JP4932796B2 - ステージ装置、露光装置、及びステージ制御方法 - Google Patents

Description

本発明はステージ装置、露光装置、及びステージ制御方法に関する。

従来、例えば液晶ディスプレイ（総称としてフラットパネルディスプレイ）を製造する工程においては、基板（ガラス基板）にトランジスタやダイオード等の素子を形成するために露光装置が多く使用されている。この露光装置は、レジストを塗布した基板をステージ装置のホルダに載置し、マスクに描かれた微細な回路パターンを投影レンズ等の光学系を介して基板に転写するものである。近年では、例えばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられることが多くなっている（例えば、特許文献１参照）。

ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状の露光光をマスクに照射している状態で、マスクと基板とを投影光学系に対して互いに同期移動させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了する度に基板をステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う露光装置である。

基板表面に設定された複数の区画領域（ショット領域）の各々に対して露光処理を行うには、基板とマスクとの位置関係を同期させつつ、露光すべきエネルギー量に見合った速度で、ほぼ定速で移動させる必要がある。このため、基板が搭載された基板ステージとマスクを載置したマスクステージとを助走（加速）させ、この助走中にステージ間の同期をとり、その後基板上の露光対象となっているショット領域が露光領域（露光位置）に差し掛かった時点で、露光光を露光領域に照射して露光を行うという手順が踏まれる。

露光光を露光領域に照射する際には、例えば、投影光学系におけるジャストフォーカスの状態（投影光学系の結像点と基板の露光領域の光軸方向位置が一致した状態）を保持するように、センサなどによって前記投影光学系に含まれるレンズと基板との間の距離を測定し、フィードバック制御によってオートフォーカスを行う機構（焦点位置検出系等）が設けられている。
特開２０００−０７７３１３号公報

近年においては露光領域の大面積化が進んでおり、ステージ自体も大型化している。ここで、大型のステージを加速させる場合にはステージが加振されやすく、加速させたステージが一定速度になった直後にも振動が残ってしまう場合がある。そのため、オートフォーカスが不十分になり、ジャストフォーカスの状態を維持することが困難になってしまうおそれがある。上記ステージの振動の問題は露光装置に限られたものではなく、ステージなど移動する物体を有する他の装置等においても同様の問題が考えられる。

このような問題に対処するため、出願人は既に、特願２００７−２３３３２５の特許出願を行い、同出願において、ステージの制御モデルを用いたフィードフォワード制御を行うことによりフィードバック制御に起因する振動を抑制することを提案している。しかしながら、上記出願で提案した制御を行った場合でも、ステージの制御モデルを実際と完全に一致させることは困難であるため、モデルと実際とのズレがあることによって十分な精度のオートフォーカスを実現することができないということも想定される。また、上記のステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において基板をステップ移動させると、ステージの制御モデルが変わってしまうので、露光動作中の全てのステージ配置に対して高精度のオートフォーカスを実現するには、ステージの配置毎に非常に多くの制御モデルを予め用意しなければならず、制御システムの構築が煩雑となり、コスト高の原因にもなる。更に、ステージに載置する基板の個体差によっても制御モデルは変わり、同じようなことが問題になる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステージを駆動する際に生じる振動を効果的に抑制することが可能なステージ装置、露光装置、及びステージ制御方法を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、第１アクチュエータによりステージを第１方向に駆動し、第２アクチュエータにより該ステージを前記第１方向とは異なる第２方向に駆動するステージ装置であって、前記第１アクチュエータの駆動力を受けて前記第２方向への前記ステージの動きに生じる外乱を補償するように、前記第２アクチュエータの駆動力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と、位置検出手段により検出された前記ステージの前記第２方向における位置に基づいて前記第２アクチュエータの駆動力をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、前記位置検出手段により所定タイミングで検出された前記ステージの前記第２方向における位置と所定位置との誤差を、前記タイミングからの時間経過に応じて前記フィードフォワード制御手段による操作量を変更することによって補正するとともに、前記フィードバック制御手段への外部入力を前記フィードフォワード制御手段による補正量に応じて変更する制御手段と、を備える。

この構成によれば、フィードフォワード制御で用いる制御モデルのズレに起因して生じた第２方向におけるステージ位置と所定位置の誤差量に応じてフィードフォワード制御の操作量を補正するので、制御モデルの実際からのズレを補償したフィードフォワード制御を行うことができ、また、フィードバック制御への外部入力をフィードフォワード制御の補正量に応じて変更するので、フィードフォワード制御の操作量を補正してもフィードフォワード制御とフィードバック制御のバランスを保つことができる。これにより、ステージの制御モデルが実際と完全に一致していない場合であっても、ステージを駆動する際に生じる振動を効果的に抑制することが可能である。また、本構成のステージ装置を露光装置に適用することで、高精度なオートフォーカスを実現することができる。なお、位置検出手段が第２方向のステージ位置を検出する所定タイミングは、例えば、ステージに載置された基板上のショット領域が露光領域に差し掛かるよりも、ステージの整定に要する時間だけ前の時点とすることができる。

また、本発明は、上記のステージ装置において、前記制御手段は、前記所定タイミング後の所定期間において、前記フィードフォワード制御手段による操作量を徐々に変化させて補正を行う。

この構成によれば、フィードフォワード制御の操作量が滑らかに変化するので、フィードフォワード制御があるタイミングで突然大きくなってしまうといったことがなく、ステージを駆動する際に生じる振動をより効果的に抑制することが可能である。

また、本発明は、上記のステージ装置において、前記制御手段は、前記ステージの前記第２方向における位置を前記誤差の量だけ変化させるための軌道を、時間のｎ（≧４）次関数の軌道として生成し、該生成した軌道に従って前記フィードフォワード制御手段による操作量を補正する。

この構成によれば、時間のｎ（≧４）次関数の軌道（位置の軌道）に従ってフィードフォワード制御を行うので、位置を時間で３回微分した結果である躍度（ｊｅｒｋ（加加速度ともいう））が連続値をとり、滑らかな制御が実現されて、ステージを駆動する際に生じる振動を更に効果的に抑制することができる。

また、本発明は、上記のステージ装置において、前記第２アクチュエータの駆動力を、前記ステージが前記第２方向の所定位置に保持されるように制御する。

この構成によれば、ステージを第２方向の所定位置に保持する際に、振動を効果的に抑制することができる。

また、本発明は、上記のステージ装置において、前記第２アクチュエータは複数設けられ、前記ステージが前記第２方向に対して所定の角度を保持するように前記複数の第２アクチュエータの駆動力を制御する。

この構成によれば、ステージの第２方向に対する角度を所定の角度に保持する際に、振動を効果的に抑制することができる。

本発明によれば、ステージを駆動する際に生じる振動を効果的に抑制することが可能である。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、一実施形態の露光装置１０の構成を示す概略図である。この露光装置１０は、液晶表示素子パターンが形成されたマスクＭと、プレートステージＰＳＴに保持された基板（及び物体）としてのガラスプレート（以下「プレート」という）Ｐとを、投影光学系ＰＬに対して第１方向、すなわち所定の走査方向（ここでは、図１のＸ軸方向（紙面内左右方向）とする）に沿って同一速度で同一方向に相対走査することにより、マスクＭに形成されたパターンをプレートＰ上に転写する等倍一括転写型の液晶用走査型露光装置である。

この露光装置１０は、露光用照明光ＩＬによりマスクＭ上の所定のスリット状照明領域（図１のＹ軸方向（紙面直交方向）に細長く延びる長方形の領域または円弧状の領域）を照明する照明系ＩＯＰ、パターンが形成されたマスクＭを保持してＸ軸方向に移動するマスクステージＭＳＴ、マスクＭの上記照明領域部分を透過した露光用照明光ＩＬをプレートＰに投射する投影光学系ＰＬ、本体コラム１２、前記本体コラムへの床からの振動を除去するための除振台（図示せず）、及び前記両ステージＭＳＴ、ＰＳＴを制御する制御装置１１等を備えている。

前記照明系ＩＯＰは、例えば特開平９−３２０９５６号公報に開示されたように、光源ユニット、シャッタ、２次光一形成光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、視野絞り（ブラインド）、及び結像レンズ系等（いずれも図示省略）から構成され、次に述べるマスクステージＭＳＴ上に載置され保持されたマスクＭ上の上記スリット状照明領域を均一な照度で照明する。

マスクステージＭＳＴは、不図示のエアパッドによって、本体コラム１２を構成する上部定盤１２ａの上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されており、駆動機構１４によってＸ軸方向に駆動される。

マスクステージＭＳＴを駆動する駆動機構１４としては、ここではリニアモータを用い、以下、この駆動機構をリニアモータ１４と呼ぶ。このリニアモータ１４の固定子１４ａは、上部定盤１２ａの上部に固定され、Ｘ軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ１４の可動子１４ｂはマスクステージＭＳＴに固定されている。また、マスクステージＭＳＴのＸ軸方向の位置は、本体コラム１２に固定されたマスクステージ位置計測用レーザ干渉計（以下「マスク用干渉計」という）１８によって投影光学系ＰＬを基準として所定の分解能、例えば数ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。このマスク用干渉計１８で計測されるマスクステージＭＳＴのＸ軸位置情報は、制御装置１１に供給されるようになっている。

投影光学系ＰＬは、本体コラム１２の上部定盤１２ａの下方に配置され、本体コラム１２を構成する保持部材１２ｃによって保持されている。投影光学系ＰＬとしては、ここでは等倍の正立正像を投影するものが用いられている。従って、照明系ＩＯＰからの露光用照明光ＩＬによってマスクＭ上の上記スリット状照明領域が照明されると、その照明領域部分の回路パターンの等倍像（部分正立像）がプレートＰ上の前記照明領域に共役な露光領域に投影されるようになっている。なお、例えば、特開平７−５７９８６号公報に開示されるように、投影光学系ＰＬを、複数組の等倍正立の投影光学系ユニットで構成しても良い。

さらに、本実施形態では、プレートＰのＺ方向位置を計測する不図示の焦点位置検出系、例えばＣＣＤなどから構成されるオートフォーカスセンサ（図示せず）が投影光学系ＰＬを保持する保持部材１２ｃに固定されている。この焦点位置検出系からのプレートＰのＺ位置情報が制御装置１１に供給されており、制御装置１１では、例えば、走査露光中にこのＺ位置情報に基づいてプレートＰのＺ位置を投影光学系ＰＬの結像面に一致させるオートフォーカス動作を実行するようになっている。

プレートステージＰＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、不図示のエアパッドによって、本体コラム１２を構成する下部定盤１２ｂの上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。このプレートステージＰＳＴは、駆動機構としてのリニアモータ１６によってＸ軸方向に駆動される。

このリニアモータ１６の固定子１６ａは、下部定盤１２ｂに固定され、Ｘ軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ１６の可動部としての可動子１６ｂはプレートステージＰＳＴの底部に固定されている。プレートステージＰＳＴは、前記リニアモータ１６の可動子１６ｂが固定された移動テーブル２２と、この移動テーブル２２上に搭載されたＹ駆動機構２０と、このＹ駆動機構２０の上部に設けられプレートＰを保持するプレートテーブル１９とを備えている。

前記プレートテーブル１９のＸ軸方向の位置は、本体コラム１２に固定されたプレート用干渉計２５によって投影光学系ＰＬを基準として所定の分解能、例えば数ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。このプレート用干渉計２５としては、ここでは、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に所定距離Ｌだけ離れた２本のＸ軸方向の測長ビームをプレートテーブル１９に対して照射する２軸干渉計が用いられており、各測長軸の計測値が制御装置１１に供給されている。

このプレート用干渉計２５の各測長軸の計測値をＸ１、Ｘ２とすると、Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２によりプレートテーブル１９のＸ軸方向の位置を求め、θＺ＝（Ｘ１−Ｘ２）／Ｌによりプレートテーブル１９のＺ軸回りの回転量を求めることができるが、以下の説明においては、特に必要な場合以外は、プレート用干渉計２５から上記のＸがプレートテーブル１９のＸ位置情報として出力されるものとする。

本実施形態においては、リニアモータ１６とＹ駆動機構２０とによって第１アクチュエータを構成するものとするが、Ｘ方向に駆動するための構成だけを前記第１アクチュエータとしてもよいし、Ｙ方向に駆動するための構成だけを前記第１アクチュエータとしてもよい。

図２は、プレートステージＰＳＴの詳細な構成を示す断面図である。
同図に示すように、プレートテーブル１９の下面（−Ｚ方向側の面）１９ａとＹ可動子２０ａとの間には、第２アクチュエータとしてのレベリングユニット５０が設けられている。レベリングユニット５０は、複数、例えば３つが配置されており、３箇所でプレートテーブル１９のＺ方向の位置を微調整することにより、プレートテーブル１９の姿勢（Ｚ方向の位置、θＸ方向の位置、及びθＹ方向の位置）を制御するユニットである。つまり、これら３つのレベリングユニット５０によってプレートテーブル１９に所定の力を加えることでプレートテーブル１９のＺ方向の位置、θＸ方向の位置、及びθＹ方向の位置を調節できるようになっている。

図３は、レベリングユニット５０の構成を示す図である。各レベリングユニット５０はそれぞれ同一の構成となっているので、そのうちの１つを例に挙げてその構成を説明する。
レベリングユニット５０は、Ｙ可動子２０ａ上に設けられたカム部材５１、ガイド部材５２、カム移動機構５３、及び支持部材５４と、プレートテーブル１９側に設けられたベアリング部材５５とを含んで構成されている。

カム部材５１は、断面視台形に形成された部材であり、下面５１ａが水平方向に平坦な面になっている。カム部材５１の当該下面５１ａは、ガイド部材５２に支持されている。カム部材５１の上面５１ｂは、水平面に対して傾斜して設けられた平坦面である。カム部材５１の一方の側面５１ｃには、ネジ穴５１ｄが形成されている。ガイド部材５２は、支持部材５４上にカム部材５１に沿って設けられており、図中左右方向に延在している。

カム移動機構５３は、サーボモータ５６と、ボールネジ５７と、連結部材５８とを含んで構成されている。サーボモータ５６は、制御装置１１からの信号に基づいて軸部材５６ａを回転させるようになっている。この軸部材５６ａは、ここでは例えば図中左右方向に延在している。ボールネジ５７は、連結部材５８を介してサーボモータ５６の軸部材５６ａに連結されており、軸部材５６ａの回転が伝達されるようになっている。このボールネジ５７は、図中左右方向（サーボモータ５６の回転軸の軸方向と同一方向）にネジ部が設けられており、当該ネジ部がカム部材５１の側面５１ｃに形成されたネジ穴５１ｄに螺合されている。軸部材５６ａ及びボールネジ５７は、支持部材５４の突出部５４ａ及び５４ｂによってそれぞれ支持されている。

このカム駆動機構５３は、サーボモータ５６の回転によってボールネジ５７が回転し、ボールネジ５７の回転によって当該ボールネジ５７に螺合されたカム部材５１がガイド部材５２に沿って図中左右方向に移動するようになっている。

ベアリング部材５５は、図中下側に半球状に形成された部分５５ａを有し、当該半球状の部分５５ａの下面５５ｂがカム部材５１の上面５１ｂに当接するように設けられている。カム部材５１が移動することで、ベアリング部材５５の下面５５ｂとカム部材５１の上面５１ｂとの当接位置が変化するようになっており、当該上面５１ｂとの当接位置が変化することによって下面５５ｂのＺ方向上の位置が変化するようになっている。この位置の変化によってプレートテーブル１９のＺ方向の位置が微調節されるようになっている。

プレートテーブル１９のＺ方向の位置に関しては、検出装置５９によって検出可能になっている。この検出装置５９についても、プレートテーブル１９に対して複数、例えば３つ設けられている。各検出装置５９は、例えば光センサ５９ａと、被検出部材５９ｂとを含んで構成されており、光センサ５９ａによって被検出部材５９ｂの位置を検出することで、プレートテーブル１９のＺ方向の位置を検出するようになっている。また、光センサ５９ａは、Ｙ可動子２０ａ上に設けられた突出部２０ｂに固定されている。したがって、当該検出装置５９は、Ｙ可動子２０ａの上面２０ｃを基準としたときのプレートテーブル１９のＺ方向に関する位置や姿勢等を検出可能となっている。この検出装置５９によって検出された位置情報は、制御装置１１に送信されるようになっている。

また、プレートテーブル１９の一端は、弾性部材６０によってＹ可動子２０ａ上の突出部２０ｄに接続されている。弾性部材６０は、一端が固定部材６０ａによってプレートテーブル１９の端部１９ｂに固定されており、他端が固定部材６０ｂによって突出部２０ｄに固定されている。この弾性部材６０によって、プレートテーブル１９がＸ方向及びＹ方向へ移動するのを抑えつつ、Ｚ方向に対しての移動を許容できるようになっている。

以上のような構成により、プレートステージＰＳＴは、プレートテーブル１９に保持されているプレートＰの所定の露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域に位置するように、移動テーブル２２（リニアモータ１６の可動子）をＸ方向に移動させ（Ｘ位置の位置決めを行い）、さらに移動テーブル２２に対してＹ可動子２０をＹ方向に移動させる（Ｙ位置の位置決めを行う）ことができる。このとき、プレートＰのθＺ方向の位置を調整できるようにしてもよい。さらに、レベリングユニット５０により、前記オートフォーカスセンサの検出結果や前記検出装置５９の検出結果を基に、プレートＰのＺ位置がジャストフォーカスとなる（投影光学系ＰＬの結像点と一致する）ように、プレートテーブル１９をＹ可動子２０ａに対してＺ方向、θＸ方向、およびθＹ方向に移動させる（Ｚ位置、θＸ方向、およびθＹ方向の位置決めを行う）ことができる。

次に、図４を参照して、制御装置１１のうち第２アクチュエータ（レベリングユニット５０）の駆動制御を行う部分の構成を説明する。図４は、制御装置１１の当該部分及びその制御対象を示すブロック図である。

図４において、制御装置１１は、軌道生成部１０１と、フィードフォワード制御部１０２と、フィードバック制御部１０３と、制御部１０４と、スイッチ１０５と、加算部２０１〜２０３と、を含んで構成されている。制御部１０４は、補償軌道生成部１０６と、変換部１０７と、から構成されている。このような構成の制御装置１１により、第２アクチュエータを制御してプレートテーブル１９（制御対象３０１）をＺ方向、θＸ方向、およびθＹ方向に駆動する。ここで、プレートテーブル１９は、第１アクチュエータ（リニアモータ１６及びＹ駆動機構２０）によってＸ方向やＹ方向に駆動される際に、第１アクチュエータの駆動力の影響を受けてＺ方向（θＸ方向とθＹ方向を含んでＺ方向と総称する。以下同様）の動きに外乱Ｄが発生する。このような外乱Ｄの存在下においてプレートテーブル１９上のプレートＰをジャストフォーカスの状態に保持するのが、本制御装置１１の役割である。

軌道生成部１０１には、オートフォーカスセンサや検出装置５９によって得られたプレートテーブル１９（あるいはプレートＰ）のＺ位置情報と、上記外乱の原因となる第１アクチュエータの駆動力を表す駆動力値と、が入力される。軌道生成部１０１は、制御対象３０１の力学特性を再現するように予め作成された制御対象３０１の制御モデルを保持（記憶）しており、この制御モデルを用いることにより、入力されたＺ位置情報及び第１アクチュエータの駆動力値に基づいて、プレートＰをジャストフォーカスの状態にするために必要な軌道Ｓ１（プレートテーブル１９をＺ方向に動かす軌道）を生成する。

軌道Ｓ１は、プレートテーブル１９に与えるべき変位量の時間的変化を規定するものであり、その変位量は、上記制御モデルで決定される関数に従って時間的に変化するように設定する。具体的には、制御対象３０１の入力（第２アクチュエータによりプレートテーブル１９を第２方向へ駆動する駆動力、及び外乱となる第１アクチュエータの駆動力）と出力（プレートテーブル１９のＺ位置）は上記制御モデルによって結び付いているので、第１アクチュエータの駆動力値からプレートテーブル１９に生じるＺ位置の誤差を予測することができ、この誤差とプレートテーブル１９のＺ位置情報から、当該誤差を補償するのに必要な第２アクチュエータの駆動力を発生させるための軌道Ｓ１を求めることができる。例えば、第１アクチュエータの駆動力が大きい場合には、プレートテーブル１９に生じる外乱Ｄも大きくなる（例えばプレートＰがジャストフォーカスの状態から大きく外れてしまうような外乱が生じる）ので、上記の変位量が最終的に到達する値は、この外乱ＤによるＺ位置の大きな誤差を補償し得るような大きな値に設定されることになる。

なお、軌道生成部１０１への入力である第１アクチュエータの駆動力値は、制御装置１１のうち第１アクチュエータの駆動制御を行う制御系（不図示）から得るようにすればよい。

フィードフォワード制御部１０２には、加算部２０１の加算結果である軌道Ｓ３が入力される。軌道Ｓ３は、軌道生成部１０１によって生成された軌道Ｓ１と後述する補償軌道生成部１０６が生成した軌道Ｓ２とを加算したものである。フィードフォワード制御部１０２は、入力された軌道Ｓ３を用いて完全追従制御（例えば、特開２００１−３２５００５号公報や論文「マルチレートフィードフォワード制御を用いた完全追従法」（藤本博志他、計測自動制御学会論文集３６巻、９号、ｐｐ７６６−７７２、２０００年）を参照）に基づくフィードフォワード制御を行って、第２アクチュエータを駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象３０１に対するフィードフォワード制御部１０２からの操作量となる。なお、フィードフォワード制御部１０２は、入力を所定のサンプリング周期Ｔｙで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Ｔｕで出力する。

ここで、後述するように、プレートＰの露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域（露光光の照射領域）の外にある状態では、スイッチ１０５の入力が０（ゼロ値）に切り換わるので、補償軌道生成部１０６から軌道Ｓ２は出力されず、フィードフォワード制御部１０２は、軌道生成部１０１の生成した軌道Ｓ１のみに基づいて第２アクチュエータをフィードフォワード制御する。これにより、第１アクチュエータの駆動力によって生じる外乱Ｄの影響を補償した制御が実現される。

また、プレートＰの露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域（露光光の照射領域）内に入った状態では、後述するようにスイッチ１０５の入力が制御対象３０１の出力値（Ｚ）側に切り換わるので、補償軌道生成部１０６から軌道Ｓ２が出力されて、フィードフォワード制御部１０２は、軌道生成部１０１の生成した軌道Ｓ１と補償軌道生成部１０６の生成した軌道Ｓ２の加算結果である軌道Ｓ３に基づいて第２アクチュエータをフィードフォワード制御する。これにより、プレートＰの露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域内に入った後は、軌道生成部１０１が保持している制御モデルが実際と一致していないことによる軌道Ｓ１の誤差を軌道Ｓ２により補償して（フィードフォワード制御部１０２による操作量を補正して）、良好なフィードフォワード制御を実現することができる。

フィードバック制御部１０３には、加算部２０３の加算結果が入力される。加算部２０３の加算結果は、外乱Ｄが付与されたプレートテーブル１９のＺ位置（加算部３０２の出力）と、後述する変換部１０７から出力される軌道Ｓ４（フィードバック制御あるいはフィードバック制御部１０３への外部入力となる）との差分である。

プレートＰの露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域（露光光の照射領域）の外にある状態では、上記のようにスイッチ１０５の入力が０であり、また、補償軌道生成部１０６からも軌道Ｓ２が出力されない（軌道Ｓ４も存在しない）ため、加算部２０３の出力はゼロとなる。したがって、この状態ではフィードバック制御部１０３は動作を停止している。

また、プレートＰの露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域（露光光の照射領域）内に入った状態では、上記のようにスイッチ１０５が切り換わり補償軌道生成部１０６から軌道Ｓ２が出力されるので、フィードバック制御部１０３は、加算部２０３の出力、即ち変換部１０７からの軌道Ｓ４を基準としたプレートテーブル１９のＺ位置の誤差に基づいてフィードバック制御を行って、第２アクチュエータを駆動するための駆動信号（この駆動信号は、制御対象３０１に対するフィードバック制御部１０３からの操作量となる）を生成する。これにより、上述したフィードフォワード制御において軌道Ｓ２により制御モデルのズレを補償するのに合わせて、当該軌道Ｓ２と対応する軌道Ｓ４をも考慮したフィードバック制御を行い、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを協調させた制御が実現される。

なお、フィードバック制御部１０３も、フィードフォワード制御部１０２と同様、入力を所定のサンプリング周期Ｔｙで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Ｔｕで出力する。

スイッチ１０５へは、加算部３０２の出力が入力される。加算部３０２の出力は、プレートテーブル１９のＺ位置に外乱Ｄが加わった値Ｚである。入力スイッチ１０５は、プレート用干渉計２５によって得られたプレートテーブル１９のＸ位置情報に従って、プレートテーブル１９が所定の位置（Ｘ位置）に移動した時点で、その入力を一方の入力である０（ゼロ値）からもう一方の入力である加算部３０２の出力値Ｚへ切り換える。ここで、補償軌道生成部１０６へは、スイッチ１０５が切り換わったその瞬間のスイッチ１０５への入力値Ｚの値が、初期偏差ｅ_０（制御モデルが実際と一致していないことによるプレートテーブル１０のＺ位置の誤差）として出力される。スイッチ１０５を切り換える契機となるプレートテーブル１９の上記所定の位置は、例えば、プレートＰの露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域（露光光の照射領域）の外側から内側へ向かって移動しその境界に差し掛かった時点の位置、あるいは、プレートテーブル１９の端部がオートフォーカスセンサの検出領域内に入った時点の位置、とすることができる。この所定位置は、フィードフォワード制御の操作量を補正しフィードバック制御の外部入力を変更することにより制御モデルのズレの補償を行う位置であり、必要に応じ、１箇所又は複数箇所設けることもできる。

制御部１０４は、上記のように、軌道Ｓ１の誤差を補償するための軌道Ｓ２をフィードフォワード制御部１０２に追加することによって、フィードフォワード制御の操作量を補正するとともに、フィードバック制御部１０３に軌道Ｓ４を基準としたフィードバック制御を行わせることによって、フィードバック制御の外部入力を変更（後述）する。以下、制御部１０４を構成する各部の詳細を説明する。

補償軌道生成部１０６は、入力された初期偏差ｅ_０、即ち制御モデルが実際と一致していないことによるプレートテーブル１９のＺ位置の誤差に基づいて、この制御モデルのズレに起因して生じた軌道Ｓ１の誤差を補償するための補償軌道Ｓ２（ｔ）を生成する（ｔは時間）。即ち、初期偏差ｅ_０は上記所定の位置における制御モデルのズレに対応しており、初期偏差ｅ_０がゼロでないということは軌道生成部１０１が生成した軌道Ｓ１がフィードフォワード制御において誤差を有していることを表しているから、補償軌道Ｓ２はこの誤差分を埋め合わせるような軌道とすればよい。補償軌道生成部１０６により生成された補償軌道Ｓ２は加算部２０１により軌道Ｓ１と加算され、加算結果の軌道Ｓ３に従ってフィードフォワード制御部１０２がフィードフォワード制御を実施する。これにより、軌道Ｓ１の誤差を補償軌道Ｓ２により補償した制御が行われることとなる。

図５は、補償軌道生成部１０６が生成する補償軌道Ｓ２の例を示す図である。同図において、補償軌道Ｓ２は、時刻ｔ＝０（初期偏差ｅ_０入力時）で位置の変位が０、時刻ｔ＝Ｔ（Ｔは適宜設定可能）で位置の変位が初期偏差ｅ_０に一致する６次関数で表される軌道である。ここで、補償軌道Ｓ２を６次関数とすることにより、時間に関する位置の３回微分である躍度（ｊｅｒｋ（加加速度ともいう））が連続値をとることになるので、フィードフォワード制御部１０２がこの補償軌道Ｓ２を取り入れたフィードフォワード制御を行う際に、急激な加速のショックを生じさせず滑らかな制御を実現することが可能である。なお、躍度が連続となるためには、補償軌道Ｓ２を表す関数の次数は４次以上であればよい。

また、このような制御モデルのズレの補償（軌道Ｓ１の誤差の補償）を行う上記所定の位置を複数設けた場合には、逐次、その時点の初期偏差ｅ_０に従って補償軌道Ｓ２を生成して、生成した補償軌道Ｓ２により軌道Ｓ１を補正していくようにすればよい。これにより、場所に応じた最適な制御モデルを用いてフィードフォワード制御を行ったのと同等の制御性を実現することができる。

変換部１０７は、補償軌道生成部１０６からの補償軌道Ｓ２を入力とし、この入力した補償軌道Ｓ２から式 Ｓ４（ｔ）＝ｅ_０−Ｓ２（ｔ） に従って軌道Ｓ４（ｔ）を作成する。軌道Ｓ４の例は図５に示すとおりである。軌道Ｓ４は加算部２０３へ出力され、プレートテーブル１９のＺ位置とこの軌道Ｓ４との差分がフィードバック制御部１０３に入力される。このとき、フィードバック制御部１０３は、後述するように、初期偏差ｅ_０に起因する誤差分に対してはフィードバック制御を行わないように機能するので、スイッチ１０５が切り換わった後に新たに発生する外乱Ｄに起因する誤差分に対してのみ、フィードバック制御が行われることとなる。

ここで、時刻ｔ＝０の直後では、軌道Ｓ４はほぼ初期偏差ｅ_０に等しい値であるため（図５参照）、加算部２０３へ入力されるプレートテーブル１９のＺ位置（ｅ_０）が大きく変化していないと仮定すると、加算部２０３への２つの入力は互いに相殺し合い、加算部２０３の出力は０あるいは非常に小さい値となる。したがって、フィードバック制御部１０３においてプレートテーブル１９のＺ位置が目標（軌道Ｓ４）にほぼ一致していると認識されることとなり、その結果、フィードバック制御の操作量が０あるいは微少量に抑えられる。これにより、上述したフィードフォワード制御において軌道Ｓ１を軌道Ｓ２で補正した際に、補正分として軌道Ｓ２を追加したこととのバランスをとって、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを協調させた制御が行われることとなる。仮に上記軌道Ｓ１の誤差をフィードバック制御で合わせ込もうとした場合、フィードバック制御のゲインや時定数等の特性に起因して制御対象３０１の応答に振動的な挙動が発生したり、オーバーシュート（いわゆる過補償）が発生したりするが、フィードバック制御の操作量を抑えることによって、そのような挙動を抑制でき、良好な制御性を実現することが可能である。

また、図５において、時間が経過して時刻ｔ＝ｔ１になると、補償軌道Ｓ２の値はｅ_１となり、フィードフォワード制御により初期偏差ｅ_０に対してｅ_１（｜ｅ_１｜＜｜ｅ_０｜）まで補正が進んでいることになる。よって、制御対象３０１のＺ位置はＺ＝｜ｅ_０｜−｜ｅ_１｜となって、この値が加算部２０３への一方の入力となる。また、このとき変換部１０７から出力される軌道Ｓ４は、Ｓ４＝｜ｅ_０｜−｜ｅ_１｜となっている。したがって、加算部２０３の２つの入力は相殺し合い、加算部２０３の出力は０あるいは非常に小さい値となるので、フィードバック制御の操作量が０あるいは微少量に抑えられる。これにより、上記（ｔ＝０の直後）と同様に、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを協調させた制御が行われることとなる。

更に時間が経過して時刻ｔ＝Ｔになると、フィードフォワード制御による初期偏差ｅ_０分の補正が完了して制御対象３０１のＺ位置は０あるいは非常に小さい値となる。また、このとき変換部１０７からの軌道Ｓ４は０となっている。したがって、加算部２０３の出力は０あるいは非常に小さい値となって、フィードバック制御の操作量が０あるいは微少量に抑えられる。これにより、上記と同様に、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを協調させた制御が行われることとなる。

このように、初期偏差ｅ_０に起因する誤差分に関しては、フィードバック制御が抑えられて、補償軌道Ｓ２が考慮された軌道Ｓ３に基づくフィードフォワード制御が行われる。したがって、フィードバック制御による振動や過補償の影響を抑制することができる。
一方、初期偏差ｅ_０に起因する誤差分の補正を行っている間（図５の時刻ｔ＝０以降）に新たな外乱Ｄが発生した場合には、加算部２０３からはこの外乱Ｄに相当する値が出力されることになるので、新たな外乱Ｄに対しては、フィードバック制御が有効に機能する。これにより、外乱Ｄに対する追従性を維持することが可能である。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

例えば、補償軌道Ｓ２として、図５や図６に例示した以外のものを適用してもよい。上述したように、躍度が連続値であれば滑らかな制御が可能であるが、躍度が連続値となる関数は次数ｎが４以上のｎ次関数に限られないので、そのような他の関数で表される補償軌道Ｓ２を用いることができる。また、滑らかな制御性は多少失われるが、１次〜３次関数や、ステップ的に変化する関数等で表される補償軌道Ｓ２を用いた場合でも、軌道Ｓ１を全く補正しない場合と比べれば、制御モデルのズレを補償する一定の効果は得ることができる。
また、軌道Ｓ４も図５に例示したものに限られない。例えば、図５では軌道Ｓ４は補償軌道Ｓ２を上下反転した形となっているが、補償軌道Ｓ２を６次関数とし、軌道Ｓ４を４次関数とするような変形も可能である。
また、図５では補償軌道Ｓ２の最終値（ｔ＝Ｔでの値）と軌道Ｓ２の初期値（ｔ＝０での値）を初期偏差ｅ_０と同じ値としたが、これらの値を、例えば初期偏差ｅ_０の８０％の値のように変更してもよい。この場合は制御モデルのズレを完全には補償できないが、軌道Ｓ１を全く補正しない場合と比べれば、制御モデルのズレを補償する一定の効果は得ることができる。

本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る露光装置の一部の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る露光装置の一部の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 補償軌道Ｓ２及び軌道Ｓ４の例を示す図である。

符号の説明

１１…制御装置 １６…リニアモータ（第１アクチュエータ） ２０…Ｙ駆動機構（第１アクチュエータ） １９…プレートテーブル ５０…レベリングユニット（第２アクチュエータ） １０１…軌道生成部 １０２…フィードフォワード制御部 １０３…フィードバック制御部 １０４…制御部 １０５…初期偏差入力スイッチ １０６…補償軌道生成部 １０７…変換部 ３０１…制御対象（プレートテーブル）

Claims (8)

1. 第１アクチュエータによりステージを第１方向に駆動し、第２アクチュエータにより該ステージを前記第１方向とは異なる第２方向に駆動するステージ装置であって、
   前記第１アクチュエータの駆動力を受けて前記第２方向への前記ステージの動きに生じる外乱を補償するように、前記第２アクチュエータの駆動力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と、
   位置検出手段により検出された前記ステージの前記第２方向における位置に基づいて前記第２アクチュエータの駆動力をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
   前記位置検出手段により所定タイミングで検出された前記ステージの前記第２方向における位置と所定位置との誤差を、前記タイミングからの時間経過に応じて前記フィードフォワード制御手段による操作量を変更することによって補正するとともに、前記フィードバック制御手段への外部入力を、前記フィードフォワード制御手段による操作量を変更したことに応じて変更する制御手段と、
   を備えるステージ装置。
2. 前記制御手段は、前記所定タイミング後の所定期間において、前記フィードフォワード制御手段による操作量を徐々に変化させて補正を行う請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記制御手段は、前記ステージの前記第２方向における位置を前記誤差の量だけ変化させるための軌道を、時間のｎ（≧４）次関数の軌道として生成し、該生成した軌道に従って前記フィードフォワード制御手段による操作量を補正する請求項１又は請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記第２アクチュエータの駆動力を、前記ステージが前記第２方向の所定位置に保持されるように制御する請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載のステージ装置。
5. 前記第２アクチュエータは複数設けられ、
   前記ステージが前記第２方向に対して所定の角度を保持するように前記複数の第２アクチュエータの駆動力を制御する請求項１から請求項４のいずれか１の項に記載のステージ装置。
6. 前記フィードフォワード制御手段は完全追従制御を行う請求項１から請求項５のいずれか１の項に記載のステージ装置。
7. 露光対象の基板を保持するステージを駆動するステージ装置として請求項１から請求項６のいずれか１の項に記載のステージ装置を備えた露光装置。
8. 第１アクチュエータによりステージを第１方向に駆動し、第２アクチュエータにより該ステージを前記第１方向とは異なる第２方向に駆動するステージ制御方法であって、
   前記第１アクチュエータの駆動力を受けて前記第２方向への前記ステージの動きに生じる外乱を補償するように、前記第２アクチュエータの駆動力をフィードフォワード制御し、
   位置検出手段により検出された前記ステージの前記第２方向における位置に基づいて前記第２アクチュエータの駆動力をフィードバック制御し、
   前記位置検出手段により所定タイミングで検出された前記ステージの前記第２方向における位置と所定位置との誤差を、前記タイミングからの時間経過に応じて前記フィードフォワード制御による操作量を変更することによって補正するとともに、前記フィードバック制御への外部入力を、前記フィードフォワード制御による操作量を変更したことに応じて変更する、
   ステージ制御方法。

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