JP2008033610A

JP2008033610A - Ｘｙステージ

Info

Publication number: JP2008033610A
Application number: JP2006205860A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Onuma; 真啓大沼; Yuzuru Hoshi; 譲星
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14
Also published as: KR20080011041A; KR100811669B1; TW200807862A; CN101114806A

Abstract

【課題】安価な機能追加により、下軸真直度の精度を向上させたＸＹステージを実現する。
【解決手段】Ｘ軸方向またはＹ軸方向に配置され、その軸方向に位置制御される下軸スライダを有する下軸モータと、前記下軸スライダ上にＹ軸方向またはＸ軸方向に取り付けられ、その軸方向に位置制御される上軸スライダを有する上軸モータと、上位装置からの指令に基づいて前記下軸スライダ及び前記上軸スライダを位置制御する下軸ドライバ及び上軸ドライバと、よりなるＸＹステージにおいて、
前記下軸スライダの軸方向位置に対応して、軸方向真直線からの直交方向のズレ量を予め測定して保持した上軸位置補正手段を備え、
前記上軸ドライバは、前記下軸ドライバから取得する前記下軸スライダの位置情報に基づき、前記上軸位置補正手段より前記ズレ量を読み出して前記上軸スライダの位置を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スライダをＸＹ軸方向に位置制御するＸＹステージに関するものである。

Ｘ軸方向またはＹ軸方向に配置され、その軸方向に位置制御される下軸スライダを有する下軸モータと、下軸スライダ上にＹ軸方向またはＸ軸方向に取り付けられ、その軸方向に位置制御される上軸スライダを有する上軸モータと、上位装置からの指令に基づいて下軸スライダ及び上軸スライダを位置制御する下軸ドライバ及び上軸ドライバと、よりなるＸＹステージがある。

平行配置された一対のリニアモータにより下軸リニアモータが形成され、これら下軸リニアモータの夫々の軸方向に位置制御されるスライダ間をブリッジ結合して上軸リニアモータが形成されるブリッジ型のＸＹステージの構成及びスライダの位置制御に関しては、特許文献１に開示されている。

図５は、下軸リニアモータ及びこれと直交する上軸リニアモータよりなる従来のＸＹステージの構成例を示す機能ブロック図であり、ステージに水平設置された液晶パネル１上に、Ｘ軸方向に直線を描画する実施形態を示している。

液晶パネル１の一辺に近接してＸ軸方向に下軸リニアモータ１０が配置され、その軸方向に位置制御される下軸スライダ１１が搭載されている。更に、その軸方向に下軸スケール１２を備えている。

下軸スライダ１１に結合している下軸位置センサー１３は、下軸スケール１２の目盛りを読み取り、下軸スライダ１１の移動距離を検出し、基準点からの移動距離により下軸スライダ１１のＸ座標信号Ｐｘを出力する。

下軸スライダ１１上には、下軸リニアモータ１０と直交するＹ軸方向に上軸リニアモータ２０が液晶パネル１を跨いで固定配置され、その軸方向に位置制御される上軸第１スライダ２１、上軸第２スライダ２２、上軸第３スライダ２３が搭載されている。さらにその軸方向に上軸スケール２４を備えている。

上軸第１スライダ２１，上軸第２スライダ２２，上軸第３スライダ２３の夫々に結合している位置センサー（図示せず）は、上軸スケール２４の目盛りを読み取り、各上軸スライダの移動距離を検出し、基準点からの移動距離により上軸第１スライダ２１，上軸第２スライダ２２，上軸第３スライダ２３のＹ座標信号Ｐｙ１，Ｐｙ２，Ｐｙ３を出力する。

下軸ドライバ３０は、上位装置５０からのＸ軸座標指令Ｓｘ及びＸ座標信号Ｐｘを入力し、これらの偏差を制御演算した操作電流信号Ｍｘを下軸スライダ１１のモータ巻線に供給するフィードバック制御により、下軸スライダ１１をＸ軸座標指令Ｓｘ位置に移動制御する。

上軸第１ドライバ４１は、上位装置５０からのＹ軸座標指令Ｓｙ１及びＹ座標信号Ｐｙ１を入力し、これらの偏差を制御演算した操作電流信号Ｍｙ１を上軸第１スライダ２１のモータ巻線に供給するフィードバック制御により、上軸第１スライダ２１をＹ軸座標指令Ｓｙ１位置に移動制御する。

同様に、上軸第２ドライバ４２は、上位装置５０からのＹ軸座標指令Ｓｙ１及びＹ座標信号Ｐｙ２を入力し、これらの偏差を制御演算した操作電流信号Ｍｙ２を上軸第２スライダ２２のモータ巻線に供給するフィードバック制御により、上軸第２スライダ２２をＹ軸座標指令Ｓｙ２位置に移動制御する。

同様に、上軸第３ドライバ４３は、上位装置５０からのＹ軸座標指令Ｓｙ３及びＹ座標信号Ｐｙ３を入力し、これらの偏差を制御演算した操作電流信号Ｍｙ３を上軸第３スライダ２３のモータ巻線に供給するフィードバック制御により、上軸第３スライダ２３をＹ軸座標指令Ｓｙ３位置に移動制御する。

上軸第１スライダ２１，上軸第２スライダ２２，上軸第３スライダ２３には、ワークとしてインクジェット装置Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が夫々搭載され、各装置のノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３からのインクジェットで液晶パネル１上に描画する。

上軸第１スライダ２１，上軸第２スライダ２２，上軸第３スライダ２３のＹ軸座標を図示の位置に固定制御した状態で、下軸リニアモータ１０により下軸スライダ１１をＸ軸方向に移動制御すれば、ノズルＮ１，Ｎ２，Ｎ３からのインクジェットで液晶パネル１上には、直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が描画される。

特開２００６−０３４０７８号公報

描画される直線の真直精度（真の直線からのズレ量）、またはＸＹ座標の平面精度が、±１μｍ以下の極めて高い精度が要求される場合には、従来構成のＸＹステージの構成では、次の理由により要求精度を満たす描画が困難である。

（１）下軸スライダ１１は、下軸リニアモータに形成されたガイドにより軸方向にスライド可能に支持されているが、その機械的な組み付け精度には限界がある。図１（Ａ）に示す下軸のＸ方向実測値Ｐｘのある値Ｐｘｉに対し、（Ｂ）に示す上軸方向真直ズレΔＹｉは、±１０μｍ程度までが限界である。

従って、下軸スライダ１１は、真直線Ｌ０を移動せず、誇張して示した実曲線Ｌ´に沿ってＹ軸方向に蛇行しながらＸ軸方向に移動制御される。この蛇行は下軸スライダ１１に結合している上軸リニアモータ２０に搭載されたスライダ２１，２２，２３にそのままＹ軸方向の座標の変動として反映される。

従って、描画される直線は、真直線Ｌ０ではなく、蛇行した±１０μｍ程度のズレを持つ実描画線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３となるので、真直精度±１μｍ以下の極めて高い精度の直線描画は困難である。

上軸リニアモータ２０と搭載されたスライダ２１，２２，２３との間にも同様な軸方向真直ズレがあり、これがスライダ２１，２２，２３のＸ方向座標誤差となるので、スライダ２１，２２，２３のＸＹ座標の平面精度も±１０μｍ程度が限界となる。

（２）このような機械的な組み付けに起因する精度限界を、オンラインの位置制御状態でクリアするには、高価なＮＣコントローラを下軸リニアモータ及び上軸リニアモータにより制御して真直線からのズレを補正する手法が考えられるが、補正の制御周期を早くすることが困難であり、十分な効果が得られない。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、安価な機能追加により、下軸真直度の精度を向上させたＸＹステージの実現を目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）Ｘ軸方向またはＹ軸方向に配置され、その軸方向に位置制御される下軸スライダを有する下軸モータと、前記下軸スライダ上にＹ軸方向またはＸ軸方向に取り付けられ、その軸方向に位置制御される上軸スライダを有する上軸モータと、上位装置からの指令に基づいて前記下軸スライダ及び前記上軸スライダを位置制御する下軸ドライバ及び上軸ドライバと、よりなるＸＹステージにおいて、
前記下軸スライダの軸方向位置に対応して、軸方向真直線からの直交方向のズレ量を予め測定して保持した上軸位置補正手段を備え、
前記上軸ドライバは、前記下軸ドライバから取得する前記下軸スライダの位置情報に基づき、前記上軸位置補正手段より前記ズレ量を読み出して前記上軸スライダの位置を補正することを特徴とするＸＹステージ。

（２）前記上軸スライダの軸方向位置に対応して、軸方向真直線からの直交方向のズレ量を予め測定して保持した上軸絶対位置補正手段を備え、
前記上軸ドライバは、前記上軸位置補正手段及び前記上軸絶対位置補正手段より読み出される上軸方向のズレ量及び下軸方向のズレ量により、前記上軸スライダの絶対位置を補正することを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。

（３）前記上軸ドライバは前記下軸ドライバより下軸スライダの座標情報を取得し、前記下軸ドライバは前記上軸ドライバより上軸スライダの座標情報を取得し、
前記上軸ドライバ及び前記下軸ドライバは、取得した相手軸の座標情報に基づいて前記上軸位置補正手段及び前記上軸絶対位置補正手段より読み出される上軸方向のズレ量及び下軸方向のズレ量により、前記上軸スライダ及び前記下軸スライダの位置を補正することを特徴とする（２）に記載のＸＹステージ。

（４）前記下軸スライダまたは前記上軸スライダの軸方向位置に対応した軸方向真直線からの直交方向のズレ量は、レーザ干渉計によりステージ固有のズレ量が測定されて前記上軸位置補正手段または前記上軸絶対位置補正手段に保持されることを特徴とする（２）または（３）に記載のＸＹステージ。

（５）前記下軸モータは、夫々の軸方向に位置制御されるスライダを有する平行配置された一対のリニアモータで構成され、
前記上軸モータは、前記一対のリニアモータのスライダ間をブリッジ結合して配置されていることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のＸＹステージ。

（６）前記上軸位置補正手段または前記上軸絶対位置補正手段は、前記上軸ドライバまたは前記下軸ドライバ内に実装されていることを特徴とする（２）乃至（５）のいずれかに記載のＸＹステージ。

（７）前記上軸位置補正手段または前記上軸絶対位置補正手段は、前記上位装置内に実装されていることを特徴とする（２）乃至（５）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）下軸スライダの軸方向位置に対応して、軸方向真直線からのズレ量を予め測定して保持した上軸位置補正手段を備えることにより、上軸ドライバは、下軸ドライバから取得する下軸スライダの位置情報に基づいて、上軸位置補正手段よりズレ量を読み出して上軸スライダの位置を高精度に補正することができる。

（２）上軸スライダの軸方向位置に対応して、軸方向真直線からのズレ量を予め測定して保持した上軸絶対位置補正手段を追加して備えることにより、上軸ドライバは、上軸位置補正手段及び上軸絶対位置補正手段より読み出される上軸方向のズレ量及び下軸方向のズレ量により、上軸スライダの絶対位置を高精度に補正することができる。

（３）上軸ドライバは下軸ドライバより下軸スライダの座標情報を取得し、下軸ドライバは上軸ドライバより上軸スライダの座標情報を取得すると共に、上軸ドライバ及び下軸ドライバは、取得した相手軸の座標情報に基づいて上軸位置補正手段及び上軸絶対位置補正手段より読み出される上軸方向のズレ量及び下軸方向のズレ量により、上軸スライダ及び下軸スライダの絶対位置を高精度に補正することができる。

（４）下軸リニアモータまたは上軸スライダの軸方向位置に対応した軸方向真直線からの直交方向のズレ量は、市販のレーザ測長システムにより、ステージ固有のズレ量を高精度でオフライン測定することができ、その測定データを上軸位置補正手段または上軸絶対位置補正手段に補正テーブルの形態で保持されることが容易にできる。

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５で説明した従来ステージと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

本発明の構成上の特徴部は、上軸第１ドライバ４１，上軸第２ドライバ４２，上軸第３ドライバ４３内に実装された太線のブロックで示す上軸位置補正手段１０１，１０２，１０３及び下軸真直測定手段２００である。

下軸リニアモータ１０軸方向位置に対応した軸方向真直線からの直交方向のズレ量は、下軸真直測定手段２００により、ステージ固有のズレ量が、オフライン環境で高精度に測定される。上軸位置補正手段１０１，１０２，１０３は、その測定データを取得して補正テーブル等の形態で保持する。

上軸第１ドライバ４１，上軸第２ドライバ４２，上軸第３ドライバ４３は、ドライバ間通信機能により、下軸ドライバ３０より現在の下軸スライダのＸ軸の座標情報Ｐｘを取得し、上軸位置補正手段１０１，１０２，１０３の補正テーブルを参照して座標ＰｘにおけるＹ軸方向のズレ量を読み出し、スライダ２１，２２，２３のＹ軸方向の位置を補正する。

下軸真直測定手段２００としては、高精度（±１μｍ以下）の距離測定を可能とする市販のレーザ測長システム（例えば、アジレント５５２９Ａ）を利用することができる。

図２は、下軸真直測定手段２００により測定されたデータに基づいて作成された上軸位置補正テーブルであり、下軸実測値Ｘ１〜Ｘｎに対する上軸方向真値ズレΔＹ１〜ΔＹｎが保持されている。一般に、ズレ量ΔＹｉの変化は緩やかであるから、下軸実測値Ｘｉの測定ポイント数は実用的な頻度とし、プロット間のズレ量は補間法により推定計算することで必要精度を確保することができる。

図３は、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。この実施形態の特徴は、上軸リニアモータ２０の軸方向位置に対応して、軸方向真直線からのズレ量を予め測定して保持した上軸絶対位置補正手段３０１，３０２，３０３を、各上軸ドライバ４１，４２，４３に追加して備える構成にある。

上軸リニアモータ２０軸方向位置に対応した軸方向真直線からの直交方向のズレ量は、上軸真直測定手段４００により、ステージ固有のズレ量が、オフライン環境で高精度に測定される。上軸絶対位置補正手段３０１，３０２，３０３は、その測定データを取得して補正テーブル等の形態で保持する。

各上軸ドライバ４１，４２，４３は、図１で示した上軸位置補正手段１０１，１０２，１０３及び追加された上軸絶対位置補正手段３０１，３０２，３０３より読み出されるズレ量データに基づき、上軸方向のズレ量の補正（矢印の補正１）及び下軸方向のズレ量の補正（矢印の補正２）を実行することにより、上軸スライダ２１，２２，２３の絶対位置を高精度に補正することができる。

図４は、本発明を適用したＸＹステージの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態は、上軸スライダ及び下軸スライダが各１個のペア構成の場合に実施できる。

この実施形態の特徴は、上軸ドライバ４０は下軸ドライバ３０より下軸スライダの座標情報Ｘｉを取得し、下軸ドライバ３０が上軸ドライバ４０より上軸スライダの座標情報Ｙｉを取得する構成にある。

上軸ドライバ４０及び下軸ドライバ３０は、取得した相手軸の座標情報に基づいて上軸位置補正手段１００及び上軸絶対位置補正手段３００より読み出される上軸方向のズレ量及び下軸方向のズレ量により、上軸スライダ及び下軸スライダの絶対位置を高精度に補正し、平面位置制御の精度を向上させることができる。

以上説明した実施形態では、下軸リニアモータが１個の場合を例示したが、下軸リニアモータを、夫々の軸方向に位置制御されるスライダを有する平行配置された一対のリニアモータで構成し、各リニアモータのスライダ間をブリッジ結合するブリッジステージの形態であってもよい。

更に、上軸位置補正手段または上軸絶対位置補正手段は、上軸ドライバまたは下軸ドライバ内に実装されている実施形態を説明したが、これらを上位装置５０内に実装する実施形態であってもよい。

また、実施例ではリニアモータを用いた場合について説明したが、これに限らず回転型のモータと回転運動を直線運動に変換する手段を用いた構成にしてもよい。

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。下軸真直測定手段により測定されたデータに基づいて作成された上軸位置補正テーブルである。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。本発明を適用したＸＹステージの更に他の実施形態を示す機能ブロック図である。従来のＸＹステージの構成例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１液晶パネル
１０下軸リニアモータ
１１下軸スライダ
１２下軸スケール
１３下軸位置センサー
２０上軸リニアモータ
２１，２２，２３上軸第１，第２，第３スライダ
２４上軸スケール
３０下軸ドライバ
４１，４２，４３上軸第１，第２，第３ドライバ
５０上位装置
１０１，１０２，１０３上軸位置補正手段
２００下軸真値測定手段
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ワーク
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ノズル
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３実描画線

Claims

Ｘ軸方向またはＹ軸方向に配置され、その軸方向に位置制御される下軸スライダを有する下軸モータと、前記下軸スライダ上にＹ軸方向またはＸ軸方向に取り付けられ、その軸方向に位置制御される上軸スライダを有する上軸モータと、上位装置からの指令に基づいて前記下軸スライダ及び前記上軸スライダを位置制御する下軸ドライバ及び上軸ドライバと、よりなるＸＹステージにおいて、
前記下軸スライダの軸方向位置に対応して、軸方向真直線からの直交方向のズレ量を予め測定して保持した上軸位置補正手段を備え、
前記上軸ドライバは、前記下軸ドライバから取得する前記下軸スライダの位置情報に基づき、前記上軸位置補正手段より前記ズレ量を読み出して前記上軸スライダの位置を補正することを特徴とするＸＹステージ。
前記上軸スライダの軸方向位置に対応して、軸方向真直線からの直交方向のズレ量を予め測定して保持した上軸絶対位置補正手段を備え、
前記上軸ドライバは、前記上軸位置補正手段及び前記上軸絶対位置補正手段より読み出される上軸方向のズレ量及び下軸方向のズレ量により、前記上軸スライダの絶対位置を補正することを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
前記上軸ドライバは前記下軸ドライバより下軸スライダの座標情報を取得し、前記下軸ドライバは前記上軸ドライバより上軸スライダの座標情報を取得し、
前記上軸ドライバ及び前記下軸ドライバは、取得した相手軸の座標情報に基づいて前記上軸位置補正手段及び前記上軸絶対位置補正手段より読み出される上軸方向のズレ量及び下軸方向のズレ量により、前記上軸スライダ及び前記下軸スライダの位置を補正することを特徴とする請求項２に記載のＸＹステージ。
前記下軸スライダまたは前記上軸スライダの軸方向位置に対応した軸方向真直線からの直交方向のズレ量は、レーザ干渉計によりステージ固有のズレ量が測定されて前記上軸位置補正手段または前記上軸絶対位置補正手段に保持されることを特徴とする請求項２または３に記載のＸＹステージ。
前記下軸モータは、夫々の軸方向に位置制御されるスライダを有する平行配置された一対のリニアモータで構成され、
前記上軸モータは、前記一対のリニアモータのスライダ間をブリッジ結合して配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＸＹステージ。
前記上軸位置補正手段または前記上軸絶対位置補正手段は、前記上軸ドライバまたは前記下軸ドライバ内に実装されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のＸＹステージ。
前記上軸位置補正手段または前記上軸絶対位置補正手段は、前記上位装置内に実装されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のＸＹステージ。