JPH0566845A - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
- Publication number
- JPH0566845A JPH0566845A JP25283691A JP25283691A JPH0566845A JP H0566845 A JPH0566845 A JP H0566845A JP 25283691 A JP25283691 A JP 25283691A JP 25283691 A JP25283691 A JP 25283691A JP H0566845 A JPH0566845 A JP H0566845A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- acceleration
- sub
- main
- positioning control
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単な構成により、２個の振動自由度を持つ
位置決め制御装置の動特性を改善し、制御帯域を広げる
ことを可能とする位置決め制御装置を提供する。 【構成】 定盤上の固定ガイド７を移動するメインステ
ージ３と、該メインステージ３上に設置されたサブステ
ージ４と、更に該サブステージ上に固定されたステージ
位置計測用のミラー８を有する移動ステージと、前記メ
インステージ３上およびサブステージ４上に配置された
おのおの１個の加速度センサ１７、１８を具備する。
位置決め制御装置の動特性を改善し、制御帯域を広げる
ことを可能とする位置決め制御装置を提供する。 【構成】 定盤上の固定ガイド７を移動するメインステ
ージ３と、該メインステージ３上に設置されたサブステ
ージ４と、更に該サブステージ上に固定されたステージ
位置計測用のミラー８を有する移動ステージと、前記メ
インステージ３上およびサブステージ４上に配置された
おのおの１個の加速度センサ１７、１８を具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体露光装置
に用いられ、サーボ回路により高速高精度に制御を行う
精密ＸＹステージの位置決め制御装置に関するものであ
る。
に用いられ、サーボ回路により高速高精度に制御を行う
精密ＸＹステージの位置決め制御装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の移動ステージの加速度フィードバ
ックを付加した時の速度制御系ブロック図を図５に示
す。本図において、１は制御調整部（従来はＰＩＤ調
整）、２は制御対象で、リニアモータの指令Ｆから計測
ミラーの速度Ｖまでの伝達関数である。１４は加速度ゲ
イン、１５はジャークゲイン、１６は抽出フィルタであ
る。また図６に従来の精密移動ステージ機構の一例を示
す。この図において、３はメインステージ、４はサブス
テージ、５はエアパッド、６はリニアモータ、７は固定
ガイド、８は計測ミラー、９はチルトアクチュエータで
ある。また１８はフィードバック用の加速度センサであ
る。本移動ステージは静圧エアパッドを用いた、リニア
モータによるダイレクトドライブステージである。サブ
ステージはチルトアクチュエータ９を介してメインステ
ージに設置されている。ステージの位置はレーザ測長器
によりサブステージ上の計測ミラ─で計測され、制御調
整部へフィードバックを行う。こうした精密移動ステー
ジにおいては高速応答性の点より、制御周波数をできる
だけ高める必要がある。一例として２００Ｈｚおよび２
５０Ｈｚと近いところに共振モードを持つ制御対象２の
オープン特性のシミュレーション結果を図７に示す。伝
達関数の位相特性において１０Ｈｚから１ＫＨｚの間で
３６０度遅れている。これは２００Ｈｚの同相モード
（駆動点と計測点が同位相で振動する）と、２５０Ｈｚ
の逆相モード（駆動点と計測点が逆位相で振動する）が
存在するためである。またこれらのモードによって制御
周波数は４０Ｈｚ以下に抑えられている。このような特
性を持つ制御対象の動特性改善を目的に、図５に示した
構成で、加速度および加速度の１階微分（ジャーク）を
マイナーフィードバックした時の制御対象のシミュレー
ション結果を図８に示す。なおこの時、加速度計は計測
ミラー近傍に配置してある。フィードバックすることに
より、２００Ｈｚの同相モードは抑えられていたが、２
５０Ｈｚの逆相モードが励起されてしまい、制御系の安
定性を悪化させてしまう。また近いところに存在するモ
ードであるために抽出フィルタで電気的に分離すること
は困難である。
ックを付加した時の速度制御系ブロック図を図５に示
す。本図において、１は制御調整部（従来はＰＩＤ調
整）、２は制御対象で、リニアモータの指令Ｆから計測
ミラーの速度Ｖまでの伝達関数である。１４は加速度ゲ
イン、１５はジャークゲイン、１６は抽出フィルタであ
る。また図６に従来の精密移動ステージ機構の一例を示
す。この図において、３はメインステージ、４はサブス
テージ、５はエアパッド、６はリニアモータ、７は固定
ガイド、８は計測ミラー、９はチルトアクチュエータで
ある。また１８はフィードバック用の加速度センサであ
る。本移動ステージは静圧エアパッドを用いた、リニア
モータによるダイレクトドライブステージである。サブ
ステージはチルトアクチュエータ９を介してメインステ
ージに設置されている。ステージの位置はレーザ測長器
によりサブステージ上の計測ミラ─で計測され、制御調
整部へフィードバックを行う。こうした精密移動ステー
ジにおいては高速応答性の点より、制御周波数をできる
だけ高める必要がある。一例として２００Ｈｚおよび２
５０Ｈｚと近いところに共振モードを持つ制御対象２の
オープン特性のシミュレーション結果を図７に示す。伝
達関数の位相特性において１０Ｈｚから１ＫＨｚの間で
３６０度遅れている。これは２００Ｈｚの同相モード
（駆動点と計測点が同位相で振動する）と、２５０Ｈｚ
の逆相モード（駆動点と計測点が逆位相で振動する）が
存在するためである。またこれらのモードによって制御
周波数は４０Ｈｚ以下に抑えられている。このような特
性を持つ制御対象の動特性改善を目的に、図５に示した
構成で、加速度および加速度の１階微分（ジャーク）を
マイナーフィードバックした時の制御対象のシミュレー
ション結果を図８に示す。なおこの時、加速度計は計測
ミラー近傍に配置してある。フィードバックすることに
より、２００Ｈｚの同相モードは抑えられていたが、２
５０Ｈｚの逆相モードが励起されてしまい、制御系の安
定性を悪化させてしまう。また近いところに存在するモ
ードであるために抽出フィルタで電気的に分離すること
は困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のステージの
加速度フィードバック制御には、次のような欠点があっ
た。 １）逆相モードを持つ２自由度系への適用において、同
相モードは抑えるが逆相モードは励起してしまう。 ２）２個のモードが近いところに存在する時、抽出フィ
ルタで分離することが困難である。
加速度フィードバック制御には、次のような欠点があっ
た。 １）逆相モードを持つ２自由度系への適用において、同
相モードは抑えるが逆相モードは励起してしまう。 ２）２個のモードが近いところに存在する時、抽出フィ
ルタで分離することが困難である。
【０００４】本発明は、上記従来技術の欠点にかんが
み、簡単な構成により、２個の振動自由度を持つ位置決
め制御装置の動特性を改善し、制御帯域を広げることを
可能とする位置制御装置の提供を目的とする。
み、簡単な構成により、２個の振動自由度を持つ位置決
め制御装置の動特性を改善し、制御帯域を広げることを
可能とする位置制御装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するために、本発明では、従来の加速度フィードバッ
クに加えて、もう１個の加速度センサを、駆動点と常に
同位相（同相）で振動している部位に配置する。そし
て、その部位の加速度、およびジャーク信号を制御系の
内側にマイナーループとしてフィードバックする。この
ような構成にすることにより、２個の共振モードを抑え
て制御周波数を上げる（制御帯域を広げる）ことが可能
となる。
成するために、本発明では、従来の加速度フィードバッ
クに加えて、もう１個の加速度センサを、駆動点と常に
同位相（同相）で振動している部位に配置する。そし
て、その部位の加速度、およびジャーク信号を制御系の
内側にマイナーループとしてフィードバックする。この
ような構成にすることにより、２個の共振モードを抑え
て制御周波数を上げる（制御帯域を広げる）ことが可能
となる。
【０００６】
【実施例】まず、この制御法の簡単な動作原理を示す。
図７において、制御系に実際に影響を及ぼすモードは一
次モードの２００Ｈｚである。このモードを抑えるため
には従来の加速度フィードバックが有効であるが、周波
数の近いところ（ここでは２５０Ｈｚ）に別の逆相モー
ドが存在すると、逆相信号もフィードバックしてしま
い、系はそこで発振する。この逆相信号をフィードバッ
クしないことが系の安定のために望ましいが、電気フィ
ルタで減衰させることは困難である。そこで２５０Ｈｚ
においても同相信号となるような新たなループを構成す
れば、２５０Ｈｚの逆相信号を消滅できる。そうすれば
２次モードを励振することなく、一次モードを抑えるこ
とが可能となる。
図７において、制御系に実際に影響を及ぼすモードは一
次モードの２００Ｈｚである。このモードを抑えるため
には従来の加速度フィードバックが有効であるが、周波
数の近いところ（ここでは２５０Ｈｚ）に別の逆相モー
ドが存在すると、逆相信号もフィードバックしてしま
い、系はそこで発振する。この逆相信号をフィードバッ
クしないことが系の安定のために望ましいが、電気フィ
ルタで減衰させることは困難である。そこで２５０Ｈｚ
においても同相信号となるような新たなループを構成す
れば、２５０Ｈｚの逆相信号を消滅できる。そうすれば
２次モードを励振することなく、一次モードを抑えるこ
とが可能となる。
【０００７】以下、図面を参照しながら、実施例に基づ
いて本発明を詳細に説明する。
いて本発明を詳細に説明する。
【０００８】図１は、本発明の１実施例に係わる位置決
め装置における二個の加速度センサを配置した状態の精
密移動ステージ機構である。１７はメインステージ加速
度センサで、問題となる２個の共振モードにおいて駆動
点と同相で振動するメインＸステージに取付けた。
め装置における二個の加速度センサを配置した状態の精
密移動ステージ機構である。１７はメインステージ加速
度センサで、問題となる２個の共振モードにおいて駆動
点と同相で振動するメインＸステージに取付けた。
【０００９】図２は、本実施例の精密移動ステージの速
度制御ブロック図である。この図において１０はリニア
モータへの指令Ｆからメインステージの速度Ｖ’までの
伝達関数である。１１はメインステージの加速度ゲイ
ン、１２はメインステージのジャークゲイン、１３は補
助抽出フィルタである。この時の系の伝達関数は次のよ
うに表わされる。
度制御ブロック図である。この図において１０はリニア
モータへの指令Ｆからメインステージの速度Ｖ’までの
伝達関数である。１１はメインステージの加速度ゲイ
ン、１２はメインステージのジャークゲイン、１３は補
助抽出フィルタである。この時の系の伝達関数は次のよ
うに表わされる。
【００１０】 Ｖ／Ｖr ＝Ｇc Ｒ／（１＋Ｇc Ｒ） Ｒ＝Ｇo ／｛１＋Ｇo ＳＦ（ｓ）（Ａｓ＋Ｂ）＋Ｇo ’（ｓ）ＳＦ’（ｓ）（ Ａ’ｓ＋Ｂ’）｝ 図３は、リニアモータへの指令Ｆからメインステージの
速度Ｖ’までの伝達関数１０のオープン特性のシミュレ
ーション結果である。メインステージは２００Ｈｚ、２
５０Ｈｚにおいて駆動点と同相であるため、伝達関数の
位相特性において１０Ｈｚから１ＫＨｚの間で１８０度
しか遅れていない。
速度Ｖ’までの伝達関数１０のオープン特性のシミュレ
ーション結果である。メインステージは２００Ｈｚ、２
５０Ｈｚにおいて駆動点と同相であるため、伝達関数の
位相特性において１０Ｈｚから１ＫＨｚの間で１８０度
しか遅れていない。
【００１１】図４は、それぞれのゲインを調整して改善
された速度制御系の開ループ特性である。問題となって
いた２個のモードは抑えられ、制御周波数は８４Ｈｚと
なり、大幅に制御帯域を拡大している。
された速度制御系の開ループ特性である。問題となって
いた２個のモードは抑えられ、制御周波数は８４Ｈｚと
なり、大幅に制御帯域を拡大している。
【００１２】前記実施例では、本発明は１軸移動ステー
ジに適用されているが、２軸移動ステージ（例えばＸ
Ｙ）への適用も可能である。また、実施例では逆相を持
つ２自由度系に対し本発明を適用したが、同相しか持た
ない系である２自由度系に対しても有効である。また本
発明は２自由度系を扱ったが３次以上の系においても有
効である。また本発明は加速度信号として加速度センサ
の出力を用いたが位置検出器（例えばレーザ測長器）か
らの信号の２階微分値、また速度検出器（例えばドップ
ラシフト型速度計）からの信号の１階微分値を用いても
問題はない。更に状態オブザーバ等で推定した信号値を
用いても構わない。
ジに適用されているが、２軸移動ステージ（例えばＸ
Ｙ）への適用も可能である。また、実施例では逆相を持
つ２自由度系に対し本発明を適用したが、同相しか持た
ない系である２自由度系に対しても有効である。また本
発明は２自由度系を扱ったが３次以上の系においても有
効である。また本発明は加速度信号として加速度センサ
の出力を用いたが位置検出器（例えばレーザ測長器）か
らの信号の２階微分値、また速度検出器（例えばドップ
ラシフト型速度計）からの信号の１階微分値を用いても
問題はない。更に状態オブザーバ等で推定した信号値を
用いても構わない。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動自由度を複数持つ系の精密移動ステージに加速度セン
サを２個取付け、制御ループ内に加速度とジャークのフ
ィードバックループをそれぞれマイナーループとして加
えることにより、２個の共振モードを抑え、制御帯域を
広げることが可能となる。さらに、本発明は簡単な構成
のため、既存のシステムへの適用も容易である。
動自由度を複数持つ系の精密移動ステージに加速度セン
サを２個取付け、制御ループ内に加速度とジャークのフ
ィードバックループをそれぞれマイナーループとして加
えることにより、２個の共振モードを抑え、制御帯域を
広げることが可能となる。さらに、本発明は簡単な構成
のため、既存のシステムへの適用も容易である。
【図１】 本発明の実施例に係わる位置決め装置におけ
る移動ステージ機構の斜視図である。
る移動ステージ機構の斜視図である。
【図２】 図１の装置のステージ速度制御系のブロック
図である。
図である。
【図３】 リニアモータへの指令Ｆからメインステージ
速度までの伝達特性のシミュレーションのグラフであ
る。
速度までの伝達特性のシミュレーションのグラフであ
る。
【図４】 本発明により特性改善がなされた制御対象の
特性シミュレーションのグラフである。
特性シミュレーションのグラフである。
【図５】 従来の位置決め装置の加速度フィードバック
を付加したときの速度制御系のブロック図である。
を付加したときの速度制御系のブロック図である。
【図６】 図５のステージ機構を示す斜視図である。
【図７】 リニアモータへの指令Ｆからミラー速度まで
の伝達特性のシミュレーションのグラフである。
の伝達特性のシミュレーションのグラフである。
【図８】 従来の制御方法で得られた制御対象の特性シ
ミュレーションのグラフである。
ミュレーションのグラフである。
１；制御調整部、２；制御対象、３；メインステージ、
４；サブステージ、５；エアパッド、６；リニアモー
タ、７；固定ガイド、８；計測ミラー、９；チルトアク
チュエータ、１０；リニアモータへの指令からメインス
テージ速度までの伝達特性、１１；メインステージの加
速度ゲイン、１２；メインステージのジャークゲイン、
１３；補助抽出フィルタ、１４；加速度ゲイン、１５；
ジャークゲイン、１６；抽出フィルタ、１７；補助加速
度センサ、１８；加速度センサ。
４；サブステージ、５；エアパッド、６；リニアモー
タ、７；固定ガイド、８；計測ミラー、９；チルトアク
チュエータ、１０；リニアモータへの指令からメインス
テージ速度までの伝達特性、１１；メインステージの加
速度ゲイン、１２；メインステージのジャークゲイン、
１３；補助抽出フィルタ、１４；加速度ゲイン、１５；
ジャークゲイン、１６；抽出フィルタ、１７；補助加速
度センサ、１８；加速度センサ。
Claims (3)
- 【請求項１】 定盤上の固定ガイドを移動するメインス
テージと、該メインステージ上に設置されたサブステー
ジと、更に該サブステージ上に固定されたステージ位置
計測用のミラーを有する移動ステージと、前記メインス
テージ上およびサブステージ上に配置されたおのおの１
個の加速度センサを具備することを特徴とする位置決め
制御装置。 - 【請求項２】 ステージ駆動点から計測ミラーまでの周
波数伝達特性において、近接した振動自由度を複数持つ
系に対し、前記サブステージ上の加速度センサはミラー
近傍に配置し、前記メインステージ上の加速度センサは
駆動力を受ける点の近傍に配置したことを特徴とする請
求項１の位置決め制御装置。 - 【請求項３】 前記２個の加速度センサより得られた加
速度信号と、それぞれを１階微分したジャーク信号をス
テージ位置決め制御系の制御ループ内にフィードバック
することを特徴とする請求項１の位置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25283691A JPH0566845A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25283691A JPH0566845A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 位置決め制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0566845A true JPH0566845A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=17242870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25283691A Pending JPH0566845A (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | 位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0566845A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012102060A1 (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | 株式会社ニコン | 駆動システム及び駆動方法、露光装置及び露光方法、並びに駆動システム設計方法 |
-
1991
- 1991-09-05 JP JP25283691A patent/JPH0566845A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012102060A1 (ja) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | 株式会社ニコン | 駆動システム及び駆動方法、露光装置及び露光方法、並びに駆動システム設計方法 |
| JP5909451B2 (ja) * | 2011-01-28 | 2016-04-26 | 国立大学法人 東京大学 | 駆動システム及び駆動方法、露光装置及び露光方法、並びに駆動システム設計方法 |
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