制御装置及び露光装置
【課題】外乱などに起因する変動を効果的に抑えること。
【解決手段】制御装置は、制御対象を駆動する駆動部と、前記制御対象の位置を計測する位置計測部と、前記制御対象の位置と前記制御対象を駆動するための駆動制御値とが関連付けられた参照テーブルを作成するテーブル生成部と、前記参照テーブルを参照して前記位置計測部で計測された前記制御対象の位置に対応する参照値を出力する参照部と、前記参照部から出力された前記参照値を補正するための補正係数を生成する補正係数生成ユニットと、前記補正係数を用いて前記参照値を補正し補正指令値を生成する補正部と、前記補正指令値を前記駆動制御値に加算する加算部と、を備える。
【解決手段】制御装置は、制御対象を駆動する駆動部と、前記制御対象の位置を計測する位置計測部と、前記制御対象の位置と前記制御対象を駆動するための駆動制御値とが関連付けられた参照テーブルを作成するテーブル生成部と、前記参照テーブルを参照して前記位置計測部で計測された前記制御対象の位置に対応する参照値を出力する参照部と、前記参照部から出力された前記参照値を補正するための補正係数を生成する補正係数生成ユニットと、前記補正係数を用いて前記参照値を補正し補正指令値を生成する補正部と、前記補正指令値を前記駆動制御値に加算する加算部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスに用いられる露光装置や検査装置等に搭載され、露光原版、被露光物（基板）又は被検査物を位置決めする制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造プロセスに用いられる露光装置として、ステッパと呼ばれる装置とスキャナと呼ばれる装置が知られている。ステッパは、ステージ装置によって半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されたパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。
【０００３】
また、スキャナは、ウエハステージ上の半導体ウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動（スキャン）させ、このスキャン中にスリット状の露光光を照射することにより、レチクルパターンをウエハに投影するものである。スキャナは、解像度や重ね合わせ精度の面から露光装置の主流と見られている。
【０００４】
図６は、従来例の位置決めステージ装置の実施例の平面図である。可動磁石型の構成を例に説明していくが、可動コイル型であっても基本的な動作はほぼ同様となる。図６に示すような従来の位置決めステージ装置は、ベース構造体１０１にリニアモータ１０２が左右に２本配置される。リニアモータは固定子にコイル１０３を進行方向に沿って複数個備える多相型で構成される。リニアモータコイルと対向するようにＮ極、Ｓ極を持つ可動磁石１０４が配置される。可動磁石と対面しているコイルに電流を流すことで、ローレンツ力により推力を得て駆動される。
【０００５】
可動磁石は磁石支持板１０７にて可動ステージ１０６と連結される。可動磁石の推力が磁石支持板を介して可動ステージに伝達されて、一軸方向に駆動される。可動ステージの下面にはステージの自重を支持する軸受け１０８が複数個配置される。移動精度が高い半導体装置では空気軸受けなどが一般的に採用され、平面度が補償されたベース構造体の表面を案内される。同様に進行方向にはヨーガイド１０５が配置され、同様に空気軸受け１０９などで高精度に案内される。
【０００６】
可動ステージ上には位置計測用ミラー１１０が配置され、レーザ干渉計１１１などによりステージの並進（進行方向）位置が計測される。不図示のステージ制御系により高精度に位置決め制御される。
【０００７】
図６に示したような多相リニアモータでは、それぞれのコイル部分で発生する推力は必ずしも同一ではない。またコイルとコイルとの間はある程度間隔を設けて配置するのが一般的である。このコイル間ギャップのため可動子の場所によっても推力が変動するのが通常である。従って、例えば可動子の一定速度制御を行う場合、こうした推力変動の影響により制御偏差を十分低減することは不可能となる。
【０００８】
また、可動子の速度を高くしていくと、推力変動の周波数も高くなるため、より推力変動の影響が出やすくなる。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献１では、多相リニアモータの駆動方向各地点における制御偏差の補正情報を保持した参照テーブルを具備し、駆動時に該参照テーブルを逐次参照して得た値を制御偏差に加算しながら制御する制御方法が示されている。これにより、推力変動等に起因する制御偏差部分をあらかじめ補償し、推力変動等に起因する制御偏差の発生が十分抑圧された制御が行われる。この時、テーブル参照に先んじて行なわれる多相リニアモータの予備的駆動時に得られる系の状態量すなわち可動子の位置および制御偏差の時系列に基づき参照テーブルの作成を行う。
【００１０】
そして、さらに制御偏差の抑圧効果を高める為に、上記方法にて作成した参照テーブル（第１の参照テーブル）を用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より第２の参照テーブルを作成する。そして、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これを複数回繰り返すことにより、高精度の位置決めを実現している。
【００１１】
また、ステージ装置の性能を表す指標の一つに１時間あたりのウエハ処理枚数で表されるスループットがある。高スループットを達成するためには、ステージ装置には高速移動が要求され、それに伴い移動時の加減速が大きくなっている。
【００１２】
図６の従来の空芯型のローレンツ力を用いたリニアモータでは、加減速時に大きな推力を出そうとすると、固定子に巻かれたコイルの発熱が非常に大きくなり、熱がステージ定盤１０１を保持する構造体に伝わる。その結果、ステージ本体やレチクル自体が熱膨張し、露光時の重ね合わせ精度を悪化させてしまう。また、大電流を流すための電気系設備にも大きな負担を掛けることになる。
【００１３】
そこで、低発熱で大推力を発生できるリニアモータの構成として、図７のような可動磁石型のリニアモータが提案されている。
【００１４】
このリニアモータの固定子１２１は櫛歯状の珪素鋼薄板を積層して構成された鉄心１２２にコイルが巻かれている。可動子１２４は永久磁石１２５をその極性が交互になるように並べて構成されている。永久磁石１２５と鉄心１２２の間には吸引力が発生するので、これを相殺するために磁石１２５を上下方向で挟み込むように固定子１２１が配置されている。このように構成されたリニアモータでは、同程度の大きさのローレンツ力を用いたリニアモータに比べて発熱量を数十分の１以下に低減することができる。
【００１５】
ところが、図７に示す可動磁石型リニアモータでは、コギングと呼ばれる力に起因した外乱が発生する。これは磁石１２５と鉄心１２２の位置関係によって、磁石１２５がある安定した位置に引き込まれるように力を受ける現象である。この力の方向はリニアモータの推進方向であり、コイルの電流の有無には依存していない。
【００１６】
コギングの発生周期は、可動磁石型リニアモータでは鉄心１２２の歯の間隔により定まる。コギング自体を減らすために歯や磁石の形状が工夫されてはいるが、完全に無くすことはできておらず、コギングはステージ位置制御に際して外乱として作用し、位置決め精度を悪化させて露光精度にも影響を与えてしまう。
【００１７】
そこで、例えば、特許文献２では、鉄心型リニアモータの駆動方向各地点における駆動制御値の補正情報を保持した参照テーブルを具備し、駆動時に該参照テーブルを逐次参照して得た値を駆動制御値に加算しながら制御する制御方法が示されている。これにより、コギング外乱に起因する駆動制御値の変動をあらかじめ補償し、コギング外乱に起因する駆動制御値の変動の発生が十分抑圧された制御が行われる。
【００１８】
この時、テーブル参照に先んじて行なわれる鉄心型リニアモータの予備的駆動時に得られる系の状態量すなわち可動子の位置および駆動制御値の時系列に基づき参照テーブルの作成を行う。参照テーブルは、予備的駆動の際、移動体を低速定速駆動することにとって、得られる各々の計測位置と駆動制御値とに基づいて生成される。または、移動体を微小距離で連続的に移動させることにより得られる各々の静止位置での計測位置と駆動制御値とに基づいて生成される。
【００１９】
そして、さらに駆動制御値の変動の抑圧効果を高める為に、上記方法にて作成した参照テーブル（第１の参照テーブル）を用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より第２の参照テーブルを作成する。そして、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これを複数回繰り返すことにより、高精度の位置決めを実現している。
【特許文献１】特開平９−１４９６７２号公報
【特許文献２】特開２００４−５４５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
空芯型のリニアモータの場合、制御偏差の抑圧効果を上げる為に、予備的駆動にて作成した参照テーブル（第１の参照テーブル）を用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より第２の参照テーブルを作成する。そして、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これにより、さらに制御偏差の抑圧効果が高めている。位置決め精度を上げるためには、これを複数回やる必要があった。そのため、この複数回の予備的動作の繰り返しには多大なる時間を費やしてきた。
【００２１】
鉄心型のリニアモータの場合、参照テーブルを生成する際、効果を高める為に、駆動速度を出来る限り落とす。そして、低速定速駆動、または、移動体を微小距離で連続的に移動させることにより得られる各々の静止位置での計測位置と駆動制御値とに基づいて参照テーブルの作成が生成される。すなわち、参照テーブルの作成には多大な時間が費やされてきた。
【００２２】
さらに、駆動制御値の変動の抑圧効果を上げる為に、予備的駆動にて作成した参照テーブルを用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より、第２の参照テーブルを作成し、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これにより、さらに駆動制御値の変動の抑圧効果が高めている。すなわち、多大な時間の掛かる上記参照テーブルの作成を複数回行わなければならなかった。
【００２３】
装置の設置時や、トラブル発生時など、再調整を必要とするたびに多くの時間を掛けて、参照テーブルを作成しなければならなかった。
【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外乱などに起因する変動を効果的に抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、制御装置に係り、制御対象を駆動する駆動部と、前記制御対象の位置を計測する位置計測部と、前記制御対象の位置と前記制御対象を駆動するための駆動制御値とが関連付けられた参照テーブルを作成するテーブル生成部と、前記参照テーブルを参照して前記位置計測部で計測された前記制御対象の位置に対応する参照値を出力する参照部と、前記参照部から出力された前記参照値を補正するための補正係数を生成する補正係数生成ユニットと、前記補正係数を用いて前記参照値を補正し補正指令値を生成する補正部と、前記補正指令値を前記駆動制御値に加算する加算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、外乱などに起因する変動を効果的に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置の概略構成図である。本実施形態に係るステージ装置１０は、レチクル又はウエハの位置決め制御に用いられる。ステージ本体１１は、ステージ定盤１２の上面部と側面部に設けられた不図示の静圧軸受に軸支され、Ｙ方向に沿って移動可能に配置される。ステージ本体１１はまた、ステージ定盤１２のＸ方向の側面部をガイド面１３として、不図示の静圧軸受によってＺ方向及びＺ軸まわりの回転であるωｚ方向への姿勢が保持される。
【００２８】
このような構成により、ステージ本体１１は、ステージ定盤１２上で実質的にＹ方向のみに移動可能となる。他の方向（Ｘ、Ｚ、ωｘ（Ｘ軸まわりの回転方向）、ωｙ（Ｙ軸まわりの回転方向）、ωｚ）には、静圧軸受の剛性によって姿勢が保持される。また、ステージ本体１１上には、不図示のレチクルチャックが搭載され、レチクルを保持することができる。
【００２９】
ステージ本体１１の両側面部には、可動子１４、１５が夫々取り付けられる。可動子１４、１５はそれぞれ永久磁石で構成され、鉄心で構成される固定子１６、１７とそれぞれ対になってリニアモータを構成する。
【００３０】
このようなリニアモータの構成によって、ステージ本体１１は、Ｙ方向に駆動力が与えられる。ステージ本体１１には、不図示のレーザ干渉計からの計測光を反射する計測用ミラー１８が配置され、これによりステージ本体１１のＹ方向の位置が計測される。
【００３１】
なお、図１では実質的に１軸方向（Ｙ方向）にのみ移動可能なステージ装置を示したが、これに限定されない。例えば、図１のステージ本体１１上に微動ステージを搭載したものにも適用することができる。また、１軸ステージではなく、ＸＹ方向の２軸方向に移動可能となるようにリニアモータを構成した、２軸ステージにも適用することができる。さらに、図１では、可動子が永久磁石で構成され、固定子が鉄心コイルで構成されたリニアモータを示したが、これに限定されない。例えば、固定子１６、１７が空芯コイル型のリニアモータにも適用されうる。また、可動子１４、１５がコイルで構成され、固定子１６、１７が永久磁石で構成された可動コイル型のリニアモータにも適用されうる。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。ステージ制御系２１は、ＰＩＤ制御を行うフィードバック制御部２２と外乱抑制部２４とを有する。フィードバック制御部２２は、ＰＩＤ制御演算部２３を備える。外乱抑制部２４は、テーブル生成部２５、参照部２６、補正係数生成ユニット２７、補正部２８、加算部２９を備える。フィードバック制御部２２には、不図示の露光装置全体を制御する露光制御系から、目標位置への移動指令値が入力される。フィードバック制御部２２は、入力された移動指令値と、レーザ干渉計により計測されたステージ位置とに基づいて位置偏差を算出し、この位置偏差に基づいて、ＰＩＤ制御演算部２３によりステージ装置１０に出力される駆動制御値を算出する。ステージ制御系２１は、例えばデジタル計算機で構成することができ、実際にステージ装置１０に駆動制御値を出力するためには、不図示のＤ／Ａ変換器が用いられる。
【００３２】
次に、テーブル生成部２５で作成される参照テーブル３１について説明する。ステージ本体１１を全ストロークに渡って定速で移動させる（以下「テーブル測定駆動」という。）ために、実際にステージ装置１０を駆動するのと同一の目標値（速度・加速度）をステージ装置１０に与えて駆動する。本実施形態では、テーブル生成部２５が、テーブル測定駆動時のステージ位置とＰＩＤ制御演算部２３で算出された駆動制御値とを、外乱抑制部２４のメモリ３０内に関連付けて記憶する。そして、これらのデータに基づいてステージ位置に対する駆動制御値の参照テーブル３１を作成する。ここで、外来ノイズなどの高周波成分を除去する。例えば、特許文献１に記載された方法を用いて、フィルタリング処理を行ってもよい。
【００３３】
ステージ位置の計測は、通常、等間隔で行われるため、テーブル測定駆動時に取得したステージ位置とは必ずしも一致しない。そのため、ステージ位置に対する駆動制御値の補正データを参照テーブル３１から算出する場合、適宜補間処理が実行される。例えば、特許文献２に記載された方法を用いることによって、補完処理を行ってもよい。
【００３４】
次に、補正係数生成ユニット２７で生成される補正係数３５について説明する。実際にステージ装置１０を駆動するのと同一の目標値（速度・加速度）をステージ装置１０に与えて、テーブル測定駆動を行うため、外乱の周波数も高くなる。外乱の周波数が高くなると、参照テーブル３１に格納された駆動制御値は、ステージ制御系２１の周波数特性の影響を受ける。そのため、参照テーブル３１をそのまま用いると、外乱の影響を受けてしまう。そこで、補正係数生成ユニット２７は、外乱周波数３３と制御系周波数特性３４とに基づいて、補正係数演算部３２で補正係数３１を生成する。例えば、ステージ制御系２１の制御系周波数特性（例えば、ゲイン）３４が、図３に示す関係にあるとすると、外乱周波数３３がＡ[Ｈｚ]のときに、ゲインがＢ[ｄｂ]であることがわかる。一般に、ゲインＢと増幅率Ｃとの関係は、以下の数式１で表すことができる。
Ｂ ＝ ２０ × ｌｏｇ１０Ｃ …（数式１）
増幅率Ｃは、数式１を用いると、以下の数式２のように表される。
Ｃ ＝ １０（ Ｂ ／ ２０ ） …（数式２）
すなわち、外乱は、参照テーブル３１に格納されるときにＣ倍されて格納される。従って、以下の数式３で表される補正係数３５を参照テーブル３１に格納された駆動制御値に掛ければよい。
補正係数３５ ＝ １ ／ Ｃ …（数式３）
なお、本実施形態では、ゲインについて説明したが、位相についても同様に補正係数３５を求めることができる。
【００３５】
次に、図２のステージ制御系２１において、テーブル補正を実行する場合について説明する。なお、レーザ干渉計で計測されたステージ位置は、外乱抑制部２４に入力される。
【００３６】
参照部２６は、レーザ干渉計で計測されたステージ位置と、テーブル測定駆動時に作成した参照テーブル３１とに基づいて、レーザ干渉計により計測されたステージ位置における駆動制御値（以下、「参照値」という。）を算出する。ここで、レーザ干渉計により計測されたステージ位置と、参照テーブル３１で算出したステージ位置とは、必ずしも一致しないため、適宜補間処理を行なう。例えば、特開２００４−５４５２０号公報で開示された方法を用いて、補完処理を行ってもよい。補正部２８は、参照部２６で算出された参照値と、補正係数生成ユニット２７で生成された補正係数３５とに基づいて、補正指令値を算出する。
【００３７】
加算部２９は、補正部２８で算出された補正指令値を、フィードバック制御部２２で算出された駆動制御値に加算する。これにより、外乱がリニアモータの駆動力により略相殺される。
【００３８】
以上のように、テーブル測定駆動が、実際にステージ装置１０を駆動するのと同一の目標値（速度・加速度）で行われ、一意に定められる補正係数３５を用いるため、複数回テーブル測定駆動を行わなくても、効果的に外乱を抑圧することができる。すなわち、テーブル測定駆動が高速かつ一回だけ行われるため、時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
なお、本実施形態は、可動コイル式のリニアモータや、固定子が空芯コイルタイプの可動磁石式リニアモータや、固定子が鉄心コイルタイプの可動磁石式リニアモータにも適用することができる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。図４において、図２と同様の構成要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、補正係数生成ユニット２７は、外乱周波数演算部３６、制御系周波数特性演算部３７及び補正係数演算部３２を備える。外乱周波数演算部３６は、コイルとコイルとの間隔を示すコイルピッチ３８と、ステージ速度３９とに基づいて、下記の数式４に従って外乱周波数を算出する。
外乱周波数 ＝ ステージ速度３９ ／ コイルピッチ３８ …（数式４）
制御系周波数特性演算部３７は、制御系周波数特性を算出する。ここで算出される外乱周波数及び制御系周波数特性は、図２の外乱周波数３３及び制御系周波数特性３４にそれぞれ対応する。補正係数演算部３２は、外乱周波数と、制御系周波数特性とに基づいて、補正係数３５を算出する。
【００４１】
制御系周波数特性演算部３７は、必要に応じて、ステージ制御系２１の制御系周波数特性を算出する。また、制御系周波数特性演算部３７は、予めオフラインで制御系周波数特性を計算し、それを予めテーブルとして格納してもよい。これにより、補正係数生成ユニット２７で必要な情報を予め準備できるため、これらの情報に基づいて補正係数３５を算出することができる。
（第３の実施形態）
図５は、本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。図５において、図２及び図４と同様の構成要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４２】
図５に示すように、補正係数生成ユニット２７は、外乱周波数演算部３６、制御系周波数特性演算部３７及び補正係数演算部３２を備える。外乱周波数演算部３６は、参照テーブル３１を用いて外乱周波数を算出する。制御系周波数特性演算部３７は、制御系周波数特性を算出する。ここで算出される外乱周波数及び制御系周波数特性は、図２の外乱周波数３３及び制御系周波数特性３４にそれぞれ対応する。補正係数演算部３２は、外乱周波数と、制御系周波数特性とに基づいて、補正係数３５を算出する。
【００４３】
外乱周波数は、参照テーブル３１にＦＦＴ（高速フーリエ変換）をかけて、信号中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出する処理を行うことにより算出することができる。制御系周波数特性演算部３７は、必要に応じて、ステージ制御系２１の制御系周波数特性を算出する。また、制御系周波数特性演算部３７は、予めオフラインで制御系周波数特性を計算し、それを予めテーブルとして格納してもよい。これにより、現在発生している外乱の周波数を、テーブル測定駆動で測定した参照テーブル３１に基づいて算出し、より現状に合った外乱周波数を算出することができる。その結果、より確度の高い補正係数３５を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。
【図３】ステージ制御系の制御系周波数特性を示す図である。
【図４】本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。
【図５】本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。
【図６】従来のステージ装置の概略構成図である。
【図７】従来のリニアモータの概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ ステージ装置
２２ フィードバック制御部
２５ テーブル生成部
２６ 参照部
２７ 補正係数生成ユニット
２８ 補正部
２９ 加算部
３１ 参照テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスに用いられる露光装置や検査装置等に搭載され、露光原版、被露光物（基板）又は被検査物を位置決めする制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造プロセスに用いられる露光装置として、ステッパと呼ばれる装置とスキャナと呼ばれる装置が知られている。ステッパは、ステージ装置によって半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されたパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。
【０００３】
また、スキャナは、ウエハステージ上の半導体ウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動（スキャン）させ、このスキャン中にスリット状の露光光を照射することにより、レチクルパターンをウエハに投影するものである。スキャナは、解像度や重ね合わせ精度の面から露光装置の主流と見られている。
【０００４】
図６は、従来例の位置決めステージ装置の実施例の平面図である。可動磁石型の構成を例に説明していくが、可動コイル型であっても基本的な動作はほぼ同様となる。図６に示すような従来の位置決めステージ装置は、ベース構造体１０１にリニアモータ１０２が左右に２本配置される。リニアモータは固定子にコイル１０３を進行方向に沿って複数個備える多相型で構成される。リニアモータコイルと対向するようにＮ極、Ｓ極を持つ可動磁石１０４が配置される。可動磁石と対面しているコイルに電流を流すことで、ローレンツ力により推力を得て駆動される。
【０００５】
可動磁石は磁石支持板１０７にて可動ステージ１０６と連結される。可動磁石の推力が磁石支持板を介して可動ステージに伝達されて、一軸方向に駆動される。可動ステージの下面にはステージの自重を支持する軸受け１０８が複数個配置される。移動精度が高い半導体装置では空気軸受けなどが一般的に採用され、平面度が補償されたベース構造体の表面を案内される。同様に進行方向にはヨーガイド１０５が配置され、同様に空気軸受け１０９などで高精度に案内される。
【０００６】
可動ステージ上には位置計測用ミラー１１０が配置され、レーザ干渉計１１１などによりステージの並進（進行方向）位置が計測される。不図示のステージ制御系により高精度に位置決め制御される。
【０００７】
図６に示したような多相リニアモータでは、それぞれのコイル部分で発生する推力は必ずしも同一ではない。またコイルとコイルとの間はある程度間隔を設けて配置するのが一般的である。このコイル間ギャップのため可動子の場所によっても推力が変動するのが通常である。従って、例えば可動子の一定速度制御を行う場合、こうした推力変動の影響により制御偏差を十分低減することは不可能となる。
【０００８】
また、可動子の速度を高くしていくと、推力変動の周波数も高くなるため、より推力変動の影響が出やすくなる。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献１では、多相リニアモータの駆動方向各地点における制御偏差の補正情報を保持した参照テーブルを具備し、駆動時に該参照テーブルを逐次参照して得た値を制御偏差に加算しながら制御する制御方法が示されている。これにより、推力変動等に起因する制御偏差部分をあらかじめ補償し、推力変動等に起因する制御偏差の発生が十分抑圧された制御が行われる。この時、テーブル参照に先んじて行なわれる多相リニアモータの予備的駆動時に得られる系の状態量すなわち可動子の位置および制御偏差の時系列に基づき参照テーブルの作成を行う。
【００１０】
そして、さらに制御偏差の抑圧効果を高める為に、上記方法にて作成した参照テーブル（第１の参照テーブル）を用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より第２の参照テーブルを作成する。そして、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これを複数回繰り返すことにより、高精度の位置決めを実現している。
【００１１】
また、ステージ装置の性能を表す指標の一つに１時間あたりのウエハ処理枚数で表されるスループットがある。高スループットを達成するためには、ステージ装置には高速移動が要求され、それに伴い移動時の加減速が大きくなっている。
【００１２】
図６の従来の空芯型のローレンツ力を用いたリニアモータでは、加減速時に大きな推力を出そうとすると、固定子に巻かれたコイルの発熱が非常に大きくなり、熱がステージ定盤１０１を保持する構造体に伝わる。その結果、ステージ本体やレチクル自体が熱膨張し、露光時の重ね合わせ精度を悪化させてしまう。また、大電流を流すための電気系設備にも大きな負担を掛けることになる。
【００１３】
そこで、低発熱で大推力を発生できるリニアモータの構成として、図７のような可動磁石型のリニアモータが提案されている。
【００１４】
このリニアモータの固定子１２１は櫛歯状の珪素鋼薄板を積層して構成された鉄心１２２にコイルが巻かれている。可動子１２４は永久磁石１２５をその極性が交互になるように並べて構成されている。永久磁石１２５と鉄心１２２の間には吸引力が発生するので、これを相殺するために磁石１２５を上下方向で挟み込むように固定子１２１が配置されている。このように構成されたリニアモータでは、同程度の大きさのローレンツ力を用いたリニアモータに比べて発熱量を数十分の１以下に低減することができる。
【００１５】
ところが、図７に示す可動磁石型リニアモータでは、コギングと呼ばれる力に起因した外乱が発生する。これは磁石１２５と鉄心１２２の位置関係によって、磁石１２５がある安定した位置に引き込まれるように力を受ける現象である。この力の方向はリニアモータの推進方向であり、コイルの電流の有無には依存していない。
【００１６】
コギングの発生周期は、可動磁石型リニアモータでは鉄心１２２の歯の間隔により定まる。コギング自体を減らすために歯や磁石の形状が工夫されてはいるが、完全に無くすことはできておらず、コギングはステージ位置制御に際して外乱として作用し、位置決め精度を悪化させて露光精度にも影響を与えてしまう。
【００１７】
そこで、例えば、特許文献２では、鉄心型リニアモータの駆動方向各地点における駆動制御値の補正情報を保持した参照テーブルを具備し、駆動時に該参照テーブルを逐次参照して得た値を駆動制御値に加算しながら制御する制御方法が示されている。これにより、コギング外乱に起因する駆動制御値の変動をあらかじめ補償し、コギング外乱に起因する駆動制御値の変動の発生が十分抑圧された制御が行われる。
【００１８】
この時、テーブル参照に先んじて行なわれる鉄心型リニアモータの予備的駆動時に得られる系の状態量すなわち可動子の位置および駆動制御値の時系列に基づき参照テーブルの作成を行う。参照テーブルは、予備的駆動の際、移動体を低速定速駆動することにとって、得られる各々の計測位置と駆動制御値とに基づいて生成される。または、移動体を微小距離で連続的に移動させることにより得られる各々の静止位置での計測位置と駆動制御値とに基づいて生成される。
【００１９】
そして、さらに駆動制御値の変動の抑圧効果を高める為に、上記方法にて作成した参照テーブル（第１の参照テーブル）を用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より第２の参照テーブルを作成する。そして、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これを複数回繰り返すことにより、高精度の位置決めを実現している。
【特許文献１】特開平９−１４９６７２号公報
【特許文献２】特開２００４−５４５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
空芯型のリニアモータの場合、制御偏差の抑圧効果を上げる為に、予備的駆動にて作成した参照テーブル（第１の参照テーブル）を用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より第２の参照テーブルを作成する。そして、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これにより、さらに制御偏差の抑圧効果が高めている。位置決め精度を上げるためには、これを複数回やる必要があった。そのため、この複数回の予備的動作の繰り返しには多大なる時間を費やしてきた。
【００２１】
鉄心型のリニアモータの場合、参照テーブルを生成する際、効果を高める為に、駆動速度を出来る限り落とす。そして、低速定速駆動、または、移動体を微小距離で連続的に移動させることにより得られる各々の静止位置での計測位置と駆動制御値とに基づいて参照テーブルの作成が生成される。すなわち、参照テーブルの作成には多大な時間が費やされてきた。
【００２２】
さらに、駆動制御値の変動の抑圧効果を上げる為に、予備的駆動にて作成した参照テーブルを用いてさらにリニアモータの駆動を行った結果より、第２の参照テーブルを作成し、第１の参照テーブルに要素ごとに加算することで新しい参照テーブルを作成する。これにより、さらに駆動制御値の変動の抑圧効果が高めている。すなわち、多大な時間の掛かる上記参照テーブルの作成を複数回行わなければならなかった。
【００２３】
装置の設置時や、トラブル発生時など、再調整を必要とするたびに多くの時間を掛けて、参照テーブルを作成しなければならなかった。
【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外乱などに起因する変動を効果的に抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、制御装置に係り、制御対象を駆動する駆動部と、前記制御対象の位置を計測する位置計測部と、前記制御対象の位置と前記制御対象を駆動するための駆動制御値とが関連付けられた参照テーブルを作成するテーブル生成部と、前記参照テーブルを参照して前記位置計測部で計測された前記制御対象の位置に対応する参照値を出力する参照部と、前記参照部から出力された前記参照値を補正するための補正係数を生成する補正係数生成ユニットと、前記補正係数を用いて前記参照値を補正し補正指令値を生成する補正部と、前記補正指令値を前記駆動制御値に加算する加算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、外乱などに起因する変動を効果的に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置の概略構成図である。本実施形態に係るステージ装置１０は、レチクル又はウエハの位置決め制御に用いられる。ステージ本体１１は、ステージ定盤１２の上面部と側面部に設けられた不図示の静圧軸受に軸支され、Ｙ方向に沿って移動可能に配置される。ステージ本体１１はまた、ステージ定盤１２のＸ方向の側面部をガイド面１３として、不図示の静圧軸受によってＺ方向及びＺ軸まわりの回転であるωｚ方向への姿勢が保持される。
【００２８】
このような構成により、ステージ本体１１は、ステージ定盤１２上で実質的にＹ方向のみに移動可能となる。他の方向（Ｘ、Ｚ、ωｘ（Ｘ軸まわりの回転方向）、ωｙ（Ｙ軸まわりの回転方向）、ωｚ）には、静圧軸受の剛性によって姿勢が保持される。また、ステージ本体１１上には、不図示のレチクルチャックが搭載され、レチクルを保持することができる。
【００２９】
ステージ本体１１の両側面部には、可動子１４、１５が夫々取り付けられる。可動子１４、１５はそれぞれ永久磁石で構成され、鉄心で構成される固定子１６、１７とそれぞれ対になってリニアモータを構成する。
【００３０】
このようなリニアモータの構成によって、ステージ本体１１は、Ｙ方向に駆動力が与えられる。ステージ本体１１には、不図示のレーザ干渉計からの計測光を反射する計測用ミラー１８が配置され、これによりステージ本体１１のＹ方向の位置が計測される。
【００３１】
なお、図１では実質的に１軸方向（Ｙ方向）にのみ移動可能なステージ装置を示したが、これに限定されない。例えば、図１のステージ本体１１上に微動ステージを搭載したものにも適用することができる。また、１軸ステージではなく、ＸＹ方向の２軸方向に移動可能となるようにリニアモータを構成した、２軸ステージにも適用することができる。さらに、図１では、可動子が永久磁石で構成され、固定子が鉄心コイルで構成されたリニアモータを示したが、これに限定されない。例えば、固定子１６、１７が空芯コイル型のリニアモータにも適用されうる。また、可動子１４、１５がコイルで構成され、固定子１６、１７が永久磁石で構成された可動コイル型のリニアモータにも適用されうる。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。ステージ制御系２１は、ＰＩＤ制御を行うフィードバック制御部２２と外乱抑制部２４とを有する。フィードバック制御部２２は、ＰＩＤ制御演算部２３を備える。外乱抑制部２４は、テーブル生成部２５、参照部２６、補正係数生成ユニット２７、補正部２８、加算部２９を備える。フィードバック制御部２２には、不図示の露光装置全体を制御する露光制御系から、目標位置への移動指令値が入力される。フィードバック制御部２２は、入力された移動指令値と、レーザ干渉計により計測されたステージ位置とに基づいて位置偏差を算出し、この位置偏差に基づいて、ＰＩＤ制御演算部２３によりステージ装置１０に出力される駆動制御値を算出する。ステージ制御系２１は、例えばデジタル計算機で構成することができ、実際にステージ装置１０に駆動制御値を出力するためには、不図示のＤ／Ａ変換器が用いられる。
【００３２】
次に、テーブル生成部２５で作成される参照テーブル３１について説明する。ステージ本体１１を全ストロークに渡って定速で移動させる（以下「テーブル測定駆動」という。）ために、実際にステージ装置１０を駆動するのと同一の目標値（速度・加速度）をステージ装置１０に与えて駆動する。本実施形態では、テーブル生成部２５が、テーブル測定駆動時のステージ位置とＰＩＤ制御演算部２３で算出された駆動制御値とを、外乱抑制部２４のメモリ３０内に関連付けて記憶する。そして、これらのデータに基づいてステージ位置に対する駆動制御値の参照テーブル３１を作成する。ここで、外来ノイズなどの高周波成分を除去する。例えば、特許文献１に記載された方法を用いて、フィルタリング処理を行ってもよい。
【００３３】
ステージ位置の計測は、通常、等間隔で行われるため、テーブル測定駆動時に取得したステージ位置とは必ずしも一致しない。そのため、ステージ位置に対する駆動制御値の補正データを参照テーブル３１から算出する場合、適宜補間処理が実行される。例えば、特許文献２に記載された方法を用いることによって、補完処理を行ってもよい。
【００３４】
次に、補正係数生成ユニット２７で生成される補正係数３５について説明する。実際にステージ装置１０を駆動するのと同一の目標値（速度・加速度）をステージ装置１０に与えて、テーブル測定駆動を行うため、外乱の周波数も高くなる。外乱の周波数が高くなると、参照テーブル３１に格納された駆動制御値は、ステージ制御系２１の周波数特性の影響を受ける。そのため、参照テーブル３１をそのまま用いると、外乱の影響を受けてしまう。そこで、補正係数生成ユニット２７は、外乱周波数３３と制御系周波数特性３４とに基づいて、補正係数演算部３２で補正係数３１を生成する。例えば、ステージ制御系２１の制御系周波数特性（例えば、ゲイン）３４が、図３に示す関係にあるとすると、外乱周波数３３がＡ[Ｈｚ]のときに、ゲインがＢ[ｄｂ]であることがわかる。一般に、ゲインＢと増幅率Ｃとの関係は、以下の数式１で表すことができる。
Ｂ ＝ ２０ × ｌｏｇ１０Ｃ …（数式１）
増幅率Ｃは、数式１を用いると、以下の数式２のように表される。
Ｃ ＝ １０（ Ｂ ／ ２０ ） …（数式２）
すなわち、外乱は、参照テーブル３１に格納されるときにＣ倍されて格納される。従って、以下の数式３で表される補正係数３５を参照テーブル３１に格納された駆動制御値に掛ければよい。
補正係数３５ ＝ １ ／ Ｃ …（数式３）
なお、本実施形態では、ゲインについて説明したが、位相についても同様に補正係数３５を求めることができる。
【００３５】
次に、図２のステージ制御系２１において、テーブル補正を実行する場合について説明する。なお、レーザ干渉計で計測されたステージ位置は、外乱抑制部２４に入力される。
【００３６】
参照部２６は、レーザ干渉計で計測されたステージ位置と、テーブル測定駆動時に作成した参照テーブル３１とに基づいて、レーザ干渉計により計測されたステージ位置における駆動制御値（以下、「参照値」という。）を算出する。ここで、レーザ干渉計により計測されたステージ位置と、参照テーブル３１で算出したステージ位置とは、必ずしも一致しないため、適宜補間処理を行なう。例えば、特開２００４−５４５２０号公報で開示された方法を用いて、補完処理を行ってもよい。補正部２８は、参照部２６で算出された参照値と、補正係数生成ユニット２７で生成された補正係数３５とに基づいて、補正指令値を算出する。
【００３７】
加算部２９は、補正部２８で算出された補正指令値を、フィードバック制御部２２で算出された駆動制御値に加算する。これにより、外乱がリニアモータの駆動力により略相殺される。
【００３８】
以上のように、テーブル測定駆動が、実際にステージ装置１０を駆動するのと同一の目標値（速度・加速度）で行われ、一意に定められる補正係数３５を用いるため、複数回テーブル測定駆動を行わなくても、効果的に外乱を抑圧することができる。すなわち、テーブル測定駆動が高速かつ一回だけ行われるため、時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
なお、本実施形態は、可動コイル式のリニアモータや、固定子が空芯コイルタイプの可動磁石式リニアモータや、固定子が鉄心コイルタイプの可動磁石式リニアモータにも適用することができる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。図４において、図２と同様の構成要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４０】
図４に示すように、補正係数生成ユニット２７は、外乱周波数演算部３６、制御系周波数特性演算部３７及び補正係数演算部３２を備える。外乱周波数演算部３６は、コイルとコイルとの間隔を示すコイルピッチ３８と、ステージ速度３９とに基づいて、下記の数式４に従って外乱周波数を算出する。
外乱周波数 ＝ ステージ速度３９ ／ コイルピッチ３８ …（数式４）
制御系周波数特性演算部３７は、制御系周波数特性を算出する。ここで算出される外乱周波数及び制御系周波数特性は、図２の外乱周波数３３及び制御系周波数特性３４にそれぞれ対応する。補正係数演算部３２は、外乱周波数と、制御系周波数特性とに基づいて、補正係数３５を算出する。
【００４１】
制御系周波数特性演算部３７は、必要に応じて、ステージ制御系２１の制御系周波数特性を算出する。また、制御系周波数特性演算部３７は、予めオフラインで制御系周波数特性を計算し、それを予めテーブルとして格納してもよい。これにより、補正係数生成ユニット２７で必要な情報を予め準備できるため、これらの情報に基づいて補正係数３５を算出することができる。
（第３の実施形態）
図５は、本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。図５において、図２及び図４と同様の構成要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００４２】
図５に示すように、補正係数生成ユニット２７は、外乱周波数演算部３６、制御系周波数特性演算部３７及び補正係数演算部３２を備える。外乱周波数演算部３６は、参照テーブル３１を用いて外乱周波数を算出する。制御系周波数特性演算部３７は、制御系周波数特性を算出する。ここで算出される外乱周波数及び制御系周波数特性は、図２の外乱周波数３３及び制御系周波数特性３４にそれぞれ対応する。補正係数演算部３２は、外乱周波数と、制御系周波数特性とに基づいて、補正係数３５を算出する。
【００４３】
外乱周波数は、参照テーブル３１にＦＦＴ（高速フーリエ変換）をかけて、信号中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出する処理を行うことにより算出することができる。制御系周波数特性演算部３７は、必要に応じて、ステージ制御系２１の制御系周波数特性を算出する。また、制御系周波数特性演算部３７は、予めオフラインで制御系周波数特性を計算し、それを予めテーブルとして格納してもよい。これにより、現在発生している外乱の周波数を、テーブル測定駆動で測定した参照テーブル３１に基づいて算出し、より現状に合った外乱周波数を算出することができる。その結果、より確度の高い補正係数３５を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るステージ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。
【図３】ステージ制御系の制御系周波数特性を示す図である。
【図４】本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。
【図５】本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置を制御するステージ制御系のブロック構成図である。
【図６】従来のステージ装置の概略構成図である。
【図７】従来のリニアモータの概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ ステージ装置
２２ フィードバック制御部
２５ テーブル生成部
２６ 参照部
２７ 補正係数生成ユニット
２８ 補正部
２９ 加算部
３１ 参照テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を駆動する駆動部と、
前記制御対象の位置を計測する位置計測部と、
前記制御対象の位置と前記制御対象を駆動するための駆動制御値とが関連付けられた参照テーブルを作成するテーブル生成部と、
前記参照テーブルを参照して前記位置計測部で計測された前記制御対象の位置に対応する参照値を出力する参照部と、
前記参照部から出力された前記参照値を補正するための補正係数を生成する補正係数生成ユニットと、
前記補正係数を用いて前記参照値を補正し補正指令値を生成する補正部と、
前記補正指令値を前記駆動制御値に加算する加算部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記補正係数生成ユニットは、
外乱周波数を算出する外乱周波数演算部と、
制御系周波数特性を算出する制御系周波数特性演算部と、
前記外乱周波数と前記制御系周波数特性を用いて前記参照値を補正するための前記補正係数を算出する補正係数演算部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記駆動部は、複数のコイルを有し、
前記外乱周波数演算部は、前記複数のコイル間のピッチ及び前記制御対象の速度に基づいて前記外乱周波数を算出することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記外乱周波数演算部は、前記参照テーブルにＦＦＴを施して周波数成分抽出することにより前記外乱周波数を算出することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御系周波数特性演算部は、前記制御装置の制御系の周波数特性を予め算出し、その結果を周波数特性テーブルとして具備していることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の制御装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１】
制御対象を駆動する駆動部と、
前記制御対象の位置を計測する位置計測部と、
前記制御対象の位置と前記制御対象を駆動するための駆動制御値とが関連付けられた参照テーブルを作成するテーブル生成部と、
前記参照テーブルを参照して前記位置計測部で計測された前記制御対象の位置に対応する参照値を出力する参照部と、
前記参照部から出力された前記参照値を補正するための補正係数を生成する補正係数生成ユニットと、
前記補正係数を用いて前記参照値を補正し補正指令値を生成する補正部と、
前記補正指令値を前記駆動制御値に加算する加算部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記補正係数生成ユニットは、
外乱周波数を算出する外乱周波数演算部と、
制御系周波数特性を算出する制御系周波数特性演算部と、
前記外乱周波数と前記制御系周波数特性を用いて前記参照値を補正するための前記補正係数を算出する補正係数演算部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記駆動部は、複数のコイルを有し、
前記外乱周波数演算部は、前記複数のコイル間のピッチ及び前記制御対象の速度に基づいて前記外乱周波数を算出することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記外乱周波数演算部は、前記参照テーブルにＦＦＴを施して周波数成分抽出することにより前記外乱周波数を算出することを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記制御系周波数特性演算部は、前記制御装置の制御系の周波数特性を予め算出し、その結果を周波数特性テーブルとして具備していることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の制御装置を備えることを特徴とする露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１３１７６２（Ｐ２００８−１３１７６２Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１４８０８（Ｐ２００６−３１４８０８）
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２１日（２００６．１１．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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