JPWO2009031654A1 - 駆動制御方法、駆動制御装置、ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法、露光装置及び計測装置 - Google Patents

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Abstract

少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能な物体を制御する駆動制御方法であって、前記物体を前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータを駆動する駆動信号と、前記物体の出力端における前記第２方向の外乱信号に基づいて生成される外乱補正信号と、に基づいて前記物体に加わる力を制御する。

Description

本発明は、駆動制御方法、駆動制御装置、ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法、露光装置及び計測装置に関する。
本願は、２００７年９月７日に出願された特願２００７−２３３３２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、例えば液晶ディスプレイ（総称としてフラットパネルディスプレイ）を製造する工程においては、基板（ガラス基板）にトランジスタやダイオード等の素子を形成するために露光装置が多く使用されている。この露光装置は、レジストを塗布した基板をステージ装置のホルダに載置し、マスクに描かれた微細な回路パターンを投影レンズ等の光学系を介して基板に転写するものである。近年では、例えばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられることが多くなっている（例えば、特開２０００−０７７３１３号公報参照）。
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状の露光光をマスクに照射している状態で、マスクと基板とを投影光学系に対して互いに同期移動させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了する度に基板をステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う露光装置である。
基板表面に設定された複数の区画領域（ショット領域）の各々に対して露光処理を行う場合には、基板とマスクとの位置関係を同期させつつ、露光すべきエネルギー量に見合った速度で、ほぼ定速で移動させる必要がある。このため、基板が搭載された基板ステージとマスクを載置したマスクステージとを助走（加速）させ、この助走中にステージ間の同期をとり、その後基板上の露光対象となっているショット領域が露光領域（露光位置）に差し掛かった時点で、露光光を露光領域に照射して露光が行われるという手順が踏まれる。
露光光を露光領域に照射する際には、例えば投影光学系に基づくジャストフォーカスの状態(投影光学系ＰＬの結像点と基板の露光領域のＺ方向位置が一致する)を保持するように、例えばセンサなどによって前記投影光学系に含まれるレンズと基板との間の距離を測定し、フィードバック制御によってオートフォーカスを行う機構(焦点位置検出系等)が設けられている。
近年においては露光領域の大面積化が進んでおり、ステージ自体も大型化している。しかしながら、大型のステージを加速させる場合にステージが加振されやすく、加速させたステージが一定速度になった直後にも振動が残ってしまう場合がある。そのため、オートフォーカスが不十分になり、ジャストフォーカスの状態を維持することが困難になってしまうおそれがある。上記ステージの振動の問題は露光装置に限られたものではなく、ステージなど移動する物体を有する他の装置等においても同様の問題が考えられる。
本発明の目的は、駆動させる物体の振動を確実に抑制することが可能な駆動制御方法、駆動制御装置、ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法、露光装置及び計測装置を提供することにある。
本発明に係るいくつかの態様は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
本発明の第１態様に従えば、少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能な物体（ＰＳＴ）を制御する駆動制御方法であって、前記物体を前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータ（１６）を駆動する駆動信号と、前記物体の出力端における前記第２方向の外乱信号に基づいて生成された外乱補正信号（２７）と、に基づいて前記物体に加わる力を制御する駆動制御方法が提供される。
第１態様によれば、物体（ＰＳＴ）を第１方向に移動させるための第１アクチュエータ（１６）を駆動する駆動信号に加えて、物体の第２方向の外乱に基づいて生成された外乱補正信号（２７）に基づいて物体に加わる力が制御されるので、物体を第１方向に加速させた後に生じる出力端での外乱の悪影響を防ぐことが可能となる。
本発明の第２態様に従えば、少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能な物体（ＰＳＴ）を制御する駆動制御装置であって、前記物体を前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータ（１６）を駆動する駆動信号を生成すると共に、前記物体の前記第２方向の外乱に基づいて外乱補正信号（２７）を生成する信号生成装置（１１）と、前記駆動信号及び前記外乱補正信号に基づいて前記物体に加わる力を制御する制御装置（１１ａ）とを備える駆動制御装置（１１）が提供される。
第２態様によれば、物体（ＰＳＴ）を第１方向に移動させるための第１アクチュエータ（１６）を駆動する駆動信号に加えて、物体の第２方向の外乱に基づいて生成された外乱補正信号（２７）に基づいて物体に加わる力が制御されるので、物体を第１方向に加速させた後に生じる出力端での外乱の悪影響を防ぐことが可能となる。
本発明の第３態様に従えば、少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能なステージ（ＰＳＴ）を制御するステージ制御方法であって、前記ステージを前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータ（１６）を駆動する駆動信号と、前記ステージの前記第２方向の振動に関する伝達関数に基づいて生成された外乱補正信号（２７）と、に基づいて前記ステージに加わる力を制御するステージ制御方法が提供される。
第３態様によれば、ステージ（ＰＳＴ）を第１方向に移動させるための第１アクチュエータ（１６）を駆動する駆動信号に加えて、ステージの第２方向の振動に関する伝達関数に基づいて生成された外乱補正信号（２７）に基づいてステージに加わる力が制御されるので、ステージを第１方向に加速させた後に生じるステージの振動による悪影響を防ぐことが可能となる。
前記ステージに加える力は、例えば、前記ステージを前記第２方向に移動させるための第２アクチュエータを駆動することで得られるものであってもよい。
本発明の第４態様に従えば、少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能なステージ（ＰＳＴ）を制御するステージ制御装置であって、前記ステージを前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータを駆動する駆動信号を生成すると共に、前記ステージの前記第２方向の振動に関する伝達関数に基づいて外乱補正信号（２７）を生成する信号生成装置（１１）と、前記駆動信号及び前記外乱補正信号に基づいて前記ステージに加わる力を制御する制御装置（１１ａ）とを備えるステージ制御装置（１１）が提供される。
第４態様によれば、ステージ（ＰＳＴ）を第１方向に移動させるための第１アクチュエータ（１６）を駆動する駆動信号に加えて、ステージの第２方向の振動に関する伝達関数に基づいて生成された外乱補正信号（２７）に基づいてステージに加わる力が制御されるので、ステージを第１方向に加速させた後に生じるステージの振動による悪影響を防ぐことが可能となる。
前記ステージに加わる力は、前記外乱補正信号に基づいて、前記ステージを前記第２方向に移動させるための第２アクチュエータを駆動することで得られるものであってもよい。
本発明の第５態様に従えば、基板（Ｐ）を保持するステージ（ＰＳＴ）を用いて露光を行う露光方法であって、上記の駆動制御方法又はステージ制御方法によって前記ステージを駆動する露光方法が提供される。
第５態様によれば、ステージ（ＰＳＴ）を第１方向に加速させた後に生じるステージの振動の悪影響を防ぐことが可能なステージ制御方法によってステージを駆動するので、露光精度が低下するのを防ぐことができる。
本発明の第６態様に従えば、基板（Ｐ）を保持するステージ（ＰＳＴ）を用いて露光を行う露光装置であって、上記の駆動制御装置（１１）又はステージ制御装置（１１）を備える露光装置（１０）が提供される。
第６態様によれば、物体又はステージ（ＰＳＴ）を第１方向に加速させた後に生じるステージの振動の悪影響を防ぐことが可能な駆動制御装置又はステージ制御装置（１１）によってステージを駆動するので、露光の精度が低下するのを防ぐことができる。
本発明の第７態様に従えば、被検物を載置するステージと、上記のステージ制御装置とを備える計測装置が提供される。
第７態様によれば、ステージを第１方向に加速させた後に生じるステージの振動の悪影響を防ぐことが可能なステージ制御装置によってステージを駆動するので、信頼性の高い計測結果を得ることができる。
本発明によれば、駆動させる物体の振動による悪影響を防ぐことができる。
本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る露光装置の一部の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る露光装置の一部の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 力学系モデルを示す図である。
符号の説明
ＰＳＴ…プレートステージ（物体、ステージ）、１０…露光装置、１１…主制御装置（駆動信号生成装置）、１１ａ…制御装置（駆動制御装置、ステージ制御装置）、１６…リニアモータ（第１アクチュエータ）、２７…外乱モデル信号（外乱補正信号）、２９…完全追従ＦＦ制御器、３０…ＦＢ制御器、２８、３１、３５…演算部、３２、３３、３４…制御対象、５６…サーボモータ（第２アクチュエータ）
発明を実施するための形態
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、一実施形態の露光装置１０の構成を示す概略図である。この露光装置１０は、液晶表示素子パターンが形成されたマスクＭと、第１ステージとしてのプレートステージＰＳＴに保持された基板（及び物体）としてのガラスプレート（以下、「プレート」という）Ｐとを、投影光学系ＰＬに対して第１方向、すなわち所定の走査方向（ここでは、図１のＸ軸方向（紙面内左右方向）とする）に沿って同一速度で同一方向に相対走査し、マスクＭに形成されたパターンをプレートＰ上に転写する等倍一括転写型の液晶用走査型露光装置である。
この露光装置１０は、露光用照明光ＩＬによりマスクＭ上の所定のスリット状照明領域（図１のＹ軸方向（紙面直交方向）に細長く延びる長方形の領域または円弧状の領域）を照明する照明系ＩＯＰ、パターンが形成されたマスクＭを保持してＸ軸方向に移動する第２ステージとしてのマスクステージＭＳＴ、マスクＭの上記照明領域部分を透過した露光用照明光ＩＬをプレートＰに投射する投影光学系ＰＬ、本体コラム１２、前記本体コラム１２への床からの振動を除去するための除振台（図示せず）、及び前記両ステージＭＳＴ、ＰＳＴを制御する制御装置（ステージ制御装置）１１等を備えている。
前記照明系ＩＯＰは、例えば特開平９−３２０９５６号公報に開示されたように、光源ユニット、シャッタ、２次光一形成光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、視野絞り（ブラインド）、及び結像レンズ系等（いずれも図示省略）から構成され、次に述べるマスクステージＭＳＴ上に載置され保持されたマスクＭ上の上記スリット状照明領域を均一な照度で照明する。
マスクステージＭＳＴは、不図示のエアパッドによって、本体コラム１２を構成する上部定盤１２ａの上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されており、駆動機構１４によってＸ軸方向に駆動される。
マスクステージＭＳＴを駆動する駆動機構１４としては、ここではリニアモータが用いられているので、以下、この駆動機構をリニアモータ１４と呼ぶ。このリニアモータ１４の固定子１４ａは、上部定盤１２ａの上部に固定され、Ｘ軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ１４の可動子１４ｂはマスクステージＭＳＴに固定されている。また、マスクステージＭＳＴのＸ軸方向の位置は、本体コラム１２に固定されたマスクステージ位置計測用レーザ干渉計（以下、「マスク用干渉計」という）１８によって投影光学系ＰＬを基準として所定の分解能、例えば数ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。このマスク用干渉計１８で計測されるマスクステージＭＳＴのＸ軸位置情報Ｓ３は、主制御装置（駆動制御装置、ステージ制御装置）１１に供給されるようになっている。
投影光学系ＰＬは、本体コラム１２の上部定盤１２ａの下方に配置され、本体コラム１２を構成する保持部材１２ｃによって保持されている。投影光学系ＰＬとしては、ここでは等倍の正立正像を投影するものが用いられている。従って、照明系ＩＯＰからの露光用照明光ＩＬによってマスクＭ上の上記スリット状照明領域が照明されると、その照明領域部分の回路パターンの等倍像（部分正立像）がプレートＰ上の前記照明領域に共役な被露光領域に投影されるようになっている。なお、例えば、特開平７−５７９８６号公報に開示されるように、投影光学系ＰＬを、複数組の等倍正立の投影光学系ユニットで構成しても良い。
さらに、本実施形態では、プレートＰのＺ方向位置を計測する不図示の焦点位置検出系、例えばＣＣＤなどから構成されるオートフォーカスセンサ(図示せず)が投影光学系ＰＬを保持する保持部材１２ｃに固定されている。この焦点位置検出系からのプレートＰのＺ位置情報が主制御装置１１に供給されており、主制御装置１１では例えば、走査露光中にこのＺ位置情報に基づいてプレートＰのＺ位置を投影光学系ＰＬの結像面に一致させるオートフォーカス動作を実行するようになっている。
プレートステージＰＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、不図示のエアパッドによって、本体コラム１２を構成する下部定盤１２ｂの上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。このプレートステージＰＳＴは、駆動機構としてのリニアモータ１６によってＸ軸方向に駆動される。
このリニアモータ１６の固定子１６ａは、下部定盤１２ｂに固定され、Ｘ軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ１６の可動部としての可動子１６ｂはプレートステージＰＳＴの底部に固定されている。プレートステージＰＳＴは、前記リニアモータ１６の可動子１６ｂが固定された移動テーブル２２と、この移動テーブル２２上に搭載されたＹ駆動機構２０と、このＹ駆動機構２０の上部に設けられたＹ可動子２０ａ（図２参照）とを備えている。
前記プレートテーブル１９のＸ軸方向の位置は、本体コラム１２に固定されたプレート用干渉計２５によって投影光学系ＰＬを基準としての所定の分解能、例えば数ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。このプレート用干渉計２５としては、ここでは、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に所定距離Ｌだけ離れた２本のＸ軸方向の測長ビームをプレートテーブル１９に対して照射する２軸干渉計が用いられており、各測長軸の計測値が主制御装置１１に供給されている。
このプレート用干渉計２５の各測長軸の計測値をＸ１、Ｘ２とすると、Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２によりプレートテーブル１９のＸ軸方向の位置を求め、θ＝（Ｘ１−Ｘ２）／Ｌによりプレートテーブル１９のＺ軸回りの回転量を求めることができるが、以下の説明においては、特に必要な場合以外は、プレート用干渉計２５から上記のＸがプレートテーブル１９のＸ位置情報Ｓ１として出力されるものとする。
本実施形態においては、リニアモータ１６とＹ駆動機構２０とによって第１アクチュエータを構成するものとするが、Ｘ方向に駆動するための構成だけを前記第１アクチュエータとしてもよいし、Ｙ方向に駆動するための構成だけを前記第１アクチュエータとしてもよい。
図２は、プレートステージＰＳＴの詳細な構成を示す断面図である。
同図に示すように、プレートテーブル１９の下面（−Ｚ方向側の面）１９ａとＹ可動子２０ａとの間には、第２アクチュエータとしてのレベリングユニット５０が設けられている。レベリングユニット５０は、複数、例えば３つが配置されており、３箇所でプレートテーブル１９のＺ方向の位置を微調整することにより、プレートテーブル１９の姿勢（Ｚ方向の位置、θＸ方向の位置、及びθＹ方向）を制御するユニットである。つまり、これら３つのレベリングユニット５０（第２アクチュエータ）によってプレートテーブル１９に所定の力を加えることでプレートテーブル１９のＺ方向の位置、θＸ方向の位置及びθＹ方向の位置を調節できるようになっている。
図３は、レベリングユニット５０の構成を示す図である。各レベリングユニット５０はそれぞれ同一の構成となっているので、そのうちの１つを例に挙げてその構成を説明する。
レベリングユニット５０は、Ｙ可動子２０ａ上に設けられたカム部材５１、ガイド部材５２、カム移動機構５３及び支持部材５４と、プレートテーブル１９側に設けられたベアリング部材５５とを含んで構成されている。
カム部材５１は、断面視台形に形成された部材であり、下面５１ａが水平方向に平坦な面になっている。カム部材５１の当該下面５１ａは、ガイド部材５２に支持されている。カム部材５１の上面５１ｂは、水平面に対して傾斜して設けられた平坦面である。カム部材５１の一方の側面５１ｃには、ネジ穴５１ｄが形成されている。ガイド部材５２は、支持部材５４上にカム部材５１に沿って設けられており、図中左右方向に延在している。
カム移動機構５３は、サーボモータ５６と、ボールネジ５７と、連結部材５８とを含んで構成されている。サーボモータ５６は、制御装置１１ａからの信号に基づいて軸部材５６ａを回転させるようになっている。この軸部材５６ａは、ここでは例えば図中左右方向に延在している。ボールネジ５７は、連結部材５８を介してサーボモータ５６の軸部材５６ａに連結されており、軸部材５６ａの回転が伝達されるようになっている。このボールネジ５７は、図中左右方向（サーボモータ５６の回転軸の軸方向と同一方向）にネジ部が設けられており、当該ネジ部がカム部材５１の側面５１ｃに形成されたネジ穴５１ｄに螺合されている。軸部材５６ａ及びボールネジ５７は、支持部材５４の突出部５４ａ及び５４ｂによってそれぞれ支持されている。
このカム移動機構５３は、サーボモータ５６の回転によってボールネジ５７が回転し、ボールネジ５７の回転によって当該ボールネジ５７に螺合されたカム部材５１がガイド部材５２に沿って図中左右方向に移動するようになっている。
ベアリング部材５５は、図中下側に半球状に形成された部分５５ａを有し、当該半球状の部分５５ａの下面５５ｂがカム部材５１の上面５１ｂに当接するように設けられている。カム部材５１が移動することで、ベアリング部材５５の下面５５ｂとカム部材５１の上面５１ｂとの当接位置が変化するようになっており、当該上面５１ｂとの当接位置が変化することによって下面５５ｂのＺ方向上の位置が変化するようになっている。この位置の変化によってプレートテーブル１９のＺ方向の位置が微調節されるようになっている。
プレートテーブル１９のＺ方向上の位置に関しては、検出装置５９によって検出可能になっている。この検出装置５９についても、プレートテーブル１９に対して複数、例えば３つ設けられている。各検出装置５９は、例えば光センサ５９ａと、被検出部材５９ｂとを含んで構成されており、光センサ５９ａによって被検出部材５９ｂの位置を検出することで、被検出部材５９ｂのＺ方向の位置を検出するようになっている。また、光センサ５９ａは、Ｙ可動子２０ａ上に設けられた突出部２０ｂに固定されている。したがって、当該検出装置５９は、Ｙ可動子２０ａの上面２０ｃを基準としたときのプレートテーブル１９の位置や姿勢等を検出可能となっている。この検出装置５９によって検出された位置情報は、主制御装置１１に送信されるようになっている。
また、プレートテーブル１９の一端は、弾性部材６０によってＹ可動子２０ａ上の突出部２０ｄに接続されている。弾性部材６０は、一端が固定部材６０ａによってプレートテーブル１９の端部１９ｂに固定されており、他端が固定部材６０ｂによって突出部２０ｄに固定されている。この弾性部材６０によって、プレートテーブル１９がＸ方向及びＹ方向へ移動するのを抑えつつ、Ｚ方向に対しての移動を許容できるようになっている。
以上のような構成により、プレートステージＰＳＴは、プレートテーブル１９に保持されているプレートＰの所定の露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域に位置するように、移動テーブル２２（リニアモータ１６の可動子）をＸ方向に移動（Ｘ位置の位置決め）させ、さらに移動テーブル２２に対してＹ可動子２０をＹ方向に移動（Ｙ位置の位置決め）させることができる。このとき、プレートＰのθｚ方向の位置を調整できるようにしてもよい。さらに、レベリングユニット５０（第２アクチュエータ）により、前記オートフォーカスセンサの検出結果を基に、プレートＰのＺ位置がジャストフォーカス（投影光学系ＰＬの結像点と一致）となるように、プレートテーブル１９をＹ可動子２０ａに対してＺ方向、θｘ方向、およびθｙ方向に移動させる（Ｚ位置、θｘ方向、およびθｙ方向の位置決め）ことができる。
次に、図４を参照して、主制御装置１１のうちプレートステージＰＳＴの駆動に関する制御装置１１ａの構成を説明する。図４は、制御装置１１ａ及びその制御対象を示すブロック図である。
制御装置１１ａは、伝達関数ＧＰで表される制御対象３２を制御する装置であり、演算部２８と、完全追従ＦＦ（フィードフォワード）制御器２９と、ＦＢ（フィードバック）制御器３０と、演算部３１とを有している。演算部２８に入力される外乱モデル信号（外乱補正信号）２７は、主制御装置１１によって作成されるようになっているが、別の装置で作成した外乱モデル信号を主制御装置１１で記憶しておくようにしてもよい。
本実施形態の制御対象３２は、伝達関数ＧＬＶで表される制御対象３３及び伝達関数ＧＡＦで表される制御対象３４である。制御対象３３はレベリングユニット５０及びその制御系（フィードバック制御系）であり、検出装置５９によって検出される光センサ５９ａと被検出部材５９ｂとの間の相対的な位置に基づいてプレートテーブル１９の位置が制御される。制御対象３４は、プレートステージＰＳＴ全体の位置（Ｚ方向の振動も含む）を示している。
制御対象３２の出力端は、外乱３６の影響を受けることになる（演算部３５として示している）。この外乱３６は、ジャストフォーカス状態のプレートステージＰＳＴを前記第１アクチュエータによって加速させて移動させたときに、当該プレートステージＰＳＴに加わる推力によって生じるものである。なお、制御装置１１ａは、プレートステージＰＳＴの制御系の他、マスクステージＭＳＴの制御系（不図示）も有している。
外乱モデル信号２７は、上記外乱３６をもとに予め生成されたモデル信号である。外乱３６としては、例えばＺ方向の力、加速度、速度若しくは変位などが挙げられる。これらの各値を測定し、測定結果をもとにモデル信号を生成する。例えば物理モデルに基づく代数的外乱モデルを作成し、一括最小二乗法でパラメータ推定して評価したものを用いるようにする。また、伝達関数形式あるいは状態方程式形式の物理モデルやブラックボックスモデリングによって作成した外乱モデル信号を用いても構わない。なお、力、加速度、速度若しくは変位のうち２種類以上を組み合わせて外乱モデル信号を生成しても構わない。
具体的な一例として、外乱モデル信号２７は、伝達関数ＧＤ（本実施形態では以下の［数１］に示される伝達関数ＧＸＹ）で表される回路に基づいて作成されるようになっている。但し、数１においてωｐは共振周波数、ζｐは共振の減衰係数、ωｚは***振周波数、ζｚは***振の減衰係数、ｋｆはゲイン係数をそれぞれ示している。
Figure 2009031654
また、図２に示すプレートステージＰＳＴは、図５に示すような力学系モデルでも表すことができるので、外乱モデルを次の［数２］ように表すことも可能である。
Figure 2009031654
 ここで、
a＝ＭｍＬ＋Ｉｙ（Ｍ＋ｍ）
b＝（Ｍ＋ｍ）μ＋（Ｉｙ＋ＭＬ２）Ｃｘ
c＝（ｋ−ｍｇＬ）（Ｍ＋ｍ）＋Ｃｘμ
d＝Ｃｘ（ｋ−ｍｇＬ）
e＝−Ｌｍ
とする。
そして、Ｍは、第１ステージの質量、ｍは第２ステージの質量、Ｉｙは第２ステージの重心回りの慣性モーメント、Ｌは第２ステージの回転移動の回転中心から第２ステージ重心までの距離、μは第１ステージと第２ステージ間の減衰係数、ｋは第１ステージと第２ステージ間のねじり剛性、ｇは重力加速度、である。またこの場合、第１ステージはＸステージに相当し、リニアモータ固定子１６a、可動子１６ｂ、Ｙ駆動機構２０のうちのＹ固定子（図示せず）等によって主に構成されている。また、第２ステージはＹステージに相当し、Ｙ可動子２０a、プレートテーブル１９、レベリングユニット５０、検出装置５９等によって主に構成されている。
外乱モデル信号２７は、前記第１アクチュエータの駆動によるプレートステージＰＳＴの駆動時に加わる外乱（主に振動によるプレートＰのＺ位置の変動）の影響を予め予見し、その逆位相(位置の符号を反転させたもの）でプレートテーブル１９をＺ方向に移動させることができるようにする。つまり、プレートテーブル１９上のプレートＰにＺ方向の振動が発生しても、その振動分を予め見込んで第２アクチュエータを駆動させることで、プレートＰの露光領域（フォーカシング領域）が投影光学系ＰＬの結像点に追従できるようにしている。また、逆位相を求めるに際し、元の成分からゲインを変えることで、例えば、追従の度合いを調整できるようにしてもよい。
演算部２８は、上記のように生成された外乱モデル信号２７を減算し、その結果を出力する。
完全追従ＦＦ制御器２９及びＦＢ制御器３０は、外乱モデル信号を含む低周波数の信号を完全追従制御によって高周波数の信号に切り替える回路である。完全追従制御としては、例えば公知のシングルレート制御やマルチレート制御などが挙げられる（例えば、特開２００１−３２５００５号公報や論文「マルチレートフィードフォワード制御を用いた完全追従法」（藤本博志他、計測自動制御学会論文集３６巻、９号、ｐｐ７６６−７７２、２０００年）を参照）。演算部２８からの出力は、完全追従ＦＦ制御器２９を介して演算部３１に送られる。また、制御対象３２の出力（例えば、プレート用干渉計２５や光センサ５９ａや前記オートフォーカスセンサ等で検出されるプレートステージＰＳＴの動き）は、ＦＢ制御器３０を介して演算部３１に送られる。演算部３１は、完全追従ＦＦ制御器２９の出力とＦＢ制御器３０の出力とを加算して制御対象３２に出力する。本実施形態の構成では、完全追従ＦＦ制御器２９によって除去しきれない目標値からのズレ分をＦＢ制御器３０によってフィードバックさせて除去する構成になっている。
次に、プレートステージＰＳＴの動作を中心に露光装置１０による露光動作を説明する。
露光動作が開始されると、主制御装置１１は不図示の基板搬送装置に制御信号を出力してプレートＰをプレートテーブル１９上に搬送させて保持させるとともに、不図示のマスク搬送装置に制御信号を出力してマスクＭを搬送させて保持させる。次に、主制御装置１１は、プレートステージＰＳＴの移動に同期させるようにマスクステージＭＳＴを移動させ、このプレートステージＰＳＴ及びマスクステージＭＳＴの移動に合わせてマスクＭに形成されたパターンの一部をプレートＰのショット領域に逐次転写する。このとき、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了する度にプレートステージＰＳＴ及びマスクステージＭＳＴをステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う。全ショット領域へのパターン転写が終了したら、露光動作が完了する。ここで、ズレ分とは、外乱モデルが外乱３６を正確に反映していない場合や、外乱モデルでは考慮されていない、例えば、地震等のイレギュラーな外乱が生じた場合等を起因とするものである。
この露光動作のうち、プレートステージＰＳＴを駆動する際には、プレートテーブル１９のＺ方向の位置制御が行われる。この制御においては、まず制御装置１１ａの演算部２８において外乱モデル信号２７が減算される。演算部２８からの出力信号は、完全追従ＦＦ制御器２９によって例えば３ｋＨｚ程度の高周波数の信号に切り替えられて演算部３１に入力される。演算部３１では、完全追従ＦＦ制御器２９の出力信号にＦＢ制御器３０によって高周波数の信号に切り替えられた出力信号が加算されて出力される。
制御装置１１ａからの制御信号は制御対象３２に入力され、制御対象３３及び制御対象３４が制御される。制御対象３２では検出装置５９の光センサ５９ａと被検出部材５９ｂとの間の位置関係に基づく制御のみが行われるが、制御対象３４の制御を加えることにより、プレートステージＰＳＴのＸ方向（及び、又はＹ方向）の位置制御やプレートテーブル１９のＺ方向の位置制御(例えば、前記焦点位置検出系による投影光学系ＰＬの結像点に対するオートフォーカス動作)が行われることとなる。
プレートステージＰＳＴをＸ方向（又はＹ方向）に加速させる場合、プレートステージＰＳＴ全体には加速によってＺ方向の振動が発生する。その一方で、プレートＰが載置されるプレートテーブル１９については、制御装置１１ａの上記制御によってプレートステージＰＳＴのＺ方向の振動とは逆位相の動きの成分が加えられていることになる。したがって、プレートＰの露光領域が投影光学系ＰＬの結像点に常に追従するようにレベリングユニット５０（第２アクチュエータ）を駆動できる。このとき、前記焦点位置検出系からは、プレートステージＰＳＴがあたかもＺ方向上については静止しているかのごとく検出されることになる。
このとき、制御対象３２の出力端の値をモニタしておき、目標値との間にズレがあるか否かを確認するようにしても構わない。制御値と目標値との間にズレが認められる場合には、例えば主制御装置１１において、伝達関数ＧＸＹの共振周波数、共振の減衰係数、***振周波数、***振の減衰係数及びゲイン係数の各係数を適宜補正しながら駆動を行うようにすることが好ましい。また、このように各係数を適宜補正することにより駆動に最適な伝達関数を得ることができた場合、例えば次回以降には当該得られた係数を初期値として設定した上で露光動作を行っても構わない。
このように、本実施形態によれば、プレートステージＰＳＴのＺ方向の振動に関する伝達関数に基づいて生成された外乱モデル信号２７に基づいて当該プレートステージＰＳＴに加わる力が制御されるので、プレートステージＰＳＴを加速させた後に生じる当該プレートステージＰＳＴの振動による悪影響を防ぐことが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。
例えば、プレートテーブル１９に力を加える第２アクチュエータ（レベリングユニット）としては、上記の構成に限定されるものではない。例えば、ボイスコイルモータや電磁石等、可動部と固定部が非接触のタイプのものを用いてもよいし、本実施例のような可動部と固定部とが接触するタイプのものを用いてもよい。また、第２アクチュエータ以外のものによって、プレートテーブル１９に力を加えるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、本発明が等倍一括転写型の液晶用走査型露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンドーリピート方式の液晶用ステッパやステップ・アンド・スキャン方式の波晶用スキャニング・ステッパは勿論、半導体製造用のステッパや、スキャニング・ステッパ等の露光装置にも好適に適用することができる。また、マスクＭとプレートＰとを鉛直方向に沿って保持する縦型露光装置にも適用することができる。
上記の他、電子ビーム露光装置や、Ｘ線露光装置等の露光装置の他、基板を保持して移動する基板ステージを備えた装置、例えばレーザリペア装置等にも、本発明に係るステージ装置は適用可能である。
また、露光装置のみならず、移動式のステージを有する他の装置の駆動においても、本発明の適用が可能である。このような装置として、例えば、被検物を載置するステージを有し当該被検物の形状を計測する計測装置などが挙げられる。当該計測装置に本発明を適用することによって、信頼性の高い計測を行うことができる。また、光ディスクや磁気ディスクなどの情報機器の駆動、工作機械などのアーム部分の駆動、ロボットの駆動、自動車の駆動など、他の機器や装置等を駆動する場合においても本発明を適用することができる。
例えば、これらの装置においても、考慮すべき外乱を想定してその外乱をもとに予め外乱モデル信号を生成しておく。そして、駆動時に加わる外乱の逆位相で装置を移動させるようにしておくことで、この外乱の影響を抑えることができる。
なお、プレートＰとしては、ディスプレイデバイス用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）、又はフィルム部材等が適用される。また、基板はその形状が矩形に限られるものでなく、円形など他の形状でもよい。
露光装置１０としては、マスクＭとプレートＰとを同期移動してマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）、マスクＭとプレートＰとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、プレートＰを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。
さらに、ステップ・アンド・リピート方式の露光において、第１パターンとプレートＰとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第１パターンの縮小像をプレートＰ上に転写した後、第２パターンとプレートＰとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第２パターンの縮小像を第１パターンと部分的に重ねてプレートＰ上に一括露光してもよい（スティッチ方式の一括露光装置）。また、スティッチ方式の露光装置としては、プレートＰ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、プレートＰを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
また、例えば米国特許第６，６１１，３１６号に開示されているように、２つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。
また、本発明は、米国特許６，３４１，００７号、米国特許６，４００，４４１号、米国特許６，５４９，２６９号、米国特許６，５９０,６３４号、米国特許６，２０８，４０７号、米国特許６，２６２，７９６号などに開示されているような複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。
また、例えば特開平１１−１３５４００号公報（対応国際公開第１９９９／２３６９２号パンフレット）、米国特許第６，８９７，９６３号等に開示されているように、基板を保持する基板ステージと基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも、本発明を適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。
露光装置１０の種類としては、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、基板に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
上述の実施形態においては、投影光学系ＰＬを備えた露光装置を例に挙げて説明してきたが、投影光学系ＰＬを用いない露光装置及び露光方法に本発明を適用することができる。このように投影光学系ＰＬを用いない場合であっても、露光光ＥＬはレンズ等の光学部材を介して基板に照射される。
上述の実施形態において、露光装置１０は、各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ、デバイスの基材である基板を製造するステップ、前述した実施形態に従って、マスクのパターンの像で基板に露光し、露光した基板を現像する基板処理（露光処理）を含む基板処理ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）、検査ステップ等を経て製造される。
なお、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。
なお、上述のように本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述した全ての構成要素を適宜組み合わせて用いる事が可能であり、また、一部の構成要素を用いない場合もある。

Claims (38)

  1. 少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能な物体を制御する駆動制御方法であって、
    前記物体を前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータを駆動する駆動信号と、
    前記物体の前記第２方向の外乱に基づいて生成される外乱補正信号と、に基づいて前記物体に加わる力を制御する駆動制御方法。
  2. 前記外乱は前記物体が前記第１アクチュエータによって駆動される際に生じる前記第２方向に関わる位置変動成分を含み、前記外乱補正信号は前記位置変動成分の逆位相で前記物体を前記第２方向に移動させることができるものである請求項１に記載の駆動制御方法。
  3. 前記外乱補正信号に対して完全追従制御を行う請求項１又は２に記載の駆動制御方法。
  4. 前記完全追従制御は、シングルレート制御である請求項３に記載の駆動制御方法。
  5. 前記完全追従制御は、マルチレート制御である請求項３に記載の駆動制御方法。
  6. 少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能な物体を制御する駆動制御装置であって、
    前記物体を前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータを駆動する駆動信号を生成すると共に、前記物体の前記第２方向の外乱に基づいて外乱補正信号を生成する信号生成装置と、
    前記駆動信号及び前記外乱補正信号に基づいて前記物体に加わる力を制御する制御装置と
    を備えた駆動制御装置。
  7. 前記外乱は前記物体が前記第１アクチュエータによって駆動される際に生じる前記第２方向に関わる位置変動成分を含み、前記外乱補正信号は前記位置変動成分の逆位相で前記物体を前記第２方向に移動させることができるものである請求項６に記載の駆動制御装置。
  8. 前記外乱補正信号に対して完全追従制御を行う請求項６又は７に記載の駆動制御装置。
  9. 前記完全追従制御は、シングルレート制御である請求項８に記載の駆動制御装置。
  10. 前記完全追従制御は、マルチレート制御である請求項８に記載の駆動制御装置。
  11. 少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能なステージを制御するステージ制御方法であって、
    前記ステージを前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータを駆動する駆動信号と、
    前記ステージの前記第２方向の振動に関する伝達関数に基づいて生成された外乱補正信号と、に基づいて前記ステージに加わる力を制御するステージ制御方法。
  12. 前記伝達関数は前記ステージが前記第１アクチュエータによって駆動される際に生じる前記第２方向に関わる位置変動成分を含み、前記外乱補正信号は前記位置変動成分の逆位相で前記ステージを前記第２方向に移動させることができるものである請求項１１に記載のステージ制御方法。
  13. 前記伝達関数は、
    Figure 2009031654
     （但し、ωｐ：共振周波数、ζｐ：共振の減衰係数、ωｚ：***振周波数、ζｚ：***振の減衰係数、ｋｆ：ゲイン係数）
    で表される請求項１１又は請求項１２に記載のステージ制御方法。
  14. 前記ステージを前記第２方向に移動させるための第２アクチュエータを駆動して前記力を制御する請求項１１から請求項１３のうちいずれか一項に記載のステージ制御方法。
  15. 前記第２アクチュエータは複数設けられており、該第２アクチュエータによって前記ステージが前記第２方向に関して所定の姿勢となるように制御する請求項１４に記載のステージ制御方法。
  16. 前記駆動信号は前記ステージの前記第１方向における加速度情報を含み、前記ステージの所定の位置が目標位置となるように前記ステージを制御する請求項１１から請求項１５のうちいずれか一項に記載のステージの制御方法。
  17. 前記外乱補正信号のうち、前記共振周波数、前記共振の減衰係数、前記***振周波数、前記***振の減衰係数及び前記ゲイン係数の少なくとも一つを補正しながら前記ステージを制御する請求項１３から請求項１６のうちいずれか一項に記載のステージ制御方法。
  18. 前記外乱補正信号は、前記共振周波数、前記共振の減衰係数、前記***振周波数、前記***振の減衰係数及び前記ゲイン係数の少なくとも一つを補正しながら前記ステージを制御することで予め設定される請求項１３から請求項１７のうちいずれか一項に記載のステージ制御方法。
  19. 前記外乱補正信号に対して完全追従制御を行う請求項１１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のステージ制御方法。
  20. 前記完全追従制御は、シングルレート制御である請求項１９に記載のステージ制御方法。
  21. 前記完全追従制御は、マルチレート制御である請求項１９に記載のステージ制御方法。
  22. 少なくとも第１方向と該第１方向とは異なる第２方向に移動可能なステージを制御するステージ制御装置であって、
    前記ステージを前記第１方向に移動させるための第１アクチュエータを駆動する駆動信号を生成すると共に、前記ステージの前記第２方向の振動に関する伝達関数に基づいて外乱補正信号を生成する信号生成装置と、
    前記駆動信号及び前記外乱補正信号に基づいて前記ステージに加わる力を制御する制御装置と
    を備えたステージ制御装置。
  23. 前記伝達係数は前記ステージが前記第１アクチュエータによって駆動される際に生じる前記第２方向に関わる位置変動成分を含み、前記外乱補正振動は前記位置変動成分の逆位相で前記ステージを前記第２方向に移動させることができるものである請求項２２に記載のステージ制御装置。
  24. 前記外乱補正信号を記憶するメモリを有している請求項２２又は請求項２３に記載のステージ制御装置。
  25. 前記伝達関数は、
    Figure 2009031654
     （但し、ωｐ：共振周波数、ζｐ：共振の減衰係数、ωｚ：***振周波数、ζｚ：***振の減衰係数、ｋｆ：ゲイン係数）
    で表される請求項２２から請求項２４のうちいずれか一項に記載のステージ制御装置。
  26. 前記制御装置は、前記外乱補正信号に基づいて、前記ステージを前記第２方向に移動させるための第２アクチュエータを駆動する請求項２２から請求項２５のうちいずれ一項に記載のステージ制御装置。
  27. 前記第２アクチュエータは複数設けられており、前記制御装置は、前記第２アクチュエータによって前記ステージが前記第２方向に関して所定の姿勢となるように制御する請求項２６に記載のステージ制御装置。
  28. 前記駆動信号は前記ステージの前記第１方向における加速度情報を含み、前記制御装置は前記ステージの所定の位置が目標位置となるように前記ステージを制御する請求項２２から請求項２７のうちいずれか一項に記載のステージ制御装置。
  29. 前記制御装置は、前記外乱補正信号のうち、前記共振周波数、前記共振の減衰係数、前記***振周波数、前記***振の減衰係数及び前記ゲイン係数の少なくとも一つを補正しながら前記ステージを駆動する請求項２３から請求項２８のうちいずれか一項に記載のステージ制御装置。
  30. 前記外乱補正信号は、前記共振周波数、前記共振の減衰係数、前記***振周波数、前記***振の減衰係数及び前記ゲイン係数の少なくとも一つを補正しながら前記ステージを制御することで予め設定される請求項２３から請求項２８のうちいずれか一項に記載のステージ制御装置。
  31. 前記制御装置は、前記外乱補正信号に対して完全追従制御を行う請求項２２から請求項３０のうちいずれか一項に記載のステージ制御装置。
  32. 前記完全追従制御は、シングルレート制御である請求項３１に記載のステージ制御装置。
  33. 前記完全追従制御は、マルチレート制御である請求項３１に記載のステージ制御装置。
  34. 基板を保持するステージを用いて露光を行う露光方法であって、
    請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の駆動制御方法又は請求項１１から請求項２１に記載のステージ制御方法によって前記ステージを駆動して露光を行う露光方法。
  35. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
    前記リソグラフィ工程で請求項３４に記載の露光方法を用いるデバイス製造方法。
  36. 基板を保持するステージを用いて露光を行う露光装置であって、
    請求項６から請求項１０のうちいずれか一項に記載の駆動制御装置又は請求項２２から請求項３３のうちいずれか一項に記載のステージ制御装置を備えることを特徴とする露光装置。
  37. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法において、
    前記リソグラフィ工程で請求項３６に記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
  38. 被検物を載置するステージと、請求項６から請求項１０のうちいずれか一項に記載の駆動制御装置又は請求項２２から請求項３３のうちいずれか一項に記載のステージ制御装置とを備えることを特徴とする計測装置。
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