JP2013156884A - Stage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、精密測定装置や半導体製造装置に用いられ、高精度位置決めを行なうステージ装置に関するものである。 The present invention relates to a stage device that is used in precision measuring devices and semiconductor manufacturing devices and performs high-precision positioning.
近年、精密測定装置や半導体製造装置に用いられるステージ装置には、LSIパタンの微細化に伴い、数nm程度の位置決め精度が要求されている。さらに、ウェハの大口径化に伴い、300mm以上のストロークが要求されている。しかも、測定や加工を行なっている間、停止位置からの位置変動が数nm以下であることが要求されている。 2. Description of the Related Art In recent years, a stage apparatus used in a precision measuring apparatus or a semiconductor manufacturing apparatus is required to have a positioning accuracy of about several nanometers with the miniaturization of an LSI pattern. Furthermore, a stroke of 300 mm or more is required with an increase in wafer diameter. Moreover, the position variation from the stop position is required to be several nm or less during measurement and processing.
このように高精度位置決めを行なうステージ装置として、例えば特許文献1には、リニアモータによって第1のストローク範囲(1m程度)を移動可能な粗動ステージと、この粗動ステージと同方向に移動可能であって第1のストローク範囲に比べて非常に小さい第2のストローク範囲(数μm程度)を移動可能な微動ステージと、粗動ステージを目標位置に粗動位置決めするための第1のフィードバック制御系と、微動ステージを微動位置決めするための第2のフィードバック制御系とを備えた構成が開示されている。
As a stage device that performs high-precision positioning in this way, for example,
ところで、微動ステージを微動位置決めした後、外部からの影響等により、ステージ位置が変動することがある。例えば、温度変動によってステージ装置の各部材に熱膨張が生じると、ステージ位置がゆっくりと大きく変動することがある。また、外部における人の動きなどの大きな外乱振動がステージ装置に加わると、ステージ位置が速く大きく変動することがある。また、この他に、例えば真空ポンプなどの周辺機器による振動周期が短い微小振動(外乱ノイズ)がステージ装置に加わり、ステージ位置が微小振動することがある。 By the way, after the fine movement stage is finely positioned, the stage position may fluctuate due to an external influence or the like. For example, if thermal expansion occurs in each member of the stage apparatus due to temperature fluctuation, the stage position may fluctuate slowly and greatly. Further, when a large disturbance vibration such as an external movement of a person is applied to the stage apparatus, the stage position may fluctuate quickly and greatly. In addition to this, for example, a minute vibration (disturbance noise) having a short vibration cycle by a peripheral device such as a vacuum pump may be applied to the stage device, and the stage position may be slightly vibrated.
これに対し、上述した特許文献1のステージ装置においては、第2のフィードバック制御系にて、微動ステージの目標位置からのずれ量を測定し、ずれ量に応じて微動ステージを自動追随させている。
On the other hand, in the stage device of
しかしながら、このように自動追随させた場合には、微動ステージが制御指令を受けてから実際に動作するまでに時間がかかるために、外乱ノイズが微動ステージに加わると、この外乱ノイズに微動ステージが追随できず、微動ステージは目標位置から位置ずれしやすい。特に、外乱ノイズと微動ステージの固有振動が一致する場合には、制御動作によって、かえってステージを振動させてしまい、さらにはステージを共振させてしまう。 However, in the case of such automatic tracking, since it takes time until the fine movement stage actually operates after receiving the control command, when the disturbance noise is added to the fine movement stage, the fine movement stage is added to the disturbance noise. The fine movement stage cannot easily follow and is easily displaced from the target position. In particular, when the disturbance noise and the natural vibration of the fine movement stage coincide with each other, the control operation causes the stage to vibrate, and further causes the stage to resonate.
したがって、微動位置決めした後に、微動ステージを安定して目標位置に保持することが可能なステージ装置が求められている。 Therefore, there is a need for a stage apparatus that can stably hold the fine movement stage at the target position after fine movement positioning.
本発明は、微動位置決めしたステージの目標位置に対する保持の安定性を高める要求に応えるステージ装置を提供するものである。 The present invention provides a stage apparatus that meets the demand to increase the stability of the finely positioned stage with respect to the target position.
本発明の一形態に係るステージ装置は、ステージと、粗動ストローク範囲で前記ステージを移動させる粗動駆動部と、前記粗動ストローク範囲よりも小さい微動ストローク範囲で前記粗動駆動部と同じ方向に前記ステージを移動させる微動駆動部と、前記ステージの現在位置を検出する位置検出部と、目標位置と第1閾値と該第1閾値よりも小さい第2閾値および第3閾値とが設定されるとともに、前記位置検出部の位置信号が入力され、前記現在位置と前記目標位置との差分である位置偏差を算出し、前記位置偏差の絶対値と前記第1ないし第3閾値との大小関係を判定し、前記粗動駆動部および前記微動駆動部に駆動信号を出力することによって、前記粗動駆動部および前記微動駆動部の駆動を制御する駆動制御部とを備え、該駆動制御部は、前記位置偏差の絶対値が前記第1閾値よりも小さくなるまで、前記粗動駆動部によって前記ステージを前記目標位置に向かって移動させることで、前記ステージを前記目標位置に位置決めする粗動位置決め制御と、該粗動位置決め制御の後、前記位置偏差の絶対値が前記第2閾値よりも小さくなるまで、前記微動駆動部によって前記ステージを前記目標位置に向かって移動させることで、前記ステージを前記目標位置に位置決めする微動位置決め制御と、該微動位置決め制御の後、前記位置偏差の絶対値が前記第3閾値よりも大きくなった場合に、前記微動駆動部によって前記ステージを前記目標位置に向かって移動させることで、前記ステージを前記目標位置に保持する保持制御とを行なう。 A stage apparatus according to an aspect of the present invention includes a stage, a coarse motion drive unit that moves the stage within a coarse motion stroke range, and the same direction as the coarse motion drive unit in a fine motion stroke range that is smaller than the coarse motion stroke range. A fine movement drive unit that moves the stage, a position detection unit that detects the current position of the stage, a target position, a first threshold value, and a second threshold value and a third threshold value that are smaller than the first threshold value. In addition, a position signal of the position detection unit is input, a position deviation that is a difference between the current position and the target position is calculated, and a magnitude relationship between the absolute value of the position deviation and the first to third threshold values is calculated. A drive control unit that controls the driving of the coarse motion drive unit and the fine motion drive unit by determining and outputting a drive signal to the coarse motion drive unit and the fine motion drive unit, the drive control The coarse motion for positioning the stage at the target position by moving the stage toward the target position by the coarse motion drive unit until the absolute value of the position deviation becomes smaller than the first threshold value. After the positioning control and the coarse movement positioning control, the stage is moved toward the target position by the fine movement driving unit until the absolute value of the position deviation becomes smaller than the second threshold value. Fine movement positioning control to position the stage at the target position, and after the fine movement positioning control, when the absolute value of the position deviation becomes larger than the third threshold value, the fine movement driving unit moves the stage to the target position. By moving the stage toward the target, holding control for holding the stage at the target position is performed.
本発明の一形態に係るステージ装置によれば、駆動制御部が、微動位置決め制御の後、位置偏差が第3閾値よりも大きくなった場合に、微動駆動部によってステージを目標位置に向かって移動させる保持制御を行なうため、微小振動(外乱ノイズ)に対するステージの移動を抑制して、ステージの位置ずれを低減しつつ、ステージ位置の大きな変動に対してステージを目標位置に向かって移動させることによって、ステージを安定して目標位置に保持することができる。 According to the stage device of one aspect of the present invention, the drive control unit moves the stage toward the target position by the fine movement drive unit when the position deviation becomes larger than the third threshold after the fine movement positioning control. In order to perform holding control, the stage is moved toward the target position with respect to large fluctuations in the stage position while suppressing the movement of the stage against minute vibrations (disturbance noise) and reducing the position displacement of the stage. The stage can be stably held at the target position.
以下に、本発明の一実施形態に係るステージ装置を、図1を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, a stage apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図1に示したステージ装置1は、精密測定装置や半導体製造装置において、検査または加工の対象であるウェハなどの被処理基板2を所定の場所に位置決めするものである。このステージ装置1は、平板状のベース3と、このベース3上に設けられたリニアガイド等の一対のガイド部材4と、このガイド部材4によって一方向へ直線的に案内されるステー
ジ5と、このステージ5を粗動ストローク範囲で一方向に移動させる粗動駆動部6と、粗動ストローク範囲よりも小さい微動ストローク範囲で粗動駆動部6と同じ方向にステージ5を移動させる微動駆動部7と、ステージ5の現在位置を検出する位置検出部8と、粗動駆動部6および微動駆動部7の駆動を制御する駆動制御部9とを有している。
A
ステージ5は、ガイド部材4上に設けられた粗動ステージ10と、この粗動ステージ10上に固定された微動ステージ11との複合体である。
The
粗動ステージ10は、ガイド部材4と平行に固定された被駆動部材12を上面に有しており、この被駆動部材12に粗動駆動部6から駆動力が印加されることによって、微動ステージ11とともにガイド部材4に案内される。これにより、粗動ステージ10は、粗動ストローク範囲を一方向へ直線的に移動する。
The
微動ステージ11は、4隅に固定されたヒンジ13を有しており、この微動ステージ11のガイド部材4と垂直な側面に微動駆動部7から駆動力が印加されることによって、ヒンジ13が変形する。これにより、微動ステージ11は、微動ストローク範囲を一方向へ直線的に移動する。また、微動ステージ11上には、被処理基板2が載置される。
The fine movement stage 11 has
このように、本実施形態のステージ5は、粗動ステージ10および微動ステージ11の双方を位置決めすることによって、位置決めされる。なお、ステージ5は、粗動ステージ10と微動ステージ11との複合体ではなく、粗動駆動部6および微動駆動部7の双方から駆動力が印加される単一のステージのみで構成されても構わない。
Thus, the
粗動駆動部6は、圧電素子を含む超音波モータを駆動源として有している。超音波モータは、圧電素子の先端部が被駆動部材12に当接している。そして、この圧電素子に電圧が印加されると、その電歪効果で圧電素子の先端部が楕円軌道を描き、この先端部と被駆動部材12との間に摩擦力が生じることによって、粗動ステージ10を移動させる。この粗動駆動部6によって粗動ステージ10を移動させるため、粗動ステージ10の移動するストローク(粗動ストローク範囲)は300mm程度と大きな距離になるが、粗動ステージ10の位置決め(粗動位置決め)は数μm程度の精度であり、数nm程度の精度で位置決めを行なうことは困難である。なお、粗動駆動部6の駆動源としては、超音波モータの他に、サーボモータまたはリニアモータを用いても構わない。
The coarse drive unit 6 has an ultrasonic motor including a piezoelectric element as a drive source. In the ultrasonic motor, the tip of the piezoelectric element is in contact with the driven
微動駆動部7は、ピエゾアクチュエータを駆動源として有している。ピエゾアクチュエータは、その先端部が微動ステージ11の側面に接続しており、先端部の変位量と微動ステージ11の変位量が一致するように設計されている。そして、ピエゾアクチュエータに電圧が印加されると、その先端部が直線的に変位することによって、微動ステージ11を移動させる。この微動駆動部7によって微動ステージ11を移動させるため、微動ステージ11の移動するストローク(微動ストローク範囲)は10μm程度といった微小な距離となるが、微動ステージ11の位置決め(微動位置決め)は数nm程度の精度で高速に行なうことができる。
The fine
位置検出部8は、ガイド部材4に対して直交するように微動ステージ11上に固定された位置検出用ミラー14と、レーザ干渉計15と、レーザ光源(不図示)とを含んでいる。
The position detection unit 8 includes a
駆動制御部9は、上位指令装置16からの駆動命令に基づき、粗動駆動部6に駆動信号を出力して、粗動ステージ10を移動させるための粗動フィードバック制御系17と、微動駆動部7に駆動信号を出力して、微動ステージ11を移動させるための微動フィードバック制御系18とを備えている。
The drive control unit 9 outputs a drive signal to the coarse motion drive unit 6 based on a drive command from the
粗動フィードバック制御系17は、粗動ステージ10を目標位置に粗動位置決めするための粗動フィードバック制御(粗動位置決め制御)を行なうものである。この粗動フィードバック制御系17は、各種の演算処理を行なう制御演算部19と、レーザ干渉計15からの位置信号を実際の位置情報に変換するためのエンコーダカウンタ20と、粗動フィードバック制御プログラムを格納する不揮発記憶装置21と、制御演算部19の演算結果に基づき粗動駆動部6への駆動信号を出力する粗動用D/A変換器22とから構成されている。この粗動フィードバック制御系17は、粗動用D/A変換器22から所定の駆動信号(交流電圧)を粗動駆動部6に印加し、粗動駆動部6の先端部を楕円運動させることによって、粗動ステージ10を駆動させる。
The coarse motion
微動フィードバック制御系18は、微動ステージ11を目標位置に微動位置決めするための第1微動フィードバック制御(微動位置決め制御)と、微動ステージ11を目標位置に保持するための第2微動フィードバック制御(保持制御)とを行なうものである。この微動フィードバック制御系18は、各種の演算処理を行なうCPUなどの制御演算部19と、レーザ干渉計15からの位置信号を実際の位置情報に変換するためのエンコーダカウンタ20と、第1および第2微動フィードバック制御プログラムを格納するメモリなどの不揮発性記憶装置21と、制御演算部19の演算結果に基づき微動駆動部7への駆動信号を出力する微動用D/A変換器23とから構成されている。この微動フィードバック制御系18は、微動用D/A変換器23からの所定の駆動信号(直流電圧)を微動駆動部7に印加し、微動駆動部7の先端部を直線的に変位させることによって、微動ステージ11を駆動させる。
The fine movement
なお、制御演算部19における演算処理としては、エンコーダカウンタ20から入力される現在位置と目標位置との位置の差分を位置偏差として算出する処理、各種数値を不揮発性記憶装置21から読み書きする処理、各種数値の大小関係の判定する処理、駆動信号の電圧を算出する処理、算出した電圧をD/A変換器に出力する処理などがある。
The calculation processing in the
次に、上位指令装置16からの命令に基づくステージ装置1の駆動方法を説明する。このステージ装置1の駆動方法においては、図2に示すように、まず、粗動フィードバック制御をON(実行)にして、ステージ5を目標位置に粗動位置決めした後、粗動フィードバック制御をOFF(停止)にする。次に、第1微動フィードバック制御をONにして、ステージ5を目標位置に微動位置決めした後、第1微動フィードバック制御をOFFにする。次に、第2微動フィードバック制御をONにして、ステージ5を目標位置に保持する。なお、ステージ5を微動位置決めした後の定常状態では、粗動フィードバック制御および第1微動フィードバック制御はOFFであり、第2微動フィードバック制御のみONとなっており、ステージ5を目標位置に保持している。
Next, a driving method of the
以下、図2に示すフローチャートに従って、ステージ1の駆動方法における制御演算部19の演算処理内容を詳細に説明する。
Hereinafter, according to the flowchart shown in FIG. 2, the calculation processing contents of the
上位指令装置16から目標位置と起動命令が入力された後、まずS100において、目標位置P1と微動位置決めの許容偏差(第2閾値)P2とを制御演算部19のレジスタ上に保存する。この微動位置決めの許容偏差は、微動位置決めをする際に位置偏差として許容する値であって、微動位置決めの精度を規定するものであり、2nm以上80nm以下に設定することが望ましく、例えば5nmに設定される。また、図示しないが、粗動位置決めの許容偏差(第1閾値)も制御演算部19のレジスタ上に保存しておく。この粗動位置決めの許容偏差は、予め計測しておいた微動駆動部7の最大変位量の絶対値の半分以下に設定することが望ましく、100nm以上5000nm以下に設定することが望ましく、例えば1μmに設定される。そして、S101に移行する。
After the target position and the start command are input from the
S101において、粗動フィードバック制御をONにする。そして、S102に移行する。 In S101, coarse motion feedback control is turned ON. Then, the process proceeds to S102.
S102において、粗動フィードバック制御を用いて、粗動ステージ10を目標位置まで移動させて、粗動位置決めを行なう。この粗動位置決めは、位置偏差の絶対値が、粗動位置決めの許容偏差(第1閾値)よりも小さくなった時点、すなわち微動駆動部7の可動範囲内となった時点で、S103に移行する。
In S102, coarse movement positioning is performed by moving the
S103において、粗動フィードバック制御をOFFにする。そして、S104に移行する。 In S103, coarse motion feedback control is turned off. Then, the process proceeds to S104.
S104において、第1微動フィードバック制御をONにする。そして、S105に移行する。 In S104, the first fine feedback control is turned on. Then, the process proceeds to S105.
S105において、エンコーダカウンタ20の出力値を読み取り、微動ステージ11の現在位置P3を制御演算部19のレジスタ上に記録する。そして、S106に移行する。
In S105, the output value of the
S106において、以下の式により位置偏差の絶対値P4を計算する。 In S106, the absolute value P4 of the position deviation is calculated by the following formula.
P4=(P1−P3)の絶対値
そして、S107に移行する。
P4 = absolute value of (P1-P3) Then, the process proceeds to S107.
S107において、S106で算出した位置偏差の絶対値P4と微動許容偏差P2とを比較して大小関係を判定し、位置偏差の絶対値P4が微動許容偏差P2よりも小さい場合は、S108へ移行する。そうでなければ、S105に移行し、位置偏差の絶対値P4が微動許容偏差P2よりも小さくなるまで、S105からS107までの第1ループを繰り返す。この第1ループは、制御演算部19のサーボ周期ごとに実行され、例えば0.4ミリ秒に1回の頻度で実行される。
In S107, the absolute value P4 of the position deviation calculated in S106 and the fine movement allowable deviation P2 are compared to determine the magnitude relationship. If the absolute value P4 of the position deviation is smaller than the fine movement allowable deviation P2, the process proceeds to S108. . Otherwise, the process proceeds to S105, and the first loop from S105 to S107 is repeated until the absolute value P4 of the position deviation becomes smaller than the fine movement allowable deviation P2. This first loop is executed every servo cycle of the
S108において、第1微動フィードバック制御をOFFとする。そして、S109に移行する。 In S108, the first fine feedback control is turned off. Then, the process proceeds to S109.
S109において、第2微動フィードバック制御をONとし、定常状態とする。 In S109, the second fine feedback control is turned on to be in a steady state.
以上のようにステージ装置1を駆動することによって、粗動フィードバック制御によってステージ5を目標位置に高速で粗動位置決めした後、後述する第1微動フィードバック制御によって目標位置に高速且つ高精度で微動位置決めし、さらに、後述する第2微動フィードバック制御により、微動ステージ11を目標位置に安定的に微動保持することができる。
By driving the
次に、図3に示すフローチャートに従って、上述したS104の第1微動フィードバック制御を詳細に説明する。 Next, the first fine feedback control in S104 described above will be described in detail according to the flowchart shown in FIG.
まず、S200において、ゲイン切り替え閾値(第5閾値)T1、第1ゲインG1および第2ゲインG2を不揮発性記憶装置21から制御演算部19のレジスタ上に読み出す。
First, in S200, the gain switching threshold value (fifth threshold value) T1, the first gain G1, and the second gain G2 are read from the
ゲイン切り替え閾値T1は、微動ステージ11を高速で移動させる範囲と高精度で移動させる範囲の切り替えを行なうためのものであり、許容偏差P2よりも大きい。このゲイン切り替え閾値T1は、3nm以上100nm以下に設定することが望ましく、例えば1
5nmに設定される。また、第1ゲインG1は、微動ステージ11を高速で移動させるためのものであり、第2ゲインG2よりも大きい。この第1ゲインG1は、例えば0.1に設定される。また、第2ゲインG2は、微動ステージを高精度で移動させるためのものである。この第2ゲインG2は、例えば0.05に設定される。そして、S201に移行する。
The gain switching threshold T1 is used for switching between a range in which the fine movement stage 11 is moved at high speed and a range in which the fine movement stage 11 is moved with high accuracy, and is larger than the allowable deviation P2. The gain switching threshold T1 is preferably set to 3 nm or more and 100 nm or less.
Set to 5 nm. The first gain G1 is for moving the fine movement stage 11 at a high speed, and is larger than the second gain G2. The first gain G1 is set to 0.1, for example. The second gain G2 is for moving the fine movement stage with high accuracy. The second gain G2 is set to 0.05, for example. Then, the process proceeds to S201.
S201において、不揮発性記憶装置21から第1ゲインG1も読み出して、演算制御部19で用いるゲインGの初期値としてレジスタ上に設定する。そして、S201に移行する。
In S <b> 201, the first gain G <b> 1 is also read from the
なお、ゲインGは、後述するS207において、目標位置P1と現在位置P10との位置偏差(P1−P10)に応じて、駆動信号の印加電圧を変動させ、その結果、微動用D/A変換器23から出力される駆動信号の印加電圧を変化させて、微動駆動部7の移動量を制御するためのものである。したがって、ゲインGが第1ゲインG1である場合には、ゲインGが第2ゲインG2よりも大きくなるため、位置偏差(P1−P10)に対する微動駆動部7に対する駆動信号の印加電圧の変動幅が大きくなり、微動ステージ11をより大きく移動させることができる。
The gain G varies the applied voltage of the drive signal in accordance with the position deviation (P1-P10) between the target position P1 and the current position P10 in S207, which will be described later, and as a result, the fine-movement D / A converter This is to change the applied voltage of the drive signal output from 23 to control the movement amount of fine
S202において、エンコーダカウンタ20の出力値を読み取り、微動ステージ11の現在位置P10を制御演算部19のレジスタ上に記録する。そして、S203に移行する。
In S202, the output value of the
S203において、以下の式により位置偏差の絶対値P11を計算する。 In S203, the absolute value P11 of the position deviation is calculated by the following formula.
P11=(P1−P10)の絶対値
そして、S204に移行する。
P11 = absolute value of (P1-P10) Then, the process proceeds to S204.
S204において、ゲインGと第1ゲインG1とを比較して大小関係を判定し、ゲインGが第1ゲインG1と等しい場合には、S205へ移行する。そうでなければS207へ移行する。 In S204, the gain G and the first gain G1 are compared to determine the magnitude relationship. If the gain G is equal to the first gain G1, the process proceeds to S205. Otherwise, the process proceeds to S207.
S205において、位置偏差の絶対値P11とゲイン切り替え閾値T1とを比較して大小関係を判定し、位置偏差の絶対値P11がゲイン切り替え閾値T1よりも小さい場合には、S206へ移行する。そうでなければS207へ移行する。 In S205, the absolute value P11 of the position deviation is compared with the gain switching threshold T1 to determine the magnitude relationship. If the absolute value P11 of the position deviation is smaller than the gain switching threshold T1, the process proceeds to S206. Otherwise, the process proceeds to S207.
S206において、不揮発性記憶装置21から第2ゲインG2を読み出して、ゲインGとして設定する。そして、S207へ移行する。
In S206, the second gain G2 is read from the
S207において、不揮発性記憶装置21から制御演算部19のレジスタ上に現在印加電圧V1を読み出す。そして、S208に移行する。
In S207, the current applied voltage V1 is read from the
S208において、以下の式によって、位置偏差(P1−P10)とゲインGとの積を印加電圧の変化量として、現在印加電圧V1に加えて、新たな印加電圧Vを算出する。 In S208, a new applied voltage V is calculated by adding the product of the position deviation (P1-P10) and the gain G as a change amount of the applied voltage in addition to the current applied voltage V1 by the following equation.
V=V1+(P1−P10)×G
そして、S209に移行する。
V = V1 + (P1-P10) × G
Then, the process proceeds to S209.
S209において、新たな印加電圧Vを現在印加電圧V1として設定し、この現在印加電圧V1を不揮発性記憶装置21に保存する。そして、S210に移行する。
In S209, the new applied voltage V is set as the current applied voltage V1, and the current applied voltage V1 is stored in the
S210において、S208で設定した新たな印加電圧Vの情報を微動用D/A変換器23に出力して、微動駆動部7に対する駆動信号の印加電圧を変化させることにより、微動ステージ11を目標位置に向かって移動させる。そして、S202に移行し、S202からS210までの第2ループを繰り返す。この第2ループは、上述した第1ループが終了してS107からS108へ移行するまで、繰り返す。この第2ループは、制御演算部19のサーボ周期ごとに実行され、例えば0.4ミリ秒に1回の頻度で実行される。
In S210, the information on the new applied voltage V set in S208 is output to the fine movement D /
上述した如く、第2ループを繰り返す第1微動フィードバック制御を用いて、微動ステージ11を目標位置に移動させることによって、微動ステージ11を高速且つ高精度に微動位置決めすることができる。 As described above, the fine movement stage 11 can be finely positioned at high speed and with high accuracy by moving the fine movement stage 11 to the target position using the first fine movement feedback control that repeats the second loop.
特に、第1微動フィードバック制御においては、微動ステージ11を高速に移動させるための第1ゲインG1と高精度に移動させるための第2ゲインG2との2つのゲインを設定している。S204からS206において、位置偏差の絶対値P11がゲイン切り替え閾値(第5閾値)T1よりも小さくなった場合に、ゲインGを、値の大きい第1ゲインG1から値の小さい第2ゲインG2に切り替えて使用している。すなわち、位置偏差が所望の距離よりも近くなった場合には、ゲインGを小さな第2ゲインG2に設定して、微動ステージ11に対する微小振動(以下、外乱ノイズという)に起因した位置偏差(P1−P10)の誤差の増幅を抑え、微動ステージ11の微動位置決め精度を高めることができる。このため、微動ステージ11を高速且つ高精度で移動させて、微動位置決めすることができる。 In particular, in the first fine feedback control, two gains, a first gain G1 for moving the fine movement stage 11 at high speed and a second gain G2 for moving with high accuracy, are set. In S204 to S206, when the absolute value P11 of the position deviation becomes smaller than the gain switching threshold (fifth threshold) T1, the gain G is switched from the first gain G1 having a larger value to the second gain G2 having a smaller value. Are used. That is, when the position deviation is closer than the desired distance, the gain G is set to a small second gain G2, and the position deviation (P1) due to minute vibration (hereinafter referred to as disturbance noise) with respect to the fine movement stage 11 is set. -P10) error amplification can be suppressed, and the fine movement positioning accuracy of the fine movement stage 11 can be increased. For this reason, the fine movement stage 11 can be moved at high speed and with high accuracy to perform fine movement positioning.
また、S204からS206にかけては、上述した動作を行なうため、一度ゲインGをゲインG1からゲインG2に切り替えると、ゲインGはゲインG1には戻らない。それ故、目標位置近傍で突発的な大きな外乱振動が発生したとしても、微動ステージ11を振動させることなく安定した位置決め動作を行なうことができる。 Further, since the above-described operation is performed from S204 to S206, once the gain G is switched from the gain G1 to the gain G2, the gain G does not return to the gain G1. Therefore, even if a sudden large disturbance vibration occurs near the target position, a stable positioning operation can be performed without vibrating the fine movement stage 11.
次に、図4に示すフローチャートに従って、上述したS109の第2微動フィードバック制御を詳細に説明する。 Next, the second fine feedback control in S109 described above will be described in detail according to the flowchart shown in FIG.
まず、S300において、固定計算変動閾値T2、ゲイン計算変動閾値T3、電圧変動値V2および第3ゲインG3を不揮発性記憶装置21から制御演算部19のレジスタ上に読み出す。そして、S301に移行する。
First, in S300, the fixed calculation fluctuation threshold value T2, the gain calculation fluctuation threshold value T3, the voltage fluctuation value V2, and the third gain G3 are read from the
ここで、固定計算変動閾値T2は、第2微動フィードバック制御における外乱ノイズの影響を除くためのものである。この固定計算変動閾値T2は、外乱ノイズの振幅よりも大きな値に設定することが望ましく、2nm以上10nm以下に設定することが望ましく、例えば2nmに設定される。また、ゲイン計算変動閾値T3は、大きな外乱振動による微動ステージ11の急激な変動を低減しつつ、外乱振動に追随するためのものである。このゲイン計算変動閾値T3は、固定計算変動閾値T2よりも大きな値に設定することが望ましく、4nm以上20nm以下に設定することが望ましく、例えば4nmに設定される。また、固定計算変動閾値T2は、微動ステージの位置変動を許容偏差P2よりも小さい範囲とするため、許容偏差P2よりも小さいことが望ましい。 Here, the fixed calculation fluctuation threshold T2 is for excluding the influence of disturbance noise in the second fine movement feedback control. This fixed calculation fluctuation threshold T2 is preferably set to a value larger than the amplitude of the disturbance noise, and is preferably set to 2 nm or more and 10 nm or less, for example, 2 nm. The gain calculation fluctuation threshold T3 is used to follow disturbance vibration while reducing rapid fluctuation of the fine movement stage 11 due to large disturbance vibration. The gain calculation fluctuation threshold T3 is preferably set to a value larger than the fixed calculation fluctuation threshold T2, and is preferably set to 4 nm or more and 20 nm or less, for example, 4 nm. The fixed calculation fluctuation threshold T2 is preferably smaller than the allowable deviation P2 in order to make the position fluctuation of the fine movement stage smaller than the allowable deviation P2.
また、電圧変動値V2は、微動ステージ11の単位時間当たりの移動量を一定にすることによって、外乱ノイズの影響を低減して、微動ステージ11の発振を抑制しつつ、微動ステージ11を目標位置に向かって移動させるものである。この電圧変動値V2は、0.1mV以上10mVに設定されることが望ましく、例えば0.3mVに設定される。 Further, the voltage fluctuation value V2 makes the fine movement stage 11 a target position while reducing the influence of disturbance noise by suppressing the movement of the fine movement stage 11 by making the movement amount per unit time of the fine movement stage 11 constant. It is to move toward. The voltage fluctuation value V2 is preferably set to 0.1 mV or more and 10 mV, and is set to 0.3 mV, for example.
また、第3ゲインG3は、大きな外乱振動に対して、位置偏差に応じて微動ステージ1
1の単位時間当たりの移動量を大きくするものである。この第3ゲインG3は、0.01以上1.0以下に設定されることが望ましく、例えば0.08に設定される。
The third gain G3 is a
The amount of movement per unit time is increased. The third gain G3 is preferably set to 0.01 or more and 1.0 or less, for example, 0.08.
S301において、エンコーダカウンタ20の出力値を読み取り、この出力値を移動平均した値を微動ステージ11の現在位置P20として、制御演算部19のレジスタ上に記録する。そして、S302に移行する。
In S301, the output value of the
S302において、以下の式により位置偏差P21を計算する。 In S302, the position deviation P21 is calculated by the following equation.
P21=P1−P20
そして、S303に移行する。
P21 = P1-P20
Then, the process proceeds to S303.
S303において、不揮発性記憶装置21から現在印加電圧V1を読み出し、制御演算部19のレジスタ上に記録する。
In step S <b> 303, the current applied voltage V <b> 1 is read from the
S304において、位置偏差P21の絶対値と固定計算変動閾値T2とを比較して大小関係を判定し、位置偏差P21の絶対値が固定計算変動閾値T2よりも大きい場合には、S305へ移行する。そうでなければS307へ移行する。 In S304, the absolute value of the position deviation P21 is compared with the fixed calculation fluctuation threshold value T2, and the magnitude relationship is determined. If the absolute value of the position deviation P21 is larger than the fixed calculation fluctuation threshold value T2, the process proceeds to S305. Otherwise, the process proceeds to S307.
S305において、位置偏差P21と0とを比較して大小関係を判定し、位置偏差P21が0よりも小さい場合には、S306(a)へ移行する。そうでなければS306(b)へ移行する。 In S305, the positional deviation P21 is compared with 0 to determine the magnitude relationship. If the positional deviation P21 is smaller than 0, the process proceeds to S306 (a). Otherwise, the process proceeds to S306 (b).
S306(a)において、以下の式によって、S305における現在印加電圧V1に電圧変動値V2を加えたものを、新たな現在印加電圧V1とする。 In S306 (a), a value obtained by adding the voltage fluctuation value V2 to the current applied voltage V1 in S305 is set as a new current applied voltage V1 by the following equation.
V1=V1+V2
そして、S307に移行する。
V1 = V1 + V2
Then, the process proceeds to S307.
S306(b)において、以下の式によって、S305における現在印加電圧V1から電圧変動値V2を引いたものを、新たな現在印加電圧V1とする。 In S306 (b), a value obtained by subtracting the voltage fluctuation value V2 from the current applied voltage V1 in S305 is set as a new current applied voltage V1 by the following equation.
V1=V1−V2
そして、S307に移行する。
V1 = V1-V2
Then, the process proceeds to S307.
S307において、位置偏差P21の絶対値とゲイン計算変動閾値T3とを比較して大小関係を判定し、位置偏差P21の絶対値がゲイン計算変動閾値T3よりも大きい場合には、S308へ移行する。そうでなければS309へ移行する。 In S307, the absolute value of the position deviation P21 is compared with the gain calculation fluctuation threshold T3 to determine the magnitude relationship. If the absolute value of the position deviation P21 is larger than the gain calculation fluctuation threshold T3, the process proceeds to S308. Otherwise, the process proceeds to S309.
S308において、以下の式によって、位置偏差P21と第3ゲインG3との積を印加電圧の変化量として、S307における現在印加電圧V1に加えたものを、新たな現在印加電圧V1とする。なお、このS308で算出した現在印加電圧V1は、S306およびS308の双方を経ており、電圧変動値V2の加算もしくは減算と第3ゲインG3によるゲイン補正との双方の処理がされている。 In S308, the product of the position deviation P21 and the third gain G3 is added to the current applied voltage V1 in S307 as a new current applied voltage V1 using the following equation as a change amount of the applied voltage. Note that the current applied voltage V1 calculated in S308 has passed both S306 and S308, and both the addition or subtraction of the voltage fluctuation value V2 and the gain correction by the third gain G3 are performed.
V1=V1+(P1−P20)×G3
そして、S309に移行する。
V1 = V1 + (P1-P20) × G3
Then, the process proceeds to S309.
S309において、現在印加電圧V1の値を不揮発性記憶装置21に保存する。そして、S310に移行する。
In S309, the value of the current applied voltage V1 is stored in the
S310において、現在印加電圧V1の値を微動用D/A変換器23に出力して、微動駆動部7の駆動信号の印加電圧を変化させ、微動ステージ11を目標位置に向かって移動させる。そして、S301に移行し、S301からS310までの第3ループを繰り返す。この第3ループは、微動ステージ11が位置保持状態にある間、継続的に繰り返される。また、第3ループにおいて、S304ないしS306は、他のステップと比較して、演算の実行頻度が少なく設定されており、例えば100ミリ秒に1回の頻度で実行される。また、第3ループにおいて、S304ないしS306以外のステップは、第1および第2ループと同じく、制御演算部19のサーボ周期ごとに実行され、例えば0.4ミリ秒に1回の頻度で実行される。
In S310, the value of the current applied voltage V1 is output to the fine movement D /
上述した如く、第3ループを繰り返す第2微動フィードバック制御を用いて、微動ステージ11を目標位置に保持させることによって、微動ステージ11を安定的に保持することができる。 As described above, the fine movement stage 11 can be stably held by holding the fine movement stage 11 at the target position using the second fine movement feedback control that repeats the third loop.
特に、第2微動フィードバック制御において、S304からS310にかけては、固定計算変動閾値T2がゲイン計算変動閾値T3よりも小さいため、位置偏差P21の絶対値が固定計算変動閾値T2よりも小さくなった場合には、S304の次にS307へ移行し、さらにS307の次にS309へ移行するため、現在印加電圧V1が変化しない。そのため、微動駆動部7が変化しないことから、固定計算変動閾値T2よりも振幅の小さいノイズを無視することができ、このノイズに起因した微動ステージ11の位置ずれを低減し、ひいては微動ステージ11を安定的に保持することができる。
In particular, in the second fine feedback control, from S304 to S310, since the fixed calculation fluctuation threshold T2 is smaller than the gain calculation fluctuation threshold T3, the absolute value of the position deviation P21 is smaller than the fixed calculation fluctuation threshold T2. Since the process proceeds to S307 after S304 and further to S309 after S307, the currently applied voltage V1 does not change. Therefore, since the fine
また、位置偏差の絶対値P21が、固定計算変動閾値T2よりも大きく且つゲイン計算変動閾値T3よりも小さい場合には、S304の次にS305に移行するが、S307の次にS309へ移行するため、一定値である電圧変動値V2を変位量として、現在印加電圧V1の値が変化する。したがって、単位時間当たりの変位量を一定にしつつ、微動ステージ11を目標位置に移動させて、目標位置に保持することができる。また、単位時間当たりの変位量が一定であるため、外乱ノイズの振動周期の影響を低減することができ、微動ステージ11を発振させずに安定的に位置保持することができる。なお、単位時間当たりの変位量は、制御演算部19のサーボ周期ごとに計測した変位量をいう。また、単位時間当たりの移動量は、単位時間当たりの変位量の絶対値をいう。
When the absolute value P21 of the position deviation is larger than the fixed calculation fluctuation threshold T2 and smaller than the gain calculation fluctuation threshold T3, the process proceeds to S305 after S304, but proceeds to S309 after S307. The value of the current applied voltage V1 changes with the voltage fluctuation value V2 being a constant value as the displacement. Therefore, the fine movement stage 11 can be moved to the target position and held at the target position while keeping the displacement amount per unit time constant. In addition, since the amount of displacement per unit time is constant, the influence of the vibration period of disturbance noise can be reduced, and the fine movement stage 11 can be stably held without oscillating. The displacement amount per unit time is a displacement amount measured for each servo cycle of the
また、位置偏差P21の絶対値が、ゲイン計算変動閾値T3よりも大きい場合には、S304の次にS305に移行するとともに、S307の次にS308へ移行するため、第3ゲインG3を用いたゲイン補正が行なわれ、位置偏差の値に応じて印加電圧が変化するため、位置偏差が大きくなるにつれて、微動駆動部7への駆動信号の印加電圧が大きくなり、微動ステージ11の単位時間当たりの移動量を大きくしている。それ故、目標位置からの移動量が一定の範囲を超えた場合には、微動ステージ11に高速で目標位置に移動させることができ、大きな外乱振動に対しても、微動ステージ11の位置を安定的に保持することができる。
If the absolute value of the position deviation P21 is larger than the gain calculation variation threshold T3, the process proceeds to S305 after S304 and to S308 after S307, so that the gain using the third gain G3 is used. Since the correction is performed and the applied voltage changes according to the value of the position deviation, the applied voltage of the drive signal to the fine
また、第3ループにおいて、S304ないしS306は、第3ループの他のステップと比較して、実行の頻度が少なく設定されている。その結果、外乱ノイズの影響による微動ステージ11の移動を低減することができ、微動ステージ11を目標位置に安定的に保持することができる。 In the third loop, S304 to S306 are set to be executed less frequently than the other steps of the third loop. As a result, the movement of the fine movement stage 11 due to the influence of disturbance noise can be reduced, and the fine movement stage 11 can be stably held at the target position.
また、第3ループにおいて、S304ないしS306以外のステップは、S304ないしS306と比較して、実行の頻度が高く設定されている。その結果、微動ステージ11が大きな外乱振動を受けた場合にも、すぐに微動ステージ11を移動させることができる
ため、微動ステージ11を目標位置に安定的に保持することができる。
In the third loop, steps other than S304 to S306 are set to be executed more frequently than S304 to S306. As a result, even when the fine movement stage 11 receives a large disturbance vibration, the fine movement stage 11 can be immediately moved, so that the fine movement stage 11 can be stably held at the target position.
また、S301において、エンコーダカウンタ20の出力値を読み取り、この出力値を移動平均した値を微動ステージ11の現在位置P20として、不揮発性記憶装置21に記録している。このように移動平均値を使用することにより、目標位置を基準とした外乱ノイズの方向の異なる成分が積算されて相殺されるため、外乱ノイズの影響による微動ステージ11の移動を低減することができる。
In S301, the output value of the
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更、実施の態様は、いずれも本発明の範囲内に含まれる。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the present invention is not limited to the following examples, and all modifications and embodiments within the scope of the present invention do not depart from the gist of the present invention. Included in range.
(ステージ装置の準備)
上述した実施形態と同様の構造を有するが、位置決め制御が互いに異なる実験例1ないし3のステージ装置を作製した。
(Preparation of stage equipment)
Stage devices of Experimental Examples 1 to 3 having the same structure as that of the above-described embodiment but different in positioning control were manufactured.
実験例1のステージ装置は、図2の位置決め制御において、S100からS104までのステップを有しているが、S105以降のステップを有しておらず、図4の第2微動フィードバック制御を有していない。また、実験例1のステージ装置は、位置決め後の定常状態においては、粗動フィードバック制御がOFFであり、第1微動フィードバック制御がONである。 The stage device of Experimental Example 1 has steps from S100 to S104 in the positioning control of FIG. 2, but does not have steps after S105, and has the second fine feedback control of FIG. Not. Further, in the stage apparatus of Experimental Example 1, in the steady state after positioning, the coarse motion feedback control is OFF and the first fine motion feedback control is ON.
実験例2のステージ装置は、図2の位置決め制御において、ステップ100からステップ109までの全てのステップを有しているが、図4の第2微動フィードバック制御において、S307およびS308のステップを有しておらず、ゲイン計算変動閾値T3および第3ゲインG3を用いていない。また、実験例2のステージ装置は、位置決め後の定常状態においては、粗動フィードバック制御がOFFであり、第1微動フィードバック制御がOFFであり、第2微動フィードバック制御がONである。
The stage device of Experimental Example 2 has all the steps from
実験例3のステージ装置は、図2の位置決め制御において、ステップ100からステップ109までの全てのステップを有しており、図4の第2微動フィードバック制御において、S300からS310の全てのステップを有している。また、実験例3のステージ装置は、位置決め後の定常状態においては、粗動フィードバック制御がOFFであり、第1微動フィードバック制御がOFFであり、第2微動フィードバック制御がONである。
The stage device of Experimental Example 3 has all the steps from
なお、実験例1ないし3のステージ装置は、図3の第1微動フィードバック制御において、S200からS210までの全てのステップを有している。 Note that the stage devices of Experimental Examples 1 to 3 have all the steps from S200 to S210 in the first fine feedback control in FIG.
また、上述した実験例1ないし3のステージ装置の位置決め制御において、各数値は、以下のように設定されている。 Further, in the positioning control of the stage devices of Experimental Examples 1 to 3 described above, each numerical value is set as follows.
粗動位置決めの許容偏差:1μm
微動位置決めの許容偏差P2:5nm
ゲイン切り替え閾値T1:15nm
固定計算変動閾値T2:2nm
ゲイン計算変動閾値T3:4nm
電圧変動値V2:0.3mV
第1ゲインG1:0.1
第2ゲインG2:0.05
第3ゲインG3:0.08
(評価方法)
実験例1ないし3において、ステージ装置の位置決め制御を行ない、定常状態とする際における、ステージの位置偏差を測定した。また、実験例2および3においては、微動駆動部への駆動信号の印加電圧を測定した。
Coarse positioning tolerance: 1μm
Fine movement positioning tolerance P2: 5 nm
Gain switching threshold T1: 15 nm
Fixed calculation fluctuation threshold T2: 2 nm
Gain calculation fluctuation threshold T3: 4 nm
Voltage fluctuation value V2: 0.3 mV
First gain G1: 0.1
Second gain G2: 0.05
Third gain G3: 0.08
(Evaluation method)
In Experimental Examples 1 to 3, the stage device positioning control was performed, and the position deviation of the stage was measured when the steady state was obtained. In Experimental Examples 2 and 3, the applied voltage of the drive signal to the fine movement drive unit was measured.
(評価結果)
図5は、実験例1のステージ装置の位置決め制御において、時間経過とステージの位置偏差との関係を示したグラフである。図5の横軸は、位置決め制御の開始(S100)を始点とした経過時間(sec)を示しており、図5の縦軸は、ステージの位置偏差(nm)を示すものである。
(Evaluation results)
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the passage of time and the position deviation of the stage in the positioning control of the stage device of Experimental Example 1. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the elapsed time (sec) starting from the start of positioning control (S100), and the vertical axis in FIG. 5 indicates the position deviation (nm) of the stage.
図5に示すように、実験例1のステージ装置は、定常状態でステージが発振している。これは、第1微動フィードバック制御においては、フィードバック計算してから、駆動電圧を変化させてモータが動作し、ステージ位置が変化するまでに時間遅れがあるためである。これにより、ステージの外乱ノイズに対して一定時間遅れてステージが移動するため、この移動によってステージの外乱ノイズを増幅させてしまい、ステージが発振してしまう。 As shown in FIG. 5, in the stage apparatus of Experimental Example 1, the stage oscillates in a steady state. This is because in the first fine feedback control, there is a time delay from the feedback calculation to when the motor operates by changing the drive voltage and the stage position changes. As a result, the stage moves with a certain time delay with respect to the disturbance noise of the stage, and this movement amplifies the disturbance noise of the stage and causes the stage to oscillate.
図6は、実験例2のステージ装置の位置決め制御において、時間経過とステージの位置偏差および駆動信号の印加電圧との関係を示したグラフである。図6の横軸は、位置決め制御の開始(S100)を始点とした経過時間(sec)を示しており、図6の縦軸のうち、第1軸(左側)は、ステージの位置偏差(nm)を示すものであり、第2軸(右側)は、駆動信号の印加電圧(mV)を示すものである。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the passage of time, the stage position deviation, and the applied voltage of the drive signal in the positioning control of the stage apparatus of Experimental Example 2. The horizontal axis in FIG. 6 represents the elapsed time (sec) starting from the start of positioning control (S100). Of the vertical axes in FIG. 6, the first axis (left side) is the stage position deviation (nm). The second axis (right side) shows the applied voltage (mV) of the drive signal.
図6に示すように、実験例2のステージ装置は、定常状態で発振はしておらず、実験例1のステージ装置と比較して、ステージの位置を目標位置に安定的に保持している。これは、第2微動フィードバック制御において、ステージの外乱ノイズに対してはステージを位置制御していないためである。 As shown in FIG. 6, the stage apparatus of Experimental Example 2 does not oscillate in a steady state, and the stage position is stably held at the target position as compared with the stage apparatus of Experimental Example 1. . This is because the position of the stage is not controlled with respect to the disturbance noise of the stage in the second fine feedback control.
一方、実験例2のステージ装置は、ステージの位置が目標位置から大きくずれ、目標位置に戻すのに時間がかかっている。これは、S307およびS308のステップを有していないことから、ステージの位置制御が遅くなり、速い外乱ノイズに追随できていないためである。 On the other hand, in the stage apparatus of Experimental Example 2, the stage position is greatly deviated from the target position, and it takes time to return to the target position. This is because the steps S307 and S308 are not provided, so that the position control of the stage is delayed, and fast disturbance noise cannot be followed.
図7は、実験例3のステージ装置の位置決め制御において、時間経過とステージの位置偏差および駆動信号の印加電圧との関係を示したグラフである。図7の横軸は、位置決め制御の開始(S100)を始点とした経過時間(sec)を示しており、図7の縦軸のうち、第1軸(左側)は、ステージの位置偏差(nm)を示すものであり、第2軸(右側)は、駆動信号の印加電圧(mV)を示すものである。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the passage of time, the position deviation of the stage, and the applied voltage of the drive signal in the positioning control of the stage device of Experimental Example 3. The horizontal axis in FIG. 7 indicates the elapsed time (sec) starting from the start of positioning control (S100). Of the vertical axes in FIG. 7, the first axis (left side) is the stage position deviation (nm). The second axis (right side) shows the applied voltage (mV) of the drive signal.
図7に示すように、実験例3のステージ装置は、定常状態で発振していない。これは、実験例2と同様に、第2微動フィードバック制御において、ステージの外乱ノイズに対してはステージを位置制御していないためである。 As shown in FIG. 7, the stage apparatus of Experimental Example 3 does not oscillate in a steady state. This is because the position of the stage is not controlled with respect to the disturbance noise of the stage in the second fine feedback control as in the second experimental example.
さらに、実験例3のステージ装置は、駆動電圧のみが変化して、ステージの位置が目標位置からずれていない。これは、S307およびS308のステップによって、速い外乱ノイズに対して、S308のゲイン補正が有効に作用して、ステージ位置が外乱ノイズの影響を受けずに一定となるように制御しているためである。 Furthermore, in the stage apparatus of Experimental Example 3, only the driving voltage is changed and the position of the stage is not shifted from the target position. This is because the steps S307 and S308 are performed so that the gain correction of S308 works effectively for fast disturbance noise, and the stage position is controlled to be constant without being affected by the disturbance noise. is there.
以上の結果から、本発明のステージ装置によれば、固定計算変動閾値T2(第3閾値)を用いた第2微動フィードバック制御(保持制御)を行なうことによって、ステージの発振を抑制し、ステージの位置を目標位置に安定的に保持できることが確認された。 From the above results, according to the stage apparatus of the present invention, the second fine movement feedback control (holding control) using the fixed calculation fluctuation threshold T2 (third threshold) is performed, thereby suppressing the oscillation of the stage. It was confirmed that the position could be stably held at the target position.
1 ステージ装置
2 被処理基板
3 ベース
4 ガイド部材
5 ステージ
6 粗動駆動部
7 微動駆動部
8 位置検出部
9 駆動制御部
10 粗動ステージ
11 微動ステージ
12 被駆動部材
13 ヒンジ
14 位置検出用ミラー
15 レーザ干渉計
16 上位指令装置
17 粗動フィードバック制御系
18 微動フィードバック制御系
19 制御演算部
20 エンコーダカウンタ
21 不揮発性記憶装置
22 粗動用D/A変換器
23 微動用D/A変換器
DESCRIPTION OF
Claims (7)
粗動ストローク範囲で前記ステージを移動させる粗動駆動部と、
前記粗動ストローク範囲よりも小さい微動ストローク範囲で前記粗動駆動部と同じ方向に前記ステージを移動させる微動駆動部と、
前記ステージの現在位置を検出する位置検出部と、
目標位置と第1閾値と該第1閾値よりも小さい第2閾値および第3閾値とが設定されるとともに、前記位置検出部の位置信号が入力され、前記現在位置と前記目標位置との差分である位置偏差を算出し、前記位置偏差の絶対値と前記第1ないし第3閾値との大小関係を判定し、前記粗動駆動部および前記微動駆動部に駆動信号を出力することによって、前記粗動駆動部および前記微動駆動部の駆動を制御する駆動制御部とを備え、
該駆動制御部は、
前記位置偏差の絶対値が前記第1閾値よりも小さくなるまで、前記粗動駆動部によって前記ステージを前記目標位置に向かって移動させることで、前記ステージを前記目標位置に位置決めする粗動位置決め制御と、
該粗動位置決め制御の後、前記位置偏差の絶対値が前記第2閾値よりも小さくなるまで、前記微動駆動部によって前記ステージを前記目標位置に向かって移動させることで、前記ステージを前記目標位置に位置決めする微動位置決め制御と、
該微動位置決め制御の後、前記位置偏差の絶対値が前記第3閾値よりも大きくなった場合に、前記微動駆動部によって前記ステージを前記目標位置に向かって移動させることで、前記ステージを前記目標位置に保持する保持制御とを行なうことを特徴とするステージ装置。 Stage,
A coarse drive unit that moves the stage within a coarse stroke range;
A fine movement drive unit that moves the stage in the same direction as the coarse movement drive unit in a fine movement stroke range smaller than the coarse movement stroke range;
A position detector for detecting the current position of the stage;
A target position, a first threshold value, a second threshold value and a third threshold value smaller than the first threshold value are set, and a position signal of the position detection unit is input, and a difference between the current position and the target position is By calculating a certain position deviation, determining the magnitude relationship between the absolute value of the position deviation and the first to third threshold values, and outputting a drive signal to the coarse motion drive unit and the fine motion drive unit, A dynamic drive unit and a drive control unit for controlling the drive of the fine movement drive unit,
The drive control unit
Coarse positioning control for positioning the stage at the target position by moving the stage toward the target position by the coarse driving unit until the absolute value of the position deviation becomes smaller than the first threshold. When,
After the coarse movement positioning control, the stage is moved toward the target position by the fine movement drive unit until the absolute value of the position deviation becomes smaller than the second threshold, thereby moving the stage toward the target position. Fine positioning control to position
After the fine movement positioning control, when the absolute value of the position deviation becomes larger than the third threshold value, the fine movement driving unit moves the stage toward the target position, thereby moving the stage to the target position. A stage apparatus that performs holding control to hold in position.
前記駆動制御部は、
前記第3閾値よりも大きい第4閾値がさらに設定され、前記位置偏差の絶対値と前記第4閾値との大小関係をさらに判定しており、
前記保持制御では、前記位置偏差の絶対値が前記第4閾値よりも大きくなった場合には、前記位置偏差の絶対値が第3閾値よりも大きく且つ前記第4閾値よりも小さい場合と比較して、前記ステージの単位時間当たりの移動量を大きくすることを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to claim 1, wherein
The drive control unit
A fourth threshold value that is larger than the third threshold value is further set, and further determines the magnitude relationship between the absolute value of the positional deviation and the fourth threshold value;
In the holding control, when the absolute value of the positional deviation is larger than the fourth threshold, the absolute value of the positional deviation is larger than the third threshold and smaller than the fourth threshold. A stage device characterized by increasing the amount of movement of the stage per unit time.
前記保持制御では、前記位置偏差の絶対値が前記第3閾値よりも大きくかつ前記第4閾値よりも小さい場合には、前記ステージの単位時間当たりの移動量を一定にし、
前記位置偏差の絶対値が前記第4閾値よりも大きい場合には、前記位置偏差の絶対値が大きくなるにつれて前記ステージの単位時間当たりの移動量を大きくすることを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to claim 2, wherein
In the holding control, when the absolute value of the position deviation is larger than the third threshold and smaller than the fourth threshold, the movement amount per unit time of the stage is made constant,
When the absolute value of the position deviation is larger than the fourth threshold value, the stage apparatus increases the amount of movement of the stage per unit time as the absolute value of the position deviation increases.
前記保持制御では、
前記位置偏差の絶対値と前記第3閾値との大小関係の判定の頻度が、前記位置偏差の絶対値と前記第4閾値との大小関係の判定の頻度よりも少ないことを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to claim 3, wherein
In the holding control,
A stage device characterized in that the frequency of determination of the magnitude relationship between the absolute value of the position deviation and the third threshold is less than the frequency of judgment of the magnitude relationship between the absolute value of the position deviation and the fourth threshold. .
前記微動位置決め制御では、
前記位置偏差の絶対値が大きくなるにつれて前記ステージの単位時間当たりの移動量を大きくすることを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to claim 1, wherein
In the fine movement positioning control,
A stage apparatus characterized by increasing the amount of movement of the stage per unit time as the absolute value of the position deviation increases.
前記駆動制御部は、前記第2閾値よりも大きい第5閾値がさらに設定され、前記位置偏差の絶対値と前記第5閾値との大小関係をさらに判定しており、
前記微動位置決め制御では、
前記位置偏差に応じて前記駆動信号の電圧を変化させることによって、前記位置偏差が大きくなるにつれて前記ステージの単位時間当たりの移動量を大きくしており、前記位置偏差の絶対値が前記第5閾値よりも小さい場合には、前記位置偏差の絶対値が前記第5閾値よりも大きい場合と比較して、前記位置偏差に応じた前記駆動信号の電圧の変化量を小さくすることを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to claim 5, wherein
The drive control unit further sets a fifth threshold value that is greater than the second threshold value, and further determines a magnitude relationship between the absolute value of the position deviation and the fifth threshold value,
In the fine movement positioning control,
By changing the voltage of the drive signal in accordance with the position deviation, the amount of movement of the stage per unit time increases as the position deviation increases, and the absolute value of the position deviation is the fifth threshold value. If the absolute value of the position deviation is smaller than the fifth threshold value, the change amount of the voltage of the drive signal corresponding to the position deviation is made smaller than in the case where the absolute value of the position deviation is larger than the fifth threshold value. apparatus.
前記粗動駆動部は、超音波モータ、リニアモータまたはサーボモータを有し、
前記微動駆動部は、ピエゾアクチュエータを有することを特徴とするステージ装置。 The stage apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The coarse drive unit has an ultrasonic motor, a linear motor or a servo motor,
The fine movement driving unit includes a piezo actuator.
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001225241A (en) * | 2000-02-16 | 2001-08-21 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Stage device |
JP2004030443A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Kyocera Corp | Driving method for stage device |
JP2011221596A (en) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Taiheiyo Cement Corp | Positioning device and positioning method for positioning stage |
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