JP3169143B2 - 位置決め装置 - Google Patents
位置決め装置Info
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- JP3169143B2 JP3169143B2 JP6100692A JP6100692A JP3169143B2 JP 3169143 B2 JP3169143 B2 JP 3169143B2 JP 6100692 A JP6100692 A JP 6100692A JP 6100692 A JP6100692 A JP 6100692A JP 3169143 B2 JP3169143 B2 JP 3169143B2
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- control
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
- G03F7/70725—Stages control
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体露光装置や測定
装置，光学部品の加工装置，形状測定装置等に用いられ
る高速，高精度の位置決め装置に関するものである。
装置，光学部品の加工装置，形状測定装置等に用いられ
る高速，高精度の位置決め装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造においては、パターン線幅は
細くなる一方、ウエハのサイズはますます大きくなり、
それに用いられる位置決めには高い位置合せ精度と長ス
トロークの高速動作が同時に要求される。
細くなる一方、ウエハのサイズはますます大きくなり、
それに用いられる位置決めには高い位置合せ精度と長ス
トロークの高速動作が同時に要求される。
【０００３】従来、振動系を含む移動体の制御方法とし
て、図５に示すようなモータ速度とステージ速度との速
度偏差をフィードバックする方法（特開昭５５−３４７
１６号公報参照）が提案されている。図５で１はモー
タ、２は送りねじ、３はステージ、４は前記ステージ３
の速度検出器、５はモータ角度および速度検出器、６は
目標位置生成部、７は位置決め制御回路である。このほ
かにモータの回転角度とステージの位置偏差とをフィー
ドバックする方法が提案されている。
て、図５に示すようなモータ速度とステージ速度との速
度偏差をフィードバックする方法（特開昭５５−３４７
１６号公報参照）が提案されている。図５で１はモー
タ、２は送りねじ、３はステージ、４は前記ステージ３
の速度検出器、５はモータ角度および速度検出器、６は
目標位置生成部、７は位置決め制御回路である。このほ
かにモータの回転角度とステージの位置偏差とをフィー
ドバックする方法が提案されている。
【０００４】さらに、目標値に対する応答性を高める方
法として、図６，図７のような状態フィードバックを用
いた制御方法（特開昭６１−５８０１３号公報参照）が
ある。図６で、１〜７は図５と同じものであり、図７は
図６中の位置決め制御回路７の詳細を示すものである。
図７において８は位置制御部、９は振動制御部、１０，
１１は検出遅れ要素である。これは出力レギュレータに
よりフィードバックゲインを決定する手法を拡張したも
のであり、振動を抑制し目標値に対する応答を得ること
に関しては優れた制御特性を示す。なお、ＷM はモータ
１の回転速度、θM はモータ１の回転角度、ＷS はステ
ージ３の速度、θS はステージ３の位置偏差を示す。
法として、図６，図７のような状態フィードバックを用
いた制御方法（特開昭６１−５８０１３号公報参照）が
ある。図６で、１〜７は図５と同じものであり、図７は
図６中の位置決め制御回路７の詳細を示すものである。
図７において８は位置制御部、９は振動制御部、１０，
１１は検出遅れ要素である。これは出力レギュレータに
よりフィードバックゲインを決定する手法を拡張したも
のであり、振動を抑制し目標値に対する応答を得ること
に関しては優れた制御特性を示す。なお、ＷM はモータ
１の回転速度、θM はモータ１の回転角度、ＷS はステ
ージ３の速度、θS はステージ３の位置偏差を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これらの制御方法は、
いずれも目標値に対する応答性のみを追求した制御手法
であり、モータ１のベアリングやブラシによる非線形性
やステージの設置されている定盤の残留振動等の外乱に
対しては考慮されていない。このために、外乱が入るよ
うな状態での位置決め精度は極端に悪くなり、時には整
定しきれずに暴走してしまうことになる。
いずれも目標値に対する応答性のみを追求した制御手法
であり、モータ１のベアリングやブラシによる非線形性
やステージの設置されている定盤の残留振動等の外乱に
対しては考慮されていない。このために、外乱が入るよ
うな状態での位置決め精度は極端に悪くなり、時には整
定しきれずに暴走してしまうことになる。
【０００６】例えば、最も簡単なＰＩＤ制御を用いて位
置決めをする例を用いて説明する。図８で制御部はＰＩ
Ｄのみを制御要素として位置決めを行う。ｄは外乱、Ｆ
１，Ｇｐは伝達関数を示す。仮に、制御対象を二次の振
動項を持つ系とする。すなわち、制御対象Ｇｐを、
置決めをする例を用いて説明する。図８で制御部はＰＩ
Ｄのみを制御要素として位置決めを行う。ｄは外乱、Ｆ
１，Ｇｐは伝達関数を示す。仮に、制御対象を二次の振
動項を持つ系とする。すなわち、制御対象Ｇｐを、
【０００７】
【数１】 ここで、Ｓはラプラス変換子、ωは共振周波数、ζはダ
ンピング係数、Ｋｐは制御対象ゲインである。これに対
して、フィードバック要素Ｆ１をＰＩＤで構成して制御
する。すなわち、
ンピング係数、Ｋｐは制御対象ゲインである。これに対
して、フィードバック要素Ｆ１をＰＩＤで構成して制御
する。すなわち、
【０００８】
【数２】 ここで、Ｓはラプラス変換子、Ｋｄ，Ｋｐ，Ｋｉはそれ
ぞれ微分ゲイン，比例ゲイン，積分ゲインを表わす係数
である。この時の目標値からステージ位置までの伝達関
数は、
ぞれ微分ゲイン，比例ゲイン，積分ゲインを表わす係数
である。この時の目標値からステージ位置までの伝達関
数は、
【０００９】
【数３】 これを最も応答性よく制御するパラメータＫｐ，Ｋｉ，
Ｋｄを決めた時のステップ応答の例を図９の曲線ａに示
す。ところが、この時の外乱特性を調べると非常に不安
定であることがわかる。すなわち、外乱から制御出力ま
での伝達関数は
Ｋｄを決めた時のステップ応答の例を図９の曲線ａに示
す。ところが、この時の外乱特性を調べると非常に不安
定であることがわかる。すなわち、外乱から制御出力ま
での伝達関数は
【００１０】
【数４】 この時、ステップ状の外乱が加わったときの応答を示し
たのが図９の曲線ｂである。非常に振動的で整定時間が
かかる。
たのが図９の曲線ｂである。非常に振動的で整定時間が
かかる。
【００１１】このように、一巡伝達関数内に直列に制御
要素を設けて制御する手法では、目標値に対して応答性
をよくすると外乱に対しては不安定となり、逆に外乱に
対して安定性を確保しようとすると、応答性が悪くな
る。すなわち、目標値応答性と外乱安定性はトレードオ
フの関係となる。このため上記の系においては、両者の
性質を適度に達成するパラメータを用いて制御するのが
普通である。このような外乱に対する不安定性は空気静
圧ねじや空気静圧案内等の非接触の低剛性機構を用いた
場合には、特に顕著に現われ、これに対する対策が不可
欠となる。
要素を設けて制御する手法では、目標値に対して応答性
をよくすると外乱に対しては不安定となり、逆に外乱に
対して安定性を確保しようとすると、応答性が悪くな
る。すなわち、目標値応答性と外乱安定性はトレードオ
フの関係となる。このため上記の系においては、両者の
性質を適度に達成するパラメータを用いて制御するのが
普通である。このような外乱に対する不安定性は空気静
圧ねじや空気静圧案内等の非接触の低剛性機構を用いた
場合には、特に顕著に現われ、これに対する対策が不可
欠となる。
【００１２】本発明は、こうした外乱の影響を抑えなが
ら、目標値の追従性をも確保する位置決め装置を提供す
ることを目的とするものである。
ら、目標値の追従性をも確保する位置決め装置を提供す
ることを目的とするものである。
【００１３】
【００１４】
【課題を解決するための手段】 上記の課題を解決する手
段は、一巡伝達関数内のＰＩＤ制御要素のほかに検出さ
れたステージ検出位置に基づいた制御量をフィードバッ
クする制御要素で行うことである。すなわち、ステージ
の位置検出器で検出されたステージ検出位置の１階から
３階までの微分を行ないこの量に比例した制御量を、一
巡伝達関数で定められた制御量にフィードバックして減
ずることによりステージを制御するものである。
段は、一巡伝達関数内のＰＩＤ制御要素のほかに検出さ
れたステージ検出位置に基づいた制御量をフィードバッ
クする制御要素で行うことである。すなわち、ステージ
の位置検出器で検出されたステージ検出位置の１階から
３階までの微分を行ないこの量に比例した制御量を、一
巡伝達関数で定められた制御量にフィードバックして減
ずることによりステージを制御するものである。
【００１５】
【作用】本発明においては、系のブロック図は参考例と
して図２のように書かれる。外乱から制御出力までの伝
達関数は、
して図２のように書かれる。外乱から制御出力までの伝
達関数は、
【００１６】
【数５】 外乱特性は、Ｆ２に依存せずＦ１によってのみ制御でき
ることがわかる。一方、目標値から制御出力までの伝達
関数は、
ることがわかる。一方、目標値から制御出力までの伝達
関数は、
【００１７】
【数６】 で書かれる。分母にはＦ２が含まれず安定性にはＦ１だ
けが関与する。つまり、Ｆ２を変化させても外乱安定性
には影響がないことを示している。
けが関与する。つまり、Ｆ２を変化させても外乱安定性
には影響がないことを示している。
【００１８】すなわち、まず、外乱安定性を一巡伝達関
数内のフィードバック要素Ｆ１で確保しておき、フィー
ドフォワード要素Ｆ２で目標値応答性を確保するように
パラメータを決定すれば、両者を同時に達成する制御系
を得ることができる。また、同様の効果は、制御部を図
３のように検出位置を直接フィードバックしても得られ
る。この場合、外乱から制御対象の出力までの伝達関数
と目標値から出力までの伝達関数はそれぞれ次のように
なる。
数内のフィードバック要素Ｆ１で確保しておき、フィー
ドフォワード要素Ｆ２で目標値応答性を確保するように
パラメータを決定すれば、両者を同時に達成する制御系
を得ることができる。また、同様の効果は、制御部を図
３のように検出位置を直接フィードバックしても得られ
る。この場合、外乱から制御対象の出力までの伝達関数
と目標値から出力までの伝達関数はそれぞれ次のように
なる。
【００１９】
【数７】 Ｇｄ＝Ｇｐ／（１＋（Ｆ１＋Ｆ３）Ｇｐ） Ｇｒ＝Ｆ１・Ｇｐ／（１＋（Ｆ１＋Ｆ３）Ｇｐ） この場合外乱に対する安定性は、Ｆ１とＦ３の和で確保
しておき、その関係が一定となるようにＦ１を変化させ
て応答性を高めるようにパラメータを決定していく。こ
のように調整することにより、外乱安定性と目標値応答
性を同時に実現することが可能となる。
しておき、その関係が一定となるようにＦ１を変化させ
て応答性を高めるようにパラメータを決定していく。こ
のように調整することにより、外乱安定性と目標値応答
性を同時に実現することが可能となる。
【００２０】本発明の実施例を説明する前に図１，図２
を用いて参考例を説明する。図１は空気静圧ねじを用い
た１軸ステージの例である。この図で、２１はモータ、
２２はねじ軸、２３はナットで、空気浮上でねじ軸２２
に螺合し、ねじ軸２２とナット２３で空気静圧ねじを構
成している。２４は空気浮上スライダ、２５はステー
ジ、２６は位置検出器、２７は位置制御部、２８および
２９は空気軸受である。モータ２１はねじ軸２２に直接
接続され、静圧空気で浮上したナット２３がねじ軸２２
の回転とともに移動し、空気浮上スライダ２４で保持さ
れステージ２５が並進移動する。ステージ２５の位置は
位置検出器２６により検出され、フィードバック量とし
て位置制御部２７に返される。図２は位置制御部２７の
構成を示した図である。６は目標位置生成部、Ｋｐ，Ｋ
ｉ，Ｋｄは比例，積分，微分のゲインである。また、Ｋ
ｆ１，Ｋｆ２，Ｋｆ３は目標位置の１階，２階，３階微
分量に対するゲインである。また、Ｓｂは減算手段、Ａ
ｄは加算手段である。位置制御部２７では目標位置生成
部６により生成された目標位置Ｘｉとフィードバック量
との位置偏差を算出し、この位置偏差に対する比例量，
積分量，微分量に合わせたＰＩＤ出力を算出し、これに
生成させた目標位置に対する各微分量を加え合わせ制御
出力とする。
を用いて参考例を説明する。図１は空気静圧ねじを用い
た１軸ステージの例である。この図で、２１はモータ、
２２はねじ軸、２３はナットで、空気浮上でねじ軸２２
に螺合し、ねじ軸２２とナット２３で空気静圧ねじを構
成している。２４は空気浮上スライダ、２５はステー
ジ、２６は位置検出器、２７は位置制御部、２８および
２９は空気軸受である。モータ２１はねじ軸２２に直接
接続され、静圧空気で浮上したナット２３がねじ軸２２
の回転とともに移動し、空気浮上スライダ２４で保持さ
れステージ２５が並進移動する。ステージ２５の位置は
位置検出器２６により検出され、フィードバック量とし
て位置制御部２７に返される。図２は位置制御部２７の
構成を示した図である。６は目標位置生成部、Ｋｐ，Ｋ
ｉ，Ｋｄは比例，積分，微分のゲインである。また、Ｋ
ｆ１，Ｋｆ２，Ｋｆ３は目標位置の１階，２階，３階微
分量に対するゲインである。また、Ｓｂは減算手段、Ａ
ｄは加算手段である。位置制御部２７では目標位置生成
部６により生成された目標位置Ｘｉとフィードバック量
との位置偏差を算出し、この位置偏差に対する比例量，
積分量，微分量に合わせたＰＩＤ出力を算出し、これに
生成させた目標位置に対する各微分量を加え合わせ制御
出力とする。
【００２１】この系で位置決めを行なった例を図に示
す。図４の曲線ａは目標値に対する応答波形で、図４の
曲線ｂはステップ外乱に対する応答波形である。ステッ
プ外乱に対してステージ位置がすぐに戻っていることが
分る。このように、目標値に対する応答性も外乱に対す
る安定性も同時に確保できる。
す。図４の曲線ａは目標値に対する応答波形で、図４の
曲線ｂはステップ外乱に対する応答波形である。ステッ
プ外乱に対してステージ位置がすぐに戻っていることが
分る。このように、目標値に対する応答性も外乱に対す
る安定性も同時に確保できる。
【００２２】
【実施例】 本発明の一実施例について説明する。 図３で
説明したように、ステージ３の検出位置に基づいた制御
量を別のループでフィードバックすることで、図２と同
様の効果が得られるようにしたものである。
説明したように、ステージ３の検出位置に基づいた制御
量を別のループでフィードバックすることで、図２と同
様の効果が得られるようにしたものである。
【００２３】ここでは、一巡伝達関数をＰＩＤによる例
をあげたが、制御対象がより高次の振動項を有する系の
制御において制御要素を高次の制御要素で構成した場合
にも同様の構成により、目標値追従性と外乱安定性の両
者を確保することが可能である。
をあげたが、制御対象がより高次の振動項を有する系の
制御において制御要素を高次の制御要素で構成した場合
にも同様の構成により、目標値追従性と外乱安定性の両
者を確保することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、ステージ検出位置の１階から
３階までの微分量に比例した量のフィードバックを制御
要素として減ずることにより、目標位置に対する応答性
と外乱に対する応答性の両者を同時に確保する制御方法
であるから、次のような効果がある。
３階までの微分量に比例した量のフィードバックを制御
要素として減ずることにより、目標位置に対する応答性
と外乱に対する応答性の両者を同時に確保する制御方法
であるから、次のような効果がある。
【００２５】空気静圧案内や空気静圧ねじを用いた位置
決め機構では外乱に弱いが、このような場合に、外乱に
対する安定性を確保しながら目標値に対して速い応答を
得ることができる。
決め機構では外乱に弱いが、このような場合に、外乱に
対する安定性を確保しながら目標値に対して速い応答を
得ることができる。
【００２６】また、外乱の性質を特に規定するものでは
ないので、モータのベアリングやブラシによる非線形性
や案内のベアリングやスティックスリップ等の非線形性
がある場合にも同様の手法で制御すれば、外乱安定性と
目標値応答性を両立できる。
ないので、モータのベアリングやブラシによる非線形性
や案内のベアリングやスティックスリップ等の非線形性
がある場合にも同様の手法で制御すれば、外乱安定性と
目標値応答性を両立できる。
【図１】本発明の一参考例の構成を示した図である。
【図２】図１における制御部の構成を説明するためのブ
ロック図である。
ロック図である。
【図３】本発明の一実施例の構成を説明するためのブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】図２の制御構成をとったときの目標応答性と外
乱安定性を示す図である。
乱安定性を示す図である。
【図５】従来の制御構成例を示すブロック図である。
【図６】従来の他の制御構成例を示すブロック図であ
る。
る。
【図７】図６中の位置決め制御回路の詳細を示す図であ
る。
る。
【図８】従来の制御構成例での最も簡単なＰＩＤ制御の
構成例である。
構成例である。
【図９】図８における目標値応答性と外乱安定性を説明
するための図である。
するための図である。
１ モータ ２ 送りねじ ３ ステージ ４ 速度検出器 ５ モータ角度および速度検出器 ６ 目標位置生成部 ７ 位置決め制御回路 ８ 位置制御部 ９ 振動制御部 １０ 検出遅れ要素 １１ 検出遅れ要素 ２１ モータ ２２ ねじ軸 ２３ ナット ２４ 空気浮上スライダ ２５ ステージ ２６ 位置検出器 ２７ 位置制御部 ２８ 空気軸受 ２９ 空気軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 3/00 - 3/20 H01L 21/68
Claims (1)
- 【請求項１】 非接触ガイドで案内されたステージと、
非接触送りねじとそれを駆動するモータと、このステー
ジの位置検出器と位置決め制御部とからなる非接触ステ
ージの位置決め装置において、前記位置決め制御部を、
前記ステージの目標位置を与える目標位置生成部と、生
成された目標位置と検出されたステージ検出位置との位
置偏差を算出する手段と、該位置偏差の比例量と積分量
と微分量とを算出する第１の算出手段と、検出された該
ステージ検出位置の１階から３階までの微分量に比例し
た量を算出する第３の算出手段と、この第３の算出手段
で算出された量を前記第１の算出手段で算出された量か
ら減算する減算手段とから構成されたことを特徴とする
位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6100692A JP3169143B2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6100692A JP3169143B2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 位置決め装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05233066A JPH05233066A (ja) | 1993-09-10 |
| JP3169143B2 true JP3169143B2 (ja) | 2001-05-21 |
Family
ID=13158828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6100692A Expired - Fee Related JP3169143B2 (ja) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | 位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3169143B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1279369B1 (it) * | 1994-08-30 | 1997-12-10 | Nuovo Pignone Spa | Sistema perfezionato di posizionamento automatico |
| JP4939388B2 (ja) * | 2007-12-17 | 2012-05-23 | 三菱重工業株式会社 | フィードフォワード制御装置 |
-
1992
- 1992-02-18 JP JP6100692A patent/JP3169143B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05233066A (ja) | 1993-09-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |