JP3448733B2 - Linear actuator mechanism in vacuum - Google Patents

Linear actuator mechanism in vacuum

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JP3448733B2
JP3448733B2 JP15832099A JP15832099A JP3448733B2 JP 3448733 B2 JP3448733 B2 JP 3448733B2 JP 15832099 A JP15832099 A JP 15832099A JP 15832099 A JP15832099 A JP 15832099A JP 3448733 B2 JP3448733 B2 JP 3448733B2
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linear
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真 原田
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、減圧雰囲気中、高
真空、あるいはある一定圧力の不活性ガス雰囲気中にお
いて、ガラス等のワークに対して加工を行うために密封
チャンバ内に配置されてワークを少なくとも一軸方向に
駆動する真空内リニアアクチュエータ機構に関する。本
発明による真空内リニアアクチュエータ機構は、特にガ
ラス等の基板にレーザアニーリングを行うようなレーザ
加工装置に適している。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a work, which is placed in a sealed chamber for processing a work such as glass in a reduced pressure atmosphere, a high vacuum, or an inert gas atmosphere having a certain constant pressure. about the vacuum linear actuator Organization for driving in at least one direction. The in-vacuum linear actuator mechanism according to the present invention is particularly suitable for a laser processing apparatus that performs laser annealing on a substrate such as glass.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ加工装置に用いられるワーク位置
決め用のX−Yステージ装置では、広い加工範囲(スト
ローク)を有すること並びに、加速・減速時及び高速運
動時を含めた運動精度がストローク内で変化の無いこと
が要求される。
2. Description of the Related Art An XY stage device for positioning a workpiece used in a laser processing device has a wide processing range (stroke) and has a high motion accuracy within a stroke including acceleration / deceleration and high speed motion. No change is required.

【0003】この種のX−Yステージ装置の一例を、大
気圧で使用されるタイプのものについて図7を参照して
説明する。図7において、このX−Yステージ装置は、
サーボモータ61とボールねじ62とを組み合わせたX
軸ステージ60に、サーボモータ71とボールねじ72
とを組み合わせたY軸ステージ70を積み上げるように
構成している。ボールねじ62には、図示していない
が、その回転によりX軸方向に駆動される被駆動部材が
組み合わされており、この被駆動部材にY軸ステージ7
0が搭載された構成となっている。そして、Y軸ステー
ジ70のボールねじ72にはトッププレート80が組み
合わされ、ボールねじ72の回転によりトッププレート
80がY軸方向に駆動される。結果として、X軸ステー
ジ60とY軸ステージ70との組み合わせにより、トッ
ププレート80はX軸方向及びY軸方向に駆動される。
An example of this type of XY stage device of the type used at atmospheric pressure will be described with reference to FIG. In FIG. 7, this XY stage device is
X combining servo motor 61 and ball screw 62
The axis stage 60 includes a servo motor 71 and a ball screw 72.
The Y-axis stage 70 that is a combination of the above and the above is configured to be stacked. Although not shown, the ball screw 62 is combined with a driven member that is driven in the X-axis direction by its rotation, and this driven member is combined with the Y-axis stage 7.
0 is installed. Then, the top plate 80 is combined with the ball screw 72 of the Y-axis stage 70, and the top plate 80 is driven in the Y-axis direction by the rotation of the ball screw 72. As a result, the combination of the X-axis stage 60 and the Y-axis stage 70 drives the top plate 80 in the X-axis direction and the Y-axis direction.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】トッププレート80の
位置制御方式としては、サーボモータ61、71のそれ
ぞれに設けられたエンコーダ63、73からの回転検出
信号に基づいてトッププレート80のX軸方向、Y軸方
向に関する位置を検出し、これを目標値と一致するよう
に制御するセミクローズドループ位置制御方式が採用さ
れている。しかし、この方式では、ボールねじ部分の剛
性やバックラッシュの影響がフィードバックされないた
めに、トッププレート80の位置に誤差が生じる。
As a position control method of the top plate 80, the X axis direction of the top plate 80 based on the rotation detection signals from the encoders 63 and 73 provided in the servo motors 61 and 71, respectively, A semi-closed loop position control system is adopted in which the position in the Y-axis direction is detected and controlled so as to match the target value. However, in this method, the rigidity of the ball screw portion and the influence of backlash are not fed back, so that an error occurs in the position of the top plate 80.

【0005】このため、上記の方式に代えて、トッププ
レート80の位置を直接検出してフィードバックするフ
ルクローズドループ位置制御方式が採用される場合もあ
る。しかし、この方式では高速移動時のボールねじ部分
の振動による制御ループの安定性が確保できず、応答性
をあげられないという問題がある。
Therefore, instead of the above method, a full closed loop position control method may be adopted in which the position of the top plate 80 is directly detected and fed back. However, this method has a problem that the stability of the control loop due to the vibration of the ball screw portion at the time of high speed movement cannot be ensured and the responsiveness cannot be improved.

【0006】更に、通常は位置決め分解能を確保するた
めに、ボールねじのリードを小さくすることが行われ
る。この場合、サーボモータの回転に応じた移動距離が
小さくなり、高速性が失われる。逆に、高速性を確保し
ようとすれば、ボールねじのリードを大きくする必要が
ある。この場合、サーボモータの回転に応じた移動距離
が大きくなり、精度を確保することが困難となる。この
ため、高精度の位置決めと高速応答性を両立することが
困難である。
Further, in order to secure the positioning resolution, the lead of the ball screw is usually made small. In this case, the movement distance according to the rotation of the servo motor becomes small, and high speed performance is lost. On the contrary, in order to secure high speed, it is necessary to increase the lead of the ball screw. In this case, the moving distance becomes large according to the rotation of the servo motor, and it becomes difficult to ensure accuracy. Therefore, it is difficult to achieve both high-precision positioning and high-speed response.

【0007】そこで、本発明の課題は、従来のステージ
に比べ大ストロークを実現し、高速・高精度位置決め及
び高い軌跡追従精度を実現することのできる真空内リニ
アアクチュエータ機構を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a vacuum linear actuator mechanism which can realize a large stroke as compared with a conventional stage, and can realize high-speed and high-accuracy positioning and high trajectory following accuracy.

【0008】本発明はまた、大気圧から1.0×10-6
Torrまでの雰囲気下で使用可能な真空内リニアアク
チュエータ機構を提供することにある。
The present invention also relates to atmospheric pressure from 1.0 × 10 -6.
It is to provide a linear actuator mechanism in a vacuum that can be used in an atmosphere up to Torr.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明による真空内リニ
アアクチュエータ機構は、真空チャンバ内に配置されて
ワークを搭載するためのステージを駆動するための駆動
源と、前記ステージの移動を案内するための案内機構
と、前記ステージの位置を検出するための位置検出手段
と、該位置検出手段からの位置検出値と位置の制御量目
標値とから前記駆動源への指令値を算出する位置制御器
を含んで、前記駆動源をフィードバック制御系にて制御
するための制御装置とを備え、前記駆動源として、前記
ステージをX軸用リニアモータによりX軸方向に駆動す
るためのX軸駆動機構と、前記ステージをY軸用リニア
モータによりY軸方向に駆動するためのY軸駆動機構と
を含み、前記ステージは、前記X軸駆動機構により駆動
されるX軸ベースに搭載され、前記X軸駆動機構及び前
記X軸ベースが、前記Y軸駆動機構により駆動されるY
軸ベースに搭載され、前記位置検出手段として、前記X
軸ベースの位置を検出するためのX軸リニアエンコーダ
と、前記Y軸ベースの位置を検出するためのY軸リニア
エンコーダとを有し、前記ステージには加熱用のヒータ
が配設されており、前記ステージと前記X軸ベースとの
間、前記X軸リニアモータ、前記第1、第2のY軸リニ
アモータ、前記X軸リニアエンコーダ、前記Y軸リニア
エンコーダにはそれぞれ、水冷手段が組み合わされてい
ことを特徴とする。
Vacuum linear actuator mechanism according to the present invention SUMMARY OF THE INVENTION guides a driving source for driving movement of the stage for being placed in a vacuum chamber equipped with a workpiece, the movement of the stage Guide mechanism, position detection means for detecting the position of the stage, and position control for calculating a command value to the drive source from a position detection value from the position detection means and a position control amount target value. And a control device for controlling the drive source with a feedback control system , and the drive source includes :
The stage is driven in the X-axis direction by the X-axis linear motor.
X-axis drive mechanism and Y-axis linear drive
A Y-axis drive mechanism for driving the motor in the Y-axis direction
And the stage is driven by the X-axis drive mechanism.
Mounted on the X-axis base, the X-axis drive mechanism and the front
The X-axis base is driven by the Y-axis drive mechanism.
It is mounted on an axis base, and as the position detecting means, the X
X-axis linear encoder for detecting axis-based position
And a Y-axis linear for detecting the position of the Y-axis base
An encoder and a heater for heating the stage.
Of the stage and the X-axis base
Between the X-axis linear motor and the first and second Y-axis linear motors.
Motor, the X-axis linear encoder, the Y-axis linear
Each encoder has a combination of water cooling means.
Characterized in that that.

【0011】本真空内リニアアクチュエータ機構におけ
る前記案内機構は、前記Y軸ベースに設けられて前記X
軸ベースを案内するためのX軸リニアベアリングと、ス
テージベースに設けられて前記Y軸ベースを案内するた
めのY軸リニアベアリングとを含む
In this vacuum linear actuator mechanism
The guide mechanism is provided on the Y-axis base and is attached to the X-axis base.
X-axis linear bearing for guiding the shaft base,
It is provided on the ledge base to guide the Y-axis base.
Y-axis linear bearing for

【0012】前記制御装置は、前記X軸駆動機構をフィ
ードバック制御系にて制御するためのX軸フィードバッ
ク制御部を有し、該X軸フィードバック制御部は、X軸
用の前記位置制御器からの制御量指令値を2次低域通過
型フィルタにてフィルタリングした制御量推定値と、前
記X軸用リニアモータ及び負荷を擬似した制御対象の逆
モデル及び2次低域通過型フィルタにて前記X軸リニア
エンコーダからの位置検出値より推定した実推力推定値
との差分を推定外乱力として推定する外乱オブザーバ
と、前記推定外乱力を前記制御量指令値から減算するこ
とで外乱を補償する減算器とから成る外乱補償器を含
The controller controls the X-axis drive mechanism.
X-axis feedback for controlling the feedback control system
And an X-axis feedback control unit,
For the control amount command value from the position controller for the secondary low-pass
Of the control amount estimated by the type filter
Inverse of the control target simulating the X-axis linear motor and load
X-axis linear with model and second-order low-pass filter
Estimated actual thrust value estimated from the position detection value from the encoder
Disturbance observer that estimates the difference between
And subtracting the estimated disturbance force from the control amount command value.
It includes a disturbance compensator consisting of a subtractor that compensates the disturbance with
Mu .

【0013】本真空内リニアアクチュエータ機構におけ
る前記Y軸駆動機構は、互いに平行に配設された一対の
第1、第2の前記Y軸用リニアモータを有し、該第1、
第2のY軸用リニアモータに対応して一対の第1、第2
のY軸リニアエンコーダが設けられ、前記制御装置は更
に、前記Y軸駆動機構をフィードバック制御系にて制御
するためのY軸フィードバック制御部と、前記Y軸ベー
スのZ軸回りの回転量を制御するためのθ軸フィードバ
ック制御部とを有し、前記Y軸フィードバック制御部
は、前記第1、第2のY軸用リニアエンコーダからの第
1、第2の位置検出値の平均値を算出する手段と、Y軸
制御量目標値と前記平均値との間の第1の差を算出する
第1の減算手段と、前記第1の差に基づいてY軸の制御
量指令値を推定するY軸位置制御器とを含み、前記θ軸
フィードバック制御部は、前記第1、第2の位置検出値
との間の第2の差を算出する第2の減算手段と、θ軸制
御量目標値と前記第2の差との間の第3の差を算出する
第3の減算手段と、前記第3の差に基づいてθ軸の制御
量指令値を推定するθ軸位置制御器とを含み、前記Y軸
フィードバック制御部は更に、前記Y軸の制御量指令値
と前記θ軸の制御量指令値との間の差を算出して前記第
1のY軸用リニアモータに指令値として出力する第4の
減算手段を有し、前記θ軸フィードバック制御部は更
に、前記θ軸の制御量指令値と前記Y軸の制御量指令値
とを加算して前記第2のY軸用リニアモータに指令値と
して出力する加算手段を有する
In this vacuum linear actuator mechanism,
The Y-axis drive mechanism is a pair of Y-axis drive mechanisms arranged in parallel with each other.
The first and second Y-axis linear motors are provided, and the first and second Y-axis linear motors are provided.
A pair of first and second pairs corresponding to the second Y-axis linear motor.
Y-axis linear encoder is installed and the controller is
The Y-axis drive mechanism is controlled by a feedback control system.
And a Y-axis feedback control unit for
Θ-axis feed bar for controlling the amount of rotation of the device around the Z-axis
And a Y-axis feedback control unit.
Is the first from the first and second Y-axis linear encoders.
Means for calculating the average value of the first and second position detection values, and the Y-axis
Calculate a first difference between the controlled variable target value and the average value
First subtraction means and Y-axis control based on the first difference
A Y-axis position controller for estimating a quantity command value,
The feedback control unit controls the first and second position detection values.
A second subtraction means for calculating a second difference between
Calculating a third difference between the control target value and the second difference
Third subtraction means and control of the θ axis based on the third difference
A Y-axis position controller for estimating a quantity command value,
The feedback control unit further controls the Y-axis control amount command value.
And a control amount command value for the θ-axis is calculated to calculate the difference
4th which outputs as a command value to the 1st Y-axis linear motor
Subtraction means, the θ-axis feedback control unit is
, The θ-axis control amount command value and the Y-axis control amount command value
And is added to the second Y-axis linear motor to obtain a command value.
It has an adding means for outputting .

【0014】本発明の別の形態による真空内リニアアク
チュエータ機構は、真空チャンバ内に配置されてワーク
を搭載するためのステージを駆動するための駆動源と、
前記ステージの移動を案内するための案内機構と、前記
ステージの位置を検出するための位置検出手段と、該位
置検出手段からの位置検出値と位置の制御量目標値とか
ら前記駆動源への指令値を算出する位置制御器を含ん
で、前記駆動源をフィードバック制御系にて制御するた
めの制御装置とを備え、前記駆動源として、前記ステー
ジをX軸用リニアモータによりX軸方向に駆動するため
のX軸駆動機構と、前記ステージをY軸用リニアモータ
によりY軸方向に駆動するためのY軸駆動機構とを含
み、前記ステージは、前記X軸駆動機構により駆動され
るX軸ベースに搭載され、前記X軸駆動機構及び前記X
軸ベースが、前記Y軸駆動機構により駆動されるY軸ベ
ースに搭載され、前記Y軸駆動機構は、互いに平行に配
設された一対の第1、第2の前記Y軸用リニアモータを
有し、該第1、第2のY軸用リニアモータに対応して一
対の第1、第2のY軸リニアエンコーダが設けられ、前
記制御装置は更に、前記Y軸駆動機構をフィードバック
制御系にて制御するためのY軸フィードバック制御部
と、前記Y軸ベースのZ軸回りの回転量を制御するため
のθ軸フィードバック制御部とを有し、前記Y軸フィー
ドバック制御部は、前記第1、第2のY軸用リニアエン
コーダからの第1、第2の位置検出値の平均値を算出す
る手段と、Y軸制御量目標値と前記平均値との間の第1
の差を算出する第1の減算手段と、前記第1の差に基づ
いてY軸の制御量指令値を推定するY軸位置制御器とを
含み、前記θ軸フィードバック制御部は、前記第1、第
2の位置検出値との間の第2の差を算出する第2の減算
手段と、θ軸制御量目標値と前記第2の差との間の第3
の差を算出する第3の減算手段と、前記第3の差に基づ
いてθ軸の制御量指令値を推定するθ軸位置制御器とを
含み、前記Y軸フィードバック制御部は更に、前記Y軸
の制御量指令値と前記θ軸の制御量指令値との間の差を
算出して前記第1のY軸用リニアモータに指令値として
出力する第4の減算手段を有し、前記θ軸フィードバッ
ク制御部は更に、前記θ軸の制御量指令値と前記Y軸の
制御量指令値とを加算して前記第2のY軸用リニアモー
タに指令値として出力する加算手段を有することを特徴
とする。
A vacuum linear actuator according to another aspect of the present invention.
The chute mechanism is located inside the vacuum chamber
A drive source for driving the stage for mounting
A guide mechanism for guiding the movement of the stage,
A position detecting means for detecting the position of the stage;
The position detection value from the position detection means and the position control amount target value
A position controller for calculating a command value to the drive source from
In order to control the drive source with a feedback control system,
And a controller for controlling the stay as the drive source.
Drive the X-axis linear motor in the X-axis direction.
X-axis drive mechanism and Y-axis linear motor for the stage
Y-axis drive mechanism for driving in the Y-axis direction by
The stage is driven by the X-axis drive mechanism.
The X-axis drive mechanism and the X-axis are mounted on the X-axis base.
The Y axis base is driven by the Y axis drive mechanism.
The Y-axis drive mechanism is mounted on the
The pair of first and second Y-axis linear motors installed
Corresponding to the first and second Y-axis linear motors.
A pair of first and second Y-axis linear encoders are provided
The control device further feeds back the Y-axis drive mechanism.
Y-axis feedback control unit for controlling by control system
And to control the amount of rotation of the Y-axis base around the Z-axis
And the Y-axis feedback control unit.
The feedback controller is configured to operate the first and second Y-axis linear encoders.
Calculate the average of the first and second position detection values from the coder
Means between the Y-axis control amount target value and the average value.
A first subtraction means for calculating the difference between the
And a Y-axis position controller that estimates the Y-axis control amount command value.
Including the θ-axis feedback control unit,
A second subtraction to calculate a second difference between the two position detection values
Means and a third difference between the θ-axis control amount target value and the second difference.
A third subtraction means for calculating the difference between the
The θ-axis position controller that estimates the θ-axis control amount command value.
The Y-axis feedback controller may further include the Y-axis feedback controller.
The difference between the control amount command value of
Calculated as a command value for the first Y-axis linear motor
It has a fourth subtraction means for outputting, and the θ-axis feedback
The control unit further controls the θ-axis control amount command value and the Y-axis control value.
The control amount command value is added to add the second Y-axis linear motor.
It has an adding means for outputting as a command value to the computer.
And

【0015】上記別の形態による真空内リニアアクチュ
エータ機構における前記案内機構も、前記Y軸ベースに
設けられて前記X軸ベースを案内するためのX軸リニア
ベアリングと、ステージベースに設けられて前記Y軸ベ
ースを案内するためのY軸リニアベアリングとを含む。
A linear actuator in vacuum according to the above-mentioned another form.
The guide mechanism in the ETA mechanism is also based on the Y-axis base.
An X-axis linear provided for guiding the X-axis base
The bearing and the stage base are mounted on the Y-axis
Y-axis linear bearing for guiding the base.

【0016】上記別の形態による真空内リニアアクチュ
エータ機構においてはまた、前記位置検出手段として更
に前記X軸ベースの位置を検出するためのX軸リニアエ
ンコーダを備え、前記制御装置は、前記X軸駆動機構を
フィードバック制御系にて制御するためのX軸フィード
バック制御部を有し、該X軸フィードバック制御部は、
X軸用の前記位置制御器からの制御量指令値を2次低域
通過型フィルタにてフィルタリングした制御量推定値
と、前記X軸用リニアモータ及び負荷を擬似した制御対
象の逆モデル及び2次低域通過型フィルタにて前記X軸
リニアエンコーダからの位置検出値より推定した実推力
推定値との差分を推定外乱力として推定する外乱オブザ
ーバと、前記推定外乱力を前記制御量指令値から減算す
ることで外乱を補償する減算器とから成る外乱補償器を
含む。
A linear actuator in vacuum according to the above-mentioned another form
In the data mechanism, the position detecting means is also changed.
To detect the position of the X-axis base.
And an X-axis drive mechanism.
X-axis feed for controlling with feedback control system
A back controller, and the X-axis feedback controller is
The control amount command value from the position controller for the X axis is set to the secondary low range.
Estimated value of control amount filtered by a pass filter
And a control pair simulating the X-axis linear motor and load
The X-axis using an inverse model of an elephant and a second-order low-pass filter
Actual thrust estimated from position detection value from linear encoder
Disturbance observer that estimates the difference from the estimated value as the estimated disturbance force
And the estimated disturbance force from the control amount command value
A disturbance compensator consisting of a subtractor that compensates for the disturbance by
Including.

【0017】上記別の形態による真空内リニアアクチュ
エータ機構においてはまた、前記ステージには加熱用の
ヒータが配設されており、前記ステージと前記X軸ベー
スとの間、前記X軸リニアモータ、前記第1、第2のY
軸リニアモータ、前記X軸リニアエンコーダ、前記第
1、第2のY軸リニアエンコーダにはそれぞれ、水冷手
段が組み合わされている。
A linear actuator in vacuum according to another embodiment described above.
Also in the eta mechanism, the stage is for heating.
A heater is provided, and the stage and the X-axis base are
Between the X-axis linear motor and the first and second Y
Axis linear motor, the X-axis linear encoder, the first
Each of the first and second Y-axis linear encoders has a water-cooled hand.
The steps are combined.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1〜図2を参照して、本発明に
よる真空内リニアアクチュエータ機構のうち、機械構成
についてその実施の形態を説明する。ここでは、レーザ
アニーリング用の真空チャンバ内に配置されるのに適し
た構成について説明する。真空チャンバについては、図
3に象徴的に破線100で示しており、大気圧から1.
0×10-6Torrまでの雰囲気下で使用可能なもので
あれば良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION With reference to FIGS. 1 and 2, an embodiment of a mechanical structure of a linear actuator mechanism in a vacuum according to the present invention will be described. Here, a configuration suitable for being placed in a vacuum chamber for laser annealing will be described. The vacuum chamber is shown symbolically by dashed line 100 in FIG.
Any material can be used as long as it can be used in an atmosphere up to 0 × 10 -6 Torr.

【0019】真空チャンバ100内の底部に固定ベース
部材としてのステージベース9が設置されている。ステ
ージベース9には、離れた位置においてY軸方向に平行
に延びるようにY軸リニアベアリング15、20が取り
付けられている。Y軸リニアベアリング15、20は、
それらの上に組み合わされるY軸ベース14をY軸方向
に直線案内するためのものである。Y軸ベース14に
は、離れた位置においてX軸方向に平行に延びるように
一対のX軸リニアベアリング7が取り付けられている。
X軸リニアベアリング7は、それらの上に組み合わされ
るX軸ベース6をX軸方向に直線案内するためのもので
ある。X軸ベース6には、加熱用のヒータを内蔵してい
るステージ2を支持しているトロリ3が取り付けられ、
ステージ2上にはワーク(ガラス等)1を載せる構成と
なっている。
A stage base 9 as a fixed base member is installed at the bottom of the vacuum chamber 100. Y-axis linear bearings 15 and 20 are attached to the stage base 9 so as to extend parallel to the Y-axis direction at distant positions. The Y-axis linear bearings 15 and 20 are
It is for linearly guiding the Y-axis base 14 combined therewith in the Y-axis direction. A pair of X-axis linear bearings 7 is attached to the Y-axis base 14 so as to extend parallel to the X-axis direction at a separated position.
The X-axis linear bearing 7 is for linearly guiding the X-axis base 6 combined therewith in the X-axis direction. The trolley 3 supporting the stage 2 having a built-in heater for heating is attached to the X-axis base 6.
A work (glass, etc.) 1 is placed on the stage 2.

【0020】X軸ベース6は、X軸リニアベアリング7
に隣接してY軸ベース14に設けられた一対のX軸リニ
アモータ8により駆動される。X軸ベース6の位置は、
一方のX軸リニアモータ8に隣接してY軸ベース14に
設置されたX軸リニアエンコーダ10により検出され
る。これにより、X軸ベース6を直接駆動すると共に、
位置を直接計測することになり、従来のバックラッシに
よる精度劣化等がなくなり、高速応答化が可能となって
いる。
The X-axis base 6 is an X-axis linear bearing 7
Is driven by a pair of X-axis linear motors 8 provided on the Y-axis base 14 adjacent to. The position of the X-axis base 6 is
It is detected by an X-axis linear encoder 10 installed on the Y-axis base 14 adjacent to one X-axis linear motor 8. This directly drives the X-axis base 6 and
Since the position is measured directly, accuracy deterioration due to the conventional backlash is eliminated, and high-speed response is possible.

【0021】Y軸ベース14は、ステージベース9上に
設けられた、各々独立に制御可能な2本のリニアモータ
18、23で駆動される。Y軸ベース14の位置は、リ
ニアモータ18、23に隣接してステージベース9に配
置された2本のリニアエンコーダ16、21により互い
に反対側の2箇所において検出される。これにより、X
軸と同様にバックラッシ等による精度劣化がなく、高速
応答化が可能となっている。また、Y軸ベース14の互
いに反対端部における2箇所においてリニアエンコーダ
16、21によりY軸方向の位置を検出することで、各
々の検出値の差によりY軸ベース14の微小回転を検出
・制御することができる。Y軸ベース14の微小回転と
いうのは、X軸、Y軸に直角なZ軸回りの回転であり、
以下、これをZ軸回りの回転θと呼ぶ。
The Y-axis base 14 is driven by two independently controllable linear motors 18 and 23 provided on the stage base 9. The position of the Y-axis base 14 is detected by two linear encoders 16 and 21 arranged on the stage base 9 adjacent to the linear motors 18 and 23 at two positions on the opposite sides. This gives X
Similar to the shaft, there is no deterioration in accuracy due to backlash, etc., and high-speed response is possible. Further, by detecting the position in the Y-axis direction by the linear encoders 16 and 21 at two locations on the opposite ends of the Y-axis base 14, the minute rotation of the Y-axis base 14 is detected and controlled by the difference between the detected values. can do. The minute rotation of the Y-axis base 14 is rotation around the Z-axis that is perpendicular to the X-axis and the Y-axis,
Hereinafter, this is referred to as rotation θ about the Z axis.

【0022】ステージ2のヒータからの輻射熱がX軸ベ
ース6や、Y軸ベース14に伝達されるのを防止するた
めに、トロリ3とX軸ベース6との間には、水冷板4が
設けられている。また、X軸べース6にも水冷機構が内
蔵されており、ステージ2のヒータからの輻射熱による
リニアベアリング等のトラブルを防止している。更に、
ステージ動作中に発熱する各リニアモータのコイルは、
各リニアモータに設けたX軸モータコイル冷却板11、
Y軸モータコイル冷却板19、24により冷却する構成
としている。また、X軸リニアエンコーダ10、Y軸リ
ニアエンコーダ16、21に関しても、熱変形による破
損・精度劣化を防ぐために、それぞれにX軸エンコーダ
冷却板12、Y軸エンコーダ冷却板17、22を設ける
ことにより一定温度に保持する構成としている。
A water cooling plate 4 is provided between the trolley 3 and the X-axis base 6 in order to prevent the radiant heat from the heater of the stage 2 from being transmitted to the X-axis base 6 and the Y-axis base 14. Has been. Further, the X-axis base 6 also has a built-in water cooling mechanism to prevent troubles such as linear bearings due to radiant heat from the heater of the stage 2. Furthermore,
The coils of each linear motor that generate heat during stage operation are
X-axis motor coil cooling plate 11 provided for each linear motor,
The Y-axis motor coil cooling plates 19 and 24 are used for cooling. Further, the X-axis linear encoder 10 and the Y-axis linear encoders 16 and 21 are also provided with the X-axis encoder cooling plate 12 and the Y-axis encoder cooling plates 17 and 22 in order to prevent damage and accuracy deterioration due to thermal deformation. It is configured to be maintained at a constant temperature.

【0023】なお、移動するX軸リニアエンコーダ1
0、Y軸リニアエンコーダ16、21から固定部に検出
信号用のケーブルを導出するために、X軸リニアエンコ
ーダ10に対応してケーブルガイド13が設けられ、Y
軸リニアエンコーダ16、21に対応してそれぞれケー
ブルガイド25が設けられる。
The moving X-axis linear encoder 1
A cable guide 13 is provided corresponding to the X-axis linear encoder 10 in order to guide the detection signal cable from the 0, Y-axis linear encoders 16 and 21 to the fixed portion.
Cable guides 25 are provided corresponding to the axial linear encoders 16 and 21, respectively.

【0024】X軸リニアベアリング7、Y軸リニアベア
リング15、20やX軸リニアモータ8、Y軸リニアモ
ータ18、23は、周知のものを用いることができる
が、例えばリニアモータについては、特願平10−35
8216号に開示されているものを用いても良い。
As the X-axis linear bearing 7, the Y-axis linear bearings 15 and 20, and the X-axis linear motor 8 and the Y-axis linear motors 18 and 23, well-known ones can be used. Flat 10-35
The one disclosed in No. 8216 may be used.

【0025】図4を参照して、X軸リニアモータ8に対
する制御は、X軸フィードバック制御系により行われ
る。X軸リニアエンコーダ10の位置検出値をフィード
バックしてX軸制御量目標値との偏差を減算器41で検
出し、この偏差をX軸位置制御器42に与える。X軸位
置制御器42では、この偏差に基づいてX軸に関する制
御量指令値を作成する。X軸フィードバック制御系の制
御ループには、外乱オブザーバ43−1を用いた外乱補
償器43を付加し、リニアベアリングの摩擦抵抗変動、
水供給配管、電流供給ケーブル抵抗などの外乱要因をキ
ャンセルする構成としている。外乱補償器43から出力
される制御量指令値は、X軸リニアモータ8用のモータ
アンプ44に電流指令値として与えられ、モータアンプ
44は与えられた電流指令値に基づいてX軸リニアモー
タ8の制御を行う。
Referring to FIG. 4, control of X-axis linear motor 8 is performed by an X-axis feedback control system. The position detection value of the X-axis linear encoder 10 is fed back, the deviation from the X-axis control amount target value is detected by the subtractor 41, and this deviation is given to the X-axis position controller 42. The X-axis position controller 42 creates a control amount command value for the X-axis based on this deviation. A disturbance compensator 43 using a disturbance observer 43-1 is added to the control loop of the X-axis feedback control system to change the friction resistance of the linear bearing.
It is configured to cancel disturbance factors such as water supply piping and current supply cable resistance. The control amount command value output from the disturbance compensator 43 is given to the motor amplifier 44 for the X-axis linear motor 8 as a current command value, and the motor amplifier 44 is based on the given current command value. Control.

【0026】図5をも参照して、外乱補償器43は、X
軸において高精度な位置決めを行い、かつ軌跡追従性を
向上するために採用されている。外乱補償器43におい
ては、まず2次低域通過型フィルタG(s)からなるフ
ィルタ43−11を用いて、X軸位置制御器42から出
力された制御量指令値をフィルタリングする。G(s)
は伝達関数である。また、X軸リニアモータ8及び負荷
を擬似した制御対象の逆モデル(Ms2 /Kf、ここ
で、Mはリニアモータ及び負荷の質量、Kfはモータ推
力定数)及び2次低域通過型フィルタG(s)から成る
フィルタ43−12を用いて、X軸リニアエンコーダ1
0にて検出された位置検出値より制御対象に印加されて
いる実推力推定値を推定する。そして、減算器43−1
3により両者の差分をとることにより、制御対象に印加
されている外乱力を推定する。更に、推定された外乱力
を、減算器45により制御量指令値から減算することに
より外乱力を補償する。
Referring also to FIG. 5, the disturbance compensator 43 has the X
It is used to perform highly accurate positioning on the axis and to improve trackability. In the disturbance compensator 43, the control amount command value output from the X-axis position controller 42 is first filtered using the filter 43-11 including the second-order low-pass filter G (s). G (s)
Is the transfer function. In addition, an inverse model (Ms 2 / Kf, where M is the mass of the linear motor and the load, Kf is the motor thrust constant) of the controlled object that simulates the X-axis linear motor 8 and the load, and the secondary low-pass filter G X-axis linear encoder 1 using filter 43-12 composed of (s)
The actual thrust estimation value applied to the controlled object is estimated from the position detection value detected at 0. Then, the subtractor 43-1
The disturbance force applied to the controlled object is estimated by taking the difference between the two according to 3. Further, the estimated disturbance force is subtracted from the control amount command value by the subtractor 45 to compensate the disturbance force.

【0027】このように、実推力推定時の制御対象モデ
ルとして、X軸リニアモータ8及び負荷の質量からなる
モデルを用いることで、リニアベアリングの摩擦抵抗変
動、水供給配管、電流供給ケーブル抵抗の変動等を外乱
力として推定し補償することができる。
As described above, by using the model composed of the X-axis linear motor 8 and the mass of the load as the controlled object model at the time of estimating the actual thrust, the frictional resistance fluctuation of the linear bearing, the water supply pipe, the current supply cable resistance Fluctuations can be estimated and compensated for as disturbance forces.

【0028】図6を参照して、Y軸については、Y軸リ
ニアベアリング15、20の取り付け間隔が大きいた
め、Z軸周りの回転θによるヨーイング誤差が生じやす
い構成となっている。そこで、位置決め精度を確保する
ために、各々のリニアベアリングに位置計測・駆動系を
設ける構成とし、Y−θ制御方式を採用した。
Referring to FIG. 6, since the Y-axis linear bearings 15 and 20 are mounted at large intervals on the Y-axis, a yawing error due to rotation θ around the Z-axis is likely to occur. Therefore, in order to ensure the positioning accuracy, each linear bearing is provided with a position measuring / driving system, and the Y-θ control system is adopted.

【0029】Y軸リニアエンコーダ16の位置検出値を
Y1FB、Y軸リニアエンコーダ21の位置検出値をY2
FBとすると、Y軸のフィードバック値YFBは、位置検出
値Y1FBとY2FBとを加算する加算器61、1/2演算
器62により、 YFB=(Y1FB+Y2FB)/2 となる。
The position detection value of the Y-axis linear encoder 16 is Y1 FB , and the position detection value of the Y-axis linear encoder 21 is Y2.
If FB , the Y-axis feedback value Y FB becomes Y FB = (Y1 FB + Y2 FB ) / 2 by the adder 61 and the 1/2 calculator 62 that add the position detection value Y1 FB and Y2 FB. .

【0030】また、θ軸のフィードバック値θFBは、位
置検出値Y1FBとY2FBとを減算する第2の減算器67
により、 θFB=Y1FB−Y2FB となる。
Further, the feedback value θ FB of the θ axis is the second subtracter 67 for subtracting the position detection values Y1 FB and Y2 FB.
Therefore, θ FB = Y1 FB −Y2 FB .

【0031】第1の減算器63は、Y軸制御量目標値Y
ref とフィードバック値YFBとの偏差を算出し、Y軸位
置制御器64はこの偏差に基づいてY軸に関する制御量
指令値FY を作成する。
The first subtractor 63 uses the Y-axis control amount target value Y
The deviation between ref and the feedback value Y FB is calculated, and the Y-axis position controller 64 creates a control amount command value F Y for the Y-axis based on this deviation.

【0032】一方、第3の減算器68は、θ軸制御量目
標値θref とフィードバック値θFBとの偏差を算出し、
θ軸位置制御器69はこの偏差に基づいてθ軸に関する
制御量指令値Fθを作成する。
On the other hand, the third subtractor 68 calculates the deviation between the θ-axis control amount target value θ ref and the feedback value θ FB ,
The θ-axis position controller 69 creates a control amount command value F θ for the θ-axis based on this deviation.

【0033】次に、第4の減算器65によりY軸に関す
る制御量指令値FY とθ軸に関する制御量指令値Fθ
の減算が行われ、減算結果が力指令値FY2としてモータ
アンプ66に出力される。
Next, the fourth subtracter 65 subtracts the control amount command value F Y for the Y axis from the control amount command value F θ for the θ axis, and the subtraction result is the force command value F Y2 in the motor amplifier. It is output to 66.

【0034】一方、加算器70によりY軸に関する制御
量指令値FY とθ軸に関する制御量指令値Fθとの加算
が行われ、加算結果が力指令値FY1としてモータアンプ
71に出力される。
On the other hand, the adder 70 adds the control amount command value F Y for the Y axis and the control amount command value F θ for the θ axis, and the addition result is output to the motor amplifier 71 as the force command value F Y1. It

【0035】各Y軸リニアモータ18、23への力指令
値FY1、FY2の演算式は次式のようになる。
The equations for calculating the force command values F Y1 and F Y2 for the Y-axis linear motors 18 and 23 are as follows.

【0036】FY1=FY +FθY2=FY −Fθ 上式の演算結果を各モータアンプ66、71に出力する
ことにより、Y−θ方向の制御が行われる。このよう
に、Y軸ベース14に独立に制御可能な駆動系をある一
定の距離をおいて設置することにより、Y軸ベース14
のヨーイングによる誤差の発生を抑制し、ステージの位
置決め精度を向上させることができる。
F Y1 = F Y + F θ F Y2 = F Y −F θ By outputting the calculation result of the above equation to each of the motor amplifiers 66 and 71, the control in the Y-θ direction is performed. In this way, the independently controllable drive system is installed on the Y-axis base 14 with a certain distance, so that the Y-axis base 14 can be controlled.
It is possible to suppress the occurrence of an error due to yawing and to improve the positioning accuracy of the stage.

【0037】以上のように、X軸、Y軸について、各々
のリニアモータの推力を各々のリニアエンコーダの位置
フィードバック値に基づいて制御することで、ステージ
2上に乗せられたワーク1の位置決めをX軸、Y軸の2
方向について行うことができる。
As described above, by controlling the thrust of each linear motor on the X-axis and the Y-axis based on the position feedback value of each linear encoder, the workpiece 1 placed on the stage 2 is positioned. X-axis and Y-axis 2
Can be done about directions.

【0038】以上、本発明の実施の形態をX、Yの2軸
ステージに適用して説明したが、本発明は、以下のよう
な変更が可能である。例えば、本発明は、X軸あるいは
Y軸の1軸のみでも適用可能である。また、Z軸回りの
回転駆動機構やZ軸方向の駆動機構を付加することも可
能である。すなわち、積極的にヨーイング角θを制御す
る回転駆動機構を付加することにより、Y軸ベース14
を微小回転させることが可能となる。駆動機構としてリ
ニアモータを使用することにより、駆動部が非接触であ
りパーティクルフリーである。しかし、駆動源はリニア
モータに限定されず、超音波モータやエアシリンダ等を
用いても良い。一方、位置検出手段としては、リニアエ
ンコーダを採用しているが、可動部に光学ミラー等を取
り付けることにより、レーザ干渉計等を用いて位置を検
出しても良い。案内方式は、リニアベアリングによる転
がり案内を採用したが、静圧案内、滑り案内等を用いて
も良い。
Although the embodiment of the present invention has been described as applied to the X, Y biaxial stage, the present invention can be modified as follows. For example, the present invention can be applied to only one X-axis or Y-axis. It is also possible to add a rotation drive mechanism around the Z axis or a drive mechanism in the Z axis direction. That is, by adding a rotary drive mechanism that actively controls the yawing angle θ, the Y-axis base 14
Can be minutely rotated. By using a linear motor as the drive mechanism, the drive unit is non-contact and particle-free. However, the drive source is not limited to the linear motor, and an ultrasonic motor, an air cylinder, or the like may be used. On the other hand, although a linear encoder is adopted as the position detecting means, the position may be detected by using a laser interferometer or the like by attaching an optical mirror or the like to the movable portion. As the guide system, rolling guide using a linear bearing is adopted, but static pressure guide, sliding guide, etc. may be used.

【0039】本発明は、高真空あるいは、ある一定圧力
の不活性ガス雰囲気中で位置決め動作を必要とする密封
チャンバ内における加工装置や検査装置等全般に適用可
能である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be generally applied to a processing apparatus, an inspection apparatus, etc. in a sealed chamber that requires a positioning operation in a high vacuum or an inert gas atmosphere of a certain constant pressure.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が得
られる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0041】1)リニアモータ駆動方式を採用したこと
により、従来では困難であった、高真空下での、高速・
高精度な位置決めを行うことが可能となった。
1) By adopting the linear motor drive system, high speed operation under high vacuum, which was difficult in the past,
It has become possible to perform highly accurate positioning.

【0042】2)X軸フィードバック制御系に、外乱オ
ブザーバを付加したことで、プロセス上重要となる低速
域での高い軌跡追従性能が得られる。
2) By adding a disturbance observer to the X-axis feedback control system, a high trajectory following performance can be obtained in a low speed region which is important in the process.

【0043】3)Y軸を、独立に制御可能な2組のリニ
アモータにより駆動する構成としたことで、Y−θ制御
系を構成することが可能となり、Z軸周りの回転(ヨー
イング)による位置決め精度劣化を防ぐことができる。
3) Since the Y-axis is driven by two sets of independently controllable linear motors, a Y-θ control system can be constructed, and rotation (yawing) around the Z-axis is possible. Positioning accuracy deterioration can be prevented.

【0044】4)各構成要素に冷却部を取り付けたこと
により、対流による放熱のない高真空下でも、高い位置
決め精度を確保し、熱によるトラブルの発生しにくい真
空内リニアアクチュエータ駆動機構を提供できる。
4) By attaching a cooling unit to each component, it is possible to provide a linear actuator drive mechanism in a vacuum that ensures a high positioning accuracy even under a high vacuum in which heat is not radiated by convection and is less likely to cause troubles due to heat. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による真空内リニアアクチュエータ駆動
機構の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vacuum linear actuator drive mechanism according to the present invention.

【図2】図1の線C−Cによる縦断面図である。2 is a vertical cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

【図3】図1の駆動機構の概略構成を説明するための図
である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of the drive mechanism of FIG.

【図4】図1の装置におけるX軸に関する制御系のブロ
ック構成図である。
FIG. 4 is a block configuration diagram of a control system regarding an X axis in the apparatus of FIG.

【図5】図4における外乱補償器の具体的構成を説明す
るための図である。
5 is a diagram for explaining a specific configuration of the disturbance compensator in FIG.

【図6】図1の装置におけるY軸に関する制御系のブロ
ック構成図である。
6 is a block configuration diagram of a control system regarding a Y-axis in the apparatus of FIG.

【図7】従来のX−Yステージ装置を説明するための図
である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional XY stage device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ワーク 2 ステージ 3 トロリ 4 水冷板 6 X軸ベース 7 X軸リニアベアリング 8 X軸リニアモータ 9 ステージベース 10 X軸リニアエンコーダ 14 Y軸ベース 15、20 Y軸リニアベアリング 18、23 Y軸リニアモータ 16、21 Y軸リニアエンコーダ 1 work 2 stages 3 trolley 4 Water cooling plate 6 X-axis base 7 X-axis linear bearing 8 X-axis linear motor 9 stage base 10 X-axis linear encoder 14 Y-axis base 15, 20 Y-axis linear bearing 18,23 Y-axis linear motor 16, 21 Y-axis linear encoder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小梁川 靖 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友 重機械工業株式会社平塚事業所内 (56)参考文献 特開 平10−277771(JP,A) 特開 平10−209033(JP,A) 特開 平11−145049(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 H01L 21/68 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasushi Kohashigawa 63-30 Yuhigaoka, Hiratsuka City, Kanagawa Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Hiratsuka Plant (56) Reference Japanese Patent Laid-Open No. 10-277771 (JP, A) ) JP-A-10-209033 (JP, A) JP-A-11-145049 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20 H01L 21 / 68

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 真空チャンバ内に配置されてワークを搭
載するためのステージを駆動するための駆動源と、 前記ステージの移動を案内するための案内機構と、 前記ステージの位置を検出するための位置検出手段と、 該位置検出手段からの位置検出値と位置の制御量目標値
とから前記駆動源への指令値を算出する位置制御器を含
んで、前記駆動源をフィードバック制御系にて制御する
ための制御装置とを備え 前記駆動源として、前記ステージをX軸用リニアモータ
によりX軸方向に駆動するためのX軸駆動機構と、前記
ステージをY軸用リニアモータによりY軸方向に駆動す
るためのY軸駆動機構とを含み、 前記ステージは、前記X軸駆動機構により駆動されるX
軸ベースに搭載され、前記X軸駆動機構及び前記X軸ベ
ースが、前記Y軸駆動機構により駆動されるY軸ベース
に搭載され、 前記位置検出手段として、前記X軸ベースの位置を検出
するためのX軸リニアエンコーダと、前記Y軸ベースの
位置を検出するためのY軸リニアエンコーダとを有し、 前記ステージには加熱用のヒータが配設されており、前
記ステージと前記X軸ベースとの間、前記X軸リニアモ
ータ、前記第1、第2のY軸リニアモータ、前記X軸リ
ニアエンコーダ、前記Y軸リニアエンコーダにはそれぞ
れ、水冷手段が組み合わされている ことを特徴とする真
空内リニアアクチュエータ機構。
1. A are placed in a vacuum chamber and a driving source for driving movement of the stage for mounting a workpiece, and a guide mechanism for guiding the movement of the stage, for detecting the position of said stage And a position controller for calculating a command value to the drive source from the position detection value from the position detection means and the position control amount target value, and the drive source in a feedback control system. and a controller for controlling, as said drive source, a linear motor for the X-axis of the stage
An X-axis drive mechanism for driving in the X-axis direction by
The stage is driven in the Y-axis direction by the Y-axis linear motor.
A Y-axis driving mechanism for driving the stage, and the stage is driven by the X-axis driving mechanism.
The X-axis drive mechanism and the X-axis base are mounted on the axis base.
Is a Y-axis base driven by the Y-axis drive mechanism.
Is mounted on and detects the position of the X-axis base as the position detecting means.
X-axis linear encoder for
A Y-axis linear encoder for detecting the position, and a heater for heating is arranged on the stage.
Between the stage and the X-axis base, the X-axis linear model
Data, the first and second Y-axis linear motors, and the X-axis controller
Near encoder and Y-axis linear encoder
The linear actuator mechanism in vacuum is characterized by the combination of water cooling means .
【請求項2】 請求項1記載の真空内リニアアクチュエ
ータ機構において、前記案内機構として、前記Y軸ベースに設けられて前記
X軸ベースを案内するためのX軸リニアベアリングと、
ステージベースに設けられて前記Y軸ベースを案内する
ためのY軸リニアベアリングとを含む ことを特徴とする
真空内リニアアクチュエータ機構。
2. The in-vacuum linear actuator mechanism according to claim 1, wherein the guide mechanism is provided on the Y-axis base, and
X-axis linear bearing for guiding the X-axis base,
Provided on the stage base to guide the Y-axis base
And a Y-axis linear bearing for use in a vacuum linear actuator mechanism.
【請求項3】 請求項1または2記載の真空内リニアア
クチュエータ機構において、前記制御装置は、前記X軸駆動機構をフィードバック制
御系にて制御するため のX軸フィードバック制御部を有
し、 該X軸フィードバック制御部は、X軸用の前記位置制御
器からの制御量指令値を2次低域通過型フィルタにてフ
ィルタリングした制御量推定値と、前記X軸用リニアモ
ータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び2次低
域通過型フィルタにて前記X軸リニアエンコーダからの
位置検出値より推定した実推力推定値との差分を推定外
乱力として推定する外乱オブザーバと、前記推定外乱力
を前記制御量指令値から減算することで外乱を補償する
減算器とから成る外乱補償器を含む ことを特徴とする真
空内リニアアクチュエータ機構。
3. The in-vacuum linear actuator mechanism according to claim 1 , wherein the control device feedback controls the X-axis drive mechanism.
Has an X-axis feedback control unit for controlling the system
The X-axis feedback control unit controls the position control for the X-axis.
The control amount command value from the instrument is filtered by a second low-pass filter.
Filtered control amount estimate and the X-axis linear model
Inverse model and secondary low of controlled object simulating data and load
The X-axis linear encoder from the pass filter
The difference from the actual thrust estimation value estimated from the position detection value is not estimated.
Disturbance observer estimated as disturbance force, and the estimated disturbance force
Disturbance is compensated by subtracting from the control amount command value
A vacuum linear actuator mechanism including a disturbance compensator including a subtractor .
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の真空内
リニアアクチュエータ機構において、前記Y軸駆動機構は、互いに平行に配設された一対の第
1、第2の前記Y軸用リニアモータを有し、該第1、第
2のY軸用リニアモータに対応して一対の第1、第2の
Y軸リニアエンコーダが設けられ、 前記制御装置は更に、前記Y軸駆動機構をフィードバッ
ク制御系にて制御するためのY軸フィードバック制御部
と、前記Y軸ベースのZ軸回りの回転量を制御するため
のθ軸フィードバック制御部とを有し、 前記Y軸フィードバック制御部は、前記第1、第2のY
軸用リニアエンコーダからの第1、第2の位置検出値の
平均値を算出する手段と、Y軸制御量目標値と前記平均
値との間の第1の差を算出する第1の減算手段と、前記
第1の差に基づいてY軸の制御量指令値を推定するY軸
位置制御器とを含み、 前記θ軸フィードバック制御部は、前記第1、第2の位
置検出値との間の第2の差を算出する第2の減算手段
と、θ軸制御量目標値と前記第2の差との間の第3の差
を算出する第3の減算手段と、前記第3の差に基づいて
θ軸の制御量指令値を推定するθ軸位置制御器とを含
み、 前記Y軸フィードバック制御部は更に、前記Y軸の制御
量指令値と前記θ軸の制御量指令値との間の差を算出し
て前記第1のY軸用リニアモータに指令値として出力す
る第4の減算手段を有し、 前記θ軸フィードバック制御部は更に、前記θ軸の制御
量指令値と前記Y軸の制御量指令値とを加算して前記第
2のY軸用リニアモータに指令値として出力す る加算手
段を有する ことを特徴とする真空内リニアアクチュエー
タ機構。
4. The in-vacuum linear actuator mechanism according to claim 1, wherein the Y-axis drive mechanism is a pair of first and second Y-axis drive mechanisms arranged in parallel with each other.
The first and second Y-axis linear motors are provided, and the first and second Y-axis linear motors are provided.
A pair of first and second pairs corresponding to the two Y-axis linear motors.
A Y-axis linear encoder is provided, and the controller further controls the Y-axis drive mechanism to feed back.
Y-axis feedback control unit for control by the control system
And to control the amount of rotation of the Y-axis base around the Z-axis
And a Y-axis feedback control unit , wherein the Y-axis feedback control unit includes the first and second Y-axis feedback control units.
Of the first and second position detection values from the linear encoder for axes
Means for calculating an average value, Y-axis control amount target value, and the average
First subtraction means for calculating a first difference between the values;
Y-axis for estimating the control amount command value for the Y-axis based on the first difference
A position controller, and the θ-axis feedback control unit includes the first and second positions.
Second subtraction means for calculating a second difference from the detected position value
And a third difference between the θ-axis control amount target value and the second difference.
And a third subtraction means for calculating
Including a θ-axis position controller that estimates the θ-axis control amount command value.
The Y-axis feedback control unit further controls the Y-axis.
Calculate the difference between the quantity command value and the θ-axis control quantity command value
Output as a command value to the first Y-axis linear motor.
And a fourth subtraction unit, wherein the θ-axis feedback control unit further controls the θ-axis.
The amount command value and the Y-axis control amount command value
Adding hand you the output as a command value to the linear motor 2 for Y-axis
An in-vacuum linear actuator mechanism characterized by having steps .
【請求項5】 真空チャンバ内に配置されてワークを搭
載するためのステージを駆動するための駆動源と、 前記ステージの移動を案内するための案内機構と、 前記ステージの位置を検出するための位置検出手段と、 該位置検出手段からの位置検出値と位置の制御量目標値
とから前記駆動源への指令値を算出する位置制御器を含
んで、前記駆動源をフィードバック制御系にて制御する
ための制御装置とを備え、 前記駆動源として、前記ステージをX軸用リニアモータ
によりX軸方向に駆動するためのX軸駆動機構と、前記
ステージをY軸用リニアモータによりY軸方向に駆動す
るためのY軸駆動機構とを含み、 前記ステージは、前記X軸駆動機構により駆動されるX
軸ベースに搭載され、前記X軸駆動機構及び前記X軸ベ
ースが、前記Y軸駆動機構により駆動されるY軸ベース
に搭載され、 前記Y軸駆動機構は、互いに平行に配設された一対の第
1、第2の前記Y軸用リニアモータを有し、該第1、第
2のY軸用リニアモータに対応して一対の第1、第2の
Y軸リニアエンコーダが設けられ、 前記制御装置は更に、前記Y軸駆動機構をフィードバッ
ク制御系にて制御するためのY軸フィードバック制御部
と、前記Y軸ベースのZ軸回りの回転量を制御するため
のθ軸フィードバック制御部とを有し、 前記Y軸フィードバック制御部は、前記第1、第2のY
軸用リニアエンコーダからの第1、第2の位置検出値の
平均値を算出する手段と、Y軸制御量目標値と前記平均
値との間の第1の差を算出する第1の減算手段と、前記
第1の差に基づいてY軸の制御量指令値を推定するY軸
位置制御器とを含み、 前記θ軸フィードバック制御部は、前記第1、第2の位
置検出値との間の第2の差を算出する第2の減算手段
と、θ軸制御量目標値と前記第2の差との間の第3の差
を算出する第3の減算手段と、前記第3の差に基づいて
θ軸の制御量指令値を推定するθ軸位置制御器とを含
み、 前記Y軸フィードバック制御部は更に、前記Y軸の制御
量指令値と前記θ軸の 制御量指令値との間の差を算出し
て前記第1のY軸用リニアモータに指令値として出力す
る第4の減算手段を有し、 前記θ軸フィードバック制御部は更に、前記θ軸の制御
量指令値と前記Y軸の制御量指令値とを加算して前記第
2のY軸用リニアモータに指令値として出力する加算手
段を有する ことを特徴とする真空内リニアアクチュエー
タ機構。
5. A work is placed in a vacuum chamber for loading a work.
A drive source for driving the stage for mounting, a guide mechanism for guiding the movement of the stage, a position detecting means for detecting the position of the stage, and a position detection value from the position detecting means. And position control amount target value
A position controller for calculating a command value to the drive source from
Then, the drive source is controlled by a feedback control system.
And a control device for controlling the stage as the drive source.
An X-axis drive mechanism for driving in the X-axis direction by
The stage is driven in the Y-axis direction by the Y-axis linear motor.
A Y-axis driving mechanism for driving the stage, and the stage is driven by the X-axis driving mechanism.
The X-axis drive mechanism and the X-axis base are mounted on the axis base.
Is a Y-axis base driven by the Y-axis drive mechanism.
The Y-axis drive mechanism is mounted on the
The first and second Y-axis linear motors are provided, and the first and second Y-axis linear motors are provided.
A pair of first and second pairs corresponding to the two Y-axis linear motors.
A Y-axis linear encoder is provided, and the controller further controls the Y-axis drive mechanism to feed back.
Y-axis feedback control unit for control by the control system
And to control the amount of rotation of the Y-axis base around the Z-axis
And a Y-axis feedback control unit , wherein the Y-axis feedback control unit includes the first and second Y-axis feedback control units.
Of the first and second position detection values from the linear encoder for axes
Means for calculating an average value, Y-axis control amount target value, and the average
First subtraction means for calculating a first difference between the values;
Y-axis for estimating the control amount command value for the Y-axis based on the first difference
A position controller, and the θ-axis feedback control unit includes the first and second positions.
Second subtraction means for calculating a second difference from the detected position value
And a third difference between the θ-axis control amount target value and the second difference.
And a third subtraction means for calculating
Including a θ-axis position controller that estimates the θ-axis control amount command value.
The Y-axis feedback control unit further controls the Y-axis.
Calculate the difference between the quantity command value and the θ-axis control quantity command value
Output as a command value to the first Y-axis linear motor.
And a fourth subtraction unit, wherein the θ-axis feedback control unit further controls the θ-axis.
The amount command value and the Y-axis control amount command value
Adder that outputs as a command value to the 2nd Y-axis linear motor
An in-vacuum linear actuator mechanism characterized by having steps .
【請求項6】 請求項5記載の真空内リニアアクチュエ
ータ機構において、前記案内機構として、前記Y軸ベースに設けられて前記
X軸ベースを案内するためのX軸リニアベアリングと、
ステージベースに設けられて前記Y軸ベースを案内する
ためのY軸リニアベアリングとを含む ことを特徴とする
真空内リニアアクチュエータ機構。
6. The in-vacuum linear actuator mechanism according to claim 5, wherein the guide mechanism is provided on the Y-axis base.
X-axis linear bearing for guiding the X-axis base,
Provided on the stage base to guide the Y-axis base
And a Y-axis linear bearing for use in a vacuum linear actuator mechanism.
【請求項7】 請求項5または6記載の真空内リニアア
クチュエータ機構において、前記位置検出手段として更に、前記X軸ベースの位置を
検出するためのX軸リニアエンコーダを備え、 前記制御装置は、前記X軸駆動機構をフィードバック制
御系にて制御するためのX軸フィードバック制御部を有
し、 該X軸フィードバック制御部は、X軸用の前記位置制御
器からの制御量指令値を2次低域通過型フィルタにてフ
ィルタリングした制御量推定値と、前記X軸用リニアモ
ータ及び負荷を擬似した制御対象の逆モデル及び2次低
域通過型フィルタにて前記X軸リニアエンコーダからの
位置検出値より推定した実推力推定値との差分を推定外
乱力として推定する外乱オブザーバと、前記推定外乱力
を前記制御量指令値から減算することで外乱を補償する
減算器とから成る外乱補償器を含む ことを特徴とする真
空内リニアアクチュエータ機構。
7. The in-vacuum linear actuator mechanism according to claim 5 , wherein the position detecting means further includes a position of the X-axis base.
An X-axis linear encoder for detection is provided, and the control device feedback-controls the X-axis drive mechanism.
Has an X-axis feedback control unit for controlling the system
The X-axis feedback control unit controls the position control for the X-axis.
The control amount command value from the instrument is filtered by a second low-pass filter.
Filtered control amount estimate and the X-axis linear model
Inverse model and secondary low of controlled object simulating data and load
The X-axis linear encoder from the pass filter
The difference from the actual thrust estimation value estimated from the position detection value is not estimated.
Disturbance observer estimated as disturbance force, and the estimated disturbance force
Disturbance is compensated by subtracting from the control amount command value
A vacuum linear actuator mechanism including a disturbance compensator including a subtractor .
【請求項8】 請求項7記載の真空内リニアアクチュエ
ータ機構において、 前記ステージには加熱用のヒータが配設されており、前
記ステージと前記X軸ベースとの間、前記X軸リニアモ
ータ、前記第1、第2のY軸リニアモータ、前記X軸リ
ニアエンコーダ、前記第1、第2のY軸リニアエンコー
ダにはそれぞれ、水冷手段が組み合わされていることを
特徴とする真空内リニアアクチュエータ機構。
8. A linear actuator in vacuum according to claim 7.
In the data mechanism, the stage is provided with a heater for heating,
Between the stage and the X-axis base, the X-axis linear model
Data, the first and second Y-axis linear motors, and the X-axis controller
Near encoder, the first and second Y-axis linear encoders
Each da has a combination of water cooling means.
Characteristic linear actuator mechanism in vacuum.
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