JP2006184994A - ステージの位置決め方法およびその位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】急激な加速度変化を防止したステージの位置決め方法およびその位置決め装置を提供する。
【解決手段】ジャーク一定速度指令２９と比率演算器２７の出力値３０の掛算を行った速度指令値Ｖｆを加算器３５へ出力し、減速度一定速度指令３２と比率演算器２８の出力値３３の掛算を行った速度指令値Ｖｇを加算器３５へ出力し、加算器３５では速度指令値Ｖｆと速度指令値Ｖｇを足し算し、減速時速度指令Ｖｈを速度指令切替器９へ出力するようにし、減速時速度指令Ｖｈは、減速開始時では速度指令値Ｖｆの比率が大きく速度指令値Ｖｇの比率が小さいが、ステージ１８が減速されて位置偏差８の値ΔＸが小さくなるにしたがって、速度指令値Ｖｆの比率が小さく速度指令値Ｖｇの比率が大きくなるようにし、減速度一定速度指令値Ｖｖとなったとき、位置偏差ΔＸが速度制御系の速度指令から位置制御系の速度指令に切り替わる値Ｘ１になるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造装置や精密工作機械で利用されるステージの位置決め方法およびその位置決め装置に関する。

従来のステージの位置決め方法として、目標位置近傍まではある速度パターンを用いて速度制御を行い、目標位置近傍で位置制御系に切り替える方式が多く用いられており、速度制御系と位置制御系の切り替え点でのショックを小さくする方法が多数提案されている。例えば、位置偏差をｅ、加速度をａ、位置制御系の比例ゲインをＫｐとした場合、速度制御系の減速指令値として２ａｅの平方根からａ／（２Ｋｐ）を引いた値で与える。そして、速度制御系から位置制御系への切替は、目標位置に対する位置偏差がａ／（２Ｋｐ^２）の地点で行う。これにより、速度制御系から位置制御系への切り替え時のショックを小さくする方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

この従来のステージの位置決め方法では、時間に対する速度と加速度の関係は図８に示すようになり、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで一定加速度でステージを加速し、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで一定速度でステージを駆動し、時刻ｔ２から時刻ｔ３までほぼ一定減速度でステージを減速し、時刻ｔ０から時刻ｔ３までは速度制御系でステージを駆動している。位置偏差が上述した条件を満たした時刻ｔ３で速度制御系から位置制御系に切り替え、時刻ｔ４で位置決めを完了しており、時刻ｔ３での速度制御系から位置制御系への切り替え時のショックを小さくすることについて述べている。
特開平８−１０６３２６号公報

しかしながら、上述したステージの位置決め方法では、ステージの移動速度パターンとしてステージを一定加速度で加速した後、一定速度で移動し、さらにその後に一定減速度で減速となっているため、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２での加速度変化が急激となり、ステージを加振し、そのステージ反力により装置が振動してしまうことがある。特に、半導体製造装置においては、このような振動を極力小さくする必要があり、低振動のステージ制御方法が要求されている。

本発明の目的は、急激な加速度変化を防止すると共に、速度制御系から位置制御系への切り替え時のショックを小さくしたステージの位置決め方法およびその位置決め装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替えてステージの位置制御を行うステージの位置決め方法において、ステージの減速時はジャーク一定の速度指令値と減速度一定の速度指令値を演算し、減速開始初期は上記ジャーク一定の速度指令値の比率を大きくし、位置偏差が小さくなるにつれて上記減速度一定の速度指令値の比率を大きくした速度指令値の加算値でステージを駆動し、減速終期に上記位置制御系の速度指令値に切り替えるようにしたことを特徴とする。

また請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、上記減速終期での切り替えは、上記減速度一定の速度指令値から上記位置制御系の速度指令値に、両者の速度および加速度がほぼ一致する位置偏差で行うようにしたことを特徴とする。

また請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のものにおいて、上記ジャーク一定の速度指令値は時間関数で演算し、上記減速度一定の速度指令値は位置偏差に対する関数で演算するようにしたことを特徴とする。

さらに請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のものにおいて、位置制御偏差をΔＸ、減速度をａ、位置制御系の比例ゲインをＫｐとしたとき、減速度一定の速度指令値Ｖｖは、Ｖv＝（２ａ（ΔＸ−ａ／（２*（Ｋｐ）^２）））^１／２の式で演算し、速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値への切り替えは、位置制御偏差ΔＸがａ／Ｋｐ^２に達した位置で行うことを特徴とする。

さらに請求項５に記載の本発明は、ジャーク一定の速度指令値を出力してステージを駆動する加速時速度演算器と、減速時の速度指令値を出力して上記ステージを駆動する減速時速度演算器と、上記加速時速度演算器および上記減速時速度演算器による速度指令値を切り替える速度指令切替器とを備え、減速時に速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替えてステージの位置制御を行うステージの位置決め装置において、上記減速時速度演算器は、第一の速度指令値Ｖｆと第二の速度指令値Ｖｇを減速時速度指令Ｖｈとし、この減速時速度指令Ｖｈを、減速開始初期では第一の速度指令値Ｖｆの比率が大きく第二の速度指令値Ｖｇの比率を小さくし、ステージが減速されて位置偏差ΔＸが小さくなるにしたがって第一の速度指令値Ｖｆの比率が小さく第二の速度指令値Ｖｇの比率が大きくなるようにして上記速度指令切替器へ出力するように構成し、減速終期に位置制御系の速度指令値に切り替えるように上記速度指令切替器へ出力する切替条件演算器を設けたことを特徴とする

本発明のステージの位置決め方法によれば、特にステージの減速時においては、減速開始時はジャーク一定に近い速度指令で駆動されるため急激な加速度変化を防止することができ、また減速終了近傍ではほぼ減速度一定の速度指令で駆動することができるようになり、ほぼ減速度一定の速度指令値から位置制御系に切り替えることが可能となり、切り替え時の速度指令値の速度および加速度の変化を小さくしてショック発生を抑制することができるようになる。

また請求項２に記載の本発明のステージの位置決め方法によれば、減速時に速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替える減速終了近傍として、ほぼ減速度一定の速度指令値から位置制御系の速度指令値に両者の速度および加速度がほぼ一致する位置偏差で切り替えるようにしたため、この切り替え時の速度指令値の速度および加速度の変化をなくしてショック発生を防止することができる。

さらに請求項３に記載の本発明のステージの位置決め方法によれば、ジャーク一定の速度指令値は時間関数で演算し、上記減速度一定の速度指令値は位置偏差に対する関数で演算するようにしたため、一般的に考えられる位置偏差の２／３乗根の演算を行う必要がないので、マイクロコンピュータまたはＤＳＰで短時間で演算することが可能となり、容易に実現することができる。

さらに請求項４に記載の本発明のステージの位置決め方法によれば、速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値への切り替えは、位置制御偏差ΔＸがａ／Ｋｐ^２に達した位置で行うようにしたため、位置偏差の２／３乗根の演算を行うことなく、切り替え時の速度指令値の速度および加速度の変化をなくしてショック発生を防止することができる。

さらに請求項５に記載の本発明のステージの位置決め装置によれば、ステージの減速時において、減速開始時はジャーク一定に近い速度指令で駆動されるため急激な加速度変化を防止することができ、また減速終了近傍では減速度一定の速度指令で駆動することができるようになり、このほぼ減速終了近傍で位置制御系に切り替えることにより、切替時の速度指令値の速度および加速度の変化を小さくしてショック発生を抑制することができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態によるステージの位置決め方法を採用したステージの位置決め装置のブロック線図である。
速度指令演算器１は、目標位置発生器２と、ステージ加速時の速度指令値を演算出力する加速時速度演算器３と、ステージ一定速度時の速度指令値を出力する一定速時速度演算器４と、ステージ減速開始位置を演算出力する減速開始位置演算器７と、この減速開始位置演算器７からの減速開始位置と位置偏差８とからステージ減速時の速度指令値を演算出力する減速時速度演算器５と、位置偏差８の値に基づき位置制御時の速度指令を演算出力する位置制御速度演算器６と、上述した４個の速度演算器３〜６の出力値のいづれか１個を切替出力する速度指令切替器９と、この速度指令切替器９の切替条件を演算する切替条件演算器１０とから構成されている。

この速度指令演算器１は、その出力であるステージ速度指令値１１を速度制御装置１２に与え、この速度制御装置１２によってステージ１８を駆動している。速度制御装置１２では、加算器１３によりステージ速度指令値１１とモータ速度１４との速度偏差値１５を求め、速度制御部１６により速度偏差値１５に対して比例または比例・積分制御等の演算を行い、図示しない速度アンプを介してモータ１７を駆動している。モータ１７の出力軸に設けたロータリエンコーダ等とカウンタによりモータ速度１４を検出しており、このモータ速度１４を加算器１３にフィードバックしてステージ速度指令値１１との差が加算器１３で計算され、速度偏差値１５を求めている。またモータ１７の出力軸はボールねじ等を介してステージ１８と結合しており、モータ１７の駆動によりステージ１８を駆動するようにしている。ステージ１８にはリニアスケール等の位置検出器が装着されており、この位置検出器によりステージ位置１９が検出されている。このステージ位置１９は速度指令演算器１にフィードバックされ、目標位置発生器２の出力値であるステージ目標位置との差が加算器２０で計算され、位置偏差８を求めている。

上述した速度指令演算器１の加速時速度演算器３は、ステージ１８の加速時、すなわち図９における時刻ｔ０〜ｔ２２間の速度指令Ｖａ、Ｖｂを演算するものである。ここでは、時刻ｔ０〜ｔ２２を、時刻ｔ０〜ｔ２１と時刻ｔ２１〜ｔ２２とに分割し、それぞれの速度指令Ｖａ、Ｖｂを求める演算式について説明する。先ず、時刻ｔ０〜ｔ２１の速度指令Ｖａについて考えると、この区間の加速度ａａは数１で表せる。この数１において、ａ２は予め設定された最大加速度、Ｔｊは加速時間（＝ｔ２２−ｔ０）である。従って、この区間の加速時間はＴｊ／２となる。また、加速時間Ｔｊは定義より数２で求められる。ここで、Ｖ２は時刻ｔ２２における速度、すなわち予め設定された最大速度である。この区間における速度Ｖａは、数１を積分した数３で求められる。

次に、時刻ｔ２１〜ｔ２２までの速度指令Ｖｂについて考えると、この区間は、加速度を最大加速度ａ２から零にする区間であり、この区間における加速度ａｂは数４で表せる。また速度Ｖｂも、加速度ａｂを積分して数５を求めることができる。さらに、この区間の最終速度は数６となり、最高速度Ｖ２に到達していることがわかる。

従って、加速時速度演算器３は、予め設定された最大加速度ａ２および最大速度Ｖ２を用い、数３および数５に基づいて時々刻々とステージ加速時の速度指令Ｖａ、Ｖｂを演算し、速度指令切替器９へ出力する。

また、上述した一定速時速度演算器４は、ステージ１８の一定速度時、すなわち図９における時刻ｔ２２〜ｔ２３の速度指令Ｖｃを演算出力するものであり、加速時速度演算器３で演算した数６の値Ｖ２を保持し、速度指令切替器９へ出力する。

次に、図１に示した減速時速度演算器５について、ブロック線図である図２を用いて説明する。
減速時速度演算器５は、ジャーク一定で減速時の速度指令値を演算するジャーク一定速度演算器２５と、減速度一定で減速時の速度指令値を演算する減速度一定速度演算器２６と、位置偏差８に応じて０から１の間の値を取る比率演算器２７および比率演算器２８と、ジャーク一定速度演算器２５の出力値２９と比率演算器２７の出力値３０とを掛算する乗算器３１と、減速度一定速度演算器２６の出力値３２と比率演算器２８の出力値３３とを掛算する乗算器３４と、乗算器３１の出力である速度指令値Ｖｆと乗算器３４の出力である速度指令値Ｖｇを加算し、減速時速度指令Ｖｈとして速度切替器９に出力する加算器３５と、ジャーク一定速度演算器２５の演算を開始するタイミングを発生する減速開始信号発生器３６とを有して構成している。

ジャーク一定速度演算器２５は、ステージ１８の減速時、すなわち図９における時刻ｔ２３〜ｔ２５の速度指令Ｖｄ、Ｖｅを演算するものである。次に、時刻ｔ２３〜ｔ２５を、時刻ｔ２３〜ｔ２４と時刻ｔ２４〜ｔ２５に分割し、それぞれについての速度指令Ｖｄ、Ｖｅを算出する演算式について説明する。

先ず、時刻ｔ２３〜ｔ２４の速度指令Ｖｄについて考えると、この区間の加速度ａｄは数７で表すことができ、また、この区間の速度Ｖｄは数７を積分して数８として求めることができる。

次に、時刻ｔ２４〜ｔ２５までの速度指令Ｖｅについて考えると、この区間の加速度ａｅは数９で表すことができ、また、この区間の速度Ｖｅは数９を積分して数１０のように求めることができる。さらに、この区間の最終速度は数１１で示すようになり０となる。

従って、ジャーク一定速度演算器２５は、予め設定された最大加速度ａ２および最大速度Ｖ２を用い、数８および数１０に基づいて時々刻々とステージ減速時の速度指令Ｖｄ、Ｖｅを演算し、乗算器３１へと出力する。

次に、減速開始信号発生器３６について説明する。
上述したようにジャーク一定速度演算器２５の演算は、図９における時刻ｔ２３から開始する。そこで、予め設定された最大加速度ａ２と最大速度Ｖ２とから演算開始位置を求める。そのためには、時刻ｔ２３〜ｔ２５の間にステージ１８が進む移動距離Ｘｓを求めれば良く、この移動距離Ｘｓは、速度Ｖｄ，Ｖｅを積分して数１２に示すように求めることができる。

従って、減速開始位置演算器７で、予め設定された最大加速度ａ２と最大速度Ｖ２から数１２の演算を行い、減速開始位置Ｘｓを求める。減速開始位置信号発生器３６では位置偏差８が減速開始位置Ｘｓに達したならば、減速開始信号をジャーク一定速度演算器２５に出力し、これを受けたジャーク一定速度演算器２５では演算を開始する。

次に、減速度一定速度演算器２６について説明する。
ステージ１８を一定の減速度で減速する場合は、減速度をａｌ、位置偏差をΔＸとすると、数１３で演算される速度指令値Ｖｖでステージ１８を駆動すれば良いことが知られている。

速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替えるとき、本実施の形態においては、詳細を後述するように速度制御系の速度指令値はほとんど減速度一定の減速パターンとなっている。ここで、位置制御系の速度指令値へ切り替えるときに、ショックが発生しないように減速度一定の減速パターンの演算方法を考える必要がある。

図３は、速度制御系の速度指令値の演算式として減速度一定の数１３を用いたときの速度指令値特性曲線３７と、位置制御系の速度指令値特性直線３８を示したものである。ここで、位置制御系は比例制御系としており、位置制御系の速度指令値は位置偏差ΔＸに比例ゲインＫｐを掛けた値である。

同図に示すように速度制御系の速度指令値特性曲線３７によりステージ１８が駆動されると、図中矢印Ａのように位置偏差ΔＸが小さくなるにしたがって速度指令値３７も小さくなる。そして、速度制御系と位置制御系の速度指令値が一致した図中Ｂ点で位置制御系の速度指令値に切り替えることにより、速度制御系から位置制御系に切り替えるときの速度変化が無く、ショックを小さくすることができる。

しかし、切り替え時の速度指令値は一致しているが、速度指令値を微分した加速度指令値は一致していない。このため、図中Ｂ点で位置制御系に切り替わって矢印Ｃに沿ってステージ１８が駆動されると、ステージ１８の加速度が大きくなってしまう。そこで、減速度一定速度演算器２６は、速度制御系と位置制御系の速度および加速度指令値が一致したときに、速度制御系と位置制御系を切り替えるようにするとよい。

図４は、速度制御系の速度指令値の演算式として減速度一定の演算式を用いたときの速度指令値特性曲線３７ａと、位置制御系の速度指令値特性直線３８ａを示している。速度制御系の速度指令値特性曲線３７ａは、図３の場合に比べて位置偏差ΔＸ方向にオフセットＸ０を有する特性となっている。このような特性にすることにより、図４の点Ｂ１で、位置制御系の速度指令値特性直線３８ａが速度制御系の速度指令値特性曲線３７ａの接線となるので、速度制御系と位置制御系の速度指令値およびそれを微分した加速度指令値がそれぞれ一致し、速度制御系から位置制御系に切り替わったときのショックを小さくすることができる。

次に、上述した速度制御系から位置制御系への切替位置Ｘ１とオフセット量Ｘ０の算出例について説明する。
速度制御系による速度指令値Ｖｖは数１４で、また位置制御系による速度指令値Ｖｐは数１５でそれぞれ表される。これら数１４および数１５において、ａｌは減速度を、またＫｐは位置比例ゲインを示している。

図４に示した接点Ｂ１では数１４と数１５の速度指令値は等しいから、両式を等しいと置くと共に、式の変形を行って数１６に示す特性方程式を得、その特性方程式の解は数１７となる。

ここで、数１７に示した特性方程式の解をΔＸ１、ΔＸ２とすると、接点Ｂ１はΔＸ１＝ΔＸ２であり、数１８をＸ０について解くことにより、数１９に示すオフセット量Ｘ０を得ることができる。

また、速度制御系から位置制御系への切替位置Ｘ１は、数１７の平方根の値を零と置いたときの位置偏差ΔＸであるから、切替位置Ｘ１は数２０で表すことができる。

このように図２に示した減速度一定速度演算器２６は、数１４の演算式に基づいて数１９を代入し、位置偏差ΔＸに対してステージ減速時の速度指令Ｖｖ＝（２ａ（ΔＸ−ａ／（２*（Ｋｐ）^２）））^１／２を演算し、乗算器３４へ出力する。

次に、比率演算器２７および比率演算器２８についてそれぞれ説明する。
図５は比率演算器２７の入出力特性線３９を示しており、縦軸は出力値３０で、横軸は位置偏差１８の値ΔＸで、また位置偏差Ｘｓは先に述べた減速開始位置である。比率演算器２７の出力値３０は、位置偏差ΔＸが減速開始位置Ｘｓ以上で「１」であり、位置偏差ΔＸが小さくなるにしたがって出力値３０も小さくなり、位置偏差ΔＸが零で出力値３０も「０」となる。そして、この出力値３０が乗算器３１へ出力される。

また、図６は比率演算器２８の入出力特性線４０を示しており、縦軸は出力値３３で、横軸は位置偏差１８の値ΔＸで、位置偏差Ｘｓは先に述べた減速開始位置である。比率演算器２８の入出力特性は、比率演算器２７の入出力特性と反対の特性となっており、位置偏差ΔＸが減速開始位置Ｘｓ以上で「０」であり、位置偏差ΔＸが小さくなるにしたがって出力値３３は大きくなり、位置偏差ΔＸが零で出力値３３は「１」となる。この出力値３３は乗算器３４へ出力される。

図２に示した乗算器３１では、数８と数１０に基づいて時々刻々と演算されたジャーク一定速度指令２９と比率演算器２７の出力値３０の掛算を行った速度指令値Ｖｆを加算器３５へ出力する。また図２に示した乗算器３４では、位置偏差ΔＸと数１４に基づいて演算された減速度一定速度指令３２と比率演算器２８の出力値３３の掛算を行った速度指令値Ｖｇを加算器３５へ出力する。加算器３５では速度指令値Ｖｆと速度指令値Ｖｇを足し算し、減速時速度指令Ｖｈを速度指令切替器９へ出力する。

従って、減速時速度指令Ｖｈは、減速開始時では速度指令値Ｖｆの比率が大きく速度指令値Ｖｇの比率が小さいが、ステージ１８が減速されて位置偏差８の値ΔＸが小さくなるにしたがって、速度指令値Ｖｆの比率が小さく速度指令値Ｖｇの比率が大きくなる。しかも、位置偏差ΔＸが速度制御系の速度指令から位置制御系の速度指令に切り替わる値Ｘ１になるときには、ほとんど減速度一定速度指令値Ｖｖとなっている。

また、比率演算器２７、２８は、図５および図６で説明したように構成したので、ジャーク一定速度指令２９と減速度一定速度指令３２の減速開始タイミングを同時にする必要がある。ジャーク一定速度指令２９の減速開始位置Ｘｓは、数１２で示したように予め設定されたジャーク一定速度時の最大加速度ａ２と最大速度Ｖ２から計算される。減速度一定速度指令２９は数１４により演算され、この数１４におけるオフセット量Ｘ０は、詳述はしないが減速開始位置Ｘｓに比べ非常に小さい値となるので、数１３を用いて減速開始位置Ｘｓについて説明する。

数１３より減速度一定速度時のステージ１８の移動距離は数２１となる。すなわち、減速時の初速度Ｖｖ、減速度２*ａ１で減速を開始した場合、停止するまでの移動距離はＸｎとなる。従って、数１２の減速開始距離Ｘｓと数２１の移動距離Ｘｎが等しくなるように減速度ａ１を設定すれば良い。なお、減速開始時の速度ＶｖはＶ２に一致させる必要がある。したがって、ジャーク一定速度時の最大加速度ａ２が設定された場合、減速度一定速度時の最大加速度ａ１をａ２／２と設定することにより、両者の減速開始位置Ｘｓを一致させることができる。

次に、位置制御速度演算６、速度指令切替器９および切替条件演算器１０についてそれぞれ説明する。
図１に示した位置制御速度演算６は、これまで述べたように位置偏差Δxに位置制御系の比例ゲインＫｐを掛けた速度指令値Ｖｉを速度指令切替器９へ出力する。また図１に示した切替条件演算器１０は、予め設定された最大速度Ｖ２、減速開始位置演算器７で計算された減速開始位置Ｘｓ、速度制御系と位置制御系の切替位置Ｘ１、および位置偏差ΔＸに基づいて、速度切替信号を速度指令切替器９に出力している。つまり、ステージ１８の移動開始時、速度指令切替器９は加速時速度演算器３の出力値３１をステージ速度指令値１１として出力し、ステージ１８の移動が開始したなら加速時速度演算器３の出力値３１を監視し、その出力値３１が最大速度Ｖ２に達したならば、一定速時速度演算器４の出力値３２をステージ速度指令値１１とするように切替信号を速度指令切替器９へ出力する。

切替条件演算器１０は、次に位置偏差８の値ΔＸを監視し、この位置偏差ΔＸが減速開始位置Ｘｓに達したならば、減速時速度演算器５の出力値３３をステージ速度指令値１１とするように切替信号を速度指令切替器９へ出力する。切替条件演算器１０は、次いで、位置偏差８の値ΔＸを監視し、位置偏差ΔＸが速度制御系と位置制御系の切替位置Ｘ１に達したならば、位置制御速度演算器６の出力値３４をステージ速度指令値１１とするように切替信号を速度指令切替器９へ出力し、ステージ１８の移動が完了するまでその状態を保つ。

図６は上述したステージの位置決め方法を用いてシミュレーションを行った結果のステージ速度指令値１１とその微分値である加速度指令値の推移特性線４１，４２を示している。
時刻ｔ０〜ｔ３２はステージ１８の加速時であり、推移特性線４２のに示されるように加速度指令値からジャーク一定で加速されていることが分かる。また時刻３２〜３３の一定速度時の後、時刻ｔ３３〜ｔ３４はステージ１８の減速時であり、矢印Ｄで示すように加速時ほどではないが加速度が徐々に負方向に大きくなっている。このため、ステージ１８の減速が徐々に行われ、ステージ反力により装置を振動させてしまうことを防止することができる。その後、時刻ｔ３４で速度制御系による速度指令値から位置制御系による速度指令値に切り替わっているが、加速度の大きな変動は見られず、ショックなく切り替わっていることが分かる。

以上述べたステージの位置決め方法によれば、ステージの加速時はＳ字パターンつまりジャーク一定の速度指令で駆動し、ステージの減速時においては、減速開始時はＳ字パターンに近い速度指令で駆動し、減速終了近傍では減速度一定の速度指令で駆動し、しかも、ほぼ減速度一定の速度指令値となる減速終了近傍で位置制御系に切り替えることにより、切り替え時の速度指令値の速度および加速度の変化を抑制することができるようになる。

また、ジャーク一定の速度指令値は時間関数で演算し、減速度一定の速度指令値は位置偏差ΔＸに対する関数で演算するようにしているため、マイクロコンピュータ又はＤＳＰで短時間で演算することが可能となり、実現が容易である。つまり、減速時のステージ移動速度がＳ字パターンとなるような位置偏差に対する速度指令値は、位置偏差の２／３乗根の演算を行う必要があったが、ジャーク一定の速度指令値を時間関数で演算することにより、２／３乗根の演算を不要にすることができる。一般に、ステージ位置決め制御系は、マイクロコンピュータやＤＳＰ(デジタルシグナルプロセッサ)を用いて行っており、その位置決め制御系のサンプリング時間は４〜５KHzであり、制御演算時間は１サンプリング当り２００〜２５０μsである。２／３乗根の演算は多大な時間を必要とするのに対し、ジャーク一定の速度指令値を時間関数で演算することにより、その演算を２００〜２５０μsの間に行うことができる。従って、簡単に減速時のステージ移動速度がＳ字パターンとなるような位置偏差に対する速度指令値を演算でき、減速時のステージ移動速度をＳ字パターンとし、かつ速度制御系から位置制御系への切り替え時のショックを小さくするステージの位置制御方法を実現することができる。

このようなステージの位置決め方法によれば、ステージの加速時、その後、一定速度がある場合には一定速度時、さらにその後の減速時にほぼＳ字パターンとなり、ステージ１８をスムーズに駆動することができ、また、速度制御系から位置制御系への切り替え時にショックが発生することがないため、装置の振動を極力小さくすることが必要である半導体製造装置用のステージの位置決め方法として非常に有効である。

また、上述したステージの位置決め方法を採用したステージの位置決め装置では、第一の速度指令値Ｖｆと第二の速度指令値Ｖｇを減速時速度指令Ｖｈとし、この減速時速度指令Ｖｈを、減速開始初期では第一の速度指令値Ｖｆの比率が大きく第二の速度指令値Ｖｇの比率を小さくし、ステージが減速されて位置偏差ΔＸが小さくなるにしたがって第一の速度指令値Ｖｆの比率が小さく第二の速度指令値Ｖｇの比率が大きくなるようにして速度指令切替器９へ出力するように減速時速度演算器５を構成し、減速終期に減速度一定の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替えるように速度指令切替器９へ出力する切替条件演算器１０を設けたため、減速時にはほぼＳ字パターンとなってステージ１８をスムーズに駆動することができ、また、速度制御系から位置制御系への切り替え時には減速終期として例えば減速度一定の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替えることによって、ショックの発生を防止して装置の振動を極力小さくすることができる。

本発明によるステージの位置決め方法およびそれを用いたステージの位置決め装置は、図示のステージの位置決め装置に限らず採用することができる。

本発明一実施の形態によるステージの位置決め方法を採用したステージの位置決め装置のブロック線図である。 図１に示したステージの位置決め装置における減速時速度演算器を示すブロック線図である。 切り替え時の速度制御系の速度指令値と位置制御系の速度指令値を示した特性図である。 切り替え時の速度制御系の速度指令値と位置制御系の速度指令値を示した他の特性図である。 図２に示した減速時速度演算器における比率演算器の入出力特性図である。 図２に示した減速時速度演算器における他の比率演算器の入出力特性図である。 図１に示したステージの位置決め装置を用いたシミュレーション結果を示すステージ速度指令値と加速度指令値の特性図である。 従来のステージの位置決め方法による速度および加速度の特性図である。 Ｓ字パターンによる速度、加速度およびジャークの特性図である。

符号の説明

１ 速度指令演算器
３ 加速時速度演算器
４ 一定速時速度演算器
５ 減速時速度演算器
６ 位置制御速度演算器
９ 速度指令切替器
１１ ステージ速度指令値
１２ 速度制御装置
１８ ステージ
２５ ジャーク一定速度演算器
２６ 減速度一定速度演算器
２７、２８ 比率演算器
３５ 加算器

Claims (5)

1. 速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替えてステージの位置制御を行うステージの位置決め方法において、ステージの減速時はジャーク一定の速度指令値と減速度一定の速度指令値を演算し、減速開始初期はジャーク一定の速度指令値の比率を大きくし、位置偏差が小さくなるにつれて減速度一定の速度指令値の比率を大きくした速度指令値の加算値でステージを駆動し、減速終期に位置制御系の速度指令値に切り替えるようにしたことを特徴とするステージの位置決め方法。
2. 請求項１に記載のものにおいて、上記減速終期の切り替えは、上記減速度一定の速度指令値から上記位置制御系の速度指令値に、両者の速度および加速度がほぼ一致する位置偏差で行うようにしたとを特徴とするステージの位置決め方法。
3. 請求項１に記載のものにおいて、上記ジャーク一定の速度指令値は時間関数で演算し、上記減速度一定の速度指令値は位置偏差に対する関数で演算するようにしたことを特徴とするステージの位置決め方法。
4. 請求項３に記載のものにおいて、位置制御偏差をΔＸ、減速度をａ、位置制御系の比例ゲインをＫｐとしたとき、上記減速度一定の速度指令値Ｖｖは、Ｖｖ＝（２ａ（ΔＸ−ａ／（２*（Ｋｐ）^２）））^１／２で演算し、上記速度制御系の速度指令値から上記位置制御系の速度指令値への切り替えは、位置制御偏差ΔＸがａ／Ｋｐ^２に達した位置で行うようにしたことを特徴とするステージの位置決め方法。
5. ジャーク一定の速度指令値を出力してステージを駆動する加速時速度演算器と、減速時の速度指令値を出力して上記ステージを駆動する減速時速度演算器と、上記加速時速度演算器および上記減速時速度演算器による速度指令値を切り替える速度指令切替器とを備え、減速時に速度制御系の速度指令値から位置制御系の速度指令値に切り替えてステージの位置制御を行うステージの位置決め装置において、上記減速時速度演算器は、第一の速度指令値と第二の速度指令値を減速時速度指令とし、この減速時速度指令を、減速開始初期では第一の速度指令値の比率が大きく第二の速度指令値の比率を小さくし、ステージが減速されて位置偏差が小さくなるにしたがって第一の速度指令値の比率が小さく第二の速度指令値の比率が大きくなるようにして上記速度指令切替器へ出力するように構成し、減速終期に位置制御系の速度指令値に切り替えるように上記速度指令切替器へ出力する切替条件演算器を設けたことを特徴とするステージの位置決め装置。

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