JPH05150838A - 移動テーブルの制御方法および制御装置 - Google Patents

移動テーブルの制御方法および制御装置

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JPH05150838A
JPH05150838A JP3310892A JP31089291A JPH05150838A JP H05150838 A JPH05150838 A JP H05150838A JP 3310892 A JP3310892 A JP 3310892A JP 31089291 A JP31089291 A JP 31089291A JP H05150838 A JPH05150838 A JP H05150838A
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JP
Japan
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moving table
gain
target position
control
mobile table
Prior art date
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Pending
Application number
JP3310892A
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English (en)
Inventor
Norio Uchida
憲男 内田
Jun Nishida
純 西田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、移動テーブルをフィードバック制御
で高速に、かつ高精度に位置決めできる移動テーブルの
制御方法および制御装置を提供する。 【構成】移動テーブル21の目標位置x0 と現在位置x
との偏差Δx=(x0 −x)を零に制御するフィードバ
ック制御ループを備えた移動テーブルの制御装置におい
て、一定の期間Δt毎に、期間Δt内の|x0−x|ま
たは(x0 −x)2 の平均値をCPU24で求め、求め
られた平均値が予め定められた値より小さいときにフィ
ードバック制御ループに介挿されたアッテネータ26の
ゲインを1段階大きくしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、移動テーブルを高速
に、かつ高精度に位置決めする移動テーブルの制御方法
および制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように、超LSIの製造過程には
露光装置を用いる工程がある。露光装置の使用によっ
て、マスクに描かれている電子回路パターンがウェハ上
に転写される。このような露光工程では、パターンの微
細化に伴って、マスクとウェハとの位置合わせを高速度
に、かつ高精度に行う必要が生じている。すなわち、ウ
ェハを支持した移動テーブルを高速に移動させるととも
に高精度に位置決めする制御技術が必要となっている。
【0003】ところで、従来は図5に示すように、通常
のフィードバック制御によって移動テーブルの位置決め
を行う方式が採用されている。すなわち、移動テーブル
1をモータ2の出力で駆動するとともに、移動テーブル
1の近傍に移動テーブル1の現在位置xを計測するレー
ザ干渉計3を設けている。そして、システムあるいは装
置全体の動作を管理するコンピュータ(以下、CPUと
略称する。)からレーザ干渉計3の制御部に目標位置x
0 が与えられと、レーザ干渉計3の制御部は計測された
現在位置xと目標位置x0 との偏差(x0 −x)に比例
したデジタル信号を出力する。このデジタル信号はDA
コンバータ5によってアナログ信号に変換された後、比
例回路や積分回路で構成された補償回路7を経由してパ
ワーアンプ7に入力される。そして、パワーアンプ7の
出力がモータ2に与えられ、これによって移動テーブル
1が目標位置x0 に位置決めされる。
【0004】しかしながら、上記のように構成された従
来の移動テーブル制御方式では次のような問題があっ
た。すなわち、移動テーブルや駆動系には摩擦が存在し
ているので、この摩擦に打勝って精密な位置決めを行う
には制御系ループのゲインを大きくする必要がある。し
かし、ゲインを大きくすると、移動テーブルの機械系と
制御系の剛性とで決まる固有振動数で移動テーブルが振
動し、この振動が発散するなどし、高速度で、かつ高精
度な位置決めが困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の移
動テーブル制御方式では、高速度で、かつ高精度な位置
決めを行うことが困難であった。そこで本発明は、上述
した不具合を解消できる移動テーブルの制御方法および
制御装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る制御方法では、移動テーブルをフィー
ドバック制御で目標位置x0 へ位置決めするに当たり、
上記移動テーブルの目標位置x0 と現在位置xとの偏差
Δx=(x0 −x)の減少に対応させて制御ループのゲ
インを増大させるようにしている。
【0007】また、本発明に係る制御装置では、移動テ
ーブルを駆動する駆動手段と、前記移動テーブルの現在
位置xを計測する計測手段と、前記移動テーブルの目標
位置x0 と現在位置xとの偏差Δx=(x0 −x)を零
にすべく前記駆動手段を制御するフィードバック制御ル
ープとを備えたものにおいて、一定の期間Δt毎に、こ
の期間Δt内の|x0 −x|または(x0 −x)2 の平
均値を求める手段と、この手段によって求められた平均
値が予め定められた値より小さいときに前記フィードバ
ック制御ループのゲインを1段階大きくする手段とを備
えている。
【0008】
【作用】ころがり形のガイドやボールねじなどの摩擦要
素を備えた移動テーブル系では次のような現象が起こ
る。すなわち、図5に示した従来の制御系を使い、制御
系のゲインを一定にして20μmのステップ応答(x0
x=20μm)を行なわせると、移動テーブルは図2に示
すように振動しながら目標位置に近付く。この条件で、
さらに制御系のゲインを大きくすると、振動が発散す
る。しかし、同じゲインでも1 μmのステップ応答(x
0 −x=1 μm)では、図3に示すように振動はほとん
ど生じない。ゲインをさらに大きくしても振動は発散し
ない。このような現象は移動テーブルや駆動系に摩擦が
ある場合に生じる。
【0009】したがって、図2に示す20μmのステップ
応答において、移動テーブルが目標値に近付き、(x0
−x)の絶対値|x0 −x|が、たとえば1 μm程度に
近付いたときから制御系のゲインを大きくしても振動は
発散しない。本発明では、この現象を利用し、目標位置
0 と現在位置xとの偏差Δx=(x0 −x)の減少に
対応させて制御ループのゲインを増大させるようにして
いる。したがって、より高速で、より高精度な位置決め
が可能となる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1には本発明の一実施例に係る移動テーブルの制
御装置が示されている。この制御装置は、0.05μmオー
ダの精度が要求される位置決めの場合に使用できる。
【0011】図中21は移動テーブルを示している。移
動テーブル21はモータ22の出力で駆動される。移動
テーブル21の近傍には移動テーブル21の現在位置x
を計測するレーザ干渉計23が設けられている。そし
て、システムあるいは装置全体の動作を管理するCPU
24からレーザ干渉計23の制御部に目標位置x0 が与
えられと、レーザ干渉計23の制御部は計測された現在
位置xと目標位置x0 との偏差(x0 −x)に対応した
デジタル信号を出力する。
【0012】このデジタル信号は、一方においてはDA
コンバータ25によってアナログ信号に変換された後、
アッテネータ26、加算器27、比例回路や積分回路で
構成された補償回路28を経由してパワーアンプ29に
入力される。そして、パワーアンプ29の出力がモータ
22に入力として与えられる。なお、この例では系の安
定性を向上させるために、モータ22に速度発電機30
を連結し、この速度発電機30の出力を加算器27のマ
イナス入力端に導入している。
【0013】レーザ干渉計23の制御部から出力された
デジタル信号は、他方においてはCPU24に入力され
る。CPU24は、偏差(x0 −x)に対応したデジタ
ル信号を入力し、これを演算処理し、この処理結果に基
いてアッテネータ26のゲインを変更する機能を備えて
いる。すなわち、CPU24には、ゲインを変更する位
置a1 ,a2 ,a3 ,a4 ,………(ただし、a1 >a
2 >a3>a4 >…)の情報と、アテネータ26のゲイ
ンA1 ,A2 ,A3 ,A4 ,………(ただし、A1 <A
2 <A3 <A4 <…)の情報とが予め記憶されている。
CPU24は、(x0 −x)に対応したデジタル信号が
入力されると、1/1000秒毎に、その個々の値であるΔx
i =(x0 −x)を取り込む。そして、n個取込む毎
に、つまりΔtの期間に亘って取込む毎にΔxi の絶対
値|Δxi |の平均値|Δx|AVを計算する。 |Δx|AV={Δx1 +Δx2 +………Δxn }/n …(1) 次に、以下の判定基準にしたがってアッテネータ26の
ゲインAを変更制御する。
【0014】
【数1】 次に、上記のように構成された装置の動作を説明する。
【0015】CPU24から目標位置x0 がレーザ干渉
計23の制御部に与えられると、制御部から位置偏差
(x0 −x)に対応したデジタル信号が出力され、この
出力に基いて移動テーブル21は目標位置x0 に向かっ
て移動を開始する。
【0016】このとき、CPU24には(x0 −x)に
対応したデジタル信号が入力される。CPU24は、時
々刻々、(1) 式の計算を行い、(2) 式から(6) 式の判定
を繰り返す。この結果、制御系のゲインは、A1 からA
2 へ、A2 からA3 へ、A3からA4 へと順に大きな値
となる方向へ切換えられる。この場合、移動テーブル2
1に外乱が加わり、位置偏差(x−xi)が大きくなる
と、アッテネータ26のゲインAも|Δx|AVの値に応
じて変化するので振動が発散することはない。移動テー
ブル21の移動に伴って、(x0 −x)が減少し、これ
によってモータ22の入力も小さくなり、ついには目標
位置x0 への位置決めが行われる。
【0017】このように、移動テーブル21が目標位置
0 から離れているときには制御ループのゲインAを小
さな値に設定し、目標位置x0 に接近するにつれて制御
ループのゲインAを大きな値に設定するようにしている
ので、振動を発散させることなく、移動テーブル21を
高速かつ高精度に位置決めすることができる。
【0018】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上記実施例ではCPU24
において、1/1000秒毎に(x0 −x)を取込むようにし
ているが、この時間間隔に限られるものではなく、移動
テーブル21の振動周期より十分に短い時間間隔であれ
ばよい。また、|Δx|AVを計算するための時間間隔Δ
tについては、たとえば図2に示すような振動の最も小
さい固有振動数の周期Tの1/2 以上であればよい。
【0019】また、上述した実施例では、アッテネータ
26を用いて制御ループのゲインAを変更しているが、
図4に示すように、(x0 −xi)の値をCPU24に
取込み、このCPU24内で前述した(1) 式の計算と
(2) 〜(6) 式の判定とを行わせ、この判定結果に基いて
DAコンバータ25へ次のような入力Bを与えるように
してもよい。ただし、A1 <A2 <A3 <A4 <…であ
る。
【0020】
【数2】 さらに、(1) 式の代りに、 |Δx|AV 2 ={Δx1 2 +Δx2 2 +………Δxn 2 }/n …(12) を用い、以下の判定基準にしたがってゲインAを変更し
てもよい。
【0021】
【数3】
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
移動テーブルの位置に応じて制御ループのゲインを最適
に設定できるので、高速で高精度な位置決めを実現でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る移動テーブルの制御装
置のブロック構成図、
【図2】通常のフィードバック制御における20μmのス
テップ応答波形図、
【図3】通常のフィードバック制御における1 μmのス
テップ応答波形図、
【図4】本発明の別の実施例に係る移動テーブルの制御
装置のブロック構成図、
【図5】従来の移動テーブルの制御装置のブロック構成
図。
【符号の説明】
21…移動テーブル、 22…モー
タ、23…レーザ干渉計、24…コンピュータ、25…
DAコンバータ、 26…アッテネー
タ、28…補償要素、 29…パ
ワーアンプ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】移動テーブルをフィードバック制御で目標
    位置x0 へ位置決めするに当たり、上記移動テーブルの
    目標位置x0 と現在位置xとの偏差Δx=(x0 −x)
    の減少に対応させて制御ループのゲインを増大させるよ
    うにしたことを特徴とする移動テーブルの制御方法。
  2. 【請求項2】移動テーブルを駆動する駆動手段と、前記
    移動テーブルの現在位置xを計測する計測手段と、前記
    移動テーブルの目標位置x0 と現在位置xとの偏差Δx
    =(x0 −x)を零にすべく前記駆動手段を制御するフ
    ィードバック制御ループとを備えた移動テーブルの制御
    装置において、一定の期間Δt毎に、この期間Δt内の
    |x0 −x|または(x0 −x)2 の平均値を求める手
    段と、この手段によって求められた平均値が予め定めら
    れた値より小さいときに前記フィードバック制御ループ
    のゲインを1段階大きくする手段とを具備してなること
    を特徴とする移動テーブルの制御装置。
  3. 【請求項3】前記期間Δtは、前記移動テーブルの機構
    と制御系とによって決まる固有振動数のうち、振動数が
    最も小さい固有振動数の周期をTとしたとき、T/2よ
    り大きな値に設定されていることを特徴とする請求項2
    に記載の移動テーブルの制御装置。
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