JPH05173639A - 位置制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体製造装置等における精密位置決め用制御
装置及びその制御方法に関し、特に当該半導体製造装置
等のスループットの向上を図ることが可能になる位置制
御装置及びその制御方法の提供を目的とする。 【構成】第１の制御対象14と第２の制御対象15との相互
位置制御をする装置であって、前記第１の制御対象14を
駆動制御する第１の駆動制御系11と、前記第２の制御対
象15を駆動制御する第２の駆動制御系12と、前記第１の
駆動制御系11から出力される第１の制御信号Ｓ１と、前
記第２の駆動制御系12から出力される第２の制御信号Ｓ
２とを切り換える信号切換手段13とを具備し、前記信号
切換手段13は、制御選択信号ＳＥに基づいて前記第１の
制御信号Ｓ１又は第２の制御信号Ｓ２を選択出力するこ
とを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置制御装置及びその
制御方法に関し、特に半導体製造装置等における精密位
置決め用制御装置に関する。

【０００２】ステッパ等の半導体製造装置では、露光パ
ターンの微細化に伴って、１μｍ以下の位置決め精度が
必要である。また、ウエハの複数の位置にパターンを転
写するために100 mm以上の移動ストロークが必要であ
る。

【０００３】このように、長い移動ストロークと、高精
度な位置決め精度という相反する目的をひとつのステー
ジで達成するのは困難なために、長い移動ストロークを
もち、かつ粗い位置決め精度をもつコースステージと、
短い移動ストロークで高い位置決め精度をもつファイン
ステージとを組み合わせて、長いストロークで高い位置
決め精度を実現している。

【０００４】

【従来の技術】図14（ａ），（ｂ）は、従来例に係る位
置制御装置を説明する図である。同図（ａ）は従来例に
係る位置制御装置の構成図であり、同図（ｂ）は当該位
置制御装置の制御関係を示す説明図である。

【０００５】図14（ａ）に示すように、位置制御装置
は、第１の位置検出器１Ａと第１のフィードバック補償
器１Ｂと第１のアクチュエータ１Ｃと、コースステージ
４と、第２の位置検出器２Ａと、第２のフィードバック
補償器２Ｂと、第２のアクチュエータ２Ｃと、ファイン
ステージ５から成るものである。

【０００６】当該位置制御装置の動作は、例えば、コー
スステージ制御系１は、まず、第１の位置検出器１Ａが
不図示の基礎部に対するコースステージ４の位置を検出
すると、第１のフィードバック補償器１Ｂによってコー
スステージ４の目標位置の設定をし、該設定に基づいて
第１のアクチュエータ１Ｃがコースステージ４の駆動を
する。

【０００７】また、ファインステージ制御系２は、第２
の位置検出器２Ａが、前記基礎部に対するファインステ
ージ５の位置を検出すると、第２のフィードバック補償
器２Ｂによってファインステージ５の目標位置を設定
し、該設定に基づいて第２のアクチュエータ２Ｃが、コ
ースステージ４上に搭載されたファインステージ５の駆
動をする。

【０００８】以上の動作で、コースステージやファイン
ステージの位置決めを行う。図14（ｂ）に示すように、
位置制御装置の制御系は２つに分かれており、コースス
テージ４の位置制御をするコースステージ制御系１とフ
ァインステージ５の位置制御をするファインステージ制
御系２とから成る。また、これらのコースステージ制御
系１とファインステージ制御系２とは、各々独立に制御
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来例の位置
制御装置によれば、コースステージ制御系１と、ファイ
ンステージ制御系２とが別個にフィードバック制御され
ており、また、従来例の位置制御方法によれば、まずコ
ースステージ４をおおよその目標位置に位置決めし、そ
の後コースステージ上に搭載されたファインステージ５
による精密な位置決めを行うことによって位置制御を行
っていた。

【００１０】当該位置制御方法によると、コースステー
ジ４の位置決めの際に生じる目標位置との誤差は、ファ
インステージ５が移動することによって補正している。
しかし、コースステージ制御系１（以下第１の駆動制御
系ともいう）と、ファインステージ制御系２（以下第２
の駆動制御系ともいう）とがまったく別個に制御されて
いるために、ファインステージの位置検出器２Ａとは全
く無関係にコースステージ４が駆動する。

【００１１】このため、コースステージ４の位置決め精
度が悪いと、ファインステージ５が位置補正のために大
きく移動しなければならない。しかし、ファインステー
ジ５が移動できる範囲は小さい。このため、コースステ
ージ４の位置決めの際に生じる誤差があまりに大きい
と、ファインステージ５による精密な位置補正ができな
くなるという問題が生じる。

【００１２】そこで、このような問題を解決すべく、次
のような方法が提案されている。すなわち、まず、コー
スステージ４を目標の位置に位置決めし、その時の位置
をファインステージの位置を検出する第２の位置検出器
２Ａで検出する。

【００１３】次に、その位置検出結果に基づいてコース
ステージ４の目標位置を補正し、コースステージ４を補
正後の目標の位置に位置決めをする。次いで、ファイン
ステージ５の位置決めを行うという方法である。

【００１４】この方法によれば、コースステージ４の位
置決め精度が多少粗くても、ファインステージ５が位置
補正の際に大きく移動することはない。しかし、この位
置制御方法によると、コースステージを２回位置決めす
る必要があるので、位置決めに要する時間がかかり、装
置のスループットが向上しないといった問題が生じる。

【００１５】本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創
作されたものであり、第１の駆動制御系と第２の駆動制
御系とを分離制御することなく、両制御系間の位置検出
器を自動切り換え制御し、第１の制御対象と第２の制御
対象との相互位置制御を正確かつ短時間に行うこと、及
び当該装置のスループットの向上を図ることが可能とな
る位置制御装置及びその制御方法の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明に係る位
置制御装置の原理図を示し、図２は、本発明に係る位置
制御装置の制御方法の原理図を示している。

【００１７】本発明の位置制御装置は、図１に示すよう
に、第１の制御対象14と第２の制御対象15との相互位置
制御をする装置であって、前記第１の制御対象14を駆動
制御する第１の駆動制御系11と、前記第２の制御対象15
を駆動制御する第２の駆動制御系12と、前記第１の駆動
制御系11から出力される第１の制御信号Ｓ１と、前記第
２の駆動制御系12から出力される第２の制御信号Ｓ２と
を切り換える信号切換手段13とを具備し、前記信号切換
手段13は、制御選択信号ＳＥに基づいて前記第１の制御
信号Ｓ１又は第２の制御信号Ｓ２を選択出力することを
特徴とする。

【００１８】なお、本発明の位置制御装置において、前
記第２の駆動制御系12と前記信号切換手段13との間に接
続された異常検出手段16を具備し、前記異常検出手段16
は、第２の駆動制御系12の異常動作を検出して前記信号
切換手段13に制御選択信号ＳＥを出力することを特徴と
する。

【００１９】さらに、本発明の位置制御装置において、
前記第１の駆動制御系11は、第１の制御対象14の位置を
検出する第１の位置検出手段11Ａと、前記第１の駆動制
御系11と第２の駆動制御系12間の制御調整をする位置補
正手段11Ｂと、前記第１の制御対象14を駆動する第１の
駆動制御手段11Ｃとから成り、前記第２の駆動制御系12
は、第２の制御対象15の位置を検出する第２の位置検出
手段12Ａと、前記第２の制御対象15を駆動する第２の駆
動制御手段12Ｂから成ることを特徴とする。

【００２０】また、本発明の位置制御装置の第１の制御
方法は、図２（ａ）に示すように、第１の駆動制御系11
により駆動制御される第１の制御対象14と第２の駆動制
御系12により駆動制御される第２の制御対象15との相互
位置制御をする方法であって、図２（ｃ）のフローチャ
ートに示すように、まずステップＰ１で、ある制御範囲
に基づいて第２の制御信号Ｓ２により第１又は２の制御
対象14,15 を制御する第１の制御処理をし、前記制御範
囲を越えた場合に、ステップＰ３で、第１の制御信号Ｓ
１により第１の駆動制御系11を制御する第２の制御処理
をすることを特徴とする。

【００２１】なお、本発明の位置制御装置の第１の制御
方法において、ステップＰ３Ａで前記第２の制御処理
は、第２の駆動制御系12の制御範囲を越えた場合に、該
第１の駆動制御系11の制御量を第２の駆動制御系12の制
御量に演算補正処理をすることを特徴とする。

【００２２】また、本発明の第１の制御方法において、
前記演算補正処理は、ステップＰ３Ｂで第１の駆動制御
系11により検出される第１の位置検出値Ｐ_E に補正利得
Ｇを乗じ、さらに、前記結果値に補正偏差Ｏを加算する
ことを特徴とする。

【００２３】さらに、本発明の位置制御装置の第２の制
御方法は、本発明の位置制御装置の第１の制御方法であ
って、前記演算補正処理は、第１の駆動制御系11により
検出される任意の２点間に係る第１の位置検出値Ｐ_E1，
Ｐ_E2と、前記第２の駆動制御系12により検出される任意
の２点間に係る第２の位置検出値Ｐ_L1，Ｐ_L2とに基づい
て前記補正利得Ｇと補正偏差Ｏを求めることを特徴とす
る。

【００２４】また、本発明の位置制御装置の第３の制御
方法は、本発明の位置制御装置の第１，第２の制御方法
であって、前記演算補正処理は、第１の駆動制御系11に
より検出される任意の２点間に係る第１の位置検出値Ｐ
_E1，Ｐ_E2と、前記第２の駆動制御系12により検出される
任意の２点間に係る第２の位置検出値Ｐ_L1，Ｐ_L2が、第
１，第２の駆動制御系11，12により検出される複数の第
１，第２の位置検出値Ｐ_E ，Ｐ_L において、前記第１の
位置検出値Ｐ_E の最小値Ｐ_Emin及び最大値Ｐ_{Em ax}と、前
記第２の位置検出値Ｐ_L の最小値Ｐ_Lmin及び最大値Ｐ
_Lmaxとに基づいて前記補正利得Ｇと補正偏差Ｏを求める
ことを特徴とする。

【００２５】さらに、本発明の位置制御装置の第４の制
御方法は、本発明の位置制御装置の第１の制御方法であ
って、前記演算補正処理は、第１の駆動制御系11により
検出される複数の第１の位置検出値Ｐ_Enと、前記第２の
駆動制御系12により検出される複数の第２の位置検出値
Ｐ_Lnとを保持し、前記保持した複数の第１の位置検出値
Ｐ_Enと第２の位置検出値Ｐ_Lnとの相関関係を求め、前記
相関関係に基づいて補正利得Ｇと補正偏差Ｏを求めるこ
とを特徴とし、上記目的を達成する。

【００２６】

【作 用】本発明の位置制御装置によれば、図１に示す
ように、第１の制御信号Ｓ１と、第２の制御信号Ｓ２と
を切り換える信号切換手段13とを具備し、該信号切換手
段13は、制御選択信号ＳＥに基づいて第１の制御信号Ｓ
１又は第２の制御信号Ｓ２を選択出力している。

【００２７】例えば、第２の駆動制御系12と信号切換手
段13との間に接続された異常検出手段16を具備し、該異
常検出手段16は、第２の駆動制御系12の異常動作を検出
して信号切換手段13に制御選択信号ＳＥを出力してい
る。

【００２８】このため、第２の駆動制御系12から出力さ
れる第２の制御信号Ｓ２を第１の駆動制御系11に直接取
り込んで駆動制御をすることが可能になり、第１の駆動
制御系と第２の駆動制御系とを分離制御することなく両
制御系間の位置検出手段の自動切り換え制御をすること
が可能になる。

【００２９】これにより、第２の位置検出手段12Ａに異
常動作が発生したときなどにも、第１の位置検出手段11
Ａに切り換わる自動切り換え制御をし、第１の駆動制御
系11による駆動制御をすることが可能になる。

【００３０】また、本発明の位置制御装置の第１の制御
方法によれば、図２（ｃ）のステップＰ１で、第２の位
置検出手段12Ａのある制御範囲に基づいて第２の位置検
出手段12Ａにより第１又は２の制御対象14,15 を制御す
る第１の制御処理をし、その後、制御範囲を越えて制御
信号ＳＥが出力された場合に、ステップＰ３で第１の位
置検出手段11Ａにより第１の制御対象14を制御する第２
の制御処理をしている。

【００３１】ここで、第１，第２の制御処理について図
を参照しながら詳述する。図２（ａ）は本発明の位置制
御装置の制御方法に係る第１の制御処理の説明図であ
り、同図（ｂ）は本発明の位置制御装置の制御方法に係
る第２の制御処理の説明図である。

【００３２】第１の制御処理は、図２（ａ）に示すよう
に、第２の位置検出手段12Ａにより、第１または第２の
制御対象14,15 を制御する処理である。この処理では、
第１の位置検出手段11Ａは使用しない。

【００３３】また、第２の制御処理は、図２（ｂ）に示
すように、第１の位置検出手段11Ａにより第１の制御対
象14を制御する処理である。この処理では、第２の駆動
制御系12は使用せず、従って、第２の制御対象15は制御
されない。

【００３４】このため、第１の制御処理時には、精度の
よい第２の位置検出手段12Ａにより第１の制御対象14が
制御される。そのために第１の制御対象14の位置制御の
精度が向上する。

【００３５】なお、本発明の位置制御装置の第１の制御
方法において、第２の制御処理は、第２の駆動制御系12
の制御範囲を越えた場合に、図２（ｂ）のステップＰ３
Ａで該第１の駆動制御系11の制御量を第２の駆動制御系
12の制御量に演算補正処理をしている。

【００３６】また、当該演算補正処理は、第１の駆動制
御系11により検出される第１の位置検出値Ｐ_E に補正利
得Ｇを乗じ、さらに、結果値に補正偏差Ｏを加算してい
る。なお、ここでは補正利得Ｇを一定値にとっている。

【００３７】このため、第２の位置検出手段12Ａが使用
できない場合でも、第１の位置検出手段11Ａを使用し
て、第１の制御対象14を位置制御することが可能にな
る。さらに、第１の駆動制御系11の制御量と第２の駆動
制御系12の制御量との間に分解能その他の質的又は量的
な単位の差異があるときでも、一方の駆動制御系で用い
ている制御量を他方の駆動制御系で用いることが可能に
なり、位置検出手段の切替えによる制御処理の変更が円
滑に行われる。

【００３８】本発明の位置制御装置の第２の制御方法に
よれば、本発明の位置制御装置の第１の制御方法であっ
て、演算補正処理は、第１の駆動制御系11により検出さ
れる任意の２点間に係る第１の位置検出値Ｐ_E1，Ｐ
_E2と、第２の駆動制御系12により検出される任意の２点
間に係る第２の位置検出値Ｐ_L1，Ｐ_L2とに基づいて補正
利得Ｇと補正偏差Ｏを求めている。

【００３９】このため、位置や条件などによって、予め
設定した値から変化する補正利得Ｇを算出して求めるこ
とにより、補正利得Ｇを一定値にして補正偏差Ｏのみを
求める場合に比して、より円滑に制御処理の変更が可能
になる。

【００４０】本発明の位置制御装置の第３の制御方法に
よれば、本発明の位置制御装置の第１，第２の制御方法
であって、演算補正処理は、第１の駆動制御系11により
検出される任意の２点間に係る第１の位置検出値Ｐ_E1，
Ｐ_E2と、第２の駆動制御系12により検出される任意の２
点間に係る第２の位置検出値Ｐ_L1，Ｐ_L2が、第１，第２
の駆動制御系11，12により検出される複数の第１，第２
の位置検出値Ｐ_E ，Ｐ _L において、第１の位置検出値Ｐ
_E の最小値Ｐ_Emin及び最大値Ｐ_Emaxと、第２の位置検出
値Ｐ_L の最小値Ｐ_Lmin及び最大値Ｐ_Lmaxとに基づいて補
正利得Ｇと補正偏差Ｏを求めている。

【００４１】このため、極力離れた２点を通る直線を用
いて補正利得Ｇと補正偏差Ｏを算出することが可能にな
るので、補正利得Ｇを一定値にして補正偏差Ｏのみを求
める場合や、任意の２点間に係る位置検出値に基づいて
補正利得Ｇと補正偏差Ｏを求める場合などに比して、よ
り円滑に制御処理の変更が可能になる。

【００４２】本発明の位置制御装置の第４の制御方法に
よれば、本発明の位置制御装置の第１の制御方法であっ
て、演算補正処理は、第１の駆動制御系11により検出さ
れる複数の第１の位置検出値Ｐ_Enと、第２の駆動制御系
12により検出される複数の第２の位置検出値Ｐ_Lnとを保
持し、保持した複数の第１の位置検出値Ｐ_Enと第２の位
置検出値Ｐ_Lnとの相関関係を、例えば最小二乗法によっ
て求め、相関関係に基づいて補正利得Ｇと補正偏差Ｏを
求めている。

【００４３】このため、複数のデータをもとにして第１
の位置検出値Ｐ_Enと第２の位置検出値Ｐ_Lnとの相関関係
を求めることにより、測定誤差をさらに小さく抑えるこ
とができる。

【００４４】これにより、より円滑に制御処理の変更が
可能になる。

【００４５】

【実施例】次に図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明をする。図３〜図13は、本発明の実施例に係る位
置制御装置及びその制御方法を説明する図である。

【００４６】（１）第１の実施例 図３は、本発明の各実施例に係る位置制御装置の構成図
であり、図４は本発明の各実施例に係る位置制御装置の
ステージ駆動部と、位置検出部との関係を説明する補足
説明図である。

【００４７】図５は、本発明の各実施例に係る位置制御
装置の制御方法を説明するフローチャートである。ま
た、図６は本発明の各実施例に係るゲイン・オフセット
を説明する補足説明図である。さらに、図７は、本発明
の第１の実施例に係るゲイン・オフセット設定処理方法
を説明するフローチャートである。

【００４８】例えば、ステッパーなどの露光装置に使用
されるＸＹステージに応用可能な位置制御装置は、図３
において、コースステージ制御系21と、ファインステー
ジ制御系22と、信号切替器23と、コースステージ24と、
ファインステージ25と、エラー検出器26から成るもので
ある。また、ここではＸ軸方向の駆動制御のみについて
説明をする。なお、Ｙ軸方向の駆動制御はＸ軸方向の駆
動制御と同様に行われるため、説明を省略する。

【００４９】すなわち、コースステージ制御系21は、第
１の駆動制御系11の一実施例であり、コースステージ位
置検出部21Ａと、位置補正部31と、コースステージ駆動
制御部33から成り、コースステージ24の駆動制御をする
ものである。

【００５０】コースステージ位置検出部21Ａは、第１の
位置検出手段11Ａの一実施例であり、ロータリーエンコ
ーダ21ａと、カウンタ21ｂから成り、コースステージ24
の位置を検出するものである。

【００５１】当該コースステージ位置検出部21Ａの機能
は、例えば、後述するモータ33ｃが回転すると、ロータ
リーエンコーダ21ａがモータ33ｃの回転量を電気信号に
変換する。また、この電気信号をカウンタ21ｂがカウン
トし、コースステージ24の位置を検出する。

【００５２】位置補正部31は、位置補正手段11Ｂの一実
施例であり、乗算器31ａと、加算器31ｂと、ゲイン演算
器31ｃと、オフセット演算器31ｄと、ゲイン・オフセッ
ト設定器31ｅから成るものであって、コースステージ制
御系21と、ファインステージ制御系22との間の位置検出
データの精度を調整するものである。

【００５３】例えば、乗算器31ａ、加算器31ｂは、入力
されてくる２つの信号をそれぞれ乗算，加算して出力す
るものであり、ゲイン演算器31ｃ，オフセット演算器31
ｄはゲイン・オフセット設定器31ｅからのデータに基づ
いて位置検出データの単位を調整するゲインＧ，オフセ
ットＯを算出するものである。なお、ゲインＧ，オフセ
ットＯについては後に詳述する。

【００５４】ゲイン・オフセット設定器31ｅは、カウン
タ21ｂとレーザ測長器22Ａからの位置検出データを入
力、保持するものである。また、コースステージ駆動制
御部33は、第１の駆動制御手段11Ｃの一実施例であり、
コースステージ制御器33ａと、モータアンプ33ｂと、モ
ータ33ｃから成り、コースステージ24を駆動するもので
ある。

【００５５】例えば、コースステージ制御器33ａはコー
スステージ駆動制御部33の入出力を制御するものであ
る。モータアンプ33ｂと、モータ33ｃはコースステージ
24を直接駆動するものである。

【００５６】ファインステージ制御系22は、第２の駆動
制御系12の一実施例であり、レーザ測長器22Ａと、ファ
インステージ駆動制御部43から成るものである。レーザ
測長器22Ａは、第２の位置検出手段12Ａの一実施例であ
り、図示しない基礎部に対するファインステージ25の位
置を検出するものである。

【００５７】ファインステージ駆動制御部43は、第２の
駆動制御手段12Ｂの一実施例であり、ファインステージ
制御器43ａと、圧電素子アンプ43ｂと、圧電素子43ｃか
ら成り、コースステージ24上に搭載されたファインステ
ージ25を駆動するものである。

【００５８】信号切替器23は、入力されてくる複数の信
号を選択するものであり、この場合は、後述するエラー
信号ＳＥ１に基づいて、加算器31ｂから出力されるコー
スステージ制御系21に係るコースステージ制御信号Ｓ11
と、レーザ測長器22Ａから出力されるファインステージ
制御系22に係るファインステージ制御信号Ｓ21とのいず
れかを選択して出力するものである。なお、コースステ
ージ制御信号Ｓ11は第１の制御信号Ｓ１の一実施例であ
り、ファインステージ制御信号Ｓ21は第２の制御信号Ｓ
２の一実施例である。

【００５９】また、コースステージ24は、モータ33ｃ等
によって駆動されて、長い移動ストロークで移動するも
のである。ファインステージ25は、圧電素子43ｃによっ
て駆動され、短い移動ストロークで緻密な移動をするも
のであり、この上にウエハ等の被処理対象物が搭載され
る。

【００６０】エラー検出器26は、ファインステージ25が
レーザ測長器22Ａの検出範囲を越えたりしてレーザ測長
器22Ａによる検出が不可能になったとき、その異常を検
出してエラー信号ＳＥ１を出力するものである。これ
は、例えば、ウエハのファインステージへの装着、脱着
（以下ではウエハローディングと呼ぶ）時には、レーザ
測長器の測定範囲を越えてコースステージを移動させる
必要があるが、そのような場合はエラー信号ＳＥ１が出
力される。

【００６１】以下で、当該装置の第１，第２の制御対象
となるコースステージ24，ファインステージ25につい
て、図４を参照しながら詳述する。図４は本発明の各実
施例に係る位置制御装置のステージ駆動部と、位置検出
部との関係を説明する補足説明図である。

【００６２】最初に、ステージ駆動部について説明す
る。図４に示すように、上述のコースステージ24はＸ軸
コースステージ24ＸとＹ軸コースステージ24Ｙの２つに
分かれており、Ｘ軸コースステージ24Ｘの上部にＹ軸コ
ースステージ24Ｙが設けられている。

【００６３】Ｘ軸コースステージ24ＸとＹ軸コースステ
ージ24Ｙは、Ｘ軸用ボールネジＢＸとＹ軸用ボールネジ
ＢＹにそれぞれ接続されており、これらに接続されてい
るＸ軸用モータＭＸ、Ｙ軸用モータＭＹによって駆動さ
れる。こうしてＸ軸コースステージ24ＸとＹ軸コースス
テージ24ＹはＸ軸，Ｙ軸方向に移動する。

【００６４】なお、Ｘ軸用モータＭＸ、Ｙ軸用モータＭ
Ｙは、図３のモータ33ｃに対応するものである。Ｙ軸コ
ースステージ24Ｙの上にはファインステージ25が設けら
れている。また、ファインステージ25の側面にはＸ軸用
圧電素子ＰＸとＹ軸用圧電素子ＰＹが設けられており、
かつＹ軸コースステージ24Ｙに固定されている。これら
の圧電素子は、電圧をかけると伸縮する。そのため、こ
れらの圧電素子を側面に持つファインステージ25は、圧
電素子に加えられた電圧によってＹ軸コースステージ24
Ｙ上をＸ軸，Ｙ軸方向に移動する。

【００６５】以上のようにしてＸ軸コースステージ24
Ｘ，Ｙ軸コースステージ24Ｙ，ファインステージ25は駆
動される。次に、ステージ駆動部と位置検出部との関係
について説明する。

【００６６】まず、コースステージ24の位置検出を以下
で述べる。図４に示すように、コースステージを駆動す
るＸ軸用モータＭＸ、Ｙ軸用モータＭＹにはＸ軸用ロー
タリーエンコーダＲＸ，Ｙ軸用ロータリーエンコーダＲ
Ｙがそれぞれ設けられている。

【００６７】これらのロータリーエンコーダＲＸ，ＲＹ
は、Ｘ軸用モータＭＸ，Ｙ軸用モータＭＹの回転を信号
に変換するものである。この信号を、不図示のカウンタ
21ｂがカウントすることによって、不図示の基礎部に対
するコースステージの位置を検出する。なお、上記Ｘ軸
用ロータリーエンコーダＲＸ，Ｙ軸用ロータリーエンコ
ーダＲＹは、図３のロータリーエンコーダ21ａに対応し
ている。

【００６８】次に、ファインステージ25の位置検出を以
下で述べる。図４に示すように、ファインステージ25の
側面にはミラーＭが設けられており、ステージの外部の
基礎部にはＸ軸用レーザ測長器ＸＬと、Ｙ軸用レーザ測
長器ＹＬとが設けられている。

【００６９】これらの測長器ＸＬ，ＹＬは、レーザー光
を発射し、ファインステージ25の側面に設けられている
ミラーＭから反射されるレーザー光を検出することによ
って、微妙な位置変化を検出するものである。このよう
にして、ファインステージ25の基礎部に対する位置が検
出される。なお、Ｘ軸用レーザ測長器ＸＬ、Ｙ軸用レー
ザ測長器ＹＬは、図３のレーザ測長器22Ａに対応してい
る。

【００７０】以上のようにしてＸ軸コースステージ24
Ｘ，Ｙ軸コースステージ24Ｙ，ファインステージ25の位
置は検出される。このようにして、本発明の各実施例に
係る位置制御装置によれば、コースステージ制御信号Ｓ
11と、ファインステージ制御信号Ｓ21とを切り換える信
号切換器23と、ファインステージ制御系22と信号切換器
23との間に接続されたエラー検出器26を具備している。

【００７１】また、該エラー検出器26は、例えばウエハ
ローディング時のように、レーザ測長器の測定範囲を逸
脱して、位置検出が不可能になるというようなファイン
ステージの位置検出器22Ａの異常動作を検出して、信号
切換器23にエラー信号ＳＥ１を出力している。そして、
当該信号切換器23は、該エラー信号ＳＥ１に基づいてコ
ースステージ制御信号Ｓ11又はファインステージ制御信
号Ｓ21を選択して出力している。

【００７２】このため、ファインステージ制御系22から
出力されるファインステージ制御信号Ｓ21をコースステ
ージ制御系21に直接取り込んで駆動制御をすることがで
きるので、ファインステージの位置検出器であるレーザ
測長器22Ａに異常動作が発生したときなどに、位置検出
器をコースステージの位置検出器に切り換える自動切り
換え制御をすることが可能になる。

【００７３】これにより、従来問題となっているような
第１の駆動制御系の位置決め誤差による第２の駆動制御
系の位置決め不能の問題や、第１の駆動制御系を２回位
置決めすることによるスループットの低下の問題を防止
することが可能となる。

【００７４】以下で本発明の第１の実施例に係る位置検
出装置の制御方法について当該装置の動作を補足しなが
ら説明する。図５は本発明の各実施例に係る位置検出装
置の制御方法を説明するフローチャートである。

【００７５】まず、ステップＰ１でレーザ測長器22Ａの
位置検出処理に基づいて、位置制御処理を行う。このと
き、ファインステージ25の位置がレーザ測長器22Ａによ
って検出され、コースステージの位置制御と、もし必要
ならばファインステージの位置制御がいずれもレーザ測
長器22Ａによってなされている。

【００７６】次に、ステップＰ２で、レーザ測長器22Ａ
による位置検出が可能かどうかの判定処理を行う。検出
可能な場合（Ｙｅｓ）は再度ステップＰ１に戻り位置制
御処理を行う。また、検出不可能な場合（Ｎｏ）はステ
ップＰ３に移行する。

【００７７】なお、ステップＰ２で検出不可能の際は、
レーザ測長器22Ａの異常をエラー検出器26が検出し、エ
ラー信号ＳＥ１が信号切替器23に出力される。次いで、
ステップＰ３で、ゲイン・オフセット設定処理を行う。
ここで、ゲインＧとは、補正利得の一実施例であって、
カウンタ21ｂによる位置検出値（以下エンコーダカウン
タ値という）Ｐ_E と、レーザ測長器22Ａによる位置検出
値（以下レーザ測長値という）Ｐ_L との間の単位を調整
する比例定数である。

【００７８】すなわち、カウンタ21ｂと、レーザ測長器
22Ａの測定分解能には、著しい差異がある。このため、
一方の位置検出値をそのまま他方で用いることが出来な
い。そこで、ある比例定数を位置検出値に乗じて、単位
の差を調整する。この比例定数がゲインＧである。

【００７９】また、測定器は何れも相対位置の測定をす
るものであるので、カウンタ21ｂと、レーザ測長器22Ａ
の測定に係る原点（基準値）が一致していないと、２つ
の制御系間の位置検出値間にずれが生じ、たとえゲイン
を乗じても、一方の位置検出値をそのまま他方で用いる
ことが出来なくなる。そこで、そのずれを調整するため
に、オフセットＯを加算して、調整する。なお、オフセ
ットＯは、補正偏差の一実施例である。

【００８０】ここで、図６は、本発明の各実施例に係る
位置制御装置の制御方法の補足説明図であり、エンコー
ダカウンタ値Ｐ_E と、レーザ測長値Ｐ_L との相関関係を
示すグラフである。

【００８１】図６において、横軸にエンコーダカウンタ
値Ｐ_E をとり、縦軸にレーザ測長値Ｐ_L をとっている。
図６における直線は、エンコーダカウンタ値Ｐ_E と、レ
ーザ測長値Ｐ_L との関係を示している。この直線におけ
る傾きがゲインＧであり、Ｐ _L 軸の切片がオフセットＯ
である。

【００８２】このようなゲインＧ，オフセットＯを設定
する際に、該設定処理は、位置補正部31によってなされ
る。次に、図５のステップＰ３に係るゲイン・オフセッ
ト設定処理について図７を参照しながら補足説明をす
る。

【００８３】図７は本発明の第１の実施例に係るゲイン
・オフセット設定処理方法を説明するフローチャートで
ある。まず、図７のステップＰ１で、エンコーダカウン
タ値Ｐ_E の入力処理をする。このとき、該エンコーダカ
ウンタ値Ｐ_E が、ゲイン・オフセット設定器31ｅに出力
される。

【００８４】次に、ステップＰ２で、レーザ測長値Ｐ_L
の入力処理をする。このとき、レーザ測長値Ｐ_L がゲイ
ン・オフセット設定器31ｅに出力される。次いで、ステ
ップＰ３で、オフセットＯの算出処理を行う。このと
き、ゲイン・オフセット設定器31ｅから出力されるエン
コーダカウンタ値Ｐ_E と、レーザ測長値Ｐ_L と、予め設
定されていて、ゲイン・オフセット設定器31ｅに保持さ
れているゲインＧとに基づいて、オフセットＯが、 Ｏ＝Ｐ_L −Ｇ×Ｐ_E （１） なる式によって算出される。

【００８５】次に、ステップＰ４で、終了確認の判定処
理が行われ、終了してよいならば終了し、終了できなけ
ればステップＰ１に戻って再度当該処理を繰り返すこと
になる。こうして、ゲイン・オフセットの設定処理が行
われる。

【００８６】このようにして求められたゲインＧ，オフ
セットＯは、位置補正部31によって、 Ｐ_L ＝Ｏ＋Ｇ×Ｐ_E （２） となる変換式によって、コースステージ制御に係る位置
検出に用いられる。

【００８７】以下で、図５に戻って、位置検出装置の制
御方法について再び述べる。図５のステップＰ４で、コ
ースステージ制御系21による位置制御処理を行う。この
とき、エラー信号ＳＥ１に基づいて、信号切替器23がコ
ースステージ制御系21側に切り換わり、エンコーダカウ
ンタ値に基づいてコースステージ制御をする。

【００８８】以上のようにして、本発明の第１の実施例
に係る位置制御装置の制御方法によれば、図５のステッ
プＰ１でレーザ測長器22Ａの位置検出可能な範囲内でレ
ーザ測長値に基づいてコースステージ制御系21と、もし
必要ならばファインステージ制御系22の位置制御処理を
し、当該範囲を越えた場合に、ステップＰ２でエラー検
出器26から出力されるエラー信号ＳＥ１を検出し、ステ
ップＰ４でエンコーダカウンタ値に基づいてコースステ
ージ制御系の位置制御処理をしている。

【００８９】このため、レーザ測長器22Ａが測定可能な
場合には、ファインステージ制御系22のみならずコース
ステージ制御系21も精度の良いレーザ測長値で位置制御
されるために、コースステージの位置決め精度が向上
し、そのためにファインステージの移動量が減少するこ
とで最終的にファインステージの位置決めを短時間で確
実に行うことが可能となる。

【００９０】また、本実施例に係る位置制御装置の制御
方法によれば、コースステージ制御系による位置制御処
理の際に、コースステージ制御系の位置検出値であるエ
ンコーダカウンタ値Ｐ_E を、ファインステージ制御系の
位置検出値であるレーザ測長値Ｐ_L に、演算補正処理を
している。

【００９１】例えば、コースステージ制御系により検出
されるエンコーダカウンタ値Ｐ_E にゲインＧを乗じ、さ
らに、結果値にオフセットＯを加算してレーザ測長値Ｐ
_L に変換するような演算補正処理をしている。

【００９２】このため、エンコーダカウンタ値Ｐ_E とレ
ーザ測長値Ｐ_L との間に分解能などの差異があるときで
も、演算補正処理によりファインステージ制御系で用い
ている制御量とコースステージ制御系で用いている制御
量を同じ単位にすることが可能になり、両制御系の位置
検出手段の切替えが円滑かつ安定に行われる。

【００９３】（２）第２の実施例 以下で、本発明の第２の実施例について図８，図９を参
照しながら説明する。図８は、本発明の第２の実施例に
係る位置制御装置の制御方法を説明するフローチャート
であり、図９は本発明の第２の実施例に係るゲイン・オ
フセット設定処理の補足説明図である。

【００９４】本実施例においては、第１の実施例に係る
位置制御装置の制御方法において、図５のステップＰ３
に示すゲイン・オフセット設定処理の内容が異なるだけ
であり、他の部分は第１の実施例と同様なので、当該ゲ
イン・オフセット設定処理の内容のみ説明する。よっ
て、図８のフローチャートも、ゲイン・オフセット設定
処理の内容を示している。

【００９５】まず、図８のステップＰ１で、エンコーダ
カウンタ値Ｐ_E1の入力処理をする。このとき、該エンコ
ーダカウンタ値Ｐ_E1が、ゲイン・オフセット設定器31ｅ
に出力され、保持される。

【００９６】次に、エンコーダカウンタ値Ｐ_E1を入力し
たのとほぼ同時に、ステップＰ２で、レーザ測長値Ｐ_L1
の入力処理をする。このとき、該レーザ測長値Ｐ_L1がゲ
イン・オフセット設定器31ｅに出力され、保持される。

【００９７】次いで、ステップＰ３で、Ｐ_E1と異なるエ
ンコーダカウンタ値Ｐ_E2の入力処理をする。このとき、
該エンコーダカウンタ値Ｐ_E2が、ゲイン・オフセット設
定器31ｅに出力され、保持される。

【００９８】次に、エンコーダカウンタ値Ｐ_E2を入力し
たのとほぼ同時に、ステップＰ４で、Ｐ_L1と異なるレー
ザ測長値Ｐ_L2の入力処理をする。このとき、該レーザ測
長値Ｐ_L2がゲイン・オフセット設定器31ｅに出力され、
保持される。

【００９９】次いで、ステップＰ５で、予め設定され、
保持されている閾値データＰ_thと、エンコーダカウンタ
値Ｐ_E1とＰ_E2との差の絶対値との比較処理をする。も
し、Ｐ _E1とＰ_E2との差の絶対値が閾値データＰ_thよりも
大きい場合（Ｙｅｓ）は、ステップＰ６に移行するが、
逆に小さい場合（Ｎｏ）は再びステップＰ３に戻り、エ
ンコーダカウンタ値Ｐ_E2，レーザ測長値Ｐ_L2の入力処理
をする。

【０１００】次に、ステップＰ６で、ゲインＧの算出処
理を行い、ステップＰ７で、オフセットＯの算出処理を
行う。これらの算出処理について図９を参照しながら説
明する。

【０１０１】ここで、図９は、図６と同様に、エンコー
ダカウンタ値Ｐ_E とレーザ測長値Ｐ _L とを軸にとったグ
ラフである。ステップＰ１，Ｐ２で保持したエンコーダ
カウンタ値Ｐ_E1、レーザ測長値Ｐ_L1の組を図９の平面上
に示すと、Ａ（Ｐ_E1，Ｐ_L1）点になる。次にステップＰ
３，Ｐ４で保持したＰ_E2，Ｐ_L2の組を図９の平面上に示
すと、これはＡ点と異なる時点で検出されたものなの
で、Ａ点と異なるＢ（Ｐ_E2，Ｐ_L2）点になる。

【０１０２】すると、図９に示すようなＡ，Ｂの２点を
通る直線を描くことができる。この直線の傾きがゲイン
Ｇであり、Ｐ_L での切片がオフセットＯになるので、こ
の直線の式が求められれば、ゲイン，オフセットが求ま
る。

【０１０３】２点を通る直線の式は、数学的な公式です
ぐ求まり、これによると、ゲインＧは Ｇ＝（Ｐ_L2−Ｐ_L1）／（Ｐ_E2−Ｐ_E1） オフセットＯは Ｏ＝（Ｐ_L1Ｐ_E2−Ｐ_L2Ｐ_E1）／（Ｐ_E2−Ｐ_E1） で求まる。

【０１０４】ところで、このＡ，Ｂの２点は、グラフに
示す平面上で、あまり近い位置にあると、２点を通る直
線の誤差が大きく、よって正確なゲイン，オフセットが
求まらない。ステップＰ５で、閾値データＰ_thと、エン
コーダカウンタ値Ｐ_E1とＰ_E2との差の絶対値との比較処
理をしたのはこのためであって、ある程度２点間の距離
が離れていないとゲイン，オフセットの算出をしないよ
うになっている。

【０１０５】図８に戻って、位置制御装置の制御方法に
ついて説明を続ける。次に、図８のステップＰ８で、終
了確認の判定処理が行われ、終了してよい場合（Ｙｅ
ｓ）は終了し、終了できない場合（Ｎｏ）はステップＰ
３に戻って再度当該処理を繰り返すことになる。

【０１０６】こうして、本発明の第２の実施例に係る位
置制御装置の制御方法によれば、異なる時点でのエンコ
ーダカウンタ値とレーザ測長値との組（Ｐ_E1，Ｐ_L1）と
（Ｐ _E2，Ｐ_L2）を通る直線を用いてエンコーダカウンタ
値とレーザ測長値との相関関係を求めることによってゲ
インとオフセットとを算出している。

【０１０７】このため、条件や、検出する位置などによ
って、予め設定した値から若干変化するゲインを検出す
る位置ごとにその都度算出している。これにより、第１
の実施例のように、ゲインを一定値にとってオフセット
のみを求める場合に比して、測定誤差が少なく、精度の
高いゲイン・オフセットの設定及び円滑な位置検出手段
の切替えが可能になる。

【０１０８】（３）第３の実施例 以下で、本発明の第３の実施例について図10, 図11を参
照しながら説明する。図10は、本発明の第３の実施例に
係る位置制御装置の制御方法を説明するフローチャート
であり、図11は本発明の第３の実施例に係るゲイン・オ
フセット設定処理の補足説明図である。

【０１０９】本実施例においては、第２の実施例と同様
に、第１の実施例に係る位置制御装置の制御方法におい
て、図５のステップＰ３に示すゲイン・オフセット設定
処理の内容が異なるだけであり、他の部分は第１の実施
例と同様なので、当該ゲイン・オフセット設定処理の内
容のみ説明する。よって、図10のフローチャートも、ゲ
イン・オフセット設定処理の内容を示している。

【０１１０】まず、図10のステップＰ１で、エンコーダ
カウンタ値Ｐ_E1の入力処理をする。このとき、該エンコ
ーダカウンタ値Ｐ_E1が、ゲイン・オフセット設定器31ｅ
に出力され、保持される。

【０１１１】次に、ステップＰ２で、レーザ測長値Ｐ_L1
の入力処理をする。このとき、該レーザ測長値Ｐ_L1がゲ
イン・オフセット設定器31ｅに出力され、保持される。
次いでステップＰ３で、エンコーダカウンタ値Ｐ_E1と、
予め保持しているエンコーダカウンタ値の最小値Ｐ_Emin
との比較処理を行う。もし、Ｐ_E1がＰ_Eminよりも小さい
場合（Ｙｅｓ）はステップＰ４に移行し、逆に大きい場
合（Ｎｏ）はステップＰ５に移行する。

【０１１２】ステップＰ４では、Ｐ_EminよりもＰ_E1のほ
うが小さいので、Ｐ_E1を新たなエンコーダカウンタ値の
最小値として設定処理する。さらに、そのときのレーザ
測長値Ｐ_L1を、レーザ測長値の新たな最小値Ｐ_Lminとし
て設定処理する。

【０１１３】ステップＰ５では、Ｐ_E1と予め保持してい
るエンコーダカウンタ値の最大値Ｐ _Emaxとの比較処理を
行う。もし、Ｐ_E1がＰ_Emaxよりも大きい場合（Ｙｅｓ）
はステップＰ６に移行し、逆に小さい場合（Ｎｏ）はス
テップＰ７に移行する。

【０１１４】ステップＰ６では、Ｐ_EmaxよりもＰ_E1のほ
うが大きいので、Ｐ_E1を新たなエンコーダカウンタ値の
最大値として設定処理する。さらに、そのときのレーザ
測長値Ｐ_L1を、レーザ測長値の新たな最大値Ｐ_Lmaxとし
て設定処理する。

【０１１５】ステップＰ７では、予め設定され、保持さ
れている閾値データＰ_thと、エンコーダカウンタ値Ｐ
_EmaxとＰ_Eminとの差（Ｐ_Emax−Ｐ_Emin）の絶対値との比
較処理をする。もし、（Ｐ_Emax−Ｐ_Emin）の絶対値が閾
値データＰ_thよりも大きい場合（Ｙｅｓ）は、ステップ
Ｐ８に移行するが、逆に小さい場合（Ｎｏ）は再びステ
ップＰ１に戻り、再度入力処理をする。

【０１１６】ステップＰ８では、Ｐ_EmaxとＰ_E1との差
（Ｐ_Emax−Ｐ_E1）と、Ｐ_E1とＰ_Eminとの差（Ｐ_E1−Ｐ
_Emin）との比較処理をする。（Ｐ_Emax−Ｐ_E1）が（Ｐ_E1
−Ｐ_Emin）よりも大きい場合（Ｙｅｓ）はステップＰ９
に移行し、逆に小さい場合（Ｎｏ）はステップＰ10に移
行する。

【０１１７】ステップＰ９では、ゲイン・オフセットに
直接関与するエンコーダカウンタ値とレーザ測長値との
組Ｐ_E2，Ｐ_L2にそれぞれＰ_Emax，Ｐ_Lmaxという値をとる
設定処理を行う。

【０１１８】ステップＰ10では、ゲイン・オフセット算
出に直接関与するエンコーダカウンタ値とレーザ測長値
との組Ｐ_E2，Ｐ_L2にそれぞれＰ_Emin，Ｐ_Lminという値を
とる設定処理を行う。

【０１１９】ステップＰ11で、ゲインＧの算出処理を行
い、ステップＰ12で、オフセットＯの算出処理を行う。
これらの算出処理については、第２の実施例におけるス
テップＰ６，Ｐ７と同じなので省略する。

【０１２０】すなわち、ゲインＧは Ｇ＝（Ｐ_L2−Ｐ_L1）／（Ｐ_E2−Ｐ_E1） オフセットＯは Ｏ＝（Ｐ_L1Ｐ_E2−Ｐ_L2Ｐ_E1）／（Ｐ_E2−Ｐ_E1） と求められる。

【０１２１】以下で、上記のステップＰ９〜Ｐ12までに
係るゲイン・オフセットの設定処理方法について図11を
参照しながら詳述する。図11は、本実施例に係る位置制
御装置の測定方法の補足説明図であり、エンコーダカウ
ンタ値Ｐ_E と、レーザ測長値Ｐ_L との相関関係を示すグ
ラフである。

【０１２２】図11では、横軸にエンコーダカウンタ値Ｐ
_E をとり、縦軸にレーザ測長値Ｐ_L をとっている。図11
において、Ｃ（Ｐ_Emin，Ｐ_Lmin），Ｄ（Ｐ_Emax，
Ｐ_Lmax）はそれぞれエンコーダカウンタ値Ｐ_E の最小
値、最大値を示す点である。また、Ａ（Ｐ_E1，Ｐ_L1）は
新たに入力されたエンコーダカウンタ値とレーザ測長値
との組を示す点である。

【０１２３】第２の実施例で述べたように、この図に示
す平面において、２点が検出されれば、この２点を通る
直線を求めることによって、ゲイン・オフセットの設定
が可能になる。

【０１２４】２点を通る直線を求めるときに、その基準
となる２点は互いにできるだけ離れていたほうが望まし
い。そこで、図11に示すようなときに、Ｐ_E1，Ｐ_L1が入
力された時点でのゲイン・オフセットを求める際には、
Ａ点とＣ点を通る直線を用いるよりも、Ａ点とＤ点を通
る直線を用いるほうがよい。Ａ点，Ｃ点間の距離より
も、Ａ点，Ｄ点の距離のほうが大きいからである。

【０１２５】そこで、図11のような場合は、２点として
Ａ点とＤ点をとり、この２点を通る直線の傾きとＰ_L 軸
の切片を求めることにより、ゲイン・オフセットを求め
る。すなわち、この場合のゲインＧ、オフセットＯは Ｇ＝（Ｐ_Lmax−Ｐ_L1）／（Ｐ_Emax−Ｐ_E1） Ｏ＝（Ｐ_EmaxＰ_L1−Ｐ_LmaxＰ_E1）／（Ｐ_Emax−Ｐ_E1） となる。

【０１２６】もしもＡ点がＤ点側に近く、Ａ点，Ｄ点間
の距離よりも、Ａ点，Ｃ点の距離のほうが大きい場合に
は、図11に示すような場合とは逆に、Ａ点，Ｃ点を通る
直線を解析してゲイン・オフセットを求める。

【０１２７】ここで、図10のフローチャートに戻り、当
該ゲイン・オフセット設定処理方法の説明を続ける。図
10のステップＰ13で、終了確認の判定処理が行われ、終
了してよい場合（Ｙｅｓ）は終了し、終了できない場合
（Ｎｏ）はステップＰ１に戻って再度当該処理を繰り返
すことになる。

【０１２８】このようにして、本発明の第３の実施例に
係る位置制御装置の制御方法によれば、その時点でのエ
ンコーダカウンタ値とレーザ測長値との最大値の組（Ｐ
_Emax，Ｐ_Lmax）及び最小値の組（Ｐ_Emin，Ｐ_Lmin）を保
持し、新たに入力されたエンコーダカウンタ値とレーザ
測長値との組（Ｐ_E1，Ｐ_L1）との差が大きいほうをゲイ
ン・オフセット算出に関与するもう一つの組（Ｐ_E2，Ｐ
_L2）として用いている。

【０１２９】このため、極力離れた２点を通る直線を用
いてゲイン・オフセット算出が可能になる。これによ
り、第１の実施例のような、ゲインを一定値にとってオ
フセットのみを求める場合や、第２の実施例のような、
任意の２点の位置検出値に基づいてゲインやオフセット
を求める場合などに比して、より精度の高いゲイン・オ
フセットの設定及び円滑な位置検出手段の切替えが可能
になる。

【０１３０】（４）第４の実施例 以下で、本発明の第４の実施例について図12, 図13を参
照しながら説明する。図12は、本発明の第４の実施例に
係る位置制御装置の制御方法を説明するフローチャート
であり、図13は本発明の第４の実施例に係るゲイン・オ
フセット設定処理の補足説明図である。

【０１３１】本実施例においては、第２の実施例と同様
に、第１の実施例に係る位置制御装置の制御方法におい
て、図５のステップＰ３に示すゲイン・オフセット設定
処理の内容が異なるだけであり、他の部分は第１の実施
例と同様なので、当該ゲイン・オフセット設定処理の内
容のみ説明する。よって、図12のフローチャートも、ゲ
イン・オフセット設定処理の内容を示している。

【０１３２】まず、図12のステップＰ１で、測定回数ｉ
を１回目に設定する。次に、ステップＰ２で、エンコー
ダカウンタ値Ｐ_Eiの入力処理をする。このとき、該エン
コーダカウンタ値Ｐ_Eiが、ゲイン・オフセット設定器31
ｅに出力され、保持される。

【０１３３】次いで、エンコーダカウンタ値Ｐ_Eiを入力
したのとほぼ同時に、ステップＰ３でレーザ測長値Ｐ_Li
の入力処理をする。このとき、該レーザ測長値Ｐ_Liがゲ
イン・オフセット設定器31ｅに出力され、保持される。

【０１３４】次に、ステップＰ４で測定回数ｉがＮ回に
達したかどうかを判定処理する。Ｎは最初に設定してあ
る測定回数であり、これに達した時点で測定を中止し、
ゲイン・オフセット算出を開始するものである。

【０１３５】ステップＰ４で測定回数ｉがＮ回に達しな
い場合（Ｎｏ）はステップＰ７に移行して、最初に設定
していたゲインＧと、Ｐ_Ei，Ｐ_Liに基づいてオフセット
Ｏを算出し、その後、ステップＰ８で測定回数ｉのカウ
ントを１つ加算し、ステップＰ２に戻り、ｉ＋１回目の
測定を開始する。

【０１３６】そしてステップＰ４で測定回数がＮ回に達
した場合（Ｙｅｓ）はステップＰ５に移行する。このと
き、保持されているＰ_EiとＰ_Liとの組はＮ組ある。この
Ｎ組のデータを、横軸にエンコーダカウンタ値Ｐ_E 、縦
軸にレーザ測長値Ｐ_L をとった平面に示すと、図13に示
すように、Ｎ個の点として示すことが出来る。

【０１３７】なお、図13は、本実施例に係る位置制御装
置の制御方法の補足説明図であって、図６などと同様の
グラフであって、エンコーダカウンタ値Ｐ_E とレーザ測
長値Ｐ_L の関係を示すグラフである。本実施例において
は、求まったＮ組のデータを全て用いて、実際の測定値
との誤差が最小になるような直線に近似することによっ
てＰ_E とＰ_L の相関関係を求めている。

【０１３８】図12のステップＰ５では、最小二乗法によ
ってゲインＧを求めている。すなわち、ゲインＧは、 Ｇ＝｛ＮΣＰ_EiＰ_Li−（ΣＰ_Ei）（ΣＰ_Li）｝／｛ＮΣＰ_Ei ² −（ΣＰ_Ei）² ｝ と求められる。ここで、Σは、ｉ＝１からＮまでの総和
をとっている。

【０１３９】ステップＰ６では、ステップＰ５で求まっ
たゲインＧと、Ｎ回目の測定結果であるＰ_ENと、Ｐ_LNと
に基づいて、 Ｏ＝Ｐ_LN−Ｇ×Ｐ_EN なる式によってオフセットＯの算出処理をする。

【０１４０】ステップＰ９で、終了確認の判定処理が行
われ、終了してよい場合（Ｙｅｓ）は終了し、終了でき
ない場合（Ｎｏ）はステップＰ１に戻って再度当該処理
を繰り返すことになる。

【０１４１】このようにして、本発明の第４の実施例に
係る位置制御装置の制御方法によれば、エンコーダカウ
ンタ値とレーザ測長値との測定をＮ回繰り返し、それを
保持して、Ｎ個のデータを最小二乗法によって統計的に
処理することによりゲインを算出している。

【０１４２】すなわち、第２、第３の実施例では、当該
平面での２点のみを通る直線を求めることでゲイン・オ
フセット設定をしていたが、本実施例においては、求め
られたＮ組のデータを全て用いて、最小二乗法によって
誤差が最小になるような直線に近似することによってＰ
_E とＰ_L の相関関係を求めている。

【０１４３】このため、Ｎ個のデータをもとにして統計
処理することにより、第１〜第３の実施例に比して、よ
り一層測定誤差が少なく、精度の高いゲイン・オフセッ
トの設定及び円滑な位置検出手段の切替えが可能にな
る。

【０１４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位置制御
装置によれば、信号切換手段とを具備し、該信号切換手
段は、制御選択信号に基づいて第１の制御信号又は第２
の制御信号を選択出力している。

【０１４５】このため、第２の制御信号が検出できる範
囲では、第２の駆動制御系から出力される第２の制御信
号を第１の駆動制御系に直接取り込んで駆動制御をする
ことが可能になる。これにより、第２の駆動制御系の位
置決めが常に可能となり、第１の駆動制御系の位置決め
が一度でなされることにより、スループットの向上が可
能となる。

【０１４６】また、本発明の位置制御装置の第１の制御
方法によれば、ある制御範囲に基づいて第１又は２の制
御対象を制御し、その後、制御範囲を越えた場合に、第
２の制御対象の制御範囲を越えた当該駆動制御系から出
力される制御選択信号に基づいて第１の駆動制御系の位
置検出手段を第２の制御信号から第１の制御信号に切り
替えて、第１の制御信号を位置補正して第１の駆動制御
系を制御している。

【０１４７】このため、第２の位置検出手段が検出範囲
を越えた場合でも、第１の駆動制御系が制御不能に陥い
ることはなく、また、両駆動制御系の制御量の間に分解
能その他の質的又は量的な単位の差異があるときでも、
第１と第２の駆動制御系で用いている制御量を同じ単位
で、第１の駆動制御系で用いることが可能になる。これ
により、円滑に位置検出手段の切替えが可能になる。

【０１４８】また、本発明の位置制御装置の第２の制御
方法によれば、任意の２点間に係る第１の位置検出値
と、任意の２点間に係る第２の位置検出値とに基づいて
補正利得と補正偏差を求めている。

【０１４９】このため、補正利得を一定値にして補正偏
差のみを求める場合に比して、より円滑に位置検出手段
の切替えが可能になる。さらに、本発明の位置制御装置
の第３の制御方法によれば、第１の位置検出値の最小値
及び最大値と、第２の位置検出値の最小値及び最大値と
に基づいて補正利得と補正偏差を求めている。

【０１５０】このため、極力離れた２点を通る直線を用
いて補正利得と補正偏差を算出することが可能になるの
で、補正利得を一定値にして補正偏差のみを求める場合
や、任意の２点間に係る位置検出値に基づいて補正利得
と補正偏差を求める場合などに比して、より円滑に位置
検出手段の切替えが可能になる。

【０１５１】また、本発明の位置制御装置の第４の制御
方法によれば、複数の第１の位置検出値と第２の位置検
出値との相関関係を求め、相関関係に基づいて補正利得
と補正偏差を求めている。

【０１５２】このため、複数のデータによって第１の位
置検出値と第２の位置検出値との相関関係を求められる
ので、測定誤差をさらに小さく抑えることができる。よ
って、より円滑に位置検出手段の切替えが可能になる。

【０１５３】以上により、第１あるいは第２の位置決め
制御系が制御不能に陥ることなく、位置決めに要する時
間の短縮化が図れるので、半導体製造装置などのスルー
プットの向上に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置制御装置の原理図である。

【図２】本発明に係る位置制御装置の制御方法の原理図
である。

【図３】本発明の各実施例に係る位置制御装置の構成図
である。

【図４】本発明の各実施例に係る位置制御装置の補足説
明図である。

【図５】本発明の各実施例に係る位置制御装置の制御方
法を説明するフローチャートである。

【図６】本発明の各実施例に係るゲイン・オフセットを
説明する補足説明図である。

【図７】本発明の第１の実施例に係るゲイン・オフセッ
ト設定処理方法を説明するフローチャートである。

【図８】本発明の第２の実施例に係る位置制御装置の制
御方法を説明するフローチャートである。

【図９】本発明の第２の実施例に係るゲイン・オフセッ
ト設定処理の補足説明図である。

【図10】本発明の第３の実施例に係る位置制御装置の制
御方法を説明するフローチャートである。

【図11】本発明の第３の実施例に係るゲイン・オフセッ
ト設定処理の補足説明図である。

【図12】本発明の第４の実施例に係る位置制御装置の制
御方法を説明するフローチャートである。

【図13】本発明の第４の実施例に係るゲイン・オフセッ
ト設定処理の補足説明図である。

【図14】従来例に係る位置制御装置とその制御方法の説
明図である。

【符号の説明】

11…第１の駆動制御系、 11Ａ…第１の位置検出手段、 11Ｂ…位置補正手段、 11Ｃ…第１の駆動制御手段、 12…第２の駆動制御系、 12Ａ…第２の位置検出手段、 12Ｂ…第２の駆動制御手段、 13…信号切換手段、 14…第１の制御対象、 15…第２の制御対象、 16…異常検出手段、 Ｓ11…第１の制御信号、 Ｓ21…第２の制御信号、 ＳＥ…制御選択信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/027 // Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｇ 8418−4Ｍ (72)発明者 田畑 文夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の制御対象（14）と第２の制御対象
   （15）との相互位置制御をする装置であって、前記第１
   の制御対象（14）を駆動制御する第１の駆動制御系（1
   1）と、前記第２の制御対象（15）を駆動制御する第２
   の駆動制御系（12）と、前記第１の駆動制御系（11）か
   ら出力される第１の制御信号（Ｓ１）と、前記第２の駆
   動制御系（12）から出力される第２の制御信号（Ｓ２）
   とを切り換える信号切換手段（13）とを具備し、 前記信号切換手段（13）は、制御選択信号（ＳＥ）に基
   づいて前記第１の制御信号（Ｓ１）又は第２の制御信号
   （Ｓ２）を選択出力することを特徴とする位置制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の位置制御装置であって、
   前記第２の駆動制御系（12）と前記信号切換手段（13）
   との間に接続された異常検出手段（16）を具備し、 前記異常検出手段（16）は、第２の駆動制御系（12）の
   異常動作を検出して前記信号切換手段（13）に制御選択
   信号（ＳＥ）を出力することを特徴とする位置制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の位置制御装置であって、
   前記第１の駆動制御系（11）は、第１の制御対象（14）
   の位置を検出する第１の位置検出手段（11Ａ）と、前記
   第１の駆動制御系（11）と第２の駆動制御系（12）間の
   制御調整をする位置補正手段（11Ｂ）と、前記第１の制
   御対象（14）を駆動する第１の駆動制御手段（11Ｃ）と
   から成り、 前記第２の駆動制御系（12）は、第２の制御対象（15）
   の位置を検出する第２の位置検出手段（12Ａ）と、前記
   第２の制御対象（15）を駆動する第２の駆動制御手段
   （12Ｂ）から成ることを特徴とする位置制御装置。
4. 【請求項４】 第１の駆動制御系（11）により駆動制御
   される第１の制御対象（14）と第２の駆動制御系（12）
   により駆動制御される第２の制御対象（15）との相互位
   置制御をする方法であって、 ある制御範囲に基づいて第２の制御信号（Ｓ２）により
   第１又は２の制御対象（14,15 ）を制御する第１の制御
   処理をし、前記制御範囲を越えた場合に、第１の制御信
   号（Ｓ１）により第１の駆動制御系（11）を制御する第
   ２の制御処理をすることを特徴とする位置制御装置の制
   御方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の位置制御装置の制御方法
   であって、前記第２の制御処理は、第２の駆動制御系
   （12）の制御範囲を越えた場合に、該第１の駆動制御系
   （11）の制御量を第２の駆動制御系（12）の制御量に演
   算補正処理をすることを特徴とする位置制御装置の制御
   方法。
6. 【請求項６】 請求項４，５記載の位置制御装置の制御
   方法であって、前記演算補正処理は、第１の駆動制御系
   （11）により検出される第１の位置検出値（Ｐ _E ）に補
   正利得（Ｇ）を乗じ、さらに、前記結果値に補正偏差
   （Ｏ）を加算することを特徴とする位置制御装置の制御
   方法。
7. 【請求項７】 請求項４，５，６記載の位置制御装置の
   制御方法であって、前記演算補正処理は、第１の駆動制
   御系（11）により検出される任意の２点間に係る第１の
   位置検出値（Ｐ_E1，Ｐ_E2）と、前記第２の駆動制御系
   （12）により検出される任意の２点間に係る第２の位置
   検出値（Ｐ_L1，Ｐ_L2）とに基づいて前記補正利得（Ｇ）
   と補正偏差（Ｏ）を求めることを特徴とする位置制御装
   置の制御方法。
8. 【請求項８】 請求項４，５，６，７記載の位置制御装
   置の制御方法であって、前記演算補正処理は、第１の駆
   動制御系（11）により検出される任意の２点間に係る第
   １の位置検出値（Ｐ_E1，Ｐ_E2）と、前記第２の駆動制御
   系（12）により検出される任意の２点間に係る第２の位
   置検出値（Ｐ_L1，Ｐ_L2）が、第１，第２の駆動制御系
   （11，12）により検出される複数の第１，第２の位置検
   出値（Ｐ_E ，Ｐ_L ）において、前記第１の位置検出値
   （Ｐ_E ）の最小値（Ｐ_Emin）及び最大値（Ｐ_Emax）と、
   前記第２の位置検出値（Ｐ_L ）の最小値（Ｐ_Lmin）及び
   最大値（Ｐ_Lmax）とに基づいて前記補正利得（Ｇ）と補
   正偏差（Ｏ）を求めることを特徴とする位置制御方法。
9. 【請求項９】 請求項４，５，６記載の位置制御装置の
   制御方法であって、前記演算補正処理は、第１の駆動制
   御系（11）により検出される複数の第１の位置検出値
   （Ｐ_En）と、前記第２の駆動制御系（12）により検出さ
   れる複数の第２の位置検出値（Ｐ_Ln）とを保持し、 前記保持した複数の第１の位置検出値（Ｐ_En）と第２の
   位置検出値（Ｐ_Ln）との相関関係を求め、前記相関関係
   に基づいて補正利得（Ｇ）と補正偏差（Ｏ）を求めるこ
   とを特徴とする位置制御装置の制御方法。