JP2844137B2 - 位置決め制御装置 - Google Patents

位置決め制御装置

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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Positioning Apparatuses (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体露光装置やIC
ボンディング装置やプローバ等の半導体製造装置、産業
用ロボットおよびNC機械等における可動体の位置決め
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の位置決め制御装置では、1組の位
置比例ゲインPx、位置積分ゲインIxおよび位置微分
ゲインDxを用いて位置決め制御のPID演算を行なっ
ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】半導体製造装置の位置
決め制御装置の場合、位置決め精度と安定性が最も重視
され、次に位置決め時間の短縮が重視される。しかしな
がら、上記従来例では、位置決め精度と安定性を挙げる
ための最適な位置比例ゲインPx、位置積分ゲインIx
および位置微分ゲインDxの値は、次の目標位置を設定
して位置決めする場合、位置決め時間を短縮するための
値とは両立できないため、位置決め時間がのびる欠点が
あった。
【0004】本発明は、上述の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、位置決め制御装置において、位
置決め精度および安定性を損なうことなく、位置決め時
間の短縮を図ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するため、本発明の位置決め制御装置は、可動体を
駆動する駆動手段と、前記可動体の位置を検出する検出
手段と、前記検出手段を介して検出された位置情報を用
いて前記駆動手段のための駆動指令をデジタル演算によ
り求めるデジタル演算手段を備え、前記可動体の駆動を
先ず速度重視の速度制御モードで目標位置近傍まで移動
し、次いで停止位置精度重視の位置制御モードに切替え
て目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
前記デジタル演算手段に与えるゲインパラメータを前記
速度制御モードと前記位置制御モードのそれぞれの中で
複数回切替える手段を設けたことを特徴とする。
【0006】好ましい実施例においては、先ず速度重視
の速度制御モードで位置決め時間を最小にする速度指令
値の時系列データに従って速度PI制御を行ない、目標
位置近傍まで移動することにより、位置決め時間を短縮
する。次いで、停止位置精度重視の位置決め制御モード
に切替えて、位置PID制御を行ない、目標位置に位置
決めすることにより、停止位置精度を向上させる。
【0007】さらに、上記速度制御モードで、時間、つ
まり速度指令値の時系列データに合わせて、最適な速度
PI制御を行なうために、速度比例ゲインPvと速度積
分ゲインIvを切替えることにより、速度指令値の時系
列データへの追従性を向上し、結果として位置決め時間
の短縮を行なう。さらに上記速度制御モードのゲイン切
替時に、速度積分項の値を次の速度制御演算の初期値と
して引き続き使用することで、駆動指令値に連続性を持
たせ、駆動指令値の不連続によって可動体に与える派生
振動を防止し、位置決め時間が延びることを防止する。
また、モータドライバへの過度な指令値を出力しないた
め、モータおよびモータドライバの性能劣化を抑えるこ
とができる。
【0008】次に速度制御モードから位置制御モードへ
の切替え時では駆動指令の速度積分項の値を位置制御演
算の位置積分演算の初期値として引き続き使用すること
によって同様に駆動指令値に連続性を持たせ、駆動指令
値の不連続によって可動体に与える派生振動を防止し、
位置決め時間が延びることを防止する。
【0009】上記位置制御モードでは、目標位置と現在
位置の差の収束すなわち位置偏差の収束に応じて最適な
位置PID制御を行なうために、位置比例ゲインPxと
位置積分ゲインIxと位置微分ゲインDxを切替えるこ
とにより、位置決め収束時は収束時間を短縮する性能を
持たせ、位置決め完了後は位置決め安定性を増大する性
能を持たせることが可能となる。さらに、上記位置制御
モードのゲイン切替時に位置積分項の値を次の位置制御
演算の初期値として引き続き使用することで、駆動指令
値に連続性を持たせ、位置決め収束時は収束時間が延び
ることを防止し、位置決め完了時には位置決めがずれる
ことを防止する効果がある。特に可動体に応力や重力等
の力が加わっている場合、この位置決めのずれを防止す
る効果は大きい。
【0010】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0011】図1は、本発明の一実施例に係る半導体露
光装置(ステッパ)のウエハステージ制御装置の構成を
表わすブロック図である。
【0012】図1において、1は可動体の位置を検出す
る手段であるマイケルソン干渉計、2は可動体としての
ウエハステージで、ウエハステージ2はウエハを保持し
ている。3はプレーンミラー(平面鏡)、4はレーザヘ
ッド、5はレシーバ、6は測定システムの電気回路、7
はマスターCPU、8はサーボシステムコントローラ、
14はサーボモータ、20はサーボモータ14を駆動す
るためのサーボアンプである。
【0013】図1の装置において、レーザヘッド4から
のレーザ光はレーザ干渉計1を通過した後、プレーンミ
ラー3で反射される。ミラー3で反射されたレーザ光の
波長がドップラーシフトし、これが元の波長と干渉す
る。この干渉によるビートをレシーバ5内のフォトディ
テクタで検出している。
【0014】レシーバ5のフォトディテクタからの信号
に基づいて、測定システムの電気回路6は、レシーバ5
のフォトディテクタからの信号に基づいて、ステージ2
の現在位置信号を出力する。この現在位置信号は2MH
zのアップデートレイトでサーボシステムコントローラ
8の現在位置レジスタ9に入力される。またコントロー
ラ8の目標位置レジスタ10にはマスターCPU7から
目標位置を示す目標位置信号が入力される。
【0015】コントローラ8内の減算器15は目標位置
レジスタ10に設定されている目標位置と現在位置レジ
スタ9に入力されている現在位置の差、つまり位置偏差
を出力する。レジスタ16はタイマー11で発生される
2KHzのサンプリングクロックで減算器15から出力
されている位置偏差を記憶する。ここで、目標位置を
p、時刻tn における現在位置をxn とすると、時刻t
n における位置偏差は(p−xn )で示される。なお、
時刻tn-1 でレジスタ16によりサンプリングされた前
回の位置偏差は(p−xn-1 )、その時の現在位置はx
n-1 と示される。CPU12はタイマ11からのクロッ
クに同期してPID演算を行ない、トルク指令値(駆動
指令値)Tを算出する。算出されたトルク指令値Tは出
力レジスタ17に設定され、コントローラ8内のD/A
コンバータ19でアナログ量に変換され、これがサーボ
アンプ20を介して電流としてサーボモータ14に供給
される。これにより、ステージ2の移動が制御される。
なお、P−ROM18にはCPU12のプログラムが、
RAM13にはCPU12のデータかそれぞれ格納され
ている。
【0016】図2は、CPU12の制御シーケンスを表
わすフローチャートである。次に、図2を参照しながら
図1の装置の動作を説明する。
【0017】まず、マスターCPU7から目標位置と駆
動開始指令が与えられると、CPUは位置偏差の大きさ
から速度制御モードを使用するか否かを判断する(ステ
ップS1)。位置偏差が所定値より大きければ速度制御
モードを使用する。その場合、位置偏差の大きさに基づ
いて位置決め時間を最も短くできる速度指令の時系列デ
ータVi を計算する。また速度制御モードの制御ゲイン
の切換時間tjを計算する(ステップS2)。
【0018】次に、第1の速度制御モードに入る(ステ
ップS3)。
【0019】サンプリングされた位置情報をXi 、この
時の時系列データである目標速度指令をVi 、前回のサ
ンプリング情報をXi-1 とする。この第1の速度制御モ
ードの速度比例ゲインをPv1、速度積分ゲインIv1
とすると、トルク指令値Ti
【0020】
【数1】 として計算され、出力レジスタ17に設定される。ここ
で、トルク指令の積分項の値はすなわち
【0021】
【数2】 である。
【0022】次に、第2の速度制御モードに切替る時間
かどちらかを判定し(ステップS4)、否の場合は第1
の速度制御モードの演算(ステップS3)をサンプリン
グ時間毎にくり返す。
【0023】第2の速度制御モードの切替え時間になっ
た場合、この時の時間をt1 、第2の速度制御モードの
速度比例ゲインをPv2 、速度積分ゲインをIv2 とす
ると、トルク指令値Ti
【0024】
【数3】 として計算する(ステップS5)。
【0025】同様に第nの速度制御モード(ステップS
9とS10)までくり返される。
【0026】第nの速度制御モードでは、次の位置制御
モードに切替える時間かどうかを判定する(ステップS
10)。
【0027】次の位置制御モードの切替え時間になった
場合は、この時の時間をtn 、第1の位置制御モードの
位置比例ゲインをPx1 、位置積分ゲインをIx1 、位
置微分ゲインをDx1 とするとトルク指令値Ti は、
【0028】
【数4】 と演算される(ステップS11)。ここで、Cvnは速
度制御の各モードの速度積分演算項の値であり、
【0029】
【数5】 である。
【0030】次に第2の位置制御モードに切換る位置偏
差かどうかを判定し、否の場合は第1の位置制御モード
の演算をサンプリング時間毎にくり返す(ステップS1
2)。
【0031】第2の位置制御モードの切替え位置偏差に
なった場合、この時の時間をtn+1、第2の位置制御モ
ードの位置比例ゲインをPx2、位置積分ゲインをIx2
、位置微分ゲインをDx2 とするとトルク指令値Ti
【0032】
【数6】 と演算される(ステップS13)。ここでCx1 は位置
制御モードの位置積分演算項の値であり、
【0033】
【数7】 である。
【0034】同様に第mの位置制御モード(ステップS
19とS20)までくり返される。第mの位置制御モー
ドは位置決め収束完了後の制御モードとして使用され、
次の目標位置が入力されるまで演算をサンプリング時間
毎にくり返す。
【0035】
【他の実施例】上記の実施例では、速度制御モードのゲ
イン切替えを時間による判定で行ない、位置制御モード
のゲイン切替えを位置偏差による判定で行なっている
が、他の判定による切替えでも良い。また、上記の実施
例では速度制御モードはPI制御を行なっているがPI
D制御を行なってもかまわない。この場合の速度微分ゲ
インをDvとするとトルク指令値Ti は、
【0036】
【数8】 として計算される。
【0037】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、位置決め制御のモードを速度制御モードと位置制御
モードに分け、かつそれぞれの制御モードで数組のゲイ
ンパラメータを切替えることにより、位置決め精度と安
定性を損なわず、位置決め時間の短縮を行なうことがで
きる。
【0038】また、それぞれの制御モードの積分演算項
の値を次の制御演算の積分演算の初期値として引き続き
使用することにより、位置決め時間が延びることを防止
し、また、モータおよびモータドライバへの過度の入力
を与えず信頼性を向上できる。また、位置決め完了後は
制御ループのゲインを適切な値に切替えることにより、
位置ずれを防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係るウエハステージ制御
装置のブロック回路図である。
【図2】 図1の装置の動作を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
1:マイケルソン干渉計、2:ウエハステージ(可動
体)、3:プレーンミラー、4:レーザヘッド、5:レ
シーバ、6:測定システムの電気回路、7:マスターC
PU、8:サーボシステムコントローラ、9:現在位置
レジスタ、10:目標位置レジスタ、14:サーボモー
タ、15:減算器、20:サーボアンプ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 3/00 - 3/12 306 B23Q 15/24 H01L 21/68

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可動体を駆動する駆動手段と、前記可動
    体の位置を検出する検出手段と、前記検出手段を介して
    検出された位置情報を用いて前記駆動手段のための駆動
    指令をデジタル演算により求めるデジタル演算手段を備
    え、前記可動体の駆動を先ず速度重視の速度制御モード
    で目標位置近傍まで移動し、次いで停止位置精度重視の
    位置制御モードに切替えて目標位置に位置決めする位置
    決め制御装置において、前記デジタル演算手段に与える
    ゲインパラメータを前記速度制御モードと前記位置制御
    モードのそれぞれの中で複数回切替える手段を設けたこ
    とを特徴とする位置決め制御装置。
  2. 【請求項2】 前記速度制御モードではPI制御を行な
    い、時間に応じて数組の速度比例ゲインPvと速度積分
    ゲインIvを切替え、かつゲイン切替え時に、駆動指令
    の速度積分演算項の値を、順次の速度制御演算における
    次の速度積分演算の初期値として引き続き使用すること
    を特徴とする請求項1記載の位置決め制御装置。
  3. 【請求項3】 前記位置制御モードではPID制御を行
    ない、位置偏差の収束に応じて数組の位置比例ゲインP
    xと位置積分ゲインIxと位置微分ゲインDxを切替
    え、かつゲイン切替え時に、駆動指令の位置積分演算項
    の値を、順次の位置制御演算における次の位置積分演算
    の初期値として引き続き使用することを特徴とする請求
    項1記載の位置決め制御装置。
  4. 【請求項4】 前記速度制御モードから位置制御モード
    の切替え時に、駆動指令の速度積分演算項の値を、次の
    位置制御演算における位置積分演算の初期値として引き
    続き使用することを特徴とする請求項2または3記載の
    位置決め制御装置。
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