JP2010258017A

JP2010258017A - ステージ装置

Info

Publication number: JP2010258017A
Application number: JP2009102810A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nikaido; 光宏二階堂
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2010-11-11

Abstract

【課題】可動ステージの移動に伴う反力を簡易な機構により相殺できるステージ装置を提供する。
【解決手段】可動ステージ２１および可動ステージ２２の位置が、常に垂直軸３１に対して互いに点対称となるように制御される。また、可動ステージ２１および可動ステージ２２の姿勢（向き）も、常に垂直軸３１に対して互いに点対称となるように制御される。可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられる反力は垂直軸３１周りのモーメントのみとなるため、回転体３に角加速度を与えて可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられるモーメントを打ち消す。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面内を駆動される可動ステージを備えるステージ装置に関する。

特開２００５−３５４０２２号公報には、可動ステージの移動に際して定盤に作用する反力を相殺するステージ装置が開示されている。

特開２００５−３５４０２２号公報

しかし、上記ステージ装置では、可動ステージの移動によりあらゆる方向に反力が発生するため、反力相殺のための機構が極めて複雑なものとなる。このため、装置の大型化やコストアップを招くとともに、反力相殺のためのエネルギー消費量も増大する。

本発明の目的は、可動ステージの移動に伴う反力を簡易な機構により相殺できるステージ装置を提供することにある。

本発明のステージ装置は、平面内を駆動される可動ステージを備えるステージ装置において、固定台と、前記固定台からの力を受けて同一の平面内を駆動される２つの可動ステージと、前記平面に直交する軸に対して互いに対称な姿勢を保ちつつ前記平面内を移動するように前記２つの可動ステージを駆動するステージ駆動手段と、前記固定台に取り付けられ前記軸周りに回転可能とされた回転体と、前記２つの可動ステージの運動により前記固定台に発生する前記軸周りのモーメントを打ち消すように前記回転体を前記軸周りに回転させる回転体駆動手段と、を備えることを特徴とする。
このステージ装置によれば、平面に直交する軸に対して互いに対称な姿勢を保ちつつ上記平面内を移動するように２つの可動ステージを駆動するとともに、上記２つの可動ステージの運動により固定台に発生する上記軸周りのモーメントを打ち消すように回転体を上記軸周りに回転させるので、簡易な機構により可動ステージの移動に伴う反力を相殺できる。

前記固定台および前記２つの可動ステージは、それぞれ平面モータの固定子および移動子を構成してもよい。

本発明のステージ装置は、平面内を駆動される可動ステージを備えるステージ装置において、固定台と、前記固定台からの力を受けて同一の平面内を駆動される複数の可動ステージと、前記平面に直交する軸に対して互いに回転対称となる位置を保ちつつ前記平面内を移動させることで、前記軸周りのモーメント以外の反力を打ち消すように前記複数の可動ステージを駆動するステージ駆動手段と、前記固定台に取り付けられ前記軸周りに回転可能とされた回転体と、前記複数の可動ステージの運動により前記固定台に発生する前記軸周りのモーメントを打ち消すように前記回転体を前記軸周りに回転させる回転体駆動手段と、を備えることを特徴とする。
このステージ装置によれば、平面に直交する軸に対して互いに回転対称となる位置を保ちつつ上記平面内を移動させることで、上記軸周りのモーメント以外の反力を打ち消すように複数の可動ステージを駆動するとともに、上記複数の可動ステージの運動により固定台に発生する上記軸周りのモーメントを打ち消すように回転体を上記軸周りに回転させるので、簡易な機構により可動ステージの移動に伴う反力を相殺できる。

本発明のステージ装置によれば、平面に直交する軸に対して互いに対称な姿勢を保ちつつ上記平面内を移動するように２つの可動ステージを駆動するとともに、上記２つの可動ステージの運動により固定台に発生する上記軸周りのモーメントを打ち消すように回転体を上記軸周りに回転させるので、簡易な機構により可動ステージの移動に伴う反力を相殺できる。

本発明のステージ装置によれば、平面に直交する軸に対して互いに回転対称となる位置を保ちつつ上記平面内を移動させることで、上記軸周りのモーメント以外の反力を打ち消すように複数の可動ステージを駆動するとともに、上記複数の可動ステージの運動により固定台に発生する上記軸周りのモーメントを打ち消すように回転体を上記軸周りに回転させるので、簡易な機構により可動ステージの移動に伴う反力を相殺できる。

本実施形態のステージ装置の構成を示す図であり、（ａ）は本実施形態のステージ装置の構成を示す上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線方向から見た正面図、（ｃ）は本実施形態のステージ装置の制御系の構成を示すブロック図。本実施形態のステージ装置の動作を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は可動ステージの加速度および回転体の角加速度の向きを示す図。２台のＸＹステージを組み合わせた例を示す上面図。３台のＸＹステージを組み合わせた例を示す上面図。

以下、本発明によるステージ装置の実施形態について説明する。

図１（ａ）は本実施形態のステージ装置の構成を示す上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線方向から見た本実施形態のステージ装置の正面図、図１（ｃ）は本実施形態のステージ装置の制御系の構成を示すブロック図である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施形態のステージ装置は、設置面４に置かれる固定台１と、固定台１の上面に沿って駆動される可動ステージ２１および可動ステージ２２と、を備える。固定台１には平面モータの固定子が設けられるとともに、可動ステージ２１および可動ステージ２２は、それぞれ平面モータの移動子を構成しており、可動ステージ２１および可動ステージ２２は、固定台１との間にわずかな空隙を形成しつつ固定台１の上面に沿って水平面（ＸＹ平面）内を移動可能とされる。可動ステージ２１および可動ステージ２２は同一構成であり、その重量、形状は同一である。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、固定台１には固定台１に固定されたモータ１１を介して円筒状の回転体３が取り付けられる。回転体３はモータ１１の回転に伴って垂直軸３１周りに回転し、モータ１１の可動子および回転体３からなる回転部分の慣性モーメントおよび角加速度に応じた垂直軸３１周りのモーメントを固定台１に与える。

図１（ｃ）に示すように、平面モータのコイル群２０はステージ駆動装置５１に接続され、ステージ駆動装置５１からの出力信号がコイル群２０に与えられることにより、可動ステージ２１および可動ステージ２２が駆動される。一方、モータ１１はモータ駆動回路５２により駆動される。

ステージ駆動装置５１およびモータ駆動回路５２は、制御部５３により制御される。制御部５３は実装されたプログラムに従って、ステージ駆動装置５１を介して可動ステージ２１および可動ステージ２２を所定の手順で移動させる。これと同時に、制御部５３はモータ駆動回路５２を介してモータ１１を制御することにより、可動ステージ２１および可動ステージ２２の移動に起因して固定台１に与えられる反力を打ち消す。

次に、本実施形態のステージ装置の動作について説明する。

図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本実施形態のステージ装置の動作を示す図である。

図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、本実施形態のステージ装置では、可動ステージ２１および可動ステージ２２の位置が、常に垂直軸３１に対して互いに点対称となるように制御される。また、可動ステージ２１および可動ステージ２２の姿勢（向き）も、常に垂直軸３１に対して互いに点対称となるように制御される。可動ステージ２１および可動ステージ２２の上では、同一作業が並行して同時に行われる。

図２（ａ）の例では、可動ステージ２１がＹ方向に、可動ステージ２２が−Ｙ方向に、それぞれ垂直軸３１に対して対称な位置を保ちつつ加速される例を示している。図２（ａ）における矢印は可動ステージ２１および可動ステージ２２の加速度の方向を示している。この場合、可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられる反力は、垂直軸３１周りの反時計回り方向のモーメントのみとなる。本実施形態では、可動ステージ２１および可動ステージ２２の加速と同期して、回転体３に反時計回り方向の角加速度（図２（ａ）の矢印）を与える。すると、固定台１には、可動ステージ２１，２２から固定台１に与えられる反力の方向と逆方向、すなわち時計回り方向の反力が発生する。これにより、結果的に、可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられるモーメントが打ち消される。

図２（ｂ）の例では、可動ステージ２１がＸ方向に、可動ステージ２２が−Ｘ方向に、それぞれ垂直軸３１に対して対称な位置を保ちつつ加速される例を示している。図２（ｂ）における矢印は可動ステージ２１および可動ステージ２２の加速度の方向を示している。この場合、可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられる反力は、垂直軸３１周りの時計回り方向のモーメントのみとなるため、可動ステージ２１および可動ステージ２２の加速と同期して、回転体３に時計回り方向の角加速度（図２（ｂ）の矢印）を与える。これにより、固定台１に反時計回り方向の反力が発生し、可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられるモーメントが打ち消される。

図２（ｃ）の例では、可動ステージ２１および可動ステージ２２に時計回り方向の角加速度が与えられた例を示している。図２（ｃ）における矢印は可動ステージ２１および可動ステージ２２の角加速度の方向を示している。この場合、可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられる反力は、垂直軸３１周りの反時計回り方向のモーメントのみとなるため、可動ステージ２１および可動ステージ２２における角加速度の発生と同期して、回転体３に反時計回り方向の角加速度（図２（ｃ）の矢印）を与える。これにより、固定台１に時計回り方向の反力が発生し、可動ステージ２１および可動ステージ２２から固定台１に与えられるモーメントが打ち消される。

このように、本実施形態のステージ装置では、可動ステージ２１および可動ステージ２２の位置および姿勢が、常に垂直軸３１に対して点対称となる状態を維持しているため、垂直軸３１周りのモーメント以外の反力が打ち消され発生しない。このため、垂直軸３１周りのモーメントを打ち消すだけで足り、複雑な機構を必要としない。したがって、装置の小型化、軽量化のみならず、コストダウンおよび省エネルギー化を図ることができる。

図３は、２台のＸＹステージを組み合わせた例を示す上面図である。

図３の例では、固定台１Ａの上に同一のＸＹステージ６を２台設置している。ＸＹステージ６の方式は任意である。２つのスライダーを直交させた機構によるステージ、あるいは平面モータを用いたステージとすることもできる。

２台のＸＹステージ６は垂直軸３１Ａに対して互いに点対称となる位置および向きに設置される。図３において、２台のＸＹステージ６の向きをそれぞれｘｙ座標として示している。この場合、２台のＸＹステージ６の可動ステージ６１を同期させて同様に駆動することにより、垂直軸３１Ａ周りのモーメント以外の反力が打ち消される。垂直軸３１Ａ周りのモーメントは垂直軸３１Ａ周りに回転する回転体３Ａにより相殺される。なお、可動ステージ６１の駆動時に、ステージ６１以外のＸＹステージ６の機構の運動によってもモーメントを発生する場合がある。したがって、発生するモーメントの総和を回転体３Ａにより相殺すればよい。

図４は、３台のＸＹステージを組み合わせた例を示す上面図である。

図４の例では、固定台１Ｂの上にＸＹステージ６を３台設置している。３台のＸＹステージは垂直軸３１Ｂに対して互いに６０度ずつずれた回転対称となる位置および向きに設置される。図４において、３台のＸＹステージ６の向きをそれぞれｘｙ座標として示している。この場合、３台のＸＹステージ６の可動ステージ６１を同期させて同様に駆動することにより、垂直軸３１Ｂ周りのモーメント以外の反力が打ち消される。垂直軸３１Ｂ周りのモーメントは垂直軸３１Ｂ周りに回転する回転体３Ｂにより相殺される。

上記実施形態では、可動ステージが水平面内で駆動される例を示したが、駆動される平面の向きは限定されない。また、可動ステージの数も限定されず、可動ステージを４つ以上設けることもできる。

また、複数の可動ステージの中に、作業を行わない可動ステージが含まれていてもよい。あるいは、作業を行うことができないダミーのステージが含まれていてもよい。作業を行わない場合、あるいはダミーのステージを設ける場合、当該ステージの重量を実質的に他の可動ステージの重量に併せるために、ダミーウェイトを取り付けてもよい。これにより、反力の打ち消し精度を向上させることができる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、平面内を駆動される可動ステージを備えるステージ装置に対し、広く適用することができる。

３回転体
６ＸＹステージ（可動ステージ）
２１可動ステージ
２２可動ステージ
３１垂直軸（軸）
１１モータ（回転体駆動手段）
５３制御部（回転体駆動手段）

Claims

平面内を駆動される可動ステージを備えるステージ装置において、
固定台と、
前記固定台からの力を受けて同一の平面内を駆動される２つの可動ステージと、
前記平面に直交する軸に対して互いに対称な位置を保ちつつ前記平面内を移動するように前記２つの可動ステージを駆動するステージ駆動手段と、
前記固定台に取り付けられ前記軸周りに回転可能とされた回転体と、
前記２つの可動ステージの運動により前記固定台に発生する前記軸周りのモーメントを打ち消すように前記回転体を前記軸周りに回転させる回転体駆動手段と、
を備えることを特徴とするステージ装置。
前記固定台および前記２つの可動ステージは、それぞれ平面モータの固定子および移動子を構成することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
平面内を駆動される可動ステージを備えるステージ装置において、
固定台と、
前記固定台からの力を受けて同一の平面内を駆動される複数の可動ステージと、
前記平面に直交する軸に対して互いに回転対称となる位置を保ちつつ前記平面内を移動させることで、前記軸周りのモーメント以外の反力を打ち消すように前記複数の可動ステージを駆動するステージ駆動手段と、
前記固定台に取り付けられ前記軸周りに回転可能とされた回転体と、
前記複数の可動ステージの運動により前記固定台に発生する前記軸周りのモーメントを打ち消すように前記回転体を前記軸周りに回転させる回転体駆動手段と、
を備えることを特徴とするステージ装置。