(57)【要約】      （修正有）【課題】位置決め装置の暴走検知手段として、移動体の駆動を制御するソフトウェアとは独立し、低コストで安全性、信頼性の高い手段を講じる。【解決手段】移動体７の駆動平面上に、移動体の通過を検知するセンサ１を設ける。暴走判別手段は、ステート回路２，発振器３，パルスカウンタ４，コンパレータ５，最小許容値保存メモリ６を備えており、移動体のサーボ手段とは完全に独立している。移動体７がセンサ１上を通過する時間を、パルスカウンタ４が計測する。計測が終了したら、コンパレータ６が最小許容値保存メモリ６に保存されている暴走判別閾値と、パルスカウント値とを比較する。そして、前記計測値が前記閾値より小さかった場合のみ、ブレーキ回路１３に信号を送信し、移動体の駆動手段であるモータ８の動作を停止させることで、安全に移動体７を停止させ、暴走による破損を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を目標位置に位置決めする位置決め制御装置において、
前記移動体の通過を検知する１つ以上のセンサと、
１つの前記センサまたは２つの前記センサ間を前記移動体が通過する時間を計測する手段と、
前記計測時間から移動体の暴走を判別する暴走判別手段と、
前記暴走判別手段が暴走と判定したことに応じ、前記移動体を緊急停止させる緊急停止手段と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】
前記暴走判別手段は、前記計測時間と予め設定されている暴走判別用の閾値とを比較し、前記計測時間が前記閾値よりも小さかった場合、暴走と判定することを特徴とする、請求項１に記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記閾値は、個々のセンサまたはセンサ間ごとに固有の値を設定でき、かつ、前記移動体の駆動条件により可変であることを特徴とする、請求項２に記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
前記駆動条件が、移動体の最高速度、最高加速度、および駆動ストロークの少なくとも１つであることを特徴とする、請求項３に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
前記移動体の通過を検知するセンサが２つ以上であり、前記暴走判別手段は、前記移動体が前記センサを通過する順番から駆動方向を算出し、駆動方向が特定の方向である場合のみ、前記暴走を判別することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか1つに記載の位置決め装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか1つに記載された位置決め制御装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項６に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光した前記基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光装置等で使用されるステージのような高速駆動する移動体を高精度に位置決めする位置決め制御装置に関し、特に移動体の暴走対策を講じた位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、位置決め制御装置の移動体の暴走対策として、メカニカルストッパにより暴走を止めていた。また、リミットセンサを駆動ストロークの両端に配置し暴走を検知するものや、指令値とモータの動作が一致しない時、それを検知し、ブレーキをかけるといった対策が取られていた。さらに、移動体の位置の微分値から速度を算出し、速度が通常駆動で想定される許容範囲を超えた場合に、ブレーキをかける方法も、同様の対策として取られていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０８−０７８５０６号公報
【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、このような従来技術によれば、次のような問題点がある。
（１）  メカニカルストッパにより暴走を止めると、そのときの大きな衝撃により、移動体である精密なステージ等に大きなダメージを与え、位置決め精度が悪化する可能性があり、また、最悪ステージを破壊してしまう。メカニカルストッパにアブソーバをつけて衝撃を低く抑える為には、ストロークを長くする必要があり、また、複数のアブソーバを構成することで多くのスペースが必要になる。
【０００４】
（２）  リミットセンサで暴走を止める場合も、急激なブレーキを掛けると、上記（１）の場合と同じ理由により、移動体に大きなダメージを与える。また、これを避けるため、リミットセンサで検知してから緩やかに速度を落とそうとしても、暴走時の速度は予測できないため、リミットセンサを越えてから移動体が止まるまで長いストロークをとらなければならない。よって、容易に実現することができない。
【０００５】
（３）  指令値とモータの動作が一致しないことを検知してブレーキをかける暴走検知では、指令値自体が異常である場合は暴走を検知できない。特にソフトウェアサーボにおいては、パラメータの入力ミスや、ソフトウェアの不具合などにより、指令値自体が異常になって暴走する可能性があるため、この方法では不十分である。
【０００６】
（４）  特許文献１で提案されている、移動体の位置の時間微分値から速度を算出し、異常な速度で駆動していた場合にブレーキを掛ける方法は、速度を算出するための微分演算が必要となる。よって、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のソフトウェアによって動作する演算器が必要となり、コストアップに繋がる。また、（３）の手法と同様、ソフトウェアに不具合が存在していた場合や、ソフトウェアの動作が停止してしまった場合は暴走を検知することができない。よって、コストのみならず、信頼性の面でも優位性が大きいとは言えない。
【０００７】
以上を踏まえて、本発明の課題は、位置決め制御装置において、簡単な構成で、移動体を制御しているソフトウェアとは独立した、より安全性の高い、暴走検知手段を講じることである。すなわち、暴走を検知した場合、移動体にダメージを与えない加速度で、移動体を安全に停止させることを可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明では、暴走検知システムとして、移動体の駆動区間に、フォトインタラプタ等の移動体の通過を検知するセンサを一つ、もしくは決められた間隔で複数設けることを特徴とする。本発明では、これらのセンサの信号から、移動体が特定区間を通過する時間および方向を監視し、暴走の有無を判別し、暴走を停止させる。これら一連の暴走検知システムを移動体の制御システムとは独立に設けることにより、より信頼性の高い暴走判別が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単な回路構成で移動体の暴走を検出し、安全に停止させることができるので、コストが安く信頼性が高い暴走検知システムを構成できる。また、駆動中の速度を監視することで暴走を判定するので、駆動ストローク等を大きくする必要がなく、実現性が高い暴走検知システムを構築できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る暴走検知システムは、例えば、移動体の現在位置を検出し、目標位置信号と前記現在位置信号との偏差信号に基づいて移動体を目標位置へ位置決めするための指令信号を、駆動手段へ出力するサーボ手段を備える装置に適用される。また、その装置には、移動体の緊急停止用のブレーキ手段も備えられている。
【００１１】
本発明に係る暴走検知システムは、移動体がある特定区間を通過する時間を常時監視し暴走を判別する、暴走判別手段を備える。移動体の通過時間は、移動体の通過を検出するセンサを２つ設け、移動体がセンサ間を通過する時間を、あるクロック周波数で動作するパルスカウンタで測定することが望ましい。また、移動体の通過方向によって決定される、二つのセンサ出力信号の変動順を監視することで、通過時間のみならず、移動体の駆動方向も検知し、移動体がある特定の方向に駆動している時のみ、暴走を検出できる機能を付加することが望ましい。
【００１２】
暴走判別手段は、移動体の通常駆動時における、前記二つのセンサ間を通過するまでの最小許容時間をあらかじめ記憶しておく。そして、前記最小許容時間と、移動体の通過時間とを逐一比較し、通過時間が前記許容最小時間より小さかった場合のみ、暴走と判定する。暴走判別手段が暴走と判別した場合、ブレーキ回路で移動体を安全に停止させる。また、暴走判別手段は、移動体のサーボ手段とは別に設ける。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る暴走検知システムを位置決め制御装置に実装した場合の概要を示すブロック図である。この位置決め制御装置は、例えば半導体露光装置のマスクステージまたはウエハステージとして用いられる。
図１を用いて、本発明に係る暴走判別手段の構成例を説明する。移動体７の駆動手段であるモータ８は、暴走検知システムとは別に設けられた制御システムで制御されている。暴走検知システムは、移動体７の駆動経路に設けられた移動体７の通過を検出するセンサ１と、センサ１に接続された、図１中の点線のブロックで示す、暴走判別手段１１とを有する。
【００１４】
暴走判別手段１１は、ステート回路２、発振器３、パルスカウンタ４、コンパレータ５、最小許容値保存メモリ６で構成される。ステート回路２は、パルスカウンタ４やコンパレータ５の動作を制御する回路である。暴走判別手段は、ブレーキ回路１３と接続されており、暴走判別手段からの信号により、移動体の駆動手段であるモータ８にブレーキが働き、移動体を停止させる。本実施例に係る暴走検知システムは、移動体の駆動手段の制御システムと完全に独立しているため、信頼性の高い暴走検知システムである。
【００１５】
次に、移動体の暴走の判定方法について述べる。
移動体７がセンサ１上を通過している間、暴走判別手段１１は、該手段２０中に構成されているパルスカウンタ４にＣｏｎｔｒｏｌ信号を送信する。Ｃｏｎｔｒｏｌ信号が送信されている間、パルスカウンタ４は発振器３の周波数に応じた周期で、カウント値を上昇させる。カウント値は、移動体７がセンサ１上を通過している間のパルス数なので、カウント値を計測することは、移動体７の通過時間を測定していることと等価である。移動体７の通過が終了した場合、ステート回路２はＣｏｍｐ信号をコンパレータ５に送信し、その時のカウント値をコンパレータ５にラッチさせると同時に、パルスカウンタ４のカウント値をクリアするためのＣｌｅａｒ信号をパルスカウンタに送信する。コンパレータ５は、計測したカウント値と、ＥＥＰＲＯＭ等で構成する最小許容値保存メモリ６に保存されている通過時間の最小許容値とを比較し、カウント値が最小許容値よりも小さかった場合のみ、ブレーキ回路１３に信号を送信し、緊急停止用のブレーキ手段を動作させる。これにより、移動体７の暴走を検知し、かつその場合でも、安全に移動体７を停止させることができる。
【００１６】
最小許容値は、移動体７が通常駆動でセンサ１上を通過した時のカウント値を設定する。移動体７がセンサ１上を通過した時のカウント値が、最小許容カウント値以下であった場合は、移動体７が通常駆動で許容される速度より大きい速度で駆動したことになる。よって、この場合、暴走判別手段１１は移動体７が暴走したと判定し、ブレーキ回路１３に信号を送信する。これにより、駆動中の移動体７にブレーキが掛かり、移動体７を安全に停止させることができる。
移動体の暴走判別手段１１は、通常サーボ手段(不図示)とは独立しているため、サーボ手段が機能しなかった場合でも、移動体の暴走を検出できる。
【００１７】
以下、本発明に係る暴走検知システムを移動体７の駆動装置（位置決め制御装置）に適用した場合の、４つの異なる実施例を説明する。
［実施例１］
図２は、本発明の実施例１に係る移動体の駆動装置を示す。
図２において、移動体は７、移動体７を駆動するモータは８、上部が移動体７の案内面となる定盤は９である。移動体７の通過を検出するセンサ１はフォトインタラプタ１０ａと遮光板１２とで構成される。移動体７の暴走検出手段は１１ａ、モータ８にブレーキ信号を送信する回路は１３である。
【００１８】
本実施例は移動体７の通過を検出するセンサ１として、フォトインタラプタを使用した場合の例である。移動体７は、遮光板１２のような、フォトインタラプタ１０ａからの光を遮光できる手段を備えている。移動体７の通過で、遮光板１２によりフォトインタラプタ１０ａの光が移動体７の駆動速度に応じた時間だけ遮光される。暴走判別手段１１ａは、移動体７がフォトインタラプタ１０ａ上を通過する時間を前記説明した方法に法り、パルスカウンタで計測する。
【００１９】
例えば、遮光板の幅が１５ｍｍ、暴走判別手段の発振器の発振周波数を５０ｋＨｚとする。通常駆動においては、移動体７がフォトインタラプタ１０ａ上を５００ｍｍ／ｓで通過すると仮定すると、この時のパルスカウンタのカウント値は、（１５／５００）＊（１／５００００）＝１５００となる。通常駆動において、移動体が上記区間を５００ｍｍ／ｓ以上で通過することはないとすると、この時の暴走判別手段中の、最小許容値保存メモリに保存される最小許容値は１５００となる。言い換えれば、この時、暴走判別手段１１ａは、暴走判別の閾値を５００ｍｍ／ｓと設定したことになり、最小許容値は暴走判別の閾値と等価である。最小許容値は、任意の値を設定できる。また、暴走判別手段はこの値をＥＥＰＲＯＭ等の記憶素子を用い保持する。
【００２０】
暴走判別手段１１ａは、移動体７がフォトインタラプタ１０ａ上を通過する時間を逐一監視する。そして、前記時間が前記最小許容値より小さかった場合、すなわち移動体７が通常想定される速度よりも、大きい速度で駆動した場合、移動体７が暴走したと判定しブレーキ回路１３に信号を送る。その後、ブレーキ回路１３がモータ８を停止させ、移動体７を安全に停止させる。前記最小許容値は、暴走判定速度の閾値であり、移動体７の最大加速度、最大速度、移動ストロークによっても変化する。よって、汎用性を高めるため、移動体の駆動条件により、最小許容時間を切り替える手段も合わせ持つこともできる。
【００２１】
実施例１での暴走判別手段の処理フローチャートを図６に示す。簡単に処理を述べると、フォトインタラプタ１０ａが遮光されている間、カウンタを上昇させる。遮光から透光となった瞬間に、パルスカウンタ４をストップさせ、その時の測定値を閾値と比較する。測定値が閾値より小さかった場合はブレーキをかけ、大きかった場合はＷａｉｔ状態に戻る。
【００２２】
［実施例２］
第２の実施例を図３に示す。図３は、二つのフォトインタラプタ１０ａと１０ｂを、移動体７の通過検知に用いる時の実施例である。この場合、暴走検知手段もフォトインタラプタ１０ａと１０ｂのそれぞれに対応して二つ設けられ、従って、二区間において暴走を検知できるシステムの構築例である。暴走判別手段１１ａと１１ｂは、通常駆動時に１０ａおよび１０ｂを通過する時間を計測する。１０ａと１０ｂには、それぞれ異なる暴走判別閾値を設定できるので、二つの区間において暴走検知が可能となる。すなわち、本手法は、フォトインタラプタとそれと同じ数の暴走判別手段を設けることで、複数の区間において暴走検知が可能となり、より安全性の高いシステムを構築することができる。
この時の暴走判別手段の処理フローは、実施例１の場合と同様であり、フォトインタラプタの遮光、透光でカウンタの制御を行う。
【００２３】
［実施例３］
第３の実施例を図４に示す。図４は、二対のフォトインタラプタを、移動体の通過検知に用いる時の実施例である。この場合、暴走判別手段１１ａは、フォトインタラプタ１０ｂを通過してから、フォトインタラプタ１０ａを通過するまでのカウント値を計測する。フォトインタラプタをペアで使用することの利点は、センサの通過順が、１０ｂから１０ａとなった時のみ、すなわち、移動体７がある特定の方向へ駆動されている時のみ暴走を監視するという設定も可能であるため、暴走の誤検知を防止できる。また、実施例１、２とは異なり、遮光板１２の幅にカウント値が依存しないため、システムの実装が容易になることも利点として挙げられる。この場合の最小許容値も、移動体７が正常駆動時の最大速度でセンサ間を通過した時の、パルスカウンタのカウント値とする。暴走検出手段１１ａは、移動体７の通過によるカウント値がこの値よりも小さかった場合に、暴走判定し移動体７を緊急停止する。
この時の暴走判別手段の処理フローチャートを図７に示す。実施例１、２との差異は、フォトインタラプタ１０ｂの遮光によりカウンタを上昇させ、フォトインタラプタ１０ａの遮光によりカウンタを停止させるところである。
【００２４】
［実施例４］
第４の実施例を図５に示す。図５は、３つのフォトインタラプタを使用する時の実施例である。この場合、暴走判別手段は、フォトインタラプタ１０ｃを通過してからフォトインタラプタ１０ｂを通過するまでの時間、および、フォトインタラプタ１０ｂを通過してからフォトインタラプタ１０ａを通過するまでの時間を計測する。フォトインタラプタ１０ｃと１０ｂの間を通過する最小許容時間と、フォトインタラプタ１０ｂと１０ａの間を通過する最小許容時間は異なる値とすることができる。また、実施例２同様、二区間で移動体の暴走を検出することができる。また、実施例３と同様に、移動体がある特定の方向に駆動した時のみの暴走が可能となる。更に、暴走判別閾値が遮光板の幅にも依存しないため、実装面でも優位性は高いという利点がある。
この時の暴走判別手段の処理フローは、実施例３の場合と同様の図７に示すとおりであり、片方のフォトインタラプタの遮光でカウンタ上昇を開始し、もう片方のフォトインタラプタの遮光でカウンタを停止させる。
【００２５】
いずれの実施例とも、移動体の暴走を検知する位置を任意に設定することができるので、移動体の駆動ストロークを伸ばす必要がない。よって、実現性の面でも非常にメリットが大きい。低コストで安全性、信頼性、実現性が高い暴走検知手段である。
【００２６】
［デバイス製造の実施例］
次に、図８および図９を参照して、上述の位置決め制御装置をマスクステージまたはウエハステージとして用いた露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程である。ステップＳ５は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップＳ７）される。
【００２７】
図９は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例に係る暴走判別手段を移動体の駆動装置に適用した場合の概念を示すブロック図である。
【図２】暴走検出区間を１つ設けた場合の一実施例を示す図である。
【図３】暴走検出区間を２つ設けた場合の一実施例を示す図である。
【図４】移動体が特定の方向に駆動した時のみ、暴走検出を行う場合の一実施例を示す図である。
【図５】移動体が特定の方向に駆動した時のみ暴走検出を行い、かつ、暴走検出を行う区間を２箇所設ける場合の一実施例である。
【図６】暴走検出区間を１つ設けた場合の実施例における、暴走判別手段の処理のフローチャートである。
【図７】移動体が特定の方向に駆動した時のみ、暴走検出を行う場合の実施例における、暴走判別手段の処理のフローチャートである。
【図８】露光装置を使用したデバイス製造の実施例を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８に示すフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１：センサ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：フォトインタラプタ、２：ステート回路、３：発振器、４：パルスカウンタ、５：コンパレータ、６：最小許容値保存メモリ、７：移動体、８：モータ、９：定盤、１１ａ、１１ｂ：暴走変別手段、１２：遮光板、１３：ブレーキ回路。
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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