KR100226599B1 - 구동제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

목표상태량생성유닛은 스테이지에 대한 목표상태량을 생성하고, 레이저간섭계는 스테이지의 현재상태량(위치)을 검출한다. 가변위상보상기 및 PID보상기로 구성된 보상계는, 상기 목표상태량 및 검출된 상태량(위치)에 의거해서, 스테이지의 구동 동작을 제어한다. 메모리유닛은 순방향 및 역방향이득테이블을 기억하고, 상기 스테이지의 상태량에 따라 상기 보상계를 조정하는 조정정보를 제공한다. 상기 스테이지의 구동방향에 의거해서 대응하는 이득테이블을 선택하고, 스테이지의 위치에 의거해서 상기 선택된 이득테이블로부터 조정정보를 판독하고, 그 판독된 조정정보에 의거해서 상기 가변위상보상기의 코너주파수를 변경한다.

Description

구동제어장치 및 방법
제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 정밀제어장치의 제어구성을 도시한 블록도.
제2도는 예비주사에 의해 작성된 이득테이블의 일례를 표시한 그래프.
제3도는 이득테이블을 사용하여 제어특성을 보정하기 위한 종래의 제어계의 개방루프전달특성을 표시한 그래프.
제4a도는 본 발명의 제 1실시예에 의한 가변위상보상기의 이득특성을 표시한 그래프.
제4b도는 본 발명의 제 1실시예에 의한 개방루프전달특성을 표시한 그래프.
제5a도는 순방향피드동작에 있어서의 이득테이블을 표시한 그래프.
제5b도는 역방향피드동작에 있어서의 이득테이블을 표시한 그래프.
제6a도는 종래의 제어계에 있어서의 스텝응답을 표시한 그래프.
제6b도는 본 발명의 제 1실시예에 의한 스텝응답을 표시한 그래프.
제7도는 본 발명의 제 2실시예에 의한 다상리니어모터제어장치의 구성을 도시한 블록도.
제8도는 본 발명의 제 2실시예에 의한 참조테이블작성수순을 설명하는 순서도.
제9도는 본 발명의 제 2 및 제 3실시예의 효과를 설명하는 그래프.
제10도는 본 발명의 제 3실시예에 의한 참조테이블작성수순을 설명하는 순서도.
제11도는 동기주사형 축소투영노광장치를 도시한 사시도.
제12도는 제11도에 도시한 장치의 제어계를 도시한 블록도.
제13도는 무빙마그네트식리니어모터를 이용한 비접촉이동형 스테이지의 구성을 도시한 사시도.
제14a도는 리니어모터의 각 코일의 추력분포특성을 표시한 그래프.
제14b도는 리니어모터의 추력특성을 표시한 그래프.
제15도는 리니어모터의 추력불균일을 표시한 그래프.
제16a도 및 제16b도는 종래의 제어장치의 제어구성을 도시한 블록도.
제17도는 중력에 의한 스테이지에의 외란력을 표시한 그래프.
제18a도 내지 제18g도는 다상리니어모터를 설명하는 도면.
제19도는 다상리니어모터에 있어서의 추력변동을 표시한 그래프.
제20도는 다상리니어모터용의 종래의 제어계를 설명하는 블록도.
제21도는 본 발명의 제1실시예에 의한 이득테이블작성수순을 표시한 순서도.
제22도는 본 발명의 제1실시예에 의한 테이블구동시의 수순을 설명하는 순서도.
제23도는 본 발명의 제2실시예에 의한 다상리니어모터제어장치의 제어구성을 도시한 블록도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스테이지 2 : 제진대
3 : 웨이퍼 4 : 가동부재
5 : 고정자 6 : 정압베어링
7 : 댐퍼 8 : 스프링
9 : 레이저간섭계 10 : 미러
11 : 목표상태량생성유닛 12, 204' : PID보상기
13 : 가변위상보상기 14 : 신호처리유닛
15, 16 : 메모리유닛 17, 18, 19, 20 : 스위치
21 : 구동기 22 : 가변유닛
201 : 참조테이블작성유닛 202 : 테이블참조유닛
203 : 메모리 203' : 참조테이블
204 : 제어연산유닛 205 : 목표위치발생유닛
206 : 마이크로프로세서 207 : D/A변환기
208 : 증폭기 209 : 다상리니어모터
210 : 위치검출기
본 발명은 정밀한 위치결정, 정밀속도제어 등을 행하는 정밀제어장치에 관한 것으로서, 특히 동기주사형 반도체노광장치에 적합한 정밀제어장치에 관한 것이다.
산업 또는 정보기기에 있어서의 정밀한 위치결정, 정밀속도제어 등의 정밀제어 기술은, 기기구조의 복잡화, 다기능화, 선폭의 미세화 등에 따라 고정밀화 및 고속화가 요구되고 있다.
반도체노광장치를 예로 들면, 최근 반도체소자의 급속한 고집적화에 의해, 요구되는 위치결정정밀도는 지금까지 약 10nm에나 달하고 있고, 수년이내에 nm 차원의 위치결정정밀도가 필요하게 될 것으로 예상되고 있다. 게다가, 쓰루풋(throughput)향상을 위하여, 이러한 고정밀도의 제어를 보다 고속으로 행할 필요가 있다.
또한, 칩의 대형화도 진행되고 있다. 이러한 대형칩에 대응하기 위하여, 종래의 순차이동형 노광장치, 소위 스테퍼대신에, 소위 동기주사형 노광장치가 개발되어 있다. 이 장치에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 레티클(32)과 웨이퍼(31)를 동기를 취하여 정속이동시키면서 노광을 행함으로써, 종래의 스테퍼에 의해서는 실현할 수 없었던 칩사이즈를 실현할 수 있다.
도 11은 동기주사형의 축소투영노광장치의 구성을 도시한 것이며, 이 도11에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(31)와 레티클(32)은 반대방향으로 선택된 축소율과 동일한 속도비로 동기이동을 행한다. 이때, 광원(도시생략)으로부터 출사된 광은 직사각형 조리개에 의해 주사방향으로 폭이 좁은 스트립형상의 광(L)으로 변환된다. 그래서, 웨이퍼(31)상의 소정의 위치에, 레티클(32)에 그려진 칩의 이미지가 렌즈(33)를 통해 소정의 축소율로 형성되면서 상기 동기주사동작이 수행된다. 이 구성에 의해서, 종래의 스텝구동형 노광장치(스테퍼)에 의해서는 실현할 수 없었던 칩 사이즈의 노광이 실현될 수 있다.
도 12는 동기주사형 노광장치에 있어서의 제어계의 전형적인 블록도이다. 웨이퍼스테이지(43)에 대한 목표상태량(즉, 이 경우에는 목표위치)은, 목표상태량생성유닛(41)에 의해서 생성되어 웨이퍼제어계(46)에 공급됨과 동시에, 목표상태량변환유닛(48)에도 상기 목표상태량이 공급된다. 목표상태량변환유닛(48)에서는, 목표상태량을 1/β배(단 β는 축소율)함으로써 레티클스테이지(45)에 대한 목표상태량을 생성하고, 이 변환된 양을 레티클제어계(47)로 출력한다. 이것에 의해서, 웨이퍼스테이지(43) 및 레티클스테이지(45)각각에 대한 동기목표위치가 생성된다. 그리고, 웨이퍼제어계(46)에 있어서의 목표상태량과 웨이퍼스테이지(43)의 위치 Xm과의 편차 em은 동기오차보정유닛(49)에 의해서 1/β배되어서 레티클제어계(47)에 공급된다. 이것에 의해서, 동기오차 esync가 억제된다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 동기주사형 노광장치의 제어계는, 웨이퍼제어계(46)를 마스터계로 하고, 레티클제어계(47)를 슬레이브계로 하는 마스터·슬레이브제어계(즉, 주종제어계)로 되어 있다. 최종적인 성능지표는 웨이퍼스테이지(43)의 위치 Xm과 레티클스테이지(45)의 위치를 β배해서 얻은 값과의 편차인 동기오차 esync로 부여된다.
이러한 주사제어계에 있어서의 기술상의 과제로서는, 이하의 2가지 과제로 요약 할 수 있다. 즉,
1) 마스터 및 슬레이브제어계를 독립한 1입출력계로서 고려하고, 각 제어대상을 일정속도로 고정밀도로 이동시키는 소위 정속주사기술을 위한 기술과제, 및
2) 마스터제어계와 슬레이브제어계간의 동기오차를 억제하는 소위 동기제어기술을 위한 기술과제.
그러나, 2)의 과제는, 각 제어계의 결합방법에 관한 문제이고, 가장 중요한 것은 1)의 과제이다. 따라서, 이하에서는 1)의 기술과제, 즉 고속도로 고정밀주사제어를 행하기 위한 기술과제에 초점을 맞추어서 설명한다.
칩의 최소선폭은, 256M DRAM의 경우 250nm정도이며, 주사형 반도체노광장치에 있어서는, 웨이퍼와 레티클을 그 최소선폭의 극히 일부(즉, 수∼십분의 일)정도의 정밀도로 유지하면서 주사제어를 행하지 않으면 안된다. 이러한 고정밀도를 실현하기 위해서는, 종래의 스텝구동형 노광장치에서는 아무런 문제로 되지 않았더라도, 구동계의 비선형마찰은 심각한 문제로 된다.
구체적으로는, 종래의 스텝구동형 노광장치에서는, 소망의 위치에 스테이지를 이동하고, 그 소망의 위치에의 설치완료시 노광을 행하므로, 스텝이동범위내에 다소의 마찰 등이 존재하여, 주행중 스테이지에 약간의 속도불균일이 있어도(위치결정시간이 다소 연장되더라도), 수율에 악영향을 미치지 않는다. 이것에 대해서, 동기주사형 노광장치에서는, 주사영역내의 마찰 등, 고정밀도의 정속이동을 방해하는 요인, 다시 말하면 웨이퍼와 레티클간의 동기관계를 교란하는 요인의 존재는, 노광된 이미지를 왜곡시켜 수율에 악영향을 미친다.
최근, 이러한 고정밀도의 주사제어장치를 위한 구동요소로서는, 에어베어링과 리니어모터를 이용한 비접촉이동형 구동수단이 실용화되어, 반도체노광장치에 있어서도 이러한 수단을 이용하고 있다. 이것에 의해서, 종래의 볼나사, 롤러베어링 및 회전모터를 이용한 구동요소에 비해, 마찰이 저감되어, 제어정밀도의 향상에 공헌하고 있다.
구동요소로서 리니어모터를 이용한 경우, 고정자에 보이스코일 혹은 영구자석을 복수개 이용함으로써 긴 스트로크의 가동범위를 가능하게 하는 방법이 일반적으로 이용된다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 코일측을 고정자로 하는 무방마그네트형 모터의 경우, 긴 스트로크의 가동범위를 1개의 보이스코일로 커버하면, 구동전류가 크게 되어, 코일에 의해 발생된 열에 의한 열변형의 문제가 생기기 쉽게 된다. 한편, 영구자석을 고정자로 하는 무빙코일형 모터의 경우에는, 긴 스트로크를 커버할 수 있는 영구자석을 제작하는 일이 곤란하다. 도 13은 무빙마그네트형 리니어모터를 이용한 비접촉이동형 스테이지의 일례를 도시한 것으로, 이 도 13에 도시한 스테이지는 직교하는 수평 2방향의 자유도를 가진 것이고, 이 스테이지에 의해서 웨이퍼 혹은 레티클의 이동제어를 행한다.
또, 이러한 복수개의 고정자를 지닌 리니어모터로 긴 스트로크를 커버할 경우, 고정자의 절환시 추력불균일이 발생된다. 도 14a 및 도 14b는 이 상태를 도시한 것이다. 즉, 복수의 고정자로서의 코일 또는 영구자석의 자력의 변동, 각 고정자위치에 의존한 자력의 변동, 혹은 고정자가 보이스코일로 구성된 경우 코일의 여자타이밍의 변동 등에 의해서도 고정자위치에 의존한 추력불균일이 발생된다. 이들 변동에 의해서, 일정속도로 스테이지를 주사시킨 때의 편차는, 도 15에 도시한 바와 같이 추력불균일에 의존한다. 특히 속도를 올릴수록, 이 편차불균일이 커진다. 이 때문에, 이러한 제어계에서 동기주사제어를 행한 경우에는, 그 동기오차도 추력불균일에 의존한다. 따라서, 주사속도를 충분히 올릴 수 없으므로, 장치의 산루풋을 향상시킬 수 없다고 하는 문제가 있다.
그래서, 추력불균일의 영향을 제거하기 위하여, 위치에 의존한 테이블 혹은 함수에 의해서 제어계의 이득을 변화시켜, 추력불균일에 의한 편차불균일을 경감시키는 방법이 종래 이용되고 있다. 그 전형적인 방법은, 전체제어계의 이득을 변화시킬수 있는 가변이득형 보상기를 이용하는 것이다. 이 방법의 예로서, 일본국 특공평 5-305303호 위치결정테이블장치가 있다.
즉, 도 16a에 도시한 바와 같이, 가변이득형 PID보상기(62)에 있어서의 가변이득g(x)를 1로 고정하고, 스테이지를 주사주행영역상을 일정속도로 구동시키기 위한 스테이지목표상태량, 즉 목표위치 Xr(t)를 목표상태량 생성유닛(61)에 의해 생성하는, 소위 예비주사동작을 행한다. 이때의 스테이지(63)의 지령치u(t)와, 스테이지(63)의 변위데이터x(t)를 이용해서 스테이지(63)의 위치를 지표로 하는 데이터열u(x)를 작성하여, 메모리유닛(64)에 기억한다. 도 16b에 도시한 바와 같이, 데이터열u(x)의 고주파성분을 커트한 후, 해당 데이터열u(x)를 정규화함으로써 이득테이블g(x)를 작성하고, 메모리유닛(64)의 데이터를 갱신한다. 주사제어시에는, 이 이득테이블g(x)에 의거해서, 가변유닛(65)에 의해 가변이득형 PID보상기(62)의 이득을 변화 시킨다.
또, 정규화방법으로서는 , g(x)의 기대치를 1로 설정하는 방법, g(x)의 최대치가 1이 되도록 u(x)에 바이어스치를 부여하는 방법 등을 이용할 수 있다. 이러한 종래기술에 의해, 추력불균일의 영향을 억제하여, 주사동작중의 동기오차를 저감하는 것이 가능하다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
그러나, 상기 종래기술에서는, 예를 들면 이득테이블참조방식의 경우에 이하와 같은 문제가 있다.
첫째로, 예비주사동작에 의해 이득테이블을 작성할 때에, 외란이 제어계에 가해지므로, 이득테이블g(x)의 데이터는 추력불균일에 의한 경향에 덧붙여서 각종 외란에 의해 교란된다.
외란중, 특히 심각한 문제로 되는 것이, 이동방향에 의존한 외란이다. 이러한 외란의 1개로서, 예를 들면, 스테이지를 탑재하는 제진대의 경사에 의한 영향이 공지되어 있다. 스테이지가 제진대의 단부에 있을 경우에는, 스테이지의 중력의 영향으로, 스테이지가 제진대의 중앙에 있을 경우에 비해서 제진대의 경사 θ가 증가하므로, 스테이지에 대해서 중력의 외란력 FG는, 도 17에 도시한 바와 같이 진행방향에 의존하며, 특히 단부에서의 영향이 크다. 따라서, 예비주사동작에 의한 이득테이블 작성시 이 영향이 가해지므로, 종래기술과 같이 단일의 이득테이블에 의해 추력불균일의 영향을 제거할 경우, 스테이지 이송방향의 차이에 의해 특히 단부에서의 제어특성이 현저하게 악화되어 버린다.
둘째로, 종래의 방법에서는, 추력불균일을 보정하기 위한 이득테이블 g(x)에 의해서 제어계전체의 이득을 변화시키는 것으로 되므로, 만약 이득테이블g(x)의 값이 크게 변동할 경우에는, 이 영향에 의해서 장소에 의한 제어계의 특성, 즉 과도응답특성, 외란억압특성 등이 크게 변화한다. 실제로, 예비주사동작에 의해서 이득테이블을 작성할 때에, 외란이 제어계에 인가되므로, 이득 테이블g(x)의 데이터는, 추력불균일의 경향외에 각종 외란에 의해서 교란되어 버린다.
따라서, 이들 문제에 의해서, 종래의 이득테이블참조방식을 채용하는 제어장치에서는, 장소에 의한 제어특성이 크게 변동한다. 실제의 주사동작은, 스테이지의 가동범위내에 배치된 복수의 칩의 노광영역에 대응해서 가속, 정속주사 및 감속 동작을 반복한다. 따라서, 종래기술과 같이, 장소에 의한 제어계특성의 변동이 클 경우에는, 가속 및 감속시간이 변화하여, 장치의 쓰루풋이 상당히 제한된다. 또, 이 문제는 함수에 의해서 제어계의 이득을 변화시킬 경우에도 마찬가지로 생긴다.
구동요소로서의 리니어모터에 대해 이하 상세히 설명한다.
도 18a 내지 도 18g는 복수의 코일을 지닌 다상리니어모터의 구성의 일례를 도시한 것이다. 도 18a 내지 도 18g에 있어서, (212)는 리니어모터코일(고정자)이며, 편의상 No.1∼No.4까지의 번호를 붙이고 있다. 또 (213)은 가동자석 (가동부재)이며, 인접 또는 대향하는 자석의 극성이 반대가 되도록 배치되어 있다.
가동부재(213)의 위치는, 예를 들면 코일내에 배치된 홀소자에 의해 검출되고, 가동자석(213)의 극성(N극 및 S극)을 검출함으로써, 소정의 코일에의 통전이 행해진다. 이 통전코일의 선택방법도 도 18a∼도 18g에 표시한다. 여기서, ⓧ 및 ⊙ 표시는, 코일에 통전하는 전류의 방향을 나타낸다. 도 18a∼도 18g에 표시한 구성의 다상리니어모터를 구동하는 회로구성에 대해서는 일본국 특개평 1-298410호 공보에 개시되어 있다.
도 18a∼도 18g에 도시한 다상리니어모터에서는, 각각의 코일부분에서 발생하는 추력은 반드시 서로 동일하지는 않다. 또 인접코일은 소정의 간극을 두고 떨어져서 배치하는 것이 일반적이다. 이 인접코일간의 간극 때문에, 가동부재의 위치에 따라서도 추력이 변동하고, 결국 도 19에 도시한 추력분포가 통상적으로 얻어진다. 따라서, 예를 들면 가동부재의 정속제어를 행할 경우, 이러한 추력변동의 영향에 의해 제어편차 또는 제어오차를 충분히 저감하는 것은 불가능해진다.
또, 가동부재의 속도를 높여가면, 도 19에 도시한 추력변동의 주파수도 높아지므로, 보다 쉽게 추력변동의 영향이 나타난다. 이것은, 모터를 적분기에 의해 근사화한 도 20에 도시한 블록도를 사용해서 설명할 수 있다. 도 20은 속도의 피드백루프를 구성한 모터의 속도제어계를 도시한 것으로, 간단화하기 위하여 PI(비례 + 적분)보상기를 설치하고 있다. 또 Kt는 토크정수, M은 가동부의 질량이다.
도 20으로부터, 추력외란T로부터 속도 V까지의 전달함수(외란억압특성)는 하기식[1]로 부여되어, 저역에서는 미분특성을 보인다.
따라서, 가동부재의 속도를 올림에 따라서 추력외란의 영항이 더욱 쉽게 나타난다. 마찬가지로, 가동부(부하)의 질량이 작을수록, 식[1]의 이득이 커지므로, 그 결과 외란억압능력이 열화된다. 바꾸어 말하면, 질량이 클수록 계는 추력변동에 기인하는 외란의 영향을 받기 어렵게 되며, 이것은 소위 플라이휠 링효과로서 잘 알려져 있다.
또, 식[1]로부터 알 수 있는 바와 같이, 추력외란억압능력을 높이기 위해서는, 예를 들면, PI보상기의 이득을 크게 해서 제어주파수 영역을 확장하면 된다. 그러나, 이 경우, 부하의 접속상태 등에 의해 생기는 기계의 공진점을 여기시켜 버릴 가능성이 있으므로, 반드시 기대하는 제어주파수 영역을 얻을 수는 없다.
본 발명은 전술한 각 문제점을 고려해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 제어계의 특성변동을 보다 효과적으로 억제하고, 그에 따라 제어정밀도를 향상할 수 있는 구동제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 구동부의 동작상태에 의거한 복수종류의 조정정보를 보유하고, 그 구동부의 동작상태에 의거해서 적절한 조정정보를 선택하여, 구동부의 제어를 행할 수 있는 구동제어장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구동부의 구동방향에 대응하는 복수종류의 조정정보를 보유하고, 그 구동부의 구동방향에 따라 적절한 조정정보를 선택하여 구동부의 제어를 행할 수 있는 구동제어장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구동부로부터 얻어진 상태량에 의거해서 구동제어계에 있어서 위상보상의 제어를 행할 수 있는 구동제어장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 구동부로부터 얻어진 상태량에 의거해서 구동제어계의 위상보상의 코너주파수의 제어를 행할 수 있는 구동제어장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일양상에 따른 구동제어장치는 이하의 구성으로 이루어진다. 즉, 피제어물체, 피제어물체를 구동하는 구동수단, 피제어물체의 상태량을 계측하는 상태량계측수단, 피제어물체의 상태량의 목표치를 생성하는 목표상태량생성수단, 상기 상태량계측수단에 의해서 계측된 피제어물체의 상태량과 상기 목표상태량생성수단에 의해 생성된 목표상태랑에 의거해서 상기 구동수단에 공급할 지령치를 생성하는 제어수단, 상기 상태량 계측수단에 의해 계측된 피제어물체의 상태량의 함수 또는 상태량을 지표로서 사용하는 테이블 및 상기 함수의 함수값 또는 테이블의 값에 의거해서 상기 제어수단의 특성을 변동시키는 가변수단을 구비한 구동제어장치에 있어서, 피제어물체의 이동방향에 의존하는 복수의 피제어물체의 상태량의 함수 또는 상태량을 지표로서 사용하는 복수의 테이블을 구비하는 것을 특징으로 한다. 혹은, 상기 구동제어장치는, 코너주파수가 가변인 위상진행-지연보상요소 및/또는 위상지연-진행보상요소를 가지고, 코너주파수를 피제어물체의 상태랑의 함수 또는 상태량을 지표로 하는 테이블에 의해서 변화시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 공진점의 존재에 의해 보상기의 이득을 충분히 높일 수 없을 경우에는 모터의 추력변동 등에 기인하는 제어편차를 충분히 억업할 수 있는, 리니어 모터의 구동제어장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일례에 의한 리니어모터의 구동제어장치는, 리니어모터의 구동방향의 각 지점에 있어서의 제어편차의 보정정보를 보유한 참조테이블을 구비하여, 구동시에 해당 참조테이블을 순차 참조해서 얻은 값을 제어편차에 가산하면서 제어하는 것을 특징으로 한다. 이 제어에 의해, 예를 들면 추력변동에 기인하는 제어편차성분을 미리 보상하고, 예를 들면 추력변동에 기안하는 제어편차의 발생을 충분히 억압하면서 제어할 수 있다. 또, 본 발명에 의한 리니어모터의 구동제어장치는, 테이블참조에 앞서서 행해지는 리니어모터구동시에 얻어지는 계의 상태량, 즉 가동부재의 위치 및 제어편차의 시계열에 의거해서 참조테이블을 작성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 리니어모터의 구동제어장치는, 테이블참조에 앞서서 행해지는 리니어모터의 구동시에 얻어지는 계의 상태량의 시계열을, 선형 위상디지탈필터로 전처리한 결과에 의거해서 참조테이블을 작성하고, 해당 필터의 차단주파수는 서보루프주파수영역의 하한보다도 낮게 설정되는 것을 특징으로 한다. 이 제어에 의해, 외래잡음에 기안하는 고주파성분을 배제한 테이블을 작성할 수 있고, 이 테이블에 의거해서 안정한 제어를 행할 수 있다.
또, 본 발명에 의한 리니어모터의 구동제어장치는, 상기 방법으로 작성한 참조테이블을 이용해서 리니어모터의 구동을 행한 결과에 의거해서 참조테이블을 보정하는 계수열을 생성하는 것을 특징으로 한다. 이 제어에 의해, 제어편차의 억압효과를 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 기타 특징 및 이점 등은 첨부도면과 관련한 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 도면에 있어서 동일 또는 유사한 부분은 동일한 참조부호를 부기하였다.
[발명의 구성 및 효과]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.
[제 1실시예]
본 발명의 제 1실시예에 대해서는, 무빙 마그네트형 리니어모터에 의한 웨이퍼 스테이지제어계를 예로 취해 설명한다.
도 1에 도시한 불록도에 있어서, (1)은 동기주사형 축소투영노광장치에 있어서의 스테이지, (2)는 제진대, (3)은 스테이지(1)상에 탑재된 웨이퍼, (4)는 스테이지(1)에 고정된 리니어모터의 가동부재, (5)는 제진대(2)에 고정된 리니어모터의 고정자, (6)은 정압베어링, (7)은 제진대(2)에 대해서 그의 지지방향으로 작용하는 댐퍼, (8)은 제진대(2)를 지지하는 스프링, (9)는 스테이지(1)의 위치를 계측하는 레이저간섭계, (10)은 스테이지(1)상에 고정되어, 레이적간섭계(9)에 의해 출사된 레이저빔을 반사하는 미러, (11)은 스테이지(1)의 목표위치를 생성하는 목표상태량 생성유닛, (12)는 가변위상보상기(13)의 출력단자에 접속된 PID보상기, (13)은 본 실시예의 특징의 1개에 대응하는 가변위상보상기, (14)는 구동신호 u에 대한 신호처리유닛, (15) 및 (16)은 본 실시예의 특징의 1개에 대응하는 순방향 이송 및 역방향 이송에 대한 이득테이블을 각각 기억하기 위한 메모리유닛, (17) 및 (18)은 예비주사모드와 주주사모드와를 절환하는 스위치, (19) 및 (20)은 순방향스테이지이송모드와 역방향스테이지이송모드와를 절환하는 스위치, (21)은 리니어모터에 구동신호를 공급하는 구동기, (22)는 가변위상보상기(13)에 대한 가변유닛이다.
웨이퍼(3)를 탑재한 스테이지(1)는, 가동부재(4), 고정자(5) 및 정압베어링(6)에 의해서 제진대(2)상을 X축방향으로 비접촉이동한다. 제진대(2)는 댐퍼(7) 및 스프링(8)에 의해서 마루 진동으로부터 차단된다. 제진대(2)에 대한 스테이지(1)상의 미러(10)의 변위Xm은 레이저간섭계(9)에 의해 계측된다. 그리고, 목표상태량생성유닛(11)에 의해서 생성되는 스테이지(1)의 목표상태량, 즉 목표위치Xr과 레이저간섭계(9)에 의해 계측된 스테이지(1)의 변위량 Xm에 의거해서 위치편차e가 생성되어, 가변위상보상기(13) 및 PID보상기(12)에 의해서 구성되는 소위 직렬보상유닛에 공급된다. 상기 보상기(12)의 특징은 도 1에 도시한 바와 같은 코너주파수wi 및 wd에 의해 표시된다. 또, 직렬보상유닛의 출력u는 구동기(21)에 공급되어, 전류증폭되고, 그 구동기(21)로부터의 전류출력 i가 리니어모터의 고정자(5)에 공급된다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 의한 정밀도제어장치의 제어구성을 도시한 블록도이다. 본 제 1 실시예의 제어계의 주요특징은 PID보상기(12)에 의해 구성한 직렬 보상기의 입력측에 가변위상보상기(13)를 배치하고, 스테이지(1)의 구동방향, 즉 순방향 및 역방향에 대응하는 이득테이블(15), (16)을 배치한 점이다.
이하, 가변위상보상기(13)에 의한 제어특징의 개량에 대해 설명한다.
도 2는 예비주사동작에 의해 작성한 이득테이블의 일례를 도시한 것이다. 이 예에서는, 기대치가 1이 되도록, 예비주사시의 리니어모터에 공급해야 할 지령신호 u에 대해서 필터처리하여 고주파잡음성분을 커트한 후, 이와 같이 처리된 신호에 소정의 바이어스값을 곱하고 있다. 도 2에 있어서 a점, b점 및 c점은 각각 이득테이블의 최대치, 기대치(=1) 및 최소치를 부여하는 점이다. 추력불균일에 의해 생기는 편차불균일은 여자하는 코일 또는 영구자석의 절환시에 생긴다. 따라서, 정속주사시의 편차불균일은 일정의 주기성을 지닌다. 이 주기성을 ωg로 표현한다. 단, ωg는 수 rad/sec 정도로 낮다.
도 3은 도 2에 도시한 이득테이블을 이용해서 종래의 기술로 이득을 변화시킨 경우의 상기 3점의 제어계의 개방루프전달특성의 이득의 변화를 도시한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 종래기술에서는, 계의 이득특성전체가 오르내리므로, 장소에 의한 제어계의 특성변동이 매우 커진다. 테이블의 이득에 의해서 제거해야 할 편차불균일의 각도주파수는 ωg이며, 수 rad/sec 정도로 낮음에도 불구하고, 고주파 영역의 특성까지도 변화시키는 점에 종래기술의 문제가 있었다.
이것에 대해서, 본 실시예에서는, 계의 이득전체를 변화시키는 대신에 식[2]로 부여되는 가변위상보상기(13)를 보상계에 부가한다.
즉, 테이블의 이득g(x)에 의해서 위상진행주파수를 변경시킨다는 것이다. 이때, 가변위상보상기는, g1에서는 위상진행-지연보상기, g1에서는 위상지연-진행보상기역할을 한다. 식[2]에 있어서, ωlag는 코너주파수이다.
도 4a는 상기 3점에 있어서의 가변위상보상기(13)의 이득특성을 표시한 것이다. 이득테이블에 의해서 추력불균일의 각도주파수 ωg를 포함한 저주파영역의 이득은 변화하나, 고주파영역의 이득은 변화하지 않는다. 이 가변위상보상기(13)를 이용한 경우의 제어계의 개방루프전달특성을 도 4b에 표시한다. 도 4b에 표시한 바와 같이, 추력불균일의 주파수 ωg를 포함한 저주파영역의 이득만이 변화하고, 고주파영역의 특성은 전혀 영향받지 않는다. 따라서, 이득테이블에 의한 계의 특성 변동을 최소한으로 할 수 있어, 편차불균일도 억제될 수 있다.
이하, 본 실시예의 특징구성중의 1개에 대응하는 메모리유닛(15), (16)의 기능에 대해 설명한다. 주사동작에 앞서서, 추력불균일의 영향에 의거해서 이득테이블을 작성하기 위하여 예비주사를 행한다. 즉, 스테이지(1)의 동작영역전체를, 스테이지속도가 일정하게 되도록 목표위치 Xr을 부여해서 스테이지(1)의 예비주사를 행한다. 이 때, 스위치(17), (18)는 p쪽에 설정된다.
먼저, 순방향의 예비주사동작을 행한다. 이 경우, 스위치(19), (20)는 f쪽으로 설정된다. 이 때, 가변위상보상기(13)는 항상 1이 되도록 g(xm) = 1로 설정해 놓는다. 이 상태에서 얻어지는 순방향주사시의 제어지령신호 u(t)와, 스테이지위치정보 x(t)가 신호처리유닛(14)으로 공급되고, 이들 2개의 신호열에 의거해서 스테이지 위치xm을 지표로 하는 테이블 u(xm)이 작성된다. 다음에, 이 테이블 u(xm)에 대해서 신호처리유닛(14)에 의해 필터처리 및 정규화처리가 행해져서, 순방향의 이득테이블 gf(xm)이 작성된다. 이 수순은 미리 도 2를 참조하여 설명한 바와 같다. 상기 이득테이블 gr(xm)은 순이송방향에 대응하는 메모리유닛(15), (16)에 기억된다.
마찬가지로, 스위치(19), (20)가 r쪽으로 설정되고, 역방향주사시의 이득테이블 gr(xm)이 메모리유닛(16)에 기억된다. 도 5a 및 도 5b에 이와 같이 해서 작성되는 순방향·역방향 이득테이블이 각각 표시되어 있다. 전술한 바와같이, 스테이지(1)의 이동방향에 의해서 외란에 의한 이득테이블의 경향이 변화하므로, 종래기술과 같이 1개의 이득테이블을 이용해서 보정할 경우에는, 특히 스테이지가동범위의 단부에서 제어특성이 열화하고, 이러한 열화는 쓰루풋에 악영향을 미친다. 이것에 대해서, 본 실시예에서는, 스테이지위치에 의존한 복수의 테이블을 가지고 있으므로, 그러한 이득테이블의 이송방향에 대한 의존성에도 적절하게 대응하는 것이 가능하다.
또, 이러한 순방향·역방향의 이득테이블이 작성된 후에, 스위치(17), (18)가 s 쪽으로 설정되어, 주사동작이 수행된다. 이 때, 스위치(19), (20)는 이송방향에 의해서 f 쪽 또는 r 쪽으로 절환된다. 다음에, 스테이지위치 xm을 지표로 한, 순방향 및 역방향 각각에 대응하는 테이블값이 참조되어, 가변유닛(22)에 전달된다. 그리고, 가변유닛(22)에 의해서 가변위상보상기(13)의 코너주파수를 변화시킨다. 본 실시예에 있어서, 테이블참조에 의한 제어계의 특성변동을 최소한으로 할 수 있고, 또 추력불균일에 의한 편차불균일을 충분히 제거할 수 있다라는 것은, 도 2, 도 3 및 도 4a, 4b를 이용해서 이미 설명하였다.
또, 이러한 가변위상보상기(13)는 일정샘플링주기에서 이산근사하여 얻어진 디지털필터를 사용해서 근사적으로 실현하고, 마이크로프로세서를 이용해서 실장하면, 용이하게 구성가능하다.
본 실시예의 효과를 표시하는 예로서, 도 6a 및 6b에, 도 2에 표시한 3점 a, b, c에 있어서의 스테이지제어계의 단위스텝응답을 표시한다. 도 6a는 종래기술에 있어서의 단위스텝응답을 표시하고 있고, 이득테이블의 영향에 의해 제어계의 특성변동이 매우 크다. 따라서, 실제로 종래기술을 이용해서 주사제어를 행한 경우, 설정시간이 여러 샷에서 상당히 악화되어, 쓰루풋이 저하해버린다. 이것에 대해서, 본 실시예에서는 , 도 6b에 도시한 바와 같이, 이득 변동에 의한 제어계의 특성변동을 최소화할 수 있어, 높은 쓰루풋을 얻을 수 있다.
이하, 제 1실시예의 동작에 대해서 도 21 및 도 22 에 표시한 순서도를 참조해서 상세히 설명한다.
순방향·역방향이득테이블의 작성순서에 대해 이하 설명한다. 스탭 S101에서, 가변위상보상기(13)를 1로 고정한다. 이 때, 스위치(17), (18)는 p 쪽으로 설정된다. 이어서, 스텝S102에서 스테이지(1)를 순방향으로 구동한다. 이 때, 스위치(19), (20)는 f 쪽으로 설정되고, 메모리유닛(15)에 이득테이블이 작성된다.
스텝S103에서, 신호처리유닛(14)은 각 위치 xm에서 u를 얻고, u(xm)을 얻는다. 또 신호처리유닛(14)은 얻어진 u(xm)에 대해 필터처리와 정규화처리를 행하여 gf(xm)을 얻고, 메모리유닛(15)에 격납한다.
역방향이득테이블작성시, 스위치(19), (20)는 r쪽으로 설정되어, 스텝S102내지 S104와 마찬가지의 처리가 수행된다(스텝S105, S106 및 S107).
상기한 바와 같이 해서 얻어진 이득테이블을 이용해서 스테이지(1)를 구동시킬 경우, 도 22에 표시한 순서로 수행된다. 스텝S121에서는, 스테이지(1)의 구동시 레이저간섭계(9)로부터 스테이지의 위치정보 xm을 페치하고, 이어서, 스텝S122에서 스테이지(1)의 현행구동방향을 판정한다. 구동방향이 순방향이면, 스텝S123으로 진행하고, 이 스텝S123에서는, 스위치(19), (20)를 f쪽으로 설정하고, 테이블 gf(xm)을 사용하여 코너주파수를 보정한다. 한편, 구동방향이 역방향이면, 스텝S124로 진행하고, 이 스텝S124에서는, 스위치(19), (20)를 r쪽으로 설정하고, 테이블gf(xm)을 사용하여 코너주파수를 보정한다.
단, 도 1 에 도시한 구성에 있어서의 스위치(17), (18), (19), (20)는 자동적으로 절환되기만 하면 되므로, 이러한 기능은 도 1에는 도시하지 않았으나, 마이크로프로세서를 이용해서 실현하는 것이 일반적이다. 또, 상기 설명에서는, 각 이득테이블을 기대치 = 1이 되도록 구성하였다. 따라서, 상기 설명에서는, 가변위상보상기(13)는 위상진행-지연보상기와 위상지연-진행보상기의 양자로서 기능할 수 있으나, 이득테이블 g(x)가 그의 최대치 1이 되도록 설정되면, 항상 위상진행-지연보상기가 구성된다. 따라서, g1로 정규화된 이득테이블을 이용한 가변위상진행-지연보상기에 의해 저주파영역의 이득만을 변화시킨 경우, 제어계의 위상보상을 증가시킬 수 있다. 즉, 가변위상진행-지연보상에 의해 제어계의 안정성은 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 주사형 노광장치에 있어서의 웨이퍼스테이지의 제어계를 예로들어 설명하였으나, 본 발명은 1입출력계나 다중입출력계에 관계없이, 고정밀도로 정속제어를 필요로 하는 기타장치, 즉, 화상주사기 또는 복사기의 정속제어에 있어서의 모터의 코깅(cogging)불균일의 제거에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 본 실시예에서는, PID보상기를 이용하는 통상의 직렬보상기와 가변위상보상기에 의해 보상계를 구성하였으나, 직렬보상기는 PID보상기로 한정되지 않고, 기타 직렬 보상기를 이용해서 보상계를 구성해도 된다. 또, 본 발명은 제어대상(즉 피제어물체)의 변위, 속도 등의 어떠한 상태량에도 적용가능하다.
상기 실시예에서는 2개의 보상기, 즉 통상의 직렬보상기와 가변위상보상기로 보상계를 구성하였으나, 통상의 직렬보상기의 일부를 직접 가변위상보상기로 해도 된다. 이 경우, 보다 저차수의 보상계를 구성할 수 있다.
또한, 이상의 설명에서는, 직렬보상기만을 포함하는 제어계, 즉 소위 1자유도의 제어계에 대해 본 발명을 적용하였으나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 2자유도의 제어계, 예를 들면 피드포워드방식을 지닌 제어계에 대해서도 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가변위상보상기를 도입하고 있으므로, 구동요소의 추력불균일에 기인한 편차불균일을 제거하기 위한 이득테이블 및/또는 함수에 의해서, 이 때의 시정수를 변화시킴으로써, 이득테이블 또는 함수에 의한 편차가 클 경우에도, 제어계의 특성변동을 억압하면서 피제어물체의 전체 가동영역에 있어서 양호한 제어성능을 실현하고, 또 편차불균일을 제거하는 것이 가능한 제어장치를 실현할 수 있다.
또, 피제어물체의 이송방향에 의존한 외란에 대응하도록 이동방향에 따른 이득테이블 및/또는 함수를 지니고 있으므로, 이송방향에 관계없이, 양호한 제어성능을 실현할 수 있다.
[제 2실시예]
도 7은 본 발명의 제 2실시예에 의한 다상리니어모터제어장치의 구성을 도시한 것이다. 도 7에 있어서, (201)은 참조테이블작성유닛, (202)는 테이블참조유닛, (203)은 참조테이블보존유닛으로서 기능하는 메모리, (204)는 제어연산유닛, (205)는 목표위치발생유닛이다. 참조테이블작성유닛(201), 테이블참조유닛(202), 제어연산유닛(204) 및 목표위치발생유닛(205)은 CPU, DSP 등의 마이크로프로세서(206)에 의해 실현되고 있다. D/A변환기(207)는 마이크로프로세서(206)로부터 지령치를 받아, 아날로그신호로 변환해서 증폭기(208)로 공급된다. 증폭기(208)에 있어서는, 전류제어루프가 구성되어 있고, 따라서, 증폭기(208)는 전류모드증폭기로서 동작한다. 증폭기(208)에 의해 다상리니어모터(209)가 구동되고, 그 구동대상의 위치를 위치검출기(210)로 검출한다. 다상리니어모터(209)는 종래예의 설명에서 이용한 도 18a~18g에 도시한 것과 동일한 구성을 지닌다. 본 실시예에서는, 위치검출기(210)로서 레이저간섭계를 이용하고 있으나, 리니어인코더 등을 이용해도 된다.
제어 연산유닛(204)에서는, 위치검출기(210)로부터의 위치정보를 이용해서 PID 등의 제어보상연산을 행한 후, 그 연산결과를 D/A변환기(207)에 전류지령치로서 공급하고 있고, 따라서, 위치제어를 행하는 피드백루프가 구성되고 있다.
다음에, 참조테이블작성유닛(201)의 동작에 대해서 도 8의 순서를 이용해서 설명한다.
먼저, 목표위치발생유닛(205)이 발생하는 목표치에 따라서, 다상리니어모터의 가동부재를 제 1위치까지 일정속도로 이동시킨다(스텝201). 다음에, 상기 가동부재를 실제로 다상리니어모터를 구동할 때 사용하는 것과 동일한 목표치패턴을 부여해서 제 2위치까지 구동한다(스텝S202 및 S203). 이때, 마이크로프로세서(206)는 가동부재의 위치 Pn과, 목표위치와 가동부재의 실제위치와의 차, 즉 제어편차 En을 소정주기(1msec)에서 메모리(203)에 보존해 놓고(스텝S202), 제 2위치까지의 이동이 완료한 시점에서 메모리에의 보존동작을 종료한다.
메모리(203)에 보존된 위치 및 제어편차에는, 외래노이즈로 대표되는 고주파성분이 포함되는 것이 일반적이다. 이러한 고주파성분을 테이블에 포함시키는 것은, 제어계에 무의미한 동작을 강요하는 것으로 되어 바람직하지 않다. 경우에 따라서는, 제어계의 동작이 불안정해질 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 고주파차단 형선형위상필터를 이용해서 고주파성분을 제거한다(스텝S204~S206). 필터의 차단주파수는 제어연산유닛(204)에 포함되는 제어보상기의 파라미터로부터 추정되는 제어주파수대의 하한보다도 낮게 설정한다. 본 실시예에서는, 하기식[3]으로 주어지는 50차의 FIR필터를 이용해서, 그의 차단주파수를 20Hz로 설정하고 있다.
여기에서 y는 필터로부터의 출력, x는 필터의 입력시계열, f는 필터의 계수, n은 시각이다. 이와 같이 해서 위치 Pn 및 제어편차 En에 대해서 상기 필터처리를 실시하여 위치시계열 PFn 및 제어편차시계열 EFn이 각각 얻어진다.
다음에, 다상리니어모터의 가동부재의 위치와 제어편차와의 관계를 테이블로서 작성한다. 필터처리를 실시한 위치시계열 PFn의 값을 차례로 1개씩 체크하여, 그 값이 1단위(δ)증가할 때마다, 제어편차시계열 EFn의 값을 추출하여 참조테이블값으로 한다.(스텝S207~S209).여기에서 말하는 1단위(δ)란 참조 테이블의 해상도(피치)를 의미하며, 본 실시예에서는 0.1mm로 작성하고 있으나, 이 1단위(δ)는 메모리용량이 허용하는 범위에서 충분히 작게 설정하면 된다.
여기까지의 처리에 의해 얻어진 참조테이블 Km은 메모리(203)에 보존되어, 필요시 테이블참조유닛(202)에 의해 참조된다. 다음에 테이블참조유닛(202)에 대해서 설명한다. 실제로 다상리니어모터를 구동해서 속도제어, 위치결정 등의 동작을 행할 때에, 위치 검출기(210)에 의해 얻어진 위치정보 p에 의거해서 하기식[4]로 표현되는 룰에 따라 테이블참조유닛(202)은 테이블을 참조하여, 그 장소에서의 보정치 k를 얻는다.
k=KL, L=p/δ ...[4]
즉, 위치검출기(210)에 의해 얻어진 위치정보 p를 테이블의 피치δ의 정수배의 값으로 변환하고, 이 변화된 값을 메모리내 참조테이블의 선두로부터의 오프셋(지표 L)으로서 이용함으로써, 현재 위치에 대한 보정치 k가 얻어지게 된다.
얻어진 보정치 k는, 제어연산유닛(204)에서 제어편차를 계산한 결과에 가산하고,그 후 PID 계산결과 등의 보상계산결과가 조작변수, 즉 제어입력으로서 D/A변환기(207)에 입력되어 다상리니어모터를 구동한다.
여기에서 본 발명의 효과를 표시하기 위해 도 7에 도시한 계에 있어서 일정속도구동을 한 경우의 정상상태의 위치편차를, 종래예의 경우와 비교해서 도 9에 표시하였다. 도 9에 있어서 종래의 다상리니어모터구동장치에 의한 위치편차를 일점쇄선으로, 본 발명에 의한 위치편차를 파선으로 표시하였다. 도 9로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의해서 위치 편차가 억압될 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 위치제어를 행할 경우를 예로 들어 설명하였으나, 이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 속도제어를 행할 경우에도 마찬가지 수법으로 실현할 수 있으므로, 이 경우의 상세한 설명은 생략한다.
도 23은 본 발명의 제 2실시예에 의한 다상리니어모터의 제어구성을 도시한 블록도이다. 도 23에 있어서, (203`)는 메모리(203)내에 보존된 참조테이블, (202`)는 테이블참조유닛(202)내에 포함된 지표계산유닛이다. 지표계산유닛(202`)은 위치검출기(210)로부터 공급된 위치정보 p와 참조테이블(203`)의 단위δ에 의거해서 지표 L을 계산한다. 참조테이블(203`)로부터 상기 지표 L에 대응하는 어드레스에 보존된 보정치를 판독하여 제어편차에 가산한다.
참조테이블 작성시, 참조테이블작성유닛(201)은 상기 열내의 보정치를 발생하고, 이들을 참조테이블내에 기재한다. 단, 참조테이블(203')로부터 입력된 보정치는 참조테이블 작성시 0으로 고정된다.
[제 3실시예]
제 2실시예에서 설명한 바와 같이, 참조테이블은 도 8에 표시한 순서도에 따라서 작성되나, 이 수순을 반복함으로써 더욱 위치편차억압능력을 높이는 것이 가능하다. 도 10은 이 수순을 표시한 순서도이다.
도 10에 있어서, 도 8에 표시한 순서도에 따라서 제 1참조테이블 Km을 작성한다(스텝S241). 그리고, 제 2실시예에서의 설명한 바와 같이, 제 1참조테이블 Km으로부터 얻어진 값을 제어편차에 가산해서 모터를 구동한다. 이때, 도 8에 표시한 순서도에 따라서 제 2참조테이블 Km`를 작성해서(스텝S242). 제 1참조테이블Km에 요소마다 가산함으로써 새로운 참조테이블을 얻는다(스텝S244~S246). 이 처리를 반복함으로써(S243), N회째 보정에 의해 얻어진 테이블에 반영할 수 없었던 정보를 (N+1)회째 보정에 의해 얻어진 테이블에 반영 시킬 수 있어, 위치편차억압능력을 더욱 높일 수 있다.
본 실시예에 의한 위치편차억압효과를 입증하기 위하여, 테이블보정을 3회 행한 경우 얻어진 위치편차파형(고딕선)을 도 9에 아울러서 표시한다. 도 9로부터 알수 있는 바와 같이, 테이블보정을 행하지 않은 경우에 비해서 위치편차가 더욱 1/2로 억압되어 있다.
제 2 및 제 3실시예에서는, 참조테이블보존유닛으로서 RAM 등의 메모리(203)를 이용하였으나, 예를 들면 자기디스크 등의 매체에 참조테이블을 기억시켜놓는 것도 가능하다. 이 경우, 한번 참조테이블을 작성하면, 기계계의 특성이 변화하지 않는 한 반복해서 작성할 필요가 없으므로, 기기동시에 참조테이블을 기억하고 있는 자기디스크 등의 매체로부터 한번만 참조테이블을 로드하면 되고, 예를 들면 참조테이블은 RAM에 기억해 놓을 수 있다. 또, 장기간에 걸쳐서 다상리니어모터를 구동한 후에는, 참조테이블을 자동적으로 재작성하도록 해놓음으로써, 기계계의 경년변화를 보정하는 것도 가능하다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 의하면, 가변위상보상기를 도입하고 있으므로, 구동요소의 추력불균일에 기인한 편차불균일을 제거하기 위한 이득테이블 및/또는 함수에 의해서, 이 때의 시정수를 변화시킴으로써, 이득테이블 또는 함수에 의한 편차가 큰 경우에도, 제어계의 특성변동을 억압하면서 피제어물체의 전체 가동 영역에 있어서 양호한 제어성능을 실현하고, 또 편차불균일을 제거하는 것이 가능한 제어장치를 실현할 수 있다.
또, 피제어물체의 이송방향에 의존한 외란에 대응하도록 이동방향에 따른 이득테이블 및/또는 함수를 지니고 있으므로, 이송방향에 관계없이, 양호한 제어성능을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 및 제 3실시예에 의하면, 다상리니어모터를 이용한 계에 있어서, 다상리니어모터의 추력변동을 충분히 제거할 수 있는 다상리니어모터구동장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은 그의 정신과 범위로부터 벗어남이 없이 각종 실시예로 광범위하게 구현할 수 있음은 명백하므로, 본 발명은 첨부된 청구범위에 규정된 것을 제외하고 그의 특정실시예로 한정되지 않는다.

Claims (40)

  1. 피제어물체의 목표상태량을 생성하는 생성수단; 상기 피제어물체의 현재상태량을 검출하는 검출수단과; 상기 생성수단에 의해 생성된 목표상태량과 상기 검출수단에 의해 검출된 상태량에 의거해서 상기 피제어물체의 구동동작을 제어하는 제어수단과; 상기 피제어물체의 동작상태단위로 해당 피제어물체의 상태량에 따라서 상기 제어수단에 의한 구동동작을 조정하기 위한 조정정보를 기억하는 기억수단과; 상기 피제어물체의 동작상태 및 상태량에 의거해서 상기 기억수단으로부터 조정정보를 얻고, 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 상기 제어수단의 구동제어를 조정하는 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조정정보는 피제어물체의 상태량을 변수로 사용한 함수인 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 조정정보는 피제어물체의 각 상태량에 대응하는 조정량을 기재한 테이블인 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 위치정보이고, 상기 동작 상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 이동속도정보이고, 상기동작상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 조정수단은 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 위상보상을 변화시키는 변경수단을 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  7. 제6항에 있어서 상기 변경수단은 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 위상보상의 코너주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 조정수단에 의한 조정이 금지된 상태에서의 상기 제어수단의 제어량과 상기 피제어물체의 상태량과의 관계를 얻고, 그 얻어진 관계와 그때의 동작상태에 의거해서 상기 조정정보를 발생하는 발생수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 위치정보이고, 상기 동작 상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 이동속도정보이고, 상기 동작상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동 제어장치.
  11. 피제어물체의 목표상태량을 생성하는 생성수단; 상기 피제어물체의 현재 상태량을 검출하는 검출수단과; 상기 생성수단에 의해 생성된 목표상태량과 상기 검출수단에 의해 검출된 상태량에 의거해서 상기 피제어물체의 구동동작을 제어하는 제어수단과; 상기 피제어물체의 상태량에 의거해서 조정정보를 얻고, 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 상기 제어수단에 의한 구동제어의 위상보상을 조정하는 조정수단을 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 조정수단은, 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 위상보상의 코너주파수를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 조정수단에 의한 조정이 금지된 상태에서의 상기 제어수단의 제어량과 상기 피제어물체의 상태량과의 관계를 얻고, 그 얻어진 관계에 의거해서 상기 조정정보를 발생하는 발생수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  14. 가동부재의 위치에 따라서 통전시켜야 할 코일을 선택적으로 절환하는 리니어모터의 구동제어장치에 있어서, 상기 리니어모터의 가동부재의 각 위치에 대응하는 보정정보를 유지하는 유지수단과; 상기 보정정보에 의거해서 상기 가동부재의 상태량을 피드백해서 얻어진 제어편차를 제어목표상태량으로 보정하는 보정수단과; 상기 보정수단에 의해 보정된 제어편차에 의거해서 상기 리니어모터의 구동동작을 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 보정수단에 의한 보정을 금지한 상태에서 상기 리니어모터를 구동하여 상기 가동부재의 복수의 위치에서 제어편차를 얻는 획득수단과; 상기 획득수단에 의해 얻어진 제어편차에 의거해서 상기 가동부재의 각 위치에 대응하는 보정정보를 생성하는 생성수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 획득수단은 상기 가동부재의 위치 및 제어편차를 시계열데이터로서 얻고, 상기 생성수단은 상기 시계열데이터에 의거해서 상기 가동부재의 위치에 대응하는 제어편차를 기재한 참조테이블을 생성하는 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 생성수단은 상기 시계열데이터로부터 고주파성분을 제거함으로써 얻어진 결과에 의거해서 참조테이블로 생성하는 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 고주파성분은, 고주파차단형 선형위상필터를 사용해서 상기 생성수단에 의해 상기 시계열데이터로부터 제거되고, 상기 필터의 차단주파수는 피드백시스템의 제어주파수영역의 하한보다도 낮게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  19. 제14항에 있어서, 상기 유지수단은 상기 리니어모터의 가동부재의 각 위치에 대응하는 보정정보를 기재한 제 1참조테이블을 유지하고, 상기 구동제어장치는 상기 제어수단에 의한 제어결과로서 얻어진 상기 가동부재의 위치 및 제어편차의 시계열데이터에 의거해서 제 2참조테이블을 발생하는 발생수단; 상기 제 2참조테이블에 의거해서 상기 제 1참조테이블을 보정하는 참조테이블보정수단을 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 유지수단은 상기 보정수단에 의한 보정을 복수회 반복함으로써 얻어진 상기 제 1참조테이블을 유지하는 것을 특징으로 하는 구동제어장치.
  21. 피제어물체의 동작상태단위로 해당 피제어물체의 상태량에 따라서 상기 피제어물체의 구동제어를 조정하기 위한 조정정보를 기억하는 기억수단을 구비한 장치용의 구동제어방법에 있어서, 상기 피제어물체의 목표상태량을 생성하는 생성단계와; 상기 피제어물체의 현재상태량을 검출하는 검출단계와; 상기 생성단계에서 생성된 목표상태량과 상기 검출단계에서 검출된 상태량에 의거해서 상기 피제어물체의 구동동작을 제어하는 제어단계와; 상기 피제어물체의 동작상태 및 상태량에 의거해서 상기 기억수단으로부터 조정정보를 얻고, 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 상기 제어단계의 구동제어를 조정하는 조정단계를 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 조정정보는 피제어물체의 상태량을 변수로 사용한 함수인 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 조정정보는 피제어물체의 각 상태량에 대응하는 조정량을 기재한 테이블인 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 위치정보이고, 상기 동작상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  25. 제21항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 이동속도정보이고, 상기 동작상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 조정단계는 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 위상보상을 변화시키는 변경단계를 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 변경단계는 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 위상보상의 코너주파수를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 조정단계에서의 조정이 금지된 상태에서의 상기 제어단계의 제어량과 상기 피제어물체의 상태량과의 관계를 얻고, 그 얻어진 관계와 그 때의 동작상태에 의거해서 상기 조정정보를 발생하는 발생단계를 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 위치정보이고, 상기 동작상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  30. 제28항에 있어서, 상기 상태량은 피제어물체에 관련된 이동속도정보이고, 상기 동작상태는 피제어물체의 동작방향인 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  31. 피제어물체의 목표상태량을 생성하는 생성단계와; 상기 피제어물체의 현재상태량을 검출하는 검출단계와; 상기 생성단계에서 생성된 목표상태량과 상기 검출단계에서 검출된 상태량에 의거해서 상기 피제어물체의 구동동작을 제어하는 제어단계와; 상기 피제어물체의 상태량에 의거해서 조정정보를 얻고, 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 상기 제어단계의 구동제어의 위상보상을 조정하는 조정단계를 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 조정 단계는 상기 얻어진 조정정보에 의거해서 위상보상의 코너주파수를 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 조정단계에서의 조정이 금지된 상태에서의 상기 제어단계의 제어량과 상기 피제어물체의 상태량과의 관계를 얻고, 그 얻어진 관계에 의거해서 상기 조정정보를 발생하는 발생단계를 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  34. 리니어모터의 가동부재의 각 위치에 대응하는 보정정보를 유지하는 유지수단을 구비하고, 상기 가동부재의 위치에 따라서 통전 시켜야 할 코일을 선택적으로 절환하는 리니어모터의 구동제어장치용의 구동제어방법에 있어서, 상기 가동부재의 위치에 의거하여 상기 유지수단으로부터 대응하는 보정정보를 얻는 취득단계와; 상기 취득단계에서 얻어진 보정정보에 의거해서 상기 가동부재의 상태량을 피드백해서 얻어진 제어편차를 보정하는 보정단계와; 상기 보정단계에서 보정된 제어편차에 의거해서 상기 리니어모터의 구동동작을 제어하는 제어단계를 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 보정단계에서의 보정을 금지한 상태에서 상기 리니어모터를 구동하여 상기 가동부재의 복수의 위치에서 제어편차를 얻는 획득수단과; 상기 획득단계에서 얻어진 제어편차에 의거해서 상기 가동부재의 각 위치에 대응하는 보정정보를 생성하고, 그 보정정보를 상기 유지수단에 유지하는 생성단계를 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 획득단계는 상기 가동부재의 위치 및 제어편차를 시계열데이터로서 얻는 단계를 포함하고, 상기 생성단계는, 상기 시계열데이터에 의거해서 상기 가동부재의 위치에 대응하는 제어편차를 기재한 참조테이블을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 생성단계는 상기 시계열데이터로부터 고주파성분을 제거함으로써 얻어진 결과에 의거해서 참조테이블 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 고주파성분은, 고주파차단형 선형위상필터를 사용해서 상기 생성단계에서 상기 시계열데이터로부터 제거되고, 상기 필터의 차단주파수는 피드백시스템의 제어주파수영역의 하한보다도 낮게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  39. 제34항에 있어서, 상기 유지수단은 상기 리니어모터의 가동부재의 각 위치에 대응하는 보정정보를 기재한 제 1참조테이블을 유지하고, 상기 구동제어방법은, 상기 제어단계의 제어결과로서 얻어진 상기 가동부재의 위치 및 제어편차의 시계열데이터에 의거해서 제 2참조테이블을 발생하는 발생단계와; 상기 제 2참조테이블에 의거해서 상기 제 1참조테이블을 보정하는 참조테이블보정단계를 또 구비한 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 유지수단은 상기 보정단계에서의 보정을 복수회 반복함으로써 얻어진 상기 제 1참조테이블을 유지하는 것을 특징으로 하는 구동제어방법.
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