JP2005301936A - Ｘｙステージ - Google Patents

Abstract

【課題】 付加的な要素をスライダに搭載することなしにＸ方向及びＹ方向のピッチング抑制を可能とするＸＹステージを実現する。
【解決手段】 スライダをＸ軸モータ及びＹ軸モータによりＸ方向及びＹ方向に移動制御するＸＹステージにおいて、
前記スライダがＸ方向又はＹ方向に移動中に、前記Ｙ軸モータ又はＸ軸モータのコイルに流すオフセット電流を補正するピッチング抑制手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、本発明は、プローバ、ハンドラ、ステッパ等に用いられ、対象物の２次元位置決めをするＸＹステージに関する。

格子プラテンと、その上面をＸ方向及びＹ方向にスライドして位置制御されるスライダを有するＸＹステージの構造及びスライダのヨーイング抑制技術については、特許文献１及び特許文献２に詳細に開示されている。

特開２０００−６５９７０号公報 特開２００１−１２５６４８号公報

図４は、特許文献１に開示されている従来構造のＸＹステージの基本構造を示す斜視図である。１０は、水平に固定配置された格子プラテンであり、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定ピッチで歯が形成されている。図では簡略のため一部の歯だけを示している。格子プラテンは磁性体の平坦面に格子状に溝を切ることによって形成される。

２０は、格子プラテン上面をＸ方向及びＹ方向にスライドして位置決め制御されるスライダであり、この上部にワーク及び位置決めの対象となるターゲット（図示せず）が搭載される。浮揚手段２１は、格子プラテン１０に対向する裏面にノズルが設けられていて圧縮空気を噴射させることでスライダ２０を格子プラテン１０上に浮揚させる。

３１及び３２はスライダ２０の上部にＸ方向に所定距離を持って固定配置された第１Ｘ軸センサ及び第２Ｘ軸センサである。３３はスライダ２０の上部に固定配置されたＹ軸センサである。

１１は、格子プラテン１０のＸ軸の一端部にＸ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＸ軸ミラーであり、第１Ｘ軸センサ３１及び第２Ｘ軸センサ３２と対向する。１２は、格子プラテン１０のＹ軸の一端部にＹ軸に直交して固定配置された所定高さを有するＹ軸ミラーであり、Ｙ軸センサ３３と対向する。

第１Ｘ軸センサ３１、第２Ｘ軸センサ３２及びＹ軸センサ３３は光学的な距離測定装置であり、レーザビームをＸ軸ミラー１１及びＹ軸ミラー１２に照射し反射光を受光し、干渉を利用して移動距離を測定することでスライダ２０のＸ方向及びＹ方向の位置を測定する。ＰＸ１及びＰＸ２は第１Ｘ軸センサ３１及び第２Ｘ軸センサ３２によるＸ方向距離測定値、ＰＹはＹ軸センサ３３によるＹ方向距離測定値である。

４１は第１Ｘ軸制御部であり、測定値ＰＸ１と位置指令信号ＳＸ１の偏差に基づいてスライダ２０に形成された第１Ｘ軸モータに電流の操作信号ＭＸ１を発信する。４２は第２Ｘ軸制御部であり、測定値ＰＸ２と位置指令信号ＳＸ２の偏差に基づいてスライダ２０に形成された第２Ｘ軸モータに電流の操作信号ＭＸ２を発信する。４３はＹ軸制御部であり、測定値ＰＹと位置指令信号ＳＹの偏差に基づいてスライダ２０に形成されたＹ軸モータに電流の操作信号ＭＹを発信する。

図５は、スライダ２０の裏面に格子プラテン１０の歯と対向するように形成されたＸ軸モータ及びＹ軸モータの概念図であり、４個のエリアに分割されたモータで形成される。対角に対向する２０Ａ及び２０Ｂは第１Ｘ軸及び第２Ｘ軸モータであり、Ｘ方向に一定ピッチで形成された歯を有しており、これらを連結するコアの巻線に夫々操作信号ＭＸ１及びＭＸ２が与えられる。

同様に、対角に対向する２０Ｃ及び２０ＤはＹ軸モータであり、夫々Ｙ方向に一定ピッチで形成された歯を有しており、これらを連結するコアの巻線は直列接続され共通に操作信号ＭＹが与えられる。これらＸ軸及びＹ軸モータの詳細構造及び位置のフィードバック制御系、Ｚ軸回りのヨーイング抑制に関する制御系については、特許文献２及び（１）に詳細に開示されているので、説明を省略する。

図６は、格子プラテン１０上を浮揚して移動するスライダ２０のピッチングのイメージ図である。点線の矢印Ｐｘで示すゆれがＸ方向のピッチングであり、点線の矢印Ｐｙで示すゆれがＹ方向のピッチングである。

スライダに搭載されるターゲットが極めて高い位置決め精度を要求する場合には、浮揚して移動するスライダは従来技術であるヨーイング抑制の制御に加えてピッチングを抑制する必要がある。特許文献１及び２記載の技術では、スライダのＺ軸方向の回転であるヨーイングは抑制可能であるが、Ｘ方向及びＹ方向のピッチング抑制には対応できない。

Ｘ方向及びＹ方向のピッチング抑制を実現するための制御には、Ｘ方向及びＹ方向のピッチング量を検出するピッチングセンサ手段及びピッチングを抑える操作力発生手段等の付加的な要素をスライダに搭載する必要があり、スライダの重量増加やコスト面で問題がある。

スライダのＸ方向Ｙ方向両端部にピッチングセンサ手段及び操作力発生手段を取り付けることにより、スライダの有効ストロークが減少するので、格子プラテンを拡大する必要があり、装置の大型化やコスト面で問題がある。

従って本発明が解決しようとする課題は、付加的な要素をスライダに搭載することなしにＸ方向及びＹ方向のピッチング抑制を可能とするＸＹステージを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）スライダをＸ軸モータ及びＹ軸モータによりＸ方向及びＹ方向に移動制御するＸＹステージにおいて、
前記スライダがＸ方向又はＹ方向に移動中に、前記Ｙ軸モータ又はＸ軸モータのコイルに流すオフセット電流を補正するピッチング抑制手段を備えたことを特徴とするＸＹステージ。

（２）前記ピッチング抑制手段は、ピッチングを抑制するために前記オフセット電流を補正する補正データを前記スライダの位置に対応して保持する補正テーブルと、この補正テーブルからの読み出した補正データに基づいて前記オフセット電流を補正する電流補正手段とを備えることを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。

（３）前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータは、前記スライダのＸ方向及びＹ方向に少なくとも一対に分散配置されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のＸＹステージ。

（４）前記分散配置されたＸ軸モータ及びＹ軸モータは、前記スライダのＸ方向及びＹ方向に対して複数対並列配置されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載のＸＹステージ。

（５）前記補正テーブルは、前記スライダの移動範囲の全部または一部の補正データをあらかじめ保持していることを特徴とする（２）乃至（４）のいずれかに記載のＸＹステージ。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）Ｘ方向及びＹ方向のピッチング量を検出するピッチングセンサ手段及びピッチングを抑える操作力発生手段等の付加的な要素をスライダに搭載する必要がないので、スライダの重量増加やコストアップが発生しない。

（２）付加的な要素をスライダに搭載する必要がないので、スライダの有効ストロークが減少する問題は発生せず、格子プラテンの拡大による装置の大型化やコストアップが発生しない。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用したＸＹステージの一実施形態を示す機能ブロック図である。図４で説明した従来ＸＹステージと同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

出願人は、スライダの進行方向に発生するＺ方向変位を利用すれば、スライダがＹ方向に移動中にＸ軸モータコイルのオフセット電流の補正によりスライダのＹ方向ピッチングを抑制し、同様にスライダがＸ方向に移動中にＹ軸モータコイルのオフセット電流の補正によりスライダのＸ方向ピッチングを抑制することが可能であることを実験により確証した。

図１は、上記の原理に基づくＸ軸モータ又はＹ軸モータのコイルに対する励磁電流のオフセット値を補正するピッチング抑制手段を有するＸＹステージの機能ブロック図である。

１００は、本発明が適用されるスライダである。１０１及び１０２は一対のＸ１モータ及びＸ２モータであり、スライダ１００のＸ方向に前後して対角に配置されている。１０３及び１０４は一対のＹ１モータ及びＹ２モータであり、スライダ１００のＹ方向に前後して対角に配置されている。

２００は、本発明が適用されるピッチング抑制手段であり、補正テーブル２０１及び電流補正手段２０２よりなる。３００は位置センサであり、スライダの位置検出値Ｐｆを補正テーブル２０１及び速度変換器４００に入力すると共に、位置指令値Ｐｓとの偏差ｅｓを位置制御部５００に供給する。

位置制御部５００は、偏差ｅｓに応じた速度指令Ｖｓを発生し、速度変換器４００の速度検出値Ｖｆとの偏差ｅｖが速度制御部６００に入力される。７００は速度制御部６００の出力で駆動される推力発生回路であり、Ｘモータ軸及びＹ軸モータのコイルへの励磁電流Ｉｍを発生する。

８００は加算手段であり、推力発生回路７００の励磁電流出力にピッチング抑制手段２００よりのオフセット補正電流Ｉｆを加算する。加算電流はアンプ９００でさらに電流増幅され、操作電流ＩｍがＸ軸モータ及びＹ軸モータのコイルへ供給され、スライダ１００をＸ方向及びＹ方向に移動操作する。

補正テーブル２０１は、スライダ１００の移動範囲の全部又は一部の位置における最適のピッチング抑制効果を与えるオフセット電流の補正値データがあらかじめ測定されて保持されている。

位置センサ３００からの位置検出値Ｐｆにより、当該位置における補正値データが補正テーブル２０１より読み出され、電流補正手段２０２によりオフセット電流補正値Ｉｆに変換されて加算手段８００で励磁電流に加算される。

図２は、本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。図１との差は、補正テーブル２０１のデータを読み出すために与えられる位置情報として、位置指令値Ｐｓを用いる点である。

この構成では、スライダ１００が指令位置に到達する経路において同一のオフセット電流補正値Ｉｆが与えられることになる。図１の構成と比較すると、ピッチング抑制の位置制御精度が低くなるが、実用的には十分なピッチング抑制効果が得られることが確認されている。

図３は、Ｘ軸モータ及びＹ軸モータの配置における他の実施形態を示す平面図である。図１及び図２の実施形態における配置は、スライダ１００のＸ方向及びＹ方向に少なくとも一対（Ｘ１，Ｘ２及びＹ１，Ｙ２）に分散配置されているが、図３では、分散配置されたＸ軸モータ及びＹ軸モータがスライダ１００のＸ方向及びＹ方向に対して更に複数対並列配置されている。

このように、Ｘ軸モータ及びＹ軸モータをきめ細かく分散配置することにより、ピッチング抑制制御におけるスライダ１００のローリング発生を抑えてより精度の高いピッチング抑制効果を得ることができる。

本発明を適用したＸＹステージの一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明を適用したＸＹステージの他の実施形態を示す機能ブロック図である。 Ｘ軸モータ及びＹ軸モータの配置における他の実施形態を示す平面図である。 特許文献１に開示されている従来構造のＸＹステージの基本構造を示す斜視図である。 スライダの裏面に形成されたＸ軸モータ及びＹ軸モータの概念図である。 格子プラテン上を移動するスライダのピッチングのイメージ図である。

符号の説明

１００ スライダ
１０１ Ｘ１モータ
１０２ Ｘ２モータ
１０３ Ｙ１モータ
１０４ Ｙ２モータ
２００ ピッチング抑制手段
２０１ 補正テーブル
２０２ 電流補正手段
３００ 位置センサ
４００ 速度変換器
５００ 位置制御部
６００ 速度制御部
７００ 推力発生回路
８００ 加算手段
９００ アンプ

Claims (5)

1. スライダをＸ軸モータ及びＹ軸モータによりＸ方向及びＹ方向に移動制御するＸＹステージにおいて、
   前記スライダがＸ方向又はＹ方向に移動中に、前記Ｙ軸モータ又はＸ軸モータのコイルに流すオフセット電流を補正するピッチング抑制手段を備えたことを特徴とするＸＹステージ。
2. 前記ピッチング抑制手段は、ピッチングを抑制するために前記オフセット電流を補正する補正データを前記スライダの位置に対応して保持する補正テーブルと、この補正テーブルからの読み出した補正データに基づいて前記オフセット電流を補正する電流補正手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
3. 前記Ｘ軸モータ及びＹ軸モータは、前記スライダのＸ方向及びＹ方向に少なくとも一対に分散配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸＹステージ。
4. 前記分散配置されたＸ軸モータ及びＹ軸モータは、前記スライダのＸ方向及びＹ方向に対して複数対並列配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＸＹステージ。
5. 前記補正テーブルは、前記スライダの移動範囲の全部または一部の補正データをあらかじめ保持していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のＸＹステージ。
   
   

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