(57)【要約】【課題】ステージを精度よく移動させることができるステージ駆動装置を提供する。【解決手段】ステージを移動させるモータと、モータを駆動する駆動回路を有するドライブ装置と、ドライブ装置を制御するコントロール装置を備えたステージ駆動装置において、ドライブ装置が駆動回路に送出する電流指令ＰＩのゲインを、コントロール装置が送出する切替信号ＣＣにより検査区間以外は電流指令ＰＩを高ゲインで増幅してステージの移動を高速度にし、検査区間は低ゲインで増幅してステージの移動を低速度に切替える。【選択図】        図３
2006085566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージを移動させるアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動回路を有するドライブ装置と、該ドライブ装置を制御するコントロール装置とを備えたステージ駆動装置において、
前記コントロール装置が送出する切替信号により、前記ドライブ装置が前記駆動回路に送出する電流指令のゲインを変化させるようにしたことを特徴とするステージ駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記切替信号を、電流指令のゲインを高いゲインとする高ゲイン切替信号と、電流指令のゲインを低いゲインとする低ゲイン切替信号とで構成したことを特徴とするステージ駆動装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ドライブ装置にＰＷＭ駆動回路とリニア駆動回路とを設け、
前記ドライブ装置が、前記切替信号が高ゲイン切替信号のときに前記アクチュエータをＰＷＭ駆動回路で駆動し、前記切替信号が低ゲイン切替信号のときに前記アクチュエータをリニア駆動回路で駆動するようにしたことを特徴とするステージ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ検査装置等のステージを駆動して移動させるステージ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のステージ駆動装置は、ウエハステージ装置に３相リニアモータをＸ軸およびＹ軸の駆動用として配置し、パルス幅変調（ＰＷＭという。）のモータ駆動回路を有するドライブ装置をコントロール装置により制御してウエハの位置決めを行っている（例えば、特許文献１参照。）。
また、コントロール装置の位置決め制御において、コントロール装置が送出した位置移動の目標値と、モータのエンコーダからの信号から検出した現在位置との差を求め、この偏差が一定の値より大きい時はゲイン可変フィードバックアンプのゲインを大きなゲインに、小さい時はそのゲインを小さなゲインに切替えるようにして安定性の高い位置決め動作を行わせているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１３６１７７号公報（第６頁段落００４０−第８頁段落００６４、第１図）
【特許文献２】特開平５−６２２３号公報（主に第３頁段落００１５、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献２の技術においては、コントロール装置が位置移動の目標値と現在位置との偏差に応じて自動的にゲインを切替えているため、現在位置に応じて適切なゲインの設定を行うことができず、精度よくステージを移動させることが困難になるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、ステージを精度よく移動させることができるステージ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するために、ステージを移動させるアクチュエータと、該アクチュエータを駆動する駆動回路を有するドライブ装置と、該ドライブ装置を制御するコントロール装置を備えたステージ駆動装置において、前記ドライブ装置が前記駆動回路に送出する電流指令のゲインを、前記コントロール装置が送出する切替信号により変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
これにより、本発明は、ステージの現在位置に応じて適切なゲインを設定することができ、ステージを精度よく移動させることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に、図面を参照して本発明によるステージ駆動装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は実施例１のステージ駆動装置を示す説明図、図２は実施例１のコントロール装置を示すブロック図、図３は実施例１のドライブ装置を示す説明図、図４は実施例１のゲイン切替回路を示す説明図である。
図１において、１はステージ装置であり、本実施例では半導体ウエハ検査用のステージ装置である。
【０００８】
ステージ装置１は、ワーク（検査対象のウエハ）２を検査方向（Ｘ軸方向という。）に移動させるＸ軸駆動台３、ワーク２をＸ軸と水平面で直交するＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動台４、ワーク２をＸ軸とＹ軸に直行する方向、つまり図１において上下方向（Ｚ軸方向という。）に移動させるＺ軸移動台５、ワーク２をＺ軸回りに回転させるθ軸移動台６で構成された積層構造のステージおよびこれらの移動台を駆動するアクチュエータとしてのリニアモータモータ等のモータと各移動台を指示する空気軸受等の軸受で構成されており、ワーク２はθ軸移動台６上に設置される。
【０００９】
本実施例では検査方向の移動台であるＸ軸移動台３の駆動装置を対象とするので、アクチュエータとしてのモータはＸ軸移動台３の駆動用モータであるモータ７のみ図示する。
なお、モータはリニアモータに限らずサーボモータとボールねじの組合せ等であってもよく、軸受は空気軸受に限らずリニアガイドや転がり軸受等であってもよい。
８は検査装置であり、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラや顕微鏡、レーザ測長器等であって、ステージ装置１とは独立に固定されている。
【００１０】
９はステージ駆動装置であり、上記各移動台の移動動作を制御するコントロール装置１０とコントロール装置１０からの信号により各モータを駆動するドライブ装置２０により構成されている。
コントロール装置１０は、図２に示すようにコントロール装置１０内の各部を制御してＸ軸移動台３等の移動台の移動動作処理等を実行する主制御部１１、主制御部１１が実行するプログラムやそれに用いる各種のデータおよび主制御部１１による処理結果等が格納される記憶部１２を備えている。
【００１１】
記憶部１２には、予めＸ軸移動台３等の移動台の移動動作を制御するための通常の移動動作制御プログラムに、Ｘ軸移動台３等の移動台の移動先の目標位置を指示する位置指令（ＰＯ）を生成する機能を有するアプリケーションプログラム、ドライブ装置２０からの移動距離のフィードバック信号（ＰＦ）を累積してＸ軸移動台３の現在位置を認識する機能を有するアプリケーションプログラム、および後述する移動速度関数テーブルを参照してＸ軸移動台３の移動速度を切替えるための後述する電流指令ＰＩのゲインの切替えを指示する切替信号（ＣＣ）を生成する機能を有するアプリケーションプログラムが追加された移動動作処理実行プログラムが格納されており、これらのアプリケーションプログラムと主制御部１１とにより本実施例のコントロール装置１０のハードウェアとしての位置指令生成手段１３、現在位置認識手段１４、切替信号生成手段１５が形成され、主制御部１１と移動動作処理実行プログラムの各ステップにより本実施例のコントロール装置１０のハードウェアとして各種の機能手段が形成される。
【００１２】
また、記憶部１２には図５に示すＸ軸方向の位置とその位置でのゲインを記した移動速度関数テーブルが格納されている。
本実施例の移動速度関数テーブルは、Ｘ軸方向の開始点Ｘ０からワーク２の検査開始点Ｘ１の間は高ゲインの一定値となり、ワーク２の検査開始点Ｘ１から検査終了点Ｘ２の間の検査区間は低ゲインの一定値となり、その後Ｙ軸方向移動位置Ｘ４までの間は再び高ゲインの一定値となる２つのゲインをＸ軸方向の位置に応じて選択的に用いる関数テーブルとして設定されている。
【００１３】
ドライブ装置２０は、図３に示すようにコントロール装置１０からの位置指令ＰＯを基に電流指令ＰＩを送出する位置決め制御部２１、電流指令ＰＩを基に駆動電流指令値ＩＳを送出する信号処理部２２および駆動電流指令値ＩＳを基にモータ７を駆動する駆動電流ＩＭを供給するパワー部２３等により構成される。
位置決め制御部２１は、位置指令ＰＯと移動距離のフィードバック値ＰＦとを突き合わせてその偏差を出力するカウンタＣ１、カウンタＣ１からの出力に所定の伝達関数を乗じて速度指令ＰＶを送出する位置ループ増幅手段２４、位置指令ＰＯを微分してそのフィードフォワード値を出力する微分手段２５、速度指令ＰＶとモータ７のエンコーダ７ａから出力される現在速度のフィードバック値ＶＦとを突き合わせ、そこに微分手段２５から出力されたフィードフォワード値を加えてその結果を出力するカウンタＣ２、カウンタＣ２からの出力に所定の伝達関数を乗じて電流指令ＰＩを送出する速度ループ増幅手段２６等により構成される。
【００１４】
信号処理部２２は、速度ループ増幅手段２６から送出された電流指令ＰＩにコントロール装置１０の切替信号生成手段１５から送出された切替信号ＣＣにより電流指令ＰＩを増幅するゲインを切替え、このゲインにより電流指令ＰＩを増幅した指令値ＫＪを出力する電流指令増幅手段２７、指令値ＫＪとモータ７から出力される現在電流のフィードバック値ＩＦとを突き合わせてその偏差を出力するカウンタＣ３、カウンタＣ３からの出力に所定の伝達関数を乗じて駆動電流指令値ＩＳを出力する駆動電流増幅手段２８およびモータ７のエンコーダ７ａから出力される現在速度のフィードバック値ＶＦを積分してその移動距離のフィードバック値ＰＦを出力する積分手段２９等により構成される。
【００１５】
パワー部２３は、駆動電流増幅手段２８から出力された駆動電流指令値ＩＳによりモータ７を駆動する駆動電流ＩＭを出力する駆動回路３０等で構成される。
上記の電流指令増幅手段２７が備えるゲイン切替回路は、図４に示す反転増幅回路であり、切替信号ＣＣを反転させて出力するインバータＮＯ、インバータＮＯの出力により選択的に作動するスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ１、ＳＷ２で選択された抵抗Ｒ３、Ｒ４と電流指令ＰＩを受取る抵抗Ｒ２とによりゲインをＲ３／Ｒ２、Ｒ４／Ｒ２として増幅するオペアンプＯＰおよびオペアンプＯＰの接地側に設けられた抵抗Ｒ１等により構成される。これにより電流指令増幅手段２７は切替信号ＣＣに応じて電流指令ＰＩのゲイン（増幅率）をＲ３／Ｒ２およびＲ４／Ｒ２の２通りから選択可能に構成される。
【００１６】
上記の構成の作用について説明する。
本実施例のステージのＸ軸方向とＹ軸方向の移動動作について図６を用いて説明する。
図６に示すＡ〜Ｉの記号および矢印は、ステージのＸ軸方向とＹ軸方向の移動順序およびその移動方向を示す。
本実施例のコントロール装置１０の主制御部１１は、検査が開始されるとワーク２を原位置Ａ点に位置させ、Ｙ軸方向の移動を停止させてワーク２をＢ点に向けてＸ軸方向に移動させる。
【００１７】
すなわち、主制御部１１は、現在位置認識手段１４がモータ７のエンコーダ７ａから出力された現在速度のフィードバック値ＶＦをドライブ装置２０の信号処理部２２の積分手段２９が積分して出力した移動距離のフィードバック値ＰＦを累積して認識しているＸ軸方向の現在位置（現在位置Ｘという。）を呼び出し、これを切替信号生成手段１５に引渡す。
【００１８】
現在位置Ｘの引渡しを受けた切替信号生成手段１５は、記憶部１２の図５に示す移動速度関数テーブルから現在位置Ｘに対応するゲイン（ゲインＧという）を読出し、このゲインＧをドライブ装置２０の信号処理部２２の電流指令増幅手段２７のゲインとするための信号（例えば電圧）に変換した切替信号ＣＣを生成し、これをドライブ装置２０の電流指令増幅手段２７へ向けて送出する。
【００１９】
この場合に、切替信号生成手段１５が引渡しを受けた現在位置ＸがＸ軸方向の開始点Ｘ０からワーク２の検査開始点Ｘ１の間のときは、ゲインＧは高いゲインに設定されているので切替信号生成手段１５は、電流指令増幅手段２７のゲインを高いゲインとするための信号（例えば正の電位）に変換した切替信号ＣＣ（高ゲイン切替信号という。）を生成して送出する。これを受けた電流指令増幅手段２７は図４に示すゲイン切替回路により高いゲインで電流指令ＰＩを増幅した指令値ＫＪを出力し、カウンタＣ３により指令値ＫＪとモータ７から出力される現在電流のフィードバック値ＩＦとを突き合わせて出力された偏差に所定の伝達関数を乗じて駆動電流増幅手段２８が出力した駆動電流指令値ＩＳがパワー部２３に伝えられ、駆動回路３０から出力される駆動電流ＩＭが大きくなってＸ軸移動台３が高速度で移動する。
【００２０】
また、現在位置Ｘがワーク２の検査開始点Ｘ１となった時は、そのゲインＧが低いゲインに設定されているので切替信号生成手段１５は、電流指令増幅手段２７のゲインを低いゲインとするための信号（例えば負の電位）に変換した切替信号ＣＣ（低ゲイン切替信号という。）を生成して送出する。これを受けた電流指令増幅手段２７はゲイン切替回路により低いゲインで増幅した指令値ＫＪを出力し、前記と同様にしてパワー部２３に伝えられた駆動電流指令値ＩＳにより駆動回路３０から出力される駆動電流ＩＭが小さくなってＸ軸移動台３が低速度で移動し始める。これによりＸ軸移動台３の移動速度が高速度から低速度に切替わる。
【００２１】
その後、現在位置Ｘがワーク２の検査開始点Ｘ１から検査終了点Ｘ２の検査区間の間は切替信号生成手段１５が送出する低ゲイン切替信号により電流指令増幅手段２７が出力する指令値ＫＪが低ゲインで増幅され、Ｘ軸移動台３は一定の低速度で移動する。
更に、現在位置Ｘがワーク２の検査終了点Ｘ２となった時は、そのゲインＧが高いゲインに設定されているので切替信号生成手段１５は高ゲイン切替信号を生成して送出する。これを受けた電流指令増幅手段２７は前記と同様にして出力する指令値ＫＪを高いゲインで増幅した指令値ＫＪを出力し、前記と同様にしてパワー部２３に伝えられた駆動電流指令値ＩＳにより駆動回路３０から出力される駆動電流ＩＭが大きくなってＸ軸移動台３の移動速度が低速度から高速度に切替わる。その後Ｙ軸方向移動位置Ｘ４までの間はＸ軸移動台３が再び高速度で移動する。
【００２２】
そして、主制御部１１が、現在位置認識手段１４が移動距離のフィードバック値ＰＦを累積して認識しているＸ軸方向の現在位置Ｘを呼び出した時に、その現在位置ＸをＹ軸方向移動位置Ｘ４と判定した場合は現在位置Ｘを切替信号生成手段１５に引渡すと共に、現在位置認識手段１４が現在位置を認識するときの移動距離の累積方向を反転（現在位置を加算により累積して認識していた場合は減算、減算により累積して認識していた場合は加算）させるための累積方向切替指示を現在位置認識手段１４へ送出する。
【００２３】
累積方向切替指示を受取った現在位置認識手段１４は、累積方向切替指示を受取った時にその累積方向を反転させて移動距離を累積しながら現在位置を認識する。
これと並行して主制御部１１は、Ｘ軸方向の移動をＢ点で停止させ、ワーク２をＹ軸方向に移動させてＣ点に移動させる。そして再びＹ軸方向の移動を停止させワーク２を前記とは逆方向のＤ点に向けてＸ軸方向に移動させる。
【００２４】
その後の移動動作は、Ｘ軸移動台３が上記とは逆にＣ点からＤ点に向けて移動する以外は、前記と同様であるのでその説明を省略する。
その後主制御部１１は、上記を繰返してワーク２の検査を終了させる。
以上説明したように、本実施例では、電流指令ＰＩを増幅するゲインをコントロール装置からの切替信号ＣＣにより変化させるようにしたことによって、Ｘ軸移動台の現在位置に応じて適切なゲインを設定することができ、Ｘ軸移動台を精度よく移動させることができる。
【００２５】
また、切替信号をＸ軸移動台の現在位置に応じて高ゲイン切替信号と低ゲイン切替信号とに切替えて送出し、検査区間以外は電流指令ＰＩを高ゲインで増幅してＸ軸移動台の移動を高速度にし、検査区間は低ゲインで増幅してＸ軸移動台の移動を低速度に切替えるようにしたことによって、検査区間におけるＸ軸移動台の速度を低速度とすることができ、検査区間におけるＸ軸移動台の移動の速度ムラを防止して精度の高い検査を行うことができると共に、検査区間以外の区間を高速度で移動させて検査時間の短縮化を図ることができる。
【実施例２】
【００２６】
図７は実施例２のステージ駆動装置を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図７において、３１はドライブ装置２０のパワー部２３を制御するハイブリッドＩＣ等のパワー制御部であり、コントロール装置１０の切替信号生成手段１５から送出された切替信号ＣＣによりモータ７へ駆動電流ＩＭを供給する駆動回路をＰＷＭ駆動回路３２またはリニア駆動回路３３に切替える機能を有するアプリケーションプログラムが装備されており、このアプリケーションプログラムとパワー制御部３１とにより本実施例のドライブ装置２０のハードウェアとしての駆動回路切替手段が形成される。
【００２７】
本実施例の切替信号生成手段１５から送出される切替信号ＣＣは、実施例１と同様にドライブ装置２０の電流指令増幅手段２７に送出される他、前記のパワー制御部３１へも送出される。
上記の構成の作用について説明する。
本実施例のコントロール装置１０の主制御部１１は、検査が開始されると上記実施例１と同様にワーク２を図６に示す原位置Ａ点に位置させ、Ｙ軸方向の移動を停止させてワーク２をＢ点に向けてＸ軸方向に移動させる。
【００２８】
すなわち、主制御部１１は、実施例１と同様にして現在位置認識手段１４から現在位置Ｘを呼び出し、これを切替信号生成手段１５に引渡す。
現在位置Ｘの引渡しを受けた切替信号生成手段１５は、実施例１と同様にしてゲインＧをドライブ装置２０の信号処理部２２の電流指令増幅手段２７のゲインとするための信号に変換して切替信号ＣＣを生成し、これをドライブ装置２０の電流指令増幅手段２７およびパワー制御部３１へ向けて送出する。
【００２９】
この場合の切替信号生成手段１５の作動および電流指令増幅手段２７の作動は実施例１と同様であるのでその説明を省略する。
パワー制御部３１へ伝えられた切替信号ＣＣは、電流指令増幅手段２７へ伝えられる切替信号ＣＣと同種の信号であるので、パワー制御部３１は高ゲイン切替信号が伝えられたときは、これによりＸ軸移動台３を高速度で移動させると判定してモータ７へ駆動電流ＩＭを供給する駆動回路をＰＷＭ駆動回路３２に切替え、ＰＷＭ駆動によりモータ７を駆動する。
【００３０】
また、パワー制御部３１に低ゲイン切替信号が伝えられたときは、これによりＸ軸移動台３を低速度で移動させると判定してモータ７へ駆動電流ＩＭを供給する駆動回路をリニア駆動回路３３に切替え、リニア駆動によりモータ７を駆動する。
このように、本実施例では、検査区間におけるＸ軸移動台３の移動をリニア駆動により低速度で移動させ、検査区間以外の区間をＰＷＭ駆動により高速度で移動させるように主制御部１１が実行する移動動作処理実行プログラムによる移動動作が行われる。
【００３１】
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、電流指令ＰＩを高ゲインで増幅する検査区間以外の区間はＸ軸移動台の高速度の駆動をＰＷＭ駆動とし、低ゲインで増幅する検査区間はＸ軸移動台の低速度の駆動をリニア駆動としたことによって、検査区間における移動台の振動を抑制し、速度ムラを防止して更に精度の高い検査を行うことができる他、検査区間以外の区間をＰＷＭ駆動で駆動して大電流が必要な高速度での移動における電力損失を減少させることができることによりパワー部のパワー素子やヒートシンクを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１のステージ駆動装置を示す説明図
【図２】実施例１のコントロール装置を示すブロック図
【図３】実施例１のドライブ装置を示す説明図
【図４】実施例１のゲイン切替回路を示す説明図
【図５】実施例１の移動速度関数テーブルを示す説明図
【図６】実施例１の移動動作を示す説明図
【図７】実施例１のステージ駆動装置を示す説明図
【符号の説明】
【００３３】
１    ステージ装置
２    ワーク
３    Ｘ軸駆動台
４    Ｙ軸駆動台
５    Ｚ軸駆動台
６    θ軸駆動台
７    モータ
７ａ  エンコーダ
８    検査装置
９    ステージ駆動装置
１０  コントロール装置
１１  主制御部
１２  記憶部
１３  位置指令生成手段
１４  現在位置認識手段
１５  切替信号生成手段
２０  ドライブ装置
２１  位置決め制御部
２２  信号処理部
２３  パワー部
２４  位置ループ増幅手段
２５  微分手段
２６  速度ループ増幅手段
２７  電流指令増幅手段
２８  駆動電流増幅手段
２９  積分手段
３０  駆動回路
３１  パワー制御部
３２  ＰＷＭ駆動回路
３３  リニア駆動回路
【図１】
2006085566.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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