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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung, ein Regelverfahren dafür und eine Messvorrichtung, welche diese verwendet, und insbesondere auf eine Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung, die ein Paar Schieber aufweist, welche mechanisch miteinander gekoppelt und durch Führungsschienen verschiebbar geführt sind, welche parallel zueinander angeordnet sind, und ein Regelverfahren dafür und eine Messvorrichtung, welche diese verwendet.
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STAND DER TECHNIK
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Eine bekannte Messvorrichtung zum Messen der Ebenheit (Dickenvariationen) der Vorder- und Rückseite einer dünnen Scheibe (Messobjekt), die einen großen Durchmesser hat, wie z. B. ein Silicium-Wafer mit 300 mm Durchmesser, umfasst eine Trageinheit zum Tragen eines Messobjekts parallel zu einer vorgeschriebenen Ebene wie z. B. einer Vertikalebene, eine erste und eine zweite Linearführungsschiene, die sich parallel zu der vorgeschriebenen Ebene auf beiden Seiten des Messobjekts erstrecken, einen ersten und einen zweiten Schieber, welche durch die erste bzw. zweite Führungsschiene verschiebbar gelagert sind, eine erste Messeinrichtung (Verschiebungsmessinstrument), die auf dem ersten Schieber montiert ist, zum Messen einer Distanz zu der Vorderseite (Frontfläche) des Messobjekts und eine zweite Messeinrichtung zum Messen einer Distanz zu der Rückseite (Rückfläche) des Messobjekts, vgl. zum Beispiel Patentdokument 1.
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In einer solchen Messvorrichtung muss ein individueller Luftgleitmechanismus auf jeder Seite der Trageinheit, welche das (sich vertikal erstreckende) Messobjekt trägt, vorhanden sein. Durch Platzieren jeder Führungsschiene in einer Höhe, welche der Höhe entspricht, in welcher das Verschiebungsmessinstrument das Messobjekt, wie z. B. einen Silicium-Wafer, scannt, kann die Distanz zwischen der Führungsschiene und dem Verschiebungsmessinstrument im Vergleich zu dem Fall reduziert werden, in welchem die Führungsschiene in einem unteren Teil der Trageinheit vorgesehen ist.
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Dadurch kann der Rollfehler, der durch die Winkelverlagerung des Schiebers um die axiale Mittellinie der Führungsschiene verursacht wird, minimiert werden, da dieser Fehler im Verhältnis zu der vertikalen Distanz zwischen der Führungsschiene und dem Verschiebungsmessinstrument zunimmt. Durch Reduzieren des Rollfehlers kann die Ebenheit sowohl der Vorder- als auch der Rückseite mit einer hohen Präzision individuell gemessen werden.
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DOKUMENT(E) ZUM STAND DER TECHNIK
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PATENTDOKUMENT(E)
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- Patentdokument 1: JP11-351857A
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In diesem Fall müssen, weil der Luftgleitmechanismus individuell jeweils auf der Vorder- und Rückseite der Trageinheit vorgesehen ist, die beiden Schieber synchron individuell betätigt werden, und jedwede Ungleichmäßigkeit in den Fahrgeschwindigkeiten der beiden Schieber könnte Fehler in der Messposition des Messobjekts zwischen der Vorder- und Rückseite desselben verursachen. Das würde Fehler in der Messung der Dicke des Messobjekts verursachen. Außerdem könnte jedweder Fehler in der Parallelität zwischen den axialen Mitten der beiden unabhängig vorgesehenen Luftgleitmechanismen Fehler in der Messung der Dicke des Messobjekts verursachen.
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Auf der Grundlage dieser Überlegung haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit betrachtet, die beiden Schieber mechanisch zu koppeln, mit dem Ziel, die Ungleichmäßigkeit in den Fahrbewegungen der beiden Schieber zu beseitigen.
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In diesem Fall werden die Antriebseinrichtungen der Schieber, die mechanisch miteinander gekoppelt sind, jeweils durch eine individuelle Positionssteuereinheit wie z. B. einen Linearservomotor gesteuert, und die Positionsabweichung zwischen den beiden Schiebern wird vermieden, indem ein und derselbe Positionierbefehl den beiden Positionssteuereinheiten zugeführt wird, um sie in Synchronismus zu halten.
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Da die beiden Schieber mechanisch miteinander gekoppelt sind, sind jedoch die Bewegungen, welche durch die Linearservomotoren verursacht werden, durch die mechanische Kopplung eingeschränkt. Außerdem kann es sein, dass die mechanischen Eigenschaften der beiden Schieber einschließlich der Gewichte der Linearservomotoren und der Schieber selbst zwischen den beiden Schiebern nicht ganz identisch sind. Aus diesem Grund kann es vorkommen, dass selbst wenn ein und derselbe Positionsbefehl den beiden Positionssteuereinheiten geliefert wird, die Verstärkungen in den Positionssteuerungen und die resultierenden Operationen nicht dieselben sind und dass gegenseitige Störungen den glatten Betrieb der Schieber verhindern können.
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Ein Hauptziel die vorliegende Erfindung ist es, in einer Parallelschiebevorrichtung des oben erörterten Typs zu verhindern, dass die beiden Schieber einander stören, und eine sanfte Bewegung der beiden Schieber zu gewährleisten.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung, wobei die Parallelschiebevorrichtung eine erste Führungsschiene und eine zweite Führungsschiene aufweist, die parallel zu einander angeordnet sind, einen ersten Schieber und einen zweiten Schieber, welche durch die erste bzw. zweite Führungsschiene verschiebbar längs einer Längsrichtung der Führungsschienen verschiebbar gelagert sind, eine Koppeleinrichtung zum mechanischen Koppeln des ersten und des zweiten Schiebers miteinander und einen ersten elektrischen Servostellantrieb sowie einen zweiten elektrischen Servostellantrieb zum Antreiben des ersten bzw. zweiten Schiebers in der Längsrichtung der Führungsschienen, wobei die Regelvorrichtung eine erste Positionsregeleinheit umfasst zum Regeln eines Betriebes des ersten elektrischen Servostellantriebs und eine zweite Positionsregeleinheit zum Regeln eines Betriebes des zweiten elektrischen Servostellantriebs und wobei ein und derselbe Positionsbefehl der ersten und der zweiten Positionsregeleinheit gegeben wird und der ersten und der zweiten Positionsregeleinheit gegenseitig verschiedene Regelverstärkungen gegeben werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besteht die Regelverstärkung für die erste Positionsregeleinheit aus einem Optimalwert, der auf einer Systemidentifikation basiert, und die Regelverstärkung für die zweite Positionsregeleinheit besteht aus einem Wert, der kleiner ist als der Optimalwert, welcher auf einer Systemidentifikation basiert.
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In einer weiteren Ausführungsform der Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bestehen die erste Positionsregeleinheit und die zweite Positionsregeleinheit jeweils aus einer Rückkopplungskompensationsregelvorrichtung und die Regelverstärkung umfasst eine Positionsschleifenverstärkung, die durch eine Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit jeweils für die erste und die zweite Positionsregeleinheit eingestellt wird, wobei die Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit für die erste Positionsregeleinheit dafür konfiguriert ist, eine Verstärkung für eine PI-Regelung einzustellen, welche ein Proportionalregelelement aufweist, und ein Integralregelungselement für eine PID-Regelung, die ein Proportionalregelelement, ein Integralregelungselement und ein Differenzialregelelement umfasst, und die Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit für die zweite Positionsregeleinheit ist dafür konfiguriert, eine Verstärkung für eine P-Regelung einzustellen, die nur ein Proportionalregelelement umfasst.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bestehen die erste Positionsregeleinheit und die zweite Positionsregeleinheit jeweils aus einer Rückkopplungskompensationsregelvorrichtung, wobei die erste Positionsregeleinheit eine Positionsschleife, eine Geschwindigkeitsschleife und eine Beschleunigungsschleife in Kaskadenschaltung umfasst und wobei die zweite Positionsregeleinheit eine Positionsschleife und eine Geschwindigkeitsschleife in Kaskadenschaltung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Regelverfahren für eine Parallelschiebevorrichtung, wobei die Parallelschiebevorrichtung eine erste Führungsschiene und eine zweite Führungsschiene umfasst, die parallel zueinander angeordnet sind, einen ersten Schieber und einen zweiten Schieber, welche durch die erste bzw. zweite Führungsschiene längs einer Längsrichtung der Führungsschienen verschiebbar gelagert sind, eine Kopplungseinrichtung zum mechanischen Miteinanderkoppeln des ersten und des zweiten Schiebers sowie einen ersten elektrischen Servostellantrieb und einen zweiten elektrischen Servostellantrieb zum Antreiben des ersten Schiebers bzw. eines zweiten Schiebers in der Längsrichtung der Führungsschienen, wobei ein Betrieb des ersten elektrischen Servostellantriebs durch eine erste Positionsregeleinheit geregelt wird und ein Betrieb des zweiten elektrischen Servostellantriebs durch eine zweite Positionsregeleinheit geregelt wird, und wobei ein und derselbe Positionsbefehl der erste und die zweiten Positionsregeleinheit gegeben wird und der ersten und der zweiten Positionsregeleinheit gegenseitig verschiedene Regelverstärkungen gegeben werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Regelverfahrens für eine Parallelschiebevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besteht die Regelverstärkung für die erste Positionsregeleinheit aus einem Optimalwert, der auf einer Systemidentifikation basiert, und die Regelverstärkung für die zweite Positionsregeleinheit besteht aus einem Wert, der kleiner ist als der Optimalwert, welcher auf einer Systemidentifikation basiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Regelverfahrens für eine Parallelschiebevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bestehen die erste Positionsregeleinheit und die zweite Positionsregeleinheit jeweils aus einer Rückkopplungskompensationsregelvorrichtung, und die Regelverstärkung umfasst eine Positionsschleifenverstärkung, welche durch eine Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit jeweils für die erste und die zweite Positionsregeleinheit eingestellt wird, wobei die Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit für die erste Positionsregeleinheit dafür konfiguriert ist, eine Verstärkung für eine PI-Regelung einzustellen, die ein Proportionalregelelement und ein Integralregelelement umfasst, oder für eine PID-Regelung, die ein Proportionalregelelement, ein Integralregelelement und ein Differenzialregelelement umfasst, wobei die Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit für die zweite Positionsregeleinheit dafür konfiguriert ist, eine Verstärkung für eine P-Regelung einzustellen, welche nur ein Proportionalregelelement umfasst.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Regelverfahrens für eine Parallelschiebevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bestehen die erste Positionsregeleinheit und die zweite Positionsregeleinheit jeweils aus einer Rückkopplungskompensationsregelvorrichtung, wobei die erste Positionsregeleinheit eine Positionsschleife, eine Geschwindigkeitsschleife und eine Beschleunigungsschleife in Kaskadenschaltung umfasst und wobei die zweite Positionsregeleinheit eine Positionsschleife und eine Geschwindigkeitsschleife in Kaskadenschaltung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung schafft weiter eine Messvorrichtung, die eine erste Führungsschiene und eine zweite Führungsschiene umfasst, welche parallel zu einander angeordnet sind; einen ersten Schieber und einen zweiten Schieber, die durch die erste bzw. zweite Führungsschiene längs einer Längsrichtung der Führungsschienen verschiebbar gelagert sind; eine Kopplungseinrichtung zum mechanischen Miteinanderkoppeln des ersten und des zweiten Schiebers; einen ersten elektrischen Servostellantrieb und einen zweiten elektrischen Servostellantrieb zum Antreiben des ersten bzw. zweiten Schiebers in der Längsrichtung der Führungsschienen; eine Trageinheit, die zwischen der ersten Führungsschiene und der zweiten Führungsschiene angeordnet ist, zum Tragen eines Messobjekts; eine erste Messeinrichtung, die auf dem ersten Schieber montiert ist, zum Messen einer Distanz zu einer ersten Seite des Messobjekts; eine zweite Messeinrichtung, die auf dem zweiten Schieber montiert ist, zum Messen einer Distanz zu einer zweiten Seite des Messobjekts; und eine Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung, wie sie oben definiert ist.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Die Regelvorrichtung für eine Parallelschiebevorrichtung nach der Erfindung ist so ausgebildet, dass, weil der ersten und der zweiten Positionsregeleinheit gegenseitig unterschiedliche Regelverstärkungen gegeben werden, von denen die eine, die eine höhere Regelverstärkung hat, als eine übergeordnete Seite dient, und die andere, die eine niedrigere Regelverstärkung hat, als eine nachgeführte Seite dient, so dass der Schieber auf der nachgeführten Seite veranlasst wird, der Bewegung des Schiebers auf der übergeordneten Seite zu folgen. Infolgedessen ist eine gleichförmige Bewegung der beiden Schieber gewährleistet. In diesem Fall kann die höhere Regelverstärkung ein Optimalwert sein, der auf einer Systemidentifikation basiert, und die niedrigere Regelverstärkung kann ein kleinerer Wert als der Optimalwert sein, der auf einer Systemidentifikation basiert.
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Das Ausstatten der ersten und der zweiten Positionsregeleinheit mit gegenseitig unterschiedlichen Regelverstärkungen kann auf verschiedenerlei Weise zusätzlich zum direkten Variieren von Systemparametern wie Regelverstärkungen erfolgen. Zum Beispiel, die erste Positionsregeleinheit kann auf einer PID- oder einer PI-Regelung basieren, während die zweite Positionsregeleinheit auf einer einfachen P-Regelung basiert. Alternativ können die Arten der Kaskadenschaltungen der Regelschleifen in der Rückkopplungskompensationsregelung zwischen der ersten Positionsregeleinheit und der zweiten Positionsregeleinheit variiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Waferebenheitsmessvorrichtung zeigt, bei der eine Parallelschiebevorrichtung mit einer Druckluftlinearführung verwendet wird, wobei es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
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2 ist eine Vorderansicht der Waferebenheitsmessvorrichtung.
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3 ist eine Schnittansicht nach der Linie III-III in 2.
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4 ist eine perspektivische Ansicht eines Schieberverbindungsmechanismus der Parallelschiebevorrichtung, bei welcher eine Druckluftlinearführung verwendet wird, wobei es sich um die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
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5 ist ein Blockschaltbild des Regelsystems, das in der Parallelschiebevorrichtung verwendet wird, die eine Druckluftlinearführung verwendet, wobei es sich um die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und um die Durchführung des Regelprozesses derselben handelt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM(EN) DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden mehr ins Einzelne gehend anhand von konkreten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung basieren die Richtungen wie die Vorwärts- und die Rückwärts-, die vertikale und laterale Richtung auf den Richtungen, die in den betreffenden Zeichnungen angegeben sind.
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Gemäß der Darstellung in den 1 und 2 ist eine Trageinheit 12 auf einer horizontalen oberen Fläche einer Basiseinheit 10 platziert. Die Trageinheit 12 ist dafür ausgebildet, ein Messobjekt zu tragen, welches aus einem scheibenförmigen Siliciumwafer W besteht, und umfasst ein bogenförmiges, festes Basisteil 14, das an der Basiseinheit 10 fest angebracht ist, und ein ringförmiges, drehbares Teil 16, das auf dem festen Basisteil 14 drehbar montiert ist.
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Das ringförmige drehbare Teil
16 ist durch das feste Basisteil
14 drehbar gelagert, so dass es um eine horizontale, zentrale, axiale Linie drehbar ist, die sich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erstreckt, und zwar über ein Fluidlager oder ein Luftlager (in den Zeichnungen nicht gezeigt). Die innere Peripherie des ringförmigen drehbaren Teils
16 ist mit einer Vielzahl von Tragarmen
20 versehen, von denen jeder ein mit einer Rolle
18 versehenes freies Ende hat und in einem regelmäßigen Umfangsintervall angeordnet ist. Die Tragarme
20 tragen gemeinsam den Siliciumwafer W innerhalb des inneren Raums des ringförmigen drehbaren Teils
16 in einer vertikalen Orientierung mit jeder Rolle
18, welche die äußere Umfangsnut (in den Zeichnungen nicht gezeigt) des Siliciumwafers W erfasst. Bezüglich weiterer Einzelheiten über den Aufbau zum Lagern des Siliciumwafers W wird auf die
JP 4132503 B verwiesen.
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Die Trageinheit 12 ist, obgleich in den Zeichnungen nicht gezeigt, mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor ausgerüstet, welcher das feste Basisteil 14 als das Statorteil und das ringförmige drehbare Teil 16 als den Rotor verwendet. Dieser bürstenlose Gleichstrommotor sorgt für den Drehantrieb des ringförmigen drehbaren Teils 16.
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Ein Paar Endkonsolen 30 und 32 sind auf der oberen Seite der Basiseinheit 10 lateral angeordnet. Die Endkonsolen 30 und 32 sind auf den beiden lateralen Seiten der Trageinheit 12 angeordnet und tragen fest die linken Enden und die rechten Enden einer vorderen Führungsschiene (ersten Führungsschiene) 40 und einer hinteren Führungsschiene (zweiten Führungsschiene) 42 sowie die rechten Enden der vorderen Führungsschiene 40 bzw. der hinteren Führungsschiene 42 an den oberen Enden derselben.
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Die vordere Führungsschiene 40 besteht, genauer gesagt, aus einer linearen Schiene, die einen I-förmigen Querschnitt hat, mit einem lateralen Flansch (40A, 40B) jeweils an dem oberen und unteren Ende derselben (vgl. 3) und erstreckt sich zwischen den Endkonsolen 30 und 32, wobei die lateralen Enden derselben an den oberen Teilen der entsprechenden Endkonsolen 30 und 32 fest angebracht sind, so dass sie sich längs der Frontseite der Trageinheit 12 horizontal erstrecken.
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Ebenso besteht die hintere Führungsschiene 42 aus einer linearen Schiene, die einen I-förmigen Querschnitt hat, mit einem lateralen Flansch (42A, 42B) jeweils an dem oberen und unteren Ende derselben, und sich zwischen den Endkonsolen 30 und 32 erstreckt, wobei die lateralen Enden derselben an den oberen Teilen der entsprechenden Endkonsolen 30 und 32 fest angebracht sind, so dass sie sich längs der Rückseite der Trageinheit 12 horizontal erstrecken.
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Die vordere Führungsschiene 40 und die hintere Führungsschiene 42 erstrecken sich parallel zueinander in ein und derselben Höhe.
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Die vordere Führungsschiene 40 und die hintere Führungsschiene 42 sind an jedem ihrer lateralen Enden durch eine verstärkende Verbindungsplatte 34, 36 miteinander verbunden, die an den oberen Seiten der Führungsschienen 40 und 42 fest angebracht ist.
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Ein vorderer Schieber (erster Schieber) 44 ist auf der vorderen Führungsschiene 40 gelagert, so dass er lateral oder entlang der Länge der Führungsschiene bewegbar ist. Der vordere Schieber 44 ist als ein rechteckiges Rohr geformt durch vier rechteckige Plattenteile 44A bis 44D, welche die vordere Führungsschiene 40 umgeben.
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Ein Luftspalt G1 (vgl. 5) ist zwischen den inneren Seiten der vier rechteckigen Plattenteile 44A bis 44D und den entgegengesetzten Seiten der vorderen Führungsschiene 40 gebildet, welche die obere Seite und die vordere und die hintere Seite des oberen Flansches 40A und die untere Seite und die vordere und die hintere Seite des unteren Flansches 40B umfassen, und Luftausstoßöffnungen 46 sind in den rechteckigen Plattenteilen 44A bis 44D so gebildet, dass sie den entgegengesetzten Seiten gegenüberliegen (vgl. 3).
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Jeder Luftausstoßöffnung 46 wird Druckluft zugeführt, die von einer Druckluftquelle 100 geliefert und durch einen ersten Druckregler 102 (vgl. 5) auf einen ersten Druck P1 geregelt wird. Dadurch ist eine erste Druckluftlinearführung 48, die aus einem Fluidlager besteht, zwischen der vorderen Führungsschiene 40 und dem vorderen Schieber 44 gebildet. Die Linearbewegung des vorderen Schiebers 44 entlang der Länge der vorderen Führungsschiene 40 wird so auf eine kontaktlose Art und Weise über die erste Druckluftlinearführung 48 bewirkt.
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Ebenso ist ein hinterer Schieber (zweiter Schieber) 50 auf der hinteren Führungsschiene 42 gelagert, so dass er lateral oder entlang der Länge der Führungsschiene bewegbar ist. Der hintere Schieber 50 ist als ein rechteckiges Rohr durch vier rechteckige Plattenteile 50A bis 50D gebildet, welche die hintere Führungsschiene 42 umgeben.
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Ein Luftspalt G2 (vgl. 5) ist zwischen den inneren Seiten der vier rechteckigen Plattenteile 50A bis 50D und den gegenüberliegenden Seiten der hinteren Führungsschiene 42 gebildet, welche die obere Seite und die vorder und hintere Seite des oberen Flansches 42A und die untere Seite und die vordere und die hintere Seite des unteren Flansches 42B umfassen, und Luftausstoßöffnungen 52 sind in den rechteckigen Plattenteilen 50A bis 50D so gebildet, dass sie den gegenüberliegenden Seiten zugewandt sind (vgl. 3).
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Jede Luftausstoßöffnung 52 wird mit einer Druckluft versorgt, die aus der Druckluftquelle 100 zugeführt und durch einen zweiten Druckregler 104 (vgl. 5) auf einen zweiten Druck P2 geregelt wird. Dadurch ist eine zweite Druckluftlinearführung 54, die aus einem Fluidlager besteht, zwischen der hinteren Führungsschiene 42 und dem hinteren Schieber 50 gebildet. Die Linearbewegung des hinteren Schiebers 50 entlang der Länge der hinteren Führungsschiene 42 erfolgt so auf eine kontaktlose Art und Weise über die zweite Druckluftlinearführung 54.
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Die Luftspalte der ersten und der zweiten Druckluftlinearführung 48 und 54 sind in den 3 und 5 übertrieben groß dargestellt.
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Ein verbindendes Basisteil 56, 58 ist an der unteren Seite jeweils des vorderen Schiebers 44 und des hinteren Schiebers 50 fest angebracht. Ein Paar Verbindungsstangen 60 und 62 ist zwischen die beiden verbindenden Basisteile 56 und 58 auf beiden Seiten derselben geschaltet, wobei jedes Ende der Verbindungsstangen 60 und 62 an der entsprechenden Seitenfläche des entsprechenden Basisteils über ein V-Blockklemmteil 68, 70 fest angebracht ist, das an der entsprechenden Basisteilseitenfläche mit Befestigungsschrauben 64, 66 (vgl. 4) befestigt ist. Dadurch sind der vordere Schieber 44 und der hintere Schieber 50 in Bezug sowohl auf die laterale Richtung (Scanrichtung) als auch auf die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung fest aneinander befestigt.
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Diese mechanische Kopplung wird erreicht durch Festklemmen jedes Endes jeder Verbindungsstange an einer (ebenen) Seitenfläche des entsprechenden verbindenden Basisteils 56, 58 durch Verwendung eines V-Blockklemmteils 68, 70, so dass eine hohe laterale Positioniergenauigkeit erzielt werden kann.
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Eine Mikrobewegungstischeinheit 90, welche einen Tisch 88 aufweist, der in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bewegt werden kann, ist auf dem vorderen Schieber 44 montiert, und ein Verschiebungsmessinstrument 92 ist auf dem Tisch 88 montiert. Das Verschiebungsmessinstrument 92 kann aus einem berührungslosen Sensor wie z. B. einem kapazitiven Verschiebungsmessinstrument bestehen und ist in einer Höhe platziert, welche dem Zentrum des Messobjekts entspricht, das aus einem Siliciumwafer W besteht, der auf dem ringförmigen drehbaren Teil 16 montiert ist, um die Distanz der gegenüberliegenden vorderen Fläche des Siliciumwafers W zu messen.
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Ebenso ist eine Mikrobewegungstischeinheit 96, die einen Tisch 94 umfasst, der in der Vorwärts- und der Rückwärtsrichtung bewegt werden kann, auf dem hinteren Schieber 50 montiert, und ein Verschiebungsmessinstrument 98 ist auf dem Tisch 94 montiert. Das Verschiebungsmessinstrument 98 kann auch aus einem berührungslosen Sensor bestehen, z. B. einem kapazitiven Verschiebungsmessinstrument, und ist in einer Höhe platziert, die dem Zentrum des Messobjekts entspricht, welches aus einem Siliciumwafer W besteht, der auf dem ringförmigen drehbaren Teil 16 montiert ist, um die Distanz zu der gegenüberliegenden hinteren Fläche des Siliciumwafers W zu messen.
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Die Ebenheit des Siliciumwafers W wird gemessen durch Scannen der Verschiebungsmessinstrumente 92 und 98 diametral über den Siliciumwafer W durch Verfahren des vorderen Schiebers 44 und des hinteren Schiebers 50, während der Siliciumwafer W durch das ringförmige drehbare Teil 16 gedreht wird, und Messen der Distanzen zwischen dem Verschiebungsmessinstrument 92 und der vorderen Fläche des Siliciumwafers W und zwischen dem Verschiebungsmessinstrument 98 und der hinteren Fläche des Siliciumwafers W.
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Ein Statorteil 74 eines Frontlinearservomotors 72 ist an einem Teil der Basiseinheit 10, der sich vorderhalb der vorderen Führungsschiene 40 befindet, über eine Konsole 76 fest angebracht. Das Statorteil 74 ist lateral lang gestreckt und erstreckt sich parallel zu der vorderen Führungsschiene 40. Ein Antriebsteil 78 des vorderen Linearservomotors 72 ist an dem vorderen Schieber 44 fest angebracht. Dadurch kann der vordere Schieber 44 durch den vorderen Linearservomotor 72 in der lateralen Richtung betätigt werden.
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Ein Statorteil 82 eines hinteren Linearservomotors 80 ist an einem Teil der Basiseinheit 10, der sich hinter der hinteren Führungsschiene 42 befindet, durch eine Konsole 84 fest angebracht. Das Statorteil 82 ist lateral lang gestreckt und erstreckt sich parallel zu der hinteren Führungsschiene 42. Ein Antriebsteil 86 des hinteren Linearservomotors 80 ist an dem hinteren Schieber 50 fest angebracht. Dadurch kann der hintere Schieber 50 durch den hinteren Linearservomotor 80 in der lateralen Richtung betätigt werden.
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Gemäß der Darstellung in 5 ist ein vorderer linearer Maßstab 100 zwischen der vorderen Führungsschiene 40 und dem vorderen Schieber 44 vorhanden, und ein hinterer linearer Maßstab 102 ist zwischen der hinteren Führungsschiene 42 und dem hinteren Schieber 50 vorhanden, so dass die lateralen Positionen des vorderen Schiebers 44 und des hinteren Schiebers 50 erfasst werden können.
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Eine Ausführungsform einer Regelvorrichtung für die Parallelschiebevorrichtung, die oben beschrieben worden ist, wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Diese Regelvorrichtung umfasst einen vorderen Regler 100 oder eine erste Positionsregeleinheit zum Regeln des Betriebes des vorderen Linearservomotors 72, einen hinteren Regler 130 oder eine zweite Positionsregeleinheit zum Regeln des Betriebes des hinteren Linearservomotors 80 und einen Positionsbefehlsgenerator 140, der für den vorderen und den hinteren Regler 100 und 130 gemeinsam vorhanden ist.
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Der Positionsbefehlsgenerator 140 kann aus einem Impulsfolgebefehlstyp-Positionsbefehlsgenerator bestehen, der ein Impulssignal jeweils an den vorderen und den hinteren Regler 100 und 130 als einen Positionsbefehl mit einer Impulsfrequenz abgibt, welche der Fahrgeschwindigkeit des entsprechenden Schiebers 44, 50 entspricht, oder einer Impulszählung, welche der Verschiebung des entsprechenden Schiebers 44, 50 entspricht.
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Der vordere Regler 100 enthält eine Positionsschleife, eine Geschwindigkeitsschleife und eine Beschleunigungsschleife in einer Kaskadenschaltung und umfasst eine Positionsabweichungsberechnungseinheit 112, welche eine Abweichung (Positionsabweichung zwischen dem Positionsbefehl, welcher durch den Positionsbefehlsgenerator 140 erzeugt wird, und der Ist-Position des vorderen Schiebers 44, die durch den vorderen linearen Maßstab erfasst wird, berechnet, eine Positionsschleifenverstärkungseinheit 114, welche einen Geschwindigkeitsbefehl erzeugt durch Aufbringen einer Positionsschleifenverstärkung auf die durch die Positionsabweichungsberechnungseinheit 112 erzeugte Positionsabweichung erzeugt, eine Geschwindigkeitsabweichungsberechnungseinheit 116, welche eine Abweichung (Geschwindigkeitsabweichung) zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl, der von der Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit 114 erzeugt wird, und der Ist-Geschwindigkeit des vorderen Schiebers 44, welche durch Differenzieren des Ist-Positions-Signals des vorderen Schiebers 44, das durch den vorderen linearen Maßstab 100 erzeugt wird, gewonnen wird, eine Geschwindigkeitsschleifenverstärkungseinstelleinheit 118, welche einen Beschleunigungsbefehl erzeugt durch Aufbringen einer Geschwindigkeitsschleifenverstärkung auf die Geschwindigkeitsabweichung, welche von der Geschwindigkeitsabweichungsberechnungseinheit 116 erzeugt wird, eine Beschleunigungsabweichungsberechnungseinheit 120, die eine Abweichung zwischen dem Beschleunigungsbefehl, der von der Geschwindigkeitsschleifenverstärkungseinstelleinheit 118 erzeugt wird, und der Ist-Beschleunigung des vorderen Schiebers 44, welcher durch zweifaches Differenzieren der Ist-Positionsinformation des vorderen Schiebers 44, welche durch den vorderen linearen Maßstab 100 erzeugt wird, gewonnen wird, und eine Beschleunigungsschleifenverstärkungseinstelleinheit 122, die einen Impulsbefehl an den vorderen Linearservomotor 72 anlegt durch Aufbringen einer Beschleunigungsschleifenverstärkung auf die Beschleunigungsabweichung, welche von der Beschleunigungsabweichungsberechnungseinheit 120 erzeugt wird.
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Die Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit 114 kann auf einer PI-Regelung basieren, welche ein Proportionalelement aufweist, das eine Proportionalverstärkung einem Positionsabweichungswert gibt, und einem Integralelement, das eine Integralverstärkung einem integrierten Wert der Positionsabweichung gibt, oder einer PID-Regelung, welche ein Differenzialelement aufweist, das eine Differenzialverstärkung einem differenzierten Wert der Positionsabweichung gibt, zusätzlich zu einem Proportionalelement und einem Integralelement, und die Verstärkungen der verschiedenen Elemente werden in der tatsächlichen PI- oder PID-Regelung passend ausgewählt.
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Der hintere Regler 130 enthält eine Positionsschleife und eine Geschwindigkeitsschleife in einer Kaskadenschaltung und umfasst eine Positionsabweichungsberechnungseinheit 132, welche eine Abweichung zwischen dem Positionsbefehl, der von dem Positionsbefehlsgenerator 140 erzeugt wird, und der Ist-Position des hinteren Schiebers 50, die durch den hinteren linearer Maßstab 102 erfasst wird, berechnet, eine Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit 134, die einen Geschwindigkeitsbefehl erzeugt, indem sie eine Positionsschleifenverstärkung der Positionsabweichung gibt, welche durch die Positionsabweichungsberechnungseinheit 132 erzeugt wird, eine Geschwindigkeitsabweichungsberechnungseinheit 136, die eine Abweichung (Geschwindigkeitsabweichung) zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl, der durch die Positionsschleifenverstärkungseinstelleinheit 134 erzeugt wird, und der Ist-Geschwindigkeit des hinteren Schiebers 50, welche durch Differenzieren des Ist-Positions-Signals des hinteren Schiebers 50 gewonnen wird, das durch den hinterer linearer Maßstab 102 erzeugt wird, berechnet, und eine Geschwindigkeitsschleifenverstärkungseinstelleinheit 138, welche einen Impulsbefehl an den hinteren Linearservomotor 80 abgibt, indem sie eine Geschwindigkeitsschleifenverstärkung der Geschwindigkeitsabweichung gibt, welche durch die Geschwindigkeitsabweichungsberechnungseinheit 136 erzeugt wird.
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Da der vordere Schieber 44 und der hintere Schieber 50 mechanisch miteinander gekoppelt sind, bewegen sich die beiden Schieber 44 und 50 integral schnell zueinander. Deshalb empfangen der vordere Regler 100 und der hintere Regler 130 ein und denselben Positionsbefehl aus dem gemeinsamen Positionsbefehlsgenerator 140.
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Deshalb werden die Positionsregelung des vorderen Linearservomotors 72 und des hinteren Linearservomotors 80 durch eine vollkommen geschlossene Schleifenrückführungsregelung individuell ausgeführt unter Verwendung der Ist-Positionen des vorderen Schiebers 44 und des hinteren Schiebers 50, welche durch die vorgenannten linearen Maßstäbe 100 und 102 als die Rückkoppelungsinformation erfasst werden, so dass die lateralen Positionen (Scanpositionen) des vorderen Schiebers 44 und des hinteren Schiebers 50 synchronisiert oder zur Übereinstimmung gebracht werden.
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Ein wichtiger Punkt der dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie oben erläutert, dass der hintere Regler 130 nur die Positionsschleife und die Geschwindigkeitsschleife umfasst, wohingegen der vordere Regler 100 die Positionsschleife, die Geschwindigkeitsschleife und die Beschleunigungsschleife umfasst und dass die beiden Regler eine unterschiedliche Anzahl von Schleifen in Kaskadenschaltung enthalten.
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Infolgedessen unterscheidet sich die effektive Regelverstärkung des vorderen Reglers 100 von der des hinteren Reglers 130. In diesem Fall ist die effektive Regelverstärkung des vorderen Reglers 100 größer als die effektive Regelverstärkung des hinteren Reglers 130. Insbesondere wird die Regelverstärkung des vorderen Reglers 100 auf einen Optimalwert (einen Optimalwert in der Regelung), eingestellt, der durch einen Systemidentifikationsprozess gewonnen wird, wohingegen die Regelverstärkung des hinteren Reglers 130 als ein Wert ausgewählt wird, der kleiner als der Optimalwert ist, der durch einen Systemidentifikationsprozess gewonnen wird. Insbesondere ist die Beschleunigungsschleife leistungsfähiger, wenn sie den geregelten Wert veranlasst, sich dem Sollwert zu nähern, als die Positionsschleife und die Geschwindigkeitsschleife und trägt zu einem hohen Verstärkungsverhalten des Systems beträchtlich bei.
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Weiter, der vorderen Regler 100 ist PI- oder PID-geregelt, wohingegen der hintere Regler 130 nur P-geregelt ist. Das bewirkt auch, dass die effektive Regelverstärkung des vorderen Reglers 100 größer ist als die des hinteren Reglers 130.
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In jedem Fall ist es ausreichend, wenn die effektive Regelverstärkung des vorderen Reglers 100 auf einen Optimalwert eingestellt wird, der durch einen Systemidentifikationsprozess gewonnen wird, und die effektive Regelverstärkung des hinteren Reglers 130 kleiner ist als der Optimalwert als ein Gesamtergebnis des Variierens der effektiven Regelverstärkung, verursacht durch die Auswahl der Art der Kaskadenschaltung der verschiedenen Regelschleifen und der Auswahl der Verwendung der PID-Regelelemente
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Deshalb kann der vordere Regler 100, der eine höhere Regelverstärkung hat, als eine übergeordnete Seite betrachtet werden, und der hintere Regler 102, der eine kleinere Regelverstärkung hat, kann als eine nachgeführte Seite betrachtet werden, so dass der hintere Schieber 50 auf der nachgeführten Seite der Bewegung des vorderen Schiebers 44 auf der übergeordneten Seite folgt, und die gleichförmige Bewegung von beiden Schiebern ist gewährleistet.
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In der vorstehenden Ausführungsform wurde die effektive Regelverstärkung sowohl durch die Auswahl der Art der Kaskadenschaltung der verschiedenen Regelschleifen als auch durch die Auswahl der Verwendung der PID-Regelelemente bewirkt. Hinsichtlich des Bestimmens der Gesamtverstärkung ist es jedoch ausreichend, wenn die effektive Regelverstärkung entweder durch die Auswahl der Art der Kaskadenschaltung der verschiedenen Regelschleifen oder durch die Auswahl der Verwendung der PID-Regelelemente variiert wird. Weiter, die Variation der effektiven Regelverstärkung des vorderen Reglers und des hinteren Reglers kann auch durch Variieren der Verstärkung (Zeitkonstante) von jeder oder irgendeiner der Regelschleifen bewirkt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist zwar anhand von bevorzugten Ausführungsformen derselben beschrieben worden, einem Fachmann ist jedoch klar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu veranlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 11-351857 A [0005]
- JP 4132503 B [0029]
