JP3876685B2

JP3876685B2 - 門型ステージ装置の駆動方法

Info

Publication number: JP3876685B2
Application number: JP2001330125A
Authority: JP
Inventors: 幸宏川隅; 清司松本; 茂石田; 淳一松井; 良紀徳安
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP2003134882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットパネルやプリント基板或いは半導体組立の製造過程などで用いられる門型ステージ装置に係り、特に、門型ステージを平行に移動するためテーブルの原点出しを行い駆動する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
門型フレームを高速かつ高精度に位置合せするためには、門型の両端部それぞれに備えたリニアモータを同期させて門型フレームを駆動する方式がある。
【０００３】
従来、この形態の装置は片方のモータを主軸、もう一方のモータを従属軸として、モータの主軸に対して位置制御を行い、従属軸にはそのフィードバック指令の応じた電流指令を行うマスタースレーブ式や、片軸の拘束に自由度を持たせることで両軸の位置制御を行うリンク式などがある。
【０００４】
また、リニアモータの原点出し方法では、モータ駆動のための電機子電流を永久磁石の発する磁束の転換周期に対して９０°位相をずらした位相になるよう磁極合せを行なった後、リニアエンコーダの原点マークを検知する方法が一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マスタースレーブ方式では従属軸に制御演算上の遅れが生じ、特に高精度に移動経路の補償を行う時に、従属軸の遅れによる門型ステージの傾きが問題となった。
【０００６】
一方リンク式ではモータ間の相互位置が拘束されないため、モータ移動方向に対する門型ステージとの直角度、平行出しを行うために原点マークの絶対位置をそれぞれのモータ間で厳密に一致させる必要があった。
【０００７】
また、一般のリニアモータでは、その磁極検出精度は非常に悪い。このため、門型構造のステージを２つのリニアモータで同期運転させる場合に、２つのモータそれぞれにおける電機子電流と永久磁石の周期の位相のずれ（以下，このずれ量を位相角ずれという）にばらつきが生じる。
【０００８】
位相角ずれにばらつきが生じると、電機子に有効に流れる電流量が、それぞれのモータ間で異なることになる。このため、同期指令を与えても、２つのモータ間の位相角ずれが一致せずにモータの発生する推力のアンバランスが生じる。その結果、ステージが振動したり、位置決め精度が低下したり、制御ゲインが十分に上げられずに経路補償精度が著しく低下してしまう。
【０００９】
また、位相角ずれはリニアモータの無効電力となるため、モータの効率を悪くし、無駄なエネルギーを消費することにもなる。
【００１０】
そこで、これらの問題を解消するために、門型ステージの２つのリニアモータを同期駆動して位置制御を行い、モータの能力を最大限発揮するために、２つのリニアモータの永久磁石位置や磁極検出センサの取り付け位置や、リニアエンコーダのＺ相信号（原点マーク信号）の出力位置を一致させるように機械的に位置調整するのに時間がかかる。かつ、それら位置関係をリニアモータの位置精度レベルにまで調整することは非常に困難である。
【００１１】
本発明の目的は、門型ステージを高速かつ高精度に位置決めすること可能にし、リニアエンコーダの原点マークとリニアモータの永久磁石との位置調整を容易に、且つ正確にできる門型ステージを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、定盤の上に門型フレーム構造のステージを搭載し、門型ステージの両端部それぞれにリニアモータの可動側を備え、定盤側にはリニアモータの固定部を搭載して、2つ以上のリニアモータを同期駆動させることで、定盤の表面に対して平行な方向に移動可能な門型ステージの原点出し方法において、モータの電機子電流量と、電機子電流と永久磁石の周期の位相のずれを計測し調節できる手段を備え、一つのモーを基準軸として制御可能とし、もう一方のモータを従属軸として基準モータの動きに追従するような制御手段を備え、基準軸のリニアモータの原点位置検出を行い基準軸の原点出しをすると共に、この基準としたモータの電機子電流の最適化を行う工程と、前基準モータと前従属モータの主従関係を切り替え、前出の工程と同様にして原点出しが終了していない前従属モータの原点出しとモータの電機子電流の最適化を行う工程と、２つのモータが所望の位置関係になるよう片側のモータ駆動により位置補正を行い原点出しをしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の門型ステージの一実施形態を示す斜視図である。定盤１の上には移動可能な門型ステージ２が搭載されている。門型ステージ２の駆動は、それぞれの足部に設けたリニアモータの可動部３ａ、３ｂに流れる電流を制御することで行われる。
【００１４】
定盤１側に設けられたリニアモータの固定部４ａ、４ｂには、永久磁石が配置されている。すなわち、磁石固定部材５ａ、５ｂ上にＮ極磁石、Ｓ極磁石が交互に並ベてある。このリニアモータの磁石固定部材５ａ、５ｂ上を、リニアモータ可動部３ａ、３ｂを同期駆動して移動させることで、可動部上に締結された門型ステージ２が、移動方向に直角方向を保って定盤１に対し平行に移動する。また、リニアモータ可動部３ａ、３ｂ側には、リニアモータの固定部４a、４ｂとモータ可動部３ａ、３ｂとの間隙を一定に保つための案内機構６ａ、６ｂが設けてある。さらに、リニアモータ可動部３ａ、３ｂの位置を検出するために、リニアモータ固定部４ａ、４ｂ側にエンコーダのスケール部７ａ、７ｂが、それぞれのリニアモータ可動部３ａ、３ｂの移動方向と平行になるように設置してある。
【００１５】
リニアモータ可動部３ａ、３ｂの移動に伴って、エンコーダのスケール部７ａ、７ｂから、図８に示すような３つの信号を得ることができる。図８のＺ相信号は、所定の距離毎に１回信号を出力するように構成されている。すなわち、回転式のエンコーダにおける１回転に１パルスの信号を発生することと同じものである。また、図のＡ相信号及びＢ相信号はＺ相信号を細分化した信号であり、Ａ相信号とＢ相信号とは半周期ずれた信号である。
【００１６】
また、リニアモータ可動部３ａ、３ｂには、電機子（コイル）が内蔵されている。この可動部の電機子と固定部４ａ、４ｂの永久磁石により、ブラシレスＤＣモータを構成している。なお、電機子に電流を印加することによって、印加電流に比例したモータ推力が発生する。
【００１７】
リニアモータ可動部３ａ、３ｂには、門型テーブル２の位置を検出のためのリニアエンコーダの検出部８ａ、８ｂと、固定部４ａ、４ｂの磁極を検出するためのホールセンサ１２ａ、１２ｂが具備されている。
【００１８】
また、リニアモータ固定部４ａ、４ｂの両端部側の近傍には、リミットスィッチ９a、９ｂ、１０ａ、１０ｂが設けてある。さらに、リニアエンコーダのスケール部７ａ、７ｂには原点マーク（Ｚ相マーク：Ｚ相信号を発生する位置）位置１１ａ、１１ｂが設けてある。
【００１９】
図２に、本発明の制御ブロックの一例の概略図を示す。
【００２０】
ＣＰＵ２１はモータインターフェース２２に移動指令を出し、モータインタフェース２２はその指令信号をＰＷＭ信号に変換する。そのＰＷＭ信号をパワーアンプ２３ａ、２３ｂに送り、そこで指令に応じた電流をリニアモータ３ａ、３ｂへ供給する。ホールセンサ１２ａ、１２ｂは、リニアモータ３ａ、３ｂの磁極を合せるために設けたものである。なお、図１で示した機器と同一の部品には同一の番号を付けている。
【００２１】
次に、図３に門型ステージの運転時のフローチャートを示す。図４に、図３に示すステップ３００の原点出し処理の、詳細処理手順のフローチャートを示す。図５に、図３のステップ３０５及びステップ３１０のモータ電流位相ずれ補正の、詳細処理手順のフローチャートを示す。また、図６に原点出し処理時の門型ステージとリニアモータ固定部の位置関係の１例を示す。
【００２２】
まず、装置に電源が投入される（ステップ１００）と、制御システムプログラムや門型ステージ装置のアプリケーションプログラムが起動し、門型ステージの運転条件データや運転経路データの読込等の必要な初期設定処理が行われる（ステップ２００）。準備が整うと、原点出し処理（ステップ３００）が行われる。
【００２３】
原点出し処理（ステップ３００）では、まずリニアモータ３ａ（基準モータ）を制御主軸（基準軸）としてサーボ対象軸に設定（以下、サーボオン）し、一方のリニアモータ３ｂ（従属モータ）はサーボ非対象軸（従属軸）に設定（以下、サーボオフ）する（ステップ３０１）。
【００２４】
ステップ３０２ではプラス方向にリニアモータ３ａを駆動して、プラス側リミットスィッチ９ａの信号が入力されるまで門型ステージ２を移動させる。
【００２５】
ステップ３０３では、マイナス方向にリニアモータ３ａ駆動して、リニアエンコーダが原点マークの検知信号（Ｚ相信号）を発生する位置１１ａまで門型ステージ２を移動させる。そして、Ｚ相信号が検知状態（図８のＺａ）から非検知状態（図８のＺｂ点）に移る時に門型ステージ２を停止させる。リニアモータ３ａの停止位置で制御系（ＣＰＵ２１の位置情報）の絶対座標系をゼロにリセットする（ステップ３０４）。
【００２６】
次に、ステップ３０５ではリニアモータ３ａの位相角のずれを補正する。この処理工程を図５のフローチャートにより詳細に説明する。
【００２７】
図５のステップＳ１から位相角のずれ補正処理が開始される。
まず、ＣＰＵ２１が、処理動作を行う前の初期の電機子電流と、位相角（一般に電気角とも言う）をモータインタフェース２２から読み取る。読取った電機子電流と位相角を図示していないメモリに記憶する（ステップＳ２）。
【００２８】
次に、ＣＰＵ２１は、電機子電流の位相角を＋０．５°（進相方向）ずらす指令をモータインタフェースに送る（ステップＳ３）。その後、ステップＳ２と同様に、電機子電流と位相角を記憶する（ステップＳ４）。
【００２９】
ステップＳ５では、電機子電流か位相角のいずれかが許容値を越えたかどうかの判定を行う。両者とも許容範囲内であれば、ステップＳ３に処理を戻し位相角の変更〜計測処理を繰り返し実施する。また、電機子電流か位相角のいずれか一方が許容値を越えた場合には、処理を次の工程（ステップＳ６）に移行させる。
【００３０】
ステップＳ６では、前の工程により変更された位相角をステップＳ２の値に戻す処理を行う。
【００３１】
ステップＳ７では、前のステップＳ３とは逆の方向に、電機子電流の位相角を−０．５°（遅相方向）にずらす。その後、ステップＳ２と同様に、電機子電流と位相角を記憶する（ステップＳ８）。次に、電機子電流か位相角のいずれかが許容値を越えたかどうかの判定を行う（ステップＳ９）。両者とも許容範囲内であれば、ステップＳ７に処理を戻し位相角の変更〜計測処理を繰り返し実施する。また、電機子電流か位相角のいずれか一方が許容値を越えた場合には、処理を次の工程（ステップＳ１０）に移行させる。
【００３２】
ステップＳ１０では、ステップＳ４、Ｓ８で記憶しておいた計測結果から、電機子電流が最小となる時の位相角を抽出する。そして、その電機子電流が最小となる位相角を設定する。以上の処理で図４のステップ３０５が完了する。
【００３３】
次に、ステップ３０６に移行して、リニアモータ３ｂの原点出しと位相角の設定処理を行う。まず、リニアモータ３ｂを動作させるため、原点出しと電気角の設定処理が終了したリニアモータ３ａをサーボオフし、その後、リニアモータ３ｂをサーボオンする。
【００３４】
次に、リニアモータ３ａ側の原点マーク位置１１ａとリニアモータ３ｂ側の原点マーク位置１１ｂには、方向が不定な据え付け時のずれが生じている。このため、リニアモータ３ｂを予測される原点マークのずれ量よりも大きくプラス方向に移動させる（ステップ３０７）。
【００３５】
以降のステップ３０８〜３１０までは、前述の工程のステップ３０５〜３０３と同様な処理を行いリニアモータ３ｂの原点出しと位相角の設定を行う。
【００３６】
以上のように、これらの原点出し処理では、門型ステージ２は一方側のリニアモータを、片押し状態で移動させている。このため、反対側のリニアモータは、門型ステージ２の弾性変形により若干の位置ずれが生じた状態になる。そのため、門型ステージ２の本体と、門型ステージ２とリニアモータ３ａ、３ｂの締結部、及び直進案内部とは、偏荷重が加わらないように移動速度を振動の生じないレベルまで落とし、かつ、各機構部は高剛性設計を行うと良い。
【００３７】
次にステップ３１１では、リニアモータ３ａのサーボをオンする。この時、図６に示すようリニアモータ３ｂを駆動する際に生じたリニアモータ３ａとの位置ずれΔが残留している。すなわち、門型ステージ２が移動方向に対して若干斜めに位置決めされた（Δだけ傾いた）状態となっている。ところで、片押しによるΔは同一な運転条件下では一定である。このため、予め計測しておいた原点マーク位置関係になるようにリニアモータ３ｂは固定したまま、リニアモータ３ａを移動させることで、門型ステージの位置ずれΔを解消することができる（ステップ３１２）。
【００３８】
尚、位置ずれΔは、レーザ計測器などで物理的に計測して、その値を設定値として格納しておいても良い。また、原点復帰動作の原点マークの検出方向をマイナス方向からプラス方向に変えて行い、リニアモータ３ｂの原点位置におけるリニアモータ３ａの位置をスケールのカウント値から読み取ることも可能である。
【００３９】
次に、位置ずれΔ分だけ移動後したときのリニアモータ３ａ、３ｂの座標を、共にゼロリセットすることで原点出し処理を終了する（ステップ３１３）。
【００４０】
以上の工程により門型ステージの原点出し処理が終了し、かつ、門型ステージの駆動源となる２つのリニアモータの位相が略一致する設定がなされる。この設定された電気子電流と位相を用いて、以降のステップ４００のプロセス処理時にリニアモータを駆動する。このため、プロセス処理において高精度に駆動することが可能である。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限らず、以下のようにしてもよい。
【００４２】
即ち、原点マークの検出位置での位相ずれ角は、永久磁石とリニアスケールの原点位置の相関位置関係は変わらなければ一定であるので、必ずしも運転毎に行う必要は無い。また、ホールセンサは磁極を検出できるものであれば如何なるものでも良い。リニアスケールは光学式でも磁気式でも良い。本実施例ではインクリメンタル式のリニアエンコーダの使用例を示したが、アブソリュート式のスケールを使用する際にも原点マークに相当する基準位置での電気角補正を同様に行う必要があるため、本方式を適用可能である。
【００４３】
軸切り替えの際にはサーボオフにせずスレーブ軸としてマスタースレーブ駆動しても良い。この場合はスレーブ軸のゲインを下げて原点出し処理を行うと良い。
【００４４】
図７に、本発明の門型ステージをペースト塗布機に適用した時の図面を示す。
【００４５】
本装置において、使用した門型ステージは先に述べた、門型ステージ２と略同じ構成である。すなわち、本装置では門型の固定ステージ２ａ、２ｂを２つ両側に設け、その固定ステージ２ａ、２ｂ上をＹ軸方向に移動する移動ステージ３２が設けてある。門型ステージ上には図示していないリニアモータの固定子が設けてあり、その上に移動ステージのリニアモータ可動部３ａ、３ｂが設けてある。なお、本図では図示していないが、リニアエンコーダのスケール部や、リミットスイッチや、ホールセンサを備えていることは言うまでもない。
【００４６】
また、移動ステージ３２にＸ軸方向（移動ステージの移動方向に対して直角方向）に移動可能なテーブル３４を設け、更に、テーブル３４にＺ軸方向に移動可能なテーブル３５を設けてある。このテーブル３５には、液晶パネルを形成するためのシール剤を基板Ｋ上に塗布するディスペンサノズル３３が取付けてある。
【００４７】
本装置では、移動ステージ３２の初期位置を決定するために、先の実施形態で説明した原点出し方法を用いて行う。この原点出し作業終了後、実際の基板上に移動ステージ３２と、テーブル３４、及びテーブル３５を制御して位置及び高さ制御を行い、ディスペンサノズル３３の塗布量を制御してペースト塗布を行う構成としている。このように、ペースト塗布機に本発明の門型ステージ駆動方法を適用することで高精度にペーストを塗布することが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、門型ステージを高速かつ高精度に位置決めすること可能にし、リニアエンコーダの原点マークとリニアモータの可動部の位置調整を容易に、且つ正確にできる門型ステージを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の門型ステージの一例の斜視図である。
【図２】本発明の制御系の簡単なブロック線図である。
【図３】本発明の門型ステージを用いたプロセス処理の動作のフローチャートである。
【図４】図３原点出し工程の処理のフローチャートである。
【図５】図４のリニアモータの電流位相角ずれ補正処理のフローチャートである。
【図６】門型ステージの移動方向に対するずれ補正を説明するための図である。
【図７】本発明の門型ステージの駆動方法を適用したペースト塗布機の一例を示した図である。
【図８】門型ステージ移動時にリニアスケールから得られる信号波形を示した図である。
【符号の説明】
１…定盤、２…門型ステージ、３ａ、３ｂ…リニアモータの可動部、４ａ、４ｂ…リニアモータの固定部、７ａ、７ｂ…スケール部、８ａ、８ｂ…リニアエンコーダの検出部、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ…リミットスイッチ、１１ａ，１１ｂ…原点マーク位置、２１…ＣＰＵ、２２…インターフェース、２３ａ、２３ｂ…インターフェース。

Claims

定盤のリニアモータ固定部上に搭載した門型ステージの両足部に設けたリニアモータの可動部を同期駆動して、定盤の表面に対して平行な方向に移動させるための門型ステージ装置の駆動方法において、
前記リニアモータのうち一方のリニアモータを基準モータとし、他方のリニアモータを従属モータとして、前記基準モータを駆動して前記リニアモータ固定部側に設けた原点マークに位置合わせすると共に、基準リニアモータに加える電機子電流と位相角を求める工程と、
前記リニアモータ主従関係を変更して原点マークへの位置合わせと、電機子電流と位相角を求める工程と、
前記門型ステージが移動方向に対して直角になるように２つのリニアモータの位置を補正する工程とを有する門型ステージ装置の駆動方法。
請求項１記載の門型ステージ装置の駆動方法において、
前記電機子電流と位相角を求める場合に、前記基準リニアモータの初期の電機子電流と位相角を記憶すると共に、電機子電流又は位相角のいずれか一方が許容値を超えるまで位相角を変化させ、その都度電機子電流と位相角を記憶し、前記どちらか一方が許容値を超えた時、その間の最小電流値と対応する位相角を制御値としてリニアモータの駆動を行うようにしたことを特徴とする門型ステージ装置の駆動方法。