JPH07249564A - Stage device - Google Patents
Stage deviceInfo
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- JPH07249564A JPH07249564A JP4225194A JP4225194A JPH07249564A JP H07249564 A JPH07249564 A JP H07249564A JP 4225194 A JP4225194 A JP 4225194A JP 4225194 A JP4225194 A JP 4225194A JP H07249564 A JPH07249564 A JP H07249564A
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- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子、若
しくは液晶表示素子等を製造する際に使用される露光装
置のＸＹステージ、又は精密工作機械の位置決め用ステ
ージ等に適用して好適なステージ装置に関し、特に所謂
ＬＱ制御又はＬＱＩ制御等のデジタル状態フィードバッ
ク方式のサーボ系を用いたステージ装置に好適なもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is suitable for application to, for example, an XY stage of an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device, or a positioning stage of a precision machine tool. The present invention is particularly suitable for a stage device using a digital state feedback type servo system such as so-called LQ control or LQI control.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、レチクル（又はフォトマスク
等）のパターンを感光材が塗布されたウエハ（又はガラ
スプレート等）上に転写するため露光装置として、ウエ
ハの各ショット領域を順次投影光学系の露光フィールド
内に移動させて、各ショット領域に順次レチクルのパタ
ーンを露光するステップ・アンド・リピート方式の縮小
投影型露光装置（ステッパー）が多用されている。斯か
るステッパ等の露光装置では、ウエハを高速且つ正確に
位置決めする必要があるため、目標位置とレーザ干渉計
で計測した座標値とを比較してサーボ系により動作を制
御するＸＹステージが使用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as an exposure device for transferring a pattern of a reticle (or a photomask or the like) onto a wafer (or a glass plate or the like) coated with a photosensitive material, each shot area of the wafer is sequentially projected into an optical system. A step-and-repeat reduction projection type exposure apparatus (stepper) that moves a reticle pattern to each shot area sequentially by moving the exposure field is frequently used. In such an exposure apparatus such as a stepper, since it is necessary to position the wafer accurately at high speed, an XY stage that controls the operation by a servo system by comparing the target position with the coordinate value measured by the laser interferometer is used. ing.
【０００３】斯かるサーボ系として最近では、例えば
「高橋安人：ディジタル制御，pp97〜120 （岩波書店，
1985）」に開示されているように、ＬＱ制御(Linear qu
adratic optimal control)、又はＬＱ制御に積分制御
（Ｉ）を加えたＬＱＩ制御等のデジタル状態フィードバ
ック方式のサーボ系が使用されている。例えばＸＹステ
ージの動作をそのようなデジタル状態フィードバック方
式のサーボ系で制御する場合には、従来は先ずＸＹステ
ージの位置決め範囲内の例えば中心で、ＸＹステージの
駆動系に供給する制御量（ここでは駆動速度を示す量）
とそのＸＹステージからの出力量（ここではレーザ干渉
計で計測された座標値）との関係を示す伝達関数を実測
していた。そして、このように実測で得られた伝達関数
を、ＸＹステージの状態方程式の代表モデルとして記憶
していた。Recently, as such a servo system, for example, "Yasuto Takahashi: Digital control, pp97-120 (Iwanami Shoten,
1985) ”, LQ control (Linear qu
A servo system of a digital state feedback system such as adratic optimal control) or LQI control in which integral control (I) is added to LQ control is used. For example, in the case of controlling the operation of the XY stage by such a digital state feedback type servo system, conventionally, the control amount supplied to the drive system of the XY stage (here, at the center, for example, within the positioning range of the XY stage). Amount that indicates the driving speed)
And the transfer function showing the relationship between the output amount from the XY stage (here, the coordinate value measured by the laser interferometer) was actually measured. Then, the transfer function thus obtained by the actual measurement is stored as a representative model of the state equation of the XY stage.
【０００４】具体的に従来は、図６に示すように、ＸＹ
ステージ上の位置決め範囲（レーザ干渉計の計測値が変
化する範囲）１のＸ方向の移動ストロークをＬＸ、Ｙ方
向の移動ストロークをＬＹとして、従来は位置決め範囲
１内のほぼ中央、即ち座標（ＬＸ／２，ＬＹ／２）の点
にＸＹステージを位置させた後、その座標を囲む部分領
域２内でＸＹステージを駆動して、その伝達関数を測定
していた。その部分領域２内での計測結果から求められ
る伝達関数Ｈ（ｓ）は、所定の係数ａ0 〜ａn及びｂ0
〜ｂn を用いて次のように表される。Specifically, in the conventional art, as shown in FIG.
Assuming that the moving stroke in the X direction of the positioning range (the range in which the measurement value of the laser interferometer changes) 1 on the stage is LX and the moving stroke in the Y direction is LY, the center of the positioning range 1, that is, the coordinate (LX After positioning the XY stage at the point of (/ 2, LY / 2), the XY stage was driven in the partial area 2 surrounding the coordinates, and the transfer function thereof was measured. The transfer function H (s) obtained from the measurement result in the partial region 2 has predetermined coefficients a 0 to a n and b 0.
It is expressed as follows using ~ b n .
【０００５】[0005]
【数１】Ｈ（ｓ）＝（ｂn ｓn-1 ＋ｂn-1 ｓn-2 ＋…＋
ｂ0)／（ａn ｓn＋ａn-1 ｓn-1 ＋…＋ａ0) 図７は、（数１）の伝達関数をＸＹステージの状態方程
式の代表モデルとして、その特性を考慮した従来方式の
制御装置の機能ブロック図であり、この図７はＸ軸のみ
の制御系を表している。図７において、減算手段３の加
算側入力部に目標位置ｘｓが供給され、減算側入力部に
はＸステージシステム６のレーザ干渉計により計測され
た実際のステージのＸ座標ｘ（ｋ）が供給されている。
以下ではデジタル制御を行っているため、時点ｔk にお
けるＸ座標をｘ（ｋ）で表している。## EQU1 ## H (s) = (b n s n-1 + b n-1 s n-2 + ... +
b 0 ) / (a n s n + a n -1 s n -1 + ... + a 0 ). FIG. 7 shows the transfer function of (Equation 1) as a representative model of the state equation of the XY stage, and its characteristic FIG. 7 is a functional block diagram of a control device of the system, and FIG. 7 shows a control system only for the X axis. In FIG. 7, the target position xs is supplied to the addition side input section of the subtraction means 3, and the actual stage X coordinate x (k) measured by the laser interferometer of the X stage system 6 is supplied to the subtraction side input section. Has been done.
In the following, since digital control is performed, the X coordinate at time t k is represented by x (k).
【０００６】減算手段２８から出力される目標位置から
の偏差（ｘｓ−ｘ（ｋ））が、デジタル方式の積分器４
に供給され、積分器４では、その偏差を積分し、積分結
果から時点ｔk における制御量ｕ２（ｋ）を求める。積
分器４における積分動作により、計測された座標ｘ
（ｋ）と目標位置ｘｓとの定常偏差がキャンセルされ
る。制御量ｕ２（ｋ）とは、ここではその偏差を０にす
るために駆動モータに供給される駆動速度に対応するも
のである。制御量ｕ２（ｋ）は、減算手段５の加算側入
力部に供給され、減算手段５の減算側入力部にはゲイン
乗算器８から状態量ｕ１（ｋ）が供給され、減算手段５
により求められた制御量ｕ（ｋ）（＝ｕ２（ｋ）−ｕ１
（ｋ））がＸステージシステム６内の駆動系、及びＸス
テージの状態観測器（オブザーバ）７に供給されてい
る。The deviation (xs-x (k)) from the target position output from the subtraction means 28 is the digital integrator 4
The deviation is integrated in the integrator 4, and the control amount u2 (k) at the time t k is obtained from the integration result. The coordinate x measured by the integration operation in the integrator 4
The steady deviation between (k) and the target position xs is canceled. The control amount u2 (k) here corresponds to the drive speed supplied to the drive motor in order to make the deviation zero. The control quantity u2 (k) is supplied to the addition side input section of the subtraction means 5, and the state quantity u1 (k) is supplied from the gain multiplier 8 to the subtraction side input section of the subtraction means 5, and the subtraction means 5 is supplied.
The control amount u (k) (= u2 (k) -u1
(K)) is supplied to the drive system in the X stage system 6 and the state observer 7 of the X stage.
【０００７】状態観測器７には、Ｘステージシステム６
内のレーザ干渉計により計測された座標ｘ（ｋ）も供給
されている。状態観測器７内には、（数１）の伝達関数
で表されるＸＹステージの状態方程式が代表モデルとし
て記憶され、状態観測器７は、実際のＸステージシステ
ム６とソフトウェア上で全く同じ動作をする。状態観測
器７では、その代表モデルに基づいてＸステージシステ
ム６内の状態量（特定の部材の変位、又は特定の部材の
状態の変化量等）の集合である状態ベクトル〈χ
（ｋ）〉を推定し、この推定した状態ベクトル〈χ
（ｋ）〉をゲイン乗算器８に供給する。ゲイン乗算器８
では、供給された状態ベクトル〈χ（ｋ）〉と、上述の
代表モデルに対応する制御則に応じて定まるゲインベク
トル〈Ｇ〉との内積演算により制御量ｕ１（ｋ）を求
め、この制御量ｕ１（ｋ）を減算手段５に供給する。The state observer 7 includes an X stage system 6
The coordinates x (k) measured by the laser interferometer inside are also supplied. The state equation of the XY stage represented by the transfer function of (Equation 1) is stored as a representative model in the state observer 7, and the state observer 7 operates exactly the same as the actual X stage system 6 on software. do. In the state observer 7, based on the representative model, a state vector <χ which is a set of state quantities (displacement of a specific member, change in state of a specific member, etc.) in the X stage system 6
(K)> is estimated, and the estimated state vector <χ
(K)> is supplied to the gain multiplier 8. Gain multiplier 8
Then, the control amount u1 (k) is obtained by the inner product calculation of the supplied state vector <χ (k)> and the gain vector <G> determined according to the control law corresponding to the above-mentioned representative model. u1 (k) is supplied to the subtracting means 5.
【０００８】即ち、従来例では、目標位置ｘｓと計測さ
れた座標ｘ（ｋ）との間に定常偏差が生じないように、
積分器４が設けられ、更に、状態観測器７から出力され
る状態ベクトルをあたかもＸステージシステム６から出
力された状態ベクトルとして扱い、その状態ベクトル
と、ゲイン乗算器８内の制御則（ゲインベクトル）とか
ら制御量ｕ１（ｋ）を決定している。そして、最終的に
積分器４から出力される制御量ｕ２（ｋ）と、ゲイン乗
算器８から出力される制御量ｕ１（ｋ）との差分により
Ｘステージシステム６が駆動されていた。That is, in the conventional example, a steady deviation does not occur between the target position xs and the measured coordinate x (k),
An integrator 4 is provided, and the state vector output from the state observer 7 is treated as if it were the state vector output from the X stage system 6, and the state vector and the control law (gain vector in the gain multiplier 8) ) And the control amount u1 (k) are determined. Then, the X stage system 6 is driven by the difference between the control amount u2 (k) finally output from the integrator 4 and the control amount u1 (k) output from the gain multiplier 8.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
ＸＹステージでは、ＸＹステージの状態方程式のモデル
（代表モデル）を測定した領域、つまり、Ｘ軸及びＹ軸
の中央部においては、駆動機構に過度の負荷をかけるこ
となく、且つ高速に位置決めを実行できる。しかしなが
ら、位置決めの目標位置が、その代表モデルを測定した
中央部から離れれば離れる程、実物のＸＹステージの特
性が代表モデルの特性から外れ、制御性能が劣化し、結
果として位置決め精度が悪化するという不都合があっ
た。As described above, in the conventional XY stage, driving is performed in the region where the model (representative model) of the state equation of the XY stage is measured, that is, in the central portion of the X axis and the Y axis. Positioning can be performed at high speed without applying an excessive load to the mechanism. However, as the target position for positioning becomes farther from the central portion where the representative model is measured, the characteristics of the actual XY stage deviate from the characteristics of the representative model, the control performance deteriorates, and the positioning accuracy deteriorates as a result. There was an inconvenience.
【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、移動ストローク
の全範囲で所望の制御特性（例えば負荷特性、又は速度
特性等）で位置決め動作を制御でき、結果として位置決
め精度を向上できるステージ装置を提供することを目的
とする。In view of the above point, the present invention provides a stage apparatus capable of controlling the positioning operation with desired control characteristics (for example, load characteristics, speed characteristics, etc.) in the entire range of the movement stroke, and consequently improving the positioning accuracy. The purpose is to do.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明による第１のステ
ージ装置は、位置決め対象物が載置される移動ステージ
（１７）と、この移動ステージを移動方向（Ｘ方向）に
駆動する駆動手段（１９）と、その移動方向の移動ステ
ージ（１７）の位置を計測する位置計測手段（２６）と
を有し、この位置計測手段により計測された位置に基づ
いて駆動手段（１９）を介して移動ステージ（１７）を
駆動するステージ装置において、その移動方向の移動ス
テージ（１７）の位置決め範囲（１）を分割して得られ
た複数の区間（ＢＡ）にそれぞれ対応させて、駆動手段
（１９）を介して移動ステージ（１７）を駆動する際の
複数の状態方程式のモデルを記憶した記憶手段（４０）
を有する。A first stage device according to the present invention comprises a moving stage (17) on which an object to be positioned is placed, and a driving means (a driving means for driving the moving stage in the moving direction (X direction)). 19) and position measuring means (26) for measuring the position of the moving stage (17) in the moving direction thereof, and moves via the driving means (19) based on the position measured by this position measuring means. In the stage device for driving the stage (17), the drive means (19) is associated with each of a plurality of sections (BA) obtained by dividing the positioning range (1) of the moving stage (17) in the moving direction. Storage means (40) storing models of a plurality of state equations when driving the moving stage (17) via
Have.
【００１２】更に本発明は、移動ステージ（１７）の移
動方向の目標位置を入力する目標位置入力手段（２９）
と、記憶手段（４０）に記憶されたそれら複数の状態方
程式のモデルから１つの状態方程式のモデルを読み出す
モデル選択手段（３０）と、目標位置入力手段（２９）
より入力された目標位置と位置計測手段（２６）により
計測された位置との差分から、モデル選択手段（３９）
により選択された状態方程式のモデルに応じて定められ
る補正量を減じて駆動手段（１９）の制御量を求め、こ
のように求めた制御量を駆動手段（１９）に供給する制
御量算出手段（２８，３６〜３８）と、を有するもので
ある。Further, according to the present invention, target position input means (29) for inputting a target position in the moving direction of the moving stage (17).
A model selection means (30) for reading out one state equation model from the plurality of state equation models stored in the storage means (40); and a target position input means (29).
From the difference between the target position input by the above and the position measured by the position measuring means (26), the model selecting means (39)
The control amount of the drive means (19) is obtained by subtracting the correction amount determined according to the model of the state equation selected by the control amount calculation means (the control amount calculation means for supplying the control amount thus obtained to the drive means (19) ( 28, 36-38).
【００１３】この場合、制御量算出手段（２８，３６〜
３８）は、目標位置入力手段（２９）より入力された目
標位置と位置計測手段（２６）により計測された位置と
の差分から、モデル選択手段（３９）により選択された
状態方程式のモデルの状態量に所定のゲインを乗じて得
られる補正量を減じて駆動手段（１９）の制御量を求め
ることが望ましい。In this case, the control amount calculating means (28, 36-
38) is the state of the model of the state equation selected by the model selecting means (39) from the difference between the target position input by the target position inputting means (29) and the position measured by the position measuring means (26). It is desirable to obtain the control amount of the drive means (19) by subtracting the correction amount obtained by multiplying the amount by a predetermined gain.
【００１４】また、モデル選択手段（３９）は、それら
複数の状態方程式のモデルから、移動ステージ（１７）
の位置決め範囲（１）を分割して得られた複数の区間
（ＢＡ）中で目標位置入力手段（２９）より入力された
目標位置の属する区間（ＢＡij）に対応する状態方程式
のモデルを読み出すことが望ましい。また、本発明によ
る第２のステージ装置は、その第１のステージ装置にお
いて、その駆動手段を移動ステージ（１７）に設けられ
たナット（２１）とこのナットに螺合された送りねじ
（２０）とを備え、この送りねじを回転させて移動ステ
ージ（１７）を移動方向に駆動する送りねじ方式の駆動
手段（１９，２０，２１）より構成し、その記憶手段
（４５）では、その駆動手段の送りねじ（２０）の１回
転の回転角度を分割して得られた複数の角度区間（θ１
〜θ６）にそれぞれ対応させて、その駆動手段を介して
移動ステージ（１７）を駆動する際の複数の状態方程式
のモデルを記憶するようにしたものである。The model selection means (39) selects a moving stage (17) from the models of the plurality of state equations.
The model of the state equation corresponding to the section (BA ij ) to which the target position input by the target position inputting means (29) belongs is read out from a plurality of sections (BA) obtained by dividing the positioning range (1). Is desirable. The second stage device according to the present invention is the same as the first stage device, except that the driving means is provided with a nut (21) provided on the moving stage (17) and a feed screw (20) screwed to the nut. And a drive means (19, 20, 21) of a feed screw type for rotating the feed screw to drive the moving stage (17) in the moving direction, and the storage means (45) includes the drive means. Of the lead screw (20) of one rotation is divided into a plurality of angular intervals (θ1
.About..theta.6), the models of a plurality of state equations when driving the moving stage (17) via the driving means are stored.
【００１５】この第２のステージ装置においても、制御
量算出手段（２８，３６〜３８）は、目標位置入力手段
（２９）より入力された目標位置と位置計測手段（２
６）により計測された位置との差分から、モデル選択手
段（４４）により選択された状態方程式のモデルの状態
量に所定のゲインを乗じて得られる補正量を減じてその
駆動手段（１９，２０，２１）の制御量を求めることが
望ましい。Also in this second stage apparatus, the control amount calculating means (28, 36 to 38) has the target position and the position measuring means (2) input from the target position inputting means (29).
6) The correction amount obtained by multiplying the state quantity of the model of the state equation selected by the model selecting means (44) by a predetermined gain is subtracted from the difference from the position measured by the driving means (19, 20). , 21) is preferably obtained.
【００１６】[0016]
【作用】斯かる本発明の第１のステージ装置によれば、
移動ステージ（ＸＹステージ中のＸステージ等）の位置
決め範囲（１）を複数の区間（ブロック）に分け、移動
ステージ（１７）の状態方程式（伝達特性）をそれら各
区間毎に数値モデル化して記憶手段（４０）に記憶させ
ることにより、移動ステージの場所毎に微妙に異なる伝
達特性を詳細に捉える。制御技術の分野で古典制御と称
される技術（ＰＩＤ制御等）を応用する際には、このよ
うな詳細モデルはあまり有効ではない。しかし、ＬＱ制
御やＬＱＩ制御のように現代制御を応用したデジタル状
態フィードバック制御を用いる場合は、そのような詳細
モデルが効果的である。According to the first stage device of the present invention,
The positioning range (1) of the moving stage (X stage in the XY stage) is divided into a plurality of sections (blocks), and the state equation (transfer characteristic) of the moving stage (17) is numerically modeled and stored for each section. By storing in the means (40), the transfer characteristics that are slightly different for each location of the moving stage are captured in detail. Such a detailed model is not very effective when applying a technique called classical control (PID control or the like) in the field of control technology. However, such a detailed model is effective when using digital state feedback control to which modern control is applied, such as LQ control and LQI control.
【００１７】即ち、デジタル状態フィードバック制御を
用いる際に、移動方向（Ｘ方向）の全範囲を１つの数値
モデルでカバーすると、実際の移動ステージの状態と数
値モデルの状態との誤差が大きくなる領域では、制御量
算出手段における制御ゲインを意図したほど上げられ
ず、精度劣化を引き起こす。それに対して、本発明のよ
うに位置決め範囲（１）を複数の区間に分け、各区間毎
の数値モデルを持つことで、実際の移動ステージの状態
と数値モデルの状態との誤差を小さくすることが可能と
なった。このため、所望の制御特性（例えば負荷特性、
又は速度特性等）で位置決め動作を制御でき、結果とし
て位置決め精度が向上する。That is, when the digital state feedback control is used, if the entire range in the moving direction (X direction) is covered by one numerical model, the error between the actual state of the moving stage and the state of the numerical model becomes large. Then, the control gain in the control amount calculation means cannot be increased as intended, causing deterioration in accuracy. On the other hand, as in the present invention, the positioning range (1) is divided into a plurality of sections and a numerical model is provided for each section to reduce the error between the actual state of the moving stage and the state of the numerical model. Became possible. Therefore, the desired control characteristics (eg load characteristics,
Alternatively, the positioning operation can be controlled by the speed characteristics, etc., and as a result, the positioning accuracy is improved.
【００１８】また、制御量算出手段（２８，３６〜３
８）が、目標位置入力手段（２９）より入力された目標
位置と位置計測手段（２６）により計測された位置との
差分から、モデル選択手段（３９）により選択された状
態方程式のモデルの状態量に所定のゲインを乗じて得ら
れる補正量を減じて駆動手段（１９）の制御量を求める
場合、各区間毎の数値モデルを持つことにより、従来の
１つの代表モデルで制御をする方式よりも高いゲインを
設定でき、位置決めに要する時間を短縮し、且つ位置決
め精度を向上させることができる。Further, control amount calculation means (28, 36 to 3)
8) is the state of the model of the state equation selected by the model selecting means (39) from the difference between the target position input by the target position inputting means (29) and the position measured by the position measuring means (26). When the control amount of the driving means (19) is obtained by subtracting the correction amount obtained by multiplying the amount by a predetermined gain, by having a numerical model for each section, the conventional one representative model is used for control. A high gain can be set, the time required for positioning can be shortened, and the positioning accuracy can be improved.
【００１９】更に、例えば本発明をステッパー等の露光
装置のＸＹステージに適用した場合、移動ステージ（１
７）は通常ステッピング動作により、一連の位置決め点
に順次移動する。そこで、このような場合には、モデル
選択手段（３９）により、順次移動ステージ（１７）の
目標位置が属する区間に対応する数値モデル（状態方程
式のモデル）を読み出す。これにより、一連の位置決め
がそれぞれ高精度に行われる。Further, when the present invention is applied to an XY stage of an exposure apparatus such as a stepper, the moving stage (1
In 7), a normal stepping operation is performed to sequentially move to a series of positioning points. Therefore, in such a case, the model selecting means (39) reads out the numerical model (state equation model) corresponding to the section to which the target position of the moving stage (17) belongs in order. Thereby, a series of positioning is performed with high accuracy.
【００２０】次に、本発明の第２のステージ装置では、
送りねじ方式で移動ステージ（１７）が駆動される。一
般に送りねじ方式では、送りねじ（２０）の製造誤差又
は取り付け時の偏心等により、送りねじ（２０）の回転
角によってステージ装置（１７）の伝達関数等の状態方
程式のモデルが異なったものになる。そこで、送りねじ
（２０）の１回転を複数の角度区間に分割し、各角度区
間毎に移動ステージ（１７）の状態方程式を数値モデル
化して記憶手段（４５）に記憶させる。これにより、デ
ジタル状態フィードバック方式で制御を行う場合に、実
際の移動ステージの状態と数値モデルの状態との誤差を
小さくでき、結果として位置決め精度が向上する。Next, in the second stage device of the present invention,
The moving stage (17) is driven by a feed screw method. Generally, in the feed screw method, the model of the state equation such as the transfer function of the stage device (17) varies depending on the rotation angle of the feed screw (20) due to manufacturing error of the feed screw (20) or eccentricity at the time of mounting. Become. Therefore, one rotation of the feed screw (20) is divided into a plurality of angular sections, and the state equation of the moving stage (17) is numerically modeled for each angular section and stored in the storage means (45). This makes it possible to reduce an error between the actual state of the moving stage and the state of the numerical model when performing control by the digital state feedback method, and as a result, the positioning accuracy is improved.
【００２１】また、例えば露光装置のＸＹステージに適
用した場合には、移動ステージ（１７）が目標位置に設
定されたときの送りねじ（２０）の回転角が属する角度
区間に対応する数値モデルを読み出す。これにより、一
連の位置決めがそれぞれ高精度に行われる。更に、この
場合でも、制御量算出手段（２８，３６〜３８）が、目
標位置入力手段（２９）より入力された目標位置と位置
計測手段（２６）により計測された位置との差分から、
モデル選択手段（４４）により選択された状態方程式の
モデルの状態量に所定のゲインを乗じて得られる補正量
を減じて駆動手段（１９，２０，２１）の制御量を求め
る場合、各区間毎の数値モデルを持つことにより、従来
の１つの代表モデルで制御をする方式よりも高いゲイン
を設定でき、位置決めに要する時間を短縮し、且つ位置
決め精度を向上させることができる。When applied to an XY stage of an exposure apparatus, for example, a numerical model corresponding to the angular section to which the rotation angle of the feed screw (20) when the moving stage (17) is set at the target position belongs. read out. Thereby, a series of positioning is performed with high accuracy. Further, in this case as well, the control amount calculation means (28, 36 to 38) calculates from the difference between the target position input by the target position input means (29) and the position measured by the position measuring means (26),
When the control amount of the drive means (19, 20, 21) is obtained by subtracting the correction amount obtained by multiplying the state quantity of the model of the state equation selected by the model selection means (44) by a predetermined gain, for each section By having the numerical model of 1, it is possible to set a gain higher than that of the conventional method of controlling with one representative model, reduce the time required for positioning, and improve the positioning accuracy.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、本発明によるステージ装置の第１実施
例につき図１〜図４を参照して説明する。本実施例は、
ステップ・アンド・リピート方式でウエハを位置決めし
て露光を行うステッパー方式の投影露光装置のＸＹステ
ージに本発明を適用したものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a stage device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In this example,
The present invention is applied to an XY stage of a stepper type projection exposure apparatus that positions and exposes a wafer by a step and repeat method.
【００２３】図１は本実施例の投影露光装置を示し、こ
の図１において、露光時には照明光学系１１からの露光
光ＩＬが、レチクル１２のパターン領域を照明する。レ
チクル１２はレチクルホルダ１３上に保持され、露光光
ＩＬのもとで、レチクル１２のパターンが、投影光学系
１４を介してウエハ１５上の各ショット領域に投影露光
される。投影光学系１４の光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ
軸に垂直な面内で図１の紙面に平行にＸ軸を取り、図１
の紙面に垂直にＹ軸を取る。FIG. 1 shows a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, exposure light IL from an illumination optical system 11 illuminates a pattern area of a reticle 12 during exposure. The reticle 12 is held on the reticle holder 13, and under the exposure light IL, the pattern of the reticle 12 is projected and exposed on each shot area on the wafer 15 via the projection optical system 14. The Z axis is taken parallel to the optical axis of the projection optical system 14, and Z
Taking the X axis parallel to the plane of FIG. 1 in the plane perpendicular to the axis,
Take the Y-axis perpendicular to the plane of the paper.
【００２４】ウエハ１５は、Ｙステージ１６、及びＸス
テージ１７を介してベース１８上に載置され、Ｘステー
ジ１７はベース１８に対して駆動モータ１９及び送りね
じ２０を介してＸ方向に駆動され、Ｙステージ１６はＸ
ステージ１７に対して不図示の駆動モータ及び送りねじ
によりＹ方向に駆動される。図２は、Ｘステージ１７と
送りねじ２０との係合関係を示し、この図２に示すよう
に、Ｘステージ１７の底面側に主ナット２１が固定さ
れ、主ナット２１にＸ軸方向に伸びた送りねじ２０が螺
合している。また、主ナット２１に対してばね等の弾性
部材２４を介して副ナット２２が結合され、この副ナッ
ト２２に対しても送りねじ２０が螺合している。送りね
じ２０としてはボールねじ等が使用でき、図１の駆動モ
ータ１９を介して送りねじ２０を所定方向又はこれと逆
の方向に回転させることにより、主ナット２１を介して
Ｘステージ１７が＋Ｘ方向又は−Ｘ方向に移動する。The wafer 15 is placed on a base 18 via a Y stage 16 and an X stage 17, and the X stage 17 is driven in the X direction with respect to the base 18 via a drive motor 19 and a feed screw 20. , Y stage 16 is X
The stage 17 is driven in the Y direction by a drive motor and a feed screw (not shown). FIG. 2 shows the engagement relationship between the X stage 17 and the feed screw 20. As shown in FIG. 2, the main nut 21 is fixed to the bottom surface side of the X stage 17, and the main nut 21 extends in the X axis direction. The feed screw 20 is screwed. Further, the sub nut 22 is coupled to the main nut 21 via an elastic member 24 such as a spring, and the feed screw 20 is also screwed to the sub nut 22. A ball screw or the like can be used as the feed screw 20, and by rotating the feed screw 20 in a predetermined direction or in the opposite direction via the drive motor 19 of FIG. Direction or −X direction.
【００２５】図１に戻り、駆動モータ１９には回転速度
に応じた信号を出力するタコジェネレータ２３が設けら
れている。また、Ｙステージ１６上にＸ軸用の移動鏡２
５、及び不図示のＹ軸用の移動鏡が固定され、移動鏡２
５、及び外部に設置されたＸ軸用のレーザ干渉計（以
下、「Ｘ軸干渉計」という）２６によりＸステージ１７
の時点ｔk におけるＸ座標ｘ（ｋ）が計測され、不図示
のＹ軸干渉計によりＹステージ１６のＹ座標が計測さ
れ、計測されたＸ座標ｘ（ｋ）及びＹ座標は、主制御系
２７に供給される。Returning to FIG. 1, the drive motor 19 is provided with a tacho generator 23 that outputs a signal according to the rotation speed. In addition, the moving mirror 2 for the X axis is mounted on the Y stage 16.
5 and a Y-axis moving mirror (not shown) are fixed, and the moving mirror 2
5, and the X stage 17 by the laser interferometer 26 for the X axis (hereinafter referred to as “X axis interferometer”) 26 installed outside.
The X coordinate x (k) at time t k is measured, the Y coordinate of the Y stage 16 is measured by a Y axis interferometer (not shown), and the measured X coordinate x (k) and Y coordinate are the main control system. 27.
【００２６】そのＸステージ１７及びＹステージ１６よ
りＸＹステージが構成されているが、Ｙステージ１６の
駆動系はＸステージ１７の駆動系と同様に構成されてい
る。そこで、以下ではＸステージ１７の駆動系及び駆動
方法につき説明する。主制御系２７はコンピュータを含
んで構成され、主制御系２７は機能ブロック図で表わさ
れている。Ｘ軸干渉計２６で計測されたＸステージ１７
のＸ座標ｘ（ｋ）が、デジタルデータとして主制御系２
７内の減算手段２８の減算側入力部に供給され、主制御
系２７内ではデジタル処理が行われる。Although the X stage 17 and the Y stage 16 constitute an XY stage, the drive system of the Y stage 16 is constructed in the same manner as the drive system of the X stage 17. Therefore, the drive system and drive method of the X stage 17 will be described below. The main control system 27 is configured to include a computer, and the main control system 27 is represented by a functional block diagram. X stage 17 measured by X axis interferometer 26
X coordinate x (k) of the main control system 2 as digital data
7 is supplied to the subtraction side input section of the subtraction means 28, and digital processing is performed in the main control system 27.
【００２７】また、目標位置設定手段２９から減算手段
２８の加算側入力部に、Ｘステージ１７の目標位置ｘ
ｓ、即ちウエハ１５上のこれから露光するショット領域
をレチクル１２のパターンの投影位置（露光位置）に設
定するためのＸ座標が供給される。減算手段２８から出
力される目標位置ｘｓに対する偏差（ｘｓ−ｘ（ｋ））
が、積分手段３０に供給され、積分手段３０は、その偏
差の積分値に対応する制御量ｕ２（ｋ）を求め、この制
御量ｕ２（ｋ）を制御量演算部３１に供給する。制御量
ｕ２（ｋ）は、駆動モータ１９の駆動速度に対応する初
期の制御量である。制御量演算部３１には、目標位置ｘ
ｓの情報も供給され、制御量演算部３１が駆動モータ１
９の駆動速度に対応する最終的な制御量ｕ（ｋ）を算出
する。この制御量ｕ（ｋ）は、所定間隔のサンプリング
時間ｔ1,ｔ2,ｔ3,…毎に連続して算出される。Further, from the target position setting means 29 to the addition side input section of the subtraction means 28, the target position x of the X stage 17 is inputted.
s, that is, the X coordinate for setting the shot area to be exposed on the wafer 15 at the projection position (exposure position) of the pattern of the reticle 12 is supplied. Deviation (xs-x (k)) from the target position xs output from the subtraction means 28
Is supplied to the integrating means 30, and the integrating means 30 obtains the control amount u2 (k) corresponding to the integrated value of the deviation, and supplies this control amount u2 (k) to the control amount computing unit 31. The control amount u2 (k) is an initial control amount corresponding to the drive speed of the drive motor 19. The control amount calculation unit 31 displays the target position x
s information is also supplied, and the control amount calculation unit 31 causes the drive motor 1
The final control amount u (k) corresponding to the driving speed of 9 is calculated. The control amount u (k) is continuously calculated for each sampling time t 1 , t 2 , t 3 , ... At predetermined intervals.
【００２８】その制御量ｕ（ｋ）が、主制御系２７の外
部のデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３２を介して
アナログの速度信号ＡＵに変換されて、サーボ駆動回路
３３に供給される。サーボ駆動回路３３では、タコジェ
ネレータ２３からの回転速度信号ＭＵとその速度信号Ａ
Ｕとを比較し、その回転速度信号ＭＵがその速度信号Ａ
Ｕに合致するように駆動モータ１９に駆動信号ＳＵを供
給する。これにより、Ｘステージ１７が目標位置ｘｓに
向けて駆動される。次に、制御量演算部３１の詳細な構
成につき図３を参照して説明する。The control amount u (k) is converted into an analog speed signal AU via a digital / analog (D / A) converter 32 outside the main control system 27 and supplied to the servo drive circuit 33. It In the servo drive circuit 33, the rotation speed signal MU from the tacho generator 23 and its speed signal A
U and the rotation speed signal MU is compared with the speed signal A
The drive signal SU is supplied to the drive motor 19 so as to match U. As a result, the X stage 17 is driven toward the target position xs. Next, a detailed configuration of the control amount calculator 31 will be described with reference to FIG.
【００２９】図３は、図１の制御量演算部３１、及びこ
の周辺の制御系の構成を示し、この図３において、Ｘ軸
駆動系３４は、図１のＤ／Ａ変換器３２、サーボ駆動回
路３３、駆動モータ１９及びタコジェネレータ２３を含
む駆動系であり、このＸ軸駆動系３４及びＸ軸干渉計２
６よりＸステージシステム３５が構成されている。この
場合、積分手段３０からの制御量ｕ２（ｋ）が減算手段
３６の加算側入力部に供給され、減算手段３６の減算側
入力部にはゲイン乗算手段３７から状態量ｕ１ ij（ｋ）
が供給され、減算手段３６により求められた制御量ｕ
（ｋ）（＝ｕ２（ｋ）−ｕ１ij（ｋ））がＸステージシ
ステム３５内のＸ軸駆動系３４、及びＸステージ用の状
態観測手段３８（オブザーバ）３８に供給されている。FIG. 3 shows the control amount calculator 31 of FIG.
Fig. 3 shows the configuration of the control system around the X-axis.
The drive system 34 includes the D / A converter 32 and the servo drive circuit of FIG.
Includes path 33, drive motor 19 and tachogenerator 23.
The X-axis drive system 34 and the X-axis interferometer 2
6, an X stage system 35 is configured. this
In this case, the control amount u2 (k) from the integrating means 30 is the subtracting means.
Is supplied to the addition side input unit of the subtraction unit 36, and the subtraction side of the subtraction unit 36
The state quantity u1 is input from the gain multiplication means 37 to the input section. ij(K)
Is supplied and the control amount u obtained by the subtracting means 36
(K) (= u2 (k) -u1ij(K)) is X stage
A state for the X-axis drive system 34 in the stem 35 and the X stage
It is supplied to the state observation means 38 (observer) 38.
【００３０】状態観測手段３８には、Ｘ軸干渉計２６に
より計測された座標ｘ（ｋ）も供給されている。状態観
測手段３８内には、後述のモデルセレクタ３９により選
択されたブロックＢＡijでのＸステージシステム３５の
状態方程式の数値モデル、即ち（数１）で表される伝達
関数が記憶され、状態観測手段３８は、実際のＸステー
ジシステム３５とソフトウェア上で全く同じ動作をす
る。状態観測手段３８では、そのモデルに基づいてＸス
テージシステム３５内の状態量（特定の部材の変位、又
は特定の部材の状態の変化量等）の集合である状態ベク
トル〈χij（ｋ）〉を推定し、この推定した状態ベクト
ル〈χij（ｋ）〉をゲイン乗算手段３７に供給する。ゲ
イン乗算手段３７では、供給された状態ベクトル〈χij
（ｋ）〉と、上述のブロックＢＡijでのモデルに対応す
る制御則に応じて定まるゲインベクトル〈Ｇij〉との内
積演算により制御量ｕ１ij（ｋ）を求め、この制御量ｕ
１ij（ｋ）を減算手段３６に供給する。The state observing means 38 is also supplied with the coordinates x (k) measured by the X-axis interferometer 26. In the state observing means 38, a numerical model of the state equation of the X stage system 35 in the block BA ij selected by the model selector 39 described later, that is, the transfer function represented by (Equation 1) is stored, and the state observation is performed. The means 38 operates exactly in software as the actual X stage system 35. In the state observing means 38, a state vector <χ ij (k)> which is a set of state quantities (displacement of a specific member, a change amount of the state of a specific member, etc.) in the X stage system 35 based on the model. And the estimated state vector <χ ij (k)> is supplied to the gain multiplication means 37. In the gain multiplication means 37, the supplied state vector <χ ij
(K)> and the gain vector <G ij > determined according to the control law corresponding to the model in the above-mentioned block BA ij , the control amount u1 ij (k) is obtained, and this control amount u
1 ij (k) is supplied to the subtraction means 36.
【００３１】次に、本実施例では目標位置設定手段２９
から出力されるＸ座標の目標位置ｘＳ及びＹ座標の目標
位置ｙｓがモデルセレクタ３９に供給され、モデルセレ
クタ３９では供給された目標位置が属するブロックの番
号（ｉ，ｊ）をブロック別モデル記憶手段４０に供給す
る。このブロック別モデル記憶手段４０には、ブロック
番号別に、Ｘステージシステム３５の状態方程式の数値
モデル、及びその数値モデルに最適なゲインベクトルが
記憶され、ブロック別モデル記憶手段４０はモデルセレ
クタ３９に選択された状態方程式の数値モデル、及びそ
の数値モデルに最適なゲインベクトルを、それぞれモデ
ル変更手段４１及び制御則書換手段４２に供給する。モ
デル変更手段４１は、供給された状態方程式の数値モデ
ルで状態観測手段３８内の数値モデルを変更し、制御則
書換手段４２は供給されたゲインベクトルでゲイン乗算
手段３７内のゲインベクトルを書き換える。状態観測手
段３８、及びゲイン乗算手段３７ではそれぞれ変更及び
書き換えられた情報に基づいて動作する。Next, in this embodiment, the target position setting means 29
The target position xS of the X coordinate and the target position ys of the Y coordinate output from are supplied to the model selector 39. In the model selector 39, the block number (i, j) to which the supplied target position belongs is stored in the block-based model storage means. Supply to 40. The block model storage unit 40 stores, for each block number, a numerical model of the state equation of the X stage system 35 and a gain vector optimum for the numerical model. The block model storage unit 40 is selected by the model selector 39. The numerical model of the state equation and the gain vector optimum for the numerical model are supplied to the model changing means 41 and the control law rewriting means 42, respectively. The model changing unit 41 changes the numerical model in the state observing unit 38 with the supplied numerical model of the state equation, and the control law rewriting unit 42 rewrites the gain vector in the gain multiplying unit 37 with the supplied gain vector. The state observing means 38 and the gain multiplying means 37 operate based on the changed and rewritten information, respectively.
【００３２】更に、図３では不図示であるが、制御量演
算部３１と並行に、目標位置ｘｓと計測された座標ｘ
（ｋ）との偏差に基づいて、従来の古典的制御方式（例
えばＰＩＤ制御）でＸ軸駆動系３４の制御量ｕ（ｋ）を
求める演算部が設けられている。また、その制御量演算
部３１の制御量と古典的制御方式の演算部の制御量とを
切り換えてＸ軸駆動系３４に供給する切り替え手段も設
けられている。Although not shown in FIG. 3, the target position xs and the measured coordinate x are provided in parallel with the control amount calculator 31.
An arithmetic unit is provided for obtaining the control amount u (k) of the X-axis drive system 34 by the conventional classical control method (for example, PID control) based on the deviation from (k). Further, there is also provided switching means for switching the control amount of the control amount calculation unit 31 and the control amount of the calculation unit of the classical control system to supply the control amount to the X-axis drive system 34.
【００３３】次に、本実施例における位置決め動作の一
例につき説明する。先ず、図１のＸステージ１７及びＹ
ステージ１６により位置決め範囲、即ちＸ軸干渉計２６
の計測座標値、及びＹ軸干渉計（不図示）の計測座標値
が変化する範囲を、図４の位置決め範囲１とする。位置
決め範囲１は、Ｘ方向の移動ストロークがＬＸ、Ｙ方向
の移動ストロークがＬＹの領域である。Next, an example of the positioning operation in this embodiment will be described. First, the X stage 17 and the Y of FIG.
Positioning range by the stage 16, that is, the X-axis interferometer 26
The range in which the measurement coordinate value of 1 and the measurement coordinate value of the Y-axis interferometer (not shown) change is referred to as positioning range 1 in FIG. The positioning range 1 is an area in which the movement stroke in the X direction is LX and the movement stroke in the Y direction is LY.
【００３４】その位置決め範囲１をＸ方向にピッチΔ
Ｘ、Ｙ方向にピッチΔＹで縦横に多数のブロックＢ
Ａ11，ＢＡ12，…，ＢＡ21，…に分割する。ピッチΔＸ
及びΔＹは例えば１０ｍｍである。そして、各ブロック
ＢＡij（ｉ＝１，２，…；ｊ＝１，２，…）の中心でそ
れぞれ、図１のＸステージ１７及びＹステージ１６の伝
達関数を実際に測定する。具体的に、図３のＸ軸駆動系
３４に対してステップ的な制御量ｕ（ｋ）を供給し、こ
のときにＸ軸干渉計２６から出力される座標値の変化を
観測して伝達関数の数値モデルを求める。図４の各ブロ
ックＢＡij毎に求めた伝達関数をそれぞれＨij（ｓ）と
する。これら伝達関数Ｈij（ｓ）はそれぞれ（数１）で
係数ａ0 〜ａn 及びｂ0 〜ｂn の値に所定の値を代入し
た形式である。The positioning range 1 is pitched Δ in the X direction.
A large number of blocks B vertically and horizontally with a pitch ΔY in the X and Y directions.
A 11 , BA 12 , ..., BA 21 ,. Pitch ΔX
And ΔY are, for example, 10 mm. Then, the transfer functions of the X stage 17 and the Y stage 16 of FIG. 1 are actually measured at the centers of the blocks BA ij (i = 1, 2, ...; j = 1, 2, ...). Specifically, the stepwise control amount u (k) is supplied to the X-axis drive system 34 in FIG. 3, and at this time, the change in the coordinate value output from the X-axis interferometer 26 is observed to transfer function. Find the numerical model of. The transfer function obtained for each block BA ij in FIG. 4 is defined as H ij (s). Each of these transfer functions H ij (s) is in the form of substituting a predetermined value into the values of the coefficients a 0 to a n and b 0 to b n in (Equation 1).
【００３５】更に、各伝達関数Ｈij（ｓ）の数値モデル
からそれに対応する最適な制御則、即ち状態量に対する
最適なゲインベクトル〈Ｇij〉を、ＬＱ制御(Linear qu
adratic optimal control)方式で計算する。本実施例で
は、各ブロックＢＡij毎に最適なゲインベクトルを計算
すればよいため、ゲインベクトルの値を大きくできるよ
うになっている。このようにして求めた伝達関数Ｈ
ij（ｓ）の数値モデル、及びゲインベクトル〈Ｇij〉を
対にして、ブロック別モデル記憶手段４０のブロックＢ
Ａij用の記憶部に記憶させておく。Further, from the numerical model of each transfer function H ij (s), the optimum control law corresponding to it, that is, the optimum gain vector <G ij > for the state quantity, is subjected to LQ control (Linear qu).
Calculated by the adratic optimal control method. In this embodiment, the optimum gain vector has only to be calculated for each block BA ij , so that the value of the gain vector can be increased. Transfer function H obtained in this way
The numerical model of ij (s) and the gain vector <G ij > are paired, and the block B of the block-specific model storage unit 40 is used.
It is stored in the storage unit for A ij .
【００３６】次に、図４の（ｉ，ｊ）番目のブロックＢ
Ａij内の目標位置（ｘｓ，ｙｓ）にＸステージ１７及び
Ｙステージ１６の座標を位置決めするものとして、Ｘス
テージ１７を次のように駆動する。先ず、図３の目標位
置設定手段２９から目標位置ｘｓを減算手段２８に供給
し、並行して目標位置ｘｓ及びｙｓをモデルセレクタ３
９に供給する。Next, the (i, j) th block B in FIG.
Assuming that the coordinates of the X stage 17 and the Y stage 16 are positioned at the target position (xs, ys) in Aij , the X stage 17 is driven as follows. First, the target position xs is supplied from the target position setting means 29 of FIG. 3 to the subtracting means 28, and in parallel, the target positions xs and ys are obtained.
Supply to 9.
【００３７】そして、目標位置ｘｓと実際にＸ軸干渉計
２６で計測される座標ｘ（ｋ）との偏差の絶対値が大き
い範囲では、Ｘ軸駆動系３４を不図示の古典的制御方式
の演算部で求められた制御量で制御する。この間は、Ｘ
ステージ１７の位置決め精度を高める必要はないので、
Ｘステージ１７の動作を制御する主制御系２７には充分
な空き時間が存在する。この空き時間を利用して、モデ
ルセレクタ３９が、ブロック別モデル記憶手段４０から
ブロックＢＡijに対応する伝達関数Ｈij（ｓ）の数値モ
デル、及びゲインベクトル〈Ｇij〉を読み出し、それぞ
れモデル変更手段４１、及び制御則書換手段４２に供給
する。そして、モデル変更手段４１が状態観測手段３８
内の数値モデルを伝達関数Ｈij（ｓ）の数値モデルで変
更し、且つ制御則書換手段４２がゲイン乗算手段３７内
のゲインベクトルをゲインベクトル〈Ｇij〉で置き換え
る。Then, in the range where the absolute value of the deviation between the target position xs and the coordinate x (k) actually measured by the X-axis interferometer 26 is large, the X-axis drive system 34 is not shown in the classical control system. It is controlled by the control amount obtained by the arithmetic unit. During this time, X
Since it is not necessary to improve the positioning accuracy of the stage 17,
The main control system 27 that controls the operation of the X stage 17 has sufficient free time. Using this idle time, the model selector 39 reads the numerical model of the transfer function H ij (s) corresponding to the block BA ij and the gain vector <G ij > from the block-by-block model storage means 40, and changes the model respectively. It is supplied to the means 41 and the control law rewriting means 42. Then, the model changing means 41 changes the state observing means 38.
The numerical model in is changed by the numerical model of the transfer function H ij (s), and the control law rewriting means 42 replaces the gain vector in the gain multiplication means 37 with the gain vector <G ij >.
【００３８】その後、目標位置ｘｓと実際に計測される
座標ｘ（ｋ）との偏差の絶対値が所定値以下となったと
き、即ち位置決め精度が必要な最終位置決め段階で、そ
の図３の制御量演算部３１の制御量ｕ（ｋ）をＸ軸駆動
系３４に切り換えて供給するようにする。これにより、
実際の目標位置ｘｓでの数値モデルに近い伝達関数Ｈ ij
（ｓ）の数値モデルに基づいて、デジタル状態フィード
バック制御方式で位置決めが行われる。この場合、実際
の数値モデルに近いモデルが使用されるため、ゲインベ
クトル〈Ｇij〉内の各ゲイン要素の値を大きくでき、位
置決め精度を向上できる。また、位置決めが完了するま
での時間を短縮できる。Then, the target position xs is actually measured.
When the absolute value of the deviation from the coordinate x (k) becomes less than or equal to a predetermined value
That is, at the final positioning stage where positioning accuracy is required,
Drive the control amount u (k) of the control amount calculator 31 of FIG.
The system 34 is switched and supplied. This allows
Transfer function H close to the numerical model at the actual target position xs ij
Digital state feed based on numerical model of (s)
Positioning is performed by the back control method. In this case,
Since a model close to the numerical model of
Cutle <GijYou can increase the value of each gain element in
The placement accuracy can be improved. Also, until positioning is completed.
You can save time in.
【００３９】なお、上述実施例では古典的制御方式と図
３の制御量演算部３１に基づいた制御方式とを切り換え
ているが、最初から最後まで図３の制御量演算部３１に
基づいたデジタル状態フィードバック制御方式で制御を
行ってもよい。次に、本発明の第２実施例につき図５を
参照して説明する。図５において図１〜図３に対応する
部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。本
実施例でも、図１の実施例と同様に送りねじ方式でＸス
テージ１７を駆動するものとする。一般に、図１におい
て、送りねじ２０の回転運動を主ナット２１等の変換部
材を用いてＸステージ１７の直進運動に変換するステー
ジシステムにおいては、送りねじ２０等の製造誤差や取
り付け時の偏心などによって、送りねじ２０の回転角に
応じてステージ装置の伝達特性の変化が生じる場合があ
る。In the above embodiment, the classical control system and the control system based on the control amount calculation unit 31 of FIG. 3 are switched, but the digital control based on the control amount calculation unit 31 of FIG. The control may be performed by a state feedback control method. Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 3 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Also in the present embodiment, it is assumed that the X stage 17 is driven by the feed screw method as in the embodiment of FIG. Generally, in FIG. 1, in a stage system in which the rotational movement of the feed screw 20 is converted into the linear movement of the X stage 17 using a conversion member such as the main nut 21, a manufacturing error of the feed screw 20 or eccentricity at the time of mounting, etc. Therefore, the transfer characteristic of the stage device may change depending on the rotation angle of the feed screw 20.
【００４０】このような場合には、図５（ａ）に示すよ
うに、送りねじ２０の１回転をＮ個（図５（ａ）ではＮ
＝６）の角度区間θ１〜θ６に分割する。そして、各角
度区間θｉ（ｉ＝１，２，…）の中央の角度で、それぞ
れ図３のＸステージシステム３５の伝達関数Ｈi(ｓ）の
数値モデルを実測し、この数値モデルに対応するゲイン
ベクトル〈Ｇi 〉を算出する。In such a case, as shown in FIG. 5A, the feed screw 20 is rotated N times (N in FIG. 5A).
= 6) angle sections θ1 to θ6. Then, a numerical model of the transfer function H i (s) of the X stage system 35 of FIG. 3 is actually measured at the central angle of each angle section θi (i = 1, 2, ...) And it corresponds to this numerical model. The gain vector <G i > is calculated.
【００４１】図５（ｂ）は本実施例の制御量演算部の要
部及び目標位置設定手段２９を示し、この図５（ｂ）に
おいて、角度別モデル記憶手段４５内の角度区間θｉに
対応する記憶領域にそれぞれ伝達関数Ｈi(ｓ）の数値モ
デル、及びゲインベクトル〈Ｇi 〉を記憶させる。ま
た、目標位置設定手段２９から供給される目標位置ｘｓ
を角度変換手段４３に供給し、角度変換手段４３はその
目標位置ｘｓでの送りねじ２０の回転角度を算出し、こ
の回転角度をモデルセレクタ４４に供給し、モデルセレ
クタ４４は、その回転角度が属する角度区間の番号ｉを
角度別モデル記憶手段４５に供給する。これに応じて、
角度別モデル記憶手段４５は、読み出した伝達関数Ｈ
i(ｓ）の数値モデル、及びゲインベクトル〈Ｇi 〉をそ
れぞれ図３のモデル変更手段４１、及び制御則書換手段
４２に供給する。それ他の構成は第１実施例と同様であ
る。FIG. 5 (b) shows the main part of the control amount calculator and the target position setting means 29 of this embodiment. In FIG. 5 (b), it corresponds to the angle section θi in the model storage means 45 for each angle. The numerical model of the transfer function H i (s) and the gain vector <G i > are stored in the respective storage areas. Further, the target position xs supplied from the target position setting means 29
Is supplied to the angle conversion means 43, the angle conversion means 43 calculates the rotation angle of the feed screw 20 at the target position xs, and this rotation angle is supplied to the model selector 44. The number i of the angle section to which it belongs is supplied to the angle-based model storage means 45. Accordingly
The angle-based model storage means 45 stores the read transfer function H.
The numerical model of i (s) and the gain vector <G i > are supplied to the model changing means 41 and the control law rewriting means 42 of FIG. 3, respectively. The other structure is similar to that of the first embodiment.
【００４２】本実施例によれば、送りねじ２０の回転角
度に応じて、実際の伝達関数の数値モデルに近いモデル
に基づいて制御が行われるため、送りねじ２０の回転角
度に拘らず高精度に位置決め制御が行われる。なお、上
述実施例では、送りねじ方式の駆動機構が使用されてい
るが、例えばリニアモータ方式でステージを駆動する場
合にも、本発明を同様に適用することにより、位置決め
精度を向上することができる。According to the present embodiment, the control is performed according to the rotation angle of the feed screw 20 based on a model close to the numerical model of the actual transfer function, so that high precision is achieved regardless of the rotation angle of the feed screw 20. Positioning control is performed. It should be noted that although the feed screw type drive mechanism is used in the above-described embodiment, the positioning accuracy can be improved by applying the present invention in the same manner even when the stage is driven by the linear motor type, for example. it can.
【００４３】また、図３において、積分手段３０は、目
標位置ｘｓと実際に計測された座標ｘ（ｋ）との定常偏
差を相殺するために使用されているが、その積分手段３
０は必ずしも設ける必要はない。積分手段３０がないと
きには、ＬＱ制御となり、積分手段３０があるときには
ＬＱＩ制御となる。このように本発明は上述実施例に限
定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成
を取り得る。Further, in FIG. 3, the integrating means 30 is used to cancel the steady deviation between the target position xs and the actually measured coordinate x (k), but the integrating means 3 is used.
It is not always necessary to provide 0. When the integrating means 30 is not provided, the LQ control is performed, and when the integrating means 30 is provided, the LQI control is performed. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明の第１のステージ装置によれば、
移動ステージの位置決め範囲を分割して得られる複数の
区間に対応して、それぞれ移動ステージを駆動する際の
状態方程式のモデルを計測して記憶しているため、位置
決め時に最も近いモデルを選択することにより、デジタ
ル状態フィードバック制御などの現代制御を応用して移
動ステージを制御する際の、状態方程式のモデル（数値
モデル）と実際の移動ステージの動作との一致度が向上
している。従って、移動ストロークの全範囲で所望の制
御特性で位置決め動作を制御でき、結果として位置決め
精度を向上できる利点がある。According to the first stage device of the present invention,
Corresponding to multiple sections obtained by dividing the positioning range of the moving stage, the model of the state equation when driving the moving stage is measured and stored, so select the closest model at the time of positioning. As a result, the degree of agreement between the model of the state equation (numerical model) and the actual operation of the moving stage is improved when the moving stage is controlled by applying modern control such as digital state feedback control. Therefore, the positioning operation can be controlled with desired control characteristics in the entire range of the movement stroke, and as a result, the positioning accuracy can be improved.
【００４５】また、制御量算出手段が、目標位置と位置
計測手段により計測された位置との差分から、モデル選
択手段により選択された状態方程式のモデルの状態量に
所定のゲインを乗じて得られる補正量を減じて駆動手段
の制御量を求める場合には、従来のように１つの数値モ
デルを用いる場合に比べて、実際の移動ステージの動作
と数値モデルの動作とが、より広範囲で小さい誤差内で
一致するようになっている。従って、デジタル状態フィ
ードバック制御を行う際のゲインを大きくでき、位置決
め精度が向上すると共に、対外乱性能が向上する。Further, the control amount calculating means obtains the state quantity of the model of the state equation selected by the model selecting means by a predetermined gain from the difference between the target position and the position measured by the position measuring means. When the control amount of the driving means is obtained by subtracting the correction amount, the actual movement stage operation and the operation of the numerical model have a wider error and a smaller error than the conventional case where one numerical model is used. It is supposed to match within. Therefore, the gain at the time of performing the digital state feedback control can be increased, the positioning accuracy is improved, and the disturbance performance is improved.
【００４６】また、モデル選択手段が、目標位置の属す
る区間に対応する状態方程式のモデルを読み出す場合に
は、状態方程式のモデルを次々に切り換える場合に比べ
て制御が容易であり、且つ最終的な位置決め精度を最も
高くできる。次に、第２のステージ装置によれば、送り
ねじの回転角度に最も近いモデルを選択することによ
り、デジタル状態フィードバック制御等を応用して移動
ステージを制御する際の、状態方程式のモデル（数値モ
デル）と実際の移動ステージの動作との一致度が向上し
ている。従って、送りねじの回転角度によってステージ
の伝達特性が大きく変わるような場合でも、移動ストロ
ークの全範囲で位置決め精度を向上できる利点がある。Further, when the model selecting means reads out the model of the state equation corresponding to the section to which the target position belongs, the control is easier and the final control is easier than the case where the models of the state equation are switched one after another. The positioning accuracy can be maximized. Next, according to the second stage device, by selecting a model that is closest to the rotation angle of the feed screw, a model of a state equation (numerical value) when controlling the moving stage by applying digital state feedback control or the like. The degree of agreement between the model) and the actual movement of the moving stage is improved. Therefore, there is an advantage that the positioning accuracy can be improved in the entire range of the moving stroke even when the transfer characteristic of the stage is largely changed depending on the rotation angle of the feed screw.
【００４７】また、第２のステージ装置においても、制
御量算出手段が、目標位置と位置計測手段により計測さ
れた位置との差分から、モデル選択手段により選択され
た状態方程式のモデルの状態量に所定のゲインを乗じて
得られる補正量を減じて駆動手段の制御量を求める場合
には、デジタル状態フィードバック制御を行う際のゲイ
ンを大きくでき、位置決め精度が向上すると共に、対外
乱性能が向上する。Also in the second stage apparatus, the control amount calculating means determines the state quantity of the model of the state equation selected by the model selecting means from the difference between the target position and the position measured by the position measuring means. When the control amount of the driving means is obtained by subtracting the correction amount obtained by multiplying the predetermined gain, the gain in performing the digital state feedback control can be increased, the positioning accuracy is improved, and the disturbance performance is improved. .
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図１】本発明によるステージ装置の第１実施例が適用
された投影露光装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus to which a first embodiment of a stage device according to the present invention is applied.
【図２】図１中の送りねじ２０とＸステージ１７との係
合関係を示す要部の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a main part showing an engagement relationship between a feed screw 20 and an X stage 17 in FIG.
【図３】図１中のステージの制御系の構成を示す機能ブ
ロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram showing a configuration of a control system of the stage in FIG.
【図４】第１実施例のステージの位置決め範囲、及びこ
の位置決め範囲を分割したブロックの配列を示す平面図
である。FIG. 4 is a plan view showing a positioning range of a stage of the first embodiment and an array of blocks obtained by dividing the positioning range.
【図５】（ａ）は本発明の第２実施例において、送りね
じの１回転を分割した複数の角度区間を示す図、（ｂ）
はその第２実施例のステージの制御系の要部を示す機能
ブロック図である。FIG. 5A is a diagram showing a plurality of angular intervals obtained by dividing one rotation of the feed screw in the second embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 8 is a functional block diagram showing a main part of a stage control system according to the second embodiment.
【図６】従来のステージの位置決め範囲を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a positioning range of a conventional stage.
【図７】従来のステージ装置の制御系の構成を示す機能
ブロック図である。FIG. 7 is a functional block diagram showing a configuration of a control system of a conventional stage device.
１ 位置決め範囲 １１ 照明光学系 １２ レチクル １４ 投影光学系 １５ ウエハ １６ Ｙステージ １７ Ｘステージ １８ ベース １９ 駆動モータ ２０ 送りねじ ２６ Ｘ軸干渉計 ２７ 主制御系 ２９ 目標位置設定手段 ３０ 積分手段 ３１ 制御量演算部 ３７ ゲイン乗算手段 ３８ Ｘステージ用の状態観測手段（オブザーバ） ３９ モデルセレクタ ４０ ブロック別モデル記憶手段 ４４ モデルセレクタ ４５ 角度別モデル記憶手段 1 Positioning Range 11 Illumination Optical System 12 Reticle 14 Projection Optical System 15 Wafer 16 Y Stage 17 X Stage 18 Base 19 Drive Motor 20 Feed Screw 26 X Axis Interferometer 27 Main Control System 29 Target Position Setting Means 30 Integrating Means 31 Control Amount Calculation Part 37 Gain Multiplying Means 38 X Stage State Observing Means (Observer) 39 Model Selector 40 Block-Specific Model Storage Means 44 Model Selector 45 Angle-Specific Model Storage Means
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 3/00 Ａ 7609−3Ｈ 3/12 ３０５ Ｖ 7609−3Ｈ Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｋ Ｆ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location G05D 3/00 A 7609-3H 3/12 305 V 7609-3H H01L 21/68 K F
Claims (5)
ジと、該移動ステージを移動方向に駆動する駆動手段
と、前記移動方向の前記移動ステージの位置を計測する
位置計測手段とを有し、前記位置計測手段により計測さ
れた位置に基づいて前記駆動手段を介して前記移動ステ
ージを駆動するステージ装置において、 前記移動方向の前記移動ステージの位置決め範囲を分割
して得られた複数の区間にそれぞれ対応させて、前記駆
動手段を介して前記移動ステージを駆動する際の複数の
状態方程式のモデルを記憶した記憶手段と；前記移動ス
テージの前記移動方向の目標位置を入力する目標位置入
力手段と；前記記憶手段に記憶された前記複数の状態方
程式のモデルから１つの状態方程式のモデルを読み出す
モデル選択手段と；前記目標位置入力手段より入力され
た目標位置と前記位置計測手段により計測された位置と
の差分から、前記モデル選択手段により選択された状態
方程式のモデルに応じて定められる補正量を減じて前記
駆動手段の制御量を求め、該求めた制御量を前記駆動手
段に供給する制御量算出手段と；を有することを特徴と
するステージ装置。1. A moving stage on which an object to be positioned is placed, a driving means for driving the moving stage in a moving direction, and a position measuring means for measuring a position of the moving stage in the moving direction, In a stage device that drives the moving stage via the driving means based on the position measured by the position measuring means, in a plurality of sections obtained by dividing the positioning range of the moving stage in the moving direction, respectively. Correspondingly, storage means for storing models of a plurality of state equations when driving the moving stage via the driving means; target position input means for inputting a target position of the moving stage in the moving direction; Model selection means for reading out one state equation model from the plurality of state equation models stored in the storage means; From the difference between the target position input by the means and the position measured by the position measuring means, the control amount of the driving means is reduced by subtracting the correction amount determined according to the model of the state equation selected by the model selecting means. And a control amount calculation unit that supplies the determined control amount to the drive unit.
力手段より入力された目標位置と前記位置計測手段によ
り計測された位置との差分から、前記モデル選択手段に
より選択された状態方程式のモデルの状態量に所定のゲ
インを乗じて得られる補正量を減じて前記駆動手段の制
御量を求めることを特徴とする請求項１記載のステージ
装置。2. The model of the state equation selected by the model selecting means from the difference between the target position input by the target position inputting means and the position measured by the position measuring means. 2. The stage apparatus according to claim 1, wherein the control amount of the drive means is obtained by subtracting a correction amount obtained by multiplying the state quantity of [1] by a predetermined gain.
方程式のモデルから、前記移動ステージの位置決め範囲
を分割して得られた複数の区間中で前記目標位置入力手
段より入力された目標位置の属する区間に対応する状態
方程式のモデルを読み出すことを特徴とする請求項１又
は２記載のステージ装置。3. The model selection means selects the target position input by the target position input means in a plurality of sections obtained by dividing the positioning range of the moving stage from the models of the plurality of state equations. The stage apparatus according to claim 1, wherein a model of a state equation corresponding to a section to which the stage belongs is read.
ジと；該移動ステージに設けられたナットと該ナットに
螺合された送りねじとを備え、該送りねじを回転させて
前記移動ステージを移動方向に駆動する送りねじ方式の
駆動手段と；前記移動方向の前記移動ステージの位置を
計測する位置計測手段と；を有し、前記位置計測手段に
より計測された位置に基づいて前記駆動手段を介して前
記移動ステージを駆動するステージ装置において、 前記駆動手段の前記送りねじの１回転の回転角度を分割
して得られた複数の角度区間にそれぞれ対応させて、前
記駆動手段を介して前記移動ステージを駆動する際の複
数の状態方程式のモデルを記憶した記憶手段と；前記移
動ステージの前記所定の方向の目標位置を入力する目標
位置入力手段と；前記記憶手段に記憶された前記複数の
状態方程式のモデルから１つの状態方程式のモデルを読
み出すモデル選択手段と；前記目標位置入力手段より入
力された目標位置と前記位置計測手段により計測された
位置との差分から、前記モデル選択手段により選択され
た状態方程式のモデルに応じて定められる補正量を減じ
て前記駆動手段の制御量を求め、該求めた制御量を前記
駆動手段に供給する制御量算出手段と；を有することを
特徴とするステージ装置。4. A moving stage on which an object to be positioned is placed; a nut provided on the moving stage, and a feed screw screwed to the nut, and the feed screw is rotated to move the moving stage. A feed screw type driving means for driving in the moving direction; and a position measuring means for measuring the position of the moving stage in the moving direction; and the driving means based on the position measured by the position measuring means. In the stage device for driving the moving stage via the driving means, the movement is performed via the driving means in association with a plurality of angular intervals obtained by dividing a rotation angle of the feed screw of the driving means for one rotation. Storage means for storing models of a plurality of state equations when driving the stage; target position input means for inputting a target position of the moving stage in the predetermined direction; Model selection means for reading out one state equation model from the plurality of state equation models stored in the storage means; and a target position input by the target position input means and a position measured by the position measurement means. From the difference, a control amount of the drive unit is calculated by subtracting a correction amount determined according to the model of the state equation selected by the model selection unit, and the calculated control amount is supplied to the drive unit. And a stage device.
力手段より入力された目標位置と前記位置計測手段によ
り計測された位置との差分から、前記モデル選択手段に
より選択された状態方程式のモデルの状態量に所定のゲ
インを乗じて得られる補正量を減じて前記駆動手段の制
御量を求めることを特徴とする請求項４記載のステージ
装置。5. The model of the state equation selected by the model selecting unit is calculated from the difference between the target position input by the target position inputting unit and the position measured by the position measuring unit. 5. The stage device according to claim 4, wherein the control amount of the drive means is obtained by subtracting a correction amount obtained by multiplying the state amount of [1] by a predetermined gain.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4225194A JPH07249564A (en) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | Stage device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4225194A JPH07249564A (en) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | Stage device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249564A true JPH07249564A (en) | 1995-09-26 |
Family
ID=12630815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4225194A Withdrawn JPH07249564A (en) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | Stage device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07249564A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6668202B2 (en) | 2001-11-21 | 2003-12-23 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Position control system and velocity control system for stage driving mechanism |
| WO2012057219A1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | 株式会社牧野フライス製作所 | Numerical control method of machine tool, and numerical control device |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP4225194A patent/JPH07249564A/en not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6668202B2 (en) | 2001-11-21 | 2003-12-23 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Position control system and velocity control system for stage driving mechanism |
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| CN103189807A (en) * | 2010-10-27 | 2013-07-03 | 株式会社牧野铣床制作所 | Numerical control method of machine tool, and numerical control device |
| JP5506945B2 (en) * | 2010-10-27 | 2014-05-28 | 株式会社牧野フライス製作所 | Numerical control method and numerical control device for machine tool |
| CN103189807B (en) * | 2010-10-27 | 2015-10-14 | 株式会社牧野铣床制作所 | The numerical control method of work mechanism and numerical control device |
| US9477218B2 (en) | 2010-10-27 | 2016-10-25 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Numerical control method and numerical control device of machine tool |
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Legal Events
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