JPH05333936A - 制御回路および位置決めテーブル装置 - Google Patents

制御回路および位置決めテーブル装置

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JPH05333936A
JPH05333936A JP4160048A JP16004892A JPH05333936A JP H05333936 A JPH05333936 A JP H05333936A JP 4160048 A JP4160048 A JP 4160048A JP 16004892 A JP16004892 A JP 16004892A JP H05333936 A JPH05333936 A JP H05333936A
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JP
Japan
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positioning table
table device
thrust
control circuit
resonance peak
Prior art date
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JP4160048A
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English (en)
Inventor
Shinji Oishi
伸司 大石
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スムーズな位置決め制御が行えるようにす
る。 【構成】 目標値に対して制御量を追従させる制御回路
において、前記制御量から所定の周波数帯域の信号を他
の帯域より高感度に検出する手段24と、該検出手段2
4の出力値Vmと所定の基準値Vrとを比較する手段2
5とを具備する。また、テーブルの位置を検出する位置
検出器と、テーブルの位置に応じて通電すべきコイルを
選択的に切り替える多相型のモータを備えた位置決めテ
ーブル装置において、モータの推力に比例した変位を発
生させる手段14を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置、工作
機械等における位置決め制御機構に関し、特に、高次の
機構共振を有する制御対象を安定に制御する制御回路、
およびこのような制御回路が用いられる位置決めテーブ
ル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高次の機構共振をもつ制御対象を
制御する場合、その制御回路において、ノッチフィルタ
回路が一般に採用される。図12にノッチフィルタ回路
の一例を示す。21は補償器(例えばPID補償器)、
22はノッチフィルタ、23は制御対象であり例えばモ
ータドライバを含む位置決めステージ等である。制御対
象23は、図2に示すように、高次の共振ピークをもつ
場合が一般的である。この共振ピークでは位相が大きく
遅れるため、閉ループを構成した場合、発振を招くおそ
れがあり、好ましくない。そこでノッチフィルタ22を
閉ループ内に設けてこの共振ピークを除去することが一
般的に行なわれている。ノッチフィルタの特性を図3に
示す。このようなノッチフィルタを採用した場合の閉ル
ープ特性を図4に示す。これにより、高次の共振ピーク
を除去することができ、系を安定化できる。
【0003】図19は多相のコイルを有するリニアモー
タを備えた位置決めテーブル装置の従来の構成を示す。
本図において、1はテーブル天板、2はガイド、3はコ
イル支持部材、4はリニアモータコイル、5はテーブル
天板に取り付けた磁石、6は遮光板、7は原点スイッ
チ、8はテーブルの位置を検出する位置検出器(リニア
スケール)、9はカウンタユニット、10は電流アン
プ、11は制御(位置、速度)コントローラ、12は可
動部とガイドとの案内部である。案内としては、位置決
め精度やメンテナンス性等を考慮し、転がり、摺動、静
圧案内などが用いられる。図14に多相型リニアモータ
の一例として、4相コイルを持つリニアモータの駆動方
法を示す。可動磁石5は、4対の永久磁石により構成さ
れている。コイルへは便宜上1から4までの番号を付し
てある。A、Bはコイルへ通電する電流の向きを示す。
図14(a)から(h)に示すように、可動磁石5の位
置によって通電するコイル及び電流の向きを切り替え、
可動磁石5(テーブル)を所定の方向へ移動させる。こ
うしたコイルの切り替え位置は、図14のようにコイル
と可動磁石との位置関係により定まる。実際には、ステ
ージを原点スイッチまで駆動してカウンタユニットを初
期化し、ステージの位置に応じて、予め定めたピッチで
使用するコイル(相)を切り替えていく。これにより、
図15に示すような推力特性が得られる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の制御回路においては、高次の共振ピークが変動した
場合(例えばピーク値が大きくなったり、ピーク値の周
波数がずれた場合)、特性値が一定のノッチフィルタで
は変動した共振ピークを除去できない。この様子を図5
および図6に示す。このように共振ピークが除去されな
いと系の発振を招く。高次の共振ピーク変動の要因の一
例としては、送りネジを用いた移動ステージにおいて、
ネジ部に施したグリースが経年変化して粘性がなくな
り、共振ピークのダンピングが悪くなり、ピーク値が大
きくなる場合がある。
【0005】また、上記従来の位置決めテーブル装置で
は、予め定めたピッチでコイルを切り替えていくため、
以下の問題点がある。即ち、コイル及び磁石に高い形状
精度が要求され、またコイル、磁石、原点スイッチの位
置関係を正確に合わせ込む必要がある。そしてこのよう
な形状や相互位置の誤差は、図16に示すように、コイ
ルの切り替え位置付近で、ステップ状の推力ムラとなっ
てしまう。こうした急峻な変化は、制御系に悪影響を及
ぼすため好ましくない。
【0006】本発明は、上記従来技術の欠点に鑑みなさ
れたものであって、位置決め制御機構において、スムー
ズな位置決め制御が行えるようにすることにある。より
具体的には、制御回路において、高次の共振ピークが変
動する場合においても、共振ピークの変動量をモニタリ
ングすることにより、系の発振を未然に防止することを
可能とし、また、多相型のリニアモータを備えた位置決
めテーブル装置において、モータの形状精度及び取り付
け精度がある程度ラフでも、ステップ的な推力ムラの排
除を可能とすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するため、本発明の制御回路においては、共振ピーク
をモニタリングする手段(フィルタ回路)を設け、変動
が所定の基準値以上になるとエラー(異常)信号を発し
て、制御系の発振を未然に防ぐことを可能とした。
【0008】また、本発明の位置決めテーブル装置にお
いては、モータの発生推力に比例した変位を発生させる
簡単な機構を付加し、所定の電流指令値に対する変位よ
り発生推力を推定し、これらの推定結果より最適な相の
切り替え(推力ムラの一番小さい)位置を決定するよう
にしている。
【0009】
【実施例】図1に本発明の一実施例に係る制御回路を示
す。21は補償器、22はノッチフィルタ、23は制御
対象、24はバンドパスフィルタ、25はコンパレータ
である。バンドパスフィルタの特性の一例を図7に示
す。中心周波数を共振ピーク値の周波数fcに合せてお
けば検出の効率がよい。また周波数fcを含む帯域以外
では充分にゲインを下げておく必要がある。コンパレー
タでは、モニタリングされた値Vmと予め設定しておい
た基準値Vrとを比較し、エラー信号を出力する。
【0010】図8はVmとコンパレータ出力との関係を
示す。図8(A)は、ノッチフィルタが効果的に作用し
(図4の場合)、VmがVrより小さくコンパレータ出
力が「正常」となる場合を示す。一方、図8(B)は、
共振ピーク値が変動しノッチフィルタが有効に作用せず
(図5または図6の場合)、VmがVrより大きくなっ
た場合を示す。この場合、コンパレータは「異常(エラ
ー)」を出力する。
【0011】このエラー信号を、制御系を管理する上位
システム(CPU)に接続することにより、速やかにサ
ーボを切ってステージを停止することができ未然に系の
発振を防ぐことができる。この後、前述のグリースの補
充等のメンテナンスを行なったりあるいはそのときの共
振ピークに合せてノッチフィルタを再設計する等の適切
な対応処置を施す。
【0012】本発明は、高次のピークを有するがノッチ
フィルタを使用するほどではないような系に対し適用し
ても効果がある。即ち、図9に示すように、現状ではピ
ークは小さいが経年変化によりピーク値が大きくなるこ
とが予想される制御対象に対して有効となる。
【0013】本発明はさらに、現状では高次の共振ピー
クは観測されないが、経年変化により、高域にピークが
突然現れるような系(図10)に対し適用しても効果が
ある。この場合、ピークが現れる位置は分らないため、
図11に示すように、バンドパスフィルタ24の特性は
帯域を充分広く設定しておく。
【0014】図13は本発明の他の実施例に係る位置決
めステージ(テーブル)装置を示す。13は吸着パッ
ド、14は板バネ、15はスライド機構である。スライ
ド機構15は、空気シリンダあるいは電磁ソレノイド等
により、簡単にオンーオフ制御される。また吸着パッド
13としては、ガイド部材が非磁性材ならば真空吸着、
磁性材ならば電磁石の使用が考えられる。モータへは定
電流を加えるが、吸着後に推力Fによりずれが発生しな
い範囲で与える。そこで、バネの線形な歪を利用して発
生推力Fに対する変位ΔXを位置検出器により求めモー
タの推力を推定しようとするものである。ステージの位
置をあるピッチで移動させては、同様の特性をとること
により図15の様な特性が得られる。おおよその切り替
え位置は、予め判るので切り替え位置付近のみを詳細に
測定することで、計測時間は短縮される。
【0015】以上により得られる切り替え位置付近の推
力波形の一部分を図17に示す。X1〜X7は測定点
(位置)とする。各コイル(n、n+1)の推力差Δf
の最小値を求め、これを切り替え位置とすれば、先に示
したステップ的な推力ムラは、極力排除できる。この場
合、計測ピッチをできるだけ小さくするほど好ましい
が、計測時間との兼ね合いにより決定しなければならな
い。また、定期的に上記計測を行い切り替え位置を補正
していくことにより、経時変化にも対応できる。
【0016】半導体焼付け装置(ステッパ)等に用いる
位置決めステージでは高精度が要求され、案内として静
圧空気軸受けが採用される。また、このとき軸受けの剛
性を高めるために、永久磁石で予圧をかけて使用する場
合がある。ガイドが磁性体の場合の構成例を図18に示
す。16は静圧パッド、17は永久磁石である。図の様
に進行方向に対して、N極、S極を配置すると、磁気ヒ
ステリシス特性のため、微小な領域では推力Fと変位Δ
xが線形の関係を示す。これを利用すれば、前記実施例
のような吸着用のスライド機構を新たに追加する必要が
なく構成が簡単となる。
【0017】図13の実施例においては、位置検出器と
してリニアスケール(光学式、磁気式等)を使用してい
るが、半導体焼付け装置等の高精度な位置決めテーブル
装置においては、高分解能なレーザ測長器が使用され
る。
【0018】本発明は回転型の多相モータを備えた回転
型のステージ装置においても、同様に適用可能である。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る制御
回路を用いれば、高次の共振ピークにより制御系が発振
することを未然に防止できるため、ステージの暴走など
によるトラブルを防止でき、生産性の向上が図られる。
【0020】また、本発明の位置決めテーブル装置によ
れば、モータの発生推力に比例した変位を発生させる簡
単な機構を付加し、所定の電流指令値に対する変位より
発生推力を推定し、これらの推定結果より最適な相の切
り替え(推力ムラの一番小さい)位置が決定できる。よ
って多相型のリニアモータを備えた位置決めテーブル装
置において、モータの形状精度及び取付け精度がある程
度ラフでも、制御系に悪影響を及ぼすステップ的な推力
ムラが排除可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る制御回路のブロック
図である。
【図2】 (A)、(B)はそれぞれ高次の共振系を有
する制御対象の周波数に対するゲインおよび位相の特性
図である。
【図3】 ノッチフィルタの周波数特性図である。
【図4】 ノッチフィルタが有効に作用している場合の
閉ループ系の周波数特性図である。
【図5】 共振ピークが移動した場合の閉ループ系の周
波数特性図である。
【図6】 共振ピーク値が大きくなった場合の閉ループ
系の周波数特性図である。
【図7】 バンドパスフィルタの周波数特性図である。
【図8】 (A)、(B)はそれぞれ図1の制御回路の
動作説明図である。
【図9】 制御対象の別の例の周波数特性図である。
【図10】 制御対象のさらに別の例の周波数特性図で
ある。
【図11】 バンドパスフィルタの別の例の周波数特性
図である。
【図12】 従来の制御回路のブロック図である。
【図13】 本発明の他の実施例に係る変位発生機構の
構成図である。
【図14】 多相型リニアモータの駆動状態の説明図で
ある。
【図15】 多相型リニアモータの推力特性図である。
【図16】 ステップ状の推力ムラが有る場合の多相型
リニアモータの推力特性図である。
【図17】 相切り替え付近の推力特性の拡大図であ
る。
【図18】 静圧案内を備えた実施例の変位発生機構の
構成図である。
【図19】 従来の位置決めテーブル装置の構成図であ
る。
【符号の説明】
1;テーブル天板、2;ガイド、3;コイル支持部材、
4;モータコイル、5;可動磁石、6;遮光板、7;原
点スイッチ、8;位置検出器、9;カウンタユニット、
10;電流アンプ、11;制御コントローラ、12;案
内部、13;吸着パッド、14;板バネ、15;スライ
ド機構、16;静圧パッド、17;永久磁石、21;補
償器、22;ノッチフィルタ、23;制御対象、24;
バンドパスフィルタ、25;コンパレータ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 目標値に対して制御量を追従させる制御
    回路において、前記制御量から所定の周波数帯域の信号
    を他の帯域より高感度に検出する手段と、該検出手段の
    出力値と所定の基準値とを比較する手段とを具備したこ
    とを特徴とする制御回路。
  2. 【請求項2】 前記検出手段はバンドパスフィルタから
    なり、前記比較手段はコンパレータからなることを特徴
    とする請求項1の制御回路。
  3. 【請求項3】 テーブルの位置を検出する位置検出器
    と、テーブルの位置に応じて通電すべきコイルを選択的
    に切り替える多相型のモータを備えた位置決めテーブル
    装置において、モータの推力に比例した変位を発生させ
    る手段を具備することを特徴とする位置決めテーブル装
    置。
  4. 【請求項4】 前記変位を位置検出器により計測し、こ
    れによりモータの発生推力を推定することを特徴とする
    請求項3の位置決めテーブル装置。
  5. 【請求項5】 前記推定結果を基に、コイルの切り替え
    位置を決定することを特徴とする請求項4の位置決めテ
    ーブル装置。
  6. 【請求項6】 前記推力に比例した変位を発生させる手
    段は板バネからなることを特徴とする請求項3の位置決
    めテーブル装置。
JP4160048A 1992-05-28 1992-05-28 制御回路および位置決めテーブル装置 Pending JPH05333936A (ja)

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