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JP2970802B2 - XY stage device - Google Patents
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JP2970802B2 - XY stage device - Google Patents

XY stage device

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JP2970802B2
JP2970802B2 JP7231708A JP23170895A JP2970802B2 JP 2970802 B2 JP2970802 B2 JP 2970802B2 JP 7231708 A JP7231708 A JP 7231708A JP 23170895 A JP23170895 A JP 23170895A JP 2970802 B2 JP2970802 B2 JP 2970802B2
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stage
linear motor
virtual plane
movable surface
position detection
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靖 小梁川
良幸 冨田
健一 牧野
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、XYステージ装置
に関し、特に対象物を載置するステージ部材を高速に移
動させ、かつ高精度に位置決めすることができるXYス
テージ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an XY stage device, and more particularly to an XY stage device capable of moving a stage member on which an object is mounted at a high speed and positioning with high accuracy.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、従来のXYステージ装置の斜視
図を示す。従来のXYステージ装置は、X軸に沿って配
置されたXステージ100、Y軸に沿って配置されたY
ステージ110、及び可動ステージ120から構成され
ている。
FIG. 8 is a perspective view of a conventional XY stage device. A conventional XY stage device has an X stage 100 arranged along the X axis and a Y stage arranged along the Y axis.
It comprises a stage 110 and a movable stage 120.

【0003】Xステージ100のサーボモータ103に
よってボールねじ102を回転させることにより、Yス
テージ110が、Xステージ100のガイド機構101
に案内されてX軸方向に移動する。Yステージ110の
サーボモータ113によってボールねじ112を回転さ
せることにより、可動ステージ120が、Yステージ1
10のガイド機構111に案内されてY軸方向に移動す
る。
When the ball screw 102 is rotated by the servo motor 103 of the X stage 100, the Y stage 110 is driven by the guide mechanism 101 of the X stage 100.
To move in the X-axis direction. By rotating the ball screw 112 by the servo motor 113 of the Y stage 110, the movable stage 120
It is guided by the ten guide mechanisms 111 and moves in the Y-axis direction.

【0004】このように、2つの1軸ステージを直交さ
せて組み合わせることにより、可動ステージ120を平
面内で移動させることができる。
[0004] As described above, the movable stage 120 can be moved in a plane by combining the two uniaxial stages at right angles.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】サーボモータとボール
ねじを組み合わせた1軸ステージを、サーボモータのエ
ンコーダからフィードバックするセミクローズド(準
閉)ループ制御系で駆動する方法では、ボールねじ部の
剛性やバックラッシュの影響がフィードバックされない
ため、可動ステージを精密に位置決めすることが困難で
ある。また、ステージ位置を直接検出するフルクローズ
ド(完全閉)ループ制御系で駆動する方法では、高速移
動時のボールねじ部の振動による制御ループの安定性が
確保できず、応答特性を向上させることが困難である。
In a method of driving a one-axis stage in which a servo motor and a ball screw are combined by a semi-closed (semi-closed) loop control system that feeds back from an encoder of the servo motor, the rigidity of a ball screw portion is reduced. Since the effect of the backlash is not fed back, it is difficult to precisely position the movable stage. In addition, with the method of driving with a fully closed loop control system that directly detects the stage position, the stability of the control loop due to the vibration of the ball screw during high-speed movement cannot be ensured, and the response characteristics can be improved. Have difficulty.

【0006】本発明の目的は、高速移動及び精密な位置
決めが可能なXYステージ装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide an XY stage device capable of high-speed movement and precise positioning.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、支持部材と、仮想的な可動面内で平行移動可能に、
前記支持部材に取り付けられたステージ部材と、前記可
動面に平行な仮想平面の両側で、前記仮想平面に関して
対称な駆動力を発生し、前記ステージ部材に前記可動面
内の駆動力を印加する第1のリニアモータとを有するX
Yステージ装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a support member and a support member are provided so as to be able to translate in a virtual movable plane.
A stage member attached to the support member, a driving force generated in both sides of a virtual plane parallel to the movable surface, generating a driving force symmetrical with respect to the virtual plane, and applying a driving force in the movable surface to the stage member. X with one linear motor
A Y stage device is provided.

【0008】ステージ部材をリニアモータで直接並進駆
動するため動力伝達機構を必要とせず、小型、軽量化が
可能になる。仮想平面の両側で対称な駆動力を発生する
ため、大きな推力を得ることができる。
Since the stage member is directly translated by the linear motor, no power transmission mechanism is required, and the size and weight can be reduced. Since a symmetric driving force is generated on both sides of the virtual plane, a large thrust can be obtained.

【0009】本発明の他の観点によると、前記第1のリ
ニアモータが、前記支持部材と前記ステージ部材のいず
れか一方に固定して取り付けられた複数の永久磁石であ
って、前記仮想平面を挟んで相互に同一極性の磁極面が
対向し、前記可動面に対して平行な直線状配列方向に沿
って極性が交互に反転するように配列した前記複数の永
久磁石と、前記支持部材と前記ステージ部材のうち前記
一方と異なる他方に固定して取り付けられたコイルであ
って、前記永久磁石の相互に対向する磁極面と前記仮想
平面との間に、前記可動面に平行でかつ前記永久磁石の
配列方向に直交するように配置され、前記仮想平面に関
して相互に反対称の電流路を含んで構成される前記コイ
ルとを有するXYステージ装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, the first linear motor is a plurality of permanent magnets fixedly attached to one of the support member and the stage member, and the first linear motor defines the virtual plane. The plurality of permanent magnets arranged such that the magnetic pole surfaces of the same polarity face each other with the polarities alternately reversed along a linear arrangement direction parallel to the movable surface, and the support member, A coil fixedly attached to the other one of the stage members, the permanent magnet being parallel to the movable surface and between the mutually facing magnetic pole faces of the permanent magnet and the virtual plane; An XY stage device is provided which is arranged so as to be orthogonal to the arrangement direction of the XY stage and has the coils configured to include current paths that are antisymmetric with respect to the virtual plane.

【0010】本発明の他の観点によると、前記第1のリ
ニアモータが、さらに、前記永久磁石の相互に対向する
2つの磁極面の間に配置され、前記2つの各磁極面との
間に前記電流路が配置される間隙を画定するセンタヨー
クを有するXYステージ装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, the first linear motor is further disposed between two mutually facing magnetic pole faces of the permanent magnet, and between the two magnetic pole faces. An XY stage device is provided having a center yoke defining a gap in which the current path is located.

【0011】センタヨークを配置することにより、電流
路が配置される間隙の磁束密度を高めることができる。
本発明の他の観点によると、前記永久磁石が、前記支持
部材に固定して取り付けられているXYステージ装置が
提供される。
By arranging the center yoke, the magnetic flux density in the gap where the current path is arranged can be increased.
According to another aspect of the present invention, there is provided an XY stage device in which the permanent magnet is fixedly attached to the support member.

【0012】一般にコイルは永久磁石よりも軽量であ
る。従って、永久磁石を支持部材に取り付け、コイルを
ステージ部材に取り付けることにより、可動部分を軽量
化することができる。可動部分が軽量化されると、加減
速を迅速に行うことが可能になる。
Generally, coils are lighter than permanent magnets. Therefore, by attaching the permanent magnet to the support member and attaching the coil to the stage member, the weight of the movable portion can be reduced. When the weight of the movable part is reduced, acceleration and deceleration can be performed quickly.

【0013】本発明の他の観点によると、さらに、前記
ステージ部材に固定された位置検出点の前記支持部材に
対する相対位置を検出して、前記位置検出点の相対位置
に対応する位置信号を発生する位置センサであって、前
記ステージ部材及びステージ部材に固定されてステージ
部材と共に移動する部材全体の重心位置、前記位置検出
点、及び前記仮想平面が、前記仮想平面の法線方向に関
して、重心位置、仮想平面、及び位置検出点、または重
心位置、位置検出点、及び仮想平面の順番に配置されて
いる前記位置センサと、前記位置信号に基づいて前記第
1のリニアモータを駆動する制御手段とを有するXYス
テージ装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, a relative position of the position detection point fixed to the stage member with respect to the support member is detected, and a position signal corresponding to the relative position of the position detection point is generated. A position sensor, wherein the position of the center of gravity of the stage member and the entire member fixed to the stage member and moving together with the stage member, the position detection points, and the virtual plane are located with respect to the normal direction of the virtual plane. A virtual plane, and a position detection point, or a position of a center of gravity, a position detection point, and the position sensor arranged in the order of the virtual plane, and a control unit that drives the first linear motor based on the position signal. Is provided.

【0014】本発明の他の観点によると、前記リニアモ
ータが、前記可動面に平行な第1の方向の駆動力を発生
する第2のリニアモータと、前記可動面に平行で、前記
第1の方向に直交する第2の方向の駆動力を発生する第
3のリニアモータとを有するXYステージ装置が提供さ
れる。
According to another aspect of the present invention, the linear motor includes a second linear motor that generates a driving force in a first direction parallel to the movable surface, and a first linear motor parallel to the movable surface. An XY stage device having a third linear motor that generates a driving force in a second direction orthogonal to the direction X.

【0015】第2及び第3のリニアモータにより、可動
面内でステージ部材を並進駆動することができる。本発
明の他の観点によると、前記第2及び第3のリニアモー
タが、それぞれ前記可動面内において相互に平行配置さ
れた1対のリニアモータから構成されているXYステー
ジ装置が提供される。
The stage member can be translated in the movable plane by the second and third linear motors. According to another aspect of the present invention, there is provided an XY stage device in which the second and third linear motors each include a pair of linear motors arranged in parallel with each other in the movable surface.

【0016】可動面内において1対のリニアモータを平
行配置しているため、より安定にステージ部材を駆動す
ることができる。本発明の他の観点によると、支持部材
と、仮想的な可動面内で平行移動可能に、前記支持部材
に取り付けられたステージ部材と、前記ステージ部材
を、前記可動面内で、前記支持部材に対して相対的に平
行移動させる駆動手段と、前記ステージ部材に固定され
た位置検出点と、前記位置検出点の前記支持部材に対す
る相対位置を検出して、前記位置検出点の相対位置に対
応する位置信号を発生する位置検出手段であって、前記
ステージ部材及びステージ部材に固定されてステージ部
材と共に移動する部材全体の重心位置、前記駆動手段に
より前記ステージ部材に印加される合成駆動力が作用す
る駆動点、及び前記位置検出点が、前記可動面の法線方
向に関してこの順番に配置されている前記位置検出手段
と、前記位置信号に基づいて前記駆動手段を制御する制
御手段とを有するXYステージ装置が提供される。
Since the pair of linear motors are arranged in parallel in the movable surface, the stage member can be driven more stably. According to another aspect of the present invention, a support member, a stage member attached to the support member so as to be able to translate in a virtual movable surface, and the stage member, A driving means for performing a relative translation with respect to a position detection point fixed to the stage member, and detecting a relative position of the position detection point with respect to the support member to correspond to a relative position of the position detection point. A position detecting means for generating a position signal, wherein a position of the center of gravity of the stage member and the entire member fixed to the stage member and moving together with the stage member is acted upon by a combined driving force applied to the stage member by the driving means. The drive point to perform and the position detection point are arranged in this order with respect to the normal direction of the movable surface, and the drive is performed based on the position signal. An XY stage and a control means for controlling the stage are provided.

【0017】重心位置、駆動点、及び位置検出点がこの
ように配列するように構成すると、制御系の周波数応答
特性において、可動部分のピッチング運動の共振周波数
近傍の位相遅れが低減される。位相遅れが低減されるた
め、共振周波数近傍のゲインを大きくとることができ
る。従って、より高い周波数で安定して制御することが
可能になる。
When the center of gravity, the driving points, and the position detection points are arranged in this manner, the phase delay in the frequency response characteristic of the control system near the resonance frequency of the pitching motion of the movable part is reduced. Since the phase delay is reduced, the gain near the resonance frequency can be increased. Therefore, it is possible to perform stable control at a higher frequency.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるX
Yステージ装置の一部破断斜視図を示す。図1に示すX
Yステージ装置は、平坦な上面を有するベース10、可
動ステージ20、及びリニアモータ30を含んで構成さ
れている。ベース10の上面内にX軸及びY軸をとり、
上面の法線方向にZ軸をとった座標系を考える。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
1 shows a partially cutaway perspective view of a Y stage device. X shown in FIG.
The Y stage device includes a base 10 having a flat upper surface, a movable stage 20, and a linear motor 30. Take the X and Y axes inside the top surface of the base 10,
Consider a coordinate system that takes the Z axis in the normal direction of the upper surface.

【0019】ベース10の上面に、X軸に平行にX軸リ
ニアガイド11が配置され、Y軸に平行に配置されたY
軸リニアガイド12がX軸リニアガイド11に案内され
てX軸方向に移動する。可動ステージ20がY軸リニア
ガイド12に案内されてY軸方向に移動する。このよう
に、X軸及びY軸リニアガイド11、12の組み合わせ
によって、可動ステージ20がXY平面に沿って移動す
る。
An X-axis linear guide 11 is disposed on the upper surface of the base 10 in parallel with the X-axis, and the Y-axis linear guide 11 is disposed in parallel with the Y-axis.
The shaft linear guide 12 is guided by the X-axis linear guide 11 and moves in the X-axis direction. The movable stage 20 is guided by the Y-axis linear guide 12 and moves in the Y-axis direction. As described above, the movable stage 20 moves along the XY plane by the combination of the X-axis and Y-axis linear guides 11 and 12.

【0020】可動ステージ20が移動する可動領域を取
り囲むように、リニアモータ30が正方形状に配置され
ている。リニアモータ30は、X軸に平行に配置された
X軸用リニアモータ30Bと30D、及びY軸に平行に
配置されたY軸用リニアモータ30Aと30Cから構成
されている。図1は、リニアモータ30Cと30Dの一
部を破断した構成を示している。
A linear motor 30 is arranged in a square shape so as to surround a movable area where the movable stage 20 moves. The linear motor 30 includes X-axis linear motors 30B and 30D arranged parallel to the X-axis, and Y-axis linear motors 30A and 30C arranged parallel to the Y-axis. FIG. 1 shows a configuration in which a part of the linear motors 30C and 30D is broken.

【0021】リニアモータ30Aは、ベース10に固定
されたヨーク31A、可動ステージ20に固定されたコ
イル32A、ヨーク31Aに固定された永久磁石33A
a〜33Ajを含んで構成されている。なお、図1で
は、永久磁石33Ag〜33Ajは、コイル32Aの陰
になっているため明示されていない。
The linear motor 30A includes a yoke 31A fixed to the base 10, a coil 32A fixed to the movable stage 20, and a permanent magnet 33A fixed to the yoke 31A.
a to 33Aj. In FIG. 1, the permanent magnets 33Ag to 33Aj are not shown because they are behind the coil 32A.

【0022】図2に示すように、ヨーク31Aは、ベー
ス10の上に、Y軸方向に長い下側ヨーク、センタヨー
ク、及び上側ヨークをこの順番に一定間隔で積み重ね、
それらの両端において各ヨークを相互に連結した構造と
されている。ヨーク31Aの上側ヨークの下面に、永久
磁石33Aa〜33Aeが固着され、下側ヨークの上面
に永久磁石33Af〜33Ajが固着されている。各永
久磁石のセンタヨーク側の磁極面とセンタヨークとの間
には、一定の間隙が画定されている。各永久磁石はその
大きさ、磁化強度に関して等価である。
As shown in FIG. 2, the yoke 31A has a lower yoke, a center yoke, and an upper yoke, which are long in the Y-axis direction, stacked on the base 10 in this order at regular intervals.
The yokes are connected to each other at both ends. Permanent magnets 33Aa to 33Ae are fixed to the lower surface of the upper yoke of the yoke 31A, and permanent magnets 33Af to 33Aj are fixed to the upper surface of the lower yoke. A fixed gap is defined between the center yoke side pole face of each permanent magnet and the center yoke. Each permanent magnet is equivalent with respect to its size and magnetization intensity.

【0023】永久磁石33Aaと33Af、33Abと
33Ag、33Acと33Ah、33Adと33Ai、
及び33Aeと33Ajが、それぞれセンタヨークを挟
んで対向している。各永久磁石の相互に対向する磁極面
は同一極性とされている。すなわち、永久磁石33Aa
〜33Ajは、センタヨークの高さ方向(Z軸方向)の
中心を通りXY平面に平行な仮想平面に関して対称にな
るように配置されている。また、永久磁石33Aa〜3
3Aeからなる磁石列、及び永久磁石33Af〜33A
jからなる磁石列は、共にY軸に沿ってセンタヨーク側
の磁極面の極性が交互に反転するように構成されてい
る。
The permanent magnets 33Aa and 33Af, 33Ab and 33Ag, 33Ac and 33Ah, 33Ad and 33Ai,
33Ae and 33Aj face each other across the center yoke. The mutually facing magnetic pole faces of the permanent magnets have the same polarity. That is, the permanent magnet 33Aa
33Aj are arranged symmetrically with respect to an imaginary plane passing through the center of the center yoke in the height direction (Z-axis direction) and parallel to the XY plane. In addition, the permanent magnets 33Aa-3
3Ae magnet array, and permanent magnets 33Af to 33A
Each of the magnet rows composed of j is configured such that the polarity of the magnetic pole surface on the center yoke side is alternately reversed along the Y axis.

【0024】図1に戻って、コイル32Aは、永久磁石
33Aa〜33Aeからなる磁石列とセンタヨークとの
間の間隙に配置されたX軸方向の上側電流路と、永久磁
石33Af〜33Ajからなる磁石列とセンタヨークと
の間の間隙に配置されたX軸方向の下側電流路を含んで
構成されている。コイル32Aに電流を流すと、コイル
32Aの上側電流路と下側電流路に相互に反対向きの電
流が流れる。すなわち、コイル32Aは、上記の仮想平
面に関して相互に反対称の電流路を形成している。
Returning to FIG. 1, the coil 32A includes an upper current path in the X-axis direction arranged in a gap between the magnet row including the permanent magnets 33Aa to 33Ae and the center yoke, and permanent magnets 33Af to 33Aj. It is configured to include a lower current path in the X-axis direction arranged in a gap between the magnet row and the center yoke. When a current flows through the coil 32A, currents in opposite directions flow through the upper current path and the lower current path of the coil 32A. That is, the coil 32A forms a current path that is antisymmetric with respect to the virtual plane.

【0025】リニアモータ30B〜30Dもリニアモー
タ30Aと同様の構成であるため、ここでは説明を省略
する。。コイル32Aと32Cに電流を流すと、コイル
32Aと32Cに対してY軸方向の電磁力が発生する。
コイル32Bと32Dに電流を流すと、コイル32Bと
32Dに対してX軸方向の電磁力が発生する。各コイル
32A〜32Dは、可動ステージ20に固定されている
ため、コイル32A〜32Dに電流を流すことにより、
可動ステージ20をXY面内で移動させることができ
る。
Since the linear motors 30B to 30D have the same configuration as the linear motor 30A, the description is omitted here. . When a current flows through the coils 32A and 32C, an electromagnetic force in the Y-axis direction is generated on the coils 32A and 32C.
When a current flows through the coils 32B and 32D, an electromagnetic force in the X-axis direction is generated on the coils 32B and 32D. Since each of the coils 32A to 32D is fixed to the movable stage 20, by passing a current through the coils 32A to 32D,
The movable stage 20 can be moved in the XY plane.

【0026】ベース10の上面には、可動ステージ20
の可動領域に位置センサ13が配置されている。位置セ
ンサ13は、可動ステージ20の下面に固定された位置
検出点の位置を検出し、位置信号を出力する。
A movable stage 20 is provided on the upper surface of the base 10.
The position sensor 13 is arranged in the movable area of the. The position sensor 13 detects the position of a position detection point fixed to the lower surface of the movable stage 20, and outputs a position signal.

【0027】制御手段40が、位置センサ13から位置
信号を受信し、位置信号に基づいてリニアモータ30を
制御する。次に、図2及び図3を参照して、リニアモー
タの駆動原理を説明する。
The control means 40 receives the position signal from the position sensor 13 and controls the linear motor 30 based on the position signal. Next, the driving principle of the linear motor will be described with reference to FIGS.

【0028】図2は、図1のリニアモータ30Aの断面
図を示す。なお、リニアモータ30B〜30Dも同様の
構成である。ヨーク31Aが、下側ヨーク31Aa、セ
ンタヨーク31Ab、上側ヨーク31Ac、及びこれら
を両端で相互に連結する高透磁率部材から構成されてい
る。
FIG. 2 is a sectional view of the linear motor 30A of FIG. The linear motors 30B to 30D have the same configuration. The yoke 31A is composed of a lower yoke 31Aa, a center yoke 31Ab, an upper yoke 31Ac, and a high magnetic permeability member interconnecting these at both ends.

【0029】上側ヨーク31Acの下面に、永久磁石3
3Aa〜33AeがY軸方向に配列して取り付けられ、
下側ヨーク31Aaの上面に、永久磁石33Af〜33
AjがY軸方向に配列して取り付けられている。永久磁
石33Aa〜33Aeとセンタヨーク31Abとの間に
間隙34Bが画定され、永久磁石33Af〜33Ajと
センタヨーク31Abとの間に間隙34Aが画定されて
いる。
The permanent magnet 3 is provided on the lower surface of the upper yoke 31Ac.
3Aa to 33Ae are arranged and attached in the Y-axis direction,
On the upper surface of the lower yoke 31Aa, permanent magnets 33Af to 33A
Aj are mounted in the Y-axis direction. A gap 34B is defined between the permanent magnets 33Aa to 33Ae and the center yoke 31Ab, and a gap 34A is defined between the permanent magnets 33Af to 33Aj and the center yoke 31Ab.

【0030】永久磁石33Aaと33Af、33Abと
33Ag、33Acと33Ah、33Adと33Ai、
及び33Aeと33Ajが、それぞれセンタヨークを挟
んで対向している。永久磁石33Aa、33Ac、33
Ae、33Af、33Ah及び33Ajのセンタヨーク
側の磁極がS極、永久磁石33Ab、33Ad、33A
g及び33Aiのセンタヨーク側の磁極がN極になるよ
うに配置されている。
The permanent magnets 33Aa and 33Af, 33Ab and 33Ag, 33Ac and 33Ah, 33Ad and 33Ai,
33Ae and 33Aj face each other across the center yoke. Permanent magnets 33Aa, 33Ac, 33
The magnetic poles on the center yoke side of Ae, 33Af, 33Ah and 33Aj are S poles, and permanent magnets 33Ab, 33Ad, and 33A.
g and 33Ai are arranged such that the magnetic poles on the center yoke side become N poles.

【0031】従って、1つの永久磁石、間隙34Aもし
くは34B、センタヨーク、間隙34Aもしくは34
B、隣接する永久磁石、及び下側ヨーク31Aaもしく
は上側ヨーク31Acによって閉磁路が形成される。従
って、間隙34A及び34B内には、+Z方向と−Z方
向の磁界がY軸に沿って交互に現れる。また、高透磁率
材料からなるセンタヨークを設けることにより、間隙3
4A及び34B内の磁束密度を高めることができる。
Accordingly, one permanent magnet, gap 34A or 34B, center yoke, gap 34A or 34
A closed magnetic circuit is formed by B, the adjacent permanent magnet, and the lower yoke 31Aa or the upper yoke 31Ac. Therefore, in the gaps 34A and 34B, the magnetic fields in the + Z direction and the -Z direction appear alternately along the Y axis. In addition, by providing a center yoke made of a high magnetic permeability material,
The magnetic flux density in 4A and 34B can be increased.

【0032】間隙34A及び34B内に、X軸方向に沿
って、それぞれコイル32Aの下側電流路及び上側電流
路が配置されている。コイル32Aは、Y軸方向に配列
した等価な4つのコイル32Aa〜32Adから構成さ
れている。コイル32Aa〜32Adの配列ピッチは、
永久磁石33Aa〜33Ajの配列ピッチの1/2とさ
れている。なお、図には示さないが、コイル32Aa〜
32Adは、非磁性体材料からなるコイルボビンに巻か
れている。
In the gaps 34A and 34B, a lower current path and an upper current path of the coil 32A are disposed along the X-axis direction, respectively. The coil 32A includes four equivalent coils 32Aa to 32Ad arranged in the Y-axis direction. The arrangement pitch of the coils 32Aa to 32Ad is
It is set to の of the arrangement pitch of the permanent magnets 33Aa to 33Aj. Although not shown in the drawing, the coils 32Aa to 32Aa to
32Ad is wound on a coil bobbin made of a non-magnetic material.

【0033】コイル32Aa〜32Adに電流を流す
と、上側電流路と下側電流路に反対向きの電流が流れ、
逆向きの磁界によって両電流路に同一向きのY軸方向の
電磁力が発生する。従って、各コイルにY軸方向の推力
が発生する。
When a current flows through the coils 32Aa to 32Ad, currents in opposite directions flow through the upper current path and the lower current path,
The opposite magnetic field generates an electromagnetic force in both the current paths in the same Y-axis direction. Therefore, a thrust in the Y-axis direction is generated in each coil.

【0034】図3は、コイル32Aa〜32Adに発生
する推力を表すグラフである。横軸は、コイル32のY
軸方向の基準点からの移動距離を表し、縦軸は推力を任
意目盛りで表す。ここで、横軸の移動距離lpは、永久
磁石33Aa〜33Ajの配列のピッチである。曲線p
は、コイル32Aa及び32Acにそれぞれ一定電流を
流した場合のY軸方向の推力を表し、曲線qは、コイル
32Ab及び32Adにそれぞれ一定電流を流した場合
のY軸方向の推力を表す。
FIG. 3 is a graph showing the thrust generated in the coils 32Aa to 32Ad. The horizontal axis is Y of the coil 32.
The moving distance from the reference point in the axial direction is shown, and the vertical axis shows the thrust on an arbitrary scale. Here, the movement distance lp on the horizontal axis is the pitch of the arrangement of the permanent magnets 33Aa to 33Aj. Curve p
Represents the thrust in the Y-axis direction when a constant current flows through each of the coils 32Aa and 32Ac, and the curve q represents the thrust in the Y-axis direction when a constant current flows through each of the coils 32Ab and 32Ad.

【0035】コイル32Aa及び32Acの一組により
発生する推力とコイル32Ab及び32Adの一組によ
り発生する推力は、約1/2ピッチ分の位相ずれを有し
ており、図に示すように一方をサイン波形とすれば他方
がコサイン波形となる。また、推力の大きさは、コイル
32Aa〜32Adに流す電流に比例する。
The thrust generated by a pair of the coils 32Aa and 32Ac and the thrust generated by a pair of the coils 32Ab and 32Ad have a phase shift of about 1/2 pitch. If it is a sine waveform, the other will be a cosine waveform. The magnitude of the thrust is proportional to the current flowing through the coils 32Aa to 32Ad.

【0036】コイル32Aa及び32Acの一組とコイ
ル32Ab及び32Adの一組により発生する力は以下
のように表すことができる。
The force generated by one set of the coils 32Aa and 32Ac and one set of the coils 32Ab and 32Ad can be expressed as follows.

【0037】[0037]

【数1】 FA =kiA cos(πY/lp) …(1)F A = ki A cos (πY / lp) (1)

【0038】[0038]

【数2】 FB =kiB sin(πY/lp) …(2) ここで、FA 、FB はそれぞれコイル32Aa及び32
Acの一組及びコイル32Ab及び32Adの一組によ
り発生するY軸方向の推力、iA 、iB はそれぞれコイ
ル32Aa及び32Acの一組及びコイル32Ab及び
32Adの一組に流す電流、Yはコイル32Aの変位、
lpは永久磁石の配列のピッチ、kは推力定数を示す。
F B = ki B sin (πY / lp) (2) where F A and F B are coils 32Aa and 32, respectively.
A thrust in the Y-axis direction generated by one set of Ac and one set of coils 32Ab and 32Ad, i A and i B are currents flowing through one set of coils 32Aa and 32Ac and one set of coils 32Ab and 32Ad, respectively, and Y is a coil. 32A displacement,
lp indicates the pitch of the arrangement of the permanent magnets, and k indicates the thrust constant.

【0039】各コイルに流す電流を、コイル32Aの変
位に基づいて次式のように定める。
The current flowing through each coil is determined by the following equation based on the displacement of the coil 32A.

【0040】[0040]

【数3】 iA =ir cos(πY/lp) …(3)I A = i r cos (πY / lp) (3)

【0041】[0041]

【数4】 iB =ir sin(πY/lp) …(4) ここで、ir は目標電流を示す。[Number 4] i B = i r sin (πY / lp) ... (4) here, i r denotes a target current.

【0042】この時、コイル32Aa〜32Adにより
発生する総合推力Fは、
At this time, the total thrust F generated by the coils 32Aa to 32Ad is:

【0043】[0043]

【数5】 F=FA +FB =kir …(5) となる。F = F A + F B = ki r (5)

【0044】このように、コイル32Aa〜32Adに
式(3)及び(4)で表される交流電流を流すことによ
り、目標電流ir に比例した推力を発生することができ
る。また、図1に示すリニアモータ30Cも、リニアモ
ータ30Aと同様のY軸方向の推力を発生することがで
きる。また、リニアモータ30B及び30Dは、X軸方
向の推力を発生することができる。
[0044] Thus, by passing an alternating current expressed in the coil 32Aa~32Ad by the formula (3) and (4), it is possible to generate a thrust proportional to the target current i r. Also, the linear motor 30C shown in FIG. 1 can generate the same thrust in the Y-axis direction as the linear motor 30A. Further, the linear motors 30B and 30D can generate a thrust in the X-axis direction.

【0045】このように、リニアモータの推力を動力伝
達機構を介さず直接可動ステージに伝達することができ
るため、可動ステージの軽量化を図り応答速度を速める
ことができる。また、X軸方向用のリニアモータの負荷
とY軸方向用のリニアモータの負荷がほぼ等しいため、
XY軸間の応答性能のばらつきを低減することができ
る。
As described above, since the thrust of the linear motor can be directly transmitted to the movable stage without using the power transmission mechanism, the weight of the movable stage can be reduced and the response speed can be increased. Further, since the load of the linear motor for the X-axis direction is substantially equal to the load of the linear motor for the Y-axis direction,
Variations in response performance between the X and Y axes can be reduced.

【0046】上記実施例では、可動コイル32Aの上側
電流路と下側電流路の双方に磁界を印加して、2つの電
流路において推力を発生しているため、1つの電流路に
おいて推力を発生する場合に比べて大きな推力を得るこ
とができる。
In the above embodiment, a magnetic field is applied to both the upper current path and the lower current path of the movable coil 32A to generate thrust in two current paths. Therefore, thrust is generated in one current path. A larger thrust can be obtained than in the case of

【0047】また、上記実施例では、永久磁石をベース
に固定し、コイルを可動ステージに固定しているが、反
対に永久磁石を可動ステージに固定し、コイルをベース
に固定してもよい。なお、一般に、コイルは永久磁石よ
りも軽いため、コイルを可動ステージに固定する方が永
久磁石を可動ステージに固定する場合よりも可動部を軽
量化でき、加減速をより迅速に行うことができる。
In the above embodiment, the permanent magnet is fixed to the base and the coil is fixed to the movable stage. Alternatively, the permanent magnet may be fixed to the movable stage and the coil may be fixed to the base. In addition, since the coil is generally lighter than the permanent magnet, fixing the coil to the movable stage can reduce the weight of the movable portion compared to the case where the permanent magnet is fixed to the movable stage, and can accelerate and decelerate more quickly. .

【0048】また、図2〜図3では、リニアモータを2
相駆動する場合を示したが、コイルのピッチを永久磁石
のピッチの1/Nとし、N相駆動としてもよい。次に、
図4〜図7を参照して、図1に示すXYステージ装置の
位置制御方法を説明する。
In FIGS. 2 and 3, the linear motor
Although the case of the phase driving is shown, the pitch of the coil may be set to 1 / N of the pitch of the permanent magnet, and the N-phase driving may be performed. next,
The position control method of the XY stage device shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

【0049】図4は、図1のXYステージ装置の可動ス
テージ20の中心を通りY軸に垂直な平面における断面
図を示す。可動ステージ20の図の両側にコイル32A
及び32Cが取り付けられている。コイル32A及び3
2Cは、それぞれヨーク31A及び31Cに取り付けら
れた永久磁石の磁界に係合している。
FIG. 4 is a sectional view taken on a plane passing through the center of the movable stage 20 of the XY stage apparatus of FIG. 1 and perpendicular to the Y axis. The coils 32A are provided on both sides of the movable stage 20 in the drawing.
And 32C are attached. Coils 32A and 3
2C engages the magnetic fields of the permanent magnets attached to yokes 31A and 31C, respectively.

【0050】可動ステージ20は、Y軸リニアガイド1
2によりY軸方向に案内される。Y軸リニアガイド12
は、図には示さないX軸リニアガイドによりX軸方向に
案内される。可動ステージ20の下方に、ベースに固定
された位置センサ13が配置されている。位置センサ1
3は、可動ステージ20の下面に固定された位置検出点
PsのXY面内の位置を検出する。
The movable stage 20 includes a Y-axis linear guide 1
2 guides in the Y-axis direction. Y-axis linear guide 12
Are guided in the X-axis direction by an X-axis linear guide (not shown). Below the movable stage 20, a position sensor 13 fixed to the base is arranged. Position sensor 1
3 detects the position in the XY plane of the position detection point Ps fixed to the lower surface of the movable stage 20.

【0051】図4中の点Pgは、可動ステージ20及び
可動ステージ20に固定されたコイル等の部材全体の重
心位置を表す。点Pfは、リニアモータ30による合成
推力の駆動点を表す。駆動点Pfは、コイル32A〜3
2Dの上側電流路と下側電流路との間の中間点を含む平
面内に位置する。
The point Pg in FIG. 4 represents the position of the center of gravity of the movable stage 20 and the whole members such as coils fixed to the movable stage 20. The point Pf represents a driving point of the combined thrust by the linear motor 30. The driving point Pf is determined by the coils 32A to 32A.
It is located in a plane containing the midpoint between the 2D upper and lower current paths.

【0052】可動部分全体の重心Pgと駆動点Pfとの
ベース面からの高さが異なるため、可動ステージ20を
X軸方向に駆動すると、X軸方向の並進運動の他にY軸
の回りのピッチング運動が生ずる。重心Pgと位置検出
点Psとのベース面からの高さが異なるため、ピッチン
グ運動が生ずると、位置検出誤差が発生する。ピッチン
グ運動の共振による位置検出誤差が位置制御ループに含
まれるため、安定に位置制御を行える帯域が制限され
る。
Since the height of the center of gravity Pg of the entire movable part and the drive point Pf from the base surface are different, when the movable stage 20 is driven in the X-axis direction, in addition to the translational movement in the X-axis direction, Pitching movement occurs. Since the height of the center of gravity Pg and the position detection point Ps from the base surface are different, if a pitching motion occurs, a position detection error occurs. Since the position control error due to the resonance of the pitching motion is included in the position control loop, the band in which the position control can be stably performed is limited.

【0053】位置制御ループの周波数特性を、シミュレ
ーションで求めたところ、重心Pg、駆動点Pf、及び
位置検出点Psの可動面法線方向に関する配列の順番に
よって、周波数特性が大きく異なることがわかった。
When the frequency characteristics of the position control loop were determined by simulation, it was found that the frequency characteristics varied greatly depending on the order of arrangement of the center of gravity Pg, the driving point Pf, and the position detection point Ps in the direction normal to the movable surface. .

【0054】図5(A)及び(B)は、それぞれ位置制
御のための開ループ制御系及び閉ループ制御系のブロッ
ク図を示す。制御系の入力信号は位置指令値であり、出
力信号は位置検出値である。
FIGS. 5A and 5B are block diagrams of an open loop control system and a closed loop control system for position control, respectively. The input signal of the control system is a position command value, and the output signal is a position detection value.

【0055】図5(A)に示すように、開ループ制御系
は、位置指令値に比例ゲインを与え、位置指令値の微分
信号に微分ゲインを与える。比例ゲインを与えられた信
号と微分ゲインを与えられた信号とを加えてXYステー
ジ装置に入力する。XYステージ装置から位置検出値が
得られる。図5(B)に示すように、閉ループ制御系で
は、図5(A)に示す開ループ制御系の出力信号が入力
側に負帰還される。
As shown in FIG. 5A, the open loop control system gives a proportional gain to a position command value and gives a differential gain to a differential signal of the position command value. The signal given the proportional gain and the signal given the differential gain are added and input to the XY stage device. The position detection value is obtained from the XY stage device. As shown in FIG. 5B, in the closed loop control system, the output signal of the open loop control system shown in FIG. 5A is negatively fed back to the input side.

【0056】図6は、駆動点Pfと位置検出点Psが重
心Pgからみて反対側にある場合(駆動点と位置検出点
が逆相の場合)の周波数特性を示す。図7は、駆動点P
fと位置検出点Psが重心Pgからみて同じ側にある場
合(駆動点と位置検出点が同相の場合)の周波数特性を
示す。
FIG. 6 shows the frequency characteristics when the drive point Pf and the position detection point Ps are on opposite sides of the center of gravity Pg (when the drive point and the position detection point are in opposite phases). FIG. 7 shows the driving point P
7 shows frequency characteristics when f and the position detection point Ps are on the same side as viewed from the center of gravity Pg (when the drive point and the position detection point are in phase).

【0057】図6(A)及び図7(A)は、開ループ制
御の場合のゲインを示し、図6(B)及び図7(B)
は、開ループ制御の場合の位相を示す。各グラフ共、横
軸は周波数を単位Hzで表し、図6(A)及び図7
(A)の縦軸はゲインを単位dBで表し、図6(B)及
び図7(B)の縦軸は位相を単位「度」で表す。
FIGS. 6 (A) and 7 (A) show the gain in the case of open loop control, and FIGS. 6 (B) and 7 (B)
Indicates a phase in the case of open loop control. In each graph, the horizontal axis represents frequency in units of Hz, and FIG.
The vertical axis of (A) represents the gain in the unit of dB, and the vertical axes of FIGS. 6B and 7B represent the phase in the unit of “degree”.

【0058】なお、シミュレーションの条件として、コ
イル質量を1.1kg、コイル粘性係数を120kg/
s、負荷質量を3.6kg、負荷粘性係数を1.7kg
/s、案内系剛性係数を1.65×107 N/m、重心
Pgと駆動点Pf間の距離を6mm、重心Pgと位置検
出点Ps間の距離を32mmとした。ここで、コイル粘
性係数はコイルボビンに発生するうず電流に基づく抵抗
力に関係し、負荷粘性係数はリニアガイドの摩擦力に基
づく抵抗力に関係し、案内系剛性係数はピッチング運動
の共振周波数に関係するパラメータである。
The simulation conditions were as follows: the coil mass was 1.1 kg, the coil viscosity coefficient was 120 kg /
s, load mass 3.6 kg, load viscosity coefficient 1.7 kg
/ S, the guide system stiffness coefficient was 1.65 × 10 7 N / m, the distance between the center of gravity Pg and the drive point Pf was 6 mm, and the distance between the center of gravity Pg and the position detection point Ps was 32 mm. Here, the coil viscosity coefficient is related to the resistance force based on the eddy current generated in the coil bobbin, the load viscosity coefficient is related to the resistance force based on the frictional force of the linear guide, and the guide system stiffness coefficient is related to the resonance frequency of the pitching motion. Parameter.

【0059】また、ゲイン余裕が15dB、位相余裕が
40度となるように比例ゲイン及び微分ゲインを選択し
た。具体的には、位相余裕が40度以上になるように微
分ゲインを決定し、次にゲイン余裕が15dB以上にな
るように比例ゲインを決定した。駆動点と位置検出点が
逆相の場合の比例ゲインを4800、微分ゲインを24
0とし、同相の場合の比例ゲインを30000、微分ゲ
インを1500とした。
The proportional gain and the differential gain were selected so that the gain margin was 15 dB and the phase margin was 40 degrees. Specifically, the differential gain was determined so that the phase margin became 40 degrees or more, and then the proportional gain was determined so that the gain margin became 15 dB or more. When the driving point and the position detection point are in opposite phases, the proportional gain is 4800 and the differential gain is 24
0, the proportional gain in the case of the same phase was 30,000, and the differential gain was 1500.

【0060】図6(A)に示すように、駆動点と位置検
出点が逆相の場合には、ピッチング運動の共振周波数が
反共振周波数よりも低くなっているのに対し、図7
(A)に示すように、駆動点と位置検出点が同相の場合
には、ピッチング運動の共振周波数が反共振周波数より
も高くなっていることがわかる。また、図6(B)に示
すように、駆動点と位置検出点が逆相の場合には、共振
周波数近傍で谷状のピークが現れ位相が大きく遅れてい
るのに対し、図7(B)に示すように、駆動点と位置検
出点が同相の場合には、共振周波数近傍で山状のピーク
が現れ位相の遅れが小さくなっていることがわかる。
As shown in FIG. 6A, when the driving point and the position detection point are in opposite phases, the resonance frequency of the pitching motion is lower than the anti-resonance frequency.
As shown in (A), when the driving point and the position detection point are in phase, the resonance frequency of the pitching motion is higher than the anti-resonance frequency. Further, as shown in FIG. 6B, when the driving point and the position detection point are in opposite phases, a valley-shaped peak appears near the resonance frequency and the phase is greatly delayed. As shown in ()), when the driving point and the position detection point are in phase, a mountain-like peak appears near the resonance frequency and the phase delay is small.

【0061】図6(B)に示すように、駆動点と位置検
出点が逆相の場合には、共振周波数近傍で位相遅れが1
80度以上になるため、共振周波数近傍におけるゲイン
を大きくすることができない。これに対し、図7(B)
に示すように、駆動点と位置検出点が同相の場合には、
共振周波数近傍の位相遅れが180度以下であるため、
共振周波数近傍におけるゲインを大きくすることができ
る。
As shown in FIG. 6B, when the driving point and the position detection point are in opposite phases, a phase lag of 1 near the resonance frequency occurs.
Since the angle is 80 degrees or more, the gain near the resonance frequency cannot be increased. On the other hand, FIG.
As shown in the figure, when the driving point and the position detection point are in phase,
Since the phase delay near the resonance frequency is 180 degrees or less,
The gain near the resonance frequency can be increased.

【0062】図6(C)、(D)及び図7(C)、
(D)は、それぞれ駆動点と位置検出点が逆相の場合及
び同相の場合の閉ループ制御系の周波数特性を示す。通
常、ゲインが−3dB以上に低下すると位置指令値に対
して十分に追従できない。従って、駆動点と位置検出点
が逆相の場合には、図6(C)から制御可能帯域が約1
0Hz以下になると考えられる。駆動点と位置検出点が
同相の場合には、図7(C)から制御可能帯域が約10
0Hz以下になると考えられる。
FIGS. 6C, 6D and 7C,
(D) shows the frequency characteristics of the closed-loop control system when the driving point and the position detection point are in the opposite phase and in the same phase, respectively. Normally, when the gain is reduced to -3 dB or more, it cannot follow the position command value sufficiently. Therefore, when the driving point and the position detection point are in opposite phases, the controllable band is about 1 as shown in FIG.
It is considered to be 0 Hz or less. When the driving point and the position detection point are in phase, the controllable band is about 10
It is considered to be 0 Hz or less.

【0063】このように、駆動点と位置検出点が同相に
なるように構成することにより、制御可能帯域を高くす
ることが可能になる。なお、図4では、可動面の法線方
向に関して、重心Pg、駆動点Pf、位置検出点Psが
この順番に配置されている場合を示したが、重心Pg、
位置検出点Ps、駆動点Pfの順番に配置してもよい。
As described above, by configuring the drive point and the position detection point to have the same phase, the controllable band can be increased. FIG. 4 shows a case where the center of gravity Pg, the driving point Pf, and the position detection point Ps are arranged in this order with respect to the normal direction of the movable surface.
The position detection points Ps and the driving points Pf may be arranged in this order.

【0064】上記シミュレーションでは、図1に示すリ
ニアモータを使用したXYステージ装置を制御する場合
を説明したが、シミュレーションで仮定した閉ループ制
御系は、リニアモータを使用したXYステージ装置に限
らず、その他のXYステージ装置にも適用できる。例え
ば、図8に示すボールねじを用いた1軸ステージを組み
合わせたXYステージ装置にも適用できる。
In the above simulation, the case of controlling the XY stage device using the linear motor shown in FIG. 1 has been described. However, the closed loop control system assumed in the simulation is not limited to the XY stage device using the linear motor, XY stage device. For example, the present invention can be applied to an XY stage device in which a one-axis stage using a ball screw is combined as shown in FIG.

【0065】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大きな推力を得ることができるため、可動ステージを高
速で駆動することができる。また、ピッチング運動の共
振時における閉ループ制御系の位相遅れを小さくできる
ため、比較的高い周波数まで安定して制御可能になる。
As described above, according to the present invention,
Since a large thrust can be obtained, the movable stage can be driven at high speed. Further, since the phase delay of the closed loop control system at the time of the resonance of the pitching motion can be reduced, it is possible to stably control a relatively high frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例によるXYステージ装置の一部
破断斜視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an XY stage device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すXYステージ装置に使用されている
リニアモータの断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a linear motor used in the XY stage device shown in FIG.

【図3】図2に示すリニアモータの推力を表すグラフで
ある。
FIG. 3 is a graph showing a thrust of the linear motor shown in FIG.

【図4】図1に示すXYステージ装置の、可動ステージ
の重心、駆動点、位置検出点の位置関係を説明するため
の可動ステージ及びリニアモータの断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a movable stage and a linear motor for explaining a positional relationship between a center of gravity, a driving point, and a position detection point of the movable stage in the XY stage device shown in FIG.

【図5】XYステージ装置の開ループ制御系及び閉ルー
プ制御系のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of an open loop control system and a closed loop control system of the XY stage device.

【図6】図4に示す駆動点と位置検出点が、重心からみ
て反対側にある場合の開ループ制御系及び閉ループ制御
系の周波数特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing frequency characteristics of an open-loop control system and a closed-loop control system when the driving point and the position detection point shown in FIG. 4 are on opposite sides from the center of gravity.

【図7】図4に示す駆動点と位置検出点が、重心からみ
て同じ側にある場合の開ループ制御系及び閉ループ制御
系の周波数特性を示すグラフである。
7 is a graph showing frequency characteristics of an open-loop control system and a closed-loop control system in a case where a driving point and a position detection point shown in FIG. 4 are on the same side as viewed from the center of gravity.

【図8】従来例によるXYステージ装置の斜視図であ
る。
FIG. 8 is a perspective view of an XY stage device according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ベース 11 X軸リニアガイド 12 Y軸リニアガイド 13 位置センサ 20 可動ステージ 30 リニアモータ 31A、31B、31C、31D ヨーク 32A、32B、32C、32D コイル 33A、33B、33C、33D 永久磁石 34A、34B 間隙 40 制御手段 Reference Signs List 10 Base 11 X-axis linear guide 12 Y-axis linear guide 13 Position sensor 20 Movable stage 30 Linear motor 31A, 31B, 31C, 31D Yoke 32A, 32B, 32C, 32D Coil 33A, 33B, 33C, 33D Permanent magnet 34A, 34B 40 control means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 健一 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友 重機械工業株式会社 総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 平7−46818(JP,A) 特開 昭62−254681(JP,A) 特開 昭55−139071(JP,A) 特開 昭62−5420(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 41/00 - 41/035 H02P 5/00 101 H02P 7/00 101 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kenichi Makino 63-30 Yuyogaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Sumitomo Heavy Industries, Ltd. (56) References JP-A-7-46818 (JP, A) JP-A-62-254681 (JP, A) JP-A-55-139071 (JP, A) JP-A-62-5420 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H02K 41 / 00-41/035 H02P 5/00 101 H02P 7/00 101

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 支持部材と、 仮想的な可動面内で平行移動可能に、前記支持部材に取
り付けられたステージ部材と、 前記可動面に平行な仮想平面の両側で、該仮想平面に関
して対称な駆動力を発生し、前記ステージ部材に前記可
動面内の推力を与える第1のリニアモータと、前記ステ
ージ部材に固定された位置検出点の前記支持部材に対す
る相対位置を検出して、前記位置検出点の相対位置に対
応する位置信号を発生する位置センサとを有し、 前記ステージ部材及びステージ部材に固定されてステー
ジ部材と共に移動する部材全体の重心位置、前記位置検
出点、及び前記仮想平面が、前記仮想平面の法線方向に
関して、重心位置、仮想平面、及び位置検出点、または
重心位置、位置検出点、及び仮想平面の順番に配置され
ているXYステージ装置。
1. A supporting member, a stage member attached to the supporting member so as to be able to translate in a virtual movable surface, and a symmetrical member with respect to the virtual plane on both sides of a virtual plane parallel to the movable surface. A first linear motor that generates a driving force and applies a thrust in the movable surface to the stage member, and detects a relative position of a position detection point fixed to the stage member with respect to the support member, thereby detecting the position. A position sensor that generates a position signal corresponding to the relative position of the point, the center of gravity position of the stage member and the entire member fixed to the stage member and moving with the stage member, the position detection point, and the virtual plane An XY stage arranged in the order of the barycentric position, the virtual plane, and the position detection point, or the barycentric position, the position detection point, and the virtual plane in the normal direction of the virtual plane apparatus.
【請求項2】 前記第1のリニアモータが、 前記支持部材と前記ステージ部材のいずれか一方に固定
して取り付けられた複数の永久磁石であって、前記仮想
平面を挟んで相互に同一極性の磁極面が対向し、前記可
動面に対して平行な直線状配列方向に沿って極性が交互
に反転するように配列した前記複数の永久磁石と、 前記支持部材と前記ステージ部材のうち前記一方と異な
る他方に固定して取り付けられたコイルであって、前記
永久磁石の相互に対向する磁極面と前記仮想平面との間
に配置され、前記可動面に平行でかつ前記永久磁石の配
列方向に直交し、前記仮想平面に関して相互に反対称の
電流路を含んで構成される前記コイルとを有する請求項
1に記載のXYステージ装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein the first linear motor includes a plurality of permanent magnets fixedly attached to one of the support member and the stage member, the first linear motor having the same polarity with respect to the virtual plane. The plurality of permanent magnets whose magnetic pole surfaces face each other and are arranged so that the polarities are alternately reversed along a linear arrangement direction parallel to the movable surface, and the one of the support member and the stage member A coil fixedly attached to a different one of the permanent magnets, disposed between the mutually facing magnetic pole surfaces of the permanent magnets and the virtual plane, parallel to the movable surface, and orthogonal to an arrangement direction of the permanent magnets. The XY stage apparatus according to claim 1, further comprising: the coil configured to include current paths that are antisymmetric with respect to the virtual plane.
【請求項3】 前記第1のリニアモータが、さらに、前
記永久磁石の相互に対向する2つの磁極面の間に配置さ
れ、前記2つの各磁極面との間に前記電流路が配置され
る間隙を画定するセンタヨークを有する請求項2に記載
のXYステージ装置。
3. The first linear motor is further disposed between two mutually facing magnetic pole faces of the permanent magnet, and the current path is disposed between each of the two magnetic pole faces. 3. The XY stage device according to claim 2, further comprising a center yoke defining a gap.
【請求項4】 前記永久磁石が、前記支持部材に固定し
て取り付けられている請求項2または3に記載のXYス
テージ装置。
4. The XY stage device according to claim 2, wherein the permanent magnet is fixedly attached to the support member.
【請求項5】 前記第1のリニアモータが、 前記可動面に平行な第1の方向の推力を発生する第2の
リニアモータと、 前記可動面に平行で、前記第1の方向に直交する第2の
方向の推力を発生する第3のリニアモータとを有する請
求項1〜4のいずれかに記載のXYステージ装置。
5. A first linear motor that generates a thrust in a first direction parallel to the movable surface, and a second linear motor that is parallel to the movable surface and orthogonal to the first direction. The XY stage device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a third linear motor that generates a thrust in a second direction.
【請求項6】 前記第2及び第3のリニアモータが、そ
れぞれ前記可動面内において相互に平行配置された1対
のリニアモータから構成されている請求項5に記載のX
Yステージ装置。
6. The X according to claim 5, wherein the second and third linear motors each comprise a pair of linear motors arranged in parallel with each other in the movable surface.
Y stage device.
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