JPH10141374A - 能動静圧軸受装置および位置決めステージ - Google Patents
能動静圧軸受装置および位置決めステージInfo
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- JPH10141374A JPH10141374A JP8310194A JP31019496A JPH10141374A JP H10141374 A JPH10141374 A JP H10141374A JP 8310194 A JP8310194 A JP 8310194A JP 31019496 A JP31019496 A JP 31019496A JP H10141374 A JPH10141374 A JP H10141374A
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- F16C29/02—Sliding-contact bearings
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/06—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings
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- F16C32/0614—Bearings not otherwise provided for with moving member supported by a fluid cushion formed, at least to a large extent, otherwise than by movement of the shaft, e.g. hydrostatic air-cushion bearings supported by a gas cushion, e.g. an air cushion the gas being supplied under pressure, e.g. aerostatic bearings
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 可動台の変位を軸受間隙の静電容量の変化に
よって検出する。 【解決手段】 軸受パッド２は、導電性材料によって作
られており、積層圧電素子等のアクチュエータ４を介し
て可動台１に保持される。発振器１４を軸受パッド２上
の電極２ｂに接続してガイド面５ａとの間に高周波電圧
を印加し、軸受間隙の寸法変化に伴なう静電容量の変化
を検波器１５によって検出して、アクチュエータ４の制
御装置１０にフィードバックする。高価な変位センサを
省略することで、部品コスト等の低減や装置の小形化に
貢献できる。
よって検出する。 【解決手段】 軸受パッド２は、導電性材料によって作
られており、積層圧電素子等のアクチュエータ４を介し
て可動台１に保持される。発振器１４を軸受パッド２上
の電極２ｂに接続してガイド面５ａとの間に高周波電圧
を印加し、軸受間隙の寸法変化に伴なう静電容量の変化
を検波器１５によって検出して、アクチュエータ４の制
御装置１０にフィードバックする。高価な変位センサを
省略することで、部品コスト等の低減や装置の小形化に
貢献できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種工作機械のス
ライダや主軸あるいは半導体露光装置の位置決めステー
ジ等に用いられる高精度で安定性の高い能動静圧軸受装
置および位置決めステージに関するものである。
ライダや主軸あるいは半導体露光装置の位置決めステー
ジ等に用いられる高精度で安定性の高い能動静圧軸受装
置および位置決めステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、各種工作機械のスライダや主軸あ
るいは半導体露光装置の位置決めステージ等に用いられ
る静圧軸受装置は、位置精度の向上や位置決めの高速化
等のために、より一層高精度でしかも安定性の高いもの
が望まれている。
るいは半導体露光装置の位置決めステージ等に用いられ
る静圧軸受装置は、位置精度の向上や位置決めの高速化
等のために、より一層高精度でしかも安定性の高いもの
が望まれている。
【０００３】そこで、外乱のためにスライダや位置決め
ステージの姿勢等が変化したときに、圧電素子等によっ
て軸受パッドを変位させて前記外乱を相殺し、スライダ
や位置決めステージの姿勢等を迅速にもとの状態にもど
す機能を備えたいわゆる能動静圧軸受装置が開発され
た。このような能動静圧軸受装置は、外乱による位置決
めステージ等の変位や振動を回避するとともに、軸受剛
性をより一層強化して安定性を高めるのに極めて有効で
ある。
ステージの姿勢等が変化したときに、圧電素子等によっ
て軸受パッドを変位させて前記外乱を相殺し、スライダ
や位置決めステージの姿勢等を迅速にもとの状態にもど
す機能を備えたいわゆる能動静圧軸受装置が開発され
た。このような能動静圧軸受装置は、外乱による位置決
めステージ等の変位や振動を回避するとともに、軸受剛
性をより一層強化して安定性を高めるのに極めて有効で
ある。
【０００４】図４は一従来例による能動静圧軸受装置を
示すもので、これは、工作機械等のスライダや半導体露
光装置の位置決めステージ等の可動台１０１に保持され
た軸受パッド１０２を有し、該軸受パッド１０２を懸下
する軸受ハウジング１０３は、積層型圧電素子からなる
アクチュエータ１０４を介して可動台１０１に結合され
ている。
示すもので、これは、工作機械等のスライダや半導体露
光装置の位置決めステージ等の可動台１０１に保持され
た軸受パッド１０２を有し、該軸受パッド１０２を懸下
する軸受ハウジング１０３は、積層型圧電素子からなる
アクチュエータ１０４を介して可動台１０１に結合され
ている。
【０００５】このようにアクチュエータ１０４を介して
可動台１０１から懸下された軸受パッド１０２は、工作
機械や半導体露光装置等の台盤の表面に形成されたガイ
ド面１０５に対向して配設される。給気口１０３ａから
軸受ハウジング１０３を経て軸受パッド１０２に供給さ
れた圧縮流体は、軸受パッド１０２の図示下面からガイ
ド面１０５に向かって噴出され、該圧縮流体の静圧によ
って、可動台１０１がガイド面１０５から浮上し、両者
が非接触の状態に維持される。図示しないＸＹ駆動装置
等によって可動台１０１が駆動されると、可動台１０１
はガイド面１０５に沿って非接触で移動する。このよう
にして、工作機械のスライダや、半導体露光装置の位置
決めステージ上のウエハ等基板の位置決めが行なわれ
る。
可動台１０１から懸下された軸受パッド１０２は、工作
機械や半導体露光装置等の台盤の表面に形成されたガイ
ド面１０５に対向して配設される。給気口１０３ａから
軸受ハウジング１０３を経て軸受パッド１０２に供給さ
れた圧縮流体は、軸受パッド１０２の図示下面からガイ
ド面１０５に向かって噴出され、該圧縮流体の静圧によ
って、可動台１０１がガイド面１０５から浮上し、両者
が非接触の状態に維持される。図示しないＸＹ駆動装置
等によって可動台１０１が駆動されると、可動台１０１
はガイド面１０５に沿って非接触で移動する。このよう
にして、工作機械のスライダや、半導体露光装置の位置
決めステージ上のウエハ等基板の位置決めが行なわれ
る。
【０００６】外乱のために前記スライダや位置決めステ
ージの姿勢等が変化したときは、これに伴なって軸受パ
ッド１０２に供給する圧縮流体の圧力を制御しないと軸
受パッド１０２とガイド面１０５の間の軸受間隙を一定
に保つことができず、可動台１０１の浮上量が変化す
る。そこで、外乱による可動台１０１の浮上量の変化を
変位センサ１０６によって検出し、その出力を、図６に
示すように、アクチュエータ駆動装置１０４ａを制御す
る制御装置１１０にフィードバックする。アクチュエー
タ駆動装置１０４ａは、アクチュエータ１０４の厚さを
変化させることで、軸受パッド１０３をガイド面１０５
に対して進退させて前記軸受間隙の寸法を調節する。こ
のようにして、可動台１０１の浮上量の変化を回避す
る。
ージの姿勢等が変化したときは、これに伴なって軸受パ
ッド１０２に供給する圧縮流体の圧力を制御しないと軸
受パッド１０２とガイド面１０５の間の軸受間隙を一定
に保つことができず、可動台１０１の浮上量が変化す
る。そこで、外乱による可動台１０１の浮上量の変化を
変位センサ１０６によって検出し、その出力を、図６に
示すように、アクチュエータ駆動装置１０４ａを制御す
る制御装置１１０にフィードバックする。アクチュエー
タ駆動装置１０４ａは、アクチュエータ１０４の厚さを
変化させることで、軸受パッド１０３をガイド面１０５
に対して進退させて前記軸受間隙の寸法を調節する。こ
のようにして、可動台１０１の浮上量の変化を回避す
る。
【０００７】すなわち、アクチュエータ１０４は、変位
センサ１０６の出力に基づいてその厚さ方向に伸縮し、
外乱による可動台１０１の変位を相殺する。
センサ１０６の出力に基づいてその厚さ方向に伸縮し、
外乱による可動台１０１の変位を相殺する。
【０００８】図４の装置における変位センサ１０６は可
動台１０１に保持され、変位センサ１０６の検出端とガ
イド面１０５の離間距離を検出する公知の光電センサ等
であるが、図５に示すように、ガイド面１０５に立設さ
れた支持体２０６ａから変位センサ２０６を懸下し、そ
の検出端と可動台１０１の頂面の離間距離を検出するよ
うに構成したものでもよい。
動台１０１に保持され、変位センサ１０６の検出端とガ
イド面１０５の離間距離を検出する公知の光電センサ等
であるが、図５に示すように、ガイド面１０５に立設さ
れた支持体２０６ａから変位センサ２０６を懸下し、そ
の検出端と可動台１０１の頂面の離間距離を検出するよ
うに構成したものでもよい。
【０００９】図６に示すように、変位センサ１０６，２
０６の出力は、アクチュエータ駆動装置１０４ａを制御
する制御装置１１０にフィードバックされる。制御装置
１１０は、変位センサ１０６，２０６の出力を目標値設
定器１１３により設定された目標値と比較して可動台１
０１の浮上量の変化を算出する演算器１１１を有し、そ
の出力は、ＰＩＤ補償器等の調整器１１２によって安定
化されてアクチュエータ駆動装置１０４ａに導入され、
アクチュエータ１０４を厚さ方向に伸縮させる。
０６の出力は、アクチュエータ駆動装置１０４ａを制御
する制御装置１１０にフィードバックされる。制御装置
１１０は、変位センサ１０６，２０６の出力を目標値設
定器１１３により設定された目標値と比較して可動台１
０１の浮上量の変化を算出する演算器１１１を有し、そ
の出力は、ＰＩＤ補償器等の調整器１１２によって安定
化されてアクチュエータ駆動装置１０４ａに導入され、
アクチュエータ１０４を厚さ方向に伸縮させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術によれば、外乱による可動台の変位を検出する変
位センサには高分解能のものが必要であり、部品コスト
の高騰を招く。加えて、このような高分解能の変位セン
サは測定レンジが狭く、また、能動静圧軸受装置の軸受
間隙は一般的に数μｍと極めて小さいために、変位セン
サの組み付けや初期位置（取り付け位置）の調整が難し
く、さらに、変位センサを組み込むために特殊な治具も
必要であるから、装置の組立コストが高くなるという未
解決の課題がある。また、変位センサを組み込むスペー
スのために装置全体が大型化するという不都合もある。
の技術によれば、外乱による可動台の変位を検出する変
位センサには高分解能のものが必要であり、部品コスト
の高騰を招く。加えて、このような高分解能の変位セン
サは測定レンジが狭く、また、能動静圧軸受装置の軸受
間隙は一般的に数μｍと極めて小さいために、変位セン
サの組み付けや初期位置（取り付け位置）の調整が難し
く、さらに、変位センサを組み込むために特殊な治具も
必要であるから、装置の組立コストが高くなるという未
解決の課題がある。また、変位センサを組み込むスペー
スのために装置全体が大型化するという不都合もある。
【００１１】本発明は上記従来の技術の有する未解決の
課題に鑑みてなされたものであり、外乱による可動台等
の変位を検出するための高分解能の変位センサ等を必要
とせず、部品コストや組立コストを大幅に低減できる能
動静圧軸受装置および位置決めステージを提供すること
を目的とするものである。
課題に鑑みてなされたものであり、外乱による可動台等
の変位を検出するための高分解能の変位センサ等を必要
とせず、部品コストや組立コストを大幅に低減できる能
動静圧軸受装置および位置決めステージを提供すること
を目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の能動静圧軸受装置は、互に対向する第１
および第２の対向部材と、前記第１の対向部材に伸縮自
在なアクチュエータを介して保持された軸受パッドと、
前記アクチュエータを伸縮させるための駆動手段と、前
記第２の対向部材と前記軸受パッドの間の間隙の静電容
量の変化を検出する静電容量検出手段と、その出力に基
づいて前記駆動手段を制御する制御装置を有することを
特徴とする。
めに、本発明の能動静圧軸受装置は、互に対向する第１
および第２の対向部材と、前記第１の対向部材に伸縮自
在なアクチュエータを介して保持された軸受パッドと、
前記アクチュエータを伸縮させるための駆動手段と、前
記第２の対向部材と前記軸受パッドの間の間隙の静電容
量の変化を検出する静電容量検出手段と、その出力に基
づいて前記駆動手段を制御する制御装置を有することを
特徴とする。
【００１３】また、互に対向する第１および第２の対向
部材と、前記第１の対向部材に伸縮自在なアクチュエー
タを介して保持された第１の軸受パッドと、前記アクチ
ュエータを伸縮させるための駆動手段と、前記第１の対
向部材に一体的に結合された第２の軸受パッドと、前記
第２の対向部材と前記第２の軸受パッドの間の間隙の静
電容量の変化を検出する静電容量検出手段と、その出力
に基づいて前記駆動手段を制御する制御装置を有するこ
とを特徴とするものでもよい。
部材と、前記第１の対向部材に伸縮自在なアクチュエー
タを介して保持された第１の軸受パッドと、前記アクチ
ュエータを伸縮させるための駆動手段と、前記第１の対
向部材に一体的に結合された第２の軸受パッドと、前記
第２の対向部材と前記第２の軸受パッドの間の間隙の静
電容量の変化を検出する静電容量検出手段と、その出力
に基づいて前記駆動手段を制御する制御装置を有するこ
とを特徴とするものでもよい。
【００１４】
【作用】第１の対向部材は、軸受パッドから噴出される
圧縮流体の静圧によって第２の対向部材から浮上する。
外乱によって第１の対向部材の浮上量が変化すると、こ
れに伴なって軸受パッドと第２の対向部材の間の間隙の
寸法が変化する。軸受パッドと第２の対向部材の間に高
周波電圧を印加しておき、その変化を検知することで、
前記間隙の寸法変化に伴なう静電容量の変化を検出し
て、アクチュエータを駆動する。
圧縮流体の静圧によって第２の対向部材から浮上する。
外乱によって第１の対向部材の浮上量が変化すると、こ
れに伴なって軸受パッドと第２の対向部材の間の間隙の
寸法が変化する。軸受パッドと第２の対向部材の間に高
周波電圧を印加しておき、その変化を検知することで、
前記間隙の寸法変化に伴なう静電容量の変化を検出し
て、アクチュエータを駆動する。
【００１５】第１の対向部材の浮上量の変化をアクチュ
エータの伸縮によって相殺し、外乱による第１の対向部
材の変位や姿勢の変化あるいは振動等を回避する。
エータの伸縮によって相殺し、外乱による第１の対向部
材の変位や姿勢の変化あるいは振動等を回避する。
【００１６】軸受パッドを金属やグラファイトあるいは
セラファイト等の導電性材料によって製作してこれに発
振器の電極を接続し、第２の対向部材を接地して静電容
量の変化を検出するように構成すれば、高分解能の変位
センサ等を第１の対向部材に組み付ける必要はない。
セラファイト等の導電性材料によって製作してこれに発
振器の電極を接続し、第２の対向部材を接地して静電容
量の変化を検出するように構成すれば、高分解能の変位
センサ等を第１の対向部材に組み付ける必要はない。
【００１７】高価で組み付け作業が複雑である変位セン
サを省略することで、部品コストと組立コストを大幅に
低減できる。加えて、能動静圧軸受装置の小形化にも大
きく貢献できる。このような能動静圧軸受装置を用いる
ことで、露光装置の位置決めステージ等の小形化と低価
格化を促進できる。
サを省略することで、部品コストと組立コストを大幅に
低減できる。加えて、能動静圧軸受装置の小形化にも大
きく貢献できる。このような能動静圧軸受装置を用いる
ことで、露光装置の位置決めステージ等の小形化と低価
格化を促進できる。
【００１８】また、互に対向する第１および第２の対向
部材と、前記第１の対向部材に伸縮自在なアクチュエー
タを介して保持された第１の軸受パッドと、前記アクチ
ュエータを伸縮させるための駆動手段と、前記第１の対
向部材に一体的に結合された第２の軸受パッドと、前記
第２の対向部材と前記第２の軸受パッドの間の間隙の静
電容量の変化を検出する静電容量検出手段と、その出力
に基づいて前記駆動手段を制御する制御装置を有するこ
とを特徴とする能動静圧軸受装置であれば、アクチュエ
ータを伸縮させる駆動手段が静電容量検出手段の出力に
よって影響を受けることのない開ループ制御となるた
め、極めて安定した信頼性の高い制御を行なうことがで
きるという利点が付加される。
部材と、前記第１の対向部材に伸縮自在なアクチュエー
タを介して保持された第１の軸受パッドと、前記アクチ
ュエータを伸縮させるための駆動手段と、前記第１の対
向部材に一体的に結合された第２の軸受パッドと、前記
第２の対向部材と前記第２の軸受パッドの間の間隙の静
電容量の変化を検出する静電容量検出手段と、その出力
に基づいて前記駆動手段を制御する制御装置を有するこ
とを特徴とする能動静圧軸受装置であれば、アクチュエ
ータを伸縮させる駆動手段が静電容量検出手段の出力に
よって影響を受けることのない開ループ制御となるた
め、極めて安定した信頼性の高い制御を行なうことがで
きるという利点が付加される。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００２０】図１は第１実施例による能動静圧軸受装置
を示す模式断面図であって、これは、工作機械等のスラ
イダや半導体製造のための露光装置の位置決めステージ
等を構成する可動台（第１の対向部材）１に保持された
軸受パッド２を有し、該軸受パッド２を懸下する軸受ハ
ウジング３は、積層型圧電素子からなるアクチュエータ
４を介して可動台１に結合されている。
を示す模式断面図であって、これは、工作機械等のスラ
イダや半導体製造のための露光装置の位置決めステージ
等を構成する可動台（第１の対向部材）１に保持された
軸受パッド２を有し、該軸受パッド２を懸下する軸受ハ
ウジング３は、積層型圧電素子からなるアクチュエータ
４を介して可動台１に結合されている。
【００２１】このようにアクチュエータ４を介して可動
台１の下面に懸下された軸受パッド２は、第２の対向部
材である台盤５の表面に形成されたガイド面５ａに対向
して配設される。給気口３ａから軸受ハウジング３を経
て軸受パッド２に供給された圧縮流体は、軸受パッド２
の図示下面からガイド面５ａに向かって噴出され、該圧
縮流体の静圧によって、可動台１がガイド面５ａから浮
上し、両者が非接触の状態に維持される。図示しないＸ
Ｙ駆動装置等によって可動台１が駆動されると、可動台
１はガイド面５ａに沿って非接触で移動し、工作機械の
スライダや半導体露光装置の位置決めステージ上のウエ
ハ等基板の位置決めが行なわれる。
台１の下面に懸下された軸受パッド２は、第２の対向部
材である台盤５の表面に形成されたガイド面５ａに対向
して配設される。給気口３ａから軸受ハウジング３を経
て軸受パッド２に供給された圧縮流体は、軸受パッド２
の図示下面からガイド面５ａに向かって噴出され、該圧
縮流体の静圧によって、可動台１がガイド面５ａから浮
上し、両者が非接触の状態に維持される。図示しないＸ
Ｙ駆動装置等によって可動台１が駆動されると、可動台
１はガイド面５ａに沿って非接触で移動し、工作機械の
スライダや半導体露光装置の位置決めステージ上のウエ
ハ等基板の位置決めが行なわれる。
【００２２】外乱のために前記スライダや位置決めステ
ージの高さや姿勢等が変化したときは、これに伴なって
軸受パッド２に供給する圧縮流体の圧力を制御しないと
軸受パッド２とガイド面５ａの間の間隙である軸受間隙
を一定に保つことができず、可動台１の浮上量が変化す
る。そこで、外乱による可動台１の浮上量の変化を変位
検出装置６によって検出し、その出力を、駆動手段であ
るアクチュエータ駆動装置４ａを制御する制御装置１０
にフィードバックする。アクチュエータ駆動装置４ａ
は、アクチュエータ４の厚さを変化させることで、軸受
パッド２をガイド面５ａに対して進退させて前記軸受間
隙の寸法を調節し、可動台１の浮上量の変化を相殺す
る。
ージの高さや姿勢等が変化したときは、これに伴なって
軸受パッド２に供給する圧縮流体の圧力を制御しないと
軸受パッド２とガイド面５ａの間の間隙である軸受間隙
を一定に保つことができず、可動台１の浮上量が変化す
る。そこで、外乱による可動台１の浮上量の変化を変位
検出装置６によって検出し、その出力を、駆動手段であ
るアクチュエータ駆動装置４ａを制御する制御装置１０
にフィードバックする。アクチュエータ駆動装置４ａ
は、アクチュエータ４の厚さを変化させることで、軸受
パッド２をガイド面５ａに対して進退させて前記軸受間
隙の寸法を調節し、可動台１の浮上量の変化を相殺す
る。
【００２３】すなわち、アクチュエータ４は、変位検出
装置６の出力に基づいてその厚さ方向に伸縮し、外乱に
よる可動台１の変位や姿勢の変化等を回避する。
装置６の出力に基づいてその厚さ方向に伸縮し、外乱に
よる可動台１の変位や姿勢の変化等を回避する。
【００２４】軸受パッド２は導電性材料から作られてお
り、絶縁材２ａを介して軸受ハウジング３に結合され
る。変位検出装置６は、導電性を有する軸受パッド２と
接地されたガイド面５ａの間に高周波電圧を与えて、軸
受パッド２とガイド面５ａの間の軸受間隙の静電容量の
変化を検出する静電容量検出手段である静電容量検出器
６ａと、その出力に基づいて軸受パッド２とガイド面５
ａの軸受間隙の寸法変化を検出する変位推定器１３を有
し、変位推定器１３の出力を制御装置１０の演算器１１
にフィードバックするように構成されている。
り、絶縁材２ａを介して軸受ハウジング３に結合され
る。変位検出装置６は、導電性を有する軸受パッド２と
接地されたガイド面５ａの間に高周波電圧を与えて、軸
受パッド２とガイド面５ａの間の軸受間隙の静電容量の
変化を検出する静電容量検出手段である静電容量検出器
６ａと、その出力に基づいて軸受パッド２とガイド面５
ａの軸受間隙の寸法変化を検出する変位推定器１３を有
し、変位推定器１３の出力を制御装置１０の演算器１１
にフィードバックするように構成されている。
【００２５】詳しく説明すると、静電容量検出器６ａ
は、軸受パッド２に取り付けられた電極２ｂに高周波電
圧を印加する発振器１４と、印加された高周波電圧が軸
受パッド２とガイド面５ａの間の静電容量の変化によっ
て変動するのを検知する検波器１５と、その出力を増幅
して変位推定器１３に導入するための増幅器１６を有
し、変位推定器１３は、検波器１５の出力から以下のよ
うに軸受間隙の寸法変位を推定する。
は、軸受パッド２に取り付けられた電極２ｂに高周波電
圧を印加する発振器１４と、印加された高周波電圧が軸
受パッド２とガイド面５ａの間の静電容量の変化によっ
て変動するのを検知する検波器１５と、その出力を増幅
して変位推定器１３に導入するための増幅器１６を有
し、変位推定器１３は、検波器１５の出力から以下のよ
うに軸受間隙の寸法変位を推定する。
【００２６】一般的に一対の対向電極間の離間距離と静
電容量の間には以下の関係が成立する。
電容量の間には以下の関係が成立する。
【００２７】ｃ＝ε・ｓ／ｄ ・・・・・（１） ここで、ｃ：電極間の静電容量 ｄ：電極間の離間距離 ｓ：電極の対向面積 ε：電極間の物質の誘電率 ガイド面５ａとこれに対向する軸受パッド２の表面を一
対の電極と考えて、両者の間に高周波電圧を印加し、静
電容量の変化を静電容量検出器６ａによって検出する。
変位推定器１３においては、予め設定された数式モデル
あるいは予め実測によって得られた可動台１とガイド面
５ａの離間距離Ｚ1 と軸受間隙Ｚ2 の間の相関データか
ら、軸受間隙の寸法変化すなわち可動台１の変位を式
（１）に基づいて推定し、演算器１１に導入する。
対の電極と考えて、両者の間に高周波電圧を印加し、静
電容量の変化を静電容量検出器６ａによって検出する。
変位推定器１３においては、予め設定された数式モデル
あるいは予め実測によって得られた可動台１とガイド面
５ａの離間距離Ｚ1 と軸受間隙Ｚ2 の間の相関データか
ら、軸受間隙の寸法変化すなわち可動台１の変位を式
（１）に基づいて推定し、演算器１１に導入する。
【００２８】演算器１１は、目標値設定器１２に設定さ
れた目標値から軸受間隙の寸法変化を差し引いたものを
補償器４ｂを経てアクチュエータ駆動装置４ａに導入す
る。このようにしてアクチュエータ４の駆動量を制御
し、可動台１とガイド面５ａの離間距離Ｚ1 を一定に保
つ。
れた目標値から軸受間隙の寸法変化を差し引いたものを
補償器４ｂを経てアクチュエータ駆動装置４ａに導入す
る。このようにしてアクチュエータ４の駆動量を制御
し、可動台１とガイド面５ａの離間距離Ｚ1 を一定に保
つ。
【００２９】変位検出装置６は、軸受パッド２とガイド
面５ａの間の静電容量の変化から軸受間隙の寸法変化を
検出するものであるため、従来例のように可動台に高分
解能の変位センサを取り付けて可動台の変位を検出する
ものに比べて、計測誤差が少ないうえに、変位センサの
設置スペースが不必要であり、位置決めステージ等の小
形化を大幅に促進できる。また、高価な変位センサが不
要であるから部品コストが大幅に低減され、数μｍの狭
い軸受間隙に変位センサを組み付ける細かな作業を省略
することで、位置決めステージ等の組立工程を簡単にし
て組立コストを低減できる。
面５ａの間の静電容量の変化から軸受間隙の寸法変化を
検出するものであるため、従来例のように可動台に高分
解能の変位センサを取り付けて可動台の変位を検出する
ものに比べて、計測誤差が少ないうえに、変位センサの
設置スペースが不必要であり、位置決めステージ等の小
形化を大幅に促進できる。また、高価な変位センサが不
要であるから部品コストが大幅に低減され、数μｍの狭
い軸受間隙に変位センサを組み付ける細かな作業を省略
することで、位置決めステージ等の組立工程を簡単にし
て組立コストを低減できる。
【００３０】なお、軸受パッドの材料としては、各種金
属、グラファイト、セラファイト等の導電性材料を用い
るのが望ましい。また、可動台と軸受パッドの間に介在
させるアクチュエータは、本実施例の積層圧電素子に限
定されることなく、ボイスコイルモータ等でもよい。
属、グラファイト、セラファイト等の導電性材料を用い
るのが望ましい。また、可動台と軸受パッドの間に介在
させるアクチュエータは、本実施例の積層圧電素子に限
定されることなく、ボイスコイルモータ等でもよい。
【００３１】図２は、第２実施例による能動静圧軸受装
置を示すもので、これは、第１実施例の軸受パッド２に
直接電極２ｂを取り付けて軸受間隙の静電容量の変化を
検出する変位検出装置６に替えて、軸受パッド２と同様
の第２の軸受パッド２２を可動台１に直付けして、第２
の軸受パッド２２とガイド面５ａの軸受間隙の静電容量
の変化を静電容量検出器２６ａによって検出し、その出
力を制御装置２０内の変位推定器に導入して可動台１の
変位を検出する変位検出装置２６を設けたものである。
第１の軸受パッド２、軸受ハウジング３、アクチュエー
タ４、ガイド面５ａ等は第１実施例と同様であるから同
一符号で表わし、説明は省略する。
置を示すもので、これは、第１実施例の軸受パッド２に
直接電極２ｂを取り付けて軸受間隙の静電容量の変化を
検出する変位検出装置６に替えて、軸受パッド２と同様
の第２の軸受パッド２２を可動台１に直付けして、第２
の軸受パッド２２とガイド面５ａの軸受間隙の静電容量
の変化を静電容量検出器２６ａによって検出し、その出
力を制御装置２０内の変位推定器に導入して可動台１の
変位を検出する変位検出装置２６を設けたものである。
第１の軸受パッド２、軸受ハウジング３、アクチュエー
タ４、ガイド面５ａ等は第１実施例と同様であるから同
一符号で表わし、説明は省略する。
【００３２】軸受パッド２２は、金属、グラファイト、
セラファイト等の導電性材料によって作られており、絶
縁材２２ａを介して軸受ハウジング２３に保持され、軸
受ハウジング２３は可動台１に直接固着されている。軸
受ハウジング２３に設けられた給気口２３ａから供給さ
れる圧縮流体は、軸受パッド２２からガイド面５ａに向
かって噴出され、第１の軸受パッド２と同様の静圧を発
生させる。
セラファイト等の導電性材料によって作られており、絶
縁材２２ａを介して軸受ハウジング２３に保持され、軸
受ハウジング２３は可動台１に直接固着されている。軸
受ハウジング２３に設けられた給気口２３ａから供給さ
れる圧縮流体は、軸受パッド２２からガイド面５ａに向
かって噴出され、第１の軸受パッド２と同様の静圧を発
生させる。
【００３３】静電容量検出器２６ａは、第２の軸受パッ
ド２２に取り付けられた電極２２ｂに接続された発振器
３４と、検波器３５と、増幅器３６を有し、第１実施例
の静電容量検出器６ａと同様に、電極２２ｂを介して軸
受パッド２２とガイド面５ａの軸受間隙に高周波電圧を
印加し、検波器３５によって軸受間隙の静電容量の変化
を検出し、増幅器３６を経て制御装置２０内の変位推定
器に導入する。変位推定器の出力は、制御装置２０内の
演算器に導入され、ここで目標値との差が算出される。
ド２２に取り付けられた電極２２ｂに接続された発振器
３４と、検波器３５と、増幅器３６を有し、第１実施例
の静電容量検出器６ａと同様に、電極２２ｂを介して軸
受パッド２２とガイド面５ａの軸受間隙に高周波電圧を
印加し、検波器３５によって軸受間隙の静電容量の変化
を検出し、増幅器３６を経て制御装置２０内の変位推定
器に導入する。変位推定器の出力は、制御装置２０内の
演算器に導入され、ここで目標値との差が算出される。
【００３４】変位検出装置２６ａの出力がゼロであれ
ば、図３の（ａ）に示すように、第１、第２の軸受パッ
ド２，２２とガイド面５の軸受間隙は同じであるが、図
３の（ｂ）に示すように、外乱によって可動台１をガイ
ド面５ａに接近させる力が作用すると、変位検出装置２
６ａの出力によって可動台１の変位が検出され、これに
よってアクチュエータ駆動装置４ａの駆動量が変化して
アクチュエータ４の厚さが増大する。第１の軸受パッド
２とガイド面５ａの軸受間隙の寸法が縮小して軸受間隙
の静圧がもとの値に戻ったところでバランスする。
ば、図３の（ａ）に示すように、第１、第２の軸受パッ
ド２，２２とガイド面５の軸受間隙は同じであるが、図
３の（ｂ）に示すように、外乱によって可動台１をガイ
ド面５ａに接近させる力が作用すると、変位検出装置２
６ａの出力によって可動台１の変位が検出され、これに
よってアクチュエータ駆動装置４ａの駆動量が変化して
アクチュエータ４の厚さが増大する。第１の軸受パッド
２とガイド面５ａの軸受間隙の寸法が縮小して軸受間隙
の静圧がもとの値に戻ったところでバランスする。
【００３５】本実施例によれば、変位検出装置の出力を
フィードバックさせる制御系がアクチュエータの駆動量
に直接影響を受けることのない開ループ制御系となるた
め、可動台の変位によって制御系の周波数特性が変化す
ることなく、従って、極めて安定した信頼性の高い制御
を行なうことができるという利点が付加される。その他
の点は第１実施例と同様である。
フィードバックさせる制御系がアクチュエータの駆動量
に直接影響を受けることのない開ループ制御系となるた
め、可動台の変位によって制御系の周波数特性が変化す
ることなく、従って、極めて安定した信頼性の高い制御
を行なうことができるという利点が付加される。その他
の点は第１実施例と同様である。
【００３６】
【発明の効果】本発明は上述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。
で、以下に記載するような効果を奏する。
【００３７】外乱による可動台等の変位を検出するため
の高分解能の変位センサ等を必要とせず、部品コストや
組立コストの低減と装置の小形化に大きく貢献できる。
このような能動静圧軸受装置を用いることで、露光装置
の位置決めステージ等の低価格化と小形化を促進でき
る。
の高分解能の変位センサ等を必要とせず、部品コストや
組立コストの低減と装置の小形化に大きく貢献できる。
このような能動静圧軸受装置を用いることで、露光装置
の位置決めステージ等の低価格化と小形化を促進でき
る。
【図１】第１実施例による能動静圧軸受装置を示す模式
断面図である。
断面図である。
【図２】第２実施例による能動静圧軸受装置を示す模式
断面図である。
断面図である。
【図３】図２の装置の可動台に外乱が作用したときの変
化を説明する図である。
化を説明する図である。
【図４】一従来例を示す模式断面図である。
【図５】別の従来例を示す模式断面図である。
【図６】図４の装置の制御系を説明するものである。
１ 可動台 ２，２２ 軸受パッド ２ｂ，２２ｂ 電極 ３，２３ 軸受ハウジング ４ アクチュエータ ５ａ ガイド面 ６，２６ 変位検出装置 ６ａ，２６ａ 静電容量検出器 １０，２０ 制御装置
Claims (6)
- 【請求項１】 互に対向する第１および第２の対向部材
と、前記第１の対向部材に伸縮自在なアクチュエータを
介して保持された軸受パッドと、前記アクチュエータを
伸縮させるための駆動手段と、前記第２の対向部材と前
記軸受パッドの間の間隙の静電容量の変化を検出する静
電容量検出手段と、その出力に基づいて前記駆動手段を
制御する制御装置を有する能動静圧軸受装置。 - 【請求項２】 軸受パッドが、導電性材料によって作ら
れていることを特徴とする請求項１記載の能動静圧軸受
装置。 - 【請求項３】 互に対向する第１および第２の対向部材
と、前記第１の対向部材に伸縮自在なアクチュエータを
介して保持された第１の軸受パッドと、前記アクチュエ
ータを伸縮させるための駆動手段と、前記第１の対向部
材に一体的に結合された第２の軸受パッドと、前記第２
の対向部材と前記第２の軸受パッドの間の間隙の静電容
量の変化を検出する静電容量検出手段と、その出力に基
づいて前記駆動手段を制御する制御装置を有する能動静
圧軸受装置。 - 【請求項４】 第２の軸受パッドが、導電性材料によっ
て作られていることを特徴とする請求項３記載の能動静
圧軸受装置。 - 【請求項５】 アクチュエータが、積層型圧電素子を有
することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記
載の能動静圧軸受装置。 - 【請求項６】 請求項１ないし５いずれか１項記載の能
動静圧軸受装置を有し、第１の対向部材が、第２の対向
部材に沿って移動自在な可動台を構成していることを特
徴とする位置決めステージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8310194A JPH10141374A (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 能動静圧軸受装置および位置決めステージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8310194A JPH10141374A (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 能動静圧軸受装置および位置決めステージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10141374A true JPH10141374A (ja) | 1998-05-26 |
Family
ID=18002311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8310194A Pending JPH10141374A (ja) | 1996-11-06 | 1996-11-06 | 能動静圧軸受装置および位置決めステージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10141374A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000007765A2 (de) * | 1998-08-07 | 2000-02-17 | W.I.T. Wiemers Innovative Technik Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur mechanischen bearbeitung von werkstücken und zur montage/demontage von baugruppen |
| EP0984329A2 (en) * | 1998-09-04 | 2000-03-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection apparatus having a plurality of detection sections, and exposure apparatus |
| US6936951B1 (en) * | 2000-11-27 | 2005-08-30 | Grq Instruments, Inc. | Smart sonic bearings and method for frictional force reduction and switching |
| JP2007247812A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 静圧空気軸受け監視装置及び静圧空気軸受け監視装置を備えたステージ装置 |
| CN107642545A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-01-30 | 哈尔滨理工大学 | 一种静压支承工作台油膜厚度控制方法 |
| US9920790B2 (en) * | 2014-03-18 | 2018-03-20 | Huazhong University Of Science And Technology | Active airbearing device |
| CN113357263A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-07 | 合肥工业大学 | 一种挤压膜辅助稳压的静压气浮支承装置及控制方法 |
-
1996
- 1996-11-06 JP JP8310194A patent/JPH10141374A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000007765A2 (de) * | 1998-08-07 | 2000-02-17 | W.I.T. Wiemers Innovative Technik Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur mechanischen bearbeitung von werkstücken und zur montage/demontage von baugruppen |
| WO2000007765A3 (de) * | 1998-08-07 | 2000-05-11 | W I T Wiemers Innovative Techn | Verfahren und vorrichtung zur mechanischen bearbeitung von werkstücken und zur montage/demontage von baugruppen |
| EP0984329A2 (en) * | 1998-09-04 | 2000-03-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection apparatus having a plurality of detection sections, and exposure apparatus |
| EP0984329A3 (en) * | 1998-09-04 | 2002-05-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection apparatus having a plurality of detection sections, and exposure apparatus |
| US6529263B2 (en) | 1998-09-04 | 2003-03-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection apparatus having a plurality of detection sections, and exposure apparatus |
| US7072023B2 (en) | 1998-09-04 | 2006-07-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detection apparatus having a plurality of detection sections, and exposure apparatus |
| US6936951B1 (en) * | 2000-11-27 | 2005-08-30 | Grq Instruments, Inc. | Smart sonic bearings and method for frictional force reduction and switching |
| JP2007247812A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 静圧空気軸受け監視装置及び静圧空気軸受け監視装置を備えたステージ装置 |
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| CN107642545A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-01-30 | 哈尔滨理工大学 | 一种静压支承工作台油膜厚度控制方法 |
| CN113357263A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-07 | 合肥工业大学 | 一种挤压膜辅助稳压的静压气浮支承装置及控制方法 |
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|---|---|---|---|
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