JPH04205113A

JPH04205113A - 試料台駆動装置

Info

Publication number: JPH04205113A
Application number: JP2329333A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Yamada; 山田　静夫; Isao Kobayashi; 功小林; Hidehiko Numasato; 英彦沼里
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体製造装置等に用いられる変位形アクチ
ュエータを用いた試料台を高精度に位置決めする制御方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開平１−２４４５１２号公報に記載さ
れているように、−人力−出力の制御方法に基づいて構
成された制御系によって、圧電素子を駆動する方式とな
っていた。その構成を、第２１図を用いて説明する。機
構系は圧電素子］０５で可動体１０６を駆動する構成に
なっており、可動体１０６の変位をレーザ測長器１０７
で検出する制御系は目標値とレーザ測長器１０７からの
変位信号の差から偏差を求めその偏差を積分器１０１で
積分し、その出力信号を増幅率が可変な増幅器１０２で
増幅しＤ／Ａコンバータ１０３でアナログ信号に変換し
アンプ１０４で電圧を増幅し圧電素子１０５に印加する
方式となっている。実際の動作では、目標値が変化した
直後は増幅器１０２の増幅率を低く設定し、時間を経た
のち、偏差がある設定値より小さくなるとその増幅器１
０２の増幅率を大きくし、圧電素子１０５のドリフトを
補償する方式になっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、複数の圧電素子を同時駆動する方法
に対しては考慮されておらず、複数の圧電素子を同時駆
動した際に、複数の圧電素子の制御系間で干渉が起こり
、所定の位置に位置決め出来ない可能性があり、逆に、
−軸ずつ圧電素子を駆動した際には位置決め時間が長く
なるという問題があった。

本発明の目的は、複数の圧電素子の同時駆動方法に対す
る考慮をし、複数の圧電素子の制御系間での干渉をなく
し、かつ、位置決め時間を短くすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明はステージおよびス
テージに搭載される試料の質量及び慣性モーメントと変
位型アクチュエータをばね要素としたときの運動方程式
を求め、その運動方程式の固有値、固定ベクトルを計算
する。さらに、その固有値よりメカ共振周波数を求め、
その各々のメカ共振周波数を抑制するように、制御系の
制御帯域及び補償要素を設計する。また、固有ベクトル
より座標変換行列を求める。

そして、ステージあるいは試料に与えられる目標値から
、ステージ＋試料の重心の目標位置ベクトルと目標回転
ベクトルに変換し、センサからステージ＋試料の重心の
位置ベクトルと回転ベクトルを検出し、その偏差ベクト
ルを求める。

そのあと、座標変換行列で変換し、各々の制御系に入力
する。各々の制御系より操作量を計算し、制御系の出力
を座標変換行列を用いてもとの座標に変換する。

さらに、各変位型アクチュエータに電圧として印加し、
ステージあるいは試料の位置・姿勢を高精度に制御する
。このような手段を用いる。

〔作用〕

まず、変位形アクチュエータの一例として圧電素子を考
える。第１７図、第１８図は圧電素子の性質の説明図で
ある。第１７図は、一端を固定し、他端に質量ｍの剛体
９１を取り付ける。第１８図はこの機構系の等価な図で
ある。ｉ＝８として、伸び量を示す圧電定数ｄ　（ｉ）
をもつ圧電素子８は等測的にばね定数ｋ　（ｉ）のばね
９と、粘性摩擦定数ｂ　（ｉ）のダンパ１０とみなすこ
とができる。圧電素子８への印加電圧ｖ　（ｉ）と質量
ｍの剛体９１の変位Ｘとの関係は式（１）になる。但し
、ｉは添字である。

さらに、（１）式を第１９図の質量ｍ・慣性モーメント
エのステージ１１に応用した場合の微小運動における運
動方程式は（２）〜（５）式になる。但し、（ステージ
１１＋試料１３）の重心Ｇの変位ベクトルをｐ、重心０
周りの回転ベクトルをすとする・また、重心Ｇから圧電
素子８の取付は位置までの位置ベクトルをＬｇ（ｉ）、
圧電素子８の伸び方向の方向ベクトルｅ（ｉ）、圧電素
子８の発生する力ベクトルをｆ（ｉ）、発生するトルク
ベクトルをＮ　（ｉ）とする。

十ｋ（ｉ）・ｄ（ｉ）Ｖ（ｉ）ｅ（ｉ）　　　　　　　
−（２）Ｎ（ｉ）＝　Ｌ　ｇ　（ｉ）　Ｘ　ｆ　（ｉ）
　　　　　　　　　　−（３）ｍ　ｐ　＝　ｆ　（ｉ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（４）工
　θ＝　Ｎ　（ｉ）　　　　　　　　　　　　　　　　
　　・・・（５）さらに、ステージ１１が複数（説明の
ため六個とする）の圧電素子によって支持された場合に
は、ステージ１１に動く力ベクトルおよびトルクベクト
ルは各圧電素子が発生する力ベクトル及びトルクベクト
ルの総和となり、運動方程式は（６）〜（７）式になる
。

（６）〜（７）の運動方程式の係数を行列Ｍ（６×６）
、　Ｋ（６ｘ６）、に’　　（６ｘ６）、Ｂ　（６ｘ６
）を用いて表わすと（８）式になり、一般に、圧電素子
などの変位型アクチュエータは粘性摩擦係数ｂ　（ｉ）
は、ばね定数ｋ　（ｉ）と比較すると非常に小さい。従
って、行列Ｂを無視して考えることが出来る。

そこで、（Ｍ〜１・Ｋ）に対する固有値行列Ａと固有ベ
クトルｕ　（ｉ）からなる行列Ｕを定義すると、その間
の関係式は式（９）になる。

Ａ＝Ｕ−’（Ｍ”−”・Ｋ）Ｕ　　　　　　　　　・・
・（９）したがって、この行列Ｕで座標変換すると式（
１０）になり、座標変換された座標系では、６個の独立
した１人力１出力の機構系に分離できる。

したがって、固有値行列Ａの固有値λ（ｉ）を用いれば
、容易に、この６個の独立した機構系に対して、メカ共
振を抑制し、ステージ１１を位置決めする制御系を容易
に設計することが出来る。その各々の制御系をＧ　ｉ　
（ｓ）する。ただしｉは添字である。

次に、ステージあるいは試料の位置・姿勢を検出するセ
ンサの１例としてステージ１１の表面の変位を検出する
変位センサとする。第２０図はそのセンサを用いてステ
ージ１１の重心の位置・姿勢を検出する方法を説明する
図である。

ステージ１１＋試料１３の重心Ｇが変位ベクトルｐより
Ｇ′に移りさらに微小回転ベクトルθでステージ１１を
回転する。ただし、Ｌ　ｓ　（ｉ）は移動する前のセン
サ検出点の位置ベクトル、１（ｉ）は検出面の法線ベク
トル、Ｌ　ｓ　（ｉ）’は移ったのちの位置ベクトル、
ｎ５（ｉ）’　　は検出面の法線ベクトルとする。回転
ベクトルθが微小のため、ｎ　ｓ　（ｉ）’　はｎ　５
（ｉ）とほぼ等しいと考えることができる。また、破線
すはセンサの検出する軸を示しており、ｎ　ｓ　（ｉ）
と方向は一致している。したがって、ステージ１１の移
動前の検出面の方程式は式（１１）、移動後の検出面の
方程式は式（１２）となる。

ｎ　ｓ　（ｉ）　・（ｘ　−Ｌ　ｓ　（ｉ））＝　Ｏ−
（１１）Ｔ賀ｉ）・（マーαｊｓ　（ｉ）６＋７Ｘ　Ｌ
　ｓ　（ｉ））＝　Ｏ−（１２）さらに変位センサの検
出する距離ｐ　ｓ　（ｉ）は。

式（１３）となる。

Ｐｓ（ｉ）＝ｎ　５（ｉ）・（ｐ十〇＋Ｌ　Ｓ　（ｉ）
）　＝１１３）このような変位センサを６台用いること
により、ステージ１１の姿勢を間接的に検出することが
できる。その式を係数行列Ｓｅ　（６Ｘ６）で表現する
と式（１４）と成り、変位センサの配置によって行列Ｓ
ｅを正則行列とすることは可能である。したがって、式
（１５）を用いればステージ１１の位置・姿勢は求める
ことができる。

次に、本発明の動作原理について説明する。重心の変位
ベクトルの目標値ｐｔと回転ベクトルの目標値θｔから
式（１６）を用いて偏差ベクトルｅｒを求め、その偏差
ベクトルｅｒを式（１７）のようにｅｒ’に行列Ｕで座
標変換する。

ｅ　ｒ’　　＝Ｕ′ｅ　ｒ　　　　　　　　　　　　　
　　−（１７）したがって、ｅｒ′を用いれば、容易に
、この６個の独立した機構系に対して制御系を容易に設
計することが出来る。操作量Ｖ（ｉ）’　　との関係式
は式（１８）になる。

Ｖ（ｉ）’　＝Ｇ　ｉ　（ｓ）　・ｅ　ｒ（ｉ）　　　
　　　　−（１８）実際に圧電素子１〜ｎに印加する電
圧は、式（１９）のように行列Ｕでもとの座標系にもど
せばよい。

Ｖ＝ＵＶ’　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・（１９）このような方法を用いることにより、容易
に制御系を設計でき、また、６軸の圧電素子を同時に駆
動することが可能となり、位置決め時間を短縮できる。

また、ステージ１１の慣性主軸を座標系とすれば行列Ｍ
が簡単化でき、その座標系上で圧電素子の配置に対称性
をもたせれば行列Ｋが簡単化できる。その結果、座標変
換行列Ｕはより小さな行列に分解でき、試料台駒動装置
をより簡単な構成にできる。

また、圧電素子がステージ１１の制御する自由度より多
い場合には、冗長な圧電素子の印加電圧ｖ　（ｊ）をそ
の他の圧電素子の印加電圧ｖ（１）〜■（１）を用いて
拘束条件（２０）を定義すれば、内軸の圧電素子を同時
に駆動することが可能となり、位置決め時間を短縮でき
る。

ｖ（ｊ）＝Ｆ（ｖ（１）　〜ｖ（ｉ））　　（ｉ＜ｊ）
　　　　−（２０）〔実施例〕以下、本発明の第一の実施例を第１図、第２図。

第３図、第４図、第５図により説明する。第１図及び第
２図は、本発明に用いる変位型アクチュエータを用いた
試料台装置の一例として、圧電素子を用いた試料台装置
である。ここではステージ上に搭載する試料は形状及び
質量が十分小さいとして省略して説明するが、試料があ
る程度の質量等をもつ場合には、その質量等をステージ
１１のと合わせて考えれば良い。

初めに、試料台の構成について説明する。第１図は、試
料台装置の上面図を示しており、第２図は、第１図の破
線ａにおける試料台装置の断面図である。ステージ１１
は、均一な材料で、形状は平板状の直方体をし、重心Ｇ
はステージ１１の中心にある。圧電素子１〜６は両端を
弾性ヒンジが取り付けてあり、圧電素子１は、Ｘ方向か
ら一端をステージ１１の中心線上の側面に接続し、他端
を固定する。圧電素子２は、Ｘ方向の中心線から一定の
距離をもたせて、一端を平板上のステージ１１の側面に
接続し、他端を固定する。圧電素子３は、Ｘ方向の中心
線に対して圧電素子２と対称な位置に配置し接続する。

圧電素子１〜３によって、ステージのＸ＋’！方向の並
進運動と２軸周りの回転運動が可能となる。

圧電素子４は、重心ＧからＸ方向に一定の距離をもたせ
て、一端をステージ１１の底面に、他端を固定する。圧
電素子５は、重心Ｇから圧電素子４と反対方向にＸ方向
に一定の距離を、またＸ方向の中心線から一定の距離を
もたせて、一端をステージ１１の底面に、他端を固定す
る。圧電素子６は、Ｘ方向の中心線に対して圧電素子５
と対称な位置に配置し接続する。圧電素子４〜６によっ
て、ステージの２方向の並進運動とＸＩ　ｙ軸周りの回
転運動が可能となる。

したがって、ステージ１１の並進と回転をあわせた六自
由度の運動が可能となる。

次に、センサの構成について説明する。第３図。

第４図は、試料台装置に備えであるセンサの一例として
、ステージ１１の表面のある一点の変位を検出する変位
センサで配置を示している。また、このセンサの具体例
として、レーザ測長器、静電容量センサ、渦電流式変位
センサ等がある。

変位センサ２１はステージ１１のＸ方向の中心線上にあ
り、ステージ１１のＸ方向の側面の変位を検出する。変
位センサ２２はステージ１１のＸ方向の中心線から一定
の距離をもたせた位置に配置し、ステージ１１のＸ方向
の側面の変位を検出する。変位センサ２３はステージ１
１のＸ方向の中心線に対して、変位センサ２２と対称の
位置に配置し、ステージ１１のＸ方向の側面の変位を検
出する。変位センサ２１〜２３によってステージ１１の
重心Ｇのｘ＋Ｙ方向の変位と、Ｚ軸回りの回転を間接的
に検出できる。

また、変位センサ２４〜２６は、圧電素子４〜６の上側
に配置し、ステージ上面の変位を検出する。変位センサ
２４〜２６によってステージ１１の重心Ｇの２方向の変
位と、Ｘ＋’ｊ軸回りの回転を間接的に検出できる。

この人台の変位センサの信号に式（１３）式を用いるこ
とによってステージ１１の重心の位置ベクトルと重心回
りの回転ベクトルを求めることができる。

次に、試料台能動装置の構成の説明をする。第５図は試
料台駆動装置の一例を示している。ステージ１１の形状
が直方体でその各辺が座標系と平行であるため、ステー
ジ１１の慣性モーメント■（３Ｘ　３）のなかの慣性乗
積はゼロとなる。また、圧電素子１〜３が発生する力、
ｘｙ平面内にある。

圧電素子４〜６が発生する力、トルクは２方向にある。

その結果、圧電素子１〜３はステージ１１のＸＸ方向の
並進運動と、２軸周りの回転運動を制御し、圧電素子４
〜６はステージ１１の２方向の並進運動と、ＸｒＹ軸周
りの回転運動を制御ができることになる。そうすると、
固有ベクトルｕ　（ｉ）は、Ｘｌ　ｙ！　　θＺ酸成分
み値をもつベクトルと２゜θＸ、θｙのみ成分をもつベ
クトルとなる。したがって、座標変換ベクトルＵはＸ、
ｙ、θＺ酸成分み値をもつベクトルで構成される行列Ｕ
１（３×３）と、２．θＸ、θｙのみ成分をもつベクト
ルで構成される行列Ｕ２　（３Ｘ３）に分ける二とがで
きる。

圧電素子１〜６の制御系は、圧電素子１〜３の制御系と
、圧電素子４〜６の制御系に分離できることになる。

座標変換装置３１は座標変換行列Ｕ１を用いて入力信号
を座標変換し、その結果を出力する。また、座標変換装
置３２は座標変換行列Ｕ２を用いて入力信号を座標変換
し、その結果を出力する。

積分器５１〜５６は座標変換装置３１．３２からの信号
を積分する。補償器７１〜７６は機構系のメカ共振を抑
制するための補償要素である。

座標変換装置３３は座標変換行列Ｕ１を用いて補償器７
１〜７３の出力信号を元の座標系に座標変換し、その結
果を出力する。また、座標変換装置３４は座標変換行列
Ｕ２を用いて補償器７４〜７６の出力信号を元の座標系
に座標変換する。

検出信号処理装置１ｆ４１は式（１３）に基づいてステ
ージ１１の位置・姿勢を変位センサ２］〜２６の変位信
号から計算する。

最後に、動作について説明する。変位センサ２１〜２６
は、ステージ１１の変位を検出し、検出信号処理装置４
１で、ステージ１１の重心の変位ベクトルと回転ベント
ルを求める。そして、制御系に与えられた目標値とより
、偏差ベクトルｅｒを求め、座標変換装置１３１．３２
より偏差信号ｅｒからｅｒ′に変換する。変換された変
位信号ｅｒ’は積分器５１〜５６でそれぞれ積分し、さ
らに補償要素７１〜７６でメカ共振を抑制しステージ１
１を制御する操作量Ｖ′に変換し、座標変換器３３〜３
４で操作量Ｖ′をもとの座標系の操作量■に変換し圧電
素子１〜６に印加し、ステージ１１を制御する。

このようにすれば、ステージ１１を好適に制御すること
ができる。

以下、本発明の第二の実施例を第６図、第７図。

第８図により説明する。第６図及び第７図は、本発明に
用いる変位型アクチュエータを用いた試料台装置の一例
として、圧電素子を用いた試料台装置である。

始めに、試料台の構成について説明する。第６図は、試
料台装置の上面図を示しており、第７図は、第６図の破
線ａにおける試料台装置の断面図である。ステージ１１
および圧電素子１〜３については、形状、取付は位置に
関しては本発明の第−例の実施例と同じとする。

圧電素子４〜７については、移動台装置の剛性をあげる
ため圧電素子の本数を増やしている。

圧電素子４〜７の配置については、圧電素子４は、重心
Ｇからｙ方向と２方向に一定の距離をもたせて、一端を
ステージ１１の底面に、他端をベース１２に接続してい
る。圧電素子５は、２方向の中心線に対して圧電素子４
と対称な位置に接続する。圧電素子６は、重心Ｇに対し
て圧電素子４と対称な位置に接続する。圧電素子７は、
Ｘ方向の中心線に対して圧電素子４と対称な位置に接続
する。

圧電素子４〜７によって、ステージのＺ方向の並進運動
とＸＩ３’軸周りの回転運動が可能となる。

したがって、このような原理を第６図、第７図の試料台
装置に用いると、ステージ１１の慣性モーメントＩ　　
（３Ｘ３）のなかの慣性乗数はゼロとなる。また、圧電
素子１〜３が発生する力、ｘｙ平面内にある。圧電素子
４〜７が発生する力、トルクは２方向にある。

その結果、圧電素子１〜３はステージ１１のＸｙ力方向
並進運動と、２軸周りの回転運動を制御し、圧電素子４
〜７はステージ１１の２方向の並進運動と、ＸｔＹ軸周
りの回転運動が可能となる。

次に、センサの構成について説明する。センサの種類、
配置は本発明の第一の実施例と同じとする。従って、ス
テージ１１の重心の位置ベクトルと重心回りの回転ベク
トルを求めることができる。

次に、試料台能動装置の構成の説明をする。第８図は試
料台能動装置の一例を示している。

まず、冗長な圧電素子のうちの、例えば、圧電素子７の
印加電圧ｖ（７）を圧電素子４〜６が伸びても必ずステ
ージ１１の底面に接続できるような条件式（２１）で拘
束する。

ｖ（７）”ｖ（５）＋ｖ（６）　　ｖ（４）　　　　　
　・・（２１）この結果、圧電素子の操作量の冗長性が
なくなり、座標変換行列Ｕは６×６の正方行列となる。

そして、ステージ１１の形状が直方体でその各辺が座標
系と平行であるため、ステージ１１の慣性モーメントＩ
　（３Ｘ３）のなかの慣性乗積はゼロとなる。また、圧
電素子１〜３が発生する力、ｘｙ平面内にある。圧電素
子４〜７が発生する力、トルクは２方向にある。

その結果、圧電素子１〜３はステージ１１のＸｙ力方向
並進運動と、Ｚ軸周りの回転運動を制御し、圧電素子４
〜７はステージ１１の２方向の並進運動と、Ｘ＋’ｌ軸
周りの回転運動を制御ができることになる。そうすると
、固有ベクトルｕ　（ｉ）は、ｘ、ｙ、　　θＺ酸成分
み値をもつベクトルとＺ。

θＸ、θｙのみ成分をもつベクトルとなる。したがって
、座標変換行列Ｕはｘ、ｙ、θＺ酸成分み値をもつベク
トルで構成される行列Ｕｌ（３Ｘ３）と、ｚ、Ｏｘ、　
　θｙのみ成分をもつベクトルで構成される行列Ｕ２　
（３Ｘ３）に分けることができる。

圧電素子１〜７の制御系は、圧電素子１〜３の制御系と
、圧電素子４〜７の制御系に分離できることになる。

積分器５１〜５６は座標変換装置３１．３２からの信号
を積分する。補償器７１〜７６は機構系のメカ共振を抑
制するための補償要素である。なお、具体的な例につい
ては後はど説明する。

座標変換装置３３は座標変換行列Ｕ１を用いて補償器７
１〜７３の出力信号を元の座標系に座標変換し、その結
果を出力する。さらに、操作量演算装置３５は、座標変
換装置３４は座標変換行列Ｕ２を用いて補償器７４〜７
６の出力信号を元の座標系に座標変換する。座標変換装
置３４の出力から拘束条件である式（２１）を用いて圧
電素子７の操作量■（７）を計算する。検出信号処理装
置４１は式（１３）に基づいてステージ１１の位置・姿
勢を変位センサ２１〜２６の変位信号から計算する。

最後に、動作について説明する。変位センサ２１〜２６
は、ステージ１１の変位を検出し、検出信号処理袋Ｗ４
１で、ステージ１１の重心の変位ベクトルと回転ベクト
ルを求める。そして、制御系に与えられた目標値とより
、偏差ベクトルごを求め、座標変換装置ｉ３１，３２よ
り偏差信号ごから晋′に変換する。変換された変位信号
ｅｒ’は積分器５１〜５６でそれぞれ積分し、さらに補
償要素７１〜７６でメカ共振を抑制しステージ１１を制
御する操作量Ｖ′に変換し、座標変換器３３〜３４で操
作量ｖ′をもとの座標系の操作量マに変換し圧電素子１
〜６に印加する。さらに、操作量演算装置３５によって
操作量ｖ（７）を計算し圧電素子７に印加する。そして
、ステージ１１を制御する。

次に、機構系のメカ共振を抑制する補償器の第１の例と
して、ローパスフィルタの例を第９図。

第１０図を用いて説明する。第９図はローパスフィルタ
とした構成を、第１０図のその構成の周波数特性を示す
。説明を容易にするため、式（２２）のメカ共振をもつ
機構系を用いる。これは、試料台の特性を座標変換行列
Ｕで分離したときの特性に等しい。

第９図では、式（２３）で表わされる高域の周波数を抑
制するローパスフィルタ７７を補償要素にすることによ
り、 ω″ １分器５７．ローパスフィルタ７７、機構系６０の総合
の周波数特性は第１０図に示したようになり、メカ共振
の周波数のゲインを抑制し、ゲイン余裕を十分持たせる
ことができ、その結果、ステージ１１を好適に制御でき
る。

次に、機構系のメカ共振を抑制する補償器の第２の例と
して、帯域阻止フィルタの例を第１１図。

第１２図を用いて説明する。第１１図は帯域阻止フィル
タとした構成を、第１２図のその構成の周波数特性を示
す。

第１１図では、式（２４）で表される高域の周波数を抑
制する帯域阻止のフィルタ７８を補償要素にすることに
より、積分器５７．帯域阻止フィルタ７８５機構系６０の総合
の周波数特性は第１２図に示したようになり、メカ共振
の周波数のゲインを抑制し、ゲイン余裕を十分持たせる
ことができ、その結果、ステージ１１を好適に制御でき
る。

次に、機構系のメカ共振を抑制する補償器の第３の例と
して、状態観測器より速度を推定し、フィードバックす
る方法の例を第１３図、第１４図を用いて説明する。第
１３図は状態ｗＡ′ＩＡ器より速度を推定し、フィード
バックする方法の構成を、第１４図のその構成の周波数
特性を示す。

メカ共振６０とメカ共振６０をモデル化して作成した状
態観測機７８と状態観測機７８で推定した速度信号を増
幅器７９で増幅しフィードバックすることにより、機構
系６０の減衰係数を等測的に増加したことになる。従っ
て、積分５７器から機構系６０までの周波数特性は第１
４図に示したようになり、メカ共振の周波数のゲインを
抑制し、ゲイン余裕を十分持たせることができ、その結
果。

ステージ１１を好適に制御できる。

次に、機構系のメカ共振を抑制する目標値の人力方法の
１例を第１５図、第１６図を用いて説明する。第１５図
は目標値の時間的変化を示し、第１６図のその目標値の
周波数成分を示す。第１５図に破線で示したステップ状
に変化する目標値Ｘｔの周波数成分は式（２５）になる
。その周波数成分を第１６図の破線で示す。

Ｘ。

Ｘ　ｔ　（Ｓ）　＝□　　　　　　　　　　　・・・（
２５）また、第１５図に実線で示したランプ状に変化す
る目標値Ｘ′　ｔの周波数成分は式（２６）になる。

その周波数成分を第１６図の実線で示す。

ＯＸ’　ｔ　（Ｓ）＝　　　（１−ｅ”−ＬＳ）　　　　
　　−（２６）このように、目標値の入力方法を変える
ことによってメカ共振の周波数成分を小さくできるので
、機構のメカ共振を励振することなくステージ１１を好
適に制御できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数の変位型アクチュエータで支持さ
れた試料台の位置・姿勢を、複数の変位型アクチュエー
タを同時に能動して位置決めできるので、位置決め時間
を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の試料台の構成の一実施例の側面図、
第２図は、本発明の試料台の構成の一実施例の上面図、
第３図は、試料台の位置を検出するセンサの配置を示し
た一例の側面図、第４図は、試料台の位置を検出するセ
ンサの配置を示した一例の上面図、第５図は、請求項１
の実施例の説明図、第６図は、試料台の構成の第二の例
の側面図。第７図は、試料台の構成の第二の例の上面図、第８図は
、第二の実施例のブロック図、第９図は。制御系の補償要素をローパスフィルタで構成したブロッ
ク図、第１０図は、第９図の開ループ特性図、第１１図
は、制御系の補償要素を帯域阻止フィルタで構成したブ
ロック図、第１２図は、第１１図の開ループ特性図、第
１３図は、制御系の補償要素を状態観測器をもちいた速
度フィードバックで構成したブロック図、第１４図は、
第１３図の開ループ特性図、第１５図は、目標値の入力
手段を示した説明図、第１６図は、目標値の周波数成分
を示した説明図、第１７図は、圧電素子の特性の説明図
、第１８図は、第１７図の等価な説明図、第１９図は、
運動方程式の説明図、第２０図は、センサの検出方法の
説明図、第２１図は、従来技術の一例のブロック図であ
る。１〜８・・・圧電素子、９・・・圧電素子の等価ばね。１０・・圧電素子の等価ダンパ、１１・・・ステージ、
２１〜２６・・変位センサ、３１〜３４・・・座標変換
器、３５・・・目標値演算装置、４１・・・信号処理装
置、５１〜５７・・積分器、６０　・機構系、７１〜７
６・・補償器、７７・・ローパスフィルタ、７８・・・
帯域阻止フィルタ、７９・・・状態観測器、８０・・・
増幅器、９１・・剛体、１０１・・・積分器、１０２・
・・増幅器、１０３・・・ディジタル−アナログ変換器
、１０４・・アンプ、１０５・・・圧電素子、１０６・
・・移動体、第　ｌ　図第　２　図第　３７慕　４２第　５　日も　６　囚熟　９１２Ｘｌ第　７１口周贋飲第７３図／″ 第　／４　凶同著歎第　７５　口第　／６　図 λ画５組奉　１７　　図第　／？　口第　２０　目 ■ｂ

Claims

【特許請求の範囲】１、試料を搭載するステージと、前記ステージを支持し
、かつ移動させる複数の変位形アクチュエータと、前記
ステージあるいは前記試料の位置・姿勢を検出するセン
サと、前記センサの信号を利用して、前記ステージある
いは前記試料の位置・姿勢を高精度に位置決めする試料
台駆動装置からなる試料台装置において、前記試料台装置の機構系のメカ共振のモードごとに制御
することによって、複数の前記変位形アクチュエータを
同時に駆動し、前記試料台あるいは前記試料の位置・姿
勢を高精度に位置決めすることを特徴とする試料台駆動
装置。