JPH04181198A - ステージ装置 - Google Patents

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、精密位置決め装置に応用されて好適なステー
ジ装置、詳しくは、■停止に至る期間中に駆動軸とリニ
アモータを相互に関連付けて動作させることにより、テ
ーブル停止時の振動の振幅を極小化する、また、■停止
後に駆動軸を変形させてテーブルの微小な位置すれを相
殺するようにしたステージ装置に関する。

［従来の技術］ 露光装置を含む半導体製造装置、レーザ光を用いた精密
計測器、あるいは精密工作機械等に採用されるステージ
装置、すなわち、半導体ウニ八等の被加工片を載せたテ
ーブルを移動して、所定の位置に位置決めし停止させる
装置に対して、近年ますます、高能率かつ高精度な動作
が要求されている。この種のステージ装置は、−船釣に
、テーブルを含む被加工片の支持機構と、テーブルの駆
動機構とからなる独自の振動系を形成し、テーブル停止
時（減速時）に発生する振動が位置決めの能率と精度を
損なわせる重要な課題とされ、該振動系の動特性改善か
望まれている。

第７図は、このような従来のステージ装置を模式的に示
したものである。本従来例は、被加工片を載置するテー
ブル２０を送りネジ２３により駆動して、基盤２２に対
する位置決めを行うステージ装置である。

第７図において、テーブル２０は、ニードルヘアリング
を配列させたガイド機構２１により、左右方向（×方向
とする）へ直線移動可能に支持され、この軌道に平行に
設けた送りネジ２３を介して、モータ２４により駆動さ
れる。また、基盤２２側のレーサ干渉計２５とテーブル
２０の端部に設けられた反射器（平面鏡）２６とにより
、基盤２２上にはテーブル２０駆動用の座標軸Ｘか形成
されて、座標軸Ｘ上におけるテーブル２０の位置Ｘか精
密に計測される。制御器２７は、レーサ干渉計２５の計
測結果に基ついてテーブル２０を駆動、すなわち、座標
軸Ｘ上に定めたテーブル２０の停止目標位置ｘ０に向っ
て、テーブル２０を加速し等速度移動した後に減速して
、干渉計２５により計測される現在位置Ｘか停止時に位
置Ｘ。と一致するように、モータ２４を作動する。

しかし、ここで、テーブル２０は、送りねじ２３の弾性
力とガイド機構２１の減衰力とて支持された振動系を形
成しており、テーブル２０の減速と停止に伴って生しる
慣性力により、テーブル２０には減衰振動か発生する。

従って、モータ２４停止後この振動か減衰して、テーブ
ル２０か完全に停止した後てないと次の動作（例えは加
工）にを取り掛かれず、この減衰待ち時間か位置決めの
能率を低下させていた。

そこで、従来例の装置では、運動部分（テーブル２０）
の質量を小さく採って振動系の振動エネルギを小さくす
るとともに、カイト機構２１に使用する潤滑油の粘性も
高く採って、振動の速やかな減衰を得るようにしている
。

一方、ここで要求される精度においては、送りねし２３
は剛体とみなせず、各接合、接触部には遊びが有り、潤
滑油の減衰力や不要な摩擦力も作用するから、モータ２
４停止時刻とテーブル２゜停止時刻は一致しない。従っ
て、実際のテーブル２０停止位置×１は、目標位置Ｘ。

と一致せす偏差ΔＸが発生し、この偏差△Ｘにより位置
決め精度か悪化している。

そこで、送りネジ２３等の剛性を高く採るとともに、各
接合、接触部の遊ひや粘性力や摩擦力を小さく採って、
モータ２４に対するテーブル２゜の応答性を高めるよう
にしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、偏差ΔＸを小さくするために、上述のように
モータ２４に対するテーブル２ｏの応答性を高めると、
テーブル２０停止時に発生する振動の減衰力が不足する
から、減衰待ち時間が伸ひるという問題が発生する。ま
た、逆に、振動の減衰を優先すると、モータ２４に対す
るテーブル２０の応答性を損ねることとなり、テーブル
２ｏ停止時の偏差ΔＸか拡大されてしまう。従って、ま
すます高まる位置決めの能率と精度の両方の改善に対し
て、上述のような方法だけで対処するには限界かあり、
困難な課題とされていた。

そこで、カイト機構２１の減衰力を加味して求めた、テ
ーブル２０の最適な減速曲線に基いてモータ２４を制御
することによって、停止時の振動を極小化する試みが行
われた。しかし、ガイド機構２１に採用されたニードル
ヘアリングは、個別の製品間、またはその全長に渡るニ
ードルの加工誤差や潤滑条件差を含むから、これの減衰
力も大きくばらつき、正確な数値化、代表値化は不可能
であり、実際の効果も再現性に欠けるものであった。

そこで、ニードルベアリングや駆動軸等、その作用力に
再現性を欠く不安定な部材を用いず、テーブルをエアベ
アリングで非接触に支持し、テーブルの駆動は、基盤、
テーブル間に設けたリニアモータで行う装置も提案され
ている。しかし、このようなテーブルを空中に浮揚する
ステージ装置は、数式で求めたテーブル減速曲線と実際
のテーブル挙動とが精度高く一致するものの、推力が十
分でない上に、摩擦力を含む機械的な振動減衰力が全く
作用しないために不安定て、微小な振動が長期間持続す
る等、位置保持力に欠けていた。

一方、テーブル停止時に残る偏差ΔＸに対しては、例え
は、テーブルを、送りネジに噛み合うホルト部、および
テーブルを構成する要部の２つの部品で構成し、両部品
間にピエゾ素子のような微小送り装置を設け、送りネジ
による移動停止後にこれによるテーブル要部の微小送り
を行い、偏差ΔＸを補正する試みか行われた。しかし、
テーブル全体の構造が複雑化し、重量も増すため、振動
エネルギが増加し、減衰時間か伸びたり、制御手続きが
複雑になるといった欠点があった。

本発明は、以上のような互いに相反する課題を鑑みてな
されたもので、■送りネジに対するテーブルの応答性を
損なうことなく停止時の振動を極小化して、位置決めの
能率、精度の両方を同時に向上させたステージ装置、お
よび■偏差ΔＸを補正する機構を新たに付加することな
く、偏差ΔＸを補正することができるステージ装置を提
供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項第１項のステージ装置は、基盤上でテー
ブルを駆動軸を介して駆動し、該テーブルの位置決めを
行うステージ装置において、基盤上にテーブルを案内し
かつ支承するガイド機構と、テーブルの駆動の方向に沿
って基盤とテーブルとの間に設けたリニアモータ機構と
、テーブルが停止に至る所定の期間中、相互に関連付け
て予め定めた駆動条件に従って、駆動軸およびリニアモ
ータの停止動作を制御する制御手段とを有するものであ
る。

本発明の請求項第２項のステージ装置は、請求項第１項
のステージ装置において、 基盤上におけるテーブルの位置を計測する第１検出器と
、テーブルの停止の目標位置と計測された停止位置との
偏差量に応じてリニアモータを制御する第１修正手段と
を備え、リニアモータの駆動力で偏差量を強制的に吸収
するものである。

本発明の請求項第３項のステージ装置は、請求項第１項
、第２項いずれかのステージ装置において、 リニアモータを相互に所定の間隔を持たせて並列に２本
設け、基盤上における停止後のテーブルのヨーイング量
を計測する第２検出器と、ヨーイング量に応して２本の
リニアモータを制御する第２修正手段と、を備え、２本
のリニアモータをそれぞれ逆方向に駆動してヨーイング
量を強制的に吸収するものである。

［作用］ 本発明の請求項第１項のステージ装置においては、従来
例の装置と同様に、基盤上で駆動軸を介してテーブルを
移動させる。また、テーブルの停止位置を定められた目
標位置に一致させるようにテーブルの位置決めを行う。

また、停止状態のテーブルは、駆動軸により基盤に対し
て一安定に位置保持される しかし、テーブルには、駆動軸、ガイド機構に加えて、
リニアモータ機構が付加されており、テ−プル減速期間
中に駆動軸のはね力に発生する加振力をリニアモータ機
構で相殺、抑制、または減衰することにより、テーブル
停止時の振動エネルギを減少させている。すなわち、従
来例の装置では駆動軸に発生する加振力に対して受動的
な減衰力（該加振力よりもはるかに小さい）しか作用し
なかったのに対し、リニアモータ機構による動的かつ積
極的に定められた減衰力か作用する。ここで、カイト機
構を、従来例の装置のニードルヘアリングのような接触
式としないで、エアベアリングのような非接触式とすれ
ば、テーブルの運動に対するカイト機構の影響が排除さ
れて、テーブルに作用する力は、電気的、数値的に制御
か容易な駆動軸からのものと、高精度かつ高応答性な制
御が容易なリニアモータ機構からのものとに単純化され
るから、制御の再現性か向上する。

また、接触式のカイト機構においては、不安定な摩擦が
存在してテーブルをずれた位置に停止させるから、ずれ
を小さくするためにはテーブルの駆動力を大きくする必
要かある。しかし、ニードルヘアリング等の通常のガイ
ド機構の粘性は極めて小さいために、駆動力の増大はテ
ーブルを振動的にし、非接触式のカイト機構を用いた場
合と同様の現象を発生する。従って、ニードルヘアリン
グ等の接触式のカイト機構を採用したステージ装置にお
いても、非接触式の場合と同様に、駆動軸とリニアモー
タ機構とを相互に関連付けて制御するようにした効果的
な減速プログラムを実行することかできる。言い換えれ
は、接触式のカイ［−機構による不安定な摩擦力や粘性
力を無視てきるようなレベルて駆動軸およびリニアモー
タを関連付けて駆動して、テーブルの加振力を停止まで
に極小化してしまう。これにより、テーブルの振動を抑
制しながらもテーブルの駆動力を大きく採ることかでき
、目標位置からの停止位置のずれも小さくてきる。

制御手段は、テーブルが停止に至る所定の期間中、相互
に関連付けて予め定めた駆動条件（減速プログラム）に
基いて、駆動軸およびリニアモータを制御する。例えば
、従来、加振力か大きくて採用できなかった大きな減速
加速度をテーブルに駆動軸を介して付与しつつ、駆動軸
のはね力とテーブル質量とから定まる振動系の固有周波
数を共有する加振力と逆位相の駆動力をリニアモータ機
構に発生させる。これにより、大きな減速加速度とテー
ブル停止時の振動抑制とを同時に達成できる。また、リ
ニアモータか駆動軸よりも精畜な制御が可能であること
を利用して、駆動軸の駆動を単純な減速とし、これに対
してリニアモータにより刻々の速度に比例した減衰力、
すなわち模擬的な粘性抵抗を与えるようにしてもよい。

減速プログラムは、停止目標位置を原７φとした座標上
でのテーブル位置に応した、駆動軸とリニアモータの駆
動力曲線として、数字的または実験的に定めることかで
きる。従フて、ここでは、テーブルの振動を検出して刻
々リニアモータ機構の制御にフィードバックする場合の
ような複雑な計測系や制御系を必要としない。

一方、減速プログラム終了時には、駆動軸の駆動力はＯ
となるか、リニアモータの駆動力は残りていでもよい。

この駆動力は駆動軸に対するハイアスカとして作用し、
テーブルの遊びを１方向に吸収させることがてきる。

カイト機構や駆動軸に関する摩擦力等の不安定な要素を
減速プログラムに織り込んでその最適化を図るには、走
行実験と駆動プログラム修正を繰返すことか不可欠であ
る。

本発明の請求項第２項のステージ装置においては、前記
減速プログラムか終了してテーブルか停止した後、実際
のテーブル停止位置と目標停止位置との偏差量（せいぜ
い数μｍ程度）を、リニアモータによるテーブルの強制
的な移動（このとき駆動軸またはガイド機構か弾性変形
する）により吸収する。ここで、第１検出器は実際のテ
ーブル停止位置を検出し、第１＠正手段は、計測された
停止位置を目標位置から差引いた偏差量に基いてリニア
モータの駆動力を演算し、実行する。

例えば、駆動軸を弾性体とみなし、リニアモータの駆動
力を徐々に高め、望みの移動量に相当する弾性ひずみを
駆動軸に準静的に発生させる。

本発明の請求項第３項のステージ装置においては、停止
したテーブルの姿勢の回転偏位量（ヨーイングｆｒ）を
、２本のリニアモータを用いたテーブルの強制回転（こ
のとき駆動軸またはガイド機構は弾性的に曲げ変形する
）により吸収する。ここで、第２検出器はテーブルのヨ
ーイング量を計測し、制御手段は、検出されたヨーイン
グ量に基いて２本のリニアモータをそれぞれ別方向に駆
動する。

［発明の実施例］ 図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の第１実施例のステージ装置の斜視図
である。これは、Ｘ軸方向に移動可能なステージ装置を
ｙ軸方向に移動可能なステージ装置に組合せた、水平面
内で自在な方向に移動可能なステージ装置である。従っ
て、ここでは、テーブル１をＸ方向に駆動する機構（Ｘ
テーブル２ｘ〜９ｘ）とＸ方向に駆動する機構（Ｙテー
ブル２ｙ〜９ｙ）とは同一の構成とみなし、第２図を参
叩してＸテーブル２ｘ〜９ｘについてのみ説明する。

第２図は、本発明の第１実施例のステージ装置の側面図
である。

第２図において、テーブル１は、非接触方式のガイド機
構（エアヘアリング等）２ｘで支持されるとともに、リ
ニアモータ（固定子３ｘおよび可動子４ｘ）と送りネジ
６ｘとによってＸ方向へ駆動される。

また、送りネジ６ｘとリニアモータ（３ｘ、４Ｘ）は、
テーブル１停止時の振動抑制を目的として、後述するよ
うな相互に関連付けて予め定めた所定の駆動条件（プロ
グラム）に従って、制御器１０により作動される。さら
に、停止後、制御器１０は、リニアモータ（３ｘ、４ｘ
）でテーブル１を付勢して、送りネジ６ｘを弾性範囲内
で伸縮させることにより、干渉計８×により測定された
停止位置と目標位置との間の誤差量（偏差ΔＸ）を補正
する。

第２゛図において、テーブル１は、エアベアリング２Ｘ
により、Ｘ方向へ直線移動可能に支持されていて、この
軌道に平行に設けた送りネジ６ｘを介して間接的にモー
タ７ｘにより、また、リニアモータ（３ｘ、４ｘ）によ
り、直接的に駆動される。ここで、リニアモータ（３ｘ
、４ｘ）は、テーブル１側の可動子３ｘと基板５ｘ側の
固定子４Ｘとからなり、固定子４ｘ側の磁界を移動させ
てテーブル１の駆動を行うものである。また、基板５　
ｘ　側のレーザ干渉計８×とテーブルｌの端部に設けら
れた移動鏡としての反射器（平面鏡）９ｘとにより、基
板５ｘ上にはテーブル１駆動用の座標軸Ｘか形成される
ことになり、この座標軸Ｘ上におけるテーブル１の位置
Ｘが、刻々精密に計測される。制御器１０は、レーザ干
渉計８×の計測結果に基づいて、予め定めたプログラム
に従ってモータ７ｘとリニアモータ（３ｘ、　４　ｘ）
を作動させてテーブル１を駆動する。

従来例同様に、制御器１ｏは、座標軸×上に定められた
テーブル１の停止目標位置ｘｏに向ってテーブル１を加
速し、等速度移動した後に、これを減速して、現在位置
Ｘと目標位置ｘ０とが一致するようにテーブル１を停止
させて位置決めを遂行するが、その際、リニアモータ３
ｘ、４ｘとモータ７ｘとを相互に関連付けて作動させる
。これにより、減速に伴って送りネジ６ｘに発生する残
留振動を停止までに相殺、または減衰し、目標位置Ｘ。

により近く、また、停止時のテーブル振動かより小さい
位置決め停止動作を実現する。ただし、第１実施例にお
いて、プログラムによるリニアモータ３ｘ、４ｘの作動
は減速期間の最後の数秒間についてのみ行われ、テーブ
ルｌの始動、加速、等速度移動の期間は、従来例の装置
と同様なモータ７ｘによる駆動が行われる。

なお、テーブル１の加速、等速度移動等の期間であって
も、リニアモータ３ｘ、４ｘを作動させればより大きな
駆動トルク等を得ることができ、ステージ１動作の高速
化を実現できるのは言うまでもない。

一方、停止後のステージ位置の補正は、送りネジ６ｘを
停止した状態で、干渉計８ｘにより測定された停止位置
を、制御器１０に蓄えられた目標位置と比較しながら、
これが一致するまで、リニアモータ３ｘ、４ｘによるテ
ーブル１の付勢力を準静的に増すことにより、送りネジ
６ｘを弾性変形して、テーブル１の位置をずらすことで
達成される。

第３図は、第１実施例のステージ装置の制御系のブロッ
ク図であって、先に述べた制御器（ホストコンピュータ
）１０は、上記構成のステージ装置を含むシステム全体
を統括制御する。また、メモリ１１には、テーブル１の
位置決め動作および各種演算等に必要なパラメータ（定
数）やテーブル等が記憶されている。第３図に示すよう
に、ホストコンピュータ１０は、メモリ１１に格納され
たテーブル１の目標停止位置ｘ０を、送りネジコントロ
ーラ１２とリニアモータコントローラ１３とへ出力する
。

送りネジコントローラ１２とリニアモータコントローラ
１３とはともに、レーザ干渉計８ｘにより計測されたテ
ーブル１の位置情報も人力し、このテーブル１の現在位
置Ｘ、と上記目標位置Ｘ。

どのずれ量に基づいてテーブル１の移動速度指令値を算
出した後、ＤＡコンバータ＋４ａ、１４ｂを介して補償
回路（アナログ制御回路）１５ａ、１５ｂへ出力する。

これと同時にコントローラ１２．１３は、テーブル１の
位置や移動速度に応じて最適なフィードバックケイン制
御信号（後述）も発生し、これらケイン制御信号は補償
回路１５ａ、１５ｂへ送られる。補償回路１５ａ、１５
ｂでは、テーブル１の移動速度指令値、フィードバック
ゲイン制御信号、および速度検出器１６．１７（タコジ
ェネレータ等）からの速度情報を基にサーボモータ７ｘ
およびリニアモータ３ｘ、４ｘの各制御量か所定のアナ
ログ演算によって算出される。この演算値（制御指令）
は、それぞれパワーアンプ１８ａ、１８ｂを介してモー
タ７ｘ、リニアモータ３ｘ、４ｘに出力され、この結果
テーブル１を停止させるにあたっては、モータ７ｘとリ
ニアモータ３ｘ、４ｘとが相互に関連付けられて作動さ
れることになる。なお、第３図に示した制御系の構成は
、あくまでも−例であって、当然ながら第１実施例によ
るステージ装置に好適な制御系は上記構成のみに限られ
るものではない。

さて、第１図および第２図中には示していないが、送り
ネジ６ｘを用いた駆動機構には送りネジ６ｘに螺合され
、かつテーブルｌに結合されて一体に移動可能なメイン
ナツトと、このメインナツトと所定の間隔だけ離れて送
りネジ６Ｘに螺合され、かつ弾性体（板ばね等）を介し
てメインナツトに結合されるサブナツトとが設けられて
いる。

メインナツトとサブナツトとは相対的に回転しないよう
に弾性体によって係止されるとともに、この弾性体がメ
インナツトとサブナツトとの間に送りネジ６ｘの軸に沿
って一方向に一定の与圧力を与え、送りネジ６ｘとこれ
に螺合するメインナツトとサブナツトとの各々の間に一
定の接触力を付与することで、テーブル１の停止時に生
じるテーブル１が戻される現象（バックラッシュ等）が
防止される。従って、テーブル１の停止位置と目標停止
位置との誤差量を補正するにあたって、すニアモータ３
ｘ、４ｘによりテーブルｌに付勢力を与える際、上記弾
性体による付勢方向と特に減速時にテーブル１が受ける
慣性力の方向とに応して送りネジ６ｘとこれに虫累合す
るメインナツトとの間にすきま（例えば数μｍ程度）か
生しれば、上述したごとく送りネジ６Ｘを軸方向に弾性
変形させなくとも、テーブルｌの精密な位置決めを行う
ことかできる。

この際、メインナツトか弾性体から受ける付勢方向と逆
方向にテーブル１か移動すると、テーブルｌの停止と同
時に、上記すきま分たけテーブルｌか戻される現象（バ
ックラッシュ等）が生し得る。しかしながら、このよう
な場合も先に述へたようにテーブル１を停止させた後に
、リニアモータ３ｘ、４ｘによりテーブル１に付勢力を
与えれば、上記現象によるテーブル１の位置決め精度の
低下等を防止できる。あるいは、テーブル１を停止させ
るに際して、リニアモータ３ｘ、４ｘを用いて上記慣性
力を打ち消すような付勢力をテーブル１に与えても、同
様に位置決め精度の低下を防止できる。

また、上記構成のステージ装置においては、テーブル１
の移動に伴い、直交座標系ＸＹに対してテーブル１か回
転する、いわゆるヨーイングも発生し得る。そこで、例
えは２組のリニアモータをテーブル１の移動方向（×方
向）に沿ってほぼ平行に所定間隔あけて配置するととも
に、テーブル１のヨーイング量（回転量）を計測可能な
差動干渉計を設ける。そして、この差動干渉計により計
測されたヨーイング量に応じて、制御器１０がチーフル
１の停止後、２組のリニアモータの各々に互いに逆方向
のテーブル１に対する付勢力を発生させれば、上記ヨー
イング量をほぼτにすることができ、テーブル１の回転
に伴う２次元的な位置決め誤差の発生も防止できる。

ところで、停止時の振動を極小化するための停止プログ
ラムは、目標停止位置ＸＯまでの距離に対応した駆動曲
線をモータ７ｘ、リニアモータ３Ｘ、４ｘそれぞれにつ
いて定めたもので、目標停止位置ｘ０を基準としたテー
ブル１の位置Ｘに応してモータ７ｘとヴニアモータ３ｘ
、４ｘの駆動条件を与える数式として表現される。この
数式はテーブル１に対するモータ７ｘとリニアモータ３
Ｘ、４Ｘの作用関数と、テーブル１の運動方程式とから
数学的に求められる。実際には、この数式中のいくつか
の定数については実験を繰返して最適化を図ることか望
ましい。

第１実施例は、リニアモータ３ｘ、４ｘの駆動とモータ
７ｘの駆動とを並列に行わせたもので、以下、これを数
式により説明する。ここで用いられる各符号は次のとお
りである。

テーブルの質量　　　　　　　　　　　　二ｍ同　　目
標停止位置　　　　　　　　　Ｘ。

同　　現在位置　　　　　　　　　　・Ｘ回転軸（送り
ネジおよびモータ）の慣性モーメント　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　：　　Ｊ同　　ねじりばね定数　　　　　　　
：ｋｗ同　　ばね定数　　　　　　　　　　・ｋ同　　
粘性係数　　　　　　　　　　：Ｃ同　　回転量−直線
移動量変換係数　・Ａ同　　モータ側回転角度　　　　
　　、θ１同　　ナツト側回転角度　　　　　　：θ２
モータの出力トルク　　　　　　　　　　　、ｔリニア
モータの推力　　　　　　　　　　　ｆモータの速度フ
ィードバックケイン　　　、λ１同　位置フィードバッ
クゲイン　　　　　Ｋ１リニアモータの速度フィードバ
ックケイン　λ２同　　　　位置フィートハックヶイン
二に２まず、テーブルの運動インピーダンス（粘性と剛
性）を調整するため、モータ出力トルクｔとリニアモー
タ推力ｆを次のように設定する。

口し 一方、回転軸の運動方程式は、 ｄ２θ１ｄθ１ １π？０７冒１・（０・−〇・）＝１　°−１３１また
、テーブルの運動方程式は、 また、Ｘと０２の関係から、 ｋ、（θ２−θ＋）＝−Ａｋ　　（Ａθ２−ｘ）・・・
（５）以上（１）〜（５）の式から、 ＋（にｌ　　ＡＫｏ　）　Ｘ＝７（Ｉ　Ｘｏ　　…（ａ
）ただし、定数に。は次のように定めである。

（６）、（７）の連立微分方程式０からＸ。を人力、Ｘ
を出力とするシステムの伝達関数を求めると、ａｏ　＝
　（に、＋Ａに２）ＡＫ。

ａ１＝（に。十に２）（Ｃ＋λ１）＋λ　Ａ２に０ａ２
＝（に。◆に２）Ｊ＋Ａ２１ＫＯｍ十λ２　　（Ｃ＋λ
１） ａ３＝　（Ｃ＋λ＋）ｍ＋λ２Ｊ ａ、＝ｍＪ ｂｏ＝ａ。

ｂ、＝に２　　（ｃ＋λ１） ｂ２＝に２Ｊ となる。これらａ０〜ａ４ｉ　　ｂｌ〜ｂ２の各パラメ
ータを以下に説明する。

ａｏは、システムの剛性を補償する、モータとリニアモ
ータの位置フィードバックの影響を表わす。

ａｌは、回転軸系の粘性項と、それを補償するモータの
速度フィードバックと、テーブルの粘性項を補償するリ
ニアモータの速度フィードバックとの和の影響を表わす
。

ａ２は、回転軸系とテーブルの慣性項の和と、それを補
償するリニアモータの位置と速度のフィードバックとの
和の影響を表わす。

ａ３は、テーブルの慣性項と回転軸系の粘性項の積と、
それを補償するリニアモータとモータの速度フィードバ
ックの和の影響を表わす。

ａ４は、テーブルの慣性項と回転軸系の慣性項の積を表
わす。

ｂ、は、粘性項による位相の遅れを補償する、リニアモ
ータの位置フィードバックの影響を表わす。

ｂ２は、慣性項による位相の遅れを補償する、リニアモ
ータの位置フィードバックの影響を表わす。

従って、ａｏ〜ａ４、ｂ１〜ｂ２の各パラメータを用い
て状態空間モデルの式を求めると、以下のように表わさ
れる。ただし、Ｚは状態変数である。

之＝Ａ−ｚ＋　Ｂ−Ｘｏ　　　　　・１ｑ）ｘ＝Ｃ−Ｚ
　　　　　　　　　　　・・・（ｌＯ）従って、（４）
、　（５）式のフィードバックケインえ３、λ２、に３
、に２、を適度に調節することで′、各パラメータをテ
ーブル送りに望ましい値に設定することかできる。これ
らのフィードバックケインは固定としても良いが、最適
レギュレータや学習制御等により、ゲインを時々刻々と
調整することてより高精度な位置決めが可能となる。

また、第１実施例では、テーブル１のカイト機構として
エアベアリングを採用したので従来必要であった潤滑油
の管理が不要であり、摩擦等かないので高速移動が容易
である。

第４図〜第６図は、第１実施例のステージ装置において
、（９）、（１０）式の空間モデルを用いて、モータ７
ｘおよびリニアモータ３ｘ、４ｘのフィードバックゲイ
ンを変化させて、テーブル１停止時のＸ方向の振動減衰
効果を調べたものである。ここで、テーブル１は、目標
停止位置Ｘｏに１０μｍのところまで２ｍ＋ｏ毎秒の等
速度運動を行って、そこからは（１）、　（２）式に従
ってモータ７ｘおよびリニアモータ３Ｘ、４ｘの運動イ
ンピーダンスを調整しながら位置フィードバック制御を
行う。

第４図は、リニアモータ３Ｘ、４ｘを用いす、モータ７
ｘに対して位置のフィードバックを行いながら、送りネ
ジ６Ｘのみてテーブル１を駆動した結果を示す。グラフ
から残留振動により、０゜０１μｍ以内の位置決め誤差
に収まるのに８２５ミリ秒程度かかることか分かる。

第５図は、第４図の条件において、さらにフィードバッ
クケインを上げた場合の結果を示す。

テーブル１か共振し始めている。このように、テーブル
１を非接触に支持して、送りネジ６Ｘのみで駆動した場
合には、剛性と粘性か不十分なためにフィードバックゲ
インを高く採れず、高速、高精度な位置決めか困難であ
ることが分かる。

第６図は、リニアモータ３Ｘ、４ｘによって駆動系の運
動インピーダンスを調整した場合の結果を示している。

オーバシュートも無く、１１ミリ秒で収束している。こ
のように、リニアモータか運動インピーダンスを適正に
し、サーホモータ７Ｘに対し、安定な高ゲインのフィー
トバンク制御を可能にしている。なお、上言己実施例で
は、本発明をＸ−Ｙステージに通用した場合について述
へたか、直線（−次元）移動する装置であれは、本発明
を適用して同様の効果を得ることかてぎるのは明らかで
ある。

第１実施例では、カイト機構をエアヘアリング等の非接
触式のものとして、テーブルの運動に対するカイト機構
の層管を排除したか、ニードルへアリング等の接触式の
カイト機構を採用することもてきる。この接触式のカイ
ト機構を採用した第２実施例について以下説明する。

一般に、接触式のガイド機構においては摩擦が存在する
。このためテーブルの位置決めには、必ず定常偏差であ
る位置決め誤差か生し、その大きさは摩擦力に大きく依
存する。この位置決め誤差を小さくするには、制御系の
ゲインを大きくするか、誤差に対して積分補償器を入れ
る等の対策か必要となる。しかし、位置決め誤差をサブ
ミクロン・オーダーに収めるには、摩擦力に十分時るた
けの駆動力か必要である反面、接触式のガイド機構では
粘性か十分でないため、テーブルが振動的になる傾向か
ある。従って、ニードルヘアリング等の接触式のガイド
機構を採用したステージ装置においても、第１実施例と
同様に、送りネジとリニアモータとを相互に関連付けて
制御するようにした効果的な減速プログラムを実行する
ことかできる。

第２実施例のステージ装置は、第２図の第１実施例のス
テージ装置の構成において、カイト機構２ｘたけをニー
ドルヘアリングを配列した接触式のものに置き替えたも
のであって、詳細な構成の説明は省略する。

第８図〜第１０図は、第２実施例のステージ装置におけ
る、テーブルの振動の抑制効果を説明するためのもので
、目標位置に向ってそれぞれの制御を行った場合の刻々
の速度と位置の変化か示され、第８図は送りネジだけを
用いて小さなゲインの制御を行った場合の線図、第９図
は送りネジたけを用いて大きなゲインの制御を行った場
合の線図、第１０図は送りネジとリニアモータとを相互
に関連付けて駆動した場合の線区である。

第８図に明らかなように、遅りネジたけて目標位置に向
って小さなゲインの制御を行った場合には、カイト機構
のＩ’２ｔ５力か（量勢となり、テーブルの運動は振動
的とならないものの、テーブルか停止したときには０２
μｍの定常偏差か発生し、ホ４ｔ２ｍｍ　毎秒の速度か
ら停止に至るまでに３０ミリ秒を要している。

第９図に明らかなように、送りネジたけて目標位置に向
って大きなゲインの制御を行った場合には、カイト機構
による摩擦力および減衰力は無いに等しい状態となり、
テーブルの運動は振動的となり、発振状態を呈してテー
ブルかいつまても停止しない。

第１０図に明らかなように、目標位置に向って送りネジ
とリニアモータとを相互に関連付けて駆動した場合、す
なわち送りネジとリニアモータを同時に駆動し、第１実
施例の場合と同様にステージ装置の運動インピーダンス
を適切に調整した場合には、カイト機構の摩擦力や減衰
力に頼ることなく、送りネジに思い切った大きな駆動力
を与えてもリニアモータか粘性等の運動インピーダンス
を調整するため、非常に早い応答か得られるとともに、
定常偏差もサブミクロン・オーダーに十分収っている。

［発明の効果］ 本発明の請求項第１項のステージ装置では、ガイド機構
の接触式、非接触式を問わず、駆動軸に発生する振動成
分がリニアモータによって抑制または減衰されるから、
振動発生を気にすることなく駆動軸による思い切った大
きな減速を行うことが可能である。これにより、減速期
間および停止後の減衰待ち時間か短縮され、停止位置の
精度も向上する。また、ガイド機構の不安定な摩擦力や
減衰力に頼ることなく、駆動軸とリニアモータによる単
純化された再現性の高い制御が可能であるから、テーブ
ル停止時の振動抑制を、効果的かつ信頼性高く行える。

また、駆動軸およびリニアモータの制御は、例えば、干
渉計により求めた座欅値等に応じたもので済み、複雑な
振動検出系やフィードバック系を含まないから、ステー
ジ動作の高速化か容易であることに加えて、ステージ装
置を構成する部品の点数が減り、組立て構成も簡単で済
む。

さらに、剛性十分な駆動軸により位置保持されるステー
ジは、リニアモータのみてステージを駆動するものと比
較して振動の減衰か〒く、停止位置における位置保持力
も高い。

本発明の請求項第２項のステージ装置では、テーブル構
成部品を増すことなく一１微小送りによる偏差ΔＸの修
正を行える。従って、テーブル構造は簡単なまま重量も
増えないから、駆動軸の駆動力に対するテーブル動作の
応答性、および位置決め精度に悪影響か無い。すなわち
、請求項第１項のステージ装置において得られる速やか
な振動減衰を妨げることなく、残った停止位置の誤差を
高精度に、しかも不要なステージ振動を発生せずに容易
に補正することができる。

本発明の請求項第３項のステージ装置では、テーブル構
成部品を増すことなく、微小回転によるヨーイング補正
を行える。従って、テーブル構造は簡単なまま重量も増
えないから、駆動軸の駆動力に対するテーブル動作の応
答性、および位置決め精度に悪影響が無い。すなわち、
請求項第１項のステージ装置において得られる速やかな
振動減衰を妨げることなく、残った停止位置の誤差を高
精度に、しかも不要なステージ振動を発生せずに容易に
補正することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例のステージ装置の斜視図
である。 第２図は、本発明の第１実施例のステージ装置のＸテー
ブルの構成を模式的に示した側面図である。 第３図は、本発明の第１実施例のステージ装置の制御系
のブロック図である。 第４図、第５図、第６図は、本発明の第１実施例のステ
ージ装置の動作を説明するための線図である。 第７図は、従来例のステージ装置の構造を示す模式図で
ある。 第８図、第９図、第】０図は、本発明の第２実施例のス
テージ装置の動作を説明するための線図である。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・テーブル ２ｘ、２ｙ・・・エアベアリング ３ｘ、３ｙ・・・リニアモータの固定子４ｘ、４ｙ・・
・リニアモータの可動子５ｘ、５ｙ・・・基盤 ６ｘ、６ｙ・・・送りネジ ７ｘ、７ｙ・・・モータ ８ｘ、８ｙ・・・干渉計 ９ｘ、９ｙ・−・反射器（平面鏡） １０・・・制御器 〔Ｉ゛〕　　　　　　　　　　　仮　　　　　　　　　
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Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基盤上でテーブルを、駆動軸を介して駆動し、該
   テーブルの位置決めを行うステージ装置において、 前記基盤上に前記テーブルを案内支承するガイド機構と
   、 前記テーブルの駆動の方向に沿って、前記基盤と前記テ
   ーブルとの間に設けたリニアモータ機構と、 前記テーブルが停止に至る所定の期間中、相互に関連付
   けて予め定めた駆動条件に従って、前記駆動軸および前
   記リニアモータの停止動作を制御する制御手段と、を有
   することを特徴とするステージ装置。
2. （２）請求項第１項のステージ装置において、前記基盤
   上における前記テーブルの位置を計測する第１検出器と
   、 前記テーブルの停止の目標位置と計測された該停止位置
   との偏差量に応じて前記リニアモータを制御する第１修
   正手段と、を備え、 前記リニアモータの駆動力で該偏差量を強制的に吸収す
   ることを特徴とするステージ装置。
3. （３）請求項第１項、第２項いずれかのステージ装置に
   おいて、 前記リニアモータを相互に所定の間隔を持たせて並列に
   ２本設け、 前記基盤上における停止後の前記テーブルのヨーイング
   量を計測する第２検出器と、 該ヨーイング量に応じて、２本の前記リニアモータを制
   御する第２修正手段と、を備え、 ２本の前記リニアモータをそれぞれ逆方向に駆動して該
   ヨーイング量を強制的に吸収することを特徴とするステ
   ージ装置。