JP4475483B2 - XYθ stage apparatus and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積載物を高速かつ正確に所望のX軸位置、Y軸位置、θ軸位置に移動させるXYθステージ装置及びその制御方法に係り、特に、構成を簡略化したXYθステージ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
先ず、従来のXYθステージ装置について、図5及び図6を用いて説明する。
図5は従来のXYθステージ装置の構成を示す図で、同図(A)は平面図、同図(B)は縦断側面図である。
また、図6は、従来のXYθステージ装置において、そのベースとなるXYステージ装置の構成を示す図で、同図(A)は、このXYステージ装置の平面図、同図(B)は縦断側面図である。
【0003】
図5に示すように、従来のXYθステージ装置100は、図6に示すXYステージ装置200のXY可動テーブル240上に、θステージ装置300を積載した構成である。
そこで、先ず、従来のXYステージ装置200について、図6(A)、(B)を用いて説明する。
【0004】
図6(A)、(B)に示すように、従来のXYステージ装置200は、ベース210、2対のリニアモータ220A、220B、230A、230B(以下「220A〜230B」と記す場合がある。)、XY可動テーブル240を備えた構成である。
なお、図6(B)において、250A、250B、260A、260Bは、XY可動テーブル240を可動支持するクロスローラベアリングである。
また、255は、後述するθ可動テーブル310を可動支持するクロスローラベアリングである。
更に、270は、θ駆動用リニアアクチュエータ、280は、XY可動テーブル240の位置検出器である。
【0005】
従来のXYステージ装置200では、図6(A)に示すように平面座標(X軸、Y軸)を選択すると、2対のリニアモータ220A〜230Bは、1対はX軸に平行に、もう1対はX軸に直交するY軸に平行に、それぞれベース210上に対向配置される。
また、従来のXYステージ装置200は、この2対のリニアモータ220A〜230Bを駆動して、XY可動テーブル240を位置制御する位置制御器(図示せず)を備えた構成である。
【0006】
次に、従来のXYθステージ装置100のθステージ装置300について、図5(A)、(B)を用いて説明する。
上述したように、θステージ装置300は、XYステージ装置200のXY可動テーブル240上に載置され、同図(A)に示すように、X軸Y軸平面内でθ軸方向に回転するθ可動テーブル310と、θ軸回転用アクチュエータ320とを備えた構成である。
【0007】
以上の構成で、従来のXYθステージ装置100を用いて、θ可動テーブル310上の積載物を、所望のX軸位置、Y軸位置、θ軸位置に制御する場合は、この所望のX軸位置、Y軸位置、θ軸位置の目標値に基づいて、図示しない位置制御器により、2対のリニアモータ220A〜230Bに推力指令を与えて、可動テーブル240を制御してX軸位置及びY軸位置を、また、θ回転用アクチュエータを操作し、θ可動テーブル310のθ軸位置の制御を行う。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、従来のXYθステージ装置では、XYステージ装置にθステージ装置を載置し、X軸位置、Y軸位置と、θ軸位置とを独立に制御するようにした構成であるために、次のような問題を備えている。
(1)XYステージ装置とθステージ装置を組み合わせて構成するために、全体の構成部分が多く、製作コストが増大する。
(2)XYステージ装置上にθステージ装置を載置した構成であるために、θステージ装置の高さ分だけのアッベ誤差が増大する。
(3)XYステージ装置上にθステージ装置及びθ回転用アクチュエータを載置しているために、可動部の重量が増大し、この加減速の速度が遅くなる。
(4)XYステージ装置上にθステージ装置を載置した構成であるために、加減速時の重心位置が高くなるのでピッチング方向の振動が増大し、整定時間が長くなる。
【0009】
本発明は、上記課題(問題点)を解決し、構成を簡略化し、軽量化したXYθステージ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のXYθステージ装置は、請求項1に記載のものでは、X軸方向に対向配置される1対のリニアモータと、前記X軸に直交するY軸方向に対向配置される1対のリニアモータと、移載物を積載する可動テーブルと、前記X軸Y軸と同一平面内のθ軸方向に、前記可動テーブルを回転自在に支承する回転支承手段と、前記2対のリニアモータをそれぞれ駆動し、前記可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御する位置制御器とを備えた構成とした。
【0011】
このように構成すると、2対のリニアモータをそれぞれ駆動することで、可動テーブルのX軸位置とY軸位置が制御できると共に、可動テーブルを回転自在に支承する回転支承手段で支承しているためにθ軸位置を制御でき、別途、θステージ装置を備える必要が無く、構成が簡単で、軽量化したXYθステージ装置とすることができる。
また、従来のXYθステージ装置とは異なり、XYステージ装置にθステージ装置を積載しなくて済むため、θステージ装置の高さ分だけのアッベ誤差の増大を防止できる。
更に、全体重量の増大を軽減できる結果、加減速性能の低下を最小限に留めることができる。
その上、重心位置がほとんど変わらないため、ピッチング方向の振動に変化はほとんどなく、整定時間を短縮できる。
【0012】
請求項2に記載のXYθステージ装置では、上記位置制御器として、上記可動テーブルの所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値に対して、上記各2対のリニアモータの各々の推力を演算する演算機能を有する位置制御器を用いた構成とした。
【0013】
このように構成すると、高速かつ正確な位置決めが、X軸、Y軸、θ軸で可能な位置制御器を備えたXYθステージ装置とすることができる。
【0014】
請求項3に記載のXYθステージ装置では、このXYθステージ装置に、上記可動テーブルのX軸位置を検出するX軸位置検出器と、上記可動テーブルのY軸位置を検出するY軸位置検出器と、上記可動テーブルのθ軸位置を検出するθ軸位置検出器とを備えるように構成した。
【0015】
このように構成すると、可動テーブルの位置が常時検出できるようになり、可動テーブルの位置決め精度を一層向上させることができる。
【0016】
請求項4に記載のXYθステージ装置では、上記位置制御器として、先ず、所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値と、上記X軸位置検出器、Y軸位置検出器及びθ軸位置検出器で、上記可動テーブルのX軸位置、Y軸位置及びθ軸位置を検出した測定値との偏差を計算し、次に、可動テーブルの位置が所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値となるような上記各2対のリニアモータの各々の推力を演算する偏差演算機能を有する位置制御器を用いた構成とした。
【0017】
このように構成すると、可動テーブルの位置の目標値と測定値の偏差を補正できるので、可動テーブルのX軸Y軸θ軸の位置制御を正確に行えるようになる。
【0018】
請求項5に記載のXYθステージ装置では、上記X軸位置検出器及びY軸位置検出器としてXYエンコーダを用い、上記θ軸位置検出器としてθエンコーダを用いるように構成した。
【0019】
このように構成すると、非接触に計測が行え、好適な位置検出器を備えたXYθステージ装置とすることができる。
【0020】
請求項6に記載のXYθステージ装置では、上記XYエンコーダ及びθエンコーダを可動テーブル近傍に取り付けるように構成した。
【0021】
このように構成すると、可動テーブルの近傍で可動テーブルの位置を計測できるため、可動テーブルのピッチング運動等による誤差を低減でき、より高い位置決め精度が得られる。
【0022】
請求項7に記載のXYθステージ装置の制御方法では、上記可動テーブルの所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値に対して、上記各2対のリニアモータの各々の推力を演算し、上記2対のリニアモータをそれぞれ駆動し、上記可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御するようにした。
【0023】
このようにすると、2対のリニアモータをそれぞれ駆動することで、可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御でき、別途、θステージ装置を備える必要が無く、構成が簡単で、軽量化したXYθステージ装置を制御することができる。
【0024】
請求項8に記載のXYθステージ装置の制御方法では、所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値と、上記X軸位置検出器、Y軸位置検出器及びθ軸位置検出器で、上記可動テーブルのX軸位置、Y軸位置及びθ軸位置を検出した測定値との偏差を計算し、可動テーブルの位置が所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値となるような上記各2対のリニアモータの各々の推力を演算し、上記2対のリニアモータをそれぞれ駆動し、上記可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御するようにした。
【0025】
このようにすると、可動テーブルの位置の目標値と測定値の偏差を補正できるので、可動テーブルの位置制御を正確に行えるXYθステージ装置の制御方法とすることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明のXYθステージ装置の一実施の形態について、図1乃至図4を用いて説明する。
図1は、本実施の形態のXYθステージ装置の基本構成を示す平面図である。
図2は、本実施の形態のXYθステージ装置に用いるリニアモータの構成を示す側面図である。
図3は、図1のW−W′縦断面図である。
また、図4は、XYθステージ装置により可動テーブルの位置制御を行うブロック図である。
【0027】
先ず、本実施の形態のXYθステージ装置10の基本構成について、図1乃至図3を用いて説明する。
本実施の形態のXYθステージ装置10は、図1に示すように、同一平面内にX軸、Y軸、θ軸を選択すると、先ず、図3に示すベース20上に、X軸方向に対向配置される1対のリニアモータ、即ち、X1リニアモータ12A、X2リニアモータ12Bを備えている。
また、このX軸に直交するY軸方向に、対向配置される1対のリニアモータ、即ち、Y1リニアモータ14A、Y2リニアモータ14Bを備えている。
また、図1において、30は移載物を積載する可動テーブルである。
【0028】
本実施の形態のXYθステージ装置10では、可動テーブル30のX軸位置及びY軸位置を検出するXYエンコーダ42と、可動テーブルのθ軸位置を検出するθエンコーダ44を、図1又は図3に示すように可動テーブル30の下面近傍に取り付けている。
このようにすると、可動テーブル30のピッチング運動等による誤差を低減でき、より高い位置決め精度が得られる。
【0029】
次に、各2対のリニアモータ12A〜14Bについて、図2を用いて説明する。
なお、図2には、X1リニアモータ12Aのみが図示されているが、以下、このX1リニアモータ12Aについて説明し、他のリニアモータ12B〜14Bについては、構成が同一であるので説明は省略する。
【0030】
本実施の形態に用いるリニアモータ12Aは、センターコア12A1を挟んで、永久磁石12A2、12A3が図2に示すような極性で配置されている。
12A4、12A5はコイルで、このコイル12A4、12A5に電流を流し、その電流量を制御することによりリニアモータ12Aの推力を調整し、可動テーブル30の位置を制御する。
【0031】
次に、図3において、52、54、56は、クロスローラガイドで、可動テーブル30をX軸方向、Y軸方向にスライド可能に支持すると共に、特に、可動テーブル30下面に設けたクロスローラガイド52で、θ軸方向に回転自在に支承する。
【0032】
以上の構成で、本実施の形態のXYθステージ装置10の基本動作を図1乃至図3を用いて説明する。
本実施の形態のXYθステージ装置10の基本原理は、上記2対のリニアモータ12A〜14Bをそれぞれ対向配置し、クロスローラガイド52、54、56で、可動テーブル30をX軸方向、Y軸方向にスライド可能に支持すると共に、θ軸方向に回転自在に支承することにより、この2対のリニアモータ12A〜14Bをそれぞれ適宜制御することにより、可動テーブル30を、所望の目標値にX軸位置、及びY軸位置に移動させると共に、所望のθ軸位置に回転制御することである。
【0033】
このとき、可動テーブル30のX軸位置、Y軸位置、θ軸位置をXYエンコーダ42とθエンコーダ44により測定し、この測定値と目標値との偏差を算出し、後述する偏差演算機能を備えた位置制御器により、リニアモータ12A〜14Bに推力の指令値を算出して、位置制御をする。
即ち、従来のXYθステージ装置100とは異なり、別途θステージ装置を用いることなく、2対のリニアモータ12A〜14Bのみで、可動テーブルのX軸位置、Y軸位置及びθ軸位置を一括して制御することが可能である。
【0034】
次に、本実施の形態のXYθステージ装置10に用いられる偏差演算機能を備えた位置制御器60による、可動テーブル30の位置制御の方法を図4を用いて説明する。
【0035】
先ず、図4に示すように、X軸位置目標値Xrefは、XYエンコーダ42より測定され、フィードバックされた可動テーブル30のX軸位置XFBと減算器62Aで減算され、X軸位置目標値Xrefと実際のX軸位置XFBとの偏差演算を行い、位置制御器60で推力指令値FXを算出する。
【0036】
同様に、図4に示すように、θ軸位置目標値θrefは、θエンコーダ44より測定され、フィードバックされた可動テーブル30のθ軸位置θFBと減算器62Bで減算され、θ軸位置目標値θrefと実際のθ軸位置θFBとの偏差演算を行い、位置制御器60で推力指令値Fθを算出する。
【0037】
全く同様に、Y軸位置目標値Yrefは、XYエンコーダ42より測定され、フィードバックされた可動テーブル30のY軸位置YFBと減算器62Cで減算され、Y軸位置目標値Yrefと実際のY軸位置YFBとの偏差演算を行い、位置制御器60で推力指令値FYを算出する。
【0038】
これらの推力指令値(FX,FY,Fθ)は、図4に示すように、加算器64A、64B、減算器66A、66Bで次式(1)〜(4)の変換式の通り、2対のリニアモータ12A〜14Bの各々の推力指令値(FX1,FX2,FY1,FY2)に変換される。
FX1=FX+Fθ/2 (1)
FX1=FX−Fθ/2 (2)
FY1=FY+Fθ/2 (3)
FY2=FY−Fθ/2 (4)
これらの推力指令値(FX1,FX2,FY1,FY2)を各モータアンプ68A〜68Dで増幅し、各2対のリニアモータ12A〜14Bの各々に推力指令することにより可動テーブル30の位置を目標値(Xref,Yref,θref)に制御する。
【0039】
このように、本実施の形態では、可動テーブル30をθ軸方向に回転自在に支承すると共に、2対のリニアモータ12A〜14Bに各々所望の可動テーブル30の目標値に適合するように推力指令値を与える結果、2対のリニアモータ12A〜14Bで、X軸位置、Y軸位置、θ軸位置に一括して制御できる。
【0040】
即ち、本実施の形態のXYθステージ装置10では、従来のXYθステージ装置とは異なり、XYステージ装置にθステージ装置を積載した構成ではないために、構成が簡単で、軽量化したXYθステージ装置10とすることができる。
また、XYステージ装置にθステージ装置を積載した構成ではないため、θステージ装置の高さ分だけのアッベ誤差の増大を防止できる。
更に、全体重量の増大を軽減できる結果、加減速性能の低下を最小限に留めることができ、重心位置がほとんど変わらないため、ピッチング方向の振動に変化はほとんどなく、整定時間を短縮できる。
また、XYエンコーダ及びθエンコーダにより可動テーブルの位置をフィードバック制御する構成としているために、位置決め精度を向上させることが可能になっている。
【0041】
本発明のXYθステージ装置及びその制御方法は、上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、位置検出器としてXYエンコーダ、θエンコーダを用いた例で説明したが、他の構成、例えば、可動部に光学系ミラー等を取り付けることにより、レーザー干渉計等を用いて位置を検出するようにしても良い。
また、可動テーブルを回転自在に支承する手段として、クロスローラガイドを用いた例で説明したが、これを他の支承手段として、静圧案内、滑り案内等を用いるようにしても良い。
【0042】
【発明の効果】
本発明のXYθステージ装置及びその制御方法は、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
(1)本発明のXYθステージ装置は、請求項1に記載したように、X軸方向に対向配置される1対のリニアモータと、X軸に直交するY軸方向に対向配置される1対のリニアモータと、移載物を積載する可動テーブルと、X軸Y軸と同一平面内のθ軸方向に、可動テーブルを回転自在に支承する回転支承手段と、2対のリニアモータをそれぞれ駆動し、可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御する位置制御器とを備えた構成とすると、2対のリニアモータをそれぞれ駆動することで、可動テーブルのX軸位置とY軸位置が制御できると共に、可動テーブルを回転自在に支承する回転支承手段で支承しているためにθ軸位置を制御でき、別途、θステージ装置を備える必要が無く、構成が簡単で、軽量化したXYθステージ装置とすることができる。
(2)また、従来のXYθステージ装置とは異なり、XYステージ装置にθステージ装置を積載しなくて済むため、θステージ装置の高さ分だけのアッベ誤差の増大を防止できる。
(3)更に、全体重量の増大を軽減できる結果、加減速性能の低下を最小限に留めることができる。
(4)その上、重心位置がほとんど変わらないため、ピッチング方向の振動に変化はほとんどなく、整定時間を短縮できる。
【0043】
(5)請求項2に記載したように、位置制御器として、可動テーブルの所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値に対して、各2対のリニアモータの各々の推力を演算する演算機能を有する位置制御器を用いた構成とすると、高速かつ正確な位置決めが可能な位置制御器を備えたXYθステージ装置とすることができる。
【0044】
(6)請求項3に記載したように、可動テーブルのX軸位置を検出するX軸位置検出器と、可動テーブルのY軸位置を検出するY軸位置検出器と、可動テーブルのθ軸位置を検出するθ軸位置検出器とを備えるように構成すると、可動テーブルの位置が常時検出できるようになり、可動テーブルの位置決め精度を一層向上させることができる。
【0045】
(7)請求項4に記載したように、位置制御器として、先ず、所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値と、X軸位置検出器、Y軸位置検出器及びθ軸位置検出器で、可動テーブルのX軸位置、Y軸位置及びθ軸位置を検出した測定値との偏差を計算し、次に、可動テーブルの位置が所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値となるような上記各2対のリニアモータの各々の推力を演算する偏差演算機能を有する位置制御器を用いた構成とすると、可動テーブルの位置の目標値と測定値の偏差を補正できるので、可動テーブルのX軸Y軸θ軸の位置制御を正確に行えるようになる。
【0046】
(8)請求項5に記載したように、X軸位置検出器及びY軸位置検出器としてXYエンコーダを用い、θ軸位置検出器としてθエンコーダを用いるように構成すると、非接触に計測が行え、好適な位置検出器を備えたXYθステージ装置とすることができる。
【0047】
(9)請求項6に記載したように、XYエンコーダ及びθエンコーダを可動テーブル近傍に取り付けるように構成すると、可動テーブルの近傍で可動テーブルの位置を計測できるため、可動テーブルのピッチング運動等による誤差を低減でき、より高い位置決め精度が得られる。
【0048】
(10)XYθステージ装置の制御方法では、請求項7に記載したように、可動テーブルの所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値に対して、各2対のリニアモータの各々の推力を演算し、2対のリニアモータをそれぞれ駆動し、上記可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御するようにすると、2対のリニアモータをそれぞれ駆動することで、可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御でき、別途、θステージ装置を備える必要が無く、構成が簡単で、軽量化したXYθステージ装置を制御することができる。
【0049】
(11)請求項8に記載したように、所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値と、X軸位置検出器、Y軸位置検出器及びθ軸位置検出器で、可動テーブルのX軸位置、Y軸位置及びθ軸位置を検出した測定値との偏差を計算し、可動テーブルの位置が所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値となるような各2対のリニアモータの各々の推力を演算し、2対のリニアモータをそれぞれ駆動し、可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御するようにすると、可動テーブルの位置の目標値と測定値の偏差を補正できるので、可動テーブルの位置制御を正確に行えるXYθステージ装置の制御方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のXYθステージ装置の基本構成を示す平面図である。
【図2】本発明のXYθステージ装置に用いるリニアモータの構成を示す側面図である。
【図3】図1のW−W′縦断面図である。
【図4】本発明のXYθステージ装置により可動テーブルの位置制御を行うブロック図である。
【図5】従来のXYθステージ装置の構成を示す図で、同図(A)は平面図、同図(B)は縦断側面図である。
【図6】従来のXYθステージ装置において、そのベースとなるXYステージ装置の構成を示す図で、同図(A)は平面図、同図(B)は縦断側面図である。
【符号の説明】
10:XYθステージ装置
12A〜14B:リニアモータ
30:可動テーブル
42:XYエンコーダ
44:θエンコーダ
52:クロスローラガイド(回転支承手段)
60:位置制御器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an XYθ stage apparatus that moves a load to desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position at high speed and accurately, and a control method thereof, and more particularly, to an XYθ stage apparatus that has a simplified configuration.
[0002]
[Prior art]
First, a conventional XYθ stage apparatus will be described with reference to FIGS.
5A and 5B are diagrams showing a configuration of a conventional XYθ stage apparatus, in which FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a longitudinal side view.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an XY stage apparatus as a base in a conventional XYθ stage apparatus. FIG. 6A is a plan view of the XY stage apparatus, and FIG. FIG.
[0003]
As shown in FIG. 5, the conventional
First, the conventional
[0004]
As shown in FIGS. 6A and 6B, the conventional
In FIG. 6B, 250A, 250B, 260A, and 260B are cross roller bearings that movably support the XY movable table 240.
Further, 270 is a θ driving linear actuator, and 280 is a position detector of the XY movable table 240.
[0005]
In the conventional
Further, the conventional
[0006]
Next, the
As described above, the
[0007]
With the above configuration, when the load on the θ movable table 310 is controlled to the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position using the conventional
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, as described above, the conventional XYθ stage apparatus has a configuration in which the θ stage apparatus is mounted on the XY stage apparatus and the X axis position, the Y axis position, and the θ axis position are controlled independently. Therefore, it has the following problems.
(1) Since the XY stage device and the θ stage device are combined and configured, there are many overall components and the manufacturing cost increases.
(2) Since the θ stage device is mounted on the XY stage device, an Abbe error corresponding to the height of the θ stage device increases.
(3) Since the θ stage device and the θ rotation actuator are mounted on the XY stage device, the weight of the movable part increases, and the acceleration / deceleration speed becomes slow.
(4) Since the θ stage device is mounted on the XY stage device, the position of the center of gravity at the time of acceleration / deceleration increases, so that the vibration in the pitching direction increases and the settling time becomes longer.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems (problems), to provide an XYθ stage apparatus and a control method thereof that have a simplified configuration and a reduced weight.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the XYθ stage apparatus according to the present invention, a pair of linear motors arranged to face each other in the X-axis direction and a pair of linear motors arranged to face each other in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis. A motor, a movable table for loading a transfer object, a rotary support means for rotatably supporting the movable table in the θ-axis direction in the same plane as the X-axis and Y-axis, and the two pairs of linear motors, respectively A position controller that drives and controls the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table is provided.
[0011]
With this configuration, the X-axis position and the Y-axis position of the movable table can be controlled by driving the two pairs of linear motors, respectively, and the movable table is supported by the rotational support means that rotatably supports the movable table. The position of the θ axis can be controlled, and it is not necessary to separately provide a θ stage device, so that an XYθ stage device with a simple configuration and a reduced weight can be obtained.
Further, unlike the conventional XYθ stage apparatus, since it is not necessary to load the θ stage apparatus on the XY stage apparatus, an increase in Abbe error corresponding to the height of the θ stage apparatus can be prevented.
Furthermore, as a result of reducing the increase in the overall weight, a decrease in acceleration / deceleration performance can be minimized.
In addition, since the position of the center of gravity hardly changes, the vibration in the pitching direction hardly changes and the settling time can be shortened.
[0012]
In the XYθ stage apparatus according to claim 2, as the position controller, the two pairs of linear motors for the desired values of the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table as the position controller. A position controller having a calculation function for calculating each thrust is used.
[0013]
If comprised in this way, it can be set as the XY (theta) stage apparatus provided with the position controller in which a high-speed and exact positioning is possible with an X-axis, a Y-axis, and (theta) axis | shaft.
[0014]
In the XYθ stage apparatus according to claim 3, the XYθ stage apparatus includes an X-axis position detector that detects an X-axis position of the movable table, and a Y-axis position detector that detects a Y-axis position of the movable table. And a θ-axis position detector for detecting the θ-axis position of the movable table.
[0015]
If comprised in this way, the position of a movable table can always be detected now and the positioning accuracy of a movable table can be improved further.
[0016]
In the XYθ stage apparatus according to claim 4, as the position controller, first, a desired value of the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position, the X-axis position detector, and the Y-axis position detection are detected. And the θ-axis position detector calculate deviations from the measured values of the X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position of the movable table, and then the position of the movable table is the desired X-axis position, A position controller having a deviation calculating function for calculating the thrusts of each of the two pairs of linear motors to be the target values of the Y-axis position and the θ-axis position is used.
[0017]
With this configuration, the deviation between the target value and the measurement value of the position of the movable table can be corrected, so that the position control of the X axis, the Y axis, and the θ axis of the movable table can be performed accurately.
[0018]
In the XYθ stage apparatus according to the fifth aspect, an XY encoder is used as the X-axis position detector and the Y-axis position detector, and a θ encoder is used as the θ-axis position detector.
[0019]
If comprised in this way, it can measure non-contactingly and can be set as the XY (theta) stage apparatus provided with the suitable position detector.
[0020]
In the XYθ stage apparatus according to the sixth aspect, the XY encoder and the θ encoder are attached in the vicinity of the movable table.
[0021]
If comprised in this way, since the position of a movable table can be measured in the vicinity of a movable table, the error by the pitching motion etc. of a movable table can be reduced, and higher positioning accuracy is obtained.
[0022]
According to the control method of the XYθ stage apparatus according to claim 7, each of the two pairs of linear motors with respect to a desired value of the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table. The thrust is calculated, the two pairs of linear motors are driven, and the X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position of the movable table are controlled.
[0023]
In this way, the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table can be controlled by driving the two pairs of linear motors, respectively, and there is no need to separately provide a θ-stage device, and the configuration is simple. It is possible to control the lightened XYθ stage device.
[0024]
The control method of the XYθ stage apparatus according to claim 8, wherein a desired value of the X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position, the X-axis position detector, the Y-axis position detector, and the θ-axis position are determined. The detector calculates deviations from the measured values obtained by detecting the X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position of the movable table, and the position of the movable table is the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis. The thrust of each of the two pairs of linear motors that will be the target position value is calculated, the two pairs of linear motors are respectively driven, and the X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position of the movable table are determined. I tried to control it.
[0025]
In this way, since the deviation between the target value of the position of the movable table and the measured value can be corrected, a control method for the XYθ stage apparatus that can accurately control the position of the movable table can be achieved.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of an XYθ stage apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a plan view showing the basic configuration of the XYθ stage apparatus of the present embodiment.
FIG. 2 is a side view showing the configuration of the linear motor used in the XYθ stage apparatus of the present embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of FIG.
FIG. 4 is a block diagram for controlling the position of the movable table by the XYθ stage device.
[0027]
First, the basic configuration of the
As shown in FIG. 1, when the X, Y, and θ axes are selected in the same plane, the
In addition, a pair of linear motors, that is, a Y1
Moreover, in FIG. 1, 30 is a movable table which loads a transfer thing.
[0028]
In the
In this way, errors due to the pitching motion or the like of the movable table 30 can be reduced, and higher positioning accuracy can be obtained.
[0029]
Next, each of the two pairs of
In FIG. 2, only the X1
[0030]
In the
Reference numerals 12A4 and 12A5 denote coils. A current is supplied to the coils 12A4 and 12A5, and the amount of the current is controlled to adjust the thrust of the
[0031]
Next, in FIG. 3, 52, 54, and 56 are cross roller guides that support the movable table 30 so as to be slidable in the X axis direction and the Y axis direction, and in particular, the cross roller guide provided on the lower surface of the movable table 30. At 52, it is rotatably supported in the θ-axis direction.
[0032]
With the above configuration, the basic operation of the
The basic principle of the
[0033]
At this time, the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table 30 are measured by the
That is, unlike the conventional
[0034]
Next, a method for controlling the position of the movable table 30 by the
[0035]
First, as shown in FIG. 4, the X-axis position target value X ref is measured by the
[0036]
Similarly, as shown in FIG. 4, the θ-axis position target value θ ref is measured by the
[0037]
Exactly the same, the Y-axis position target value Y ref is measured by the
[0038]
As shown in FIG. 4, these thrust command values (F X , F Y , Fθ) are added by the
F X1 = F X + Fθ / 2 (1)
F X1 = F X -Fθ / 2 (2)
F Y1 = F Y + Fθ / 2 (3)
F Y2 = F Y -Fθ / 2 (4)
These thrust command values (F X1 , F X2 , F Y1 , F Y2 ) are amplified by the
[0039]
As described above, in the present embodiment, the movable table 30 is rotatably supported in the θ-axis direction, and the thrust command is applied to each of the two pairs of
[0040]
That is, the
Further, since the θ stage device is not mounted on the XY stage device, an increase in Abbe error corresponding to the height of the θ stage device can be prevented.
Furthermore, as a result of reducing the increase in the overall weight, a decrease in acceleration / deceleration performance can be minimized, and the position of the center of gravity hardly changes. Therefore, there is almost no change in vibration in the pitching direction, and the settling time can be shortened.
Further, since the position of the movable table is feedback controlled by the XY encoder and the θ encoder, the positioning accuracy can be improved.
[0041]
The XYθ stage apparatus and the control method thereof according to the present invention are not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
For example, in the above-described embodiment, an example in which an XY encoder and a θ encoder are used as a position detector has been described. However, other configurations, for example, a laser interferometer or the like is used by attaching an optical system mirror or the like to a movable part. Then, the position may be detected.
Moreover, although the example using a cross roller guide was demonstrated as a means to rotatably support a movable table, you may make it use a static pressure guide, a sliding guide, etc. as this other support means.
[0042]
【The invention's effect】
Since the XYθ stage apparatus and the control method thereof according to the present invention are configured as described above, they have the following excellent effects.
(1) The XYθ stage apparatus according to the present invention includes a pair of linear motors arranged opposite to each other in the X axis direction and a pair arranged opposite to each other in the Y axis direction perpendicular to the X axis. A linear motor, a movable table for loading a transfer object, a rotary support means for rotatably supporting the movable table in the θ-axis direction in the same plane as the X-axis and Y-axis, and two pairs of linear motors, respectively. When the movable table is provided with a position controller that controls the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table, the X-axis position of the movable table and the Y-axis are driven by driving two pairs of linear motors, respectively. The axis position can be controlled, and the θ-axis position can be controlled because it is supported by the rotary support means that supports the movable table so that it can rotate freely. There is no need for a separate θ-stage device, and the configuration is simple and lightweight. XYθ stage device Rukoto can.
(2) Further, unlike the conventional XYθ stage apparatus, since it is not necessary to load the θ stage apparatus on the XY stage apparatus, an increase in Abbe error corresponding to the height of the θ stage apparatus can be prevented.
(3) Furthermore, as a result of reducing the increase in the overall weight, it is possible to minimize the decrease in acceleration / deceleration performance.
(4) In addition, since the position of the center of gravity hardly changes, the vibration in the pitching direction hardly changes, and the settling time can be shortened.
[0043]
(5) As described in claim 2, each of the two pairs of linear motors as a position controller for each desired value of the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position of the movable table. If a configuration using a position controller having a calculation function for calculating the thrust is obtained, an XYθ stage apparatus including a position controller capable of high-speed and accurate positioning can be obtained.
[0044]
(6) As described in claim 3, the X-axis position detector for detecting the X-axis position of the movable table, the Y-axis position detector for detecting the Y-axis position of the movable table, and the θ-axis position of the movable table If it comprises so that it may provide with the (theta) axis | shaft position detector which detects this, the position of a movable table can be always detected now and the positioning accuracy of a movable table can be improved further.
[0045]
(7) As described in claim 4, as a position controller, first, desired values of desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position, an X-axis position detector, and a Y-axis position detector And the θ-axis position detector calculate deviations from the measurement values obtained by detecting the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table, and then the position of the movable table is the desired X-axis position, Y-axis When the position controller having a deviation calculating function for calculating the thrust of each of the above two pairs of linear motors to be the target value of the position and the θ-axis position is used, the target value of the position of the movable table Therefore, the position control of the X axis, the Y axis, and the θ axis of the movable table can be accurately performed.
[0046]
(8) If the XY encoder is used as the X-axis position detector and the Y-axis position detector and the θ encoder is used as the θ-axis position detector as described in claim 5, non-contact measurement can be performed. The XYθ stage apparatus equipped with a suitable position detector can be obtained.
[0047]
(9) If the XY encoder and the θ encoder are attached in the vicinity of the movable table as described in claim 6, the position of the movable table can be measured in the vicinity of the movable table. And higher positioning accuracy can be obtained.
[0048]
(10) In the control method of the XYθ stage apparatus, as described in claim 7, each of the two pairs of linears with respect to the desired values of the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position of the movable table When the thrust of each motor is calculated and the two pairs of linear motors are driven to control the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table, the two pairs of linear motors are driven. Thus, the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table can be controlled, and it is not necessary to separately provide a θ-stage device, and the XYθ stage device that has a simple configuration and is light in weight can be controlled.
[0049]
(11) As described in claim 8, the desired values of the X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position, and the X-axis position detector, Y-axis position detector, and θ-axis position detector The deviation of the movable table from the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position detected is calculated, and the movable table position is the desired value of the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position. It is possible to calculate the thrust of each of the two pairs of linear motors, and drive the two pairs of linear motors to control the X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position of the movable table. Since the deviation between the target value of the table position and the measured value can be corrected, a control method for the XYθ stage apparatus that can accurately control the position of the movable table can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a basic configuration of an XYθ stage apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing the configuration of a linear motor used in the XYθ stage apparatus of the present invention.
3 is a longitudinal sectional view of WW ′ of FIG.
FIG. 4 is a block diagram for controlling the position of the movable table by the XYθ stage apparatus of the present invention.
5A and 5B are diagrams showing a configuration of a conventional XYθ stage apparatus, in which FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a longitudinal side view.
6A and 6B are diagrams showing a configuration of an XY stage apparatus as a base in a conventional XYθ stage apparatus, where FIG. 6A is a plan view and FIG. 6B is a vertical side view.
[Explanation of symbols]
10:
60: Position controller
Claims (8)
前記X軸に直交するY軸方向に対向配置される1対のリニアモータと、
移載物を積載する可動テーブルと、
前記X軸Y軸と同一平面内のθ軸方向に、前記可動テーブルを回転自在に支承する回転支承手段と、
前記2対のリニアモータをそれぞれ駆動し、前記可動テーブルのX軸位置とY軸位置及びθ軸位置を制御する位置制御器とを備えたことを特徴とするXYθステージ装置。A pair of linear motors arranged opposite to each other in the X-axis direction;
A pair of linear motors arranged opposite to each other in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis;
A movable table for loading a transfer object;
Rotation support means for rotatably supporting the movable table in the θ-axis direction in the same plane as the X-axis and Y-axis;
An XYθ stage apparatus comprising: a position controller that drives the two pairs of linear motors to control the X-axis position, the Y-axis position, and the θ-axis position of the movable table.
上記可動テーブルの所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値に対して、上記各2対のリニアモータの各々の推力を演算する演算機能を有する位置制御器を用いたことを特徴とする請求項1に記載のXYθステージ装置。As the position controller,
A position controller having a calculation function for calculating the thrust of each of the two pairs of linear motors with respect to desired X axis position, Y axis position, and θ axis position target values of the movable table was used. The XYθ stage apparatus according to claim 1, wherein:
上記可動テーブルのX軸位置を検出するX軸位置検出器と、
上記可動テーブルのY軸位置を検出するY軸位置検出器と、
上記可動テーブルのθ軸位置を検出するθ軸位置検出器とを備えるようにしたことを特徴とする請求項1又は2に記載のXYθステージ装置。In the XYθ stage device,
An X-axis position detector for detecting the X-axis position of the movable table;
A Y-axis position detector for detecting the Y-axis position of the movable table;
The XYθ stage apparatus according to claim 1, further comprising a θ-axis position detector that detects a θ-axis position of the movable table.
先ず、所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値と、上記X軸位置検出器、Y軸位置検出器及びθ軸位置検出器で、上記可動テーブルのX軸位置、Y軸位置及びθ軸位置を検出した測定値との偏差を計算し、
次に、可動テーブルの位置が所望のX軸位置、Y軸位置、及び、θ軸位置の目標値となるような上記各2対のリニアモータの各々の推力を演算する偏差演算機能を有する位置制御器を用いたことを特徴とする請求項3に記載のXYθステージ装置。As the position controller,
First, the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position target values, and the X-axis position of the movable table, the X-axis position detector, the Y-axis position detector, and the θ-axis position detector, Calculate the deviation from the detected value of the Y-axis position and θ-axis position,
Next, a position having a deviation calculation function for calculating the thrust of each of the two pairs of linear motors so that the position of the movable table becomes a desired value of the desired X-axis position, Y-axis position, and θ-axis position. The XYθ stage apparatus according to claim 3, wherein a controller is used.
上記θ軸位置検出器としてθエンコーダを用いるようにしたことを特徴とする請求項3又は4に記載のXYθステージ装置。Using an XY encoder as the X-axis position detector and the Y-axis position detector,
The XYθ stage apparatus according to claim 3 or 4, wherein a θ encoder is used as the θ-axis position detector.
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