JP2010205168A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザに繁雑な作業を強いることなく高い位置決め精度を実現することができ、モータの加速度を変えても位置決め精度の悪化を招くことがない位置決め装置を提供する。
【解決手段】位置決め装置１は、平面モータ１０に駆動されてＸＹ面内で移動可能なステージ２０と、平面モータ１０によるステージ２０の駆動を制御するモータ制御装置３０とを備えており、モータ制御装置３０は、ステージ２０が移動している状態における平面モータ１０の電流推力特性に合わせた駆動電流Ｃ１〜Ｃ３を平面モータ１０に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体を所定位置に位置決めする位置決め装置に関する。

位置決め装置は、モータにより駆動されるステージ、ステージの位置や姿勢を測定する測定装置、及び測定装置の測定結果を参照しつつモータの駆動制御を行う制御装置を備えており、ステージ上に搭載された半導体ウェハ、半導体チップ、透明基板、その他の物体を所定位置に精確に位置決めする。この位置決め装置には、リニアモータにより駆動されて直線上においてステージが往復直線運動できるように構成されたものや、平面モータにより駆動されて平面内においてステージが自在に移動できるように構成されたものがある。

このような位置決め装置では、物体の位置決めを精確に行うために、制御装置によってモータに供給される駆動電流がフィードバック制御されるのが一般的である。以下の特許文献１には、Ｘ方向及びＹ方向に一定ピッチで歯が形成された格子プラテンと、格子プラテン上に浮揚した状態でＸＹ平面内で移動可能に構成されたスライダ部とを有する平面モータを備えており、フィードバック制御によりＸＹ平面内におけるスライダ部の位置決めを行う位置決め装置が開示されている。また、モータを制御する制御装置では、フィードバック制御とともにフィードフォワード制御が併用されることが多い。これは、例えばステージの加減速時に必要となる推力をフィードフォワード制御により補うことで位置決め精度の向上を図るためである。

特開２０００−６５９７０号公報

ところで、本出願の出願人は、モータの電流推力特性には、静的な電流推力特性と動的な電流推力特性とがあることを実験的、経験的に見出している。ここで、静的な電流推力特性とは、ステージが静止している状態におけるモータの電流推力特性である。これに対し、モータの動的な電流推力特性とは、実際の運用時のように、ステージが移動している状態におけるモータの電流推力特性である。位置決め装置に設けられる制御装置は、モータの静的な電流推力特性を用いて設計されるのが一般的であり、モータの動的な電流推力特性を用いて設計されることは殆ど無い。

図５は、モータの静的な電流推力特性及び動的な電流推力特性の一例を示す図である。尚、図５においては、モータに与える駆動電流を横軸にとり、モータで発生する推力を縦軸にとっている。図５において、符号Ｒ１０１を付した曲線がモータの静的な電流推力特性を示すグラフであり、符号Ｒ１０２を付した曲線がモータの動的な電流推力特性を示すグラフである。この図から、モータの静的な電流推力特性とモータの動的な電流推力特性には乖離があり、モータに対してある電流値を有する駆動電流を供給しても、ステージが高速に移動している状態で発生する推力は、ステージが低速で移動している状態で発生する推力よりも小さくなることが分かる。

従来、以上のモータの特性の違いに起因する推力の不足分は制御装置に設けられたフィードフォワード制御系によって補われており、必要となる位置決め精度は得られていた。しかしながら、モータの性能を向上させるためにモータでより多くの推力を発生させようとすると、従来のフィードフォワード制御系を用いても推力の不足分を補いきれず、位置決め精度が悪化するという問題が生じた。

ここで、モータで発生させるべき推力の変化分に合わせてフィードフォワード制御系の制御量（制御パラメータ）を変更すれば位置決め精度が改善すると考えられる。しかしながら、フィードフォワード制御系の制御量はユーザが個別に試行錯誤して調整する必要があるため、不足する推量を補い得るフィードフォワード制御系の制御量を決定するには多大な工数が必要になり、煩雑な作業がユーザに強いられるという問題がある。

また、多くの工数を費やして制御量を決定したとしても、フィードフォワード制御系の制御量の最適値はモータ（ステージ）の加速度に応じて異なる。このため、フィードフォワード制御系の制御量を決定する際の加速度とは異なる加速度でモータが駆動される場合には、位置決め精度の悪化を招くという問題がある。モータで生じ得るあらゆる加速度についての制御量を求めれば位置決め精度を維持できるとも考えられるが、工数が極めて膨大になるため現実的ではない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ユーザに繁雑な作業を強いることなく高い位置決め精度を実現することができ、モータの加速度を変えても位置決め精度の悪化を招くことがない位置決め装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の位置決め装置は、モータ（１０）に駆動されて少なくとも一方向に移動可能なステージ（２０）と、前記モータによる前記ステージの駆動を制御する制御装置（３０）とを備える位置決め装置（１）において、前記制御装置は、前記ステージが移動している状態における前記モータの電流推力特性に合わせた駆動電流（Ｃ１〜Ｃ３、ＣＤ）を前記モータに供給することを特徴としている。
この発明によると、ステージが移動している状態におけるモータの電流推力特性に合わせた駆動電流が制御装置からモータに対して供給される。
また、本発明の位置決め装置は、前記制御装置が、前記ステージが静止している状態において所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流（ＣＳ）を、前記ステージが移動している状態において前記所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流（ＣＤ）に補正する補正部（５０）を備えることを特徴としている。
また、本発明の位置決め装置は、前記補正部が、前記ステージの移動を妨げるように前記モータで作用する電流（Ｉ_ｂ）と前記制御装置による前記モータの制御遅れ（θ）とを考慮して、前記駆動電流の補正を行うことを特徴としている。
また、本発明の位置決め装置は、前記ステージの移動を妨げるように前記モータで作用する電流が、前記ステージの速度に依存する第１電流（Ｉ_ｂ１）と、前記モータに供給される前記駆動電流の大きさに依存する第２電流（Ｉ_ｂ２）とを含むことを特徴としている。
また、本発明の位置決め装置は、前記第１電流が、前記ステージの速度の二次関数で表される電流であり、前記第２電流が、前記モータに供給される前記駆動電流の大きさに比例する電流であることを特徴としている。
また、本発明の位置決め装置は、前記制御装置が、前記ステージが静止している状態において所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流を、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により生成することを特徴としている。

本発明によれば、ステージが移動している状態におけるモータの電流推力特性に合わせた駆動電流を制御装置からモータに対して供給しているため、高い位置決め精度を実現することができ、モータの加速度を変えても位置決め精度の悪化を招くことがないという効果がある。ここで、ステージが静止している状態において所定の推力をモータで発生させるために必要な駆動電流を、ステージが移動している状態において同様の所定の推力をモータで発生させるために必要な駆動電流に補正する補正部を設けることで、ユーザに繁雑な作業を強いることなく高い位置決め精度等を実現することができるという効果がある。

本発明の一実施形態による位置決め装置の基本構成を示す斜視図である。 モータ制御装置３０の要部構成を示すブロック図である。 位置決め装置１が備えるモータ制御装置３０に現れる信号波形を示す図である。 位置決め装置１が備えるモータ制御装置３０に現れる信号波形を示す図である。 モータの静的な電流推力特性及び動的な電流推力特性の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による位置決め装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による位置決め装置の基本構成を示す斜視図である。図１に示す通り、位置決め装置１は、平面モータ１０（モータ）、ステージ２０、及びモータ制御装置３０（制御装置）とを備えており、モータ制御装置３０が平面モータ１０を制御してステージ２０の位置決めを行う。

尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。但し、説明の便宜のため、各図に示すＸＹＺ直交座標系の原点は固定せずに、各図毎にその位置を適宜変更するものとする。図１に示すＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が水平面に平行な面に含まれるよう設定され、Ｚ軸が鉛直方向に沿う方向に設定されている。

平面モータ１０は、固定子としての格子プラテン１１と可動子としてのスライダ部１２とを備えており、ＸＹ面に平行な面内でステージ２０を駆動する。格子プラテン１１は、Ｘ方向及びＹ方向に沿って一定ピッチで歯Ｔｅ（突極）が配列形成された面を有する平板状の部材であり、歯Ｔｅが配列形成された面を上側（＋Ｚ方向）に向けて水平に固定配置されている。尚、図１では、図示を簡略化するために、格子プラテン１１に配列形成された歯Ｔｅの一部のみを図示している。この格子プラテン１１は、例えば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。

格子プラテン１１の上面には、−Ｘ側の端部にＸ軸に直交してＹ方向に延びる反射面を有するＸ軸ミラー１３が固定配置されており、＋Ｙ側の端部にＹ軸に直交してＸ方向に延びる反射面を有するＹ軸ミラー１４が固定配置されている。これらＸ軸ミラー１３及びＹ軸ミラー１４は、所定の高さを有しており（Ｚ方向の幅が所定の幅であり）、格子プラテン１１上におけるスライダ部１２の位置（Ｘ方向の位置、Ｙ方向の位置）及び姿勢（Ｚ軸周りの回転角）の測定のために設けられる。

スライダ部１２は、格子プラテン１１上においてＸＹ面に平行な面内で移動可能に構成されており、モータ制御装置３０の制御の下でＸＹ面内で移動され、所定の位置に位置決めされる。このスライダ部１２は、格子プラテン１１に対面する裏面にノズル（図示省略）が形成されており、このノズルから格子プラテン１１に向けて圧縮空気を噴射することによってスライダ部１２上に浮揚する。ステージ２０はスライダ部１２の上面に固定されており、例えば半導体デバイスが形成されたウェハや封止された半導体素子等のターゲット（図示省略）がその上面に搭載される。

ステージ２０の上面には、Ｘ軸センサ１５，１６及びＹ軸センサ１７が固定配置されている。Ｘ軸センサ１５，１６は、Ｙ方向に所定の距離だけ離間してステージ２０の−Ｘ側の端部に固定配置されおり、Ｘ軸ミラー１３にレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射して得られる反射光をそれぞれ受光することで、Ｘ軸ミラー１３までの距離を測定する。Ｙ軸センサ１７は、ステージ２０の略中央部或いは＋Ｙ端部に固定配置されており、Ｙ軸ミラー１４にレーザ光Ｌ３を照射して得られる反射光を受光することで、Ｙ軸ミラー１４までの距離を測定する。尚、Ｘ軸センサ１５，１６及びＹ軸センサ１７としてレーザ干渉計を用いることができる。

モータ制御装置３０は、Ｘ軸センサ１５，１６及びＹ軸センサ１７の測定結果を示す測定信号Ｐ１〜Ｐ３を参照しつつ駆動電流Ｃ１〜Ｃ３を出力して、格子プラテン１１上におけるスライダ部１２（ステージ２０）の移動制御及び位置決め制御を行う。具体的には、Ｘ軸センサ１５，１６の測定信号Ｐ１，Ｐ２からスライダ部１２のＸ方向の位置及びＺ軸周りの回転角を求めるとともに、Ｙ軸センサ１７の測定信号Ｐ３からスライダ部１２のＹ方向の位置を求めて、スライダ部１２のＸＹ面内における位置及び姿勢を制御するための駆動電流Ｃ１〜Ｃ３を出力する。

尚、駆動電流Ｃ１，Ｃ２はＸ方向の推力を発生させるためにスライダ部１２に設けられた２つのＸ推力発生部（図示省略）の各々に供給される駆動電流であり、駆動電流Ｃ３はＹ方向の推力を発生させるためにスライダ部１２に設けられた２つのＹ推力発生部（図示省略）に対して共通に供給される駆動電流である。駆動電流Ｃ１，Ｃ２の電流値を同じにすることでスライダ部１２をＸ方向に並進させることができ、駆動電流Ｃ３を出力することでスライダ部１２をＹ方向に並進させることができる。また、駆動電流Ｃ１，Ｃ２の電流値を異ならせることでスライダ部１２をＺ軸の周りで回転させることができる。

ここで、平面モータ１０の電流推力特性には、静的な電流推力特性と動的な電流推力特性とがある。静的な電流推力特性とは、ステージ２０が静止している状態における平面モータ１０の電流推力特性である。これに対し、動的な電流推力特性とは、実際の運用時のように、ステージ２０が移動している状態における平面モータ１０の電流推力特性である。モータ制御装置３０は、平面モータ１０の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流Ｃ１〜Ｃ３を平面モータ１０に供給する。

図２は、モータ制御装置３０の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、モータ制御装置３０は、指令信号発生部３１とサーボドライバ３２とを備えており、センサ３３の測定信号Ｐを参照しつつ平面モータ１０に対して駆動電流ＣＤを出力する。尚、図２では、図示を簡略化するために、ステージ２０上に設けられたＸ軸センサ１５，１６及びＹ軸センサ１７をまとめてセンサ３３とし、Ｘ軸センサ１５，１６及びＹ軸センサ１７の測定信号Ｐ１〜Ｐ３をまとめて測定信号Ｐとしている。また、モータ制御装置３０から出力される駆動電流Ｃ１〜Ｃ３をまとめて駆動電流ＣＤとしている。

指令信号発生部３１は、ＸＹ平面内におけるステージ２０の目標位置及び目標姿勢（格子プラテン１１上におけるスライダ部１２の目標位置及び目標姿勢）を示す位置指令信号Ｓ１を出力する。具体的に、位置指令信号Ｓ１には、ステージ２０のＸ方向の目標位置を示す信号、Ｙ方向の目標位置を示す信号、及びＺ軸周りの目標回転角を示す信号が含まれる。

サーボドライバ３２は、減算器４１、位置制御部４２、減算器４３、速度制御部４４、フィードフォワード制御部４５、加算器４６、補償部４７、加算器４８、電流変換部４９、電流補正部５０（補正部）、及び速度変換部５１を備える。そして、指令信号発生部３１から出力される位置指令信号Ｓ１に基づいて平面モータ１０を駆動する駆動電流ＣＤを生成する。尚、この駆動信号ＣＤは、平面モータ１０の動的な電流推力特性に合わせたものである。

以上の構成によって、サーボドライバ３１は平面モータ１０を駆動してＸ方向及びＹ方向にステージ２０を移動させることができるとともに、ステージ２０をＺ軸周りの回転方向に回転させることができる。以下では説明を簡単にするために、ステージ２０をＹ方向に駆動する構成を例に挙げて詳細に説明し、ステージ２０をＸ方向に駆動する構成及びＺ軸周りの回転方向に駆動する構成についての詳細な説明は省略する。

減算器４１は、指令信号発生部３１から出力される位置指令信号Ｓ１（Ｙ方向の目標位置を示す信号）とセンサ３３から出力される測定信号Ｐ（ステージ２０のＹ方向の位置を示す信号）との差分を算出して位置誤差信号Ｓ２として出力する。位置制御部４２は、減算器４１から出力される位置誤差信号Ｓ２に基づいて、ステージ２０のＸＹ面内における位置制御を行う。具体的には、減算器４１で求められた位置誤差信号Ｓ２を零にし得る速度制御信号を出力する。減算器４３は、位置制御部４２から出力される速度制御信号と速度変換部５１から出力される速度信号Ｖ（ステージ２０のＹ方向の速度を示す信号）の差分を算出して速度誤差信号として出力する。

速度制御部４４は、減算器４３から出力される速度誤差信号を零にし得る推力指令信号Ｓ３を出力する。フィードフォワード制御部４５は、指令信号発生部３１から出力される位置指令信号Ｓ１を二階微分して、ステージ２０の加減速時に必要となる推力（ステージ２０をＹ方向に加減速させる時に必要となる推力）をフィードフォワード制御により補うための推力信号Ｓ４を出力する。加算器４６は、速度制御部４４から出力される推力指令信号Ｓ３に対し、フィードフォワード制御部４５から出力される推力信号Ｓ４を加算して出力する。

補償部４７は、平面モータ１０で生ずるコギング及び推力リップル（ステージ２０をＹ方向に移動させた場合に生ずるコギング及び推力リップル）を補償し得る推力を発生させるための推力補償信号を出力する。ここで、推力リップルとは平面モータ１０の格子プラテン１１に対するスライダ部１２の位置に依存した推力の周期的な変動をいい、コギングとは平面モータ１０の格子プラテン１１に対するスライダ部１２の位置に依存した磁気的吸引力の周期的な変動をいう。

このように、平面モータ１０で生ずるコギング及び推力リップルは、格子プラテン１１に対するステージ２０の位置に応じて変動する。このため、補償部４７から出力される推力補償信号は、センサ３３から出力される測定信号Ｐ（ステージ２０のＹ方向の位置）に応じて大きさが変動する信号である。加算器４８は、加算器４６から出力される推力指令信号に対し、補償部４７から出力される推力補償信号を加算して出力する。

電流変換部４９は、加算器４８から出力される推力指令信号を、平面モータ１０に供給すべき駆動電流ＣＳに変換する。ここで、減算器４１〜電流変換部４９及び速度変換部５１によって生成される駆動電流ＣＳは、平面モータ１０の静的な電流推力特性に合わせたものである。つまり、本実施形態では、平面モータ１０の静的な電流推力特性に合わせた駆動電流ＣＳがサーボドライバ３２におけるフィードバック制御及びフィードフォワード制御により作成されている。

電流補正部５０は、電流変換部４９から出力される駆動電流ＣＳ（平面モータ１０の静的な電流推力特性に合わせた駆動電流）を、駆動電流ＣＤ（平面モータ１０の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流）に補正する。具体的には、ステージ２０の移動を妨げるように平面モータ１０で作用する電流（ブレーキ力として作用する電流）と、サーボドライバ３２による平面モータ２０の制御遅れ（転流の位相遅れ）とを考慮して補正する。

ここで、本出願の出願人は、平面モータ２０の動的な電流推力特性を示すグラフの横軸（駆動電流の大きさを示す軸：図５参照）を以下の（１）式に示す通りに変換すると、平面モータ２０の動的な電流推力特性を静的な電流推力特性にほぼ一致させることができることを実験的に見出している。

但し、上記（１）式中のＩ_ｂは、平面モータ１０でブレーキ力として作用する電流であり、θは転流の位相遅れである。

また、平面モータ１０でブレーキ力として作用する電流Ｉ_ｂは、以下の（２）式に示す通り、ステージ２０（スライダ部１２）の速度に依存する電流Ｉ_ｂ１（第１電流）と、平面モータ１０に供給される駆動電流の大きさに依存する電流Ｉ_ｂ２（第２電流）との和で表される。

ここで、本出願の出願人は、以下の（３）式に示す通り、上記のステージ２０（スライダ部１２）の速度に依存する電流Ｉ_ｂ１がステージ２０（スライダ部１２）の速度の二次関数で表される電流に近似することができ、平面モータ１０に供給される駆動電流の大きさに依存する電流Ｉ_ｂ２が駆動電流の大きさに比例する電流として表すことができることを見出している。尚、以下の（３）式中の変数ｖはステージ２０（スライダ部１２）の速度であり、ｋ_１１，ｋ_１２，ｋ_２は定数である。

いま、平面モータ１０によって生ずる推力をＦ_ｏ、平面モータ１０の静的な電流推力特性を示す関数（電流に対する推力を示す関数）をｆとする。また、電流変換部４９から出力される駆動電流ＣＳをＩ_ｄとし、電流補正部５０から出力される駆動電流ＣＤをＩ_ｄ′とする。すると、平面モータ１０で生ずる推力Ｆ_ｏは、駆動電流ＣＤ（Ｉ_ｄ′）を用いて以下の（４）式で表すことができる。

以上の（４）式を変形すると以下の（５）式になる。電流補正部５０は、以下の（５）式を用いて、電流変換部４９から出力される駆動電流ＣＳ（Ｉ_ｄ）を駆動電流ＣＤ（Ｉ_ｄ′）に補正する。ここで、定数ｋ_１１，ｋ_１２，ｋ_２及び転流の位相遅れθは予めユーザによって決定又は測定されて電流補正部５０に設定される。尚、以下の（５）式中のｆ^−１は、平面モータ１０の静的な電流推力特性を示す関数ｆの逆関数（推力に対する電流を示す関数）である。

速度変換部５１は、センサ３３から出力される測定信号Ｐ（ステージ２０のＹ方向の位置を示す信号）を微分して速度信号Ｖ（ステージ２０のＹ方向の速度を示す信号）に変換する。尚、上記の（５）式に示す通り、電流変換部４９から出力される駆動電流ＣＳ（Ｉ_ｄ）を駆動電流ＣＤ（Ｉ_ｄ′）に補正するためにステージ２０（スライダ部１２）の速度ｖが必要であるため、速度変換部５１からの速度信号Ｖが電流補正部５０に入力されている。

次に、以上の構成の位置決め装置１の動作について簡単に説明する。尚、以下においても説明を簡単にするために、ステージ２０をＹ方向に移動させる場合の動作について説明する。指令信号発生部３１から位置指令信号Ｓ１（Ｙ方向の目標位置を示す信号）が出力されると、サーボドライバ３２の減算器４１及びフィードフォワード制御部４５に入力される。

減算器４１に入力された位置指令信号Ｓ１は、センサ３３から出力される測定信号Ｐ（ステージ２０のＹ方向の位置を示す信号）との差分が算出され、その差分を示す信号が位置誤差信号Ｓ２として出力される。この位置差分信号Ｓ２は位置制御部４２に入力され、位置誤差信号Ｓ２を零にし得る速度制御信号が生成されて出力される。位置制御部４２から出力された速度制御信号は減算器４３に入力され、速度変換部５１から出力される速度信号Ｖ（ステージ２０のＹ方向の速度を示す信号）との差分が算出され、その差分を示す信号が速度誤差信号として出力される。減算器４３から出力された速度誤差信号は速度制御部４４に入力され、速度誤差信号を零にし得る推力指令信号Ｓ３が出力される。

また、フィードフォワード制御部４５に入力された位置指令信号Ｓ１は二階微分された後に、ステージ２０の加減速時に必要となる推力（ステージ２０をＹ方向に加減速させる時に必要となる推力）をフィードフォワード制御により補うための推力信号Ｓ４を生成するために用いられる。速度制御部４４から出力された推力指令信号Ｓ３及びフィードフォワード制御部４５で生成された推力信号Ｓ４は加算器４６に入力され、推力指令信号Ｓ３に対して推力信号Ｓ４が加算されて出力される。

加算器４６から出力された推力指令指令信号は、加算器４８において補償部４７から出力される推力補償信号が加算された後に電流変換部４９に入力されて、平面モータ１０に供給すべき駆動電流ＣＳに変換される。電流変換部４９で変換された駆動電流ＣＳは電流補正部５０に入力され、前述した（５）式を用いて駆動電流ＣＤに補正される。具体的には、駆動電流ＣＳで示される電流値及び速度変換部５１から出力される速度信号Ｖで示される速度がそれぞれＩ_ｄ，ｖとして（５）式に代入され、平面モータ１０の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流ＣＤ（Ｉ_ｄ′）に補正される。

電流補正部５０から出力された駆動電流ＣＤは平面モータ１０に入力され、平面モータ１０が駆動される。具体的には、指令信号発生部３１から出力される位置指令信号Ｓ１で示される距離だけスライダ部１２が格子プラテン１１上において移動（Ｙ方向に移動）し、これによりステージ２０の位置決めが行われる。尚、ステージ２０の位置（Ｙ方向の位置）は常時センサ３３によって測定されており、センサ３３の測定結果が測定信号Ｐとしてサーボドライバ３２にフィードバックされてフィードバック制御が行われる。

図３，図４は、位置決め装置１が備えるモータ制御装置３０に現れる信号波形を示す図であって、（ａ）は電流補正部５０を設けた場合にモータ制御装置３０に現れる信号波形を示す図であり、（ｂ）は電流補正部５０を設けない場合にモータ制御装置３０に現れる信号波形を示す図である。尚、図３と図４とは、ステージ２０の加減速時の加速度を異なる値に設定している。

まず、サーボドライバ３２に電流補正部５０を設けてステージ２０を緩やかに加速・減速した場合には、図３（ａ）に示す通り、速度信号Ｖは、緩やかに上昇した後で所定の間一定の値になってから緩やかに下降する変化を示す。このとき、減算器４１から出力される位置誤差信号Ｓ２及び速度制御部４４から出力される速度指令信号Ｓ３は、速度の上昇開始時、及び速度の下降終了時に値が僅かながら大きくなっているものの、全体的にさほど値は大きくならないことが分かる。

これに対し、サーボドライバ３２に電流補正部５０を設けずにステージ２０を緩やかに加速・減速した場合には、図３（ｂ）に示す通り、速度信号Ｖは、図３（ａ）に示す速度信号Ｖと同様の変化を示す。しかしながら、減算器４１から出力される位置誤差信号Ｓ２及び速度制御部４４から出力される速度指令信号Ｓ３は、速度の上昇開始時、及び速度の下降終了時に値が大きく変化し、波形も図３（ａ）に示すものに比べて乱れていることが分かる。

次に、サーボドライバ３２に電流補正部５０を設けてステージ２０を急激に加速・減速した場合には、図４（ａ）に示す通り、速度信号Ｖは、図３に示すものよりも急激に上昇した後で所定の間一定の値になってから、図３に示すものよりも急激に下降する変化を示す。このとき、減算器４１から出力される位置誤差信号Ｓ２及び速度制御部４４から出力される速度指令信号Ｓ３は、図３（ａ）に示すものからの悪化が小さく、高加速度化による位置偏差の悪化を軽減できることが分かる。

これに対し、サーボドライバ３２に電流補正部５０を設けずにステージ２０を急激に加速・減速した場合には、図４（ｂ）に示す通り、速度信号Ｖは、図４（ａ）に示す速度信号Ｖと同様の変化を示す。しかしながら、減算器４１から出力される位置誤差信号Ｓ２及び速度制御部４４から出力される速度指令信号Ｓ３が共に大きく乱れていることが分かる。特に、加速終了後における位置誤差信号Ｓ２及び速度指令信号Ｓ３が共に急激な変化を示しているのが分かる。

以上の通り、サーボドライバ３２に電流補正部５０を設けない場合には、静的な電流推力特性に合わせた駆動電流ＣＳによって平面モータ２０が駆動されるため、図３（ｂ）に示す通り、位置誤差信号Ｓ２等の値が大きく変化する。しかも、加速度を高く設定した場合には、図４（ｂ）に示す通り、位置誤差信号Ｓ２等の値が急激に変化して信号波形が大きく乱れてしまう。この結果として、高い位置決め精度は得ることは困難であった。

これに対し、サーボドライバ３２に電流補正部５０を設けることで、動的な電流推力特性に合わせた駆動電流ＣＳによって平面モータ２０が駆動されるため、図３（ａ）に示す通り、位置誤差信号Ｓ２等の値が大きく変化することはない。また、加速度を高く設定した場合であっても、図４（ａ）に示す通り、位置誤差信号Ｓ２等の値が大きく変化することはない。以上から、本実施形態では、フィードフォワード制御部４５の制御量（制御パラメータ）を変更するという煩雑な作業をユーザに強いることなく高い位置決め精度を実現することができ、しかも加速度を変えても位置決め精度の悪化を招くことはない。

以上、本発明の一実施形態による位置決め装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、以上説明した実施形態では、平面モータ１０によってステージ２０のＸＹ平面における位置決めを行う位置決め装置を例に挙げて説明したが、本発明は、リニアモータ等の平面モータ以外の各種モータを備えており、直線上におけるステージの位置決めを行う位置決め装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、モータ制御装置３０の構成を大幅に変更すること無く、平面モータ２０の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流ＣＳを得るために電流補正部５０を設けている。勿論、モータ制御装置３０の構成を大幅に変更しても良い場合には、電流補正部５０を設けることなく平面モータ２０の動的な電流推力特性に合わせた駆動電流ＣＳを出力するモータ制御装置３０を新たに設計することも可能である。

また、以上説明した実施形態では、Ｘ軸センサ１５，１６及びＹ軸センサ１７がステージ２０上に固定されていたが、これらＸ軸センサ１５，１６及びＹ軸センサ１７はステージ２０の外部に配置されていてもよい。かかる配置の場合には、ステージ２０上に反射ミラーを設け、この反射ミラーにレーザ光を照射することでステージ２０の位置を測定することになる。

１ 位置決め装置
１０ 平面モータ
２０ ステージ
３０ モータ制御装置
５０ 電流補正部
Ｃ１〜Ｃ３ 駆動電流
ＣＤ 駆動電流
ＣＳ 駆動電流

Claims (6)

1. モータに駆動されて少なくとも一方向に移動可能なステージと、前記モータによる前記ステージの駆動を制御する制御装置とを備える位置決め装置において、
   前記制御装置は、前記ステージが移動している状態における前記モータの電流推力特性に合わせた駆動電流を前記モータに供給することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記制御装置は、前記ステージが静止している状態において所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流を、前記ステージが移動している状態において前記所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流に補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
3. 前記補正部は、前記ステージの移動を妨げるように前記モータで作用する電流と前記制御装置による前記モータの制御遅れとを考慮して、前記駆動電流の補正を行うことを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
4. 前記ステージの移動を妨げるように前記モータで作用する電流は、前記ステージの速度に依存する第１電流と、前記モータに供給される前記駆動電流の大きさに依存する第２電流とを含むことを特徴とする請求項３記載の位置決め装置。
5. 前記第１電流は、前記ステージの速度の二次関数で表される電流であり、
   前記第２電流は、前記モータに供給される前記駆動電流の大きさに比例する電流である
   ことを特徴とする請求項４記載の位置決め装置。
6. 前記制御装置は、前記ステージが静止している状態において所定の推力を前記モータで発生させるために必要な駆動電流を、フィードバック制御及びフィードフォワード制御により生成することを特徴とする請求項２から請求項５の何れか一項に記載の位置決め装置。

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