JP4817116B2 - ステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数軸結合機械であるステージに締結された複数のモータを制御してステージを停止させるモータ制御装置およびそれを備えたステージ装置に関する。

従来の複数軸結合機械に締結された複数のモータを制御して機械を非常停止させるモータ駆動装置は、各軸独立に非常停止することによる機械ストレス、動作遅れを課題とし、上位装置との伝送路とは別の各軸間の伝送路を備え、異常が発生した異常軸は所定の制御停止（例えば、位置指令あるいは減速指令）あるいは機械的ＤＢ停止（例えば、リレー使用によるモータ巻線短絡）させ、正常軸は異常軸の異常を受け、所定の制御停止（例えば、位置指令）あるいは異常軸の実位置情報あるいは実速度情報を指令として停止させている（例えば、特許文献１参照）。これを第１の従来例とする。

また、従来の複数軸結合機械であるステージに締結された複数のモータを制御してステージを停止させるステージ装置は、機械的ＤＢのみでの動作時間による停止までの時間長、距離長を課題とし、電気的ＤＢ（例えば、スイッチング素子使用によるモータ巻線短絡）と機械的ＤＢの併用をするものであり、ステージの非常停止限の通過を検出した際、ほぼ遅れ時間がない電気的ＤＢを使用し、停電等の装置電源遮断時のみ機械的ＤＢを使用して停止させている（例えば、特許文献２参照）。これを第２の従来例とする。

図３は、第１の従来例の構成を示す構成ブロック図である。図における各構成の符号は、特許文献１に付されたのものを使用して説明する。図において、１はコントローラ、２〜５はそれぞれ、第１駆動装置、第２駆動装置、第３駆動装置、第ｎ駆動装置、６〜９はそれぞれ、第１モータ、第２モータ、第３モータ、第ｎモータ、１０〜１３はそれぞれ、第１位置検出器、第２位置検出器、第３位置検出器、第ｎ位置検出器、１４〜１７は機械可動部のスライダでそれぞれ、第１スライダ、第２スライダ、第３スライダ、第ｎスライダである。ここで、第１スライダと第２スライダは締結部１８で機械的に結合されている。第１モータと第２モータの２台のモータを同期制御をして１軸を駆動する、いわゆるツインドライブである。また、１９はコントローラと各駆動装置を接続する第１伝送手段、２０は各駆動装置を接続する第２伝送手段である。

第１の従来例の停止方法の動作を説明する。駆動装置に異常が発生すると異常情報はコントローラと各駆動装置に伝送され、各駆動装置は所定の動作で停止する。異常情報には、異常の内容を識別した異常信号コードを含んでおり、コントローラや異常を発生していない他の軸は、異常信号コードを読むことで異常内容を判別できる。異常発生駆動装置がモータを正常に駆動できる場合は、最も精度よく停止できるように、コントローラの異常停止位置指令に基づき全軸により停止する。

一方、異常発生駆動装置がモータを正常に駆動できない場合はモータを電気的に切り離し、例えばモータ端子を抵抗で短絡して制動トルクを得るダイナミックブレーキを使用することで惰走距離を最小にできる。また、異常を発生していない駆動装置は異常発生駆動装置がモータを正常に駆動できる場合は、コントローラの異常停止位置指令に基づき停止し、異常発生駆動装置がモータを正常に駆動できない場合は、異常発生駆動装置の状態情報の位置情報に基づいてスレーブ動作として追従動作をする。

このように、第１の従来例では、２軸のうち１軸が異常を発生した場合、機械にストレスを加えないように、２軸の位置を同期させて停止させるのである。

図４は、第２の従来例のステージ装置で構成する投影露光装置の概要を示す図である。図における各構成の符号は、特許文献１に付されたのものを使用して説明する。図において、紙面に平行な方向にＸ軸、紙面に垂直な方向にＹ軸を取り、レチクルＲは、レチクル側Ｙステージ３Ｙ及びレチクル側Ｘステージ３Ｘを介して、レチクルベース４上に搭載される。レチクル側Ｘステージ３Ｘは、レチクルベース４に対して、固定子５Ａ及び可動子５Ｂからなるリニアモータ５ＡによりＸ方向に駆動される。レチクル側Ｙステージ３Ｙは、レチクル側Ｘステージ３Ｘに対して、不図示のリニアモータによりＹ方向に駆動される。
また、ウエハＷは、ウエハ側Ｙステージ１０Ｙ及びウエハ側Ｘステージ１０Ｘを介して、ウエハベース１１上に搭載されている。ウエハ側Ｘステージ１０Ｘは、ウエハベース１１に対して、固定子１２Ａ及び可動子１２Ｂからなるリニアモータ１２Ａを介してＸ方向に駆動される。ウエハ側Ｙステージ１０Ｙは、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘに対して、不図示のリニアモータによりＹ方向に駆動される。

すなわち、レチクルＲは、レチクル側Ｘステージ３Ｘとレチクル側Ｘステージ３Ｘの駆動負荷となるレチクル側Ｙステージ３Ｙとで構成された複数軸結合機械であり、ウエハＷは、ウエハ側Ｘステージ１０Ｘとウエハ側Ｘステージ１０Ｘの駆動負荷となるウエハ側Ｙステージ１０Ｙとで構成された複数軸結合機械である。
また、８は中央制御系、１５はレチクルステージ駆動系、１６はウエハステージ駆動系であり、中央制御系８は上位装置、レチクルステージ駆動系１５とウエハステージ駆動系１６はモータ制御装置に相当する。

図５は、第２の従来例のモータ制御装置に搭載されるブレーキ回路の構成の概要を示す図である。ブレーキ回路の動作説明の詳細は省略するが、ステージの非常停止限の通過を検出した際、Ｕ相ＰＷＭ駆動増幅器２２Ｕ、Ｖ相ＰＷＭ駆動増幅器２２Ｖ、Ｗ相ＰＷＭ駆動増幅器２２Ｗの出力は共に接地電位となるようにブレーキ回路を動作させ、これにより、３相リニアモータ２３のＵ相コイル２３Ｕ、Ｖ相コイル２３Ｖ、Ｗ相コイル２３Ｗは短絡され、ダイナミックブレーキが働くのである。また、停電等のモータ制御装置に電源が給電されない場合は、リレー接点３９ｂがオンとなるようにリレー接点３９ｂがＢ（ブレーク）接点とし、これにより、３相リニアモータ２３のＵ相コイル２３Ｕ、Ｖ相コイル２３Ｖ、Ｗ相コイル２３Ｗは短絡され、ダイナミックブレーキが働くのである。

このように、第２の従来例では、ステージの非常停止限の通過を検出した際、ほぼ遅れ時間がない電気的ＤＢを使用し、停電等の装置電源遮断時のみ機械的ＤＢを使用して停止させるのである。
特開２００５−１７６４９３号公報（第４頁、図１） 特開２００４−２０８４５４号公報（第３−５頁、図２、図５）

第１の従来例のモータ駆動装置は、同期制御における２軸間の個々に行なっていた非常停止を、非常停止のタイミングと同期して非常停止させるものに留まっている。２軸間を締結する締結部のテーブル上の負荷のアンバランス（例えば、２軸を左右軸とすると、負荷が左軸に偏っていた場合やその反対の場合）がある状態で、異常発生時の停止を行なった場合、左右軸の各駆動力もアンバランスとなり、機械ストレスが発生するという問題があった。
また、左右軸で駆動する第１軸とその第１軸の駆動負荷となる第２軸とで構成された複数軸結合機械であるステージ（例えば、ＸＹステージ）における第２軸の移動や停止位置による第１軸に対する負荷のアンバランスがある状態で、異常発生時の停止を行なった場合、前述と同様な問題点があった。

第２の従来例のステージ装置も同様であり、ＸＹステージで構成された複数軸結合機械を複数のリニアモータで駆動しているので、前述のような駆動軸に対する負荷のアンバランスがある状態で、異常発生時の停止を行なった場合、前述と同様な問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、駆動軸に対する負荷のアンバランスがある状態で、異常発生時の停止を行なった場合でも、負荷のアンバランスに応じたバランスの取れた駆動力で駆動軸を駆動し、機械ストレスの発生を抑制することができるモータ制御装置およびそれを備えたステージ装置を提供することを目的とする。
なお、特許文献１（第１の従来例）および特許文献２（第２の従来例）には、本発明の開示もなく、それを示唆する記載もない。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、複数のモータで構成した第１モータ群を用いて駆動する第１軸ステージと、単数もしくは複数のモータで構成した第２モータ群を用いて駆動する第２軸ステージと、前記第１軸ステージの可動現在位置を検出して第１検出位置を出力する第１位置検出器と、前記第２軸ステージの可動現在位置を検出して第２検出位置を出力する第２位置検出器とを有し、前記第２軸ステージが前記第１モータ群に対して駆動負荷となるように構成された複数軸結合機械と、前記第１検出位置および前記第２検出位置に基づいて、前記第１モータ群および前記第２モータ群に対する駆動指令を出力する上位装置と、前記駆動指令に基づいて前記第１モータ群および前記第２モータ群を駆動するための電力を供給する、前記第１モータ群および前記第２モータ群を構成したモータそれぞれに対応した、互いに同一構成のアンプを有するモータ制御装置と、を備えたステージ装置であって、前記上位装置が、前記第２検出位置に応じた負荷情報を出力し、前記モータ制御装置が、少なくとも、前記第１モータ群に対応した前記アンプのうち１つ以上が異常状態となった場合、前記第１軸ステージを停止させるための停止指令を出力する軸間制御部と、前記停止指令および前記負荷情報に基づいて前記第１モータ群に対応した前記アンプ全てに軸停止指令をそれぞれ出力する停止制御部と、を有し、前記停止制御部が、前記負荷情報に基づいて前記駆動負荷の割合を算出し、前記第１モータ群に対応した前記アンプそれぞれに対して前記駆動負荷の割合に応じた前記軸停止指令をそれぞれ出力し、前記軸停止指令に応じてダイナミックブレーキにおける抵抗値を変更して前記第１軸ステージを制動停止させるものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載における前記停止制御部が、前記軸間制御部からの前記停止指令発生時のみの前記負荷情報に基づいて、前記駆動負荷の割合を算出するものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載における前記停止制御部が、前記軸間制御部からの前記停止指令発生から前記第１軸ステージの制動停止直前までの一定周期毎の前記負荷情報に基づいて、前記駆動負荷の割合を算出するものである。

請求項１または２に記載の発明によると、駆動軸に対する負荷のアンバランスがある状態で、異常発生時の停止を行なった場合でも、負荷のアンバランスに応じたバランスの取れた駆動力で駆動軸を駆動し、機械ストレスの発生を抑制することができる。また、様々な機械装置の用途に適用することができるため、ステージ装置またはモータ制御装置の汎用性を高めることができる。また、機械ストレスの発生を抑制することができるので、ステージ装置としての信頼性向上、ステージのメンテナンスコストの低減を図ることができる。
また、請求項３に記載の発明によると、更に機械ストレスの発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図２は、ステージ装置のステージの構成を示す構成概略図である。図において、４１はＸ軸ステージ、４２はＹ軸ステージ、４３はＸ軸リニアモータＬ、４４はＹ軸リニアモータＬ、４５はＹ軸リニアモータＲである。また、紙面に平行な方向にＸ軸、紙面に垂直な方向にＹ軸を取っており、Ｘ軸ステージ４１は紙面に平行な方向に移動し、Ｙ軸ステージ４２は紙面に垂直な方向に移動する。すなわち、ステージは、Ｙ軸ステージ４２とＹ軸ステージ４２の駆動負荷となるＸ軸ステージ４１とで構成された複数軸結合機械である。
Ｙ軸ステージ４２は、その左右に配置されたＹ軸リニアモータＬ４４とＹ軸リニアモータＲ４５とで駆動される。また、同様に、Ｘ軸ステージ４１は、その左右に配置されたＸ軸リニアモータＬ４３とＹ軸リニアモータＲ（不図示）とで駆動される。

また、図において、後述の説明のために、Ｙ軸に対する左右負荷率スケールを示している。例えば、左右負荷率を％単位で表すと、Ｘ軸ステージ４１がその可動範囲の中央に位置する場合（Ｙ軸ステージ４２の駆動負荷が、Ｙ軸リニアモータＬ４４とＹ軸リニアモータＲ４５に均等にかかる場合）、Ｙ軸に対する左右負荷率は５０％とする。また、Ｘ軸ステージ４１がその可動範囲の右側に位置する場合（Ｙ軸ステージ４２の駆動負荷が、Ｙ軸リニアモータＬ４４よりＹ軸リニアモータＲ４５の方に最大にかかる場合）、Ｙ軸に対する左右負荷率は０％とする。また、Ｘ軸ステージ４１がその可動範囲の左側に位置する場合（Ｙ軸ステージ４２の駆動負荷が、Ｙ軸リニアモータＲ４５よりＹ軸リニアモータＬ４４の方に最大にかかる場合）、Ｙ軸に対する左右負荷率は１００％とする。

請求項に記載の第１軸は図２におけるＹ軸、第２軸は図２におけるＸ軸に相当する。
なお、図２ではＸ軸とＹ軸で構成されるステージ１台を例にあげて説明したが、第２の従来例のようなステージ装置（投影露光装置）を構成する場合は、レチクル及びウエハの２台のステージを使用する。このような場合も後述する本発明は適用できるものであり、ステージ装置の構成に関わらず、様々な機械装置に適用できることが本発明の本質である。

図１は、本発明の第１実施例を示すステージ装置の構成を示す構成概略図である。図において、１はステージ装置、２は上位装置、３はモータ制御装置、４はステージである。
ステージ装置１は、上位装置２、モータ制御装置３、ステージ４で構成される。なお、ステージ４は、前述の図２においてその詳細を説明しているので説明を省略する。
上位装置２は、ステージ４に配置されたＸ軸センサ４６及びＹ軸センサ４７により検出される、Ｘ軸ステージ４１及びＹ軸ステージ４２の現在位置を入力し、ステージ４に配置された各軸リニアモータの駆動指令をモータ制御装置３に出力する。また、上位装置２は、第１軸（Ｙ軸ステージ４２）である駆動軸に対する第２軸（Ｘ軸ステージ４１）である負荷軸の負荷情報をモータ制御装置３に出力する。この負荷情報については、更に後述する。
モータ制御装置３は、上位装置２からの駆動指令に基づいて各軸リニアモータへ給電する各軸アンプを制御し、各軸駆動電流を出力する。また、モータ制御装置３は、負荷情報に基づいて駆動軸を制御停止または非常停止させる停止制御部３６を有する。この停止制御部３６については、更に後述する。
ステージ４の各軸ステージは、各軸駆動電流に応じて移動する。

本発明が従来技術と異なる部分は、第１軸である駆動軸に対する第２軸である負荷軸の負荷情報をモータ制御装置に出力する上位装置と、負荷情報に基づいて駆動軸を制御停止または非常停止させる停止制御部を有するモータ制御装置と、を備えた部分である。

なお、ステージ装置１は、上位装置２とモータ制御装置３とを合わせた形のモータ制御装置、すなわち、ステージ４に配置されたＸ軸センサ４６及びＹ軸センサ４７により検出されるＸ軸ステージ４１及びＹ軸ステージ４２の現在位置を入力し、ステージ４に配置された各軸リニアモータの駆動指令を算出し、駆動指令に基づいて各軸リニアモータへ給電する各軸アンプを制御し、各軸駆動電流を出力し、また、第１軸である駆動軸に対する第２軸である負荷軸の負荷情報に基づいて駆動軸を制御停止または非常停止させる、モータ制御装置としてもよい。

先ず、負荷情報について説明する。図２において、例えば、左右負荷率を％単位で表したＹ軸に対する左右負荷率スケールを示し、（００１９)段落でその詳細を説明した。
ここで、上位装置２、モータ制御装置３、ステージ４での何らかの異常が発生した場合を考える。一般的なモータ制御装置は、異常による非常停止の場合のために、機械的ダイナミックブレーキ（以下、機械的ＤＢという）を備えている。機械的ＤＢは、例えば、モータ巻線を短絡するように、モータ出力ラインに機械的接点を持つリレーとそれに接続される抵抗（以下、ＤＢ抵抗という）を備え、異常による非常停止の場合、モータへの通電を停止させると同時に、モータ巻線を短絡するようにリレーを動作させ、モータ巻線の逆起電力をモータ巻線内及びＤＢ抵抗で消費させることにより制動をかけるものである。また、機械的接点を持つリレーの代わりに半導体素子のオンオフによるものもある。モータ巻線を短絡することから、ショートブレーキとも呼ばれるものである。

異常による非常停止の場合、その時点のＸ軸ステージ４１位置が、Ｙ軸ステージ４２駆動に対する負荷情報に相当する。すなわち、その時点のＸ軸ステージ４１位置が、例えば、左右負荷率を％単位で表したＹ軸に対する左右負荷率スケールにおける７５％の位置にあった場合、Ｙ軸リニアモータＬ４４側の制動エネルギー（０．７５×ＭＶ^２／２）は、Ｙ軸リニアモータＲ４５側の制動エネルギー（０．２５×ＭＶ^２／２）より大きなものとなる。ここで、ＭはＹ軸ステージ４２の負荷質量であり、ＶはＹ軸ステージ４２の速度である。また、ＭはＹ軸リニアモータＬ４４側とＹ軸リニアモータＲ４５側とで配分されるものであり、ＶはＹ軸ステージ４２が左右軸で機械的に締結されているため、Ｙ軸リニアモータＬ４４側とＹ軸リニアモータＲ４５側とでは同一のものとなる。

また、Ｙ軸ステージ４２の左右に配置されたＹ軸リニアモータＬ４４とＹ軸リニアモータＲ４５は電気的に同一のものである。また、モータ制御装置３のＹ軸リニアモータＬ４４側とＹ軸リニアモータＲ４５側の機械的ＤＢも同一のものが搭載されているのが一般的である。このような場合、前述のように制動エネルギーが異なり、その他が同一な条件であれば、必然的にＹ軸リニアモータＬ４４側とＹ軸リニアモータＲ４５側とで消費されるエネルギー量の差が発生するため、Ｙ軸ステージ４２の機械的な部分にストレス（負担）が発生し、Ｙ軸ステージ４２の歪みや破損する恐れがある。

このように負荷情報は、Ｘ軸ステージ４１のＹ軸ステージ４２に対する駆動負荷情報であり、例えば、左右負荷率を％単位で表したものである。すなわち、駆動負荷の不平衡量（アンバランス量）であり、本発明は、駆動負荷の不平衡量がある場合においても、この負荷情報に基づいて、バランスよく制動させることを目的としているのである。
この負荷情報は、上位装置２とモータ制御装置３を備えている場合、上位装置２からアナログ電圧、パラレルデータ、シリアルデータ等の形態でモータ制御装置３へ出力される。

次に、モータ制御装置３について、更に詳述して説明する。図１において、モータ制御装置３を構成する、３１は軸間制御部、３２はＸ軸−Ｌアンプ、３３はＸ軸−Ｒアンプ、３４はＹ軸−Ｌアンプ、３５はＹ軸−Ｒアンプ、３６は停止制御部である。
Ｘ軸−Ｌアンプ３２、Ｘ軸−Ｒアンプ３３、Ｙ軸−Ｌアンプ３４、Ｙ軸−Ｒアンプ３５はそれぞれ、Ｘ軸リニアモータＬ４３、Ｘ軸リニアモータＲ（不図示）、Ｙ軸リニアモータＬ４４、Ｙ軸リニアモータＲ４５に接続され、軸間制御部３１からの軸駆動指令に基づいて、駆動電流を出力する。ここでは、ステージ４に配置された４軸のリニアモータに駆動電流を出力する４軸のアンプを搭載する例を示しているが、モータ制御装置３に搭載するアンプの軸数はこの限りではない。また、各軸アンプそれぞれに他の軸アンプとの通信手段等を備えれば、運転状態や異常情報を相互にやり取りする（軸間通信）ことができる。このやり取りは、各軸アンプそれぞれに他の軸アンプとの通信手段等を備えず、軸間制御部３１を介してもよい。

軸間制御部３１は、上位装置２からの駆動指令に基づいて、駆動指令をＸ軸−Ｌアンプ３２、Ｘ軸−Ｒアンプ３３、Ｙ軸−Ｌアンプ３４、Ｙ軸−Ｒアンプ３５に分配して出力する。また、上位装置２、モータ制御装置３（Ｘ軸−Ｌアンプ３２、Ｘ軸−Ｒアンプ３３、Ｙ軸−Ｌアンプ３４、Ｙ軸−Ｒアンプ３５）、ステージ４での何らかの異常が発生した場合、上位装置２またはステージ４の異常は上位装置２を介して、Ｘ軸−Ｌアンプ３２、Ｘ軸−Ｒアンプ３３、Ｙ軸−Ｌアンプ３４、Ｙ軸−Ｒアンプ３５の異常の場合は、各軸アンプからそれぞれの異常情報を入力し、停止制御部３６に異常情報を含んだ停止指令を出力する。

停止制御部３６は、異常情報を含んだ停止指令を入力すると、異常情報に応じた軸停止指令を各軸アンプまたは軸間制御部３１を介して上位装置２に出力する。
ここで、異常情報について説明する。異常情報には、例えば、異常の内容を識別した異常信号コードを含んでおり、異常を発生していない上位装置２や他の軸アンプは、異常信号コードを読むことでその異常内容を判別できる。
異常には、リニアモータ駆動を維持できる異常とリニアモータ駆動を維持できない異常とがある。例えば、ステージ４でのセンサ異常や、各軸アンプでの過電流異常や過電圧異常等は、各軸アンプ内の部品が故障した場合やこのままリニアモータ駆動を維持すると、各軸アンプ内の他の部品故障やステージ４の歪みや破損に至るような異常である（以下、致命的な異常という）。一方、例えば、上位装置２でのリニアモータ駆動に関しない異常や、各軸アンプの過負荷警報やバッテリ電圧低下警報等の異常は、リニアモータ駆動を維持しても各軸アンプ内の部品故障やステージ４の歪みや破損に至らない異常である（以下、致命的でない異常という）。なお、前述の異常情報には、致命的な異常か致命的でない異常かを判別できる情報も含まれる。

停止制御部３６は、異常情報を含んだ停止指令を入力すると、致命的な異常か致命的でない異常かを判断する。致命的な異常の場合、その旨の停止指令を軸間制御部３１を介して上位装置２に出力する。上位装置２は、これを受けて駆動指令を止めて、モータ制御装置３内の各軸アンプに搭載されたパワー素子の駆動を遮断させるようにすると同時に、前述した負荷情報をモータ制御装置３に出力する。あるいは、致命的な異常の場合、その旨の軸停止指令を各軸アンプに出力し、各軸アンプに搭載されたパワー素子の駆動を遮断させる。この場合も上位装置２は、前述した負荷情報をモータ制御装置３に出力する。また、この遮断と同時に、各軸アンプに搭載された機械的ＤＢを動作させる。すなわち、この機械的ＤＢ動作が非常停止に相当し、致命的な異常の場合は非常停止させる。

一方、致命的でない異常の場合、その旨の停止指令を軸間制御部３１を介して上位装置２に出力する。上位装置２は、これを受けて駆動指令を止めて、モータ制御装置３内の各軸アンプに搭載されたパワー素子を所定駆動させるようにする。あるいは、致命的でない異常の場合、その旨の軸停止指令を各軸アンプに出力し、各軸アンプに搭載されたパワー素子を所定駆動させる。すなわち、この所定駆動が制御停止に相当し、致命的でない異常の場合は制御停止させる。
このように、制御停止はパワー素子を所定駆動させ、制動させるものであるため、停電等のモータ制御装置３への電源給電が絶たれた場合、制御停止させることができないため、前述の非常停止を併用させる必要がある。この場合、一旦制御停止をかけて、その後非常停止させるようにし、ステージの停止後あるいはある一定時間経過後非常停止させる等の方法がある。

ここで、第１軸である駆動軸に相当するＹ軸ステージ４２を停止させることを考える。Ｘ軸ステージ４１及びＹ軸ステージ４２が駆動中に致命的でない異常が発生した場合、前述のように停止指令が発生する。このとき、上位装置２は、前述のようにＸ軸ステージ４１の負荷情報をＸ軸負荷情報として、モータ制御装置３に出力する。このＸ軸負荷情報の出力は、停止指令発生時のみ、あるいは、停止指令発生からＹ軸ステージ４２の停止に至るまで、一定周期毎に出力するようにしてもよい。例えば、Ｘ軸負荷情報は、停止指令発生時７５％であったとする。

モータ制御装置３は、停止指令発生時のＸ軸負荷情報７５％に基づいて、Ｙ軸−Ｌアンプ３４とＹ軸−Ｒアンプ３５の制御停止の割合を算出し、その割合に基づいてそれぞれ制御停止させる。
制御停止は、例えば、３相リニアモータ駆動の場合、パワー素子内にある上下各３つあるスイッチング素子のうち、上の３つのスイッチング素子をオフ（以下、上アームをオフという）し、下の３つのスイッチング素子をオンオフ（以下、下アームをオンオフという）することで実現できる。下アームをオンすると、パワー素子の構成上、３相リニアモータの巻線を短絡させることができ、制動エネルギーをリニアモータの巻線で消費させ、制動させることができる。下アームをオフすると、上アームもオフしているため、パワー素子の構成上、制動エネルギーは、リニアモータの巻線とパワー素子の前段に備えられる平滑コンデンサへの充電で消費されるが、消費しきれずにパワー素子に供給される直流電圧が上昇し、過電圧やパワー素子、平滑コンデンサの破損を伴う恐れがある。そのため、適度に下アームをオンオフさせる必要がある。

制御停止の割合は、下アームをオンする時間で調整することができ、オン時間が長ければ、より強い制動をさせることができ、より早い停止ができる。ここで、停止指令発生時のＸ軸負荷情報７５％であるので、Ｙ軸−Ｌアンプ３４にＹ軸−Ｒアンプ３５よりも２５％増の制御停止をさせなければ、Ｙ軸ステージ４２の制御停止における負荷の平衡は保たれない。よって、Ｙ軸−Ｌアンプ３４の制御停止の割合をＹ軸−Ｒアンプ３５の制御停止の割合より２５％増とする。すなわち、下アームをオンオフさせる過程で、オンする時間を２５％増させることにより、Ｙ軸ステージ４２の制御停止における負荷の平衡を保つことができ、機械ストレスの発生を抑制することができる。

なお、停止指令発生時のＸ軸負荷情報７５％を負荷情報として用いる場合を説明したが、更に有効であるのは、停止指令発生からＹ軸ステージ４２の停止に至るまでのＸ軸負荷情報を用いて、Ｘ軸負荷情報が更新される度に前述した制御停止の割合を変更することである。これによると、停止指令発生時からＹ軸ステージ４２の停止に至るまで、Ｘ軸ステージ４１が移動している場合も、Ｙ軸ステージ４２の制御停止における負荷の平衡を保つことができ、更に機械ストレスの発生を抑制することができる。

一方、Ｘ軸ステージ４１及びＹ軸ステージ４２が駆動中に致命的な異常が発生した場合、前述のように停止指令が発生する。このとき、上位装置２は、前述のようにＸ軸ステージ４１の負荷情報をＸ軸負荷情報として、モータ制御装置３に出力する。このＸ軸負荷情報の出力は、停止指令発生時のみ、あるいは、停止指令発生からＹ軸ステージ４２の停止に至るまで、一定周期毎に出力するようにしてもよい。例えば、Ｘ軸負荷情報は、停止指令発生時７５％であったとする。

モータ制御装置３は、停止指令発生時のＸ軸負荷情報７５％に基づいて、Ｙ軸−Ｌアンプ３４とＹ軸−Ｒアンプ３５に非常停止させる。
非常停止は、前述のように、例えば、機械的ＤＢを用いることで実現できる。単に、Ｙ軸−Ｌアンプ３４とＹ軸−Ｒアンプ３５にそれぞれ１種類の機械的ＤＢを備えるだけでは、前述した制御停止の割合をＸ軸負荷情報に基づいて変更させることはできない。よって、例えば、ＤＢ抵抗を複数個備えた切替え可能な機械的ＤＢを備え、予めＤＢ抵抗の個数に基づく制動特性を把握しておき、Ｘ軸負荷情報に基づいてＤＢ抵抗の個数を選択し、制動させれば、Ｙ軸ステージ４２の制御停止における負荷の平衡を保つことができ、機械ストレスの発生を抑制することができる。但し、このような場合は、制御停止のように、Ｘ軸負荷情報に基づく細かな非常停止の割合が設定できない点が難点であるが、致命的な異常が発生した場合のものであるため、何もしない従来技術より、機械ストレスの発生を抑制することができる。

前述した致命的でない異常が発生した場合では、停止指令発生からＹ軸ステージ４２の停止に至るまでの制御停止について説明したが、停止指令発生からＹ軸ステージ４２の停止に至るまでの過程で、制御停止から非常停止に切替えてもよい。この切替えは、非常停止がＸ軸負荷情報に基づく細かな非常停止の割合が設定できない点や、制御停止が停電等のモータ制御装置３への電源給電が絶たれた場合できない点を考慮して、Ｙ軸ステージ４２の速度があるレベル以下となる速度や停止指令発生からＹ軸ステージ４２の停止に至るまで時間に基づいて、切替えるのが有効である。

なお、実施例１では、制御停止はパワー素子内の上アームをオフ、下アームをオンオフして制動させること、を例に挙げて説明した。また、非常停止は、ＤＢ抵抗を複数個備えた切替え可能な機械的ＤＢを備え、予めＤＢ抵抗の個数に基づく制動特性を把握しておき、Ｘ軸負荷情報に基づいてＤＢ抵抗の個数を選択して制動させること、を例に挙げて説明した。しかしながら、制御停止および非常停止の方法はこの限りではない。

制御停止の他の方法は、例えば、（１）電流指令リミッタ変更方法、（２）推力指令リミッタ変更方法、（３）軸間電流指令同期方法、（４）軸間推力指令同期方法、等が実施できる。（１）の方法は、リニアモータに供給する駆動電流に対する電流指令を、左右軸の負荷のアンバランスに基づいて、それぞれの電流指令リミッタ（最大電流制限値）を変更する方法である。例えば、Ｘ軸負荷情報７５％（左軸が右軸より２５％負荷が大きい）の場合、左軸の電流指令リミッタを右軸より２５％上げる、あるいは、その逆、とすればよい。また、（２）の方法は、電流指令の上流である推力指令を、（１）の方法の考え方で、左右軸の負荷のアンバランスに基づいて、それぞれの推力指令リミッタ（最大推力制限値）を変更する方法である。また、（３）の方法は、軸間の情報を利用するものであり、負荷率の大きい方、あるいは、小さい方の電流指令に合わせる方法である。また、（４）の方法は、電流指令の上流である推力指令を、（４）の方法の考え方でする方法である。
なお、これら（１）〜（４）の方法は、例えば、上位装置２とモータ制御装置３とが分かれていた場合、その間のインターフェース仕様（モータ制御装置３は、電流指令入力か推力指令入力か等）で異なるため、制御停止方法は、適用用途によって異なってくる。

非常停止の他の方法は、例えば、左右軸に配置されたそれぞれのリニアモータの３相巻線１組が、片軸に複数組を備えて並列駆動することで、リニアモータ推力を増加させる場合を考える。すなわち、片軸１つのリニアモータが複数組の３相巻線を有する、あるいは、片軸複数個のリニアモータがそれぞれ１組の３相巻線を有する場合、それぞれ１組の３相巻線に対し１つの機械的ＤＢを備えたアンプが接続されるので、左右軸の負荷のアンバランスに基づいて、片軸の機械的ＤＢを動作させる数を選択して、制動させる方法である。

このように、請求項に記載の構成をしているので、駆動軸に対する負荷のアンバランスがある状態で、異常発生時の停止を行なった場合でも、負荷のアンバランスに応じたバランスの取れた駆動力で駆動軸を駆動し、機械ストレスの発生を抑制することができる。

ステージ装置の構成に関わらず、様々な機械装置、例えば、露光装置、検査装置、工作機械装置等の用途に適用できる。
また、リニアモータ搭載のステージ装置に関わらず、回転型とボールネジで駆動するステージ装置にも適用できる。

本発明の第１実施例を示すステージ装置の構成を示す構成概略図である。 ステージ装置のステージの構成を示す構成概略図である。 第１の従来例の構成を示す構成ブロック図である。 第２の従来例のステージ装置で構成する投影露光装置の概要を示す図である。 第２の従来例のモータ制御装置に搭載されるブレーキ回路の構成の概要を示す図である。

符号の説明

１ ステージ装置
２ 上位装置
３ モータ制御装置
３１ 軸間制御部
３２ Ｘ軸−Ｌアンプ
３３ Ｘ軸−Ｒアンプ
３４ Ｙ軸−Ｌアンプ
３５ Ｙ軸−Ｒアンプ
３６ 停止制御部
４ ステージ
４１ Ｘ軸ステージ
４２ Ｙ軸ステージ
４３ Ｘ軸リニアモータＬ
４４ Ｙ軸リニアモータＬ
４５ Ｙ軸リニアモータＲ
４６ Ｘ軸センサ
４７ Ｙ軸センサ

Claims (3)

1. 複数のモータで構成した第１モータ群を用いて駆動する第１軸ステージと、単数もしくは複数のモータで構成した第２モータ群を用いて駆動する第２軸ステージと、前記第１軸ステージの可動現在位置を検出して第１検出位置を出力する第１位置検出器と、前記第２軸ステージの可動現在位置を検出して第２検出位置を出力する第２位置検出器とを有し、前記第２軸ステージが前記第１モータ群に対して駆動負荷となるように構成された複数軸結合機械と、
   前記第１検出位置および前記第２検出位置に基づいて、前記第１モータ群および前記第２モータ群に対する駆動指令を出力する上位装置と、
   前記駆動指令に基づいて前記第１モータ群および前記第２モータ群を駆動するための電力を供給する、前記第１モータ群および前記第２モータ群を構成したモータそれぞれに対応した、互いに同一構成のアンプを有するモータ制御装置と、を備えたステージ装置であって、
   前記上位装置が、前記第２検出位置に応じた負荷情報を出力し、
   前記モータ制御装置が、少なくとも、前記第１モータ群に対応した前記アンプのうち１つ以上が異常状態となった場合、前記第１軸ステージを停止させるための停止指令を出力する軸間制御部と、前記停止指令および前記負荷情報に基づいて前記第１モータ群に対応した前記アンプ全てに軸停止指令をそれぞれ出力する停止制御部と、を有し、
   前記停止制御部が、前記負荷情報に基づいて前記駆動負荷の割合を算出し、前記第１モータ群に対応した前記アンプそれぞれに対して前記駆動負荷の割合に応じた前記軸停止指令をそれぞれ出力し、前記軸停止指令に応じてダイナミックブレーキにおける抵抗値を変更して前記第１軸ステージを制動停止させるステージ装置。
2. 前記停止制御部が、前記軸間制御部からの前記停止指令発生時のみの前記負荷情報に基づいて、前記駆動負荷の割合を算出する請求項１記載のステージ装置。
3. 前記停止制御部が、前記軸間制御部からの前記停止指令発生から前記第１軸ステージの制動停止直前までの一定周期毎の前記負荷情報に基づいて、前記駆動負荷の割合を算出する請求項１記載のステージ装置。
   

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