown in FIG. Therefore, the attitude of the slider 4 in a plan view can be known based on these sensor signals.
[0062]
The controller 74 calculates the attitude of the slider 4 based on all sensor signals, and specifies a regulator set to an air pressure that can prevent the slider 4 from being yawed from the calculation result. Then, the controller 74 sends a command signal for opening the solenoid valve corresponding to the specified regulator and closing the other solenoid valves. As a result, air is ejected from the ejection port I at an air pressure that can prevent yawing of the slider 4.
[0063]
[Sixth Embodiment]
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the sixth embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals. This stage device is provided with an electropneumatic regulator 52 instead of a plurality of pairs of solenoid valves and regulators in the stage device shown in FIG.
[0064]
According to this stage device, in the process of moving the slider 4 in the X-axis direction, the controller 74 calculates the attitude of the slider 4 based on the sensor signals from the distance sensors 72a to 72d, and based on the calculation result, the controller 74 An air pressure that can prevent yawing is set in the electropneumatic regulator 52. As a result, air is ejected from the ejection port I with an air pressure that can prevent the yawing movement of the slider 4.
[0065]
[Seventh Embodiment]
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the seventh embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals. In this stage device, air at a constant pressure is jetted from all of the jets I, J, K and L. Therefore, the air bearing 10 does not include the variable pressure air supply line 40. In FIG. 9, the constant-pressure air ejection line 38 is not shown.
[0066]
However, the slider 4 is provided with piezo elements 78a, 78b, 78c, 78d for adjusting the distances between the ejection ports I, J, K, L and the guide rail surface 6, respectively. That is, each ejection port for ejecting air in the Y-axis direction and the piezo element are paired. The piezo element expands and contracts according to the value of the current passed through it. When the piezo element is extended, the distance between the spout and the guide rail surface 6 is reduced. Conversely, when the piezo element shrinks, the distance between the spout and the guide rail surface 6 becomes large.
[0067]
According to this stage device, in the process of moving the slider 4 in the X-axis direction, the controller 80 calculates the attitude of the slider 4 based on sensor signals from the distance sensors 72a to 72d, and based on the calculation result, 4 is output to at least one of the piezo elements 78a, 78b, 78c, 78d so as to prevent the yawing of No. 4. In this way, the controller 80 controls one of the piezo elements and adjusts the distance between the ejection port paired with the piezo element and the guide rail surface 6 to correct the yaw of the slider 4.
[0068]
Specifically, at a certain position in the X-axis direction, it is assumed that a disturbance moment in the right-hand screw direction is applied to the slider 4 around the Z-axis passing through the center of gravity and perpendicular to the plane of FIG. Then, A> B and D> C are satisfied (see FIG. 15). In this case, (a) extending the piezo element 78a paired with the jet port I, (b) extending the piezo element 78c paired with the jet port K, and (c) piezo element paired with the jet port J The disturbance moment can be canceled by at least one of contraction of 78b and (d) contraction of the piezo element paired with the ejection port L.
[0069]
For example, (a) the distance between the ejection port I and the guide rail surface 6 is reduced by extending the piezo element 78a paired with the ejection port I. Since the pressure of the air ejected from the ejection port I is constant, when the distance between the ejection port I and the guide rail surface 6 is reduced, the slider 4 receives a correspondingly large reaction force. That is, when the air pressure at the ejection port is kept constant, the magnitude of the reaction force received by the slider 4 depends on the distance between the ejection port and the guide rail surface. Then, a compensation moment is applied to the slider 4 by the reaction force, and the compensation moment cancels the disturbance moment, whereby the yaw of the slider 4 is corrected. When all of the above (a) to (d) are performed, the response speed of the slider 4 increases, and yaw of the slider 4 can be quickly compensated.
[0070]
As described above, in the present stage device, the slider 4 is provided in the fitting portions 26 and 28, and applies a facing force depending on the distance to the guide rail surface 6 between the slider 4 and the guide rail surface 6. The piezo elements 78a, 78b, which are distance adjusting means for adjusting the distances between the ejection ports I, J, K, L and the guide rail surface 6, and the ejection ports I, J, K, L serving as distance-dependent force generation units. 78c and 78d. The controller 80 controls at least one of the piezo elements 78a, 78b, 78c, 78d to adjust the distance between the ejection port and the guide rail surface 6, thereby adjusting the facing force and correcting yawing of the slider. Functions as distance control means.
[0071]
The distance-dependent force includes a magnetic force that is inversely proportional to the square of the distance. Since it is not necessary to control the magnetic flux density of the magnetic body, it is not always necessary to use a coil. That is, a permanent magnet is provided in the distance-dependent force generating unit, and a permanent magnet is also provided on the guide rail surface 6 side, so that the attitude error of the slider can be compensated. Although the magnetic flux density of the permanent magnet is substantially constant, a large facing force (reaction force) is applied to the slider 4 by bringing the permanent magnet on the slider 4 side closer to the permanent magnet on the guide rail surface side using a piezo element. In addition, by moving the permanent magnet on the slider 4 side away from the permanent magnet on the guide rail surface side, a small facing force (reaction force) is applied to the slider 4. In this way, the facing force can be adjusted.
[0072]
The stage devices according to the fifth to seventh embodiments described above include the non-contact distance sensors 72a to 72b as posture information detecting means for detecting posture information of the slider 4. The controllers 74, 76, 80 control the piezo element or increase or decrease the air pressure at the ejection port I based on the posture information (sensor signal) from the sensors 72a to 72b. In either case, the relative surface direction force is adjusted, and thereby the yaw of the slider 4 is corrected. Further, the attitude of the slider 4 is detected, and the detection result is fed back to the attitude in real time. Such control performed by the controllers 74, 76, and 80 is so-called closed loop control.
[0073]
According to the fifth to seventh embodiments for performing the closed loop control, it is not necessary to prepare a memory exclusively storing a control table for correcting a mechanical error or the like of the stage device. Further, there is an advantage that it is possible to cope with a disturbance that is not caused by a mechanical error of the stage. That is, for example, when another slider such as a θ stage is engaged with the slider 4 to form a composite stage, the X-axis slider 4 having the basic configuration is swung with the movement of the other stage. Even when a disturbance moment occurs, the disturbance moment can be corrected in real time.
[0074]
[Eighth Embodiment]
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the eighth embodiment. The same components are denoted by the same reference numerals. This stage device is the same as the stage device shown in FIG. 3 except that the air pressure at all of the ejection ports I, J, K, and L is variable. Therefore, the present stage apparatus includes a variable pressure air ejection line 82 for adjusting the air pressure at the ejection port J, a variable pressure air ejection line 82 for adjusting the air pressure at the ejection port J, and an ejection port K in addition to the variable pressure air ejection line 40 for adjusting the air pressure at the ejection port I. And a variable pressure air ejection line 86 for adjusting the air pressure at the ejection port L.
[0075]
A control table as shown in FIG. 11 is stored in the memory of the controller 88 in advance. In the control table, counter values, which are positional information of the slider 4 in the X-axis direction, are associated with solenoid valve selection information 1 to 4. The solenoid valve selection information 1, 2, 3 and 4 are control information for determining which of the solenoid valves 40e to 40h, 82e to 82h, 84e to 84h, and 86e to 86h to open.
[0076]
According to the present stage device, in the process of moving the slider 4 in the X-axis direction, the control unit refers to the memory, specifies the solenoid valve selection information 1 to 4 corresponding to the counter value of the counter, and specifies the specified electromagnetic valve. A command signal is output to the solenoid valve based on the valve selection information 1-4. When the command signal from the control unit 50 is output to the solenoid valve side, only the solenoid valve corresponding to the regulator set to the air pressure that can prevent yawing of the slider 4 is opened, and the other solenoid valves are closed. It becomes. As a result, air having a pressure set in the regulator corresponding to the specified solenoid valve is jetted from the jet port I.
[0077]
For example, at the position in the X-axis direction where a swinging moment causing yaw in the right-hand direction is applied to the slider 4 around the Z-axis oriented in the direction perpendicular to the plane of FIG. While increasing the air pressure at K, the air pressure at the ejection ports J and L is decreased. Similarly, at a position in the X-axis direction where a swinging moment causing yaw in the left-hand thread direction around the Z-axis is applied to the slider 4, while reducing the air pressure at the ejection ports I and K, The air pressure at the ejection port J and the ejection port L is increased.
As a result, a compensation moment for canceling or reducing the swing moment is applied to the slider 4, and the slider 4 is prevented from being yawed.
[0078]
In this stage device, the air pressure in all of the ejection ports I to L is controlled, so that the response speed of the slider 4 is increased as compared with the case of controlling the air pressure only in the ejection port I, Has the advantage that the yawing can be quickly corrected.
[0079]
The case where yawing of the slider 4 is corrected has been described above. Since the guide rail surface 6 and the guided surface 8 also face each other in the Z-axis direction, pitching and rolling of the slider 4 can be corrected in the same manner as described above.
[0080]
In the case of pitching (see FIG. 16B), which is a swinging motion of the slider 4 around the Y axis, it can be canceled by balancing the air pressure in the Z axis direction. That is, in FIG. 2, pitching can be corrected by the balance of the air pressures at the ejection ports A, B, C, D, E, F, G, and H. Specifically, it is assumed that a pitching moment in the right-hand screw direction is applied to the slider 4 around the Y-axis pointing rightward in FIG. In this case, (a) increasing the air pressure at the ejection ports E and F, (b) increasing the air pressure at the ejection ports C and D, and (c) reducing the air pressure at the ejection ports A and B. The pitching moment can be canceled by at least one of: (d) reducing the air pressure at the ejection ports H and G. That is, pitching can be compensated for by setting the air pressure of the jet ports adjacent in the Y-axis direction to be the same and increasing or decreasing the air pressure in at least one pair of the jet ports adjacent in the Y-axis direction.
[0081]
In the case of rolling (see FIG. 16C), which is a swinging motion of the slider 4 around the X axis, it can be canceled by the balance of the air pressure in the Z axis direction. That is, in FIG. 2, pitching can be corrected by the balance of the air pressures at the ejection ports A, B, C, D, E, F, G, and H. Specifically, it is assumed that a rolling moment in the right-hand screw direction is applied to the slider 4 around the X axis facing in the depth direction of FIG. In this case, (a) increasing the air pressure at the outlets F and G, (b) increasing the air pressure at the outlets A and D, and (c) reducing the air pressure at the outlets B and C. The rolling moment can be canceled by at least one of: (d) reducing the air pressure at the ejection ports E and H. In other words, the rolling can be compensated for by making the air pressures of the jet ports adjacent in the X-axis direction the same, and increasing or decreasing the air pressure in at least one pair of the jet ports adjacent in the X-axis direction.
[0082]
Also, since the guide rail surface 6 and the guided surface 8 face each other in the Y-axis direction and the Z-axis direction, as shown in FIG. It is also possible to compensate for the overall movement in any direction except. For example, when a disturbance force is applied to the slider 4 to move the slider 4 in the negative direction (downward direction) of the Z axis as a whole, the air pressure at the ejection ports E, F, G, and H should be increased. And / or by reducing the air pressure at the injection ports A, B, C, D, the disturbance force can be canceled. It is assumed that the air pressures of the ejection ports in the same XY plane are the same.
[0083]
Further, even when a disturbance force which tends to move the slider 4 as a whole while oscillating is applied to the slider 4, the air pressure at each ejection port is adjusted, and the balance of the air pressure as a whole is adjusted. What is necessary is just to control so that disturbance force can be canceled. Thereby, the straightness error of the slider 4 can be corrected.
[0084]
When the above-described control is realized by closed-loop control (feedback control), in order to detect the three-dimensional attitude of the slider 4, not only the Y-axis side surfaces of the guided surface 8 of the slider 4 but also It goes without saying that a non-contact type distance sensor for detecting the distance from the guide rail surface 6 is also provided on the front and back surfaces of the guided surface 8 in the Z-axis direction.
[0085]
The facing force, which is the force in the direction in which the guide rail surface and the guided surface face each other, can be generated not only by air pressure but also by gas pressure, hydraulic pressure, or other fluid pressure. The facing force can also be generated by an electromagnetic field.
[0086]
The basic configuration of the stage device according to the embodiment has been described above. Although the basic configuration is a linear stage in the X-axis direction, a composite stage can be configured using the basic configuration. For example, if the Y-axis slider is engaged with the slider 4 so as to be movable in the Y-axis direction, an XY stage can be configured. In this case, if the present invention is applied to the Y-axis slider, it is needless to say that the swing error and / or the straightness error of the Y-axis slider can be corrected. Further, various composite stages such as an Xθ stage device and an XYθ stage device can be configured using the θ stage.
[0087]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a stage device using non-contact bearing means, it is possible to prevent a posture error such as a slider swing error and a straightness error. Further, according to the present invention, the slider can be moved with high accuracy without depending on the mechanical accuracy of the stage device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a stage device according to an embodiment. (A) is a schematic perspective view.
FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of a slider.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a control system in the stage device according to the embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a control system in a stage device according to another embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a control system in a stage device according to still another embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a control system in a stage device according to still another embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a control system in a stage device according to still another embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a control system in a stage device according to still another embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a control system in a stage device according to still another embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a control system in a stage device according to still another embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a control table stored in a memory.
FIG. 12 is a schematic view showing a conventional stage device.
FIG. 13 is a view for explaining how the slider yaws.
FIG. 14 is a diagram showing a measurement result of a yawing error in a conventional stage device.
FIG. 15 is a schematic view of a state in which the slider is levitated and held by an air bearing, as viewed in a plane direction.
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a movement mode of a slider.
[Explanation of symbols]
2 Guide rail member, 4 Slider, 6 Guide rail surface, 8 Guided surface, 10 Air bearing (fluid feeding means), 12 Control unit (control means), 36b Linear sensor (Position detecting means) .., 50, 56, 64, 70... Control unit (open loop control means), 48, 54, 62, 68... Memory (storage means), 58a, 58b, 58c. 80: controller (closed loop control means), 72a, 72b, 72c, 72d: distance sensors (posture detection means), 78a, 78b, 78c, 78d: piezo elements (distance adjustment means), 80: controller (distance control means) A, B, C, D, E, F, G, H ... outlets, I, J, K, L ... outlets (distance-dependent force generation unit).

Claims

A guide rail member having a strip extending in a uniaxial direction, and a guide rail surface formed on the strip;
A slider having a fitting portion fitted to the ridge portion, and a guided surface formed on the fitting portion facing the guide rail surface;
In a stage device in which the guide rail surface and the guided surface are brought into a non-contact state so that the slider can move in the uniaxial direction along the strip, when the slider moves, A stage device comprising control means for performing control for correcting a swing error and / or a straightness error by a facing force which is a force in a direction in which the guide rail surface and the guided surface face each other. .

Fluid pumping means for pumping fluid from one of the guide rail surface and the guided surface toward the other,
2. The stage apparatus according to claim 1, wherein the control means performs control for correcting a swing error and / or a straightness error of the slider by the facing force based on a pressure of the fluid.

Electromagnetic force generating means for applying an electromagnetic force between the guide rail surface and the guided surface,
3. The stage apparatus according to claim 1, wherein the control unit performs control for correcting a swing error and / or a straightness error of the slider by the facing force based on the electromagnetic force.

The slider is
A distance-dependent force generating unit that is provided in the fitting unit and that applies the facing direction force that depends on a distance from the guide rail surface to the guide rail surface;
Distance adjusting means for adjusting the distance between the distance-dependent force generating unit and the guide rail surface,
The control means controls the distance adjustment means to adjust a distance between the distance-dependent force generation unit and the guide rail surface, thereby correcting a swing error and / or a straightness error of the slider. The stage device according to claim 1, further comprising a unit.

A position detecting means for detecting the position of the slider in the uniaxial direction,
The control means includes:
Storage means for storing the position information indicating the position of the slider in the uniaxial direction and control information for performing control for applying the predetermined facing force to the slider at the position in association with each other; ,
When the slider moves, control information corresponding to a detection result of the position detection means is obtained from the storage means, and control for applying the predetermined facing force based on the obtained control information is performed. 5. The stage apparatus according to claim 1, further comprising: an open loop control unit that corrects a swing error and / or a straightness error of the slider.

Posture information detecting means for detecting posture information of the slider,
The control unit controls the facing direction force based on the posture information detected by the posture detection unit when the slider moves, thereby correcting a swing error and / or a straightness error of the slider. 5. The stage device according to claim 1, further comprising a closed loop control unit that performs the control.