KR20060097043A - 스테이지장치 - Google Patents

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KR20060097043A
KR20060097043A KR1020067009974A KR20067009974A KR20060097043A KR 20060097043 A KR20060097043 A KR 20060097043A KR 1020067009974 A KR1020067009974 A KR 1020067009974A KR 20067009974 A KR20067009974 A KR 20067009974A KR 20060097043 A KR20060097043 A KR 20060097043A
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moving
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다츠로 가토
가즈하루 우치미
히로시 무라야마
히데히코 마시모
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 의한 스테이지장치는, 2개의 이동체를 각각 정반(定盤) 상에 있어서 한 축방향으로 이동시키기 위한 2개의 구동원과, 2개의 이동체 중 적어도 한쪽을 한 축방향으로 가이드하기 위한 가이드부재와, 2개의 이동체 사이에 가이드부재에 직교하도록 걸쳐져서 2개의 이동체와 함께 이동하는 빔과, 제어장치를 포함한다.
제어장치는, 2개의 이동체 각각의 위치를 검출하기 위한 2개의 위치센서의 검출신호와, 2개의 이동체 각각의 원점위치를 규정하기 위한 2개의 원점센서의 검출신호를 받아, 2개의 구동원을 제어하여 2개의 이동체의 위치제어를 행한다. 제어장치는 또한, 2개의 구동원을 개별적으로 제어하여 빔을 한 축방향과 연직인 요(yaw) 회전축에 관하여 회전시키는 요축(yaw axis) 회전제어기능을 가진다. 제어장치는, 스테이지장치의 기동시에, 요축 회전제어기능에 근거하여, 가이드부재에 대한 빔의 직교도(直交度)가 변화한 경우에 있어서도 빔이 가이드부재에 대하여 소정범위 내의 직교도를 유지하는 제어를 실행한다.

Description

스테이지장치{Stage device}
본 발명은 스테이지장치에 관한 것이다. 본 발명은, 특히, 2개의 이동체를 각각 한 축방향으로 이동 가능하게 하는 2개의 구동원과, 2개의 이동체 중 적어도 한쪽을 가이드하는 가이드부재와, 2개의 이동체 사이에 걸쳐져서 2개의 이동체와 함께 이동하는 빔을 포함하는 스테이지장치에 적합하다.
이 종류의 스테이지장치의 일례를 도 1⒜, 도 1⒝를 참조하여 설명한다. 도 1⒜, 도 1⒝에 있어서, 정반(定盤)(1) 상에 2개의 가이드 레일(2 및 3)이 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 설치되어 있다. 가이드 레일(2 및 3)은 도 1⒜에 나타낸 Y축방향으로 뻗어 있다. 가이드 레일(2 및 3)에는 각각 이동체(4 및 5)가 배치되어 있다. 여기서, 가이드 레일(2) 및 이동체(4)에 대하여 설명하면, 도 1⒝에 나타낸 바와 같이, 이동체(4)에는 정압(靜壓) 베어링 패드(12)가 구비되어 있다. 정압 베어링 패드(12)는 가이드 레일(2)과 이동체(4) 사이에 개재되어 있다. 이동체(4)에는 또한, 정압 베어링 패드(13)가 구비되어 있다. 정압 베어링 패드(13)는 정반(1)과 이동체(4) 사이에 개재되어 있다. 이로써, 이동체(4)는 가이드 레일(2)을 따라 Y축방향으로 이동 가능하다.
마찬가지로, 이동체(5)에도 정압 베어링 패드(12 및 13)가 구비되어 있다. 이동체(5)는 가이드 레일(3)을 따라 Y축방향으로 이동 가능하다.
이동체(4)와 이동체(5) 사이에 빔(6)이 걸쳐져 있다. 빔(6)은 도 1⒜에 나타낸 X축방향으로 뻗어 있다. 빔(6)은, 그 일단(一端)이 이동체(4)와 견고히 고정되고, 타단(他端)은 판(板) 스프링 구조(8)에 의해 이동체(5)와 연결되어 있다. 이동체(4)와 빔(6)의 일단(一端)과의 고정은, 예컨대, 나사를 이용하여 행하여진다. 이로써, 빔(6)은 이동체(4, 5)와 함께 Y축방향으로 이동 가능하다.
빔(6)에는 이동체(가동(可動)부)(14)가 배치되어 있다. 이동체(14)는 빔(6)을 가이드로 하여, X축방향으로 이동 가능하다. 정반(1)과 이동체(14)의 사이에는 정압 베어링 패드(14a∼14c)가 배치되어 있다. 정압 베어링 패드(14a∼14c)는, 이동체(14)에 장착되어 있다. 이로써, 이동체(14)는 정압 베어링 패드(14a∼14c)에 의해 정반(1)에 대하여 Z축방향으로 가이드되어 X축방향으로 이동 가능하다.
다만, 도 1⒜에서는, 이동체(4)와 그 일부를 제거한 상태로 나타내고, 이동체(14)는 그 상부를 제거한 상태로 나타내고 있다.
빔(6)의 중앙부 하면에는 정압 베어링 패드(15)가 장착되어 있다. 정압 베어링 패드(15)는 정반(1)과 빔(6) 사이에 개재되어 있다. 이로써, 빔(6)은 정압 베어링 패드(15)에 의해 지지되어 있다. 즉, 정압 베어링 패드(15)는, 이동체(14)의 이동을 방해하지 않고, X축방향 및 Y축방향의 전체 스트로크에 걸쳐 빔(6)과 함께 이동하면서 빔(6)의 자중(自重)을 지지하여, 빔(6)과 이동체(5)의 체결부 등에 무리한 부하를 걸지 않도록 빔(6)을 지지하고 있다. 이와 같은 스테이지장치는, 예컨대 일본국 특허공개 2000-356693호 공보(이하, 문헌 1이라고 한다)에 개시되어 있다.
그런데, 이동체(4, 5, 14)의 구동원으로서는, 통상적으로, 리니어 모터가 이용되고 있다. 예컨대, 가이드 레일(2)과 빔(6)의 사이, 가이드 레일(3)과 빔(6)의 사이에, 각각 이동체(4, 5)가 가동부가 되도록 리니어 모터가 구성된다. 또한, 빔(6)과 이동체(14) 사이에 이동체(14)가 가동부가 되도록 리니어 모터가 구성된다.
리니어 모터로서 가동(可動)코일형의 것을 이용하는 경우, 예컨대, 가이드 레일(2)과 빔(6) 사이에 구성되는 리니어 모터에 대해서 설명하면 이하와 같이 된다. 가이드 레일(2)을 따라 일정간격으로 복수의 영구자석이 배열된다. 이들 복수의 영구자석에 갭을 두고서 다른 자극이 서로 대향하도록 복수의 영구자석이 배열된다. 그리고, 갭에는 이동체(4)에 연결된 가동코일이 이동체(4)와 함께 이동 가능하게 배치된다.
이와 같은 스테이지장치에서는, 상기 구성 이외에, 이동체(4, 5, 14)의 위치제어를 위해서, 각 리니어 모터에는 리니어 스케일과 리니어 센서의 조합에 의한 위치센서가 구비된다. 그리고, 이동체(4, 5)용 리니어 모터에 대해서는 동기제어가 행하여진다. 이와 같은 스테이지장치는, 예컨대 일본국 특허공개 2000-155186호 공보(이하, 문헌 2라고 한다)에 개시되어 있다.
이와 같은 스테이지장치에서는, 이동체(14) 상에, 피가공부재 등을 올려놓기 위한 테이블이 탑재되어, 피가공부재를 높은 정밀도로 위치결정하도록 하는 구동제어가 실행된다.
그런데, 이와 같은 스테이지장치에 있어서는, 피가공부재를 높은 정밀도로 위치결정하기 위해서 빔(6)을 가이드 레일(2, 3)에 직교시킬 필요가 있다. 이는, 피가공부재의 위치결정지정을 정반(1) 상의 X좌표, Y좌표를 이용하여 행하기 때문이다. 지금까지의 스테이지장치에 있어서는, 빔(6)이 어느 기준위치(기준좌표), 예컨대 가이드(2, 3)의 한쪽 단부(端部) 근처에 설정되어 있는 원점위치에 있을 때의 기계 정밀도에 따른 직교도(直交度)를 기준으로 하고 있다. 이후, 이동체(4, 5)에 위치어긋남이 발생한 경우에는, 이동체(4, 5)를 개별적으로 위치제어함으로써, 상기 기계 정밀도에 따른 직교도를 소정범위 내로 유지하도록 하고 있다.
그러나, 이런 종류의 스테이지장치는, 연속운전을 행하면 리니어 모터의 발열작용에 의해 각 부재, 특히 빔(6)과 그 주변의 부재가 변형되는 경우가 있다. 그 결과, 가이드 레일(2, 3)에 대한 빔(6)의 직교도가 상기 소정범위에서 벗어나 버리는 경우가 있다. 즉, 지금까지의 스테이지장치에서는, 연속운전하면 스테이지장치에 있어서의 각 부재에 발열에 기인한 온도상승이 발생한다. 이로써 빔(6)의 직교도가 변화되면, 가이드 레일(2, 3)에 대한 빔(6)의 직교도를 소정범위 내로 유지할 수 없어, 높은 정밀도의 위치결정을 할 수 없게 된다고 하는 문제가 있었다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그래서, 본 발명의 과제는, 연속운전을 행한 경우이더라도 가이드 레일에 대한 빔의 직교도를 설정된 소정범위 내로 유지할 수 있는 기능을 구비한 스테이지장치를 제공하는 것에 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명에 의한 스테이지장치는, 정반(定盤)과, 2개의 이동체를 각각 정반 상에 있어서 한 축방향으로 이동시키기 위한 2개의 구동원과, 2개의 이동체 중 적어도 한쪽을 상기 한 축방향으로 가이드하기 위한 가이드부재와, 2개의 이동체 사이에 가이드부재에 직교하도록 걸쳐져서 2개의 이동체와 함께 이동하는 빔을 포함한다.
본 발명의 태양에 의하면, 스테이지장치는 더욱이, 2개의 이동체 각각의 위치를 검출하기 위한 2개의 위치센서와, 2개의 이동체 각각의 원점위치를 규정하기 위한 2개의 원점센서와, 2개의 위치센서, 2개의 원점센서로부터의 검출신호를 받아, 2개의 구동원을 제어하여 2개의 이동체의 위치제어를 행하기 위한 제어장치를 구비한다. 제어장치는, 2개의 구동원을 개별적으로 제어하여 빔을 한 축방향과 연직인 요(yaw) 회전축에 관하여 회전시키는 요축(yaw axis) 회전제어기능을 가진다. 제어장치는 또한, 스테이지장치의 기동시에, 요축 회전제어기능에 근거하여, 가이드부재에 대한 빔의 직교도(直交度)가 변화한 경우에 있어서도 빔이 가이드부재에 대하여 소정범위 내의 직교도를 유지하는 제어를 실행한다.
본 발명의 바람직한 태양에 의한 스테이지장치에 있어서는, 제어장치는 요축 회전제어기능을 실행하기 위한 요축 회전제어 프로그램을 내장한 기억장치를 가진다. 기억장치는, 요축 회전제어 프로그램의 초기값 데이터를 목표값으로서 기억하고 있다. 목표값은, 스테이지장치가 정지한 상태에서 계측된 빔의 직교도에 근거하여 제어장치에 의해 결정되고, 또한 빔을 소정범위 내의 직교도로 하기 위해서 필요한 수정값(Δy1)이다.
요축 회전제어 프로그램은, 스테이지장치의 기동시에 빔의 직교도가 변화한 상태에서 2개의 이동체를 2개의 원점센서로 검출되는 위치까지 구동하고, 그 때 2개의 위치센서로 얻어진 2개의 좌표 데이터의 차(Δy3)를 산출하는 스텝과, 수정값(Δy1)과 차(Δy3)를 이용하여 (Δy1―Δy3)만큼 빔을 요(yaw) 회전축에 관하여 회전시키는 스텝을 실행하기 위한 것이다.
제어장치는, 스테이지장치가 있는 그대로의 상태로 놓여 있는 상태에서 이동체를 2개의 원점센서로 검출되는 위치까지 이동시켰을 때에 2개의 위치센서로 얻어진 2개의 좌표 데이터의 차(Δy0)를 산출하여 산출한 차(Δy0)를 기억장치에 기억한다. 제어장치는 또한, 산출한 차(Δy0)에 근거하여 수정값(Δy1)을 결정한다.
본 발명에 의한 스테이지장치는, 2개의 이동체를 각각 한 축방향으로 가이드하기 위해 서로 평행하게 한 축방향으로 뻗는 2개의 가이드부재를 구비하고, 빔은, 일단(一端)이 2개의 이동체의 한쪽에 고정되고, 타단(他端)이 2개의 이동체의 다른 쪽에 판(板) 스프링 구조를 통하여 연결되어 있는 것이 바람직하다.
도 1⒜는, 종래의 스테이지장치의 일례를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1⒝는, 종래의 스테이지장치의 일례를 설명하기 위한 정면도이다.
도 2⒜는, 본 발명에 의한 스테이지장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2⒝는, 본 발명에 의한 스테이지장치를 설명하기 위한 정면도이다.
도 3은, 본 발명에 의한 스테이지장치의 제어계(系)의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명에 있어서 실행되는, 빔과 가이드 레일의 직교도를 맞추기 위한 작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명에 있어서 스테이지장치의 연속운전 후, 기계 리셋을 행할 때에 실행되는 작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명에 있어서 도 5의 작업에 이어서 실행되는 작업을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명에 있어서 사용되는 원점센서에 광학식 센서를 이용한 경우의 직교도의 정밀도에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명에 있어서 사용되는 원점센서에 자기식 센서를 이용한 경우의 직교도의 정밀도에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
도 2⒜, 도 2⒝ 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 의한 스테이지장치의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 요지는, 스테이지장치를 연속운전한 후, 재차, 기동한 때이더라도, 가이드 레일에 대한 빔의 직교도를 설정된 소정범위 내로 유지할 수 있도록 한 점에 있다. 따라서, 본 발명은, 정반(定盤)과, 2개의 이동체를 각각 한 축방향으로 이동 가능하게 하는 2개의 구동원과, 2개의 이동체의 적어도 한쪽을 가이드하는 가이드부재와, 2개의 이동체 사이에 걸쳐져서 2개의 이동체와 함께 이동하는 빔을 포함하는 스테이지장치에 적용 가능하다. 물론, 본 발명은, 2개의 이동체가 각각 서 로 평행하게 한 축방향으로 뻗는 2개의 가이드부재로 안내되는 구성의 스테이지장치에도 적용 가능하다. 즉, 본 발명은, 문헌 1에 개시된 도 1⒜, 도 1⒝에서 설명한 바와 같은 스테이지장치나, 문헌 2에 개시된 스테이지장치에도 적용될 수 있다. 다만, 본 발명에 있어서 직교도에 관하여 문제가 되는 빔의 변형이라고 하는 것은, 정반의 상면에 대하여 평행한 면 내에서의 변형량이다.
이로 인하여, 이하에서는, 하기의 점을 전제조건으로 하여 설명을 행한다.
도 2⒜, 도 2⒝는, 본 발명의 실시예에 의한 스테이지장치를 나타낸다. 본 스테이지장치는, 후술되는 제어장치, 원점센서를 제외하고, 도 1⒜, 도 1⒝에서 설명한 스테이지장치와 마찬가지의 구성을 가진다. 그 때문에, 도 1⒜, 도 1⒝에 나타낸 구성요소와 동일 구성요소에는 동일 참조번호를 부가하고, 스테이지장치의 구성에 대하여 간단하게 설명한다.
도 2⒜, 도 2⒝에 있어서, 정반(1) 상에 2개의 가이드 레일(2 및 3)이 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 설치되어 있다. 가이드 레일(2 및 3)은 Y축방향으로 뻗어 있다. 가이드 레일(2 및 3)에는 각각 이동체(4 및 5)가 배치되어 있다.
가이드 레일(2) 및 이동체(4)에 대하여 설명하면, 이동체(4)에는 정압(靜壓) 베어링 패드(12)가 구비되어 있다. 정압 베어링 패드(12)는 가이드 레일(2)과 이동체(4) 사이에 개재되어 있다. 이동체(4)에는 또한, 정압 베어링 패드(13)가 구비되어 있다. 정압 베어링 패드(13)는 정반(1)과 이동체(4) 사이에 개재되어 있다. 이로써, 이동체(4)는 가이드 레일(2)을 따라 Y축방향으로 이동 가능하다.
마찬가지로, 이동체(5)에도 정압 베어링 패드(12 및 13)가 구비되어 있다. 이동체(5)는 가이드 레일(3)을 따라 Y축방향으로 이동 가능하다.
이동체(4)와 이동체(5) 사이에 빔(6)이 걸쳐져 있다. 빔(6)은 X축방향으로 뻗어 있다. 빔(6)은, 그 일단(一端)이 이동체(4)와 견고하게 고정되고, 타단(他端)은 판(板) 스프링 구조(8)에 의해 이동체(5)와 연결되어 있다. 이동체(4)의 일단과 빔의 고정은, 예컨대, 나사를 이용하여 행하여진다. 이로써, 빔(6)은 이동체(4, 5)와 함께 Y축방향으로 이동 가능하다.
빔(6)에는 이동체(가동부(可動部))(14)가 배치되어 있다. 이동체(14)는 빔(6)을 가이드로 하여 X축방향으로 이동 가능하다. 정반(1)과 이동체(14) 사이에는 정압 베어링 패드(14a∼14c)가 배치되어 있다. 정압 베어링 패드(14a∼14c)는, 이동체(14)에 장착되어 있다. 이로써, 이동체(14)는 X축방향으로 이동 가능하다.
빔(6)의 중앙부 하면(下面)에는 정압 베어링 패드(15)가 장착되어 있다. 정압 베어링 패드(15)는 정반(1)과 빔(6) 사이에 개재되어 있다. 이로써, 빔(6)은 정압 베어링 패드(15)에 의해 지지되어 있다.
이동체(4, 5, 14)의 구동원으로서는, 리니어 모터가 이용된다. 예컨대, 가이드 레일(2)과 빔(6) 사이, 가이드 레일(3)과 빔(6) 사이에, 각각 이동체(4, 5)가 가동(可動)부가 되도록 리니어 모터가 구성된다. 또한, 빔(6)과 이동체(14) 사이에 이동체(14)가 가동부가 되도록 리니어 모터가 구성된다.
이동체(4, 5, 14)의 위치제어를 위해서, 각 리니어 모터에는 리니어 스케일과 리니어 센서의 조합에 의한 위치센서가 구비된다. 각 리니어 모터는 후술하는 제어장치에 의해 개별적으로 제어 가능하게 되어 있다.
이 스테이지장치는, 이동체(14) 상에, 피가공부재 등을 올려놓기 위한 테이블이 탑재되고, 피가공부재를 높은 정밀도로 위치결정하도록 하는 구동제어가 실행된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제어장치(20)에는 이동체(4) 측의 위치센서(21) 및 이동체(5) 측의 위치센서(22)로부터 위치검출값을 나타내는 위치검출신호가 피드백된다. 위치센서(21 및 22)는, 예컨대 상술한 바와 같이 리니어 스케일과 리니어 센서의 조합에 의한 것이 사용된다. 제어장치(20)에는, 이동체(4) 측의 리니어 모터를 구동하기 위한 Y1 드라이브(23)와, 이동체(5) 측의 리니어 모터를 구동하기 위한 Y2 드라이브(24)가 접속되어 있다. 제어장치(20)는, 위치센서(21, 22)로부터의 위치검출값을 피드백값으로서 이용하여, 위치지령값과의 사이의 편차에 근거하여 Y1 드라이브(23), Y2 드라이브(24)를 제어하여 이동체(4, 5)의 위치제어를 행한다.
특히, 도 2⒜, 도 2⒝에 나타낸 이동체(4, 5)를 개별적으로 위치제어 가능하다라고 하는 것은, 제어장치(20)는 빔(6)의 요(yaw)축 회전제어가 가능하다는 것을 의미한다. 요축 회전제어라고 하는 것은, 빔(6)을 그 중심축에 관하여 미소(微小) 각도만큼 회전 가능하게 하기 위한 제어이다. 또한, 빔(6)의 중심축이라고 하는 것은, X축 혹은 정반(1)의 상면에 연직인 Z축방향의 중심축을 의미한다. 이하에서는 이 중심축을 요(yaw) 중심축, 이것을 중심으로 하는 회전을 요축 회전이라고 칭한다. 2개의 리니어 모터에 있어서의 2개의 리니어 스케일 사이의 거리는, 전체 길이에 걸쳐서 일정한 것으로 한다.
다만, 도 3은, 설명을 간단히 하기 위해서, 본 발명에 의한 스테이지장치의 제어계(系)의 기본구성을 나타내고 있는 것에 지나지 않는다. 본 발명에 의한 스테이지장치의 제어계는, 도 3의 것에 제한되는 것은 아니다. 또한, 도 3에는 나타나 있지 않지만, 제어장치(20)에는, 이동체(14) 측의 위치센서(미도시)로부터의 위치검출신호도 피드백된다. 제어장치(20)는, 이동체(14)용 지령값과 이동체(14) 측의 위치센서로부터의 위치검출값 사이의 편차에 근거하여 이동체(14)용 드라이브(미도시)를 제어하여 이동체(14)의 위치제어를 행한다.
이하에서는, 이동체(4) 측의 리니어 모터를 Y1 리니어 모터, 그곳에 마련되어 있는 리니어 스케일을 Y1 스케일, 이동체(5) 측의 리니어 모터를 Y2 리니어 모터, 그곳에 마련되어 있는 리니어 스케일을 Y2 스케일이라고 칭한다.
도 2⒜, 도 2⒝에 있어서, 가이드 레일(2, 3)의 일단(一端) 측 근처의 정반(1) 상에는 각각, 이동체(4, 5)의 원점위치를 설정, 검출하기 위한 원점센서(OS1, OS2)가 마련된다. 원점센서(OS1, OS2)에 의한 검출신호도 제어장치(20)에 입력되고, 빔(6)(이동체(4, 5))은 원점센서(OS1, OS2)에 의한 검출위치에서 정지하도록 된다. 원점센서(OS1, OS2)는, 이동체(4, 5)의 일부가 그곳에 도달한 것을 검출하는 것으로서, 후술되는 바와 같이 광학(光學)식, 자기(磁氣)식 등의 센서가 이용된다. 후에 분명해지는 바와 같이, 자기식 센서는, 광학식 센서에 비해서 더욱 높은 검출 정밀도가 얻어진다. 광학식 센서를 이용하는 경우, 원점센서(OS1, OS2)에 있어서의 광로를 차단하기 위한 차단부재(SS1, SS2)가 이동체(4, 5)의 각각에 마련된다. 자기식 센서의 경우, 피검출부재를 자기적으로 검출하는 것을 제외하면, 배치관계는 같다고 생각해도 좋다. 즉, SS1, SS2로서 피검출부재가 설치된다.
상술한 본 발명의 요지인, 직교도를 유지하기 위한 제어동작에 대하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4는, 본 발명이 적용된 스테이지장치를 출하하기 전에 행하여지는, 직교도를 맞추기 위한 작업을 설명하기 위한 도면이다. 즉, 스테이지장치의 출하 전에, 초기상태의 데이터를 취득하기 위한 작업이 실행된다. 물론, 이 작업은 스테이지장치에 구비된 제어장치(20)를 사용하여 실행된다.
도 4에 있어서, Y1 리니어 모터 측의 이동체(4)의 위치가 Y1 스케일에서 검출되고, Y2 리니어 모터 측의 이동체(5)의 위치가 Y2 스케일에서 검출된다. 이 경우, 빔(6)은 그 요(yaw) 중심축의 위치가 Y축병진(竝進)좌표로 표현된다. Y축병진좌표의 값은 Y1 스케일에 의한 좌표 데이터(y1)와 Y2 스케일에 의한 좌표 데이터(y2)의 평균값 (y1＋y2)/2이다.
⑴ 조립 정밀도가 확보되어 있는 상태에서의 데이터 취득
이것은, 직교도가 맞은 상태, 즉 직각 원기(原器)를 이용하여 가이드 레일(2, 3)에 대하여 빔(6)을 기계적으로 직교시킨 상태에서 실행된다.
1-a. 준비
스테이지장치가 있는 그대로의 상태(빔(6)을 가이드 레일(2, 3)에 대하여 기계적으로 직교시키기 전의 상태)의 정밀도로 Y1 리니어 모터, Y2 리니어 모터를 기동시키고, 빔(6)(이동체(4, 5))이 원점센서(OS1, OS2)로 검출되는 위치에 도달했을 때의 Y1 스케일, Y2 스케일의 원점의 좌표 데이터(y10, y20)를 취득한다. 이어서, 이들 좌표 데이터(y10, y20)의 차(Δy0)(＝ y10 － y20)가 제어장치(20)에서 계산되고, 파라미터(Δy0)로서 제어장치(20) 내의 기억장치(20-1)에 보존된다. 이 파라미터(Δy0)는, 원점센서(OS1, OS2)의 설치오차를 포함한다. 설치오차라고 하는 것은, 원점센서(OS1, OS2)를 연결하는 선분(線分)이 반드시 가이드 레일(2, 3)에 직교하고 있지 않은 것에 의한 오차성분이다. 따라서, 이 준비작업에서는, 원점위치의 기하학적 위치 데이터가 취득되는 것을 의미한다.
1-b. 파라미터(Δy0)의 수정
직각 원기(原器)를 이용하여 직교도를 계측한다. 계측된 직교도에 따라서 Δy0에 대하여 가감할 값을 구하여, 파라미터(Δy0)의 값을 수정한다. 그리고, 수정한 값을 수정 파라미터(Δy1)로서 결정한다. 수정 파라미터(Δy1)는, 이후에 설명되는 ⑶항에 있어서 직교도를 맞출 때의 기준값(목표값)이 된다. 이때, 직교도는 직각 원기와 계측 정밀도의 오차를 고려하여, [(직교 원기와 계측 정밀도의 오차) ± 0.2도]의 정밀도 범위에 들어가도록 되어 있다. 여기서, 직교도의 정밀도 평가는, Y1 스케일과 Y2 스케일 사이의 거리가 일정하므로, 각도로 행하는 것으로 한다. 상기 파라미터(Δy1)는, 이후, 초기값 데이터로서 사용된다.
이후의 작업은 스테이지장치의 설치현장에서 실제 사용상태에서 행하여지고, 이하에 설명하는 요축 회전제어동작은 제어장치(20)에 의해 실행된다. 이를 위해, 제어장치(20)의 기억장치(20-1)에는, 요축 회전제어동작용 프로그램이 미리 저장되어 있다.
⑵ 기계 리셋시의 데이터 취득
스테이지장치의 연속운전 후, 기계 리셋(기동)을 행할 때, 도 5에 나타낸 바와 같이, 발열 등에 기인하여 직교도가 변화한 상태에서 가령 제어를 시작한다. 상술한 바와 마찬가지로, Y1 리니어 모터, Y2 리니어 모터를 기동시키고, 빔(6)(이동체(4, 5))이 원점센서(OS1, OS2)로 검출되는 위치에 도달했을 때의 Y1 스케일, Y2 스케일의 원점의 좌표 데이터(y13, y23)를 취득한다. 그리고, 이들 좌표 데이터(y13, y23)의 차(Δy3)(＝ y13 － y23)가 제어장치(20)에서 계산된다.
⑶ 요축 회전제어에 의한 직교도 맞추기
요축 회전제어에 의해 직교도를 맞춰 넣기 위해 필요한 기준값(목표값)은, 상기 ⑴항의 1-b에서 결정된 수정 파라미터(Δy1)이다.
즉, 도 6을 참조하여, 차(Δy1 － Δy3)는, 직교도가 맞아 있는 상태로부터의 회전방향(요축 회전방향)의 어긋남이므로, 차(Δy1 － Δy3)의 값만큼 요축을 중심으로 빔(6)을 회전시킨다. 물론, 회전방향은 직교도의 어긋남을 수정하는 방향이다. 다만, 본 실시예에서는, 요축 회전제어에 있어서의 회전각도의 허용한계치를 11초로 하고 있다. 이것은, 빔(6)을 11초만큼 회전시킬 때, 필요한 추력(推力)이 리니어 모터의 정격 추력의 10％가 되는 것을 상정한 값이다.
⑷ 확인작업
재차, 상기 ⑵의 공정을 실행하여, 기계 리셋(기동) 후의 원점의 차(Δy4)를 구한다. 이어서, 차(Δy4)의 기준값(목표값)으로부터의 어긋남(Δy1 － Δy4)의 값이 허용값(±0.5초) 이하인 것을 확인한다. 즉, (Δy1 － Δy4) ≤ 0 ± 0.5초인 것을 확인한다. 이것이 확인되면, 빔(6)은 소정범위 내의 직교도에 맞추어진 것을 의미한다. 다만, Δy4 ＝ y14 － y24이다. 또한, y14, y24는 각각, 빔(6)(이동체(4, 5))가 원점센서(OS1, OS2)로 검출되는 위치에 도달했을 때의 Y1 스케일, Y2 스케일의 원점의 좌표 데이터이다.
만일, (Δy1 － Δy4)의 값이 허용값(±0.5초)을 웃도는 경우에는, 상기 ⑶, ⑷의 공정을 반복한다.
본 실시예에서는 특히, 스테이지장치 구동용의 전원을 오프(OFF)로 하면 빔(6)이 자동적으로 소정위치(예컨대, 가이드 레일(2, 3)의 중앙부)로 되돌아오도록 되어 있다. 소정위치는 기지(旣知)의 값이고, 상기 기계 리셋시에는, 빔(6)이 소정위치로부터 원점센서(OS1, OS2)로 검출되는 위치까지 되돌아오는 원점 서치동작이 개시된다. 그리고, 원점센서(OS1, OS2)로 검출되는 위치로부터 소정거리 직전 위치까지는 빔(6)을 고속으로 이동시키고, 이후, 원점센서(OS1, OS2)로 검출되는 위치에 도달할 때까지 미속(微速)으로 이동시키도록 하고 있다. 이로써, 원점센서(OS1, OS2)로의 도달 정밀도를 높여서, Y1 스케일, Y2 스케일로부터 얻어지는 좌표 데이터의 정밀도를 높이도록 하고 있다.
다음으로, 원점센서(OS1, OS2)에 광학(光學)식 센서, 및 이보다 높은 정밀도의 자기(磁氣)식 센서를 이용한 경우의 직교도의 정밀도에 대하여 비교설명을 행한 다.
원점센서가 2개 설치되는 경우, 요(yaw) 원점의 정밀도, 즉 빔(6)의 직교도의 정밀도는, 원점센서의 측정 정밀도 및 2개의 원점센서를 연결하는 선분(線分)이 가이드부재에 직교하고 있지 않음에 의한 상대위치의 편차에 의해 결정된다.
도 7을 참조하여, 광학식 센서를 사용한 경우에 대하여 설명한다. 광학식 센서의 반복위치 재현성을 ±1㎛로 하고, 광학식 센서 동작 후의 리니어 스케일에 의한 리딩(reading)시간 지연에 기인하는 빔(6)의 변위량을 ±1㎛로 한다. 이 경우, 요 원점 정밀도는 합계 ±3㎛의 편차를 갖는 것이 된다. ±3㎛의 편차는, 빔(6)의 연장길이를 1080㎜로 하면, 각도로 변환한 경우 tan-1(3㎛/1080㎜)가 되어, 약 ±0.57초가 된다. 이것은, 상술한 소정범위 내의 직교도 ±0.5초를 약간 웃돌기는 하지만, 거의 만족할 수 있는 값이다.
도 8을 참조하여, 자기식 센서를 이용한 경우에 대하여 설명한다. 자기식 센서의 반복위치 재현성을 ±0.1㎛로 하고, 자기식 센서 동작 후의 리니어 스케일에 의한 리딩(reading)시간 지연에 기인하는 빔(6)의 변위량을 ±1㎛로 한다. 이 경우, 요 원점 정밀도는 합계 ±1.2㎛의 편차를 갖는 것이 된다. ±1.2㎛의 편차는, 빔(6)의 연장길이를 1080㎜로 하면, 각도로 변환한 경우 tan-1(1.2㎛/1080㎜)가 되어, 약 ±0.23초가 된다. 이것은, 상술한 소정범위 내의 직교도 ±0.5초를 크게 밑돌고 있다.
다음으로, 정반(1) 상의 온도가 변화했을 경우에 요 원점의 정밀도에 주는 영향에 대하여 설명한다. 광학식 센서에 대해서 말하면, 온도가 25℃에서 55℃로 변화한 경우, 즉 30℃의 온도상승에 의해 검출위치가 20㎛ 변화하는 것이 제공되어 있다. 이 경우, 0.67㎛/1℃이다. 그러나, 2개의 광학식 센서의 온도변화가 같은 경우, 상기 변화는 무시할 수 있다. 가령, 2개의 광학식 센서의 온도변화에 1℃의 차가 있는 경우에는, tan-1(0.67㎛/1080㎜)가 되어, 약 ±0.12초가 된다.
한편, 자기식 센서에 대해서 말하면, 온도 드리프트에 대하여 0.1㎛/1℃의 것이 제공되어 있다. 가령, 이와 같은 자기식 센서를 이용한 경우에는, tan-1(0.1㎛/1080㎜)가 되어, 약 ±0.02초가 된다.
다만, 도 2⒜, ⒝에서는, 원점센서(OS1, OS2)와 차단부재 혹은 피검출부재(SS1, SS2)를, 가이드 부재(2, 3)의 내측면보다 조금 떨어진 위치에 설치하도록 하고 있다. 그러나, 이들의 설치위치는, 가이드 부재(2, 3)의 외측에 있는 것이 바람직하다. 이는, 차단부재 혹은 피검출부재(SS1, SS2)의 설치위치로부터 빔(6)의 선단까지의 거리가 큰 쪽이 각도에 대한 분해능, 바꿔 말하면 빔(6)의 변형량에 관한 분해능이 높아지기 때문이다.
본 발명을 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예에 의한 스테이지장치에서는, 빔(6)으로 연결된 2개의 이동체(4, 5)가 각각 한 축방향으로 뻗는 2개의 가이드부재(2, 3)로 안내되고, 빔(6)에는 다른 이동체(14)가 설치된다. 그러나, 본 발명은, 다른 이동체(14)를 가지지 않고, 빔으로 연결된 2개의 이동체가 각각 한 축방향으로 뻗는 2 개의 가이드부재로 안내되는 구성의 스테이지장치에도 적용 가능하다. 이 경우, 피가공부재를 탑재하기 위한 테이블은 빔(6)에 조합된다. 본 발명은 또한, 정반 상에 있어서 2개의 이동체를 각각 한 축방향으로 슬라이드 가능하게 하는 2개의 구동원을 구비하고, 2개의 이동체 중 한쪽만을 한 축방향으로 뻗는 가이드부재로 안내하는 구성의 스테이지장치에도 적용 가능하다. 물론, 2개의 이동체 사이에는 가이드부재에 직교하도록 빔이 걸쳐져서 2개의 이동체와 함께 이동가능하게 된다.
본 발명에 의한 스테이지장치에 있어서는, 연속운전에 기인하여, 예컨대 온도상승에 의한 빔 등의 변형이 발생하였다 하더라도, 가이드부재에 대한 빔의 직교도를 항상 소정범위 내로 유지할 수 있다. 이로써, 빔 상의 테이블에 탑재된 피가공부재를 높은 정밀도로 위치결정할 수 있다.
본 발명에 의한 스테이지장치는, 피가공부재를 탑재한 테이블을 적어도 X축 및 Y축방향, 경우에 따라서는 또한 Z축방향으로도 구동 가능하게 한 스테이지장치 전반에 적용 가능하다.

Claims (6)

  1. 정반(定盤)과, 2개의 이동체를 각각 상기 정반 상에 있어서 한 축방향으로 이동시키기 위한 2개의 구동원과, 상기 2개의 이동체 중 적어도 한쪽을 상기 한 축방향으로 가이드하기 위한 가이드부재와, 상기 2개의 이동체 사이에 가이드부재에 직교하도록 걸쳐져서 상기 2개의 이동체와 함께 이동하는 빔을 포함하는 스테이지장치에 있어서,
    상기 2개의 이동체 각각의 위치를 검출하기 위한 2개의 위치센서와,
    상기 2개의 이동체 각각의 원점위치를 규정하기 위한 2개의 원점센서와,
    상기 2개의 위치센서, 상기 2개의 원점센서로부터의 검출신호를 받아, 상기 2개의 구동원을 제어하여 상기 2개의 이동체의 위치제어를 행하기 위한 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 2개의 구동원을 개별적으로 제어하여 상기 빔을 한 축방향과 연직인 요(yaw) 회전축에 관하여 회전시키는 요축(yaw axis) 회전제어기능을 가지고, 상기 제어장치는, 이 스테이지장치의 기동시에, 상기 요축 회전제어기능에 근거하여, 상기 가이드부재에 대한 상기 빔의 직교도(直交度)가 변화한 경우에 있어서도 상기 빔이 가이드부재에 대하여 소정범위 내의 직교도를 유지하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 요축 회전제어기능을 실행하기 위한 요축 회전제어 프로그램을 내장한 기억장치를 가지고,
    상기 기억장치는, 상기 요축 회전제어 프로그램의 초기값 데이터를 목표값으로서 기억하고 있고, 상기 목표값은, 상기 스테이지장치가 정지한 상태에서 계측된 상기 빔의 직교도에 근거하여 상기 제어장치에 의해 결정되고, 상기 빔을 상기 소정범위 내의 직교도로 만들기 위하여 필요한 수정값(Δy1)인 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 요축 회전제어 프로그램은,
    이 스테이지장치의 기동시에 상기 빔의 직교도가 변화한 상태에서 상기 2개의 이동체를 상기 2개의 원점센서로 검출되는 위치까지 구동하고, 그 때 상기 2개의 위치센서로 얻어진 2개의 좌표 데이터의 차(Δy3)를 산출하는 스텝과,
    상기 수정값(Δy1)과 상기 차(Δy3)를 이용하여 (Δy1 ― Δy3)만큼 상기 빔을 상기 요(yaw) 회전축에 관하여 회전시키는 스텝을 실행하기 위한 것인 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어장치는, 이 스테이지장치가 있는 그대로의 상태로 놓여 있는 상태에서 상기 이동체를 상기 2개의 원점센서로 검출되는 위치까지 이동시켰을 때에 상 기 2개의 위치센서로 얻어진 2개의 좌표 데이터의 차(Δy0)를 산출하여 산출한 차(Δy0)를 상기 기억장치에 기억하고, 상기 제어장치는 또한, 상기 산출한 차(Δy0)에 근거하여 상기 수정값(Δy1)을 결정하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원점센서로서 광학식 센서 또는 자기식 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 2개의 이동체를 각각 상기 한 축방향으로 가이드하기 위한 서로 평행하게 상기 한 축방향으로 뻗는 2개의 가이드부재를 구비하고,
    상기 빔은, 일단(一端)이 상기 2개의 이동체 중 한쪽에 고정되고, 타단(他端)이 상기 2개의 이동체 중 다른 쪽에 판(板) 스프링 구조를 통하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
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