JP4391883B2 - 移動体位置制御装置及びこの制御装置を用いたステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体（ステージ）の両端を一方向に並進させる際に外乱による移動速度の変動及び移動体の回転動作を抑制するよう構成された移動体位置制御装置及びこの制御装置を用いたステージ装置に関する。

例えば、ステージ装置と呼ばれる装置には、移動体の位置を制御する移動体位置制御装置が設けられている。また、この種の装置の中には、ガントリ移動型ステージ装置と呼ばれる装置があり、門型の移動体（Ｙステージ）がテーブル上に吸着された基板の上方を一定速度で移動するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記移動体（Ｙステージ）は、移動方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に延在しており、基板を跨ぐように両端部が一対のガイド部材により移動可能に支持され、且つ一対のリニアスケール（位置検出器）により移動位置が検出される。そして、移動体の両端は、一対のリニアモータ（駆動手段）により移動方向に駆動される。

また、上記移動体には、例えば、基板の表面に薬液を塗布する塗布ノズルや基板表面を検査するためのセンサなど様々な治具がユーザの要望に応じて装着されており、より高精度な移動制御及び移動速度の安定性が要求されている。

そのため、上記一対のリニアモータは、一対のリニアスケールからの検出信号に基づいて移動体が一定速度で移動するように２点の駆動力を同時に制御するフィードバック系の制御装置により制御されている。
特開２００２−２００４５０号公報

しかしながら、従来の装置では、一対のリニアスケールにより移動体の移動位置を検出しながら一対のリニアモータの駆動力を制御しているが、移動体には様々な外乱が入力されており、外乱による負荷の変動や振動により移動体の両端の移動速度が均一にならず、移動体が移動方向と直交する方向に対して傾いた状態となり、移動体に対して垂直方向の軸を中心とする回転力が作用するという問題があった。

上記のように移動体に入力される外乱としては、例えば、リニアモータのトルク変動（トルクリップル）や移動体に設けられたリニアモータのコイルに接続されたケーブルをガイドするケーブルベアの負荷変動や床から伝播される振動などが考えられる。従って、外乱は、常に移動体の両端に均等に入力されるものではなく、そのときの移動速度や移動位置などの条件によって入力される負荷や振動も変化している。

このような、外乱が入力された場合、上記フィードバック制御による制御では、外乱により変動した移動速度を瞬時に安定化させることが難しく、外乱による変動を減衰させるのに時間がかかるため、移動体の移動精度（具体的には、例えば、塗布ノズルによる膜厚精度やセンサによるセンシング精度など）をより高精度に行うことが難しかった。

また、外乱による変動を抑制する駆動力制御方法としては、外乱オブザーバ（外乱状態観測器）を用いた制御装置の開発が進められている。しかしながら、外乱を推定して移動体の並進動作を制御する手法では、例えば、負荷の変動等により移動体に回転力が作用して傾いた状態になった場合、傾いた状態のまま移動体を並進させてしまうおそれがあった。

そこで、本発明は上記課題を解決した移動体位置制御装置及びこの制御装置を用いたステージ装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、移動体の両端近傍の移動位置を検出する一対の位置検出器からの検出信号に基づいて前記移動体の両端近傍を駆動する一対の駆動手段を制御する移動体位置制御装置において、
前記移動体の移動速度が外乱により変動した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記移動体の並進動作の差を抑制するように駆動力を発生させ、前記一対の位置検出器による両検出位置が一致するように前記一対の駆動手段を制御する並進制御手段と、
前記移動体の移動速度が外乱により変動して前記移動体が回転方向に変位した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記移動体の回転動作を抑制するように駆動力を発生させ、前記移動体が移動方向に対して傾かないように前記一対の駆動手段を制御する回転制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記並進制御手段が、前記一対の位置検出器からの検出信号に基づいて前記一対の駆動手段を制御するフィードバック系を有しており、前記外乱による前記移動体の両端の変位量の差がゼロになるように前記一対の駆動手段を制御することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記並進制御手段が、外乱による前記移動体の両端の変位差を推定し、推定した変位差がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を演算する外乱オブザーバを有することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記回転制御手段が、外乱による移動速度の変動を推定し、前記移動方向と直交する方向に対する前記移動体の回転角がゼロになるように前記一対の駆動手段を制御することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記回転制御手段が、外乱による前記移動体の回転角を推定し、推定した回転角がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を演算する外乱オブザーバを有することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、固定ベースと、該固定ベースに対して移動可能に設けられ、移動方向と直交する方向に延在形成されたステージと、該ステージの両端を前記移動方向へガイドするガイド手段と、前記固定ベースに対して前記ステージの両端近傍に駆動力を付与するように配置された一対の駆動手段と、前記ステージの両端近傍の移動位置を検出する一対の位置検出器と、前記ステージが所定速度で移動するように前記一対の駆動手段を制御する制御手段とを有するステージ装置において、前記制御手段は、前記ステージの移動速度が外乱により変動した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記ステージの並進動作の差を抑制するように駆動力を発生させ、前記一対の位置検出器による両検出位置が一致するように前記一対の駆動手段を制御する並進制御手段と、前記ステージの移動速度が外乱により変動して前記ステージが回転方向に変位した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記ステージの回転動作を抑制するように駆動力を発生させ、前記ステージが移動方向に対して傾かないように前記一対の駆動手段を制御する回転制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、前記ガイド手段が、前記ステージの両端と前記固定ベースとの間に設けられ、空気圧により前記ステージの両端を低摩擦でガイドすることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、前記駆動手段が、前記ステージの移動方向に延在し、前記ステージの端部に対して移動方向への駆動力を付与するリニアモータであることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、前記並進制御手段が、外乱による前記ステージの両端の変位差を推定し、推定した変位差がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を演算する外乱オブザーバを有することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、前記回転制御手段が、外乱による前記ステージの回転角を推定し、推定した回転角がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を演算する外乱オブザーバを有することを特徴とする。

本発明によれば、並進制御手段により移動体の移動速度が外乱により変動した場合に一対の駆動手段の駆動力が移動体の並進動作の差を抑制するように駆動力を発生させると共に、回転制御手段により移動体の移動速度が外乱により変動して移動体が回転方向に変位した場合に一対の駆動手段の駆動力が移動体の回転動作を抑制するように駆動力を発生させ、移動体の延在方向が移動方向と直交する向きを維持するように一対の駆動手段を制御するため、外乱の入力により移動体（ステージ）に回転力が作用しても移動体（ステージ）を移動方向と直交する向きに修正しながら移動体の両端を同一速度で駆動することが可能になる。

また、並進制御手段が、外乱による移動体の両端の変位差を推定し、推定した変位差がゼロになるように一対の駆動手段への制御量を演算すると共に、回転制御手段が、外乱による移動体の回転角を推定し、推定した回転角がゼロになるように一対の駆動手段への制御量を演算することにより、移動体が傾かないように駆動力を修正でき、瞬時に移動体の変動を減衰させて移動速度を安定させることができる。よって、移動体に装着される治具に応じた加工精度あるいはセンシング精度をより高精度に行うことができる。

以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。

図１は本発明になる移動体位置制御装置の一実施例が適用されたステージ装置を示す斜視図である。図２は図１に示すステージ装置の正面図である。図３はリニアモータ２０Ｂ及びガイド部３０Ｂの構成を拡大して示す正面図である。図４はリニアモータ２０Ｂ及びガイド部３０Ｂの構成を拡大して示す平面図である。
図１乃至図４に示されるように、ステージ装置１０は、ガントリ移動型ステージであり、コンクリート製の基礎１２上に固定された固定ベース（架台）１４と、固定ベース１４上に支持された基板テーブル１６と、基板テーブル１６の上方を跨ぐように横架された可動ステージ１８と、可動ステージ１８の両端部をＹ方向に駆動する一対のリニアモータ（駆動手段）２０Ａ，２０Ｂと、可動ステージ１８の両端部の移動位置を検出するリニアスケール（位置検出器）２２Ａ，２２Ｂとを有する。尚、図３、図４にリニアスケール２２Ａは図示されていないが、リニアスケール２２Ｂと同一構成であるので、リニアスケール２２Ａの説明は省略する。

固定ベース１４は、鉄骨を格子状に組み合わせた強固な構成であり、基礎１２に対して複数の固定部材（図示せず）を介して固定されている。また、固定ベース１４の上面には、振動を吸収する除振ユニット２６が設けられており、除振ユニット２６の上部には石定盤２８が支持されている。この石定盤２８は、鉄等の金属よりも熱膨張率が小さく、且つ強度の高い石材からなる。

基板テーブル１６は、石定盤２８の上面に固定され、安定状態に支持されている。また、基板テーブル１６の上面は、ワークとしての基板（例えば、液晶基板など）を吸着するための真空吸着部（図示せず）が設けられている。

石定盤２８の左右両側には、ガイド部３０Ａ，３０Ｂを支持するガイド支持部３２Ａ，３２Ｂが起立している。また、ガイド部３０Ａ，３０Ｂは、可動ステージ１８の移動方向であるＹ方向に延在するように取り付けられており、空気圧により可動ステージ１８の両端部を低摩擦状態でガイドする静圧空気軸受を有する構成になっている。

さらに、ガイド支持部３２Ａ，３２Ｂの外側には、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂを支持するモータ支持部３４Ａ，３４Ｂが起立している。このモータ支持部３４Ａ，３４Ｂは、固定ベース１４上に締結されており、且つ移動方向であるＹ方向に延在するように設けられている。

そして、ガイド支持部３２Ａ，３２Ｂとモータ支持部３４Ａ，３４Ｂとの間には、リニアモータ２０Ａ，２０Ｂ及びリニアスケール２２Ａ，２２Ｂに接続された複数のケーブルの撓み具合をガイドするケーブルベア３６Ａ，３６Ｂが設けられている。このケーブルベア３６Ａ，３６Ｂは、Ｙ方向に延在するケーブル支持部３７Ａ，３７Ｂに載置されるように設けられており、可動ステージ１８がＹ方向に移動するのに追従して撓み部分が移動することによりケーブルが絡まないようにガイドしている。

可動ステージ１８は、正面からみて所謂門型に形成されており、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂに駆動されるスライダ（可動部）１８Ａ，１８Ｂと、スライダ１８Ａ，１８Ｂ間を連結するように移動方向と直交するＸ方向に横架されたビーム１８Ｃとを有する。ビーム１８Ｃの前端または後端には、例えば、基板テーブル１６上に吸着された基板（図示せず）の表面に薬液を塗布する塗布ノズル（図示せず）や基板表面を検査するセンサ（図示せず）などの治具が装着される。

また、スライダ１８Ａ，１８Ｂの上方には、ビーム１８ＣをＺ方向に昇降させる昇降駆動部３８Ａ，３８Ｂが設けられている。

ここで、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂ及びガイド部３０Ａ，３０Ｂの構成について図３を参照して説明する。尚、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂ及びガイド部３０Ａ，３０Ｂの構成は、夫々左側と右側とで左右対称に配され、同じ構成であるため、以下、右側に配置されたリニアモータ２０Ｂ及びガイド部３０Ｂについて説明する。
図３及び図４に示されるように、リニアモータ２０Ｂは、スライダ１８Ｂより側方に突出するコイル支持アーム４０Ｂと、コイル支持アーム４０Ｂの上下面に取り付けられた可動コイル４２Ｂと、モータ支持部３４Ｂの上端に支持されたヨーク４４Ｂと、コ字状に形成されたヨーク４４Ｂの内側に固着された永久磁石４６Ｂとを有する。可動コイル４２Ｂは、永久磁石４６Ｂに対向するように配置されており、駆動電圧の印加により永久磁石４６Ｂに対するＹ方向の電磁力（駆動力）を発生させる。

従って、リニアモータ２０Ｂは、永久磁石４６Ｂに対する電磁的な反発力または吸引力を可動コイル４２Ｂから発生させることでＹ方向の駆動力を可動ステージ１８に付与するように構成されており、可動コイル４２Ｂに印加される電圧を制御されることにより可動ステージ１８をＹ方向に一定速度で走行させるように駆動力を発生させることができる。

ガイド部３０Ｂは、Ｙ方向に延在するガイドレール５０Ｂと、ガイドレール５０Ｂの４辺を囲むように形成されたスライダ１８Ｂと、スライダ１８Ｂとガイドレール５０Ｂの上面５０Ｂ-1との間に圧縮空気を噴射してスライダ１８Ｂを上方にフローティング状態に支持する第１の静圧空気軸受５２Ｂと、スライダ１８Ｂとガイドレール５０Ｂの右側面５０Ｂ-2との間に圧縮空気を噴射してスライダ１８Ｂを側方にフローティング状態に支持する第２の静圧空気軸受５４Ｂとを有する。

スライダ１８Ｂは、ガイドレール５０Ｂの上面５０Ｂ-1、右側面５０Ｂ-2、下面５０Ｂ-3、左側面５０Ｂ-4に微小な隙間Ｓを介して対向するガイド面１８Ｂ-1〜１８Ｂ-4を有する。従って、上記静圧空気軸受５２Ｂ及び５４Ｂから上記隙間Ｓに噴射された圧縮空気は、スライダ１８Ｂのガイド面１８Ｂ-1〜１８Ｂ-4を所定圧力で押圧する。これにより、スライダ１８Ｂは、ガイドレール５０Ｂに対して微小な隙間Ｓを介してフローティング支持されているので、殆ど摩擦の無い非接触状態でＹ方向に移動することが可能である。

可動ステージ１８の移動位置を検出するリニアスケール２２Ｂは、ガイドレール５０Ｂの右側面５０Ｂ-2に設けられ、Ｙ方向に延在形成された被位置検出板２２ａと、被位置検出板２２ａのスリット数を検出するセンサ２２ｂとから構成されている。センサ２２ｂは、スライダ１８Ｂに取り付けられているため、可動ステージ１８の移動量を所定間隔で一列に配置されたスリット数に応じたパルス数を検出信号として出力する。

リニアモータ２０Ａ、ガイド部３０Ａも上記リニアモータ２０Ｂ、ガイド部３０Ｂと同様な構成になっている。そのため、可動ステージ１８は、左右両端に設けられたスライダ（可動部）がガイド部３０Ａ，３０Ｂによりガイドされながらリニアモータ２０Ａ，２０Ｂの駆動力によりＹ方向に駆動される。よって、可動ステージ１８は、両端に配置されたスライダ１８Ａ，１８Ｂがリニアモータ２０Ａ，２０Ｂの駆動力により同時に駆動されることにより、スライダ１８Ａ，１８Ｂが並進することができ、ビーム１８Ｃを移動方向と直交するＸ方向に延在する向きのままＹ方向に移動する。

ここで、上記のように構成されたステージ装置１０における可動ステージ１８の移動状態（並進動作及び回転動作）について説明する。

図５は可動ステージ１８の移動状態を拡大して示す平面図である。
図５に示されるように、ステージ装置１０では、リニアモータ２０Ａ，２０Ｂが同時に駆動力を発生するようにフィードバック制御されているが、外乱の入力、例えば、リニアモータ２０Ａ，２０Ｂのトルク変動（トルクリップル）が生じた場合、リニアモータ２０Ａ，２０Ｂの駆動力が均等に作用せず、あるいは可動ステージ１８の移動位置によってケーブルベア３６Ａ，３６Ｂの負荷が変動した場合、リニアモータ２０Ａ，２０Ｂにかかる負荷が均等に作用しなくなる。その結果、リニアモータ２０Ａ，２０Ｂの駆動力及びスライダ１８Ａ,１８Ｂに作用する負荷が変動することにより、スライダ１８Ａ，１８Ｂの移動速度が安定せず、スライダ１８Ａ,１８Ｂが並進できない状態が瞬間的に現れる。

上記のような外乱が入力されると、ステージ装置１０においては、可動ステージ１８の両端の移動量が均等でなくなり、可動ステージ１８が中心点Ｏを軸としてＡ方向に所定角度Δθ回動した状態になる。そのため、可動ステージ１８は、Ｘ方向に対して角度Δθの傾きを持った状態でＹ方向に移動することになる。

このとき、可動ステージ１８のリニアモータ２０Ａ，２０Ｂの駆動力による傾きをΔθ、静圧空気軸受５２Ａ，５２Ｂによる傾きをθ_Ｐ、中心点Ｏからリニアモータ２０Ａまでの距離をＲ_ｍ、中心点Ｏから静圧空気軸受５４Ａ,５４Ｂまでの距離をＬ_Ｐとする。

また、以下の説明において、中心点Ｏから静圧空気軸受５２Ａ，５２Ｂまでの距離Ｒ_Ｓは、可動ステージ１８の質量はＭ、静圧空気軸受５２Ａ，５４Ａ，５２Ｂ，５４Ｂのバネ剛性はＫ、静圧空気軸受５２Ａ，５４Ａ，５２Ｂ，５４Ｂのダンピング係数はＤ、可動ステージ１８の回転モーメントはＩ、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂの発生トルク（駆動力）はＦ、静圧空気軸受５２Ａ，５４Ａ，５２Ｂ，５４Ｂにかかるトルク変位はＦ_Ｐで示す。

制御対象とする可動ステージ１８の物理条件は、以下の通りである。
（ａ）角度情報θは、リニアスケール２２Ａ，２２Ｂにより検出されるスライダ１８Ａ,１８Ｂの移動位置を用いた並進２点計測により得られる。
（ｂ）駆動力情報Ｆは、リニアモータ２０Ａ，２０Ｂからの駆動力Ｆ_１，Ｆ_２が同時に作用させる並進２点駆動方式である。
（ｃ）ガイド部３０Ａ，３０Ｂのガイドレール５０Ａ，５０Ｂに対して４点の静圧空気軸受５２Ａ，５４Ａ，５２Ｂ，５４Ｂにより、スライダ１８Ａ,１８Ｂを支持する。
（ｄ）外乱オブザーバに必要な物理条件は、以下から導出する。
(d1)質量Ｍは、スライダ（可動部）１８Ａ，１８Ｂとビーム１８Ｃの質量を考慮する。
(d2)モーメントＩは、スライダ１８Ａ，１８Ｂとビーム１８Ｃの回転動作を考慮する。
(d3)バネ定数Ｋは、静圧空気軸受５２Ａ，５４Ａ，５２Ｂ，５４Ｂの空気圧力特性値を考慮する。
(d4)ダンパ特性Ｄは、静圧空気軸受５２Ａ，５４Ａ，５２Ｂ，５４Ｂの空気圧力特性値を考慮する。
(d5)制御則は、並進方向及び回転方向で共にＰＤ（Proportional・Derivative）制御則を適応する。並進方向及び回転方向の制御は、各制御則の特性及び制御条件に依存することなく調整が可能である。

ここで、図５に示す対象モデルの運動方程式は、以下のように式（１）〜（４）で表わせる。

回転方向（ＹＡＷ方向）１次共振モデルに対する外乱オブザーバを適応した制御系を構成すると、回転方向の運動方程式は、以下のように式（５）（６）で表わせる。

並進方向１次共振モデルに対する外乱オブザーバを適応した制御系を構成すると、並進方向の運動方程式は、以下のように式（７）（８）で表わせる。

ここで、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂの駆動力を制御する制御システムについて図６を参照して説明する。

図６に示されるように、制御システム６０は、座標変換ブロック７０、Ｙ１リニアモータ２０Ａをフィードバック制御するための並進方向制御系（並進制御手段）８０、Ｙ２リニアモータ２０Ｂをフィードバック制御するためのヨーイング方向制御系（回転制御手段）９０、推力非干渉化ブロック１００より構成されている。

座標変換ブロック７０は、リニアスケール２２Ａ，２２Ｂにより検出されたスライダ（可動部）１８Ａ,１８Ｂの位置検出信号ｙ_１，ｙ_２が入力され、加算値ｙ_１＋ｙ_２から並進位置を座標変換し、このフィードバック信号ｙ_ｆｂｋを並進方向制御系８０に入力する。また、座標変換ブロック７０は、位置検出信号ｙ_１，ｙ_２の減算値ｙ_１−ｙ_２からヨーイング方向（回転方向）の角度θを座標変換し、このフィードバック信号θ_ｆｂｋをヨーイング方向制御系９０に入力する。そして、並進方向制御系８０の減算器７４において、Ｙ軸位置指令値より座標変換ブロック７０で座標変換された値ｙ_ｆｂｋを減算し、この減算値は、ＰＤ補償器８１に入力される。また、ヨーイング方向制御系９０の減算器７２において、θ軸位置指令値より座標変換ブロック７０で座標変換された値θ_ｆｂｋを減算し、この減算値は、ＰＤ補償器９１に入力される。

ＰＤ補償器８１及び９１では、減算器７２，７４で減算された夫々の入力値ｒ_ｙ，θに応じた制御値ｕ_ｙ，ｕ_θをリニアモータ２０Ａ,２０Ｂに対する制御値として出力する。

ステージ並進方向制御系８０は、並進外乱オブザーバ８２を有する。この並進外乱オブザーバ８２は、外乱によるスライダ１８Ａ，１８Ｂの変位差を推定し、推定した変位差がゼロになるようにリニアモータ２０Ａ，２０Ｂへの制御量を補正する。

すなわち、並進外乱オブザーバ８２は、座標変換ブロック７０からフィードバック信号ｙ_ｆｂｋを入力される入力トルク推定フィルタ８４と、フィードバックループを形成するローパスフィルタ８６と、減算器８７とを有する。減算器８７では、入力トルク推定フィルタ８４からの推定値からローパスフィルタ８６からの補正値を減算する。そして、補正された外乱推定値ｄ_ｙを並進方向制御系８０の減算器８８に入力し、ＰＤ補償器８１からの制御値ｕ_ｙから減算してステージ並進動作に対応する推定外乱成分を除去した制御値Ｆ_１+Ｆ_２を生成する。

ヨーイング方向制御系９０は、回転外乱オブザーバ９２を有する。この回転外乱オブザーバ９２は、外乱による可動ステージ１８の回転角θを推定し、推定した回転角θがゼロになるようにリニアモータ２０Ａ,２０Ｂへの制御量を補正する。

すなわち、回転外乱オブザーバ９２は、座標変換ブロック７０からフィードバック信号θ_ｆｂｋを入力される入力トルク推定フィルタ９４と、フィードバックループを形成するローパスフィルタ９６と、減算器９７とを有する。減算器９７では、入力トルク推定フィルタ９４からの推定値からローパスフィルタ９６からの補正値を減算する。そして、補正された外乱推定値ｄ_θをヨーイング方向制御系９０の減算器９８に入力し、ＰＤ補償器９１からの制御値ｕ_θから減算してステージ回転動作に対応する推定外乱成分を除去した制御値Ｆ_１−Ｆ_２を生成する。

推力非干渉化ブロック１００は、並進外乱オブザーバ８２及び回転外乱オブザーバ９２により補正されたＹ方向並進推力指令値とθ方向推力指令値とをリニアモータ２０Ａ，２０Ｂの推力指令値Ｆ_１，Ｆ_２に変換する。そして、推力非干渉化ブロック１００から出力された推力指令値Ｆ_１，Ｆ_２には、加算器１１２，１１４でスライダ１８Ａ，１８Ｂに対する並進方向外乱ｄ_１、回転方向外乱ｄ_２が入力される。

しかしながら、上記Ｙ方向並進推力指令値、θ方向推力指令値は、並進外乱オブザーバ８２及び回転外乱オブザーバ９２により推定外乱成分を除去されているので、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂは並進方向外乱ｄ_１、回転方向外乱ｄ_２の影響を受けない駆動力Ｆ_１，Ｆ_２を発生することができる。

これにより、スライダ１８Ａ，１８Ｂは、並進方向外乱ｄ_１、回転方向外乱ｄ_２が入力されても、図５に示すような回転動作（Ａ方向の傾き）することなくＹ方向の並進動作を安定的に行うことが可能になる。

従って、ステージ装置１０は、並進方向外乱ｄ_１、回転方向外乱ｄ_２が入力されても可動ステージ１８に回転力が作用せず、可動ステージ１８の延在方向を移動方向と直交するＸ方向に修正しながら可動ステージ１８の両端を同一速度で並進駆動することが可能になる。

また、並進外乱オブザーバ８２及び回転外乱オブザーバ９２により可動ステージ１８が傾かないようにリニアモータ２０Ａ，２０Ｂの駆動力を制御できるので、瞬時に可動ステージ１８の変動を減衰させて移動速度を安定させることができる。よって、可動ステージ１８に装着される治具に応じた加工精度あるいはセンシング精度をより高精度に行うことができる。

尚、上記実施例では、可動ステージ１８がビーム１８Ｃの両端にスライダ１８Ａ，１８Ｂを一体的に結合させた構成の装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、ビーム１８Ｃの両端とスライダ１８Ａ，１８Ｂとの間に板バネなどの弾性部材を介在せて連結する構成とし、スライダ１８Ａ，１８Ｂが揺動可能に連結された構成の装置にも適用することができるのは勿論である。

また、上記実施例では、ステージ装置の可動ステージ１８を並進動作させる場合を一例として挙げたが、これに限らず、移動体の両端近傍の移動位置を検出する一対の位置検出器からの検出信号に基づいて移動体の両端近傍を駆動する一対の駆動手段を制御するように構成された装置であれば、他の分野で使用される装置にも適用できるのは勿論である。

本発明になる移動体位置制御装置の一実施例が適用されたステージ装置を示す斜視図である。 図１に示すステージ装置の正面図である。 リニアモータ２０Ｂ及びガイド部３０Ｂの構成を拡大して示す正面図である。 リニアモータ２０Ｂ及びガイド部３０Ｂの構成を拡大して示す平面図である。 可動ステージ１８の移動状態を拡大して示す平面図である。 制御システム６０の構成を示すシステム系統図である。

符号の説明

１０ ステージ装置
１４ 固定ベース
１６ 基板テーブル
１８ 可動ステージ
１８Ａ，１８Ｂ スライダ
１８Ｃ ビーム
２０Ａ,２０Ｂ リニアモータ
２２Ａ，２２Ｂ リニアスケール
２８ 石定盤
３０Ａ，３０Ｂ ガイド部
３２Ａ，３２Ｂ ガイド支持部
３４Ａ，３４Ｂ モータ支持部
３６Ａ，３６Ｂ ケーブルベア
３７Ａ，３７Ｂ ケーブル支持部
４０Ａ，４０Ｂ コイル支持アーム
４２Ａ，４２Ｂ 可動コイル
４４Ａ，４４Ｂ ヨーク
４６Ａ，４６Ｂ 永久磁石
５２Ａ,５２Ｂ，５４Ａ,５４Ｂ 静圧空気軸受
６０ 制御システム
７０ 座標変換ブロック
７２,７４，８７，８８，９７，９８ 減算器
８０ 並進方向制御系
８１，９１ ＰＤ補償器
８２ 並進外乱オブザーバ
８４ 入力トルク推定フィルタ
８６ ローパスフィルタ
９０ ヨーイング方向制御系
９２ 回転外乱オブザーバ
９４ 入力トルク推定フィルタ
９６ ローパスフィルタ
１００ 推力非干渉化ブロック

Claims (10)

1. 移動体の両端近傍の移動位置を検出する一対の位置検出器からの検出信号に基づいて前記移動体の両端近傍を駆動する一対の駆動手段を制御する移動体位置制御装置において、
   前記移動体の移動速度が外乱により変動した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記移動体の並進動作の差を抑制するように駆動力を発生させ、前記一対の位置検出器による両検出位置が一致するように前記一対の駆動手段を制御する並進制御手段と、
   前記移動体の移動速度が外乱により変動して前記移動体が回転方向に変位した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記移動体の回転動作を抑制するように駆動力を発生させ、前記移動体が移動方向に対して傾かないように前記一対の駆動手段を制御する回転制御手段と、
   を備えたことを特徴とする移動体位置制御装置。
2. 前記並進制御手段は、前記一対の位置検出器からの検出信号に基づいて前記一対の駆動手段を制御するフィードバック系を有しており、前記外乱による前記移動体の両端の変位量の差がゼロになるように前記一対の駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の移動体位置制御装置。
3. 前記並進制御手段は、外乱による前記移動体の両端の変位差を推定し、推定した変位差がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を補正する外乱オブザーバを有することを特徴とする請求項２に記載の移動体位置制御装置。
4. 前記回転制御手段は、外乱による移動速度の変動を推定し、前記移動方向と直交する方向に対する前記移動体の回転角がゼロになるように前記一対の駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の移動体位置制御装置。
5. 前記回転制御手段は、外乱による前記移動体の回転角を推定し、推定した回転角がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を補正する外乱オブザーバを有することを特徴とする請求項４に記載の移動体位置制御装置。
6. 固定ベースと、該固定ベースに対して移動可能に設けられ、移動方向と直交する方向に延在形成されたステージと、該ステージの両端を前記移動方向へガイドするガイド手段と、前記固定ベースに対して前記ステージの両端近傍に駆動力を付与するように配置された一対の駆動手段と、前記ステージの両端近傍の移動位置を検出する一対の位置検出器と、前記ステージが所定速度で移動するように前記一対の駆動手段を制御する制御手段とを有するステージ装置において、
   前記制御手段は、
   前記ステージの移動速度が外乱により変動した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記ステージの並進動作の差を抑制するように駆動力を発生させ、前記一対の位置検出器による両検出位置が一致するように前記一対の駆動手段を制御する並進制御手段と、
   前記ステージの移動速度が外乱により変動して前記ステージが回転方向に変位した場合に前記一対の駆動手段の駆動力が前記ステージの回転動作を抑制するように駆動力を発生させ、前記ステージが移動方向に対して傾かないように前記一対の駆動手段を制御する回転制御手段と、
   を備えたことを特徴とするステージ装置。
7. 前記ガイド手段は、前記ステージの両端と前記固定ベースとの間に設けられ、空気圧により前記ステージの両端を低摩擦でガイドすることを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
8. 前記駆動手段は、前記ステージの移動方向に延在し、前記ステージの端部に対して移動方向への駆動力を付与するリニアモータであることを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
9. 前記並進制御手段は、外乱による前記ステージの両端の変位差を推定し、推定した変位差がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を補正する外乱オブザーバを有することを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
10. 前記回転制御手段は、外乱による前記ステージの回転角を推定し、推定した回転角がゼロになるように前記一対の駆動手段への制御量を補正する外乱オブザーバを有することを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。

Images