先进运动控制技术提供更高的精度以简化半导体工业的生产过程
　　
　　如何才能使半导体晶片产量翻倍，使晶片的预定位时间减少5倍（到600ms），提高定位可重复性（到5nm），同时减少成本增加可靠性？
　　半导体行业激烈的竞争，使半导体生产系统运动控制器的控制性能和集成性开始受到越来越多的关注。新的工艺需要更高的定位分辨率和更好的可重复性CONTROL ENGINEERING China版权所有，才能够提高产量。同时更加复杂的加工工艺需要机器的运动控制部件有更好的灵活性。美国的微精密自动化公司（MPA）开发了一个新计量系统以顺应这种趋势，他们使用Agile System的micromax R分布式运动控制系统来实现新的性能提升。
　　系统为单个运动轴配置了控制器、伺服放大器和高速网络。高速网络把多个运动轴连结成一个完整的、高性能的系统。
　　传统的累计或增量编码器采用2路接收器采集2路编码标记。每个运动标记分成等距离的段，用某种方法使接收器的输出在高值和低值之间切换。根据编码状态的改变计算运动状态。
　　数字和模拟编码器产生的波形　　

　　数字量和模拟量编码器波形。都提供累计信号来确定位置、速度及运动方向。
正弦信号定位位置的分辨率能比数字方波信号更高

　　例如，利用光学传感控制工程网版权所有，轨片段为黑色和白色交替。接收器是光学反射器（一般为一个光源配一个光探测器）。当接收器从一个黑色段移动到白色段，输出状态从低值转换到高值。然后当接收器从白色段移动到下一个黑色段时，输出再次转变为低值。不断的移动使输出成为方波，波形的频率反映了移动速度。
　　单个标记/接收通道无法说明运动的方向。事实上，一个双向振动波跨越黑白段切换时的表现与任一方向上的连续运动波形看上去是毫无二致的。
　　增加一个与原通道相位相差90°的通道就可以确定运动方向。假设第一个通道为“A”第二个为“B”。向一个方向移动（如向右），当A产生上升沿时B在高值状态。当A产生下降沿时B在低值状态。
　　在这种情况下控制工程网版权所有，向左移动时A通道的上升沿和B通道的低值状态同时产生，A通道的下降沿和B通道的高值状态同时产生。一个简单的逻辑电路就能把这些编码信号解码成加减信号并送到加/减数字计数器中，计数器的值就能够确定移动体的位置。通过监视B通道的位值以及A通道的跳变加减计数，增量编码系统的精度能达到1/2段的长度。
　　为了达到更高的精度，MPA使用了伊利诺伊州Schaumburg的Heidenhain公司开发的编码器，这种编码器在两个通道中都使用了正弦波信号代替方波信号。这样通过电子处理可以获得比方波更高的分辨率。

　　定位精确性
　　仅有更高的编码器分辨率不能保证更高的位置精度，它同时还受到伺服放大器控制精度的限制。伺服放大器的电流输出决定了伺服电机传动装置的转矩。高电流值产生高的电机转矩CONTROL ENGINEERING China版权所有，低电流值则产生低转矩。
　　伺服系统通过驱动电流控制伺服电机连动轴的移动。为了配合高分辨率的编码器，伺服驱动系统必须以同样的精度移动伺服电机连动轴。这需要一个比传统系统更高的有效电流分辨率。
　　Agile System的运动控制器提供了14位的有效电流分辨率，应用于一个设计良好的机械系统时分辨率能达到几纳米。上一代半导体计量设备可以达到25nm的位置可重复性。而MPA的新一代技术能在产量翻倍的情况下达到5nm的位置可重复性。
　　预定位过程的时间在整个循环时间中占有一定的比例。这个过程将300nm晶片中心定位并将参考槽口定位于晶片的外围。大多数设备在高速旋转中发现槽口，通过重复扫描精确定位。在传统运动控制中，这个过程一般需耗费3秒的时间。
　　MPA的新系统通过精确采集激光定位信号可以把预定位过程减少到0.6秒。这个系统在一个底板上使用3个运动控制器，比传统系统有更好的信号。一个高速Firewire B网络将各个控制器以及计量设备的中央控制器相互连接起来。编码器的实时轴位置信息以及数字化的模拟量信息和数字信息可以通过这个高速网络直接传输到中央过程控制器。这使得MPA可以采集精准高速的定位信息，这样系统大大节省重复扫描的步骤。
　　模拟编码器结构　　

传统的运动控制配置需要大型电气外壳，来安放独立电源、伺服放大器、运动控制器和信号转换器。

　　紧密集成
　　传统的运动控制配置需要相对庞大的电气隔离外壳以隔离电源、伺服放大器、运动控制器和信号转换器。由于计量装置通常于其它的半导体加工设备集成为一体，所以最好的做法是将运动控制硬件直接安装于计量装置内，并且去除传统运动控制系统的独立电气隔离外壳。但是，在计量设备中找到空间放置这些控制配件是一项艰巨的任务。
　　MPA成功地把控制器、伺服放大器、信号转换器和高速网络全部封装在一个紧凑的运动控制系统内，从而一举解决了这个问题，而这整个系统只有3英寸长，3英寸宽，1英寸高。
　　传统运动控制结构　　

　　把运动控制器CONTROL ENGINEERING China版权所有，伺服放大器，信号转换器以及高速网络封