JPH08241848A - Stage positioning control device - Google Patents
Stage positioning control deviceInfo
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- JPH08241848A JPH08241848A JP7066682A JP6668295A JPH08241848A JP H08241848 A JPH08241848 A JP H08241848A JP 7066682 A JP7066682 A JP 7066682A JP 6668295 A JP6668295 A JP 6668295A JP H08241848 A JPH08241848 A JP H08241848A
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
- G03F7/70725—Stages control
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (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)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、粗動用のＸＹステージ
上に微細な位置決めを行なわせる微動ステージを搭載し
てなるステージ位置決め制御装置に関し、特にその位置
決め特性を向上させたステージ位置決め制御装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stage positioning control device having a fine movement stage for fine positioning on an XY stage for coarse movement, and more particularly to a stage positioning control device having improved positioning characteristics. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】ステッパなどに代表される半導体露光装
置では、受動的除振装置もしくは能動的除振装置上に、
粗動のためのＸＹステージを搭載し、さらにその上には
微細な位置決めを行なわせるための微動ステージを搭載
する機構となっている。例えば、図３のように、図示し
ない受動的除振装置もしくは能動的除振装置によって防
振支持される定盤８の上にＸＹステージおよび微動ステ
ージが搭載された装置構成を採る。図３において、１は
Ｘステージ、２はＸステージ１の上に搭載されたシリコ
ンウエハ３を微細に位置決めするための微動ステージ、
４はＹステージ、５Ｒと５ＬはそれぞれＹステージ４を
駆動するリニアモータの可動子、６Ｒと６Ｌはリニアモ
ータの固定子であるコイル、７はステージ定盤、８は図
示しない除振装置によって支持される定盤を示す。2. Description of the Related Art In a semiconductor exposure apparatus typified by a stepper, a passive vibration isolator or an active vibration isolator has
The mechanism is such that an XY stage for coarse movement is mounted and a fine movement stage for fine positioning is further mounted thereon. For example, as shown in FIG. 3, an XY stage and a fine movement stage are mounted on a surface plate 8 that is vibration-supported by a passive vibration isolation device or an active vibration isolation device (not shown). In FIG. 3, 1 is an X stage, 2 is a fine movement stage for finely positioning the silicon wafer 3 mounted on the X stage 1,
4 is a Y stage, 5R and 5L are movers of a linear motor that drives the Y stage 4, 6R and 6L are coils that are stators of the linear motor, 7 is a stage surface plate, and 8 is supported by a vibration isolation device (not shown). The surface plate to be used is shown.
【０００３】次に、微動ステージ２とそれを位置決めす
るための装置を具体的に説明する。図４は鉛直方向の並
進１自由度と水平面内の回転２自由度の合計３自由度を
位置決め制御するための微動ステージ制御装置のブロッ
ク図を示す。この微動ステージ制御装置の構成は、本出
願人による特願平６−１３２４０５号で提案されてお
り、並進と回転という運動モードに関して非干渉で制御
できることが特徴となっている。図４において、９は位
置決めする平板状の基板、１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌは鉛
直方向に変位を発生するアクチュエータである。例え
ば、これには圧電素子（ピエゾ素子）を駆動素子として
変位拡大機構も含まれるものとする。さらに、アクチュ
エータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌによる駆動点近傍には基
板９の鉛直方向（ｚ軸）の変位を計測する位置センサ１
１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌがあり、これらをもって駆動ステ
ージと呼ぶことにする。Next, the fine movement stage 2 and a device for positioning it will be specifically described. FIG. 4 is a block diagram of a fine movement stage control device for performing positioning control of a total of 3 degrees of freedom including 1 translational degree of freedom in the vertical direction and 2 degrees of rotation in the horizontal plane. The configuration of this fine movement stage control device is proposed in Japanese Patent Application No. 6-132405 filed by the present applicant, and is characterized in that the motion modes of translation and rotation can be controlled without interference. In FIG. 4, 9 is a flat plate-shaped substrate for positioning, and 10M, 10R, and 10L are actuators that generate displacement in the vertical direction. For example, this includes a displacement magnifying mechanism using a piezoelectric element (piezo element) as a driving element. Further, in the vicinity of the driving point by the actuators 10M, 10R, 10L, a position sensor 1 for measuring the displacement of the substrate 9 in the vertical direction (z axis).
There are 1M, 11R, and 11L, and these are called drive stages.
【０００４】さて、位置センサ１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌ
によって計測される基板９の鉛直方向の変位は、変位増
幅器１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌによって電気信号ｚM ，ｚ
R ，ｚL に変換される。この電気信号は、運動モード抽
出回路１７に導かれて運動モード変位信号（ｚg ，ｚθ
x ，ｚθy ）となり、それぞれが指令電圧入力端子１３
Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌに加えられる電圧と比較されて運動
モード偏差信号（ｅg，ｅθx ，ｅθy ）となる。これ
らの運動モード偏差信号は所定の感度を得るべく偏差増
幅器１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌに入力され、制御ループの
調整を行なうゲイン補償器１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌへと
導かれる。これらの補償器の運動モード制御信号（ｃ
g ，ｃθx ，ｃθy ）をもって運動モード分配回路１８
への入力となし各軸への駆動信号（ｄM ，ｄR ，ｄL ）
を生成する。最後に、各軸への駆動信号（ｄM ，ｄR ，
ｄL ）によって電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌを励
起し、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの上下動
で基板９を上下方向に並進移動させたり、あるいはｚ軸
に対して傾かせる駆動が行なわれる。これらの閉ループ
はフィードバック装置と呼び、ここでは上述した微動ス
テージとフィードバック装置とを含めて微動ステージ制
御装置と呼ぶことにする。なお、上述の説明において、
電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌは電圧入力に対して
電流を出力するタイプのものとする。このとき、ゲイン
補償器１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌはゲイン調整のみ可能な
補償器で済む。なんとなれば、アクチュエータ１０Ｍ，
１０Ｒ，１０Ｌを構成する圧電素子は電気的にみるとコ
ンデンサであり、電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌと
それらが駆動する各圧電素子とを含めた伝達関数は積分
特性になるからである。したがって、閉ループを構成し
たときには１型の制御系となり、制御理論の教えるとこ
ろによるとステップ入力に対して定常偏差ゼロが保証さ
れることになる。Now, the position sensors 11M, 11R, 11L
The vertical displacement of the substrate 9 measured by the electric signals z M and z by the displacement amplifiers 12M, 12R and 12L.
Converted to R , z L. This electric signal is guided to the motion mode extraction circuit 17 and the motion mode displacement signals (z g , z θ
x , zθ y ), each of which is the command voltage input terminal 13
M, 13R, is compared to the voltage applied to 13L with motion mode error signal (e g, eθ x, eθ y) becomes. These motion mode deviation signals are input to deviation amplifiers 14M, 14R and 14L so as to obtain a predetermined sensitivity, and are introduced to gain compensators 15M, 15R and 15L that adjust the control loop. The motion mode control signals (c
g , cθ x , cθ y ) with the motion mode distribution circuit 18
Input to and output from each axis (d M , d R , d L )
Generate Finally, drive signals (d M , d R ,
The power amplifiers 16M, 16R, 16L are excited by d L ), and the vertical movement of the actuators 10M, 10R, 10L causes the substrate 9 to be translated in the vertical direction or tilted with respect to the z-axis. These closed loops are referred to as a feedback device, and here, the fine movement stage and the feedback device described above are referred to as a fine movement stage control device. In the above description,
The power amplifiers 16M, 16R, 16L are of a type that outputs a current in response to a voltage input. At this time, the gain compensators 15M, 15R, and 15L may be compensators capable of only gain adjustment. Actuator 10M,
This is because the piezoelectric elements constituting 10R and 10L are capacitors when viewed electrically, and the transfer function including the power amplifiers 16M, 16R and 16L and the piezoelectric elements driven by them has integral characteristics. Therefore, when the closed loop is configured, the control system is of type 1, and according to the teaching of the control theory, the steady deviation of zero is guaranteed for the step input.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
位置決め機構、すなわち図示しない受動的除振装置もし
くは能動的除振装置と、粗動の役割を担うＸステージ１
とＹステージ４とからなるＸＹステージと、微動ステー
ジ２とを含めた位置決め機構の最終目的は、微動ステー
ジ２の上のシリコンウエハ３を位置決めし、それに対し
て露光を掛けることである。そのために、上記３種類の
位置決め機構は運動的に連成して動かされることにな
る。By the way, the positioning mechanism shown in FIG. 3, that is, a passive vibration isolation device or an active vibration isolation device (not shown), and the X stage 1 which plays the role of coarse movement.
The final purpose of the positioning mechanism including the XY stage including the Y stage 4 and the fine movement stage 2 is to position the silicon wafer 3 on the fine movement stage 2 and expose it. Therefore, the above three types of positioning mechanisms are kinematically coupled and moved.
【０００６】しかしながら、図３に示す位置決め機構に
おいては、微動ステージの位置決め性能を追求していく
と、ＸＹステージとの力学的な干渉が顕著となり、もっ
てＸＹステージと微動ステージを含めた総合の位置決め
性能を向上できなくなるという問題があった。例えば、
微動ステージ制御装置内のゲインを安定範囲内で最大に
設定し、微動ステージ自身にとっては最高の位置決め性
能を発揮する状態にすることはできる。しかし、このよ
うな微動ステージを搭載したＸＹステージを加減速駆動
すると、ｘ軸とｙ軸方向のステップ駆動によってそれぞ
れ微動ステージにはトルク外乱が作用し、ＸＹステージ
と微動ステージとを含めた総合の位置決め整定性を著し
く阻害していた。However, in the positioning mechanism shown in FIG. 3, when the positioning performance of the fine movement stage is pursued, the mechanical interference with the XY stage becomes remarkable, so that the total positioning including the XY stage and the fine movement stage is performed. There was a problem that performance could not be improved. For example,
It is possible to set the gain in the fine movement stage control device to the maximum within the stable range so that the fine movement stage itself exhibits the best positioning performance. However, when an XY stage equipped with such a fine movement stage is subjected to acceleration / deceleration driving, torque disturbance acts on the fine movement stage due to step driving in the x-axis and y-axis directions, respectively, and the total movement of the XY stage and the fine movement stage is increased. The positioning stability was significantly impaired.
【０００７】本発明は、上述の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、水平面内の位置決めを行なう粗
動ステージ上に鉛直方向の位置および鉛直軸からの傾き
を制御する微動ステージを搭載してなるステージ位置決
め制御装置において、その位置決め性能を向上すること
を課題とする。The present invention has been made in view of the problems in the above-mentioned conventional example, and a fine movement stage for controlling the position in the vertical direction and the inclination from the vertical axis is mounted on a coarse movement stage for positioning in a horizontal plane. It is an object of the present invention to improve the positioning performance of the stage positioning control device.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明ではＸＹステージをステップ駆動させる
信号に対して適切な補償を施し、この補償信号を微動ス
テージ制御装置内へ微動ステージの運動モードを考慮し
てフィードフォワードするよう構成する。より具体的に
は、床面上に設置された除振装置である定盤に搭載され
た水平面内を位置決めするＸＹステージと、前記ＸＹス
テージの上に搭載されて鉛直軸方向と鉛直軸からの傾き
を制御するようにアクチュエータが配置された微動ステ
ージとからなる位置決め装置であって、前記ＸＹステー
ジを位置決めするためのＸＹステージ制御装置と、前記
微動ステージを位置決めするための微動ステージ制御装
置と、前記ＸＹステージを位置決めするためのステップ
駆動信号に対し運動モードに応じて周波数整形を施した
補償信号を前記ＸＹステージのステップ駆動期間だけ前
記微動ステージ制御装置へフィードフォワードする手段
を設けたことを特徴とする。本発明の好ましい実施例に
おいて、前記フィードフォワードする手段は、前記ＸＹ
ステージ制御装置内のステップ駆動信号を検出しこの駆
動信号をステップ駆動期間だけ選択するためのスイッチ
手段と、前記スイッチ手段で選択された信号に対して適
切な周波数整形を施すためのフィードフォワード補償器
とを備え、前記フィードフォワード補償器を出力信号を
前記ＸＹステージのステップ駆動の期間だけ前記微動ス
テージ制御装置へ運動モードを考慮してフィードフォワ
ードするように構成される。In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, appropriate compensation is applied to the signal for step-driving the XY stage, and this compensation signal is fed into the fine movement stage controller. It is configured to feed forward in consideration of the motion mode. More specifically, an XY stage for positioning in a horizontal plane mounted on a surface plate, which is a vibration isolation device installed on the floor surface, and a vertical axis direction and a vertical axis from the XY stage mounted on the XY stage. A positioning device comprising a fine movement stage in which an actuator is arranged to control the tilt, the XY stage control device for positioning the XY stage, a fine movement stage control device for positioning the fine movement stage, The stepping drive signal for positioning the XY stage is provided with means for feeding forward a compensation signal, which is frequency-shaped according to a motion mode, to the fine movement stage controller for the stepping drive period of the XY stage. And In a preferred embodiment of the present invention, the means for feeding forward is the XY
Switch means for detecting a step drive signal in the stage control device and selecting the drive signal only during a step drive period, and a feedforward compensator for performing appropriate frequency shaping on the signal selected by the switch means. And the feedforward compensator is configured to feedforward the output signal to the fine movement stage control device in consideration of the motion mode only during the step driving of the XY stage.
【０００９】[0009]
【作用】図３および図４に示す従来の位置決め機構にお
いては、図示しない受動的もしくは能動的除振装置と、
粗動の役割を担うＸＹステージと、微動ステージ２の３
種類の位置決め機構は、微動ステージ２の上のシリコン
ウエハ３を位置決めするために、運動的に連成して動か
されることになる。しかし、従来の位置決め機構におい
ては、水平方向に運動の自由度を持つＸＹステージに対
する制御装置と、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０
Ｌを用いて鉛直軸方向に駆動の自由度を持たせられた微
動ステージに対する制御装置とが何等かの制御ループで
互いに結ばれている、という関係は無かった。むしろ、
そのような制御ループ間の関係は持たせられなかった、
と言った方がよいかもしれない。水平方向の粗い位置決
めを主眼とするＸＹステージと、シリコンウエハ３の表
面をベストフォーカスの状態にするための微動ステージ
とは、互いに位置決めする自由度の方向が異なるので、
両ステージに対する制御装置が独立に構成されることは
極く自然なことであった。In the conventional positioning mechanism shown in FIGS. 3 and 4, a passive or active vibration isolation device (not shown),
XY stage that plays the role of coarse movement, and 3 of fine movement stage 2
A type of positioning mechanism will be kinematically coupled and moved to position the silicon wafer 3 on the fine movement stage 2. However, in the conventional positioning mechanism, the control device for the XY stage having the degree of freedom of movement in the horizontal direction and the actuators 10M, 10R, 10 are used.
There was no relation that the control device for the fine movement stage, which was given a degree of freedom of driving in the vertical axis direction by using L, was connected to each other by some control loop. Rather,
No relationship between such control loops was allowed,
It might be better to say Since the XY stage whose main purpose is rough positioning in the horizontal direction and the fine movement stage for bringing the surface of the silicon wafer 3 into the best focus state have different degrees of freedom in positioning,
It was quite natural that the control devices for both stages were configured independently.
【００１０】しかしながら、互いの制御装置が独立であ
っても、ＸＹステージと微動ステージとが力学的な干渉
を持ち、それが両ステージを含めた総合の位置決め特性
向上を阻害する原因になっている事実は見逃してはなら
ない。すなわち、ＸＹステージの位置決めにとって微動
ステージは振動負荷となることに注意せねばならない。
ＸＹステージのステップ駆動によって微動ステージには
外乱が作用し、これを振動させてしまうのである。However, even if the control devices are independent of each other, the XY stage and the fine movement stage have mechanical interference, which is a cause of hindering the improvement of the overall positioning characteristics including both stages. The facts should not be overlooked. That is, it should be noted that the fine movement stage becomes a vibration load for the positioning of the XY stage.
The step drive of the XY stage causes disturbance to act on the fine movement stage, causing it to vibrate.
【００１１】本発明では、互いに制御する自由度の方向
が異なるＸＹステージ制御装置と微動ステージ制御装置
とを前者の制御装置から後者のそれへのフィードフォワ
ードパスによって互いに制御的に関連づける。そして、
微動ステージとＸＹステージとを含めた総合の位置決め
性能を向上させんとするものである。具体的には、ＸＹ
ステージのステップ駆動によって微動ステージには振動
が発生し、もって位置決め時間と位置決め精度を含めた
位置決め特性の劣化を招くわけであるから、ＸＹステー
ジのステップ駆動に同期したフィードフォワード補償信
号を運動の自由度を考慮して微動ステージ制御装置へ入
力することを本発明では案出したのである。In the present invention, the XY stage control device and the fine movement stage control device, which have different degrees of freedom for controlling each other, are controllably associated with each other by a feedforward path from the former control device to the latter. And
It is intended to improve the overall positioning performance including the fine movement stage and the XY stage. Specifically, XY
Vibration is generated in the fine movement stage by the step drive of the stage, which causes deterioration of the positioning characteristics including the positioning time and the positioning accuracy. Therefore, the feedforward compensation signal synchronized with the step drive of the XY stage is used for free movement. The present invention has devised to input to the fine movement stage control device in consideration of the degree.
【００１２】なお、二つ以上の駆動物体を速度制御や位
置決め制御する装置に対してフィードフォワードが施さ
れることは、それらの駆動物体の駆動方向が同じであれ
ば、一般的なことである。例えば、特開平６−２１６０
３では、防振台の上にステージを搭載した機構構成にお
いて、ステージ制御部の信号を防振台制御部にフィード
フォワードし、ステージの駆動によって生じる防振台の
反力を抑圧する技術の開示がなされている。また、特開
平６−２３２０２１では、テーブルの駆動による揺れが
発生してもテーブルと基盤との間に位置ずれが起こらな
いように、基盤の加速度と同じ加速度をテーブルに作用
させるための第２の駆動手段を持たせている。さらに、
特開平６−２８０９３０では、デジタル制御方式の能動
的除振装置に係り、地動フィードフォワードと駆動物体
のフィードフォワードを併用する技術が開示されてい
る。これらの特許のみならず通常用いられているフィー
ドフォワードでも、例えば二つの駆動物体を考えた場
合、互いに動かされる運動方向が同一の対象に適用され
ている。すなわち、水平面内にｘｙ軸を定めた場合、ｘ
軸方向に駆動する第１の駆動物体の動きを検知し、これ
をフィードフォワードしてやはりｘ軸方向に第２の駆動
物体を駆動せしめる、といった技術である。It is common that feedforward is applied to a device that controls the speed and positioning of two or more driven objects if the driving directions of the driven objects are the same. . For example, JP-A-6-2160
3, in a mechanical configuration in which a stage is mounted on a vibration isolation table, a technique of feeding a signal from a stage control unit to the vibration isolation table control unit to suppress a reaction force of the vibration isolation table caused by driving the stage is disclosed. Has been done. Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-232021, a second acceleration is applied to the table so that the same acceleration as the acceleration of the base acts on the table so that the displacement between the table and the base does not occur even if the table is shaken. It has a driving means. further,
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-280930 discloses a technique that uses both a ground motion feedforward and a feedforward of a driven object in combination with a digital control type active vibration isolator. Not only in these patents, but also in commonly used feedforward, when two driving objects are considered, for example, they are applied to objects having the same motion directions that are moved with respect to each other. That is, when the xy axes are defined in the horizontal plane, x
This is a technique in which the movement of a first driven object that is driven in the axial direction is detected, and this is fed forward to drive the second driven object in the x-axis direction as well.
【００１３】しかしながら、例えば、ｘ軸方向の駆動物
体の動きを検知し、これとは駆動する自由度の方向が異
なるｙ軸方向の第２の駆動物体に対してフィードフォワ
ードするようなことは実現されていない。つまり、本発
明は互いに制御する自由度の方向が異なる駆動物体、す
なわちＸＹステージと微動ステージに対するフィードフ
ォワードの技術なのであり従来技術とは一線を画する。However, for example, it is possible to detect the movement of the driving object in the x-axis direction and feed forward to the second driving object in the y-axis direction, which has a different degree of freedom in driving. It has not been. That is, the present invention is a feedforward technique for driving objects having mutually controlled degrees of freedom, that is, an XY stage and a fine movement stage, and is distinct from the prior art.
【００１４】ＸＹステージと微動ステージとが力学的に
干渉し合い、これらを含めた位置決め機構全体の位置決
め特性向上を阻害する事実を示す。図５は、ＸＹステー
ジをＸ方向にステップ駆動したときにおける、微動ステ
ージ制御装置内の運動モード偏差信号（ｅg ，ｅθx ，
ｅθy ）の様子を示す実測結果である。同図上段から、
微動ステージの鉛直方向の並進運動偏差信号ｅg 、ｘ軸
回りの回転運動偏差信号ｅθx 、ｙ軸回りの回転運動偏
差信号ｅθy 、そしてＸＹステージ制御装置におけるＰ
ＩＤ補償信号Ｘ−ＰＩＤである。ここで、Ｐは比例、Ｉ
は積分、そしてＤは微分動作を意味する。同図より、Ｘ
Ｙステージの加減速期間中、すなわちステップ駆動のＰ
ＩＤ補償信号Ｘ−ＰＩＤの振れに応じてｙ軸回りの回転
運動偏差信号ｅθy に揺動を惹起せしめていることがわ
かる。この原因は明白である。すなわち、ＸＹステージ
のｘ軸方向への急激な加減速に原因して、ＸＹステージ
上の微動ステージにｙ軸回りの回転モーメントがトルク
外乱として作用するからにほかならない。ここで、ｅθ
y の揺動の減衰性が良好な場合、すなわちＸＹステージ
のステップ駆動期間だけにｅθy の揺動が発生してお
り、ＸＹステージが目標位置に達する直前ではこれが消
滅しているようであれば、ＸＹステージと微動ステージ
を含めた総合の位置決め性能を悪化させるものではな
い。しかし、微動ステージ自身の位置決め時間を短縮す
るために、微動ステージ制御装置のゲインを高くしてい
くと、ステップ駆動のときに生じるｅθy の暴れの振幅
は次第に大きくなり、しかもそれが整定するまでに要す
る時間は長引く。この様子を数値計算によって図６に示
す。ｙ軸回りのトルク外乱の印加によって生じる偏差信
号の揺動はｅθy が支配的なので、この波形のみを示
す。ここで、トルク外乱の大きさは０．０７５［ｋｇ
ｍ］であり、０．０１から０．１３［ｓｅｃ］にわたっ
て０．１２［ｓｅｃ］間印加した。また、図６におい
て、太線のゲインを１として規格化すると、細線は２、
破線は２．５の場合の応答である。さて、図６を参照す
ると、ゲイン大に応じてｅθy の振幅も大となり、しか
もそれが整定するまでの時間が著しく増大していること
がわかる。既に述べたように、ＸＹステージは加減速さ
せて所望の位置に位置決めさせねばならないのである
が、加減速で生じた微動ステージ制御装置における運動
モード偏差信号の暴れが素早く減衰しない状態にある
と、所望の位置決め精度内への位置決めが完了しない。
つまり、位置決め完了を受けて、微動ステージの位置決
めを行なうという段階に移れないという問題が発生す
る。何故ならば、微動ステージ上には、ＸＹステージの
位置決めに必要な位置計測値を得るレーザ干渉計の反射
ミラーが備えられており、微動ステージが揺らされる結
果としてＸＹステージに位置誤差が混入しＸＹステージ
が動かされてしまうからである。The fact that the XY stage and the fine movement stage mechanically interfere with each other and impedes the improvement of the positioning characteristics of the entire positioning mechanism including them will be shown. Figure 5 is a definitive XY stage when the step driving in the X direction, motion mode deviation signal in the fine movement stage control unit (e g, eθ x,
It is the measurement result showing the state of eθ y ). From the top of the figure,
Vertical translation deviation signal e g the fine movement stage, x-axis rotational motion deviation signal E.theta x, y-axis rotational motion deviation signal E.theta y P and the XY stage controller,
The ID compensation signal X-PID. Where P is proportional and I
Means integral and D means differential action. From the figure, X
During the acceleration / deceleration period of the Y stage, that is, P for step drive
It can be seen that, in accordance with the shake of the ID compensation signal X-PID, the rotational motion deviation signal eθ y about the y axis causes the swing. The cause of this is obvious. In other words, the rotational moment about the y-axis acts as a torque disturbance on the fine movement stage on the XY stage due to the sudden acceleration / deceleration of the XY stage in the x-axis direction. Where eθ
If the damping of the oscillation of y is good, that is, if the oscillation of eθ y occurs only during the step driving period of the XY stage and it disappears immediately before the XY stage reaches the target position, , The overall positioning performance including the XY stage and the fine movement stage is not deteriorated. However, if the gain of the fine movement stage controller is increased in order to shorten the positioning time of the fine movement stage itself, the amplitude of the eθ y ramp that occurs during step drive gradually increases, and moreover, until it settles. It takes a long time. This state is shown in FIG. 6 by numerical calculation. Since the fluctuation of the deviation signal caused by the application of the torque disturbance around the y-axis is dominated by eθ y , only this waveform is shown. Here, the magnitude of the torque disturbance is 0.075 [kg
m], and was applied for 0.012 [sec] from 0.01 to 0.13 [sec]. Further, in FIG. 6, when the gain of the thick line is standardized as 1, the thin line is 2,
The dashed line is the response for 2.5. Now, referring to FIG. 6, it can be seen that the amplitude of eθ y also becomes large as the gain becomes large, and that the time until it settles significantly increases. As described above, the XY stage has to be accelerated and decelerated to be positioned at a desired position. However, when the turbulence of the motion mode deviation signal in the fine movement stage control device caused by the acceleration and deceleration is not rapidly attenuated, Positioning within the desired positioning accuracy is not completed.
In other words, there is a problem in that the stage cannot be moved to the stage of positioning the fine movement stage upon completion of the positioning. Because the reflection mirror of the laser interferometer that obtains the position measurement value necessary for positioning the XY stage is provided on the fine movement stage, and as a result of the fine movement stage being shaken, a positional error is mixed in the XY stage. This is because the stage will be moved.
【００１５】本発明では、ＸＹステージをステップ駆動
させる信号に対して適切な補償を施し、この補償信号を
微動ステージ制御装置内へ微動ステージの運動モードを
考慮してフィードフォワードするよう構成することによ
り、ＸＹステージの位置決めによる微動ステージの揺れ
を補償し、微動ステージ、ひいてはステージ位置決め制
御装置全体の位置決め特性の向上を図っている。In the present invention, the signal for step-driving the XY stage is appropriately compensated, and the compensation signal is feed-forwarded to the fine movement stage controller in consideration of the movement mode of the fine movement stage. , The fluctuation of the fine movement stage due to the positioning of the XY stage is compensated to improve the positioning characteristics of the fine movement stage, and by extension, the entire stage positioning control device.
【００１６】いま、ＸＹステージのｘ軸（ｙ軸）方向へ
のステップ駆動によって、微動ステージにｙ軸回り（ｘ
軸回り）のトルク外乱が作用し、このトルク外乱によっ
て微動ステージ制御装置内ではｙ軸回り（ｘ軸回り）の
回転運動偏差信号ｅθy （ｅθx ）が暴れるものとす
る。すなわち、ＸＹステージと微動ステージとからなる
位置決め機構が、このような現象を生じるように構成さ
れているものとする。ここで、ＸＹステージの駆動信号
に対して適切な周波数整形を施したフィードフォワード
補償信号を生成し、この補償信号を微動ステージ制御装
置内へ微動ステージの運動モードを考慮して加算する。
すると、ＸＹステージのステップ駆動に同期して生じる
微動ステージ制御装置内の偏差信号の揺動を同期的に抑
圧するように作用する。Now, by stepwise driving the XY stage in the x-axis (y-axis) direction, the fine movement stage is rotated around the y-axis (x
It is assumed that a torque disturbance about the axis acts and the torque disturbance disturbs the rotational motion deviation signal eθ y (eθ x ) about the y axis (about the x axis) in the fine movement stage controller. That is, it is assumed that the positioning mechanism including the XY stage and the fine movement stage is configured to cause such a phenomenon. Here, a feedforward compensation signal is generated by appropriately frequency-shaping the drive signal of the XY stage, and this compensation signal is added to the fine movement stage control device in consideration of the movement mode of the fine movement stage.
Then, it acts to synchronously suppress the fluctuation of the deviation signal in the fine movement stage control device that occurs in synchronization with the step driving of the XY stage.
【００１７】[0017]
【実施例】図１に本発明の一実施例に係るステージ位置
決め制御装置のブロック図を示す。簡単のために水平ｘ
軸方向にステップ駆動される粗動ステージ１９の上に図
５に示す微動ステージが搭載された場合を示す。従っ
て、粗動ステージ１９が図３のＸステージ１に対応す
る。1 is a block diagram of a stage positioning control apparatus according to an embodiment of the present invention. Horizontal x for simplicity
The case where the fine movement stage shown in FIG. 5 is mounted on the coarse movement stage 19 which is step-driven in the axial direction is shown. Therefore, the coarse movement stage 19 corresponds to the X stage 1 in FIG.
【００１８】図１の装置は、基板９の上にバーミラー２
０を備え、レーザー干渉計２１からの出射ビーム２２を
バーミラー２０に当て粗動ステージ１９のｘ軸方向の位
置が計測される。この計測値は位置計測手段２３によっ
て電気信号に変換され、制御指令端子２４に加えられる
値と比較される。この比較出力信号は速度補償器２５ま
たは位置補償器２６を通り、電力アンプ２７に入力され
る。すると、電力アンプ２７は、粗動ステージ１９を駆
動するアクチュエータ２８に電流を通電する。ここで、
２９は第１のスイッチ手段であり、粗動ステージ１９を
所望の位置近傍まで高速移動せしめるステップ駆動の状
態にある場合には速度補償器２５の出力を、目標位置へ
の漸近をはかるときには位置補償器２６の出力をそれぞ
れ選択して電力アンプ２７に入力する。The apparatus of FIG. 1 has a bar mirror 2 on a substrate 9.
The output beam 22 from the laser interferometer 21 is applied to the bar mirror 20 to measure the position of the coarse movement stage 19 in the x-axis direction. This measured value is converted into an electric signal by the position measuring means 23 and compared with the value applied to the control command terminal 24. This comparison output signal passes through the speed compensator 25 or the position compensator 26 and is input to the power amplifier 27. Then, the power amplifier 27 supplies a current to the actuator 28 that drives the coarse movement stage 19. here,
Reference numeral 29 denotes a first switch means, which outputs the output of the speed compensator 25 when the coarse movement stage 19 is in the step driving state for moving the coarse movement stage 19 near the desired position at high speed, and the position compensation when the asymptotic approach to the target position is achieved. The output of the device 26 is selected and input to the power amplifier 27.
【００１９】さて、図４の従来例について上述したよう
に、粗動ステージ１９のステップ駆動によって基板９に
はおおむねｙ軸回りのトルク外乱が作用する。このため
微動ステージ制御装置におけるｙ軸回りの回転運動偏差
信号ｅθy が主に暴れ、もって微動ステージの基板９の
位置決め整定性を乱す。それに留まらず、基板９の上に
は粗動ステージ１９の位置情報を取得するためのバーミ
ラー２０があるので、基板９が振動していると粗動ステ
ージ１９の位置決め整定性も劣化させてしまう。そこ
で、図１に示す装置では、粗動ステージ１９をステップ
駆動するため指令端子２４に印加される信号を、粗動ス
テージ１９が急速に加減速される速度モードでのみ、す
なわちステップ駆動期間のみスイッチがオンとなる第２
のスイッチ手段３０を介してｙ軸回りのフィードフォワ
ード補償器３１へ入力する。そして、このｙ軸回りのフ
ィードフォワード補償器３１の出力を微動ステージ制御
装置１００内の運動モード分配回路１８の前段で補償器
１５Ｌの出力信号に加算する。したがって、ステップ駆
動に同期して微動ステージ制御装置の中で発生する運動
モード偏差信号の揺動を同期的に抑制することができ
る。As described above with reference to the conventional example shown in FIG. 4, the step drive of the coarse movement stage 19 causes a torque disturbance about the y-axis to act on the substrate 9. Therefore rotational movement deviation signal E.theta y around the y-axis is mainly violently in the fine movement stage control device, it has to disturb the positioning settling performance of the substrate 9 of the fine movement stage. Not only that, but since the bar mirror 20 for obtaining the position information of the coarse movement stage 19 is provided on the substrate 9, the positioning stability of the coarse movement stage 19 is also deteriorated when the substrate 9 vibrates. Therefore, in the apparatus shown in FIG. 1, the signal applied to the command terminal 24 for step-driving the coarse movement stage 19 is switched only in the speed mode in which the coarse movement stage 19 is rapidly accelerated / decelerated, that is, only in the step driving period. The second that turns on
It is input to the feedforward compensator 31 around the y-axis via the switch means 30 of FIG. Then, the output of the feedforward compensator 31 around the y-axis is added to the output signal of the compensator 15L in the preceding stage of the motion mode distribution circuit 18 in the fine movement stage controller 100. Therefore, it is possible to synchronously suppress the oscillation of the motion mode deviation signal generated in the fine movement stage control device in synchronization with the step drive.
【００２０】同様に、基板９を含む微動ステージが図示
しないＹ方向の粗動ステージで、すなわちＹステージで
ｙ軸方向にステップ駆動されるときには、基板９におお
むねｘ軸回りのトルク外乱が作用し微動ステージ制御装
置内のｘ軸回りの回転運動偏差信号ｅθx が揺動され
る。このときは、上記のＹステージへの駆動信号をステ
ップ駆動時のみ信号線３２に導き、続いてｘ軸回りのフ
ィードフォワード補償器３３に入力して、この補償器３
３の出力信号を微動ステージ制御装置内の補償器１５Ｒ
の出力信号と加算するように構成すればよい。なお、Ｘ
ステージをステップ駆動させ最終的に所望の位置に位置
決めするために備えられた位置計測手段２１，２３、速
度補償器２５、位置補償器２６および電力アンプ２７か
ら構成される閉ループを、Ｙステージに対する同様の閉
ループと含めてＸＹステージ制御装置と呼ぶことにす
る。Similarly, when the fine movement stage including the substrate 9 is a coarse movement stage (not shown) in the Y direction, that is, when the Y stage is step-driven in the y axis direction, a torque disturbance about the x axis acts on the substrate 9. The rotational movement deviation signal eθ x about the x-axis in the fine movement stage controller is swung. At this time, the drive signal for the Y stage is guided to the signal line 32 only during step driving, and then input to the feedforward compensator 33 around the x-axis, and the compensator 3
Compensator 15R in the fine movement stage control device
It may be configured to be added to the output signal of. Note that X
A closed loop composed of position measuring means 21 and 23, a speed compensator 25, a position compensator 26, and a power amplifier 27, which are provided for step-driving the stage to finally position it at a desired position, is similar to the Y stage. Will be referred to as an XY stage control device together with the closed loop.
【００２１】次に、本発明の有効性を数値計算によって
示す。図４に示す従来の微動ステージ制御装置１００に
おいて、微動ステージを構成する基板９にｙ軸回りのト
ルク外乱が作用したときの運動モード偏差信号（ｅg 、
ｅθx 、ｅθy ）を制御モデルに基づいてシミュレーシ
ョンすると、図７に示す結果が得られる。計算条件は図
６の場合と同様である。図７の上段から、並進運動偏差
信号ｅg 、ｘ軸回りの回転運動偏差信号ｅθx およびｙ
軸回りの回転運動偏差信号ｅθy を示す。図５に示した
実験結果と定性的にみて同様の応答波形が得られている
ことがわかる。次に、微動ステージを搭載しているＸＹ
ステージへのステップ駆動信号は既知であるから、この
駆動信号に補償を施して微動ステージ制御装置にフィー
ドフォワードする。結果を図８に示す。図中の破線はフ
ィードフォワード無しの場合を、実線はフィードフォワ
ード有りの場合の応答である。明らかに、フィードフォ
ワードを施すと、ｅθy のバタツキがよく抑圧できてい
ることが確認できる。したがって、Ｘステージのステッ
プ駆動によって微動ステージに発生するｙ軸回りの外乱
応答を抑圧できたのである。同様に、Ｙステージのｙ軸
方向のステップ駆動によって、微動ステージにはｘ軸回
りの外乱応答が生じるが、この応答はＹステージのステ
ップ駆動信号を受けたフィードフォワード補償信号を微
動ステージ制御装置における運動モード分配回路１８の
前段でｘ軸回りの制御信号ｃθx に対して加算すること
によって抑圧できる。Next, the effectiveness of the present invention will be shown by numerical calculation. In the conventional fine movement stage controller 100 shown in FIG. 4, motion mode deviation signal when the torque disturbance around the y-axis to the substrate 9 constituting the fine movement stage is applied (e g,
When eθ x , eθ y ) is simulated based on the control model, the results shown in FIG. 7 are obtained. The calculation conditions are the same as in the case of FIG. From the top of FIG. 7, translational motion deviation signal e g , rotational motion deviation signal e θ x and y around the x-axis are shown.
The rotational movement deviation signal eθ y about the axis is shown. It can be seen that a response waveform similar to the experimental result shown in FIG. 5 is obtained qualitatively. Next, XY equipped with a fine movement stage
Since the step drive signal to the stage is known, this drive signal is compensated and fed forward to the fine movement stage controller. The results are shown in Fig. 8. The broken line in the figure shows the case without feedforward, and the solid line shows the response with feedforward. Obviously, it can be confirmed that the fluttering of eθ y can be suppressed well by applying the feed forward. Therefore, the step response of the X stage can suppress the disturbance response around the y-axis generated in the fine movement stage. Similarly, the step drive of the Y stage in the y-axis direction causes a disturbance response around the x-axis in the fine movement stage. This response causes the feedforward compensation signal received from the step drive signal of the Y stage to be transmitted to the fine movement stage controller. This can be suppressed by adding to the control signal cθ x around the x axis in the preceding stage of the motion mode distribution circuit 18.
【００２２】次に、フィードフォワードを行なうための
具体的な補償器の一構成例を示す。ここでは簡単のため
に、１自由度の微動位置決め機構に対して位置制御系を
構成したときのブロック図に基づき、フィードフォワー
ドの施し方の一例を説明する。図９は微動ステージ制御
装置へのフィードフォワードを説明するための制御ブロ
ック図を示す。ここで、ｍは質量、ｄは粘性摩擦係数、
ｋはばね定数、ｋi は積分器ゲイン、ｋloopはループゲ
イン、ｋs は位置センサ変換定数、Ｖcom は指令値、Ｖ
s は位置センサ出力電圧、ｘは変位、ＦF はフィードフ
ォワード入力、ｄd は外乱入力を表わす。図９記載の記
号を使って、Ｖs ，Ｖcom ，ＦF ，ｄdの間の関係を求
めると簡単な計算によって（１）式を得る。Next, a configuration example of a specific compensator for performing feedforward will be shown. Here, for simplification, an example of how to perform feedforward will be described based on a block diagram when a position control system is configured for a fine movement positioning mechanism having one degree of freedom. FIG. 9 is a control block diagram for explaining feedforward to the fine movement stage controller. Where m is mass, d is viscous friction coefficient,
k is a spring constant, k i is an integrator gain, k loop is a loop gain, k s is a position sensor conversion constant, V com is a command value, V
s is the position sensor output voltage, x is the displacement, F F is the feedforward input, and d d is the disturbance input. When the relationship between V s , V com , F F , and d d is obtained using the symbols shown in FIG. 9, the formula (1) is obtained by a simple calculation.
【００２３】[0023]
【数１】 ここで、外乱ｄd の入力が位置センサ出力Ｖs に及ぼす
影響をフィードフォワードＦF の入力のよって抑圧すれ
ばよいので、（２）式の関係を満たすフィードフォワー
ドＦF を構成すればよいことがわかる。すなわち、疑似
微分特性の伝達関数を実現すればよいのである。[Equation 1] Since the effect of input disturbance d d is on the position sensor output V s may be suppressed by the input of the feedforward F F, it is sufficient to configure the feedforward F F satisfying the expression (2) Relationship I understand. That is, it is sufficient to realize a transfer function having a pseudo differential characteristic.
【００２４】[0024]
【数２】 なお、（２）式の実現に当たっては、ｄ，ｋの値を同定
する必要がある。しかし、結局のところｄd とＦF との
関係を示す伝達関数の形は[Equation 2] To realize the equation (2), it is necessary to identify the values of d and k. However, after all, the form of the transfer function showing the relationship between d d and F F is
【００２５】[0025]
【数３】 となり、ゲインｋffと時定数Ｔffとが共に調整できるよ
うな実装設計を行なっておけばよいのである。すなわ
ち、ｋ，ｄの正確な同定ができない場合でも、フィ−ド
フォワード補償器を実現しかつこれを調整して所望の性
能を確保する際の困難さは生じない。上述の考えに基づ
いて設計し、かつ図８の数値計算を得るに際して用いた
ｙ軸回りのフィードフォワード補償器３１の伝達関数は
次式のようになっている。(Equation 3) Therefore, it suffices to design the mounting so that both the gain k ff and the time constant T ff can be adjusted. That is, even if k and d cannot be accurately identified, there is no difficulty in realizing the feedforward compensator and adjusting it to secure desired performance. The transfer function of the feedforward compensator 31 around the y-axis, which was designed based on the above idea and used in obtaining the numerical calculation of FIG. 8, is as follows.
【００２６】[0026]
【数４】 [Equation 4]
【００２７】なお、疑似微分特性を有する（２）式の伝
達関数は、ステップ状の外乱が印加されることを想定し
たときに導かれる。しかし、本発明の主旨は、ＸＹステ
ージの駆動信号に対して適切な周波数整形を施し、その
出力信号を運動モードを考慮して微動ステージ制御装置
へフィードフォワードすることにある。上述の場合、こ
の周波数整形が（３）式の如き疑似微分特性であったに
すぎない。したがって、フィードフォワード補償は疑似
微分特性に限定されるものではなく、ＸＹステージ制御
装置内から取得するステップ駆動信号のパターンとその
信号品質によって適宜な周波数整形を施すものであれば
よい。The transfer function of the equation (2) having the pseudo-differential characteristic is derived when it is assumed that a step disturbance is applied. However, the gist of the present invention is to perform appropriate frequency shaping on the drive signal of the XY stage and feed the output signal to the fine movement stage control device in consideration of the motion mode. In the above case, this frequency shaping is merely the pseudo-differential characteristic as shown in the equation (3). Therefore, the feedforward compensation is not limited to the pseudo-differential characteristic, and may be any one as long as appropriate frequency shaping is performed according to the pattern of the step drive signal acquired from the XY stage control device and the signal quality thereof.
【００２８】[0028]
【他の実施例】図１に示す実施例では微動ステージ制御
装置内へフィードフォワードする信号を指令端子２４か
ら受け取った。しかし、本発明の主旨を逸脱しない限
り、フィードフォワードのための信号は指令端子２４の
信号に限定されるものではない。フィードフォワードの
ための信号は、例えば（１）ｘ軸方向へのステップ駆動
の状態を検出する振動センサ、例えば加速度センサを粗
動ステージ１９あるいは微動ステージの基板９に装着
し、この出力信号を適切に周波数整形してから微動ステ
ージ制御装置内の制御信号ｃθy と加算するか、また
は、（２）電力アンプ２７への入力信号あるいは出力信
号など粗動ステージ１９を位置決め制御する閉ループ内
の任意の信号を検出し、やはり適切な周波数整形を行っ
てステップ駆動の期間のみ選択的に微動ステージ制御装
置内の制御信号ｃθyと加算するようにしてもよい。Other Embodiments In the embodiment shown in FIG. 1, a signal for feeding forward into the fine movement stage controller is received from the command terminal 24. However, the signal for feedforward is not limited to the signal at the command terminal 24 without departing from the gist of the present invention. For the signal for feedforward, for example, (1) a vibration sensor for detecting the step driving state in the x-axis direction, for example, an acceleration sensor is attached to the substrate 9 of the coarse movement stage 19 or the fine movement stage, and this output signal is appropriate. Frequency shaping to add to the control signal cθ y in the fine movement stage control device, or (2) an input signal or output signal to the power amplifier 27, or an arbitrary signal in a closed loop for positioning control of the coarse movement stage 19. It is also possible to detect a signal, perform appropriate frequency shaping, and selectively add it to the control signal cθ y in the fine movement stage controller only during the step driving period.
【００２９】また、上述の実施例においては、図１０に
示す如く微動ステージの基板９の中心を原点にしたｘｙ
座標系において、ｙ軸上で正側にアクチュエータ１０Ｍ
を、ｘ軸正側でｙ軸負側にアクチュエータ１０Ｒを、そ
してｘ軸負側でｙ軸負側にアクチュエータ１０Ｌをそれ
ぞれ配置し、このようなアクチュエータ配置の微動ステ
ージを搭載するＸＹステージを、図１０に示すｘｙ座標
系のｘ軸あるいはｙ軸方向にステップ駆動した例を示し
た。したがって、ｘ軸方向へのステップ駆動ではｙ軸回
りのトルク外乱が、ｙ軸方向へのステップ駆動ではｘ軸
回りのトルク外乱がそれぞれ主に微動ステージに作用す
ることとなり、したがって微動ステージ制御装置内の運
動モード編差信号もｘ軸方向のステップ駆動ではｅθy
が、ｙ軸方向のステップ駆動ではｅθx が主に揺動する
ことになった。しかし、本発明はこのようなアクチュエ
ータ配置の特殊性に依存するものではない。さらに、上
述においては微動ステージ制御装置は運動モードに基づ
く非干渉化の制御系構成を採っていたが、本発明はこの
ような制御系の特殊構造に依存するものでもない。図２
は、通常の独立な制御系構造を持つ微動ステージ制御装
置に本発明を適用した場合のブロック図を示す。図２に
おいて、図１の構成要素とほぼ同一の作用および機能を
有する構成要素は同一符号を付けて説明は省略する。図
２では、図１に示した微動ステージ制御装置から運動モ
ード抽出回路１７と運動モード分配回路１８が除去され
ており、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの近傍
に在る位置センサ１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌの信号からの
フィードバックによって各軸独立の制御ループが構成さ
れている。従って、指令電圧入力端子１３’Ｍ，１３’
Ｒ，１３’Ｌには各軸への位置目標値が印加され、偏差
信号（ｅM ，ｅR ，ｅL）と制御信号（ｃM ，ｃR ，ｃL
）も各軸のものである。ここでは、粗動ステージ１９
がｘ軸方向にステップ駆動されたとき、微動ステージの
基板９にはｙ軸回りのトルク外乱が作用するわけである
が、指令端子２４の信号をステップ駆動の期間だけｙ軸
回りのフィードフォワード補償器３１に導き、さらにそ
の出力信号をフィードフォワード信号分配演算回路３４
に通して各軸の電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの前
段に加算している。フィードフォワード信号分配演算回
路３４の働きは、ｙ軸回りのフィードフォワード補償器
３１の出力を受け、この信号を分配して最終的にはアク
チュエータ１０Ｒ，１０Ｌに変位を発生してトルク外乱
に抗することである。同様に、図示しないＹ方向粗動ス
テージがｙ軸方向へステップ駆動された場合には、ｘ軸
回りのフィードフォワード補償器３３の信号がフィード
フォワード信号分配演算回路３４に導かれ、基板９のｘ
軸回りのトルク外乱に抗するように、アクチュエータ１
０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌに変位を発生させるべく電力増幅
器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの前段にフィードフォワード
信号分配演算回路３４の出力信号が加算される。In the above embodiment, as shown in FIG. 10, xy with the center of the substrate 9 of the fine movement stage as the origin.
Actuator 10M on the positive side on the y-axis in the coordinate system
, An actuator 10R is arranged on the positive side of the x-axis on the negative side of the y-axis, and an actuator 10L is arranged on the negative side of the y-axis on the negative side of the x-axis, and an XY stage equipped with such a fine movement stage is shown in FIG. An example in which step driving is performed in the x-axis or y-axis direction of the xy coordinate system shown in FIG. Therefore, the torque disturbance around the y-axis mainly acts on the fine movement stage in the step driving in the x-axis direction and the torque disturbance around the x-axis in the step driving in the y-axis direction. The motion mode difference signal of is also eθ y in the step drive in the x-axis direction.
However, in the step drive in the y-axis direction, eθ x mainly swings. However, the present invention does not depend on such peculiarity of the actuator arrangement. Further, in the above description, the fine movement stage control device adopts the control system configuration of non-interference based on the motion mode, but the present invention does not depend on such a special structure of the control system. Figure 2
FIG. 3 is a block diagram when the present invention is applied to a fine movement stage controller having a normal independent control system structure. 2, constituent elements having substantially the same operations and functions as those of the constituent elements of FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In FIG. 2, the motion mode extraction circuit 17 and the motion mode distribution circuit 18 are removed from the fine movement stage controller shown in FIG. 1, and the position sensors 11M, 11R, and 11L near the actuators 10M, 10R, and 10L are removed. The control loop independent of each axis is constructed by the feedback from the signal. Therefore, the command voltage input terminals 13'M, 13 '
Position target values for each axis are applied to R, 13'L, and deviation signals (e M , e R , e L ) and control signals (c M , c R , c L ) are applied.
) Is also for each axis. Here, the coarse movement stage 19
When is driven stepwise in the x-axis direction, a torque disturbance about the y-axis acts on the substrate 9 of the fine movement stage. However, the signal at the command terminal 24 is compensated for the feedforward compensation about the y-axis only during the step drive. The output signal to a feed-forward signal distribution calculation circuit 34.
Is added to the front stage of the power amplifiers 16M, 16R, 16L for each axis. The feedforward signal distribution calculation circuit 34 receives the output of the feedforward compensator 31 around the y-axis, distributes this signal, and finally generates displacements in the actuators 10R and 10L to resist torque disturbance. That is. Similarly, when the Y-direction coarse movement stage (not shown) is step-driven in the y-axis direction, the signal of the feedforward compensator 33 around the x-axis is guided to the feedforward signal distribution calculation circuit 34, and the x of the substrate 9 is moved.
Actuator 1 so as to resist the torque disturbance around the axis
The output signal of the feedforward signal distribution arithmetic circuit 34 is added to the preceding stage of the power amplifiers 16M, 16R and 16L so as to generate displacement in 0M, 10R and 10L.
【００３０】さらに、図２によれば、微動ステージのア
クチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの配置が図１０以
外の場合でも、フィードフォワード信号分配演算回路３
４の演算内容に設計変更を加えれば対処できることがわ
かる。すなわち、図１０のｘｙｚ座標系において、ｚ軸
回りに回転させた新たな座標系にアクチュエータ１０
Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌが再配置され、粗動ステージである
ＸＹステージはそれぞれ旧座標系におけるｘ軸とｙ軸方
向にステップ駆動される場合においても、ステップ駆動
時のトルク外乱に抗するようにフィードフォワード信号
分配演算回路３４の演算内容を構成することができる。Further, according to FIG. 2, even when the fine movement stage actuators 10M, 10R and 10L are arranged other than those shown in FIG.
It can be seen that this can be dealt with by adding a design change to the calculation contents of 4. That is, in the xyz coordinate system of FIG. 10, the actuator 10 is added to a new coordinate system rotated around the z axis.
Even when M, 10R, and 10L are rearranged, and the XY stage, which is a coarse movement stage, is step-driven in the x-axis and y-axis directions in the old coordinate system, respectively, the feed is performed to withstand the torque disturbance during step driving. The operation content of the forward signal distribution operation circuit 34 can be configured.
【００３１】なお、図１と図２の実施例ではアナログ演
算回路で制御装置を実現しているが、この内の一部もし
くは全部を電子計算機のようなディジタル演算装置で置
き換えても構わない。Although the control device is realized by the analog arithmetic circuit in the embodiments of FIGS. 1 and 2, some or all of them may be replaced by a digital arithmetic device such as an electronic computer.
【００３２】[0032]
【発明の効果】従来、ＸＹステージ制御装置と微動ステ
ージ制御装置とは制御ループ間の関連は持たせられてい
なかった。このため、微動ステージの位置決め性能を追
求していくと、制御装置は互いに独立でもＸＹステージ
との力学的な干渉が顕著となり、もってＸＹステージと
微動ステージを含めた総合の位置決め性能を向上できな
くなっていた。本発明のステージ位置決め制御装置で
は、ＸＹステージ制御装置と微動ステージ制御装置との
制御ループ間に関連を持たせたため、微動ステージ制御
装置内のゲインを安定範囲で最大に設定しておいた状態
にしておいても、ＸＹステージのステップ駆動によって
生じる微動ステージ制御装置の整定性の乱れをステップ
駆動に同期して抑圧することができる。したがって、総
合の位置決め性能向上に質するところ大という効果があ
る。In the past, the XY stage controller and the fine movement stage controller were not associated with each other in the control loop. Therefore, as the positioning performance of the fine movement stage is pursued, even if the control devices are independent of each other, the mechanical interference with the XY stage becomes remarkable, and the overall positioning performance including the XY stage and the fine movement stage cannot be improved. Was there. In the stage positioning control device of the present invention, since the control loops of the XY stage control device and the fine movement stage control device are related to each other, the gain in the fine movement stage control device is set to the maximum in the stable range. Even in this case, it is possible to suppress the settling disturbance of the fine movement stage controller caused by the step driving of the XY stage in synchronization with the step driving. Therefore, there is an effect that the quality of the overall positioning performance is improved.
【００３３】また、従来、ＸＹステージ制御装置と微動
ステージ制御装置に対する閉ループ系としてのパラメー
タ調整は、制御装置が独立であるにもかかわらず結果と
して独立にはならなかったのであるが、本発明によれば
いわゆる直交調整が可能という効果が生じる。すなわ
ち、それぞれの制御装置に対するパラメータ調整が独立
に成し得るのでパラメータ調整に要する作業時間の短縮
が図れ、もって装置の立ち上げ時間短縮に貢献するとこ
ろ大である。Further, conventionally, parameter adjustment as a closed loop system for the XY stage control device and the fine movement stage control device was not independent as a result even though the control device was independent. According to this, so-called orthogonal adjustment is possible. That is, since the parameter adjustment for each control device can be performed independently, the work time required for the parameter adjustment can be shortened, which greatly contributes to the shortening of the startup time of the device.
【図１】 本発明の一実施例に係るステージ位置決め制
御装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a stage positioning control device according to an embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の他の実施例に係るステージ位置決め
制御装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a stage positioning control device according to another embodiment of the present invention.
【図３】 定盤に搭載されたＸＹステージの概略図であ
る。FIG. 3 is a schematic diagram of an XY stage mounted on a surface plate.
【図４】 微動ステージ制御装置のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a fine movement stage control device.
【図５】 ＸＹステージＸステップ駆動時の微動ステー
ジ制御装置内の運動モード偏差信号である。FIG. 5 is a motion mode deviation signal in the fine movement stage control device during the XY stage X step drive.
【図６】 微動ステージにｙ軸回りのトルク外乱が作用
した場合でループゲインを変化させたときの運動モード
偏差信号ｅθy である。FIG. 6 is a motion mode deviation signal eθ y when the loop gain is changed in the case where a torque disturbance about the y axis acts on the fine movement stage.
【図７】 微動ステージにｙ軸回りのトルク外乱が作用
したときの運動モード偏差信号である。FIG. 7 is a motion mode deviation signal when a torque disturbance about the y axis acts on the fine movement stage.
【図８】 微動ステージにｙ軸回りのトルク外乱が作用
した場合のフィードフォワード補償の有無による運動モ
ード偏差信号である。FIG. 8 is a motion mode deviation signal depending on the presence / absence of feedforward compensation when a torque disturbance about the y-axis acts on the fine movement stage.
【図９】 微動ステージ制御装置へのフィードフォワー
ド補償を説明するための制御ブロック図である。FIG. 9 is a control block diagram for explaining feedforward compensation to a fine movement stage controller.
【図１０】 アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの
配置図である。FIG. 10 is a layout diagram of actuators 10M, 10R, and 10L.
１：Ｘステージ、２：微動ステージ、３：シリコンウエ
ハ、４：Ｙステージ、５Ｒ、５Ｌ：リニアモータの可動
子、６Ｒ、６Ｌ：コイル、７：ステージ定盤、８：定
盤、９：基板，１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌ：アクチュエー
タ、１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌ：位置センサ、１２Ｍ，１
２Ｒ，１２Ｌ：変位増幅器、１３Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌ：
指令電圧入力端子、１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌ：偏差増幅
器、１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌ：ゲイン補償器、１６Ｍ，
１６Ｒ，１６Ｌ：電力増幅器、１７：運動モード抽出回
路、１８：運動モード分配回路、１９：粗動ステージ、
２０：バーミラー、２１：レーザー干渉計、２２：出射
ビーム、２３：位置計測手段、２４：指令端子、２５：
速度補償器、２６：位置補償器、２７：電力アンプ、２
８：アクチュエータ、２９：第１のスイッチ手段、３
０：第２のスイッチ手段、３１：ｙ軸回りのフィードフ
ォワード補償器、３２：信号線、３３：ｘ軸回りのフィ
ードフォワード補償器、３４：フィードフォワード信号
分配演算回路。1: X stage, 2: fine movement stage, 3: silicon wafer, 4: Y stage, 5R, 5L: mover of linear motor, 6R, 6L: coil, 7: stage surface plate, 8: surface plate, 9: substrate , 10M, 10R, 10L: actuator, 11M, 11R, 11L: position sensor, 12M, 1
2R, 12L: displacement amplifier, 13M, 13R, 13L:
Command voltage input terminal, 14M, 14R, 14L: deviation amplifier, 15M, 15R, 15L: gain compensator, 16M,
16R, 16L: power amplifier, 17: motion mode extraction circuit, 18: motion mode distribution circuit, 19: coarse motion stage,
20: bar mirror, 21: laser interferometer, 22: emitted beam, 23: position measuring means, 24: command terminal, 25:
Speed compensator, 26: position compensator, 27: power amplifier, 2
8: Actuator, 29: First switch means, 3
0: second switch means, 31: feedforward compensator around y-axis, 32: signal line, 33: feedforward compensator around x-axis, 34: feedforward signal distribution arithmetic circuit.
Claims (4)
に搭載され水平面内を位置決めするＸＹステージと、 前記ＸＹステージの上に搭載され鉛直軸方向の位置と鉛
直軸からの傾きを制御するようにアクチュエータが配置
された微動ステージと、 前記ＸＹステージを位置決めするためのＸＹステージ制
御装置と、 前記微動ステージを位置決めするための微動ステージ制
御装置とからなるステージ位置決め制御装置において、 前記ＸＹステージを位置決めするためのステップ駆動信
号に対し運動モードに応じた周波数整形を施した補償信
号を前記ＸＹステージのステップ駆動期間だけ前記微動
ステージ制御装置へフィードフォワードする手段を設け
たことを特徴とするステージ位置決め制御装置。1. An XY stage mounted on a surface plate, which is an anti-vibration device installed on a floor surface, for positioning in a horizontal plane, and a position in the vertical axis direction mounted on the XY stage and an inclination from the vertical axis. A fine movement stage in which an actuator is arranged to control the XY stage, an XY stage control device for positioning the XY stage, and a fine movement stage control device for positioning the fine movement stage. Means for feeding forward a compensation signal, which is obtained by performing frequency shaping according to a motion mode to a step drive signal for positioning the XY stage, to the fine movement stage controller for the step drive period of the XY stage. Stage positioning control device.
Ｙステージ制御装置内のステップ駆動信号を検出しこの
駆動信号をステップ駆動期間だけ選択するためのスイッ
チ手段と、このスイッチ手段で選択された信号に対して
適切な周波数整形を施すためのフィードフォワード補償
器と、このフィードフォワード補償器の出力信号を前記
ＸＹステージのステップ駆動の期間だけ前記微動ステー
ジ制御装置へ運動モードを考慮してフィードフォワード
するフィードフォワード回路とからなることを特徴とす
る請求項１記載のステージ位置決め制御装置。2. The feedforward means comprises the X
Switch means for detecting a step drive signal in the Y-stage control device and selecting this drive signal only during a step drive period, and feedforward compensation for applying appropriate frequency shaping to the signal selected by this switch means. And a feedforward circuit for feedforwarding an output signal of the feedforward compensator to the fine movement stage control device in consideration of a motion mode only during a step drive of the XY stage. The described stage positioning control device.
に基づく非干渉化の構造を持つ制御装置であり、前記Ｘ
Ｙステージ制御装置内のステップ駆動信号は指令端子に
印加される信号であり、前記フィードフォワード補償器
は疑似微分特性を持つものであり、前記フィードフォワ
ード回路は前記疑似微分特性を有するフィードフォワー
ド補償器の出力を運動モードに基づく非干渉化の構造を
持つ前記微動ステージ制御装置内の運動モード分配回路
の前段に加算するものであることを特徴とする請求項２
記載のステージ位置決め制御装置。3. The fine movement stage control device is a control device having a decoupling structure based on a motion mode,
The step drive signal in the Y stage control device is a signal applied to the command terminal, the feedforward compensator has a pseudo differential characteristic, and the feedforward circuit has a pseudodifferential characteristic. 3. The output of the above is added to the preceding stage of the motion mode distribution circuit in the fine movement stage controller having the structure of decoupling based on the motion mode.
The described stage positioning control device.
軸独立の制御ループで構成された制御装置であり、前記
ＸＹステージ制御装置内のステップ駆動信号は指令端子
に印加される信号であり、前記フィードフォワード補償
器は疑似微分特性を持つものであり、前記フィードフォ
ワード回路は前記疑似微分特性を有するフィードフォワ
ード補償器の出力を各軸独立の制御ループで構成された
前記微動ステージ制御装置内各軸の電力増幅器の前段に
分配するためのフィードフォワード信号分配演算回路を
備えるものであることを特徴とする請求項２記載のステ
ージ位置決め制御装置。4. The fine movement stage control device is a control device in which a drive axis is constituted by a control loop independent of each axis, and a step drive signal in the XY stage control device is a signal applied to a command terminal, The feed-forward compensator has a pseudo-differential characteristic, and the feed-forward circuit includes the output of the feed-forward compensator having the pseudo-differential characteristic in each of the fine movement stage control devices configured by a control loop independent of each axis. 3. The stage positioning control device according to claim 2, further comprising a feedforward signal distribution calculation circuit for distribution to a front stage of the axial power amplifier.
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1995
- 1995-03-02 JP JP06668295A patent/JP3215280B2/en not_active Expired - Fee Related
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