JP6038678B2 - 多軸ステージ機器を制御する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、多軸ステージ機器の制御に関する。

一般的に、そのようなステージ機器は、ＦＤＰ（フラットパネルディスプレイ）プロセス又はＳＥＭＩ（半導体製造装置・材料協会）プロセスにおいて基板を安定して装着するために用いられている。

そのようなステージ機器を用いたタスクを実施するためには、ステージを支持する各軸を基準点である原点に戻した（「リターン・トゥ・オリジナルポイント」）後、その原点に基づき、作業のための搬送コマンドが発出されている。そのため、原点に正確に戻すことが、ステージ機器の作業性能と製品の品質に影響を及ぼす。

１軸ステージ機器の場合、その機器には制約が無く、原点への戻しを実施することに難しさは無い。しかし、多軸ステージ機器の場合、その機器には制約（言い換えると、ステージの機構が多軸によって複雑になる構造）が有るため、多軸の中の一つの軸に対してのみ原点への戻しを実施した場合、そのことがそれ以外の軸に過負荷を生じさせるという問題が有る。

更に、ステージの誤差要因（例えば、ロール、ピッチ、ヨー、平坦性等）がＦＰＤプロセス又はＳＥＭＩプロセスの正しい範囲内に有ることが非常に重要であり、そのために、作業者はステージ機器の分解と組み立てを繰り返さなければならない。

即ち、図１に図示されている通り、ステージ機器の組み立てが完了した場合（Ｓ１００）、誤差要因の誤差率を測定して（Ｓ１０１）、測定した誤差量が目標値内であるか否かを決定する（Ｓ１０２）。そのような決定の結果として、測定した誤差量が目標値を上回った場合、作業者はステージ機器を分解して（Ｓ１０３）、校正作業を実施する（Ｓ１０３）。その後、Ｓ１００からＳ１０２のプロセスを繰り返し実施する。

従って、従来の技術では、作業者が手動で誤差要因を調整しているので、精度が低く、時間とコストに無駄が生じている。

特開２００２−１６５４６７号公報

本発明の一つの実施例では、多軸ステージ機器を制御する装置及び方法を提供する。

更に、本発明の一つの実施例では、一つのモータへの負荷の集中を防止するとともに、過剰な傾斜を原因とするモータの負荷を軽減できる、多軸ステージ機器を制御する装置及び方法を提供する。

本発明の一つの実施例では、複数の軸とそれらの複数の軸により傾斜されるステージとを備えたステージ機器を制御する装置において、このステージ機器を制御する装置は、
前記の複数の軸の各々をマスター軸として順次指定する一方、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定する軸指定部と、
前記の指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す一方、前記のマスター軸の原点への戻しを完了するまで、前記のスレーブ軸を前記のマスター軸と一緒に動かす制御部と、
を備えているものと規定する。

本発明の一つの実施例では、前記の制御装置は、更に、
前記のマスター軸の動きの限界を測定するためのリミットセンシング部と、
前記のマスター軸の原点を示す指標を備えた線形目盛と、
前記のリミットセンシング部と前記の線形目盛の指標を検出する検出部と、
を備えており、
前記のマスター軸を第一の軸方向に動かしている時に、前記の検出部が前記のリミットセンシング部を検出した場合に、前記の制御部は、前記の第一の軸方向と逆方向に前記のマスター軸を動かして、前記の検出部が前記の指標を検出した場合に、前記の制御部は、前記のマスター軸を停止する。

本発明の一つの実施例では、前記の制御部は、更に、前記のステージを水平に保持するための各軸の校正量を測定する測定部を備えており、前記の制御部は、前記の測定した校正量に応じて、個々の軸を動かす。

本発明の一つの実施例では、前記の制御部は、前記の測定した校正量に応じて、当該の軸を動かす場合に、当該の校正量だけ各軸を逆方向に動かした後、前記の指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す。

本発明の一つの実施例では、前記のステージ機器は、更に、前記の複数の軸を駆動する駆動源を備えており、前記の制御部は、前記のマスター軸の原点への戻しを完了した場合に、前記の駆動源の制御を一時的に停止する。

本発明の第二の実施例では、複数の軸とそれらの複数の軸により傾斜されるステージとを備えたステージ機器を制御する方法において、このステージ機器を制御する方法は、
軸指定部において、前記の複数の軸の各々をマスター軸として指定する一方、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定する、指定工程と、
前記の指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す一方、前記のマスター軸の原点への戻しを完了するまで、前記のスレーブ軸を前記のマスター軸と一緒に動かす、原点に戻す工程と、
を有するものと規定する。

本発明の一つ実施例では、前記の原点に戻す工程は、
前記の制御部において、前記のマスター軸を第一の軸の方向に動かす工程と、
検出部において、前記のマスター軸の動きの限界を測定するためのリミットセンシング部を検出する工程と、
前記の検出部において、前記のリミットセンシング部を検出した場合に、前記の制御部において、前記のマスター軸を前記の第一の軸方向と逆方向に動かす工程と、
前記の検出部において、前記のマスター軸の原点を表す指標を検出する工程と、
前記の指標を検出した場合に、前記の制御部において、前記のマスター軸を停止する工程と、
から構成される。

更に、本発明の一つの実施例では、一つのマスター軸に関する原点への戻しを完了した場合に、一つのモータへの負荷の集中を防止するために、制御信号ｆにより、そのモータを一時的に停止する。

更に、本発明の別の実施例では、ステージ機器を原点に戻す時に、各軸の校正量だけ原位置を戻した状態で原点に戻すことを可能とすることによって、過剰な傾斜を原因とするモータの負荷を軽減することが可能である。

従来技術による多軸ステージ機器の制御方法を説明するためのフローチャート図 本発明の一つの実施例による多軸ステージ機器の制御装置の模式図 本発明の一つの実施例による多軸ステージ機器の制御方法を説明するためのフローチャート図 本発明の一つの実施例による図３のＳ３０５を詳細に説明するためのフローチャート図

以下において、添付図面を参照して、本発明の一つの実施例を説明する。しかし、本発明の実施例は、多くの種類の形態に変更することができ、本発明の範囲は以下で説明する実施例だけに限定されない。図面の構成要素の画像とサイズは、説明を分かり易くするために誇張されている場合が有り、図面における同じシンボルで表された構成要素は、同じ構成要素である。

図２は、本発明の一つの実施例による多軸ステージ機器の制御装置の模式図である。このステージ機器の制御装置は、複数の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の各々をマスター軸として順次指定し、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定する軸指定部２１０と、指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す一方、マスター軸の原点への戻しを完了するまで、ステージ機器をマスター軸と一緒に動かす制御部２２０と、多軸の動きの限界を測定するためのリミットセンシング部ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３と、多軸の原点を表す指標を備えた線形目盛ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３と、リミットセンシング部ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３と線形目盛ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３の指標を検出する検出部２３０と、ステージＳを水平に保持するための各軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の校正量を測定する測定部２４０とを備えている。

以下において、図２を参照して、本発明の一つの実施例による多軸ステージ機器の制御装置を説明する。

図２を参照すると、先ず第一に、ステージ機器は、複数の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と、それらの複数の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３により傾斜されるステージＳとを備えており、このステージＳに基板を安定して装着することによって、ＦＰＤプロセス及びＳＥＭＩプロセスにおける作業が実施される。

図２は、三つの軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３によって支持されたステージＳを図示しているが、それは理解を助けるためであり、少なくとも二つ以上の軸によって支持されたステージＳとすることもできる。

他方において、個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３は、駆動源であるモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３によって垂直方向Ｄに動かす（伸縮させる）ことによって、ステージＳの（例えば、ロール、ピッチ、ヨー、平坦性等であり、本発明では、通常平坦性を表す）誤差要因を校正する。

そして、（以下で説明する）マスター軸の動きの限界を測定するためのリミットセンシング部ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３が、個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の上部又は下部に設置されている（本発明では下部にマーキングされている）。

更に、個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の位置を測定するための測定部、例えば、線形目盛ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３が設置され、軸の基準位置である原点を表す指標１１，１２，１３が線形目盛ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３上にマーキングされている。他方において、図２は個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３に沿って設置された位置測定部を図示しているが、それは本発明の理解を容易にするためだけを目的としており、状況に応じて様々な位置に設置できる。

そして、軸指定部２１０は、複数の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の各々をマスター軸として順次指定するとともに、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定する。指定されたマスター軸及びスレーブ軸の情報は、制御部２２０に送られる。

他方において、制御部２２０は、本発明の一つの実施例による制御装置を制御する。詳しくは、制御部２２０は、マスター軸の原点への戻しを完了するまで、スレーブ軸をマスター軸と一緒に動かす一方、軸指定部２１０から情報を送られて来た指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻すことによって、原点への戻しを実施するか、或いは測定部２４０で測定した校正値に応じて個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３を動かすことによって、ステージ機器の初期の誤差を解消する。

他方において、測定部２４０は、ステージ機器の誤差要因を取り除くために、各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で誤差要因の校正量を測定した後、測定した校正量を制御部２２０に送る。誤差要因の校正量は、ステージＳを水平に保持するための個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の校正量から構成される。

他方において、図３は、本発明の一つの実施例による多軸ステージ機器の制御方法を説明するためのフローチャート図を図示しており、図４は、本発明の一つの実施例による図３のＳ３０５を詳しく説明するためのフローチャート図を図示している。

以下において、図２〜４を参照して、本発明の一つの実施例による多軸ステージ機器の制御方法を詳しく説明する。

第一に、図２と図３を参照すると、ステージ機器の組み立てが完了した場合（Ｓ３０１）、測定部２４０は、（例えば、ロール、ピッチ、ヨー、平坦性等であり、本発明では、主に平坦性を表す）誤差要因の誤差量を測定する（Ｓ３０２）。測定した誤差量は、制御部２２０に送られる。

次に、制御部は、測定した誤差量が目標値内であるか否かを決定する（Ｓ３０３）。その決定の結果として、測定した誤差量が目標値を上回った場合、測定部２４０は、個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の校正量を測定する（Ｓ３０４）。測定した校正量は、制御部２２０に送られる。

次に、制御部２２０は、駆動源であるモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を制御することによって、全ての軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３に関して原点に戻すプロセスを実施する（Ｓ３０５）。原点に戻すプロセスは、図４に詳しく図示されており、図２と図４を参照して、原点に戻すプロセスを詳しく説明する。

図２と図４を参照すると、先ず第一に、指定部２１０によって、全てのマスター軸とスレーブ軸を指定する。多軸ステージ機器の場合、その機器の制約（即ち、ステージの機構が多軸により複雑になる構造）のために、複数の軸の中の一つだけに関して原点への戻しを実施した場合、それ以外の軸に応力が加わる可能性が有るという問題が有る。そのため、本発明の一つの実施例では、複数の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の各々をマスター軸として順次指定するとともに、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定し、指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻すが、マスター軸の原点への戻しを完了するまで、スレーブ軸をマスター軸と一緒に動かす。そのようにして、制御の精度を改善するとともに、時間とコストを節約できる。

具体的には、制御部２２０は、測定した校正量に基づき、個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の校正を実施するか否かを決定する（Ｓ４０１）とともに、その決定の結果として、校正を実施する場合に、測定した校正量だけ個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の逆方向への校正を実施する（原位置を個々の軸の校正量だけ動かす）（Ｓ４０２）。そのように実施する理由は、個々の軸を校正した状態で原点に戻すプロセスを実施した場合、傾斜を原因とする過剰な負荷がモータＭ１，Ｍ２，Ｍ３に加わる可能性が有るためである。

次に、制御部２２０は、全ての軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の制御を一時的に停止する（モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を制御されない自由な状態に強制的に設定する）（Ｓ４０３）。上記のＳ４０３は、全ての軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の原点への戻しを完了した場合に実施される（Ｓ４０７，Ｓ４１１）。

そのように実施する理由は、多軸ステージ機器では、マスター軸を原点に戻した場合、ステージ機器のそれ以外の部分が、そのコマンドに従って多軸と一緒に操作され、その時、マスター軸に与えたコマンドとスレーブ軸に与えたコマンドの間に遅れが生じ（スレーブ軸へのコマンドはマスター軸へのコマンドに比べて遅れ）、それによって、マスター軸とスレーブ軸のモータの間に位置のずれが生じるからである。

そのような位置のずれは、多軸ステージ機器の特性のために、一つのモータへの負荷の集中を引き起こす。そのため、本発明の一つの実施例では、マスター軸を原点に戻した後に、全ての軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の制御を一時的に停止することによって、一つのモータへの負荷の集中を排除することが可能である。

次に、軸指定部２１０は、複数の軸の各々をマスター軸として順次指定するとともに、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定する。具体的には、軸指定部２１０は、第一の軸ＡＸ１をマスター軸として指定し、それ以外の軸ＡＸ２，ＡＸ３をスレーブ軸として指定する（Ｓ４０４）。

次に、制御部２２０は、指定されたマスター軸ＡＸ１に対して原点に戻すプロセスを実施する（Ｓ４０５）。具体的には、モータＭ１は、制御部２２０からの原点に戻すコマンドにより、マスター軸ＡＸ１を軸方向Ｄに、即ち、下方に向かって動かし（引っ込め）、その時に、検出部２３０は、リミットセンシング部ＬＳ１を検出する。

リミットセンシング部ＬＳ１を検出した場合、制御部２２０は、再びマスター軸ＡＸ１を逆方向に動かし（押し出し）、その時に、検出部２３０は、線形目盛ＰＳ１の指標１１を検出する。次に、制御部２２０は、マスター軸ＡＸ１を指標１１の位置で停止する。

他方において、それ以外のスレーブ軸ＡＸ２，ＡＸ３は、マスター軸ＡＸ１に送られた原点に戻すコマンドに従って、マスター軸ＡＸ１と同じ速度で動かされる。

次に、制御部２２０は、マスター軸ＡＸ１の原点への戻りが完了したか否かを決定する。その決定の結果として、マスター軸ＡＸ１の原点への戻りを完了した場合、全ての軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の制御を一時的に停止する（モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を制御されない自由な状態に強制的に設定する）（Ｓ４０７）。そのようにする理由は、前述した通りである。

次に、軸指定部２１０は、第二の軸ＡＸ２をマスター軸として指定するとともに、それ以外の軸ＡＸ１，ＡＸ３をスレーブ軸として指定する（Ｓ４０８）。

同様に、制御部２２０は、前述した通り、第二の軸ＡＸ２をマスター軸として、原点に戻すプロセスを実施する（Ｓ４０９）。第一の軸ＡＸ１が既に原点への戻しを実施されているので、初期の位置を指標１１とすることができ、指定されたスレーブ軸ＡＸ１，ＡＸ３は、マスター軸ＡＸ２に送られた原点に戻すコマンドに従って、マスター軸ＡＸ２と同じ速度で動かされる。

次に、制御部２２０は、マスター軸ＡＸ２の原点への戻しが完了したか否かを決定する。その決定の結果として、マスター軸ＡＸ２の原点への戻しを完了した場合に、全ての軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の制御を一時的に停止する（モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３を制御されない自由な状態に強制的に設定する）（Ｓ４１１）。

最後に、軸指定部２１０は、第三の軸ＡＸ３をマスター軸として指定するとともに、それ以外の軸ＡＸ１，ＡＸ２をスレーブ軸として指定する（Ｓ４１２）。

次に、制御部２２０は、前述した通り、第三の軸ＡＸ３をマスター軸として、原点に戻すプロセスを実施する（Ｓ４１３）。第一の軸ＡＸ１と第二の軸ＡＸ２が既に原点への戻しを実施されているので、初期の位置を指標１１及び１２として、指定されたスレーブ軸ＡＸ２，ＡＸ３は、マスター軸ＡＸ３に送られた原点に戻すコマンドに従って、マスター軸ＡＸ３と同じ速度で動かされる。

次に、制御部２２０は、マスター軸ＡＸ３の原点への戻しが完了したか否かを決定する（Ｓ４１４）。その決定の結果として、マスター軸ＡＸ３の原点への戻しを完了した場合に、図３のＳ３０６に進む。

即ち、図３に図示されている通り、制御部は、Ｓ３０４で測定した校正量に応じて、個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３を校正して、原点としての校正を完了した位置に、個々の軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３の現在位置を設定する（Ｓ３０６）。次に、基準位置として設定された原点に関して、作業のための搬送コマンドが発出される。

前述した通り、本発明の一つの実施例では、平準化とステージの原点への戻しをモータに自動的に実施させることによって、制御の精度を向上するとともに、時間とコストを節約することが可能である。

更に、本発明の別の実施例では、マスター軸の原点への戻しを完了した場合に、モータへの制御信号を一時的に停止することによって、一つのモータへの負荷の集中を防止することが可能である。

更に、本発明の別の実施例では、ステージ装置を原点に戻す場合に、個々の軸の校正量だけ原位置を戻した状態でステージ装置の原点への戻しを実施することによって、過剰な傾斜を原因とするモータの負荷を軽減することが可能である。

本発明は、上記の実施例及び添付図面に限定されない。権利範囲は、添付した特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲に規定された本発明の技術思想から逸脱しない範囲内において、この技術分野の周知技術に基づく様々な形態の置換、変更、修正を行なえることは、当業者には自明である。

１１，１２，１３ 原点を表す指標
２１０ 軸指定部
２２０ 制御部
２３０ 検出部
２４０ 測定部
ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３ 軸
Ｄ 軸の方向
ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３ リミットセンシング部
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ モータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 点
ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３ 線形目盛
Ｓ ステージ
Ｓ１００〜Ｓ１０３、Ｓ３０１〜Ｓ３０６、Ｓ４０１〜Ｓ４１４ 工程

Claims (10)

1. 複数の軸とそれらの複数の軸により傾斜されるステージとを備えたステージ機器を制御する装置において、
   前記の複数の軸の各々をマスター軸として順次指定するとともに、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定する軸指定部と、
   前記の指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す一方、前記のマスター軸の原点への戻しを完了するまで、前記のスレーブ軸を前記のマスター軸と一緒に動かす制御部と、
   を備えた、ステージ機器を制御する装置。
2. 当該の制御部が、更に、
   当該のマスター軸の動きの限界を測定するためのリミットセンシング部と、
   当該のマスター軸の原点を表す指標を備えた線形目盛と、
   前記のリミットセンシング部と前記の線形目盛の指標を検出する検出部と、
   備え、
   当該の制御部は、当該のマスター軸を第一の軸方向に動かしている時に、前記の検出部がリミットセンシング部を検出した場合には、当該のマスター軸を第一の軸方向と逆方向に動かすが、前記の検出部が前記の指標を検出した場合には、当該のマスター軸を停止する、
   請求項１に記載のステージ機器を制御する装置。
3. 当該の制御部が、更に、当該のステージを水平に保持するための各軸の校正量を測定する測定部を備えており、
   当該の制御部が、前記の測定した校正量に応じて、個々の軸を動かす、
   請求項１に記載のステージ機器を制御する装置。
4. 当該の制御部が、当該の測定した校正量に応じて当該の軸を動かす場合に、当該の校正量だけ各軸を逆方向に動かした後、当該の指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す、
   請求項３に記載のステージ機器を制御する装置。
5. 当該のステージ機器が、更に、当該の複数の軸を駆動する駆動源を備えており、
   当該の制御部が、当該のマスター軸の原点への戻しを完了した場合に、前記の駆動源の制御を一時的に停止する、
   請求項１に記載のステージ機器を制御する装置。
6. 複数の軸とそれらの複数の軸により傾斜されるステージとを備えたステージ機器を制御する方法において、
   前記の複数の軸の各々をマスター軸として順次指定する一方、マスター軸として指定されなかった軸をスレーブ軸として指定する指定工程と、
   前記の指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す一方、前記のマスター軸の原点への戻しを完了するまで、前記のスレーブ軸を前記のマスター軸と一緒に動かす、原点に戻す工程と、
   を有する、ステージ機器を制御する方法。
7. 当該の原点に戻す工程が、
   制御部において、当該のマスター軸を第一の軸方向に動かす工程と、
   検出部において、当該のマスター軸の動きの限界を測定するためのリミットセンシング部を検出する工程と、
   前記の検出部が前記のリミットセンシング部を検出した場合に、前記の制御部において、当該のマスター軸を前記の第一の軸方向と逆方向に動かす工程と、
   前記の検出部において、当該のマスター軸の原点を表す指標を検出する工程と、
   前記の指標を検出した場合に、前記の制御部において、当該のマスター軸を停止する工程と、
   から構成される、請求項６に記載のステージ機器を制御する方法。
8. 本制御方法が、更に、
   当該のステージを水平に保持するための各軸の校正量を測定する工程と、
   前記の測定した校正量に応じて、当該の軸を動かす工程と、
   を有する、請求項６に記載のステージ機器を制御する方法。
9. 本制御方法が、更に、
   制御部において、当該の測定した校正量に応じて当該の軸を動かす場合に、各軸を当該の校正量だけ逆方向に動かした後、当該の指定されたマスター軸を基準位置である原点に戻す工程、
   を有する、請求項８に記載のステージ機器を制御する方法。
10. 当該のステージ機器が、当該の複数の軸を駆動する駆動源を備えており、
    本制御方法が、
    当該の制御部において、当該のマスター軸の原点への戻しを完了した場合に、その駆動源を一時的に停止する工程、
    を有する、請求項６に記載のステージ機器を制御する方法。