KR20240000368A - 제어장치, 리소그래피 장치, 물품의 제조방법, 및 제어방법 - Google Patents

제어장치, 리소그래피 장치, 물품의 제조방법, 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

이동체의 구동을 정밀하게 제어하기 위해 유리한 기술을 제공한다. 이동체의 구동을 제어하는 제어장치는, 상기 이동체를 구동하는 전자기 액추에이터와, 상기 전자기 액추에이터에서 발생한 자속에 따른 전압을 출력하는 서치 코일과, 상기 서치 코일의 출력에 보정값을 적용해서 보정신호를 출력하는 보정부와, 상기 보정신호를 자속으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부의 출력과 목표 자속에 근거하여 상기 전자기 액추에이터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 보정부는, 상기 제어부에서 얻어지는 신호와 상기 변환부의 출력에 근거하여, 상기 변환부의 출력에 생기는 드리프트 성분이 저감되도록 상기 보정값을 결정한다.

Description

제어장치, 리소그래피 장치, 물품의 제조방법, 및 제어방법{CONTROL APPARATUS, LITHOGRAPHY APPARATUS, ARTICLE MANUFACTURING METHOD, AND CONTROL METHOD}
본 발명은, 제어장치, 리소그래피 장치, 물품의 제조방법, 및 제어방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 등의 제조에 사용되는 리소그래피 장치에서는, 기판 스테이지 기구나 원판 스테이지 기구에, 고속이면서 고정밀도로 스테이지(이동체)를 위치결정하는 것이 요구된다. 스테이지를 구동하는 액추에이터로서는, 로렌츠 힘을 이용한 리니어 모터나, 흡인력을 이용한 전자기 액추에이터 등이 사용될 수 있다. 액추에이터의 특성은, 리니어 모터 쪽이 선형성이 좋고 취급하기 쉽지만, 전자기 액추에이터 쪽이 추력 상수가 크기 때문에 발열의 관점에서 유리하다. 특허문헌 1 및 2에는, 리니어 모터와 전자기 액추에이터를 병용해서 스테이지를 위치결정하는 방법이 제안되어 있다.
전자기 액추에이터는, 일반적으로, 공급 전류와 발생 추력의 관계에 비선형을 갖고, 전자기 액추에이터에서 발생한 추력과 목표 추력 사이에 오차가 생길 수 있다. 그 때문에, 특허문헌 1에서는, 전자기 액추에이터에서 발생한 자속을 서치 코일에 의해 검출하고, 그 검출 결에 근거하여, 전자기 액추에이터에서 발생하는 추력이 목표 추력이 되도록 피드백 제어를 행하는 방법이 제안되어 있다.
또한, 전자기 액추에이터의 자속을 검출하기 위해서 설치되는 적분기에서는, 외란에 기인해서 드리프트가 발생할 수 있다. 그 때문에, 특허문헌 2에서는, 이 드리프트를 보정하는 방법이 제안되어 있다. 구체적으로는, 자속 지령이 0을 나타내는 경우(즉, 전자기 액추에이터에 자속을 발생시키지 않는 경우)에는, 홀드 스위치를 작동시키지 않고, 적분기의 출력값을 사용해서 적분기의 입력값을 보정하는 드리프트 보정을 행한다. 한편, 자속 지령이 0을 나타내지 않는 경우(즉, 전자기 액추에이터에 자속을 발생시키는 경우)에는, 직전의 값을 홀드하도록 홀드 스위치를 작동시키고, 이 직전의 값을 외란 성분으로서 사용해서 드리프트 보정을 행한다.
일본국 특개 2003-218188호 공보 일본국 특개 2009-89598호 공보
리니어 모터와 전자기 액추에이터를 병용하는 경우, 큰 추력이 필요한 가감속 구간에서는 주로 전자기 액추에이터를 사용해서 스테이지의 가감속을 제어하고, 큰 추력을 필요로 하지 않는 등속 구간에서는 리니어 모터를 사용해서 스테이지의 미소한 위치결정을 제어하고 있다. 이에 따라, 고속이면서 고정밀도의 스테이지의 위치결정 제어를 실현하고 있다. 그렇지만, 리니어 모터와 전자기 액추에이터를 병용하는 구성에서는, 스테이지의 구동 방향에 대하여, 용장한 수의 액추에이터를 배치하게 되어, 장치 코스트의 점에서 불리해질 수 있다. 그 때문에, 리니어 모터 및 전자기 액추에이터 중 추력 상수가 작은 리니어 모터를 사용하지 않고, 전자기 액추에이터 만으로 스테이지의 위치결정 제어를 행함으로써, 장치 코스트를 삭감하는 것이 진행되고 있다.
전자기 액추에이터 만으로 스테이지의 위치결정 제어를 행하는 경우, 전자기 액추에이터는, 항상 자속(추력)을 계속해서 출력할 필요가 있다. 이 경우, 자속 지령이 0인 기간(즉, 전자기 액추에이터에 자속을 발생시키지 않는 기간)이 생기지 않기 때문에, 특허문헌 2에 기재된 방법에서는 적분기의 드리프트 보정을 적절하게 행할 수 없어, 스테이지의 구동을 정밀하게 제어하는 것이 곤란해질 수 있다.
따라서, 본 발명은, 이동체의 구동을 정밀하게 제어하기 위해 유리한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면으로서의 제어장치는, 이동체의 구동을 제어하는 제어장치로서, 상기 이동체를 구동하는 전자기 액추에이터와, 상기 전자기 액추에이터에서 발생한 자속에 따른 전압을 출력하는 서치 코일과, 상기 서치 코일의 출력에 보정값을 적용해서 보정신호를 출력하는 보정부와, 상기 보정신호를 자속으로 변환하는 변환부와, 상기 변환부의 출력과 목표 자속에 근거하여 상기 전자기 액추에이터를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 보정부는, 상기 제어부에서 얻어지는 신호와 상기 변환부의 출력에 근거하여, 상기 변환부의 출력에 생기는 드리프트 성분이 저감되도록 상기 보정값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 또 다른 목적 또는 기타 측면은, 이하, 첨부도면을 참조해서 설명되는 바람직한 실시형태에 의해 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 예를 들면, 이동체의 구동을 정밀하게 제어하기 위해 유리한 기술을 제공할 수 있다.
도1은 스테이지 장치의 구성예를 도시한 개략도.
도2는 종래의 전자석 제어계를 나타낸 블록도.
도3은 제1실시형태의 전자석 제어계를 나타낸 블록도.
도4는 제2실시형태의 전자석 제어계를 나타낸 블록도.
도5는 리소그래피 장치의 구성예를 도시한 개략도.
이하, 첨부도면을 참조해서 실시형태를 상세히 설명한다. 이때, 이하의 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이들 복수의 특징의 모두가 발명에 필수적인 것은 아니고, 또한, 복수의 특징은 임의로 조합되어도 된다. 더구나, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에 동일한 참조번호를 붙이고, 중복한 설명은 생략한다.
이하의 실시형태에서는, 이동체의 구동을 제어하는 제어장치로서, 원판이나 기판 등의 대상물을 유지해서 이동가능한 스테이지의 구동을 제어하는 스테이지 장치(위치 결정장치)에 대해 설명한다. 즉, 제어장치에 의해 구동이 제어되는 이동체로서는, 원판을 유지하는 원판 스테이지, 및, 기판을 유지하는 기판 스테이지의 적어도 한쪽을 들 수 있다. 또한, 이동체는, 스테이지에 한정되는 것은 아니고, 전자기 액추에이터에 의해 구동되는 물체이면 된다.
특허문헌 2에 기재된 종래의 스테이지 장치는, 스테이지의 가감속 구간에서만 전자기 액추에이터가 자속(추력)을 출력하는데 적합한 구성이다. 그렇지만, 이 구성에서는, 전자기 액추에이터가 자속을 출력하고 있는 동안, 외란에 의해 생기는 검출 자속의 드리프트를 적절하게 보정할 수 없다. 예를 들면, 스테이지의 가감속 구간과 같은 짧은 시간에서 전자기 액추에이터에 자속을 출력시키는 경우에는, 외란에 의해 생기는 검출 자속의 드리프트의 영향은 작기 때문에, 드리프트 보정을 무효로 해도, 전자기 액추에이터의 자속을 정밀하게 제어할 수 있다. 한편, 스테이지의 등속 구간에 있어서도 전자기 액추에이터에 자속을 출력시키는 경우, 가감속 구간과 비교해서 등속 구간은 시간이 길어지기 때문에, 자속을 출력하는 시간도 길어진다. 그 때문에, 외란에 의해 생기는 검출 자속의 드리프트의 영향을 크게 받아, 전자기 액추에이터의 자속을 정밀하게 제어하는 것이 곤란해질 수 있다. 이것으로부터, 특허문헌 2에 기재된 종래의 스테이지 장치에서는, 등속 구간의 위치결정 제어에 리니어 모터를 사용하고 있고, 리니어 모터로 위치제어를 하고 있는 동안에 검출 자속의 드리프트를 보정하고 있다. 그것에 대해, 이하의 실시형태에서는, 가감속 구간이나 등속 구간에 상관없이, 전자기 액추에이터의 출력과 외란에 기인하는 검출 자속의 드리프트 보정을 양립할 수 있는 전자기 액추에이터의 제어계의 구성이 예시적으로 제공된다. 이하의 실시형태에서 설명하는 전자기 액추에이터의 제어계의 구성에 의해, 스테이지의 등속 구간이라도 전자기 액추에이터의 자속을 정밀하게 제어할 수 있다. 이것에 의해, 이하의 실시형태에 있어서의 스테이지 장치에서는, 스테이지의 위치결정용의 리니어 모터를 삭감하고, 전자기 액추에이터 만으로 스테이지의 위치결정 제어를 행하는 것이 가능해진다.
<제1실시형태>
본 발명에 따른 제1실시형태에 대해 설명한다. 도1은, 본 실시형태의 스테이지 장치(100)의 구성예를 도시한 개략도이며, 스테이지 장치(100)를 윗쪽(Z방향)에서 본 도면이다. 본 실시형태의 스테이지 장치(100)는, 위치결정 정밀도는 뒤떨어지지만 큰 스트로크 또한 큰 추력의 조동 스테이지(101)와, 작은 스트로크이지만 위치결정 정밀도가 높은 미동 스테이지(102)와, 구동 제어부(110)로 구성될 수 있다. 구동 제어부(110)는, 예를 들면, CPU(Central Processing Unit) 등의 처리부나 메모리 등의 기억부를 포함하는 컴퓨터로 구성되고, 각종 액추에이터를 제어해서 조동 스테이지(101) 및 미동 스테이지(102)의 구동을 제어한다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 미동 스테이지(102)는, 진공 흡착이나 정전 흡착 등에 의해, 원판이나 기판 등의 대상물을 유지하도록 구성될 수 있다.
조동 스테이지(101)는, 조동 리니어 모터(103)(103a, 103b)에 의해 소정 방향(도1에서는 ±Y방향)으로 구동된다. 또한, 미동 스테이지(102)는, 조동 스테이지(101)와 비접촉으로 연결되고, 전자기 액추에이터(104)(104a, 104b)에 의해 조동 스테이지(101)에 대하여 소정 방향(도1에서는 ±Y방향)으로 구동된다.
일반적으로, 리니어 모터는, 공급 전류에 대한 발생 추력의 선형성이 좋고 취급하기 쉽지만, 추력 상수가 작고, 단위전류당의 발열량이 크다. 한편, 전자기 액추에이터(전자석)는, 선형성은 좋지 않지만, 추력 상수가 크고, 단위전류당의 발열량이 작다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서의 미동 스테이지(102)의 구동에는, 리니어 모터를 사용하지 않고, 전자기 액추에이터(104)(104a, 104b) 만을 사용하고 있다. 즉, 본 실시형태의 스테이지 장치(100)에서는, 미동 스테이지(102)의 위치결정 제어 및 가감속 제어를 전자기 액추에이터(104) 만을 사용하여 행하고 있다. 전자기 액추에이터(104)는, 코일에 전류를 공급함으로써 자속을 발생시키는 전자석을 포함하고, 미동 스테이지(102)의 일부를 구성하는 자성체 판에 대하여 흡인력이 작용하도록 구성된다.
[종래에 있어서의 전자기 액추에이터의 제어계]
이하, 종래에 있어서의 전자기 액추에이터의 제어계에 대해서, 도2를 참조하면서 설명한다. 도2는, 특허문헌 2에 기재된 종래에 있어서의 전자기 액추에이터(104)의 제어계(전자석 제어계)를 나타낸 블록도다. 도2에서는, 도1에 있어서의 2개의 전자기 액추에이터(104a, 104b)의 어느 한쪽의 전자석 제어계가 도시되어 있다. 전자기 액추에이터(104)에서 발생하는 힘은, 전자석과 자성체 판 사이의 자속의 2승에 비례한 값이 된다. 전자석 제어계에는, 가감속력에 따라 그것의 절대값의 제곱근의 차원이 되는 자속의 차원을 갖는 지령 정보(이하에서는 「자속 지령」으로 표기하는 경우가 있다)가, 스테이지 전체의 시퀀스 제어를 담당하는 주 제어부(예를 들면, 구동 제어부(110))로부터 공급된다.
전자기 액추에이터(104)는, 전자석 요크부(301)와, 전자석 요크부(301)에 설정치 구동 코일(302)을 구비할 수 있다. 또한, 전자기 액추에이터(104)의 전자석 요크부(301)에는, 서치 코일(303)이 설치된다. 서치 코일(303)은, 구동 코일(302)에서 발생하는 자속을 검출하고, 그 자속에 따른 유기 전압 v를 출력한다. 이 유기 전압 v는, 제1연산부(308)에 공급된다. 제1연산부(308)는, 서치 코일(303)의 출력(유기 전압 v)에 보정값을 적용하고, 그것에 의해 얻어진 신호를 보정신호로서 출력한다. 유기 전압 v에의 보정값의 적용은, 예를 들면, 유기 전압 v에 보정값을 가산하는 것, 또는, 유기 전압 v로부터 보정값을 감산하는 것이다.
변환부(304)는, 제1연산부(308)로부터 출력된 보정신호를 자속으로 변환한다. 예를 들면, 변환부(304)는, 적분기를 포함하고, 제1연산부(308)로부터 출력된 보정신호를 시간적분함으로써 자속을 출력한다. 변환부(304)로부터 출력된 자속은, 전자기 액추에이터(104)에서 발생하고 있는 자속의 검출 결과로서 이해되어도 되고, 이하에서는 「검출 자속 φd」로 표기하는 경우가 있다. 이때, 전자기 액추에이터(104)에 원하는 힘을 발생시키기 위한 자속량은, 서치 코일(303)의 감긴 수, 전자석 요크부(301) 중 서치 코일(303)을 설치한 부분의 단면적, 및, 변환부(304)로부터 출력된 검출 자속 φd에 근거하여 산출가능하다. 또한, 도2에 나타낸 종래의 전자석 제어계에서는, 장치 기동시에 검출 자속을 0으로 하기 위한 리셋 신호 S1이 변환부(304)에 공급될 수 있다. 변환부(304)에 리셋 신호 S1이 입력되면, 변환부(304)의 출력이 0이 된다.
변환부(304)로부터 출력된 검출 자속 φd는, 제2연산부(305)(감산기, 가산기)에 공급된다. 제2연산부(305)는, 입력된 자속 지령(목표 자속)과 검출 자속 φd의 편차인 자속 오차를 산출하고, 이 자속 오차를 게인부(306)에 공급한다. 게인부(306)(생성부)는, 제2연산부(305)로부터 출력된 자속 오차에 근거하여 전압 지령값을 생성한다. 예를 들면, 게인부(306)는, 제2연산부(305)로부터 출력된 자속 오차에 적절한(소정)의 게인을 곱하는 것에 의해 전압 지령값을 생성하고, 이 전압 지령값을 구동 앰프(307)에 공급한다. 구동 앰프(307)(공급부)는, 게인부(306)로부터 출력된 전압 지령값에 근거하여, 전자기 액추에이터(104)(전자석의 구동 코일(302))에 전류 i를 공급한다. 구체적으로는, 구동 앰프(307)는, 게인부(306)로부터 공급된 전압 지령값에 따른 전압을 구동 코일(302)에 인가함으로써, 자속 지령(목표 자속)에 따른 자속이 발생하도록 전자기 액추에이터(104)의 구동 코일(302)에 전류를 공급한다. 이에 따라, 전자기 액추에이터(104)에 있어서 원하는 자속(즉, 목표 자속)을 발생시킬 수 있다.
그런데, 상기한 것과 같이 구성된 전자석 제어계에서는, 자속 지령이 0을 나타내는 경우에도, 외란의 영향에 의해, 구동 코일(302) 및/또는 서치 코일(303)에 오프셋 전류가 흐르는 일이 있다. 이러한 오프셋 전류는, 변환부(304)에서 시간적분되기 때문에, 변환부(304)로부터 출력되는 검출 자속 φd에 불필요한 드리프트 성분으로서 포함되어 버린다. 즉, 변환부(304)로부터 출력되는 검출 자속 φd에, 외란에 기인하는 드리프트 성분이 생겨 버린다. 이 경우, 자속 지령(목표 자속)에 따른 자속이 발생하도록 전자기 액추에이터(104)를 제어할 수 없어, 이동체로서의 미동 스테이지(102)를 정밀하게 위치결정하는 것이 곤란해질 수 있다. 그 때문에, 종래의 전자석 제어계에서는, 변환부(304)로부터 출력되는 검출 자속 φd의 드리프트 성분을 보정하기 위한 드리프트 보정계(401)가 설치되어 있다. 이때, 도2에서는, 변환부(304)로부터 출력된 검출 자속 φd에 드리프트 성분을 생기게 하는 외란을 「외란 A」로서 등가적으로 나타내고 있고, 제1연산부(308)에 입력되는 것으로서 모식적으로 도시되어 있다.
도2에 나타낸 종래(특허문헌2)의 전자석 제어계의 구성에서는, 자속 지령이 0을 나타내고 있는 경우에는, 구동 코일(302)에 흐르는 전류 i가 0, 및 검출 자속 φd도 0이라고 하는 이상적인 상태를 이용하여, 검출 자속 φd의 드리프트 성분을 저감하고 있다. 즉, 자속 지령이 0을 나타내고 있는 경우에 있어서 변환부(304)로부터 출력되는 검출 자속 φd가 0이 아닌 경우, 그 검출 자속 φd가 외란에 기인하는 드리프트 성분이라고 가정하야, 이 검출 자속 φd를 사용해서 변환부(304)의 입력값을 보정하는 드리프트 보정을 행한다. 한편, 자속 지령이 0을 나타내고 있지 않은 경우, 즉, 전자기 액추에이터(104)에 자속을 발생시키는 경우에는, 직전의 값을 홀드하도록 홀드 스위치(401b)를 작동시켜, 이 직전의 값을 사용해서 드리프트 보정을 행한다.
구체적으로는, 도2에 나타낸 종래의 드리프트 보정계(401)에서는, 자속 지령이 0을 나타내는 경우에는, 홀드 스위치(401b)가 오프(비작동)가 된다. 이 경우, 변환부(304)로부터 출력된 검출 자속 φd에 환산부(401a)에서 게인 g2가 곱해지는 것에 의해, 검출 자속 φd로부터 환산된 전압값이 얻어지고, 이 전압값이 보정값으로서 제1연산부(308)에 피드백된다. 제1연산부(308)에서는, 서치 코일(303)로부터 출력된 유기 전압 v로부터 해당 보정값을 감산하고, 그것에 의해 얻어진 신호를 변환부(304)에 입력한다. 한편, 자속 지령이 0을 나타내지 않는 경우에는, 구동 타이밍 지령 S2가 홀드 스위치(401b)에 주어져, 홀드 스위치(401b)가 온(작동)이 된다. 이 경우, 드리프트 보정계(401)의 피드백 루프가 실질적으로 끊어지는 동시에, 직전에 검출 자속 φd로부터 환산된 전압값이 홀드되고, 홀드된 전압값이 보정값으로서 제1연산부(308)에 순차 입력된다.
다음에, 홀드 스위치(401b)가 오프일 때의 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성에 대해서 고려한다. 구동 코일(302)에 흐르는 전류를 i, 구동 코일(302)에서 발생하는 자속을 φ로 했을 때, 전류 i와 자속 φ의 관계는 계수 G를 사용해서 식 (1)과 같이 표시된다.
Figure pat00001
구동 코일(302)에서 발생한 자속 φ로부터 유기 전압 v까지의 전달 특성 Tφv(s)는, 계수 N을 사용해서 식 (2)과 같이 표시된다.
Figure pat00002
또한, 유기 전압 v로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tｖφd(s)는, 식 (3)과 같이 표시된다
Figure pat00003
이것으로부터, 홀드 스위치(401b)가 오프일 때, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tiφd(s)는, 식 (1)∼(3)을 사용해서 식 (4)과 같이 표시된다. 구동 코일(302)의 전류 i와 구동 코일(302)에서 발생하는 자속 φ는 상수 배의 관계이기 때문에, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성이 식 (4)과 같이 상수 배로 표시될 때에는, 검출 자속 φd가 정밀하게 얻어지고 있다고 할 수 있다. 즉, 자속 지령이 0을 나타내고 있는 상태, 즉, 홀드 스위치(401b)가 오프된 상태에서는, 드리프트 보정계(401)의 피드백 루프에 의해, 검출 자속 φd에 근거하여 전자기 액추에이터(104)를 정밀하게 제어할 수 있다.
Figure pat00004
여기에서, 전자기 액추에이터(104) 민을 사용해서 미동 스테이지(102)의 구동을 제어하는 경우에 대해서 고려한다. 이 경우, 전자기 액추에이터(104)를 항상 구동하고 있는 상태(즉, 자속을 발생하고 있는 상태)로 할 필요가 있다. 도2에 나타낸 종래(특허문헌2)의 구성에서는, 전자기 액추에이터(104)를 항상 구동하는 경우, 자속 지령이 0을 나타내는 타이밍이 없어져, 홀드 스위치(401b)는 항상 온(작동)으로 된다. 그 때문에, 자속 지령이 0을 나타내고 있는 경우에는 검출 자속 φd가 0이라고 하는 이상적인 상태를 만들어낼 수 없다. 한편, 외란 A에 기인하는 검출 자속 φd의 드리프트 성분을 보정하기 위해서, 종래의 구성인 채 홀드 스위치(401b)를 항상 온(작동)으로 하는 경우, 유기 전압 v로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tｖφd(s)가 식 (5)과 같이 표시된다. 즉, 1차 지연의 필터 특성이 된다.
Figure pat00005
이것으로부터, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tiφd(s)는, 식 (1)∼(2), (5)를 사용해서 식 (6)과 같이 표시되어, 홀드 스위치(401b)가 오프일 때의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성과 일치하지 않는다. 즉, 자속 지령이 0을 나타내고 있지 않은 상태, 즉, 홀드 스위치(401b)가 온된 상태에서는, 검출 자속 φd를 정밀하게 얻을 수 없어, 검출 자속 φd에 근거하여 전자기 액추에이터(104)를 정밀하게 제어하는 것이 곤란해질 수 있다. 즉, 종래의 전자석 제어계의 구성은, 전자기 액추에이터(104) 만을 사용해서 미동 스테이지(102)의 구동을 제어하는 경우에 적합하지 않다.
Figure pat00006
[본 실시형태에 있어서의 전자기 액추에이터의 제어계]
이하, 본 실시형태에 있어서의 전자기 액추에이터의 제어계에 대해서, 도3을 참조하면서 설명한다. 도3은, 본 실시형태에 있어서의 전자기 액추에이터(104)의 제어계(전자석 제어계)를 나타낸 블록도다. 도3에서는, 도2와 마찬가지로, 도1에 있어서의 2개의 전자기 액추에이터(104a, 104b)의 어느 한쪽의 전자석 제어계가 도시되고 있다.
도3에 나타낸 본 실시형태의 전자석 제어계는, 도2에 나타낸 종래의 전자석 제어계와 비교하여, 드리프트 보정계의 구성이 다르고, 그 이외는 기본적으로 같다. 예를 들면, 전자기 액추에이터(104)의 구성은, 도2를 사용해서 전술한 것과 같이, 전자석 요크부(301)와, 전자석 요크부(301)에 설치된 구동 코일(302)을 구비할 수 있다. 또한, 전자기 액추에이터(104)의 전자석 요크부(301)에는, 서치 코일(303)이 설치된다. 서치 코일(303)은, 구동 코일(302)에서 발생하는 자속을 검출하고, 이 자속의 미분값인 전압(유기 전압 v)을 출력한다. 서치 코일(303)로부터 출력된 유기 전압 v는, 제1연산부(308)에 공급된다. 제1연산부(308)는, 서치 코일(303)의 출력(유기 전압 v)에 보정값을 적용하는 보정부로서 구성되고, 유기 전압 v에 보정값을 적용함으로써 얻어진 신호를 보정신호로서 출력한다. 유기 전압 v에의 보정값의 적용은, 예를 들면, 유기 전압 v에 보정값을 가산하는 것, 또는, 유기 전압 v로부터 보정값을 감산하는 것이다. 이때, 제1연산부(308)에 있어서 유기 전압 v에 적용되는 보정값은, 변환부(304)의 출력(검출 자속 φd)에 생기는 드리프트 성분을 저감(보정)하기 위한 값으로서 이해되어도 된다.
변환부(304)는, 제1연산부(308)로부터 출력된 보정신호를 자속으로 변환하여, 검출 자속 φd로서 출력한다. 본 실시형태의 변환부(304)는, 적분기를 포함하고, 제1연산부(308)로부터 출력된 보정신호를 시간적분함으로써 검출 자속 φd를 출력한다. 이 적분기는, 아날로그 회로에 의해 실장될 수 있다. 또한, 변환부(304)는, 적분특성을 갖는 필터를 적분기 대신에 포함하여도 되고, 이 필터를 사용해서 보정신호를 시간적분함으로써 검출 자속 φd를 출력해도 된다.
변환부(304)로부터 출력된 검출 자속 φd는, 제2연산부(305)(감산기, 가산기)에 공급된다. 제2연산부(305)는, 입력된 자속 지령(목표 자속)과 검출 자속 φd의 편차인 자속 오차를 산출하고, 이 자속 오차를 게인부(306)에 공급한다. 게인부(306)(생성부)는, 제2연산부(305)로부터 출력된 자속 오차에 근거하여 전압 지령값을 생성한다. 예를 들면, 게인부(306)는, 제2연산부(305)로부터 출력된 자속 오차에 적절(소정)한 게인을 곱함으로써 전압 지령값을 생성하고, 이 전압 지령값을 구동 앰프(307)에 공급한다. 구동 앰프(307)(공급부)는, 게인부(306)로부터 출력된 전압 지령값에 근거하여, 전자기 액추에이터(104)(전자석의 구동 코일(302))에 전류 i를 공급한다. 이에 따라, 전자기 액추에이터(104)에 있어서 원하는 자속(즉, 목표 자속)을 발생시킬 수 있다. 여기에서, 본 실시형태의 경우, 제2연산부(305), 게인부(306)(생성부), 및 구동 앰프(307)(공급부)는, 변환부(304)의 출력(검출 자속 φd)과 목표 자속(자속 지령)에 근거하여 전자기 액추에이터(104)를 제어하는 제어부 CNT를 구성할 수 있다. 또한, 변환부(304), 제2연산부(305), 게인부(306), 구동 앰프(307), 제1연산부(308), 및, 후술하는 드리프트 보정계(501)는, 도1에서 설명한 구동 제어부(110)의 구성요소일 수 있다.
다음에, 본 실시형태의 드리프트 보정계(501)의 구성예에 대해 설명한다. 본 실시형태의 드리프트 보정계(501)는, 도3에 나타낸 것과 같이, 제1환산부(501a)와, 제2환산부(501b)와, 차분 산출부(501c)를 포함할 수 있다. 그리고, 본 실시형태의 드리프트 보정계(501)는, 제어부 CNT에서 얻어지는 신호와 변환부(304)의 출력(검출 자속 φd)에 근거하여, 변환부(304)의 출력에 생기는 드리프트 성분이 저감되도록, 제1연산부(308)(보정부)에 공급해야 할 보정값을 결정한다. 이하에서는, 제어부 CNT에서 얻어지는 신호로서, 구동 앰프(307)로부터 출력되는 전류 i를 사용하는 예를 설명하지만, 그것에 한정되지 않고, 제2연산부(305)로부터 출력되는 자속 오차(편차), 또는, 게인부(306)로부터 출력되는 전압 지령값이 사용되어도 된다.
제1환산부(501a)에는, 제어부 CNT에서 얻어지는 신호(전류 i)를 자속으로 환산하기 위한 게인 g3(제1게인)이 설정되어 있다. 제1환산부(501a)는, 구동 앰프(307)로부터 출력된 전류 i에 게인 g3을 곱함으로써 전류 i를 자속으로 환산하고, 그것에 의해 얻어진 자속 정보를 전류 피드백 신호 S3로서 출력한다. 차분 산출부(501c)는, 제1환산부(501a)에서 전류 i로부터 환산된 자속과 변환부(304)로부터 출력된 검출 자속 φd의 차분(이하에서는 「자속 차분」으로 표기하는 경우가 있다)을 산출한다. 또한, 제2환산부(501b)에는, 차분 산출부(501c)에서 산출된 자속 차분을 전압값으로 환산하기 위한 게인 g2(제2게인)가 설정되어 있다. 제2환산부(501b)는, 차분 산출부(501c)에서 산출된 자속 차분에 게인 g2를 곱함으로써 자속 차분을 전압값으로 환산하고, 그것에 의해 얻어진 전압값을 보정값으로서 제1연산부(308)에 공급한다. 이때, 제1환산부(501a)의 게인 g3, 및 제2환산부(501b)의 게인 g2는, 예를 들면, 실험이나 시뮬레이션 등에 의해 사전에 결정될 수 있다.
여기에서, 전술한 것과 같이, 구동 코일(302)의 전류 i와 구동 코일(302)에서 발생하는 자속은 상수 배의 관계이다. 본 실시형태의 드리프트 보정계(501)에서는, 이 관계를 이용하여, 구동 코일(302)의 전류 i에 게인 g3을 곱함으로써 얻어지는 자속 정보를 전류 피드백 신호 S3로서 생성하고, 생성한 전류 피드백 신호 S3을 차분 산출부(501c)에 입력한다. 이때, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tiφd(s)은, 식 (7)과 같이 표시된다.
Figure pat00007
제1환산부(501a)의 게인 g3(전류 게인)을 적절하게 설정함으로써, 구동 앰프(307)로부터 구동 코일(302)에 공급되는 전류 i에 근거하여, 전자기 액추에이터(104)에서 발생하고 있는 자속을 산출(추정, 예측)하는 것이 가능해진다. 즉, 전류 피드백 신호 S3(자속 정보)을, 변환부(304)로부터 출력되는 검출 자속 φd 중 서치 코일(303)로부터 출력된 유기 전압 v에 해당하는 자속을 나타내는 신호(정보)로서 산출(재현)하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 차분 산출부(501c)는, 외란 A에 기인하는 검출 자속 φd의 드리프트 성분을 자속 차분으로서 출력(추출)하는 것이 가능해져, 이 드리프트 성분만을 피드백할 수 있다. 제1환산부(501a)의 게인 g3은, 식 (8)에 의해 정해진다.
Figure pat00008
이때, 구동 코일(302)의 전류 i로 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tiφd(s)는, 식 (8)을 식 (7)에 대입함으로써 식 (9)과 같이 표시된다. 식 (9)으로 표시되는 전달 특성 Tiφd(s)는, 식 (4)에서 나타낸, 홀드 스위치(401b)가 오프일 때의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성과 일치한다. 즉, 검출 자속 φd가 정밀하게 얻어지고 있다고 할 수 있다. 그 때문에, 검출 자속 φd에 근거하여 전자기 액추에이터(104)를 정밀하게 제어할 수 있다.
Figure pat00009
또한, 외란 A로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 TAφd(s)는, 식 (10)과 같이 표시된다. 즉, 외란 A에 대해서는 1차 지연의 필터 특성이 적용되어, 검출 자속 φd의 드리프트 성분이 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 본 실시형태의 드리프트 보정계(501)를 사용한 전자석 제어계에서는, 전자기 액추에이터(104)의 출력의 제어와 외란 A에 기인하는 검출 자속 φd의 드리프트 성분의 보정을 양립 가능한 것을 알 수 있다. 즉, 전자기 액추에이터(104) 만을 사용해서 미동 스테이지(102)의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다.
Figure pat00010
전술한 것과 같이, 본 실시형태의 전자석 제어계는, 제어부 CNT에서 얻어지는 신호와 변환부(304)의 출력(검출 자속 φd)에 근거하여, 변환부(304)의 출력에 생기는 드리프트 성분이 저감되도록, 제1연산부(308)에 공급해야 할 보정값을 결정한다. 이에 따라, 전자기 액추에이터(104)를 항상 구동하고 있는 상태라도, 변환부(304)로부터 출력된 검출 자속 φd의 드리프트 성분을 추출하여, 이 드리프트 성분을 정밀하게 저감할 수 있다. 즉, 전자기 액추에이터(104) 만을 사용해서 미동 스테이지(102)의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다.
<제2실시형태>
본 발명에 따른 제2실시형태에 대해 설명한다. 도4는, 본 실시형태에 있어서의 전자기 액추에이터(104)의 제어계(전자석 제어계)를 나타낸 블록도다. 상기한 제1실시형태에서는 적분기를 포함하도록 변환부(304)를 구성한 예를 나타내었지만, 본 실시형태에서는, 디지털 필터(601)를 포함하도록 변환부(304)를 구성하는 예에 대해 설명한다. 변환부(304)의 디지털 필터(601)는, 서치 코일(303)로부터 출력된 유기 전압 v를 이산 시간적분함으로써 검출 자속 φd를 출력한다. 이 디지털 필터(601)는, 디지털 회로에서의 FIR(Finite Impulse Response) 필터, IIR(Infinite Impulse Response) 필터, 가산기 등에 의해 실장될 수 있다. 또한, 디지털 필터(601)로부터 출력되는 값은, 어떤 특정 구간의 적분값이어도 된다. 이때, 본 실시형태는, 제1실시형태를 기본적으로 이어받는 것이며, 이하에서 언급하는 사항 이외는 제1실시형태에 따를 수 있다.
우선, 드리프트 보정계(501)의 피드백 루프가 실질적으로 끊어져 있는 상태에 있어서 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성에 대해서 고려한다. 구동 코일(302)의 전류를 i, 구동 코일(302)에서 발생하는 자속을 φ로 했을 때, 전류 i와 자속 φ의 관계는 계수 G를 사용하여, 식 (11)과 같이 표시된다.
Figure pat00011
또한, 구동 코일(302)에서 발생한 자속 φ로부터 유기 전압 v까지의 이산의 전달 특성 Tφv(z)는, 계수 N을 사용하여, 식 (12)과 같이 표시된다.
Figure pat00012
또한, 이산 시간적분을 하는 디지털 필터(601)의 이산의 전달 특성 F(z)는, 식 (13)으로 된다.
Figure pat00013
이것으로부터, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tiφd(z)는, 식 (11)∼(13)을 사용해서 식 (14)과 같이 표시된다. 구동 코일(302)의 전류 i와 구동 코일(302)에서 발생하는 자속은 상수 배의 관계이기 때문에, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성이 식 (14)과 같이 상수 배로 표시될 때에는, 검출 자속 φd가 정밀하게 얻어지고 있다고 할 수 있다.
Figure pat00014
여기에서, 구동 코일(302)의 전류 i와 구동 코일(302)에서 발생하는 자속 φ가 상수 배의 관계인 것을 이용하여, 구동 코일(302)의 전류 i에 제1환산부(501a)의 게인 g3을 곱함으로써 얻어지는 자속 정보를, 전류 피드백 신호 S3로서 생성한다. 그리고, 생성한 전류 피드백 신호 S3을 차분 산출부(501c)에 입력한다. 이때, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tiφd(z)는, 식 (15)과 같이 표시된다.
Figure pat00015
제1환산부(501a)의 게인 g3(전류 게인)을 적절하게 설정함으로써, 구동 앰프(307)로부터 구동 코일(302)에 공급되는 전류 i에 근거하여, 전자기 액추에이터(104)에서 발생하고 있는 자속을 산출(추정, 예측)하는 것이 가능해진다. 즉, 전류 피드백 신호 S3(자속 정보)을, 변환부(304)(디지털 필터(601))로부터 출력되는 검출 자속 φd 중 서치 코일(303)로부터 출력된 유기 전압 v에 해당하는 자속을 나타내는 신호(정보)로서 산출(재현)하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 차분 산출부(501c)는, 외란 A에 기인하는 검출 자속 φd의 드리프트 성분을 자속 차분으로서 출력(추출)하는 것이 가능해져, 이 드리프트 성분 만을 피드백할 수 있다. 제1환산부(501a)의 게인 g3은, 식 (16)에 의해 정해진다.
Figure pat00016
이때, 구동 코일의 전류 I로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 Tiφd(z)는, 식 (16)을 식 (15)에 대입함으로써 식 (17)과 같이 표시된다. 식 (17)으로 표시되는 전달 특성 Tiφd(z)는, 식 (14)에서 나타낸, 구동 코일(302)의 전류 i로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성과 일치한다. 즉, 검출 자속 φd가 정밀하게 얻어지고 있다고 할 수 있다. 그 때문에, 검출 자속 φd에 근거하여 전자기 액추에이터(104)를 정밀하게 제어할 수 있다.
Figure pat00017
또한, 외란 A로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성 TAφd(z)는, 식 (18)과 같이 표시된다. 즉, 외란 A에 대해서는, 이산의 1차 지연의 필터 특성이 적용되어, 검출 자속 φd의 드리프트 성분이 저감되어 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 변환부(304)에 있어서 적분기를 디지털 필터(601)로 치환한 경우에도, 제1실시형태와 마찬가지로, 전자기 액추에이터(104)의 출력의 제어와 외란 A에 기인하는 검출 자속 φd의 드리프트 성분의 보정을 양립 가능한 것을 알 수 있다. 즉, 전자기 액추에이터(104) 만을 사용해서 미동 스테이지(102)의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다.
Figure pat00018
여기에서, 본 실시형태의 구성의 이점은, 디지털 필터(601)의 게인 파라미터의 변경이 용이한 점이다. 예를 들면, 외란 A의 특성에 따라, 외란 A로부터 검출 자속 φd까지의 전달 특성을 변경하고 싶은 경우, 아날로그 회로로 실장되어 있으면, 회로에 실장되어 있는 부품을 변경할 필요가 있다. 한편, 본 실시형태의 구성이면, 디지털 필터(601)의 파라미터 만을 변경함으로써, 원하는 전달 특성을 얻을 수 있다.
<리소그래피 장치의 실시형태>
기판에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치에 있어서, 제1실시형태 또는 제2실시형태에서 설명한 스테이지 장치(제어장치)를 적용하는 예에 대해 설명한다. 리소그래피 장치로서는, 예를 들면, 기판을 노광해서 원판(마스크)의 패턴을 기판에 전사하는 노광장치나, 원판(몰드)을 사용해서 기판 위에 임프린트 재의 패턴을 형성하는 임프린트 장치 등을 들 수 있다. 이러한 리소그래피 장치에 있어서, 전술한 스테이지 장치는, 원판(마스크, 몰드) 및 기판의 적어도 한쪽을 유지해서 이동가능한 스테이지의 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이하에서, 노광장치에 있어서 전술한 스테이지 장치를 사용하는 예에 대해 설명한다.
도5는, 본 발명에 따른 스테이지 장치를 적용한 노광장치(10)의 구성예를 도시한 개략도다. 노광장치(10)는, 조명 광학계(11)와, 원판(12)을 유지해서 이동가능한 원판 스테이지(13)와, 투영 광학계(14)와, 기판(15)을 유지해서 이동가능한 기판 스테이지(16)를 포함할 수 있다. 전술한 제1실시형태 또는 제2실시형태의 스테이지 장치는, 원판 스테이지(13) 및 기판 스테이지(16)의 적어도 한쪽에 적용될 수 있다.
<물품의 제조방법의 실시형태>
본 발명의 실시형태에 있어서의 물품의 제조방법은, 예를 들면, 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 본 실시형태의 물품의 제조방법은, 전술한 리소그래피 장치를 사용해서 기판에 패턴을 형성하는 형성 공정과, 형성 공정에서 패턴이 형성된 기판을 가공하는 가공 공정과, 가공 공정에서 가공된 기판으로부터 물품을 제조하는 공정을 포함한다. 또한, 이러한 제조방법은, 다른 주지의 공정(산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시형태의 물품의 제조방법은, 종래의 방법에 비해, 물품의 성능·품질·생산성·생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다.
<기타의 실시예>
본 발명은, 전술한 실시형태의 1 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억매체를 거쳐 시스템 또는 장치에 공급하고, 그 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 있어서의 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 판독하여 실행하는 처리에서도 실현가능하다. 또한, 1 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들면, ASIC)에 의해서도 실현가능하다.
발명은 상기 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 발명의 정신 및 범위에서 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 발명의 범위를 명확하게 하기 위해 청구항을 첨부한다.
100: 스테이지 장치(제어장치), 102: 미동 스테이지, 104: 전자기 액추에이터, 302: 구동 코일, 303: 서치 코일, 304: 변환부, 305: 제2연산부, 306: 게인부(생성부), 307: 구동 앰프(공급부), 308: 제1연산부(보정부), 501: 드리프트 보정계, 501a: 제1환산부, 501b: 제2환산부, 501c: 차분 산출부

Claims (13)

  1. 이동체의 구동을 제어하는 제어장치로서,
    상기 이동체를 구동하는 전자기 액추에이터와,
    상기 전자기 액추에이터에서 발생한 자속에 따른 전압값을 출력하는 서치 코일과,
    상기 서치 코일의 출력에 보정값을 적용해서 보정신호를 출력하는 보정부와,
    상기 보정신호를 자속으로 변환하는 변환부와,
    상기 변환부의 출력과 목표 자속에 근거하여 상기 전자기 액추에이터를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 보정부는, 상기 제어부에서 얻어지는 신호와 상기 변환부의 출력에 근거하여, 상기 변환부의 출력에 생기는 드리프트 성분이 저감되도록 상기 보정값을 결정하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 제어부에서 얻어지는 상기 신호로부터 환산된 자속과 상기 변환부로부터 출력된 자속의 차분에 근거하여, 상기 보정값을 결정하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보정부에는, 상기 제어부에서 얻어지는 상기 신호를 자속으로 환산하기 위한 제1게인이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 차분으로부터 환산되는 전압값을 상기 보정값으로서 상기 서치 코일의 출력에 적용하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 보정부에는, 상기 차분을 전압값으로 환산하기 위한 제2게인이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 변환부는, 상기 보정신호를 시간적분함으로써 상기 보정신호를 자속으로 변환하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 변환부는, 상기 보정신호를 시간적분하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 변환부는, 상기 보정신호를 시간적분하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부에서 얻어지는 상기 신호는, 상기 전자기 액추에이터를 제어하기 위해 상기 변환부의 출력과 상기 목표 자속에 근거하여 생성되는 전압 또는 전류인 것을 특징으로 하는 제어장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 변환부의 출력과 상기 목표 자속의 편차를 연산하는 연산부와, 상기 편차에 근거하여 전압 지령값을 생성하는 생성부와, 상기 전압 지령값에 근거하여 상기 전자기 액추에이터에 전류를 공급하는 공급부를 포함하고,
    상기 제어부에서 얻어지는 상기 신호는, 상기 연산부로부터 출력되는 상기 편차, 상기 생성부로부터 출력되는 상기 전압 지령값, 및 상기 공급부로부터 출력되는 상기 전류 중 적어도 1개인 것을 특징으로 하는 제어장치.
  11. 기판 위에 패턴을 형성하는 리소그래피 장치로서,
    기판 또는 원판을 유지하는 스테이지와,
    이동체로서의 상기 스테이지의 구동을 제어하는 청구항 1에 기재된 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 청구항 11에 기재된 리소그래피 장치를 사용해서 기판 위에 패턴을 형성하는 형성 공정과,
    상기 형성 공정에서 패턴이 형성된 상기 기판을 가공하는 가공 공정과,
    상기 가공 공정에서 가공된 상기 기판으로부터 물품을 제조하는 제조 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품의 제조방법.
  13. 이동체를 구동하는 전자기 액추에이터와, 상기 전자기 액추에이터에서 발생한 자속에 따른 전압값을 출력하는 서치 코일을 사용하여, 이동체의 구동을 제어하는 제어방법으로서,
    상기 서치 코일의 출력에 보정값을 적용해서 보정신호를 출력하는 보정공정과,
    상기 보정신호를 자속으로 변환하는 변환 공정과,
    상기 변환 공정에서 얻어지는 출력과 목표 자속에 근거하여 상기 전자기 액추에이터를 제어하는 제어 공정을 포함하고,
    상기 보정공정에서는, 상기 제어 공정에서 얻어지는 신호와 상기 변환 공정에서 얻어지는 출력에 근거하여, 상기 변환 공정에서 얻어지는 출력에 생기는 드리프트 성분이 저감되도록 상기 보정값을 결정하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
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