JP3210153B2 - ステージ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置におい
て半導体ウエハの位置決めに使用されるＸＹステージ等
の駆動制御を行うステージ制御装置に関し、ステージの
移動に伴う反力を制振し、かつ床からの振動を除振する
ようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子ビームを応用した電子顕微鏡
やステッパなどのＬＳＩ製造装置は、除振装置上に大ス
トローク移動用のＸＹステージを搭載した装置構成を有
する。そのＸＹステージの上にはさらに短ストロークで
微細な位置決めを実行させるための微動ステージなどを
搭載することが普通であり、位置決め機構は除振装置と
ＸＹステージと微動ステージとを備える。この微動ステ
ージは大ストローク移動用のＸＹステージにとっては負
荷となり、且つ微動ステージの位置決め動作における反
力などは外乱要因となることに注意する必要がある。

【０００３】図２は前述の位置決め機構の一例を示す。
図２において、１ａと１ｂはそれぞれ大ストローク移動
用のＸステージとＹステージ（以下、ＸＹステージ１と
称する）、２はＸステージ１ａの上の搭載され半導体ウ
エハ３を微細に位置決めするための微動ステージであ
る。これらのＸＹステージ１と微動ステージ２は定盤４
に設置され、且つこれらは図示していない除振装置に搭
載されている。ここで、Ｘステージ１ａとＹステージ１
ｂはともに多極リニア直流モータによって駆動される。
図２において５Ｒと５ＬはＹステージ１ｂと剛に接続さ
れ永久磁石を有する多極リニア直流モータの移動子、６
Ｒと６Ｌは多極リニア直流モータのコイル列である。Ｘ
ステージ１ａについても、Ｙステージと同様な移動子と
コイル列を各１個有するが陽には図示していない。

【０００４】さて、除振装置には床振動がＸＹステージ
１及び微動ステージ２へ伝播しないようにする除振機能
と、ＸＹステージ１の高速移動あるいは除振装置上に搭
載され図示しない機器の運動が除振装置全体の揺れを惹
起しないようにするという制振機能とを併せ持つことが
要請される。しかしながら、ＸＹステージ１と微動ステ
ージ２などを含む合計質量は大きく、これを高速移動さ
せた場合、除振装置単独で高速移動に原因した揺れを吸
収することは困難である。そこで、大ストローク移動用
のＸＹステージ１自身の高速移動によって生じる、除振
装置の除振台の揺れが位置決め時間や位置決め精度に及
ぼす影響を除去するために、精密工学会誌『空気浮上式
高速ＸＹステージの試作（ＪＳＰＥ−５２−１０，’８
６−１０−１７１３）』には、定盤加速度を検出しそれ
をＸＹステージの駆動アンプ前段に帰還する技術（以
下、定盤加速度フィードバックと呼ぶ）が開示されてい
る。これは加速度フィードバックによる外乱のゼローイ
ングと等価であることが理論的に証明できる。外乱のゼ
ローイングとは、外乱の印加に対してその影響が被制御
量に伝達しないようにすることを意味する。上述の位置
決め機構において、ＸＹステージ１の高速移動は除振台
の揺れを惹起するが、ゼローイングとはこの揺れが微動
ステージ２とＸＹステージ１の位置決め時間や位置決め
精度に影響を及ぼさないようにすることである。簡単な
力学モデルと制御ブロックとを用い、定盤加速度フィー
ドバックの効果を数式を使って次に示す。

【０００５】図３は除振台７に搭載されたＸＹステージ
１の水平１軸方向のみの力学モデルを示す。但し、力学
モデルのうえで除振台７は定盤４と等価である。また、
図３のＸＹステージ１には微動ステージを図示していな
いが簡単のためこれはＸＹステージ１に含めて考えるこ
とにする。さて、図示の記号を使った運動方程式は数１
式で示される。

【０００６】

【数１】 ただし、各記号の意味は次の通りである。

【０００７】ｍ₁ ：ＸＹステージの質量［ｋｇ］、ｍ
₂ ：定盤質量［ｋｇ］、 ｂ₁ ：ＸＹステージの粘性摩擦係数［Ｎｓ／ｍ］、 ｂ₂ ：定盤の粘性摩擦係数［Ｎｓ／ｍ］、 ｋ₁ ：ＸＹステージのバネ定数［Ｎ／ｍ］、 ｋ₂ ：定盤のバネ定数［Ｎ／ｍ］、 ｘ₁ ：ＸＹステージの変位［ｍ］、ｘ₂ ：定盤の変位
［ｍ］、 ｆ：駆動力［Ｎ］、ｆ_ext ：外乱［Ｎ］ 図３に示す定盤を含めたＸＹステージのモデルに対する
位置決めの制御ループは図４のように構成される。図４
において、８は位置検出変換手段、９は位置制御系の特
性改善用の補償器、１０は電力増幅器、１１は多極リニ
ア直流モータをアクチュエータとしたときの推力定数で
あり、１２は後で説明する定盤加速度フィードバック回
路である。ここで、位置検出変換手段８には、位置検出
器としての例えばレーザ干渉器と偏差カウンタが含まれ
る。また、破線で囲んだ領域１３は数１式の表現であ
り、定盤を含めたＸＹステージのモデルすなわち制御対
象である。

【０００８】次に、図４を参照して動作を説明をする。
まず、位置（ｘ₁ −ｘ₂ ）を検出し、目標位置ｘ₀ との
偏差であるｘ₀ −（ｘ₁ −ｘ₂ ）に対して位置検出変換
手段８の位置ゲインＫ_P が乗ぜられ、さらに位置制御系
の特性改善を図る補償器９を通って電力増幅器１０を励
磁する。すると、アクチュエータの推力定数Ｋ_tによる
変換を通して駆動力ｆを発生しＸＹステージ１を位置決
め駆動する。

【０００９】なお、位置のフィードバック検出が（ｘ₁
−ｘ₂ ）となる理由は、位置検出変換手段８のレーザ干
渉計が通常の場合は除振台７に設置されるからである。
また、図４の場合、位置制御系の制御特性改善用の補償
器９はＰＩＤ補償器であり、周知のようにＰは比例動
作、Ｉは積分動作、Ｄは微分動作、を意味する。なお、
図４で使用している記号の意味と次元を次に示す。

【００１０】Ｋ_P ：位置ゲイン［Ｖ／ｍ］、Ｆ_x ：Ｐ動
作ゲイン［Ｖ／Ｖ］、 Ｆ_i ：Ｉ動作ゲイン［Ｖ／Ｖｓ］、Ｆ_V ：Ｄ動作ゲイン
［Ｖｓ／Ｖ］、 Ｋ_i ：電力増幅器のゲイン［Ａ／Ｖ］、Ｔ_d ：電力増幅
器の時定数［ｓ］、 Ｋ_t ：推力定数［Ｎ／Ａ］、 Ａ：定盤加速度フィードバック回路のゲイン［Ｖ／ｍ／
ｓ² ］ Ｔ_a ：定盤加速度フィードバック回路の時定数［ｓ］ さて、図４を参照して、外乱ｆ_ext から位置（ｘ₁ −ｘ
₂ ）までの応答を、定盤加速度フィードバック回路１２
のゲインがＡ＝０とＡ≠０の場合とで比較すると、Ａ＝
０で定盤加速度フィードバック回路１２が無い場合に
は、数２式となる。

【００１１】

【数２】

【００１２】一方、Ａ≠０で定盤加速度フィードバック
回路１２を挿入した場合には数３式となる。

【００１３】

【数３】

【００１４】数３式において、外乱ｆ_ext からの応答を
考える。外乱ｆ_ext から位置（ｘ₁−ｘ₂ ）までの伝達
関数の分子多項式は数４式で示される。

【００１５】

【数４】

【００１６】したがって、定盤加速度フィードバック回
路１２のゲインＡを数５式のように設定すれば、外乱ｆ
_ext からの応答を低周波数でかなり低減させることが可
能となる。

【００１７】

【数５】

【００１８】整理すると、Ａ＝０で定盤加速度フィード
バックが無い場合とそのフィードバックゲインを数５式
の意味で最適設定した場合とで、外乱ｆ_ext から位置
（ｘ₁−ｘ₂ ）までの伝達関数を比較すると数６式と数
７式のようになる。

【００１９】

【数６】定盤加速度フィードバックが無い場合（Ａ＝
０）

【００２０】

【数７】定盤加速度フィードバックのゲインを数５式の
意味で最適設定した場合

【００２１】数６式及び数７式の分子多項式をみると、
数６式の次数は数７式のそれよりも一次低いことが了解
される。また、数値解析及び周波数応答の実測結果よ
り、定盤加速度フィードバック回路の有無で位置制御系
の特性方程式の主要な根がほとんど変化しないことがわ
かっている。すなわち、数６式と式数７式の分母多項式
の主要な根はほぼ同一である。したがって、数６式と式
数７式の分子多項式の次数を比較して、定盤加速度フィ
ードバック回路１２のゲインを数５式の意味で最適設定
することにより、低周波数の応答は定盤加速度フィード
バック回路１２が無い場合に比較してより抑圧できる。
すなわち、定盤加速度フィードバック回路１２は外乱に
対するゼローイングの効果を有する。

【００２２】さて、外乱の入力に対するゼローイングを
実現する制御手法として、前述した定盤加速度フィード
バック以外に外乱オブザーバを制御ループに組み込むこ
とが知られている。図５は外乱オブザーバの一般的な説
明図である。図５（ａ）においてｕは入力、ｄは外乱、
ｘは制御対象１４の出力をそれぞれ表す。図５（ｂ）は
外乱オブザーバの原理的な構成であり、制御対象に対す
る入力ｕと制御対象１４状態量の１つである出力ｘを計
測して外乱オブザーバ１５に導き、制御対象１４の入力
側に加えられている外乱ｄをｄ′として推定するように
なっている。より具体的には、図６に示すように制御対
象の出力ｘを制御対象Ｇ（ｓ）の逆システムＧ_n ^-1
（ｓ）に導き、この出力から制御対象に加えられた入力
ｕを差し引くことによって外乱ｄの推定値ｄ′を得てい
る。勿論、逆システムＧ_n ^-1 （ｓ）の伝達関数の実現に
当たってはプロパーとなるように適切なフィルタリング
が施される。但し、Ｇ_n （ｓ）は制御対象Ｇ（ｓ）の公
称モデルを表す。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】さて、図５（ａ）のよ
うに、制御対象１４の入力側に印加される外乱ｄに対し
ては、図５（ｂ）の如き外乱オブザーバ１５を構成して
外乱の推定値ｄ′を取得し、この推定値ｄ′を真の外乱
ｄを打ち消すようにフィードバックすることによって外
乱ｄが制御性能に及ぼす影響を無くすことができる。し
かしながら、図５（ｃ）に示すように、制御対象１４の
入力側の外乱ｄのみならず出力側にも外乱ｘ_d が存在
し、かつ制御対象の出力ｘと外乱ｘ_d との加算値である
ｘ_s しか入力ｕとともに観測できない場合においては、
どのようになるのであろうか。このとき、図５（ｃ）の
ような外乱オブザーバを構成すると、観測値ｘ_s が含ま
れているので、推定値ｄ′には大きな誤差が入り込む。
したがって、図５（ｃ）の構成による外乱推定オブザー
バの出力をフィードバックしたときには、力性の外乱ｄ
のキャンセルが十分行えないのである。

【００２４】これをＸＹステージの位置決めに照らして
説明すれば、ＸＹステージ１と微動ステージ２、及びそ
れらを搭載し図示していない除振装置とから成る図２の
ような位置決め機構に対して外乱オブザーバの実現を図
る場合、ＸＹステージ１のアクチュエータである多極リ
ニア直流モータへの入力信号と、レーザ干渉計を使った
位置検出変換手段８の出力によるステージ位置信号の２
つを外乱オブザーバへの入力とすることになる。先にも
述べたように、位置検出変換手段８の信号中には、ＸＹ
ステージ１自身の真の位置信号に加えてＸＹステージ１
上に搭載した微動ステージ２が動作することに原因した
外乱成分も含まれる。したがって、多極リニア直流モー
タへの入力信号と、レーザ干渉計の計測値とが取得で
き、かつＸＹステージ１の正確な逆システムが得られた
としても、ＸＹステージ１への力性の外乱を精度良く推
定することはできない。すなわち、図５（ｃ）の如き構
成になってしまうのである。従って、外乱の推定値をフ
ィードバックして閉ループと成した場合には、微動ステ
ージ２自身の微小な振動が外乱オブザーバを通ったフィ
ードバックによってＸＹステージ１を駆動するのでこれ
を無意味に振動させるという問題を惹起している。

【００２５】実験によれば、図５（ｃ）のタイプの外乱
オブザーバを採用したとき、位置決め時間の性能指標は
従来の定盤加速度フィードバックを採用した場合と同等
であるが、位置決め精度の指標は定盤フィードバック投
入時に比べて劣化することが確認されている。

【００２６】一方、従来の定盤加速度フィードバックも
産業応用上、次のような問題点が指摘されている。すな
わち、定盤加速度フィードバックの実現に当たって使
用される高感度の加速度センサ、例えばサーボ式の加速
度センサは高価である、サーボ式加速度センサは機械
的衝撃に対して脆弱であるため、装置の搬入搬出、ある
いは加速度センサ自身の取付けや取外し作業においては
慎重な対処が求められ煩雑の極みである、等の問題であ
る。

【００２７】そこでこのような定盤加速度フィードバッ
クの欠点を克服するために、センサレスの外乱オブザー
バを採用したいのであるが、図５（ｃ）の如き単純な構
成では定盤加速度フィードバックに代替する性能を得る
ことが困難である。

【００２８】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、ステージ制御装置において、より精度の高
い外乱オブザーバを実現することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明のステージ制御装置は、除振手段が設けられた除
振台と、この除振台上に搭載され、かつ自身は微小位置
決め用の微動ステージを搭載して、与えられた目標位置
へ位置決めされる大ストローク移動用のＸＹステージ
と、このＸＹステージを駆動させるリニア直流モータ
と、前記ＸＹステージの位置を検出し前記目標位置との
偏差信号に変換する位置検出変換手段と、この偏差信号
に基づき、適当な補償が加えられた指令電圧を前記リニ
ア直流モータに出力する手段と、前記リニア直流モータ
のコイルに生じる逆起電力を検出する手段と、前記指令
電圧と前記逆起電力とに基づいて外乱量を検出する外乱
オブザーバ手段と、この外乱量を打ち消すように前記指
令電圧に対してフィードバックする手段とを具備するこ
とを特徴とする。

【００３０】前記逆起電力検出手段は例えば、前記リニ
ア直流モータのコイルと同数の、コイルに生じる逆起電
力を検出する逆起電力検出回路と、各逆起電力検出回路
の出力を正転及び反転させて同時に出力する正転反転手
段と、与えられた移動方向判別信号に応じて前記正転反
転手段の各正転及び反転出力のいずれか一方を選択して
出力する逆起電力信号極性選択手段と、与えられたコイ
ル選択信号に応じて前記逆起電力信号極性選択手段の各
出力を選択的に出力する逆起電力信号コイル選択手段
と、与えられた駆動判別信号に応じて前記逆起電力信号
コイル選択手段の各出力をシャントするシャントスイッ
チ手段と、前記逆起電力信号コイル選択手段の各出力を
すべて加算する加算器とを備えている。

【００３１】

【作用】従来の定盤加速度フィードバックを使った外乱
ゼローイングによってＸＹステージの位置決め時間は確
実に短縮できるが、高価な加速度センサの使用はコスト
上昇を招き、且つ機械的衝撃に弱い加速度センサの使用
に当たっては最新の注意を払わねばならないという欠点
があった。そこで、外乱オブザーバのように加速度セン
サを使用しない、すなわちセンサレスの外乱ゼローイン
グ技術が望まれていたのである。しかしながら、図２の
ようにＸＹステージ１上に負荷となる微動ステージ２が
搭載されているような位置決め機構においては、制御対
象であるＸＹステージ１の入力側のみならず出力側にも
外乱が存在することになり、従来の方法に基づく外乱オ
ブザーバの構成を採用しても外乱の相殺を十分行うこと
が不可能であるのみならず、制御ループの安定性を損な
う結果も招来していたのである。

【００３２】本発明では、定盤加速度フィードバックの
欠点を解消するためにセンサレスで外乱量を検出する外
乱オブザーバを採用するが、従来とは異なりＸＹステー
ジ１を駆動するリニア直流モータのコイル列から外乱オ
ブザーバへの１つの入力情報を取得するように構成して
いる。具体的には、ＸＹステージ駆動用のリニア直流モ
ータのコイル自身が駆動力を発生するアクチュエータで
あると同時に物理的な状態量のセンサとしての役割も持
たせられることに注目したものである。すなわち、リニ
ア直流モータでＸＹステージを駆動したとき、コイル列
には移動速度に比例した逆起電力が発生するが、これを
適切に信号処理するとリニア直流モータの駆動部位での
速度が検出できる。この速度信号にはＸＹステージ１の
上に搭載された微動ステージ２の動きに原因する成分は
混入していない、あるいは混入量は僅少とみなせる。故
に、逆起電力検出による速度と多極リニア直流モータへ
の指令電圧の二つを入力とする外乱オブザーバが構成で
き、その出力をフィードバックすることによりＸＹステ
ージ１の高速移動に原因した外乱を効果的にゼローイン
グされる。

【００３３】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るステージ制御
装置の構成を示すブロック図である。図１において、１
６は多極リニア直流モータの逆起電力から駆動力発生部
位の速度を検出する逆起電力検出手段である。図７は逆
起電力検出手段１６の構成を示すブロック図である。

【００３４】まず、図７を参照して逆起電力検出手段１
６の構成と動作原理から説明する。図７において１７ａ
〜１７ｆは多極リニア直流モータの各コイルＣ１〜Ｃ６
で発生する逆起電力を推定する逆起電力検出回路であ
る。この回路構成については、文献『橋谷、岡田、永
井：センサレス能動制振の研究（動電アクチュエータに
よる速度推定と制御）、日本機械学会誌文集Ｃ、５８巻
５５４号、ｐｐ．２９１２−ｐｐ．２９１７』に詳しく
述べられているが、逆起電力検出の原理を簡単に説明す
る。図８はコイル１相を用いた場合の逆起電力検出の原
理を説明するための説明図である。この場合、数８式の
回路方程式が成立する。

【００３５】

【数８】 ただし、記号の意味は以下の通りである。

【００３６】ｅ：コイル両端電圧［Ｖ］、ｅ_b ：逆起電
力［Ｖ］、 Ｒ：コイルの抵抗［Ω］、Ｌ：コイルのインダクタンス
［Ｈ］、 ｉ：コイルに流れる電流［Ａ］ ここで、コイルに流れる電流ｉを検出する抵抗ｒの両端
電圧ｅ_i はｅ_i ＝ｒｉとなる。したがって、数８式は数
９式のように変形できる。

【００３７】

【数９】

【００３８】ここで、逆起電力ｅ_b は移動物体の速度ｖ
に比例し、その比例係数をｋ_b とおけば、ｅ_b ＝ｋ_b ｖ
となる。したがって、速度ｖは次の数１０式の演算を施
すことによって求められる。

【００３９】

【数１０】

【００４０】すなわち、逆起電力検出回路１７ａ〜１７
ｆは、コイルＣ１〜Ｃ６それぞれに対して数１０式の演
算を実現するものとなる。但し、数１０式中にはｅ_i に
対する純粋な微分演算を含むが、実現に当たっては周波
数帯域を考慮して疑似微分すればよい。

【００４１】さて、再び図７を参照して、逆起電力検出
回路１７ａ〜１７ｆは多極リニア直流モータのコイル数
だけ備えられ、それらの出力は正転反転手段１８に導か
れる。ここでは、逆起電力検出回路１７ａ〜１７ｆの直
流出力と反転出力とを取得する。さらに、正転反転手段
１８の出力は、多極リニア直流モータによって推進され
る物体の移動方向判別信号ＤＩＲによって直接出力と反
転出力のどちらか一方を選択する機能を持つ逆起電力信
号極性選択手段１９に導かれ、続いて各コイルごとの逆
起電力信号極性選択手段１９の出力はコイル選択信号Ｓ
１〜Ｓ６によって制御される逆起電力信号コイル選択手
段２０に導かれる。この出力信号は、多極リニア直流モ
ータによって正に推進力を発生しているコイルの逆起電
力であり、かつ移動方向に応じた極性を有する信号とな
っている。最後に、多極リニア直流モータのコイル毎の
逆起電力信号コイル選択手段２０の出力信号は、加算器
２１に導かれている。すなわち、コイル毎の逆起電力信
号コイル選択手段２０の出力はすべて加算されて多極リ
ニア直流モータとしての１つの速度信号となる。なお、
加算器２１に対する入力抵抗には駆動判別信号ＤＲＶに
よって制御されるシャントスイッチ手段２２が接続され
ているが、これは加算器２１に出力を出さないようにす
るためのものである。以上のように構成すると、多極リ
ニア直流モータのコイルＣ１〜Ｃ６から逆起電力信号、
すなわち速度が検出できる。

【００４２】図１に示すように、この逆起電力検出手段
１６の出力は、多極リニア直流モータの電力増幅器１０
への入力信号とともに、外乱オブザーバ１５に入力され
る。外乱オブザーバの構成は既知であり、例えば文献
『大西：メカトロニクスにおける新しいサーボ技術、電
気学会論文誌Ｄ、Ｖｏｌ．１０７、Ｎｏ．１、ｐｐ．８
３−ｐｐ．８６（１９８７）』に詳述されているので、
ここでは割愛する。外乱オブザーバ１５の出力は補償器
９の出力と加算され、電力増幅器１０へ入力される。

【００４３】このように構成することにより、ＸＹステ
ージ１の高速移動によって除振台が揺らされ、これに原
因したＸＹステージ１の位置決め時間と位置決め精度の
劣化を抑圧することができる。しかも、センサレスの制
御によって、定盤加速度フィードバックを採用した場合
と同等の性能が得られる。

【００４４】なお、本実施例では、ＸＹステージを駆動
する多極リニア直流モータの固定側に設けたコイルに発
生する逆起電力を検出してＸＹステージの駆動力発生部
位における速度を生成し、この速度信号を１つの入力信
号とする外乱オブザーバを構成した。この外乱オブザー
バの出力をフィードバックすることによってＸＹステー
ジに加わる外乱は効果的にゼローイングされる。しか
し、固定側に設けたコイル列の間に速度検出専用のコイ
ル列を別に埋め込み、これの出力を利用して外乱オブザ
ーバを構成してもよい。あるいは、永久磁石を有する可
動子側に速度検出用のコイルを設けて速度検出を行い、
この出力を１つの入力とする外乱オブザーバを構成して
もよい。

【００４５】また、ＸＹステージが多極リニア直流モー
タによって駆動される場合を示したが、単極のリニア直
流モータの場合でも、コイルから速度検出を行い、その
検出信号を利用した外乱オブザーバを構成できることは
言うまでもない。

【００４６】さらに、図１の実施例ではアナログ演算回
路で制御系を構成しているが、このうちの一部もしくは
全部を電子計算機のようなディジタル演算装置で起き換
えてもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、駆
動力発生用のリニア直流モータのコイル自身から速度検
出を行い、この速度信号とリニア直流モータへの指令電
圧の双方を入力信号とした外乱オブザーバを備えるよう
にしたため、この外乱オブザーバにより、正にＸＹステ
ージの駆動力発生部位において相殺すべき外乱量を得、
これをフィードバックすることができる。すなわち、従
来のようにＸＹステージの位置決め用位置検出器である
レーザ干渉計の出力信号を外乱オブザーバの１つの入力
信号としていた場合には、ＸＹステージに搭載される微
動ステージの位置決めのための動きや不要な振動をもＸ
Ｙステージの高速移動に伴う外乱とともに検出してしま
うため、外乱オブザーバの出力をフィードバックして外
乱相殺を図ると微動ステージに起因した振動成分のフィ
ードバックによってＸＹステージが無意味に動かされて
しまい、結果としてＸＹステージの位置決め特性を向上
させることができなかった。しかし、本発明によれば微
動ステージに原因した振動は外乱オブザーバの出力に現
れない。つまり、微動ステージに原因する局所的な振動
とは無関係に、ＸＹステージ全体を励振する外乱そのも
のを推定し、これを相殺することが可能となる。したが
って、定盤加速度フィードバックと等価な制御性能を加
速度センサ無しで実現することが可能となり装置全体の
コストを低減できるという効果がある。

【００４８】また、従来の定盤加速度フィードバックに
よれば加速度センサを取りつける物理的空間を確保せね
ばならないが、本発明によればセンサレスとなるので加
速度センサの取付け場所は不要となり、結果として装置
全体をコンパクトに設計できる利点も生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るステージ制御装置の
ブロック図である。

【図２】 位置決め機構の一例を示す斜視図である。

【図３】 定盤に搭載されたＸＹステージ水平１軸方向
の力学モデルを示すブロック図である。

【図４】 図３のモデルに対する位置制御系の制御ブロ
ック図である。

【図５】 従来の外乱オブザーバの説明図である。

【図６】 従来の外乱オブザーバの構成図である。

【図７】 図１の装置における逆起電力検出手段のブロ
ック図である。

【図８】 コイル１相を用いた逆起電力検出の原理説明
図である。

【符号の説明】

１ａ：Ｘステージ、１ｂ：Ｙステージ、２：微動ステー
ジ，３：半導体ウエハ、４：定盤、５Ｒ，５Ｌ：移動
子、６Ｒ，６Ｌ：多極リニア直流モータのコイル列、
７：除振台、８：位置検出変換手段、９：補償器、１
０：電力増幅器、１１：推力定数、１２：定盤加速度フ
ィードバック回路、１３：定盤を含めたＸＹステージの
モデル、１４：制御対象、１５：外乱オブザーバ、１
６：逆起電力検出手段、１７ａ〜１７ｆ：逆起電力検出
回路、１８：正転反転手段、１９：逆起電力信号極性選
択手段、２０：逆起電力信号コイル選択手段、２１：加
算器、２２：シャントスイッチ手段、Ｓ１〜Ｓ６：コイ
ル選択信号、ＤＩＲ：移動方向判別信号、Ｃ１〜Ｃ６：
コイル、ＤＲＶ：駆動判別信号、ｒ１〜ｒ６：コイルＣ
１〜Ｃ６の電流検出抵抗。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 101 H02P 5/00 G12B 5/00 H01L 21/027 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 除振手段が設けられた除振台と、この除
   振台上に搭載され、かつ自身は微小位置決め用の微動ス
   テージを搭載して、与えられた目標位置へ位置決めされ
   る大ストローク移動用のＸＹステージと、このＸＹステ
   ージを駆動させるリニア直流モータと、前記ＸＹステー
   ジの位置を検出し前記目標位置との偏差信号に変換する
   位置検出変換手段と、この偏差信号に基づき、適当な補
   償が加えられた指令電圧を前記リニア直流モータに出力
   する手段と、前記リニア直流モータのコイルに生じる逆
   起電力を検出する手段と、前記指令電圧と前記逆起電力
   とに基づいて外乱量を検出する外乱オブザーバ手段と、
   この外乱量を打ち消すように前記指令電圧に対してフィ
   ードバックする手段とを具備することを特徴とするステ
   ージ制御装置。
2. 【請求項２】 前記逆起電力検出手段は、 前記リニア直流モータのコイルと同数の、コイルに生じ
   る逆起電力を検出する逆起電力検出回路と、 各逆起電力検出回路の出力を正転及び反転させて同時に
   出力する正転反転手段と、 与えられた移動方向判別信号に応じて前記正転反転手段
   の各正転及び反転出力のいずれか一方を選択して出力す
   る逆起電力信号極性選択手段と、 与えられたコイル選択信号に応じて前記逆起電力信号極
   性選択手段の各出力を選択的に出力する逆起電力信号コ
   イル選択手段と、 与えられた駆動判別信号に応じて前記逆起電力信号コイ
   ル選択手段の各出力をシャントするシャントスイッチ手
   段と、 前記逆起電力信号コイル選択手段の各出力をすべて加算
   する加算器とを備えていることを特徴とする請求項１項
   記載のステージ制御装置。