JPH06120105A - 位置決め装置及びこれに用いられるピエゾアクチュエータ駆動装置 - Google Patents
位置決め装置及びこれに用いられるピエゾアクチュエータ駆動装置Info
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- JPH06120105A JPH06120105A JP28363992A JP28363992A JPH06120105A JP H06120105 A JPH06120105 A JP H06120105A JP 28363992 A JP28363992 A JP 28363992A JP 28363992 A JP28363992 A JP 28363992A JP H06120105 A JPH06120105 A JP H06120105A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
- G03F7/70725—Stages control
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
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- B23Q1/34—Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 位置決め時間や精度向上させ、また、それに
用いられるピエゾアクチュエータの破損をスループット
の低下を招くことなく防止する。 【構成】 位置決め装置において、基礎部と、該基礎部
に対して少なくともＸ及びＹ方向に剛でｗx 及びｗy 方
向に柔なガイド手段によって連結されたステージと、前
記基礎部上に設けられて前記ステージを支持し、少なく
ともｗx 及びｗy方向に柔でＺ方向に剛なそれぞれ独立
して駆動制御可能な４つ以上のアクチュエータ手段と、
該アクチュエータ手段を駆動させて前記ステージを少な
くともｗx及びｗy 方向に駆動制御する駆動制御手段を
具備する。また、ピエゾアクチュエータ駆動装置におい
て、はピエゾアクチュエータの電流を制御する手段と、
この電流制御手段に与える電流指令値のスルーレイトお
よび絶対値を制限する手段とを備える。
用いられるピエゾアクチュエータの破損をスループット
の低下を招くことなく防止する。 【構成】 位置決め装置において、基礎部と、該基礎部
に対して少なくともＸ及びＹ方向に剛でｗx 及びｗy 方
向に柔なガイド手段によって連結されたステージと、前
記基礎部上に設けられて前記ステージを支持し、少なく
ともｗx 及びｗy方向に柔でＺ方向に剛なそれぞれ独立
して駆動制御可能な４つ以上のアクチュエータ手段と、
該アクチュエータ手段を駆動させて前記ステージを少な
くともｗx及びｗy 方向に駆動制御する駆動制御手段を
具備する。また、ピエゾアクチュエータ駆動装置におい
て、はピエゾアクチュエータの電流を制御する手段と、
この電流制御手段に与える電流指令値のスルーレイトお
よび絶対値を制限する手段とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平板状物体等を搭載し
て位置決めされるステージ、例えば半導体露光装置のウ
エハステージを少なくともｗx 及びｗy 方向へ精密位置
決めする位置決め装置、並びに、この装置に用いられ
る、電歪効果を利用したピエゾアクチュエータ駆動装置
に関する。
て位置決めされるステージ、例えば半導体露光装置のウ
エハステージを少なくともｗx 及びｗy 方向へ精密位置
決めする位置決め装置、並びに、この装置に用いられ
る、電歪効果を利用したピエゾアクチュエータ駆動装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、位置決め装置において、ステージ
をＸ軸回りのｗx 方向及びＹ軸回りのｗy 方向へ駆動す
るにはステージ変形を抑えるためにステージを３点で支
持し、ピエゾ等を用いて駆動している。
をＸ軸回りのｗx 方向及びＹ軸回りのｗy 方向へ駆動す
るにはステージ変形を抑えるためにステージを３点で支
持し、ピエゾ等を用いて駆動している。
【０００３】そして従来、ピエゾアクチュエータ駆動装
置は、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ２７
ｔｈ Ｍａｙ １９８２ Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．１１の
“ＩＭＰＲＯＶＩＮＧ ＴＨＥ ＬＩＮＥＡＲＩＴＹ
ＯＦ ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＥＲＡＭＩＣ
ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ”等に記載されているように、高イ
ンピーダンスの電流源を用いて構成されている。ピエゾ
アクチュエータは、流された電荷の積算値に比例して伸
び量が変化する。つまり電流値はほぼ伸びの速度に比例
し、電流値のスルーレート（傾き）は伸びの加速度に比
例する。
置は、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ２７
ｔｈ Ｍａｙ １９８２ Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．１１の
“ＩＭＰＲＯＶＩＮＧ ＴＨＥ ＬＩＮＥＡＲＩＴＹ
ＯＦ ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＥＲＡＭＩＣ
ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ”等に記載されているように、高イ
ンピーダンスの電流源を用いて構成されている。ピエゾ
アクチュエータは、流された電荷の積算値に比例して伸
び量が変化する。つまり電流値はほぼ伸びの速度に比例
し、電流値のスルーレート（傾き）は伸びの加速度に比
例する。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来の位置決め装置では、ステージ上には、Ｘ，
Ｙ（，ｗz ）方向の位置検出のためのレーザ干渉計用ミ
ラーや、装置に必要な各種パーツが搭載されており、そ
のため、ステージ重心はステージ中心に対して少なから
ずずれている。そこで、ステージ中心に対して略対称と
なるよう３本のアクチュエータを配すると、重心ずれ方
向にｗx ｗy の回転振動が発生しやすくなる。特にＸＹ
方向に移動することでこの振動は特に大きくなる。従来
はこの振動によって位置決め時間や精度が悪化してい
た。一つの解決策として３本のアクチュエータをステー
ジの重心に対称に配することが考えられたが、そのため
には、３本のアクチュエータの剛性、ストローク、応答
性等をステージ中心に対してバランスをとるよう調節し
なければならない。これは、設計上も製造上も大変な困
難である。
記従来の位置決め装置では、ステージ上には、Ｘ，
Ｙ（，ｗz ）方向の位置検出のためのレーザ干渉計用ミ
ラーや、装置に必要な各種パーツが搭載されており、そ
のため、ステージ重心はステージ中心に対して少なから
ずずれている。そこで、ステージ中心に対して略対称と
なるよう３本のアクチュエータを配すると、重心ずれ方
向にｗx ｗy の回転振動が発生しやすくなる。特にＸＹ
方向に移動することでこの振動は特に大きくなる。従来
はこの振動によって位置決め時間や精度が悪化してい
た。一つの解決策として３本のアクチュエータをステー
ジの重心に対称に配することが考えられたが、そのため
には、３本のアクチュエータの剛性、ストローク、応答
性等をステージ中心に対してバランスをとるよう調節し
なければならない。これは、設計上も製造上も大変な困
難である。
【０００５】また、上記従来のピエゾアクチュエータ駆
動装置においては、高インピーダンスの電流源では、ピ
エゾアクチュエータの容量によって最大電流が制限され
てしまうため、高速に駆動できなかった。容量の大きな
ピエゾアクチュエータでは速度を犠牲にしなければなら
なかった。
動装置においては、高インピーダンスの電流源では、ピ
エゾアクチュエータの容量によって最大電流が制限され
てしまうため、高速に駆動できなかった。容量の大きな
ピエゾアクチュエータでは速度を犠牲にしなければなら
なかった。
【０００６】また、電流源のインピーダンスを低くし、
最大電流を大きくすれば、大容量のピエゾアクチュエー
タでも高速に駆動できるが、電流値の変化が大きくなる
ために、次のような欠点があった。
最大電流を大きくすれば、大容量のピエゾアクチュエー
タでも高速に駆動できるが、電流値の変化が大きくなる
ために、次のような欠点があった。
【０００７】ピエゾアクチュエータは、通常、伸びる方
向の力に対する破壊強度は大きい。しかし、縮み方向で
は、ピエゾアクチュエータに引っぱりの力が加わってし
まうと、ピエゾ素子にひびが入る等の原因で破損し、強
度が低い。電流値の変化が大きい場合、過度の加速度が
駆動対象にかかるため、ピエゾアクチュエータの破損強
度を越えた引っぱり力が発生し、破損に至る。このた
め、単に電流源のインスピーダンスを下げると、ピエゾ
アクチュエータが破損する可能性が高くなるという欠点
があった。
向の力に対する破壊強度は大きい。しかし、縮み方向で
は、ピエゾアクチュエータに引っぱりの力が加わってし
まうと、ピエゾ素子にひびが入る等の原因で破損し、強
度が低い。電流値の変化が大きい場合、過度の加速度が
駆動対象にかかるため、ピエゾアクチュエータの破損強
度を越えた引っぱり力が発生し、破損に至る。このた
め、単に電流源のインスピーダンスを下げると、ピエゾ
アクチュエータが破損する可能性が高くなるという欠点
があった。
【０００８】そこで、図６および図７に示すように、位
置プロフィール発生回路６０を追加して加速度を制限す
ることも行われている。これは、位置決めフィードバッ
クループに与える位置指令値の変化が一定の速度と加速
度以下になるように位置指令値を発生させる回路であ
る。しかしながら、この回路を付加しても、位置フィー
ドバックゲインを適切に設定しないと、図１６に示すよ
うに、速度にハンチングが生じ、図１７に示すように、
実際の加速度が位置プロフィール発生回路に設定した加
速度を越える可能性があり、加速度を低めに設定しなけ
ればならず、スループットの低下を招く欠点がある。
置プロフィール発生回路６０を追加して加速度を制限す
ることも行われている。これは、位置決めフィードバッ
クループに与える位置指令値の変化が一定の速度と加速
度以下になるように位置指令値を発生させる回路であ
る。しかしながら、この回路を付加しても、位置フィー
ドバックゲインを適切に設定しないと、図１６に示すよ
うに、速度にハンチングが生じ、図１７に示すように、
実際の加速度が位置プロフィール発生回路に設定した加
速度を越える可能性があり、加速度を低めに設定しなけ
ればならず、スループットの低下を招く欠点がある。
【０００９】また、プロフィール発生回路は複雑で、コ
ストの増大を招いていた。更に、プロフィール発生をマ
イクロコンピュータ等で行った場合、プログラムのリセ
ットや暴走など不測の事態があると、位置目標値が瞬時
に変化し、加速度無限大の指令を発生する可能性があ
り、圧電アクチュエータの安全な駆動が保証されないと
いう欠点があった。
ストの増大を招いていた。更に、プロフィール発生をマ
イクロコンピュータ等で行った場合、プログラムのリセ
ットや暴走など不測の事態があると、位置目標値が瞬時
に変化し、加速度無限大の指令を発生する可能性があ
り、圧電アクチュエータの安全な駆動が保証されないと
いう欠点があった。
【００１０】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、位置決め装置において位置決め時間や精度
向上させ、また、それに用いられるピエゾアクチュエー
タの破損をスループットの低下を招くことなく防止する
ことにある。
題点に鑑み、位置決め装置において位置決め時間や精度
向上させ、また、それに用いられるピエゾアクチュエー
タの破損をスループットの低下を招くことなく防止する
ことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の位置決め制御装置は、基礎部と、該基礎部に対
して少なくともＸ及びＹ方向に剛でｗx 及びｗy 方向に
柔なガイド手段によって連結されたステージと、前記基
礎部上に設けられて前記ステージを支持し、少なくとも
ｗx 及びｗy 方向に柔でＺ方向に剛なそれぞれ独立して
駆動制御可能な４つ以上のアクチュエータ手段と、該ア
クチュエータ手段を駆動させて前記ステージを少なくと
もｗx 及びｗy 方向に駆動制御する駆動制御手段を具備
する。
本発明の位置決め制御装置は、基礎部と、該基礎部に対
して少なくともＸ及びＹ方向に剛でｗx 及びｗy 方向に
柔なガイド手段によって連結されたステージと、前記基
礎部上に設けられて前記ステージを支持し、少なくとも
ｗx 及びｗy 方向に柔でＺ方向に剛なそれぞれ独立して
駆動制御可能な４つ以上のアクチュエータ手段と、該ア
クチュエータ手段を駆動させて前記ステージを少なくと
もｗx 及びｗy 方向に駆動制御する駆動制御手段を具備
する。
【００１２】前記アクチュエータ手段のうちの１つは単
なる支持部材あるいはリニアモータであってもよい。ま
た、通常は、前記基礎部及び前記ステージがＸ及びＹ方
向に移動可能である。
なる支持部材あるいはリニアモータであってもよい。ま
た、通常は、前記基礎部及び前記ステージがＸ及びＹ方
向に移動可能である。
【００１３】また、通常、駆動制御手段は、Ｚ，ｗx ，
ｗy 方向の変位を計測する計測手段を具備し、この計測
手段は基礎部に設けられた３つの変位センサでステージ
の３ケ所を計測し、演算によってＺ，ｗx ，ｗy 方向の
変位を算出するものであってもよいし、ｗx ，ｗy 方向
に関してはステージ上にミラーを設けて測角レーザ干渉
計で計測するものであってもよい。
ｗy 方向の変位を計測する計測手段を具備し、この計測
手段は基礎部に設けられた３つの変位センサでステージ
の３ケ所を計測し、演算によってＺ，ｗx ，ｗy 方向の
変位を算出するものであってもよいし、ｗx ，ｗy 方向
に関してはステージ上にミラーを設けて測角レーザ干渉
計で計測するものであってもよい。
【００１４】また、本発明のピエゾアクチュエータ駆動
装置は、ピエゾアクチュエータの電流を制御する手段
と、この電流制御手段に与える電流指令値のスルーレイ
トおよび絶対値を制限する手段とを備えている。
装置は、ピエゾアクチュエータの電流を制御する手段
と、この電流制御手段に与える電流指令値のスルーレイ
トおよび絶対値を制限する手段とを備えている。
【００１５】
【作用】この構成において、位置決めに際しては、モー
ドＡとＢの２つの制御モードによって制御を行い、ステ
ージ動作状態においてモードを切換える。モードＡは、
前記計測手段による計測をもとに４つ以上のアクチュエ
ータ手段にサーボをかけることで少なくともｗx ，ｗy
方向に極めて剛として、ｗx ，ｗy 方向の振動を抑制し
つつ位置決めするモードである。ただし、モードＡは、
４点以上でステージを支持するので微小ながらステージ
を変形させ得るため、後述するモードＢに比較すれば粗
動モードと呼べる。モードＢは代表する３つのアクチュ
エータ手段にサーボをかけてステージを変形なく精密に
位置決めを行うモードで、モードＡと比較すれば微動モ
ードと呼べる。
ドＡとＢの２つの制御モードによって制御を行い、ステ
ージ動作状態においてモードを切換える。モードＡは、
前記計測手段による計測をもとに４つ以上のアクチュエ
ータ手段にサーボをかけることで少なくともｗx ，ｗy
方向に極めて剛として、ｗx ，ｗy 方向の振動を抑制し
つつ位置決めするモードである。ただし、モードＡは、
４点以上でステージを支持するので微小ながらステージ
を変形させ得るため、後述するモードＢに比較すれば粗
動モードと呼べる。モードＢは代表する３つのアクチュ
エータ手段にサーボをかけてステージを変形なく精密に
位置決めを行うモードで、モードＡと比較すれば微動モ
ードと呼べる。
【００１６】ステージを大きく移動させるときや、加減
速のかかる時など振動が発生しやすい状態ではモードＡ
を選択し、ステージが微小にしか移動しないときや加減
速のほとんどかからないとき、またモードＡの終了後
に、モードＢを選択して位置決めを行う。
速のかかる時など振動が発生しやすい状態ではモードＡ
を選択し、ステージが微小にしか移動しないときや加減
速のほとんどかからないとき、またモードＡの終了後
に、モードＢを選択して位置決めを行う。
【００１７】この結果、振動を抑制することで位置決め
時間が短縮し、最終的にステージ変形なく支持すること
で位置決め精度も良好である。
時間が短縮し、最終的にステージ変形なく支持すること
で位置決め精度も良好である。
【００１８】代表する３つのアクチュエータは、各々Ｚ
方向に剛で、少なくともｗx 及びｗy 方向に柔である。
例えば、Ｚ方向に伸縮するピエゾの両端にＺ方向に剛で
ｗx，ｗy 方向に柔な弾性ヒンジを設けたものでもよい
し、Ｚ方向に駆動可能なリニアモータでもよい。リニア
モータは、当然、固定子と可動子の間にすきまがあり、
そのすきまの間ではＸ，Ｙ，ｗx ，ｗy ，ｗz 方向にフ
リーである。したがって，ステージはＺ，ｗx ，ｗy 方
向に剛で、他のＸ，Ｙ，ｗz 方向に柔またはフリーに支
持駆動される。また、リニアモータの場合、ステージ自
重による負荷（発熱）を減らすため自重分を、Ｚ方向に
も比較的剛性が弱く、他方向に非常に剛性の弱いコイル
バネや、ステージとベースそれぞれに互いに反発するよ
うに取り付けた磁石でキャンセルするよう支持するのが
よい。
方向に剛で、少なくともｗx 及びｗy 方向に柔である。
例えば、Ｚ方向に伸縮するピエゾの両端にＺ方向に剛で
ｗx，ｗy 方向に柔な弾性ヒンジを設けたものでもよい
し、Ｚ方向に駆動可能なリニアモータでもよい。リニア
モータは、当然、固定子と可動子の間にすきまがあり、
そのすきまの間ではＸ，Ｙ，ｗx ，ｗy ，ｗz 方向にフ
リーである。したがって，ステージはＺ，ｗx ，ｗy 方
向に剛で、他のＸ，Ｙ，ｗz 方向に柔またはフリーに支
持駆動される。また、リニアモータの場合、ステージ自
重による負荷（発熱）を減らすため自重分を、Ｚ方向に
も比較的剛性が弱く、他方向に非常に剛性の弱いコイル
バネや、ステージとベースそれぞれに互いに反発するよ
うに取り付けた磁石でキャンセルするよう支持するのが
よい。
【００１９】残りのアクチュエータは、Ｚ方向に剛にす
る場合と略フリーにする場合の２通りの動作が可能であ
る。例えばリニアモータの場合、該リニアモータのＺ方
向変位を計測する変位センサと組み合わせて位置サーボ
をかけることでＺ方向に剛にすることができる。また、
サーボｏｆｆでリニアモータのコイルを電気的にカット
すると全くフリーになる。また、サーボｏｆｆでコイル
をショートさせると逆起電力が働きダンパとして作用す
る。モードＢにおいて万が一振動が発生してもこのダン
パ作用で制振可能である。さらに、前記変位センサ出力
から微分して速度を求めるか、または前記リニアモータ
速度を検出する速度センサを設け、前記速度に応じて前
記速度と逆向きの力を前記リニアモータで発生させるよ
うに速度サーボの制御を行い、極めて強力なダンパとし
て動作させることもできる。ダンパの強さは、制御ゲイ
ンにより自在に設定できる。これを利用すればモードを
２つに分けて切り換えることをしなくても始めから代表
の３点で位置決めし、残りの１つ以上のアクチュエー
タ、この場合はリニアモータ、を強力なダンパとして動
作させてやれば、ステージ変形なく、しかも振動を抑制
して位置決めできる。あまり強力なダンパ作用によって
ステージの応答性が低下する恐れもあるが、駆動ストロ
ークや振動振幅が大きくなるに従ってダンパ作用を強め
ることや、また逆にそれらが小さくなればダンパ作用を
弱めるという制御も可能であり、応答性を逆に向上させ
ることもできる。
る場合と略フリーにする場合の２通りの動作が可能であ
る。例えばリニアモータの場合、該リニアモータのＺ方
向変位を計測する変位センサと組み合わせて位置サーボ
をかけることでＺ方向に剛にすることができる。また、
サーボｏｆｆでリニアモータのコイルを電気的にカット
すると全くフリーになる。また、サーボｏｆｆでコイル
をショートさせると逆起電力が働きダンパとして作用す
る。モードＢにおいて万が一振動が発生してもこのダン
パ作用で制振可能である。さらに、前記変位センサ出力
から微分して速度を求めるか、または前記リニアモータ
速度を検出する速度センサを設け、前記速度に応じて前
記速度と逆向きの力を前記リニアモータで発生させるよ
うに速度サーボの制御を行い、極めて強力なダンパとし
て動作させることもできる。ダンパの強さは、制御ゲイ
ンにより自在に設定できる。これを利用すればモードを
２つに分けて切り換えることをしなくても始めから代表
の３点で位置決めし、残りの１つ以上のアクチュエー
タ、この場合はリニアモータ、を強力なダンパとして動
作させてやれば、ステージ変形なく、しかも振動を抑制
して位置決めできる。あまり強力なダンパ作用によって
ステージの応答性が低下する恐れもあるが、駆動ストロ
ークや振動振幅が大きくなるに従ってダンパ作用を強め
ることや、また逆にそれらが小さくなればダンパ作用を
弱めるという制御も可能であり、応答性を逆に向上させ
ることもできる。
【００２０】また別の手段として、ステージに設けら
れ、Ｚ方向だけに剛な弾性部材をベース側に固定された
ピエゾでクランプする手段もある。例えば、棒状部材の
中間に２ケ所のくびれ部を持つヒンジ部材の一端がステ
ージに固定され、他端をベース側に固定されたピエゾで
クランプする手段である。クランプしたときはＺに剛
で、クランプしない時は全くフリーになる。さらに、前
記弾性ヒンジの２つのくびれ部の間にピエゾを挿入した
ようなアクチュエータにおいては、クランプしたままで
もＺ方向に剛に位置決め可能である。
れ、Ｚ方向だけに剛な弾性部材をベース側に固定された
ピエゾでクランプする手段もある。例えば、棒状部材の
中間に２ケ所のくびれ部を持つヒンジ部材の一端がステ
ージに固定され、他端をベース側に固定されたピエゾで
クランプする手段である。クランプしたときはＺに剛
で、クランプしない時は全くフリーになる。さらに、前
記弾性ヒンジの２つのくびれ部の間にピエゾを挿入した
ようなアクチュエータにおいては、クランプしたままで
もＺ方向に剛に位置決め可能である。
【００２１】本発明は半導体露光装置のウエハステージ
のように、前記基礎部およびステージがＸ，Ｙ方向に移
動する場合には特に有効である。Ｘ，Ｙ方向の移動によ
ってステージのｗx ，ｗy 方向の振動はさらに激しくな
り、同時にその振動によってＸ，Ｙ方向の位置決め時間
・精度も悪化するが、前述モードＡとＢの切換え、そし
て、アクチュエータ手段により振動を抑制し、Ｚ，ｗ
x ，ｗy 方向はもとよりＸ，Ｙ方向の高速高精度位置決
めが可能となる。
のように、前記基礎部およびステージがＸ，Ｙ方向に移
動する場合には特に有効である。Ｘ，Ｙ方向の移動によ
ってステージのｗx ，ｗy 方向の振動はさらに激しくな
り、同時にその振動によってＸ，Ｙ方向の位置決め時間
・精度も悪化するが、前述モードＡとＢの切換え、そし
て、アクチュエータ手段により振動を抑制し、Ｚ，ｗ
x ，ｗy 方向はもとよりＸ，Ｙ方向の高速高精度位置決
めが可能となる。
【００２２】また、本発明のピエゾアクチュエータ駆動
装置においては、ピエゾアクチュエータの電流を制御す
る手段に与える電流指令値のスルーレイトおよび絶対値
を制限するようにしたため、ピエゾアクチュエータに過
度の加速度を加えることなく高速な駆動が行われ、した
がって、ピエゾアクチュエータの破損がスループットの
低下を招くことなく防止される。
装置においては、ピエゾアクチュエータの電流を制御す
る手段に与える電流指令値のスルーレイトおよび絶対値
を制限するようにしたため、ピエゾアクチュエータに過
度の加速度を加えることなく高速な駆動が行われ、した
がって、ピエゾアクチュエータの破損がスループットの
低下を招くことなく防止される。
【００２３】
【実施例】実施例１ 図１は本発明の第１の実施例に係る位置決め装置を示す
平面図、図２はそのＡＡ断面図である。これらの図にお
いて、１はベース、２はベース１上に静圧ガス軸受３に
よって支持されたＹステージである。４は静圧ガス軸受
３に予圧を与えるための吸引磁石である。５はＹガイド
でありベース１に取り付けられている。Ｙステージ２の
側面の静圧ガス軸受６とＹガイド５によってＹステージ
２はＹ方向に移動可能である。７は静圧ガス軸受６に予
圧を与えるための吸引磁石である。ベース１に固定され
た２本のリニアモータ固定子８，８’とＹステージ２両
端に部材９，９’を介して固定された前記リニアモータ
固定子８，８’に対応する２個のリニアモータ可動子１
０，１０’により、Ｙステージ２をＹ方向に駆動する。
平面図、図２はそのＡＡ断面図である。これらの図にお
いて、１はベース、２はベース１上に静圧ガス軸受３に
よって支持されたＹステージである。４は静圧ガス軸受
３に予圧を与えるための吸引磁石である。５はＹガイド
でありベース１に取り付けられている。Ｙステージ２の
側面の静圧ガス軸受６とＹガイド５によってＹステージ
２はＹ方向に移動可能である。７は静圧ガス軸受６に予
圧を与えるための吸引磁石である。ベース１に固定され
た２本のリニアモータ固定子８，８’とＹステージ２両
端に部材９，９’を介して固定された前記リニアモータ
固定子８，８’に対応する２個のリニアモータ可動子１
０，１０’により、Ｙステージ２をＹ方向に駆動する。
【００２４】リニアモータ８，１０および８’，１０’
はそれぞれ独立に制御可能であり、Ｙステージ２の重心
位置が２本のリニアモータのセンタからずれていても、
あるいは後述するＸステージと天板のＸ方向への移動に
よりＹステージ２とＸステージと天板の合計した重心が
２本のリニアモータのセンタからずれていても、各リニ
アモータの発生力を重心位置に応じて適切に配分するこ
とでｗz 方向に回転させることなく略真直にＹステージ
２をＹ方向へ駆動することができる。またそうすること
で、Ｙステージ２のｗz 方向のガイド剛性、つまり静圧
軸受６の剛性を必ずしも高める必要はない。
はそれぞれ独立に制御可能であり、Ｙステージ２の重心
位置が２本のリニアモータのセンタからずれていても、
あるいは後述するＸステージと天板のＸ方向への移動に
よりＹステージ２とＸステージと天板の合計した重心が
２本のリニアモータのセンタからずれていても、各リニ
アモータの発生力を重心位置に応じて適切に配分するこ
とでｗz 方向に回転させることなく略真直にＹステージ
２をＹ方向へ駆動することができる。またそうすること
で、Ｙステージ２のｗz 方向のガイド剛性、つまり静圧
軸受６の剛性を必ずしも高める必要はない。
【００２５】リニアモータの発生力の配分は、後述する
レーザ干渉計によって計測される天板のＸ座標に応じた
ものであり、Ｘ座標に対して２本のリニアモータの発生
力の配分率を直線的に変化させるものであっても良い
し、多項式近似式によって変化させてもよい。
レーザ干渉計によって計測される天板のＸ座標に応じた
ものであり、Ｘ座標に対して２本のリニアモータの発生
力の配分率を直線的に変化させるものであっても良い
し、多項式近似式によって変化させてもよい。
【００２６】１１はＸステージであり、静圧軸受１２に
よってベース１上に支持されている。１３は静圧軸受１
２に予圧を与える吸引磁石である。Ｘステージ１１に固
定された軸受ハウジング１４に設けられた静圧軸受１６
の間にＹステージ２に設けられたＸ方向ガイド軸を挟み
込むことで、Ｘステージ１１は、Ｙステージ２に対して
Ｘ方向に移動可能で、Ｙステージ２と共にＹ方向に移動
可能である。Ｘステージ１１がＹ方向へ移動するには、
Ｙステージ２のＸ方向ガイド軸から静圧軸受力を受ける
が、この駆動点と（静圧軸受が複数ある場合はその合力
が発生する点）Ｘステージ１１重心位置が一致していな
いとＸステージ１１をＹ方向へ移動した時ｗz 方向へ不
都合な回転を発生させる。これはＹステージ２の場合と
同様の問題であり、Ｙステージ２については２本のリニ
アモータの発生力を配分することで解決したが、Ｘステ
ージ１１については静圧軸受１６のＸステージ１１に対
する取付け位置を調整可能としておくことで、Ｘステー
ジ１１重心を駆動できるようになり、ｗz 方向への不都
合な回転を発生せずに、Ｙ方向への移動が可能となる。
よってベース１上に支持されている。１３は静圧軸受１
２に予圧を与える吸引磁石である。Ｘステージ１１に固
定された軸受ハウジング１４に設けられた静圧軸受１６
の間にＹステージ２に設けられたＸ方向ガイド軸を挟み
込むことで、Ｘステージ１１は、Ｙステージ２に対して
Ｘ方向に移動可能で、Ｙステージ２と共にＹ方向に移動
可能である。Ｘステージ１１がＹ方向へ移動するには、
Ｙステージ２のＸ方向ガイド軸から静圧軸受力を受ける
が、この駆動点と（静圧軸受が複数ある場合はその合力
が発生する点）Ｘステージ１１重心位置が一致していな
いとＸステージ１１をＹ方向へ移動した時ｗz 方向へ不
都合な回転を発生させる。これはＹステージ２の場合と
同様の問題であり、Ｙステージ２については２本のリニ
アモータの発生力を配分することで解決したが、Ｘステ
ージ１１については静圧軸受１６のＸステージ１１に対
する取付け位置を調整可能としておくことで、Ｘステー
ジ１１重心を駆動できるようになり、ｗz 方向への不都
合な回転を発生せずに、Ｙ方向への移動が可能となる。
【００２７】１７は天板であり、これに固定された円筒
状ガイド部材１８に対して、部材１９が部材１９に設け
られた静圧軸受２０によって支持されている。部材１９
に対して天板１７はＺ，ｗz 方向に移動可能である。さ
らに、部材１９はＸステージ１１に固定された部材２１
にＸＹ平面に略平行な平面内で、天板１７のＸＹセンタ
を中心とした放射状にＺ方向に柔でＸＹ方向に剛な板ば
ね２２で連結されている。Ｘステージ１１に対して部材
１９はＺ，ｗx ，ｗy 方向に移動可能である。このよう
にすることで、Ｘステージ１１に対し天板１７はＺ，ｗ
x ，ｗy ，ｗz方向に移動可能となる。Ｚ方向は静圧軸
受で支持されているため、大ストローク動いても天板１
７を変形させる力は当然作用しない。Ｚ方向に余裕が生
まれた分、板ばね２２にＺ方向のストロークを見込む必
要がなく、ｗx ，ｗy 方向のストロークを拡大できるの
である。ただし、部材１９は微少ながらＺ方向に移動可
能なため、位置決め動作中に振動する恐れがあるので、
部材１９のＺ方向振動を減衰させるダンパを設けること
が望ましい。本実施例においては部材１９と軸受ハウジ
ング１４との間に制振ゴム２３を挿入している。これは
ダッシュポットに置換可能である。
状ガイド部材１８に対して、部材１９が部材１９に設け
られた静圧軸受２０によって支持されている。部材１９
に対して天板１７はＺ，ｗz 方向に移動可能である。さ
らに、部材１９はＸステージ１１に固定された部材２１
にＸＹ平面に略平行な平面内で、天板１７のＸＹセンタ
を中心とした放射状にＺ方向に柔でＸＹ方向に剛な板ば
ね２２で連結されている。Ｘステージ１１に対して部材
１９はＺ，ｗx ，ｗy 方向に移動可能である。このよう
にすることで、Ｘステージ１１に対し天板１７はＺ，ｗ
x ，ｗy ，ｗz方向に移動可能となる。Ｚ方向は静圧軸
受で支持されているため、大ストローク動いても天板１
７を変形させる力は当然作用しない。Ｚ方向に余裕が生
まれた分、板ばね２２にＺ方向のストロークを見込む必
要がなく、ｗx ，ｗy 方向のストロークを拡大できるの
である。ただし、部材１９は微少ながらＺ方向に移動可
能なため、位置決め動作中に振動する恐れがあるので、
部材１９のＺ方向振動を減衰させるダンパを設けること
が望ましい。本実施例においては部材１９と軸受ハウジ
ング１４との間に制振ゴム２３を挿入している。これは
ダッシュポットに置換可能である。
【００２８】前記板ばね部材２２を取りつけやすくする
ため、部材１９と２１の取付け面はそれぞれＸＹ平面に
略平行に加工しておくのがよい。
ため、部材１９と２１の取付け面はそれぞれＸＹ平面に
略平行に加工しておくのがよい。
【００２９】独立して制御可能なリニアモータ４本が、
Ｘステージ１１と天板１７との間に設けられる。２４は
そのリニアモータ可動子であり、断熱剤２５を介して天
板１７に固定されている。２６はリニアモータ固定子で
あり、断熱剤２７を介してＸステージ１１に固定されて
いる。可動部が軽量の方が望ましいため本実施例では可
動子２４はコイル側で、固定子２６はマグネット側とし
て示しているが、逆でもよい。
Ｘステージ１１と天板１７との間に設けられる。２４は
そのリニアモータ可動子であり、断熱剤２５を介して天
板１７に固定されている。２６はリニアモータ固定子で
あり、断熱剤２７を介してＸステージ１１に固定されて
いる。可動部が軽量の方が望ましいため本実施例では可
動子２４はコイル側で、固定子２６はマグネット側とし
て示しているが、逆でもよい。
【００３０】部材２１上にＺ方向変位センサ２８を４箇
所に設け、天板１７にはセンサ２８と対向した計測ター
ゲット２９を配し、各リニアモータのＺ位置を計測でき
同時に少なくとも３つの計測値からＺ，ｗx ，ｗy 方向
の位置を算出できるようにする。４つの計測値を最小二
乗近似してもよい。それをもとに少なくともの３本のリ
ニアモータを用いて所望のＺ，ｗx ，ｗy の位置に位置
決め可能である。
所に設け、天板１７にはセンサ２８と対向した計測ター
ゲット２９を配し、各リニアモータのＺ位置を計測でき
同時に少なくとも３つの計測値からＺ，ｗx ，ｗy 方向
の位置を算出できるようにする。４つの計測値を最小二
乗近似してもよい。それをもとに少なくともの３本のリ
ニアモータを用いて所望のＺ，ｗx ，ｗy の位置に位置
決め可能である。
【００３１】この位置決めにおいて、モードＡ、Ｂの２
つの制御モードを、ステージ動作状態に応じて切り換え
る。モードＡは変位センサ２８の出力をもとに、４つの
リニアモータ２４，２６に位置サーボをかけてＺ，ｗ
x ，ｗy 方向に極めて剛として特にｗx ，ｗy 方向の振
動を抑制しつつ位置決めするモードである。モードＡは
４点で支持するため微小ながらステージを変形させ得
る。後述するモードＢに比較すれば粗動モードと呼べる
が、ＸＹステージ２、天板１７がＸＹ方向に移動して加
減速が大きくかかる場合や天板１７がＺ，ｗx ，ｗy 方
向に大きく移動する場合などｗx ，ｗy 方向の振動が発
生しやすい時に有効である。
つの制御モードを、ステージ動作状態に応じて切り換え
る。モードＡは変位センサ２８の出力をもとに、４つの
リニアモータ２４，２６に位置サーボをかけてＺ，ｗ
x ，ｗy 方向に極めて剛として特にｗx ，ｗy 方向の振
動を抑制しつつ位置決めするモードである。モードＡは
４点で支持するため微小ながらステージを変形させ得
る。後述するモードＢに比較すれば粗動モードと呼べる
が、ＸＹステージ２、天板１７がＸＹ方向に移動して加
減速が大きくかかる場合や天板１７がＺ，ｗx ，ｗy 方
向に大きく移動する場合などｗx ，ｗy 方向の振動が発
生しやすい時に有効である。
【００３２】モードＢは代表する３つのリニアモータ２
４，２６に位置サーボをかけて天板１７を支持し、天板
１７を変形なく精密に位置決めするモードである。モー
ドＡと比較すれば微動モードと呼べる。
４，２６に位置サーボをかけて天板１７を支持し、天板
１７を変形なく精密に位置決めするモードである。モー
ドＡと比較すれば微動モードと呼べる。
【００３３】モードＢにおいては、残りの１つのリニア
モータ２４，２６はサーボ・オフでコイルを電気的にカ
ットすると全くフリーになる。またサーボ・オフでコイ
ルを電気的にショートさせると逆起電力が働きダンパと
して作用する。さらに変位センサ２８の出力位置を微分
してリニアモータ速度を算出するか、該リニアモータに
速度センサを設けるかして該リニアモータ速度を求め、
その速度に応じてその速度と逆向きの力をリニアモータ
で発生させるように速度サーボの制御を行い、極めて強
力なダンパとして動作させることもできる。ダンパの強
さは制御ゲインにより自在に設定できる。モードＢにお
いて万が一振動が発生しても、前記ダンパ作用２種のう
ち少なくとも１種により制振可能である。モードＢは天
板１７がＺ，ｗx ，ｗy 方向に微少にしか移動しない場
合や、Ｘステージ１１及び天板１７がＸＹ方向にわずか
しか移動せず、加減速がほとんどかからない場合、また
モードＡの終了後に選択されるが、前述のダンパ作用に
より、モードＡを用いずともモードＢだけで位置決めを
やりきることも可能である。ただしこの場合、次のこと
を考慮した方が一層よい。
モータ２４，２６はサーボ・オフでコイルを電気的にカ
ットすると全くフリーになる。またサーボ・オフでコイ
ルを電気的にショートさせると逆起電力が働きダンパと
して作用する。さらに変位センサ２８の出力位置を微分
してリニアモータ速度を算出するか、該リニアモータに
速度センサを設けるかして該リニアモータ速度を求め、
その速度に応じてその速度と逆向きの力をリニアモータ
で発生させるように速度サーボの制御を行い、極めて強
力なダンパとして動作させることもできる。ダンパの強
さは制御ゲインにより自在に設定できる。モードＢにお
いて万が一振動が発生しても、前記ダンパ作用２種のう
ち少なくとも１種により制振可能である。モードＢは天
板１７がＺ，ｗx ，ｗy 方向に微少にしか移動しない場
合や、Ｘステージ１１及び天板１７がＸＹ方向にわずか
しか移動せず、加減速がほとんどかからない場合、また
モードＡの終了後に選択されるが、前述のダンパ作用に
より、モードＡを用いずともモードＢだけで位置決めを
やりきることも可能である。ただしこの場合、次のこと
を考慮した方が一層よい。
【００３４】天板１７のＺ，ｗx ，ｗy 方向の駆動スト
ロークが大きいときには、あまりにも強力なダンパ作用
によって天板１７の応答性が低下し位置決め時間が伸び
る可能性がある。従って駆動ストロークが大きい時には
ダンパ作用を弱め、駆動ストロークが小さいときにはダ
ンパ作用を強める必要がある。また、駆動ストロークが
大きい時には、ダンパ作用は弱めるが、目標位置に近づ
くに従ってダンパ作用を強めるといった制御を行うこと
も可能である。また、振動振幅をモニタしておき、振幅
が大きくなるに従い、ダンパ作用を強めるという制御も
できる。
ロークが大きいときには、あまりにも強力なダンパ作用
によって天板１７の応答性が低下し位置決め時間が伸び
る可能性がある。従って駆動ストロークが大きい時には
ダンパ作用を弱め、駆動ストロークが小さいときにはダ
ンパ作用を強める必要がある。また、駆動ストロークが
大きい時には、ダンパ作用は弱めるが、目標位置に近づ
くに従ってダンパ作用を強めるといった制御を行うこと
も可能である。また、振動振幅をモニタしておき、振幅
が大きくなるに従い、ダンパ作用を強めるという制御も
できる。
【００３５】各リニアモータはＺ方向には剛で他方向に
フリーである。したがってＸステージ１１に対して天板
１７はＺ，ｗx ，ｗy 方向にのみ剛でＸ，Ｙ，ｗz 方向
にはフリーである。
フリーである。したがってＸステージ１１に対して天板
１７はＺ，ｗx ，ｗy 方向にのみ剛でＸ，Ｙ，ｗz 方向
にはフリーである。
【００３６】また、ここでもリニアモータの発熱は十分
考慮し、断熱剤を介して固定しているが、さらにＸステ
ージ１１や天板１７の熱変形を抑えるには、冷媒を用い
て温調すればよい。
考慮し、断熱剤を介して固定しているが、さらにＸステ
ージ１１や天板１７の熱変形を抑えるには、冷媒を用い
て温調すればよい。
【００３７】また、リニアモータ２４，２６への負荷や
発熱を減らすためにリニアモータへかかる定常的な力、
つまり天板１７の自重などは、部材２１上に設けられた
Ｚ方向に比較的弱い剛性で、他方向（Ｘ，Ｙ，ｗx ，ｗ
y ，ｗz ）に非常に弱い剛性であるコイルばね１５によ
って天板１７を支持している。コイルばね１５は複数設
けられており、位置決め対象物を基準高さ（Ｚ，ｗx ，
ｗy ）に位置決めしたときリニアモータへの負荷が最小
となるよう調節可能である。コイルばねが１つの場合は
天板１７の重心を支持するよう配置する方が良い。しか
しこの場合はｗx ，ｗy の調整はできない。前記コイル
ばねは磁石にも置換可能である。２つの磁石が反発しあ
うように一方を部材２１に他方を天板１７に固定する。
これを一組として複数組設ける。コイルばね同様Ｚ，ｗ
x ，ｗy の調節ができる。一組で用いる場合もコイルば
ねと同様である。コイルばねや磁石の発生力は経時変化
し得るため、発生力を外部から調節できるようになって
いる。さらに、パルスモータ等の駆動手段を搭載して自
動で調節することもできる。これは、天板１７が特にＺ
方向に大きく移動するときにも有効で、Ｚ変位とコイル
ばねまたは磁石の剛性との兼ね合いで発生する力をキャ
ンセルすることができ、リニアモータへの負荷を軽減す
ることができる。
発熱を減らすためにリニアモータへかかる定常的な力、
つまり天板１７の自重などは、部材２１上に設けられた
Ｚ方向に比較的弱い剛性で、他方向（Ｘ，Ｙ，ｗx ，ｗ
y ，ｗz ）に非常に弱い剛性であるコイルばね１５によ
って天板１７を支持している。コイルばね１５は複数設
けられており、位置決め対象物を基準高さ（Ｚ，ｗx ，
ｗy ）に位置決めしたときリニアモータへの負荷が最小
となるよう調節可能である。コイルばねが１つの場合は
天板１７の重心を支持するよう配置する方が良い。しか
しこの場合はｗx ，ｗy の調整はできない。前記コイル
ばねは磁石にも置換可能である。２つの磁石が反発しあ
うように一方を部材２１に他方を天板１７に固定する。
これを一組として複数組設ける。コイルばね同様Ｚ，ｗ
x ，ｗy の調節ができる。一組で用いる場合もコイルば
ねと同様である。コイルばねや磁石の発生力は経時変化
し得るため、発生力を外部から調節できるようになって
いる。さらに、パルスモータ等の駆動手段を搭載して自
動で調節することもできる。これは、天板１７が特にＺ
方向に大きく移動するときにも有効で、Ｚ変位とコイル
ばねまたは磁石の剛性との兼ね合いで発生する力をキャ
ンセルすることができ、リニアモータへの負荷を軽減す
ることができる。
【００３８】Ｙステージ２には２本のリニアモータ固定
子３０，３０’が設けられ、それに対応する２個のリニ
アモータ可動子３１，３１’が天板１７に固定されてい
る。２本のリニアモータは独立して制御可能であり、Ｙ
ステージ２に対して天板１７をＸ，ｗz 方向に駆動可能
である。２本のリニアモータのセンタが天板１７重心と
一致していなくとも２本のリニアモータをＹステージ２
の時と同様それぞれ発生力を配分することにより不都合
なｗz 方向の回転が生じない。リニアモータ固定子３
０，３０’と可動子３１，３１’の間には当然すきまが
あるため天板１７はＺ，ｗx ，ｗy にフリーである。
子３０，３０’が設けられ、それに対応する２個のリニ
アモータ可動子３１，３１’が天板１７に固定されてい
る。２本のリニアモータは独立して制御可能であり、Ｙ
ステージ２に対して天板１７をＸ，ｗz 方向に駆動可能
である。２本のリニアモータのセンタが天板１７重心と
一致していなくとも２本のリニアモータをＹステージ２
の時と同様それぞれ発生力を配分することにより不都合
なｗz 方向の回転が生じない。リニアモータ固定子３
０，３０’と可動子３１，３１’の間には当然すきまが
あるため天板１７はＺ，ｗx ，ｗy にフリーである。
【００３９】以上のようにリニアモータ３０，３０’，
３１，３１’とリニアモータ２４，２６はそれぞれ互い
に干渉することなく天板１７をＸ，Ｚ，ｗx ，ｗy ，ｗ
z に駆動可能である。また天板１７はＸステージ１１と
ＸＹ方向に剛に連結されているため、Ｙステージ２をＹ
方向に駆動すると、Ｘステージ１１は板ばね２２、静圧
軸受２０を介してＸステージ１１及びＹステージ２と共
にＹ方向に駆動される。Ｘステージ１１は板ばね２２及
び静圧軸受２０を介して天板１７とともにＸ方向に駆動
される。
３１，３１’とリニアモータ２４，２６はそれぞれ互い
に干渉することなく天板１７をＸ，Ｚ，ｗx ，ｗy ，ｗ
z に駆動可能である。また天板１７はＸステージ１１と
ＸＹ方向に剛に連結されているため、Ｙステージ２をＹ
方向に駆動すると、Ｘステージ１１は板ばね２２、静圧
軸受２０を介してＸステージ１１及びＹステージ２と共
にＹ方向に駆動される。Ｘステージ１１は板ばね２２及
び静圧軸受２０を介して天板１７とともにＸ方向に駆動
される。
【００４０】天板１７上にはチャック３２を介して位置
決め対象物３３が載置されている。対象物３３のＸ，
Ｙ，ｗz 方向の位置は天板１７に固定されたミラー３
４，３５とレーザ干渉計３６，３７，３８によって検出
される。ｗz はＸ方向を計測するレーザ干渉計３６，３
７の差分を求めることで検出される。ｗz を計測するに
はディファレンシャルの測角干渉計を用いてもよい。ｗ
x ，ｗy についてもミラー３４，３５をＺ方向にオフセ
ットした２点を測角干渉計によって計測することでも求
めることができる。その時は変位センサ２８とターゲッ
ト２９は３組は必要なく１組でよい。
決め対象物３３が載置されている。対象物３３のＸ，
Ｙ，ｗz 方向の位置は天板１７に固定されたミラー３
４，３５とレーザ干渉計３６，３７，３８によって検出
される。ｗz はＸ方向を計測するレーザ干渉計３６，３
７の差分を求めることで検出される。ｗz を計測するに
はディファレンシャルの測角干渉計を用いてもよい。ｗ
x ，ｗy についてもミラー３４，３５をＺ方向にオフセ
ットした２点を測角干渉計によって計測することでも求
めることができる。その時は変位センサ２８とターゲッ
ト２９は３組は必要なく１組でよい。
【００４１】また、位置決め対象物を位置決めすべき場
合のＺ，ｗx ，ｗy を計測する計測器を備えれば、該計
測器のＺ，ｗx ，ｗy の位置情報と目標位置とのずれ分
を、ｗx ，ｗy の測角干渉計と変位センサ１組、または
変位センサ３組の計測値上で駆動して位置決めしてやれ
ばよい。
合のＺ，ｗx ，ｗy を計測する計測器を備えれば、該計
測器のＺ，ｗx ，ｗy の位置情報と目標位置とのずれ分
を、ｗx ，ｗy の測角干渉計と変位センサ１組、または
変位センサ３組の計測値上で駆動して位置決めしてやれ
ばよい。
【００４２】静圧軸受は空気を使用しているがステージ
回りの雰囲気に合わせた給気ガスを用いることができ
る。例えばＮ2 雰囲気中ならば給気ガスをＮ2 にするこ
ともできる。
回りの雰囲気に合わせた給気ガスを用いることができ
る。例えばＮ2 雰囲気中ならば給気ガスをＮ2 にするこ
ともできる。
【００４３】実施例２ 図３は本発明の第２の実施例に係る位置決め装置の図２
に相当する断面図である。ここでは、アクチュエータ手
段としてピエゾを用いている。Ｘステージ１１に固定さ
れた部材２１と天板１７に固定された部材１８との間
に、ＸＹ平面に略平行な平面内で点板の中心を中心とし
て、放射状に弾性部材３９を複数設けている。弾性部材
３９は、軸方向には剛で他方向には柔な細い棒状部材で
もよい。本実施例では太目の棒状の部材の２箇所にくび
れ部分をもたせ、軸方向に剛、他方向に柔の特性を一層
強く備えさせている。このように連結することでＸステ
ージ１１に対して天板１７はＺ，ｗx ，ｗy ，ｗz に移
動可能である。
に相当する断面図である。ここでは、アクチュエータ手
段としてピエゾを用いている。Ｘステージ１１に固定さ
れた部材２１と天板１７に固定された部材１８との間
に、ＸＹ平面に略平行な平面内で点板の中心を中心とし
て、放射状に弾性部材３９を複数設けている。弾性部材
３９は、軸方向には剛で他方向には柔な細い棒状部材で
もよい。本実施例では太目の棒状の部材の２箇所にくび
れ部分をもたせ、軸方向に剛、他方向に柔の特性を一層
強く備えさせている。このように連結することでＸステ
ージ１１に対して天板１７はＺ，ｗx ，ｗy ，ｗz に移
動可能である。
【００４４】４０はピエゾアクチュエータであり、その
伸縮方向の両端に伸縮方向には剛で伸縮方向と直行する
軸まわりの回転が柔なヒンジ部材４１をそれぞれ設けて
いる。本実施例ではヒンジ部材４１は棒状部材にくびれ
部分を備えたものである。該ヒンジ部材両端を一端はス
テージに他端を天板１７に固定する。このようなアクチ
ュエータを３本備え、それぞれ独立して駆動できる。従
って、Ｘステージ１１に対して天板１７をＺ，ｗx ，ｗ
y 方向に剛で他のＸ，Ｙ，ｗz 方向に柔に駆動できる。
伸縮方向の両端に伸縮方向には剛で伸縮方向と直行する
軸まわりの回転が柔なヒンジ部材４１をそれぞれ設けて
いる。本実施例ではヒンジ部材４１は棒状部材にくびれ
部分を備えたものである。該ヒンジ部材両端を一端はス
テージに他端を天板１７に固定する。このようなアクチ
ュエータを３本備え、それぞれ独立して駆動できる。従
って、Ｘステージ１１に対して天板１７をＺ，ｗx ，ｗ
y 方向に剛で他のＸ，Ｙ，ｗz 方向に柔に駆動できる。
【００４５】このアクチュエータと同様のアクチュエー
タ４２をもう１本備え、その一端は天板１７に固定され
他端はフリーであるが、クランプ機構４３において自由
端はＺ方向に剛にクランプされる。クランプ機構４３
は、図４に示す通りである。４４は弾性ヒンジを用いた
拡大機構を備えた拡大部材であり、ピエゾ４５の伸びを
拡大してアクチュエータ４２の自由端をクランプする。
拡大部材４４はＺ方向に剛で、クランプ方向に柔な板ば
ね４６でＸステージ１１に対して支持されている。
タ４２をもう１本備え、その一端は天板１７に固定され
他端はフリーであるが、クランプ機構４３において自由
端はＺ方向に剛にクランプされる。クランプ機構４３
は、図４に示す通りである。４４は弾性ヒンジを用いた
拡大機構を備えた拡大部材であり、ピエゾ４５の伸びを
拡大してアクチュエータ４２の自由端をクランプする。
拡大部材４４はＺ方向に剛で、クランプ方向に柔な板ば
ね４６でＸステージ１１に対して支持されている。
【００４６】モードＡではアクチュエータをクランプし
て４本のアクチュエータで天板１７を位置決めし、モー
ドＢではアクチュエータ４２をフリーとして３本で位置
決めを行う。
て４本のアクチュエータで天板１７を位置決めし、モー
ドＢではアクチュエータ４２をフリーとして３本で位置
決めを行う。
【００４７】実施例３ 図５は本発明の第３の実施例に係るピエゾアクチュエー
タ駆動装置を用いた位置決め装置を示すブロック図であ
る。同図に於いて、５５はピエゾアクチュエータ、５９
はピエゾアクチュエータに流れる電流を測るための抵抗
器、５４はピエゾアクチュエータ５５に電流を流す増幅
器、５８は増幅器５４及び抵抗器５９と共に電流フィー
ドバックを構成するための差分器、５３は電流フィード
バックの指令電流値のスルーレートと絶対値を制限する
制限器、５６はピエゾアクチュエータの伸び量を測る変
位センサ、５７は制限器３、増幅器５４、ピエゾアクチ
ュエータ５５、変位センサ５６、差分器５８、及び抵抗
器５９と共に位置フィードバックを構成する差分器、５
２は位置フィードバックに目標位置を与えるＤ／Ａ変換
器、５１はＤ／Ａ変換器２を制御するマイクロコンピュ
ータ等の制御装置である。
タ駆動装置を用いた位置決め装置を示すブロック図であ
る。同図に於いて、５５はピエゾアクチュエータ、５９
はピエゾアクチュエータに流れる電流を測るための抵抗
器、５４はピエゾアクチュエータ５５に電流を流す増幅
器、５８は増幅器５４及び抵抗器５９と共に電流フィー
ドバックを構成するための差分器、５３は電流フィード
バックの指令電流値のスルーレートと絶対値を制限する
制限器、５６はピエゾアクチュエータの伸び量を測る変
位センサ、５７は制限器３、増幅器５４、ピエゾアクチ
ュエータ５５、変位センサ５６、差分器５８、及び抵抗
器５９と共に位置フィードバックを構成する差分器、５
２は位置フィードバックに目標位置を与えるＤ／Ａ変換
器、５１はＤ／Ａ変換器２を制御するマイクロコンピュ
ータ等の制御装置である。
【００４８】この構成において、制御装置５１が目標位
置を図７に示すような信号で指定すると、Ｄ／Ａ変換器
５２は目標位置に対応したアナログ量を位置フィードバ
ックに送る。これを受け取ると、差分器５７は変位セン
サ５６の値をＤ／Ａ変換器５２の値からさし引いた位置
偏差の信号を図１２に示すように出力する。これを受け
取ると、制限器５３は位置偏差の絶対値とスルーレート
（傾斜）を図１３に示すように制限した電流目標値を出
力する。そして、差分器５８は抵抗器５９の電圧によっ
てピエゾアクチュエータ５５に流れる電流を測った値を
制御器５３の出力からさし引いて増幅器５４に与える。
増幅器５４は差分器５８の出力に基づいて電流を増減
し、その結果ピエゾアクチュエータ５５に流れる電流
は、制限器５３の出力である、図９に示す電流指令値と
等しくなる。このとき、ピエゾアクチュエータ５の駆動
する対象物の加速度は、図１４に示すようになる。
置を図７に示すような信号で指定すると、Ｄ／Ａ変換器
５２は目標位置に対応したアナログ量を位置フィードバ
ックに送る。これを受け取ると、差分器５７は変位セン
サ５６の値をＤ／Ａ変換器５２の値からさし引いた位置
偏差の信号を図１２に示すように出力する。これを受け
取ると、制限器５３は位置偏差の絶対値とスルーレート
（傾斜）を図１３に示すように制限した電流目標値を出
力する。そして、差分器５８は抵抗器５９の電圧によっ
てピエゾアクチュエータ５５に流れる電流を測った値を
制御器５３の出力からさし引いて増幅器５４に与える。
増幅器５４は差分器５８の出力に基づいて電流を増減
し、その結果ピエゾアクチュエータ５５に流れる電流
は、制限器５３の出力である、図９に示す電流指令値と
等しくなる。このとき、ピエゾアクチュエータ５の駆動
する対象物の加速度は、図１４に示すようになる。
【００４９】図８は図１に於ける制限器３の実施例を示
している。すなわち、制限器３は、差分器５７に＋側入
力端が接続された差動アンプ８１、その出力端が−側入
力端に接続された差動アンプ８２、およびその出力端に
接続されたバックアップアンプ８３を備え、差動アンプ
８１と差動アンプ８２間はツェナーダイオード８４を介
してアースされ、差動アンプ８２とバックアンプ８３間
はツェナーダイオード８５を介してアースされている。
差動アンプ８２の出力端は、差動アンプ８１の−側入力
端、及び差動アンプ８２の＋側入力端に接続されてい
る。バックアンプの出力端は、差分器５８に接続されて
いる。この制限器５３に図９のごとき入力が加わった時
の出力は図１０のようになる。
している。すなわち、制限器３は、差分器５７に＋側入
力端が接続された差動アンプ８１、その出力端が−側入
力端に接続された差動アンプ８２、およびその出力端に
接続されたバックアップアンプ８３を備え、差動アンプ
８１と差動アンプ８２間はツェナーダイオード８４を介
してアースされ、差動アンプ８２とバックアンプ８３間
はツェナーダイオード８５を介してアースされている。
差動アンプ８２の出力端は、差動アンプ８１の−側入力
端、及び差動アンプ８２の＋側入力端に接続されてい
る。バックアンプの出力端は、差分器５８に接続されて
いる。この制限器５３に図９のごとき入力が加わった時
の出力は図１０のようになる。
【００５０】なお、この実施例において、スルーレート
制限の量は伸び方向と縮み方向で同じになっていたが、
ピエゾアクチュエータの特性から、伸び方向の制限を甘
くあるいはなくすこともできる。また、制限量はツエナ
ーダイオードで実現しているが、コンパレータ等の組み
合わせによっても実現できる。さらに本実施例では位置
決め装置の中にピエゾアクチュエータ駆動回路が組み込
まれているが、ピエゾアクチュエータの電圧を制御する
装置の中に組み込むことも可能である。
制限の量は伸び方向と縮み方向で同じになっていたが、
ピエゾアクチュエータの特性から、伸び方向の制限を甘
くあるいはなくすこともできる。また、制限量はツエナ
ーダイオードで実現しているが、コンパレータ等の組み
合わせによっても実現できる。さらに本実施例では位置
決め装置の中にピエゾアクチュエータ駆動回路が組み込
まれているが、ピエゾアクチュエータの電圧を制御する
装置の中に組み込むことも可能である。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の位置決め装
置によれば、ステージのｗx ，ｗy ，（Ｚ）方向の剛性
を極めて高くしながら位置決めが可能となる。すなわ
ち、４本以上のアクチュエータで位置決めしながら最終
的な精密位置決めを３点で行うことでステージを変形さ
せず、位置決め精度を劣化させることがない。したがっ
て位置決め精度を低下させることなく、位置決め時間を
短縮することができる。ＸＹステージとあわせて適用さ
れるときに特に有効で、ＸＹステージの加減速によるス
テージのｗx ，ｗy 方向のずれや振動を抑制することが
でき、ＸＹステージの位置決め時間も短縮可能となる。
置によれば、ステージのｗx ，ｗy ，（Ｚ）方向の剛性
を極めて高くしながら位置決めが可能となる。すなわ
ち、４本以上のアクチュエータで位置決めしながら最終
的な精密位置決めを３点で行うことでステージを変形さ
せず、位置決め精度を劣化させることがない。したがっ
て位置決め精度を低下させることなく、位置決め時間を
短縮することができる。ＸＹステージとあわせて適用さ
れるときに特に有効で、ＸＹステージの加減速によるス
テージのｗx ，ｗy 方向のずれや振動を抑制することが
でき、ＸＹステージの位置決め時間も短縮可能となる。
【００５２】さらに本発明のピエゾアクチュエータ駆動
装置によれば、電流値のスルーレートを制限する手段を
設けることにより、ピエゾアクチュエータに過度の力が
かからずに高速な駆動装置を提供する効果がある。ま
た、位置決め装置内に構成する場合は、従来は目標位置
の加速度を抑えた位置プロフィール発生器を必要とする
が、本発明を用いればプロフィール発生器は不要とな
り、経済的である。
装置によれば、電流値のスルーレートを制限する手段を
設けることにより、ピエゾアクチュエータに過度の力が
かからずに高速な駆動装置を提供する効果がある。ま
た、位置決め装置内に構成する場合は、従来は目標位置
の加速度を抑えた位置プロフィール発生器を必要とする
が、本発明を用いればプロフィール発生器は不要とな
り、経済的である。
【図１】 本発明の第１の実施例に係る位置決め装置を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図２】 図１のＡＡ断面図である。
【図３】 本発明の第２の実施例に係る位置決め装置の
図２に相当する断面図である。
図２に相当する断面図である。
【図４】 図３の装置に使用されるクランプ機構の斜視
図である。
図である。
【図５】 本発明の第３の実施例に係るピエゾアクチュ
エータ駆動装置を用いた位置決め装置のブロック図であ
る。
エータ駆動装置を用いた位置決め装置のブロック図であ
る。
【図６】 従来の低インピーダンス電流源によるピエゾ
アクチュエータ位置決め装置のブロック図である。
アクチュエータ位置決め装置のブロック図である。
【図７】 従来の高インピーダンス電流源によるピエゾ
アクチュエータ位置決め装置のブロック図である。
アクチュエータ位置決め装置のブロック図である。
【図８】 図５の装置の制限器の実施例の回路図であ
る。
る。
【図９】 図８の回路への入力波形図である。
【図１０】 図９の入力を図８の回路に与えた場合の出
力波形図である。
力波形図である。
【図１１】 図５のＤ／Ａ変換器の出力を示す波形図で
ある。
ある。
【図１２】 図５の装置の差分器の出力を示す波形図で
ある。
ある。
【図１３】 図５の装置の制限器の出力を示す波形図で
ある。
ある。
【図１４】 図５の装置の場合の加速度を示す波形図で
ある。
ある。
【図１５】 図６の従来の実施例のＤ／Ａ変換器の出力
を示す波形図である。
を示す波形図である。
【図１６】 図６の従来の実施例の差分器の出力を示す
波形図である。
波形図である。
【図１７】 図６の従来の実施例の場合の加速度を示す
波形図である。
波形図である。
１：ベース１、２：Ｙステージ、３：静圧軸受、４：吸
引磁石、５：Ｙガイド、６：静圧軸受、７：吸引磁石、
８：Ｙリニアモータ（固定子）、９：連結部材、１０：
Ｙリニアモータ（可動子）、１１：Ｘステージ、１２：
静圧軸受、１３：吸引磁石、１４：軸受ハウジング、１
６：静圧軸受、１７：天板、１８：ガイド軸、１９：軸
受部材、２０：静圧軸受、２１：支持部材、２２：板ば
ね、２３：制振ゴム、２４：リニアモータ（可動子）、
２５：断熱材、２６：リニアモータ（固定子）、２７：
断熱材、２８：変位センサ、２９：変位センサターゲッ
ト、３０：Ｘリニアモータ（固定子）、３１：Ｘリニア
モータ（可動子）、３２：チャック、３３：位置決め対
象物、３４：Ｘミラ−、３５：Ｙミラー、３６：Ｘ干渉
計、３７：ｗz 干渉計、３８：Ｙ干渉計、３９：弾性ヒ
ンジ、４０：ピエゾ、４１：弾性ヒンジ、４２：ピエ
ゾ、４３：クランプ機構、４４：拡大部材、４５：ピエ
ゾ、４６：板ばね、５１：制御装置、５２：Ｄ／Ａ変換
器、５３：スルーレートおよび絶対値制限器、５４：電
流増幅器、５５：ピエゾアクチュエータ、５６：変位セ
ンサ、５７：位置フィードバック差分器、５８：電流フ
ィードバック差分器、５９：電流測定用抵抗器、６０：
目標位置プロフィール発生器、６１：ＰＩ補償器、６
２：高インピーダンス抵抗器。
引磁石、５：Ｙガイド、６：静圧軸受、７：吸引磁石、
８：Ｙリニアモータ（固定子）、９：連結部材、１０：
Ｙリニアモータ（可動子）、１１：Ｘステージ、１２：
静圧軸受、１３：吸引磁石、１４：軸受ハウジング、１
６：静圧軸受、１７：天板、１８：ガイド軸、１９：軸
受部材、２０：静圧軸受、２１：支持部材、２２：板ば
ね、２３：制振ゴム、２４：リニアモータ（可動子）、
２５：断熱材、２６：リニアモータ（固定子）、２７：
断熱材、２８：変位センサ、２９：変位センサターゲッ
ト、３０：Ｘリニアモータ（固定子）、３１：Ｘリニア
モータ（可動子）、３２：チャック、３３：位置決め対
象物、３４：Ｘミラ−、３５：Ｙミラー、３６：Ｘ干渉
計、３７：ｗz 干渉計、３８：Ｙ干渉計、３９：弾性ヒ
ンジ、４０：ピエゾ、４１：弾性ヒンジ、４２：ピエ
ゾ、４３：クランプ機構、４４：拡大部材、４５：ピエ
ゾ、４６：板ばね、５１：制御装置、５２：Ｄ／Ａ変換
器、５３：スルーレートおよび絶対値制限器、５４：電
流増幅器、５５：ピエゾアクチュエータ、５６：変位セ
ンサ、５７：位置フィードバック差分器、５８：電流フ
ィードバック差分器、５９：電流測定用抵抗器、６０：
目標位置プロフィール発生器、６１：ＰＩ補償器、６
２：高インピーダンス抵抗器。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 9/00 Ｈ 9122−2Ｈ Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｇ 8418−4Ｍ 41/09 9274−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｋ
Claims (5)
- 【請求項１】 基礎部と、該基礎部に対して少なくとも
Ｘ及びＹ方向に剛でｗx 及びｗy 方向に柔なガイド手段
によって連結されたステージと、前記基礎部上に設けら
れて前記ステージを支持し、少なくともｗx 及びｗy 方
向に柔でＺ方向に剛なそれぞれ独立して駆動制御可能な
４つ以上のアクチュエータ手段と、該アクチュエータ手
段を駆動させて前記ステージを少なくともｗx 及びｗy
方向に駆動制御する駆動制御手段を具備することを特徴
とする位置決め装置。 - 【請求項２】 前記アクチュエータ手段のうちの１つは
支持部材であることを特徴とする請求項１記載の位置決
め装置。 - 【請求項３】 前記アクチュエータ手段のうち少なくと
も１つはリニアモータであることを特徴とする請求項１
記載の位置決め装置。 - 【請求項４】 前記基礎部及び前記ステージがＸ及びＹ
方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の
位置決め装置。 - 【請求項５】 ピエゾアクチュエータの電流を制御する
手段と、この電流制御手段に与える電流指令値のスルー
レイトおよび絶対値を制限する手段とを備えたことを特
徴とするピエゾアクチュエータ駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28363992A JP2902225B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28363992A JP2902225B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06120105A true JPH06120105A (ja) | 1994-04-28 |
| JP2902225B2 JP2902225B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=17668130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28363992A Expired - Fee Related JP2902225B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2902225B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000025352A1 (fr) * | 1998-10-28 | 2000-05-04 | Nikon Corporation | Dispositif a plateau, systeme d'exposition et procede de fabrication dudit dispositif |
| KR100325644B1 (ko) * | 1998-07-29 | 2002-02-25 | 미다라이 후지오 | 노광장치에 사용하는 스테이지장치 및 스테이지 구동방법 |
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| JP2006222206A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Canon Inc | 位置決め装置 |
| JP2006339263A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Ｚ軸調整機構及び微動ステージ装置 |
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| JP2010050114A (ja) * | 2008-08-19 | 2010-03-04 | Yaskawa Electric Corp | 精密微動位置決めユニット及びそれを備えたステージ装置 |
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| US8779392B2 (en) | 2008-08-18 | 2014-07-15 | Mapper Lithography Ip B.V. | Charged particle beam lithography system and target positioning device |
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|---|---|---|---|---|
| US8598538B2 (en) * | 2010-09-07 | 2013-12-03 | Nikon Corporation | Movable body apparatus, object processing device, exposure apparatus, flat-panel display manufacturing method, and device manufacturing method |
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| JPS62139013A (ja) * | 1985-12-13 | 1987-06-22 | Canon Inc | 姿勢検出装置 |
| JPH01250891A (ja) * | 1988-03-31 | 1989-10-05 | Toshiba Corp | 平面位置決め装置 |
| JPH01302197A (ja) * | 1988-05-31 | 1989-12-06 | Toshiba Corp | 位置決め装置 |
-
1992
- 1992-09-30 JP JP28363992A patent/JP2902225B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US6999162B1 (en) | 1998-10-28 | 2006-02-14 | Nikon Corporation | Stage device, exposure system, method of device manufacture, and device |
| WO2000025352A1 (fr) * | 1998-10-28 | 2000-05-04 | Nikon Corporation | Dispositif a plateau, systeme d'exposition et procede de fabrication dudit dispositif |
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| JP2009101427A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-14 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ステージ装置 |
| JP2012500492A (ja) * | 2008-08-18 | 2012-01-05 | マッパー・リソグラフィー・アイピー・ビー．ブイ． | 荷電粒子ビームリソグラフィシステム及びターゲット位置決め装置 |
| JP2013038426A (ja) * | 2008-08-18 | 2013-02-21 | Mapper Lithography Ip Bv | 荷電粒子ビームリソグラフィシステム及びターゲット位置決め装置 |
| US8779392B2 (en) | 2008-08-18 | 2014-07-15 | Mapper Lithography Ip B.V. | Charged particle beam lithography system and target positioning device |
| US8796644B2 (en) | 2008-08-18 | 2014-08-05 | Mapper Lithography Ip B.V. | Charged particle beam lithography system and target positioning device |
| US8957395B2 (en) | 2008-08-18 | 2015-02-17 | Mapper Lithography Ip B.V. | Charged particle beam lithography system and target positioning device |
| US9082584B2 (en) | 2008-08-18 | 2015-07-14 | Mapper Lithography Ip B.V. | Charged particle beam lithography system and target positioning device |
| JP2010050114A (ja) * | 2008-08-19 | 2010-03-04 | Yaskawa Electric Corp | 精密微動位置決めユニット及びそれを備えたステージ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2902225B2 (ja) | 1999-06-07 |
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