移動体機構
【課題】 移動体機構の性能を向上させること
【解決手段】 本発明の移動体機構は、移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、前記電磁石に発生する誘起電圧を計測するサーチコイルと、入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報と計測された誘起電圧の積分値とに基づいて前記電磁石をフィードバック制御する制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む制御機構と、前記アンプの入力部の信号を時間積分する第１積分器を有し、前記指令情報が零を示すときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の前記入力部にフィードバックして前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とするオフセット補償機構と、を備え、前記制御機構は、前記サーチコイルで計測された誘起電圧を時間積分する第２積分器を有し、前記第２積分器の入力部に前記第２積分器のドリフトを補正するためのドリフト補正信号が入力される。
【解決手段】 本発明の移動体機構は、移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、前記電磁石に発生する誘起電圧を計測するサーチコイルと、入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報と計測された誘起電圧の積分値とに基づいて前記電磁石をフィードバック制御する制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む制御機構と、前記アンプの入力部の信号を時間積分する第１積分器を有し、前記指令情報が零を示すときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の前記入力部にフィードバックして前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とするオフセット補償機構と、を備え、前記制御機構は、前記サーチコイルで計測された誘起電圧を時間積分する第２積分器を有し、前記第２積分器の入力部に前記第２積分器のドリフトを補正するためのドリフト補正信号が入力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を位置決めする移動体機構に関する。
【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は、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、ステージ装置上の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ている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。一方、スキャナは、ウエハステージ上の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させ、この相対移動（走査移動）中にスリット状の露光光を照射し、レチクルパターンをウエハに投影するものである。ステッパおよびスキャナは、解像度および重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。
【０００３】
装置性能の指標の一つに、単位時間当たりに処理されるウエハの枚数を示すスループットが挙げられる。高スループット実現のために、ウエハステージやレチクルステージには、高速移動が要求される。低発熱で高速駆動を可能にした従来のレチクルステージは、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１０６３４４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の露光装置では、電磁石に与える指令情報が零であっても、電磁石の駆動コイルに流れる電流には、外乱の影響によってオフセット電流が流れてしまう。これによって、わずかなオフセット電流があるだけでも、力誤差が生じてしまい、正確な力を発生させることができない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、移動体機構の性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面は、移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、前記電磁石に発生する誘起電圧を計測するサーチコイルと、入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報と計測された誘起電圧の積分値とに基づいて前記電磁石をフィードバック制御する制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む制御機構と、
前記アンプの入力部の信号を時間積分する第１積分器を有し、前記指令情報が零を示すときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の前記入力部にフィードバックして前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とするオフセット補償機構と、を備え、前記制御機構は、前記サーチコイルで計測された誘起電圧を時間積分する第２積分器を有し、前記第２積分器の入力部に前記第２積分器のドリフトを補正するためのドリフト補正信号が入力されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の側面は、移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報に基づいて前記電磁石をフィードバック制御する第１制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む第１制御機構と、前記指令情報が零を示すときには前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とする前記オフセット補償機構と、前記電磁石と前記移動体との間隙を計測するギャップセンサと、前記ギャップセンサで計測された間隙に基づいて補正係数を算出するギャップ補正器と、前記指令情報に基づいて前記電磁石に与える電流を算出する電流算出器と、前記電流算出器によって算出された前記電流に前記補正係数を乗ずる乗算器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、移動体機構の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
図１に、本発明の好適な第１の実施形態に係る移動体機構を用いたステージ装置の構成を示す。
【００１０】
このステージ装置では、不図示のベース上にガイド１０２が固定されている。ガイド１０２に対して１軸方向に滑動自在に工作物を載置する移動体としてのステージ１０１が支持されている。ステージ１０１の片方の側面には、リニアモータ可動子１０３が固定されている。リニアモータ可動子１０３は、４極の磁石とこの磁石の磁束を循環させるためのヨークとを一体にしたものが、上下に配置されている。また、リニアモータ可動子１０３には、不図示のベースに固定されたリニアモータ固定子１０４が非接触で対面している。リニアモータ固定子１０４は、複数のコイルを一列に並べたものを固定子枠で固定したもので構成される。
【００１１】
リニアモータは、一般的なブラシレスＤＣモータの展開タイプであり、磁石とコイルの相対的な位置関係に応じて、駆動コイル及びその電流の方向を切り替えて、所望の方向に所望の力を発生するものである。ステージ１０１上には、不図示のレーザ干渉計用のコーナーキューブが設けられており、不図示のレーザ干渉計によってステージ１０１の移動方向の変位が計測される。ステージ１０１は、不図示の移動指令器からの指令とステージ１０１の変位計測値とに基づいて、不図示のステージ制御系によって位置決め制御される。さらに、ステージ１０１のもう片方の側面には、磁性体板１０５が設けられている。この磁性体板１０５を両側から挟むようにして、電磁石本体１０６ａと電磁石本体１０６ｂとを含む１対の電磁石ユニットが設けられている。
【００１２】
１対の電磁石ユニットは、電磁石搬送体１２０上のナット部１０７に固定されている。ナット部１０７は、モータ１０８と送りネジ１０９によって、ステージ１０１と略同一方向に移動することができる。その結果、１対の電磁石ユニットは、モータ１０８と送りネジ１０９によってステージ１０１と略同一方向に移動することができる。また、送りネジ１０９の一端は、軸受け１１０によって支えられている。これらのモータ１０８、送りねじ１０９、及び軸受け１１０もまた、不図示のベース上に固定されている。また、１対の電磁石ユニットを構成する各々の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂと磁性体板１０５との間は、わずかな空隙を介して互いに非接触に保たれている。各々の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂは、Ｅ型のヨークと中央の歯に設けられた駆動コイルから構成され、駆動コイルに電流を流すとヨークと磁性体板１０５との間に吸引力が働くようになっている。各々の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂの駆動コイルは、別々に電圧または電流を制御できるようになっている。その結果、両コイルに流す電圧電流を調整することによって、各々の電磁石と磁性体板１０５との間に働く吸引力を調整することができ、さらに、１対の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂから磁性体板１０５に作用する合力とその合力の方向とを調整することができる。
【００１３】
電磁石搬送体１２０は、不図示の位置センサによってその移動方向の変位が計測される。また、電磁石搬送体１２０は、不図示の電磁石搬送体制御系によって位置決め制御される。電磁石搬送体制御系は、電磁石搬送体１２０の加減速力を適宜フィードフォワードすることによって、加減速時の電磁石搬送体１２０の位置決め偏差を小さく抑えることができる。ステージ１０１を移動させるときには、ステージ１０１にはフィードバック系を用いた位置決め制御が、電磁石搬送体１２０にはフィードフォワード及びフィードバック系を用いた位置決め制御が、電磁石本体１０６ａ、１０６ｂにはステージ１０１に加減速力を伝えるためのフィードフォワード系を用いた位置決め制御が、それぞれ行われるのが望ましい。その結果、ステージ１０１のリニアモータには、ステージ１０１自体の加減速力を発生させる必要がなくなり、精密な位置決めに必要な力をフィードバック制御するだけでよいため、発熱を非常に小さく抑えることができる。
【００１４】
図４は、図１の一対の電磁石ユニットのいずれか一方の電磁石制御系を示す図である。電磁石で発生する力は、電磁石と磁性体板との間の磁束の２乗に比例した値となる。電磁石制御系には、加減速力に応じてその絶対値の平方根の次元となる磁束の次元を持つ指令情報（以下「磁束指令」という。）が不図示のステージ全体のシーケンス制御を司る主制御器から送られる。電磁石ヨーク部３０１には、駆動コイル３０２とともにサーチコイル３０３が設けられており、電磁石の出力情報として誘起電圧が計測される。この誘起電圧は、第２積分器（ｇ１はゲイン）３０４によって時間積分することにより、磁束の次元となる（以下「検出磁束」という。）。サーチコイル３０３の巻き数、サーチコイル３０３を設けた部分の電磁石ヨーク部３０１の断面積、及び第２積分器３０４のゲインｇ１から所望の力を発生するときの磁束の大きさが算出でき、磁束指令もこの値が入力される。
【００１５】
電磁石制御系は、入力部として加算器３０５を有し、入力された磁束指令と検出磁束の差分である磁束誤差を加算器３０５で算出し、適宜のゲインをゲイン部３０６で乗じて駆動アンプ３０７にその信号を送る。駆動コイル３０２は、駆動アンプ３０７により電圧電流が制御され、電磁石には所望の磁束が発生する。すなわち、電磁石には、所望の吸引力が発生する。なお、電磁石制御系には、装置立ち上げ時に検出磁束を零にするための積分器リセット信号Ｓ１の入力系が設けられている。第２積分器３０４へ積分器リセット信号Ｓ１が入力されると、第２積分器３０４の出力は零となる。
【００１６】
しかし、電磁石制御系には、次のような外乱が加わる。外乱Ａは、駆動コイル３０２の電流にオフセットを与えてしまう外乱である。この外乱Ａは、各部の外乱をまとめて等価外乱として表現したものであり、その内訳は磁束指令値のオフセット、差分器およびゲイン部３０６のオフセット、駆動アンプ３０７のオフセットである。外乱Ｂは、第２積分器３０４にドリフトを生じさせる外乱を等価的に表したものである。理想的な状態としては、磁束指令が零を示すときには、駆動コイル３０２に流れる電流が零、検出磁束が零、磁束誤差が零、となることである。この理想状態がこれらの外乱Ａ、Ｂにより崩れてしまう。例えば、電磁石に所望の力を発生させるとき（磁束指令が零を示さないとき）に駆動コイル３０２に流れる電流をＥ、磁束指令が零を示すときにこれらの外乱により流れてしまうオフセット電流をｅとする。初期のオフセット電流は、制御時もそのまま保持される。また、吸引力は、電流の２乗に比例するので、力誤差は、
（Ｅ＋ｅ）２−Ｅ２＝２Ｅｅ＋ｅ２…（１）
に比例したものとなる。ｅ２の次元を無視とすると、磁束指令が零を示すときには力誤差が零であるが、最大力を発生させる時点での誤差は２Ｅｅの項が影響する。従って、わずかなオフセット電流があっても力誤差に影響してしまう。
【００１７】
図２では、これらの等価外乱Ａ、Ｂの影響を取り除くことができる。サーチコイル３０３からの誘起電圧を時間積分する第２積分器３０４の入力口には、ドリフト補正信号Ｓ２の入力端が設けられている。このドリフト補正信号Ｓ２は、主制御器により次のように前もって算出しておく。ステージを静止しておき、電磁石の駆動コイル３０２をショートしておく。こうすると、磁束の変化は起きないので、サーチコイル３０３からの信号は零となる。第２積分器３０４を一旦リセットした後、ある時間第２積分器３０４を動作させてその出力を観察する。本実施形態の第２積分器３０４のドリフト特性として、積分動作時間と積分器出力変動量とから等価外乱Ｂが算出できる。ドリフト補正信号Ｓ２としては、この外乱Ｂを打ち消すべく、例えば、外乱Ｂを示す信号と絶対値が同じで符号が反対の値を用いればよい。この等価外乱Ｂの変動要因としては、電気素子の熱的な特性変動が考えられる。この変動の速さは、ゆっくりとしたものであると考えられる。従って、ある有限な時間内においては、第２積分器３０４のドリフトはほぼ抑えることができる。後述するが、このドリフトの補正にわずかな誤差が生じていてもよい。勿論、第２積分器３０４のドリフトがはじめから問題とならない程度であれば、この機能は省いてもよい。
【００１８】
図２の点線内の部分がオフセット外乱Ａに対処するためのオフセット補償機構２０１である。磁束指令が零を示すときには、駆動アンプ３０７への入力端の値を第１積分器２０１ｂで積分し（ゲインｇ２）、加算器３０５に負帰還を行なう。このループの作用により、磁束指令が零を示すときには、駆動アンプ３０７の入力端の値は常に零となる。なお、駆動アンプ３０７自体にもオフセットを持つことが考えられる。すなわち、零指令を駆動アンプ３０７に入力しても駆動コイル３０２に電流が供給されてしまい、駆動コイル３０２の電流を完全に零とするには駆動コイル３０２の入力端に或る値を入れなければならないときである。この値は、前もって駆動コイル３０２の特性を調べておき、オフセット補償機構２０１へ駆動アンプオフセット調整Ｓ３として主制御器から送られる。よって、磁束指令が零を示すときに、駆動コイル３０２に流れる電流を確実に零にすることができる。このループにより、先に述べた積分器ドリフトの補正残りも打ち消すことができる。すなわち、積分器ドリフトによる加算器３０５へのオフセットの入力を許す系になっている。
【００１９】
駆動タイミング指令Ｓ４には、磁束指令が零を示すか否かの信号が送られる。磁束指令が零を示さないときは、駆動タイミング指令Ｓ４によってホールドスイッチ２０１ａ（第１ホールドスイッチ）が作用し、実質的に点線内のループが切られ、直前の値がホールドされて加算器３０５に送られる。駆動が終了して磁束指令が零を示すと、再び駆動タイミング指令Ｓ４によってホールドスイッチ２０１ａが作用し、オフセット補償機構（点線内）２０１のループが構成され、駆動コイル３０２の電流が零となる。このようにして第２積分器３０４のドリフトによる影響を無くし、駆動コイル３０２のオフセット電流を零にすることができるので、磁束指令通りの磁束を発生することができ、結果として所望の力を発生することができる。しかしながら、この方法によると、わずかなドリフトは取りきれないで残る。従って、長期間に渡ってステージ駆動を行なっていると、ドリフトのために第２積分器３０４の出力の動作範囲を超えるオーバーフローを起こす可能性がある。これを防ぐために、ステージの移動が行なわれない時間を見計らって、主制御器からの指令により第２積分器３０４のリセット動作を行なう。
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態に係る移動体機構を用いたステージ装置の構成について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置の概略構成を示す概念図である。ステージ装置は、概略的には、第１の実施の形態に係るステージ装置のうち一部の機能を変更した構成を有する。即ち、本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置は、第１の実施の形態に係るステージ装置のサーチコイル３０３に代わって、電磁石本体１０６（電磁石本体１０６ａ及び１０６ｂのいずれか一方）と磁性体板１０５との間隙を計測するギャップセンサ６１１（ギャップセンサ６１１ａ及び６１１ｂのいずれか一方）が設けられている。
【００２０】
図８は、図７の一対の電磁石ユニットのいずれか一方の電磁石制御系を示す図である。この電磁石制御系には、図７のステージ１０１の加減速に基づいて、所要の指令情報（力指令）が入力される。電磁石が発生する吸引力は、駆動コイル３０２に流れる電流の２乗に比例するため、電磁石制御系内の電流算出器７０１は、指令情報（力指令）に基づいて、電磁石本体１０６の駆動コイル３０２に流すべき電流値を算出する。駆動電流アンプ７０２は、電流算出器７０１で算出された電流値（電流指令）に基づいて、駆動コイル３０２の駆動を行なう。電磁石に発生する吸引力は、電磁石本体１０６と磁性体板１０５との間隙をｈとすると、およそ１／ｈ２に比例する。この比例係数は、予め測定しておくのが望ましい。電磁石本体１０６の近傍には、ギャップセンサ６１１が設けられている。ギャップセンサ６１１は、電磁石からの出力情報としての電磁石本体１０６と磁性体板１０５との間隙を計測し、ギャップ補正器７０３によって補正係数αが算出される。電磁石制御系の乗算器７０４は、電流算出器７０１により算出された電流値（電流指令）に補正係数αを乗ずる操作を行う。これらの構成によって、ギャップ変動に対する吸引力の変動を抑えることができる。
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁石制御系を示す図であり、概略的には、第１の実施の形態に係る図２の電磁石制御系のうち一部の機能を変更した構成を有する。即ち、第１の実施の形態に係る電磁石制御系のサーチコイル３０３、第２積分器３０４に代わって、それぞれギャップセンサ６１１、ギャップ補正器７０３が設けられている。また、第１の実施の形態に係る電磁石制御系のゲイン３０６に代わって、乗算器７０４が設けられており、これによって加算器３０５の出力にギャップ補正器７０３で算出された補正係数αを乗ずる操作が行われる。
【００２２】
図２と同様に、外乱Ａは、電流算出器７０１や駆動電流アンプ７０２などで生じる駆動コイル３０２のオフセット電流を与える外乱を等価的に示したものである。図３の点線内の部分が外乱Ａに対処するためのオフセット補償機構２０１である。力指令が零を示すときには、駆動電流アンプ７０２への入力端の値を第１積分器２０１ｂで積分し（ゲインｇ０）、加算器３０５に負帰還される。オフセット補償機構２０１のループの作用によって、力指令が零を示すときには、駆動電流アンプ７０２の入力端の値は常に零となる。力指令が零を示すときには、ホールドスイッチ２０１aに駆動タイミング指令Ｓ４として例えば零が送られ、第１積分器２０１ｂからの出力が加算器３０５に送られる。力指令が零を示さないときは、ホールドスイッチ２０１ａに駆動タイミング指令Ｓ４として例えば１が送られて、実質的に点線内のループが切られ、ループが切られる直前にホールドスイッチ２０１aによって保持された第１積分器２０１ｂの出力が、加算器３０５に送られる。なお、駆動電流アンプ７０２自体のオフセット値は、予め駆動電流アンプ７０２の特性を調べておき、図３に示すように主制御器からオフセット補償機構２０１に対し、駆動アンプオフセット調整Ｓ３の信号を送ることによって取り除くことができる。従って、力指令が零を示すときに、駆動コイルに流れる電流を確実に零にすることができる。この駆動アンプオフセット調整Ｓ３の信号としては、例えば、駆動電流アンプ７０２の特性を示す信号と、絶対値が同じで符号が反対のものを用いればよい。
【００２３】
［第３の実施形態］
図５に、第３の実施形態に係る電磁石制御系の構成を示す。基本的な磁束のフィードバック系およびオフセット補償機構２０１は、図２と同様である。図５のドリフト補償機構４０１において、磁束指令が零を示すときには、第２積分器３０４の出力である検出磁束にゲイン（ｇ３）４０１ａを乗じて、第２積分器３０４の入力端に負帰還を行なう。この時の第２積分器３０４とゲイン要素４０１ａとを含む閉ループの伝達関数ｔ（ｓ）は、
【００２４】
と、１次遅れの形となる。
【００２５】
よって、非常に低い速度の変動を持った外乱Ｂがこの系に加わったときの定常状態での応答は、ほぼ一定値となり、ドリフトは抑えられる。この伝達関数ｔ（ｓ）の時定数については、外乱Ｂの変動よりも早ければよく、それほど小さな値は必要とされない。この時定数は、１秒程度の時定数となるようなゲインにｇ３を設定すればよい。第２積分器３０４の出力には、定常的にある値が出力されうるが、図２の制御系と同様にオフセット補償機構２０１の働きにより、この値は除去される。
【００２６】
磁束指令が零を示さないときには、駆動タイミング指令Ｓ５がホールドスイッチ４０１ｂ（第２ホールドスイッチ）に与えられて、ドリフト補償機構４０１のループが実質的に切られ、第２積分器３０４の入力端への帰還項は直前の値にホールドされる。この動作により、加減速中は第２積分器３０４のドリフトが抑えられ、かつ、第２積分器３０４は純粋な積分器として作用する。なお、駆動タイミング指令Ｓ５は、上記の駆動タイミング指令Ｓ４と同様の指令信号を用いることが可能である。
【００２７】
駆動が終了して磁束指令が再び零になったときは、駆動タイミング指令Ｓ５がホールドスイッチ４０１ｂに与えられて、再びドリフト補償機構４０１の閉ループが閉じられる。したがって、外乱Ｂに変動があっても磁束指令が零を示すときに自動的にドリフトが抑えられることになり、長期間のステージ駆動を行なってもドリフト成分の全部または一部が蓄積されて第２積分器３０４がオーバーフローすることはない。上記の第１の実施形態で説明した図２の制御系に比べて、ドリフト補償機構４０１のループを閉じるだけでドリフトの補正が行なわれるので、予めドリフト補正値を求める作業が必要とされない。ただし、このドリフト補償機構を用いる場合は、第２積分器３０４の出力のオフセットを容認するので、図２に示したオフセット補償機構２０１の使用が必要となる。
【００２８】
［第４の実施形態］
図６に、第４の実施形態に係る電磁石制御系の構成を示す。図６は、第３の実施形態で説明した図５の変形例である。ドリフトを補正するには、ドリフト成分が含まれている信号を用いればよい。オフセット補償機構２０１の信号には、ドリフト成分が含まれている。また、オフセット外乱Ａの変動もドリフト外乱Ｂと同様に非常にゆっくりとした系であるので、オフセット補正信号の動的な成分は、ほとんどがドリフト成分である。よって、図６におけるオフセット補償機構２０１内のホールドスイッチ２０１ａからの出力（駆動アンプ３０７の入力部の信号を第１積分器２０１ｂで積分した信号）にドリフト補償機構５０１のゲイン（ｇ３）５０１ａを乗じて第２積分器３０４の入力端に負帰環する構成を用いても、ドリフトの補正およびオフセット補正を行なうことができ、磁束指令による指令通りの吸引力を電磁石に発生させることができる。なお、ゲイン（ｇ３）５０１ａは、第３の実施形態におけるゲイン（ｇ３）４０１ａと同様の構成要素を用いることが可能である。
本実施形態の構成の利点は、検出磁束をドリフト補償機構５０１に取り込む必要が無いことである。例えば、デジタル計算機を利用して制御系を組む際に、デジタル系への取り込みの口数を減らすことができる。図５の構成でも図６の構成でも性能は同様であるが、磁束指令が零を示すときにおける第２積分器３０４の出力およびオフセット補正値の平衡値が異なる。
【００２９】
以上説明したように、上記の実施形態１〜４における電磁石制御系によれば、電磁石で発生する吸引力と物理的相関のある磁束を検出してフィードバック制御を行なっているので、高精度に吸引力を制御できる。また、磁束検出系での積分器のドリフトや非駆動時の駆動コイルのオフセット電流を排除する構成となっているので、電気系の外乱に対して強固な制御系となっている。さらに、加減速力の伝達に電磁継ぎ手を用いた場合は、その電磁継ぎ手の制御系の構成を提供することができる。
【００３０】
なお、上記の実施形態１〜４におけるステージ装置の可動部は、半導体露光装置におけるウエハステージ系のウエハを搭載するステージ構造体、および／または、レチクルステージ系のレチクルを搭載するステージ構造体として用いることが可能である。
【００３１】
従って、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構によれば、電磁石に正確な力を発生させることができる。また、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構によれば、低発熱かつ高精度のステージ等の移動体機構が得られる。また、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構を制御するための電磁石制御系によれば、加減速力等の駆動指令の伝達に、高精度な制御系、かつ外乱に対して強固な制御系を提供することが可能となる。
【００３２】
［他の実施形態］
図９は、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構を半導体製造プロセスに用いられる露光装置に適用したときの構成を示す概略図である。図９において、照明光学系９０１から出た光は原版であるレチクル９０２上に照射される。レチクル９０２はレチクルステージ９０３上に保持され、レチクル９０２のパターンは、縮小投影レンズ９０４の倍率で縮小投影されて、その像面にレチクルパターン像を形成する縮小投影レンズ９０４の像面は、Ｚ方向と垂直な関係にある。露光対象の試料である基板９０５表面には、レジストが塗布されており、露光工程で形成されたショットが配列されている。制御対象としての基板９０５は、移動体としてのステージ１０１上に載置されている。ステージ１０１は、基板９０５を固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能な駆動器としてのＸＹステージ等を有する。ステージ１０１の位置情報は、ステージ１０１に固着されたミラー９０７に対して、レーザ干渉計９０８により計測されている。本発明の好適な実施形態に係る移動体機構によれば、ステージ１０１を高精度に駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置の構成を示す図である。
【図２】図１のステージ装置の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図３】本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図４】図３で用いた電磁石制御系のうち、制御系の基本構成と制御系に加わる外乱を表す図である。
【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の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図６】本発明の好適な第４の実施形態に係るステージ装置の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図７】レチクルステージの構成を示す図である。
【図８】図７の一方の電磁石本体の制御系を示す図である。
【図９】露光装置の構成を示す概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を位置決めする移動体機構に関する。
【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は、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、ステージ装置上の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ている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。一方、スキャナは、ウエハステージ上の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させ、この相対移動（走査移動）中にスリット状の露光光を照射し、レチクルパターンをウエハに投影するものである。ステッパおよびスキャナは、解像度および重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。
【０００３】
装置性能の指標の一つに、単位時間当たりに処理されるウエハの枚数を示すスループットが挙げられる。高スループット実現のために、ウエハステージやレチクルステージには、高速移動が要求される。低発熱で高速駆動を可能にした従来のレチクルステージは、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１０６３４４号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の露光装置では、電磁石に与える指令情報が零であっても、電磁石の駆動コイルに流れる電流には、外乱の影響によってオフセット電流が流れてしまう。これによって、わずかなオフセット電流があるだけでも、力誤差が生じてしまい、正確な力を発生させることができない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、移動体機構の性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面は、移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、前記電磁石に発生する誘起電圧を計測するサーチコイルと、入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報と計測された誘起電圧の積分値とに基づいて前記電磁石をフィードバック制御する制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む制御機構と、
前記アンプの入力部の信号を時間積分する第１積分器を有し、前記指令情報が零を示すときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の前記入力部にフィードバックして前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とするオフセット補償機構と、を備え、前記制御機構は、前記サーチコイルで計測された誘起電圧を時間積分する第２積分器を有し、前記第２積分器の入力部に前記第２積分器のドリフトを補正するためのドリフト補正信号が入力されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の側面は、移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報に基づいて前記電磁石をフィードバック制御する第１制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む第１制御機構と、前記指令情報が零を示すときには前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とする前記オフセット補償機構と、前記電磁石と前記移動体との間隙を計測するギャップセンサと、前記ギャップセンサで計測された間隙に基づいて補正係数を算出するギャップ補正器と、前記指令情報に基づいて前記電磁石に与える電流を算出する電流算出器と、前記電流算出器によって算出された前記電流に前記補正係数を乗ずる乗算器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、移動体機構の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
［第１の実施形態］
図１に、本発明の好適な第１の実施形態に係る移動体機構を用いたステージ装置の構成を示す。
【００１０】
このステージ装置では、不図示のベース上にガイド１０２が固定されている。ガイド１０２に対して１軸方向に滑動自在に工作物を載置する移動体としてのステージ１０１が支持されている。ステージ１０１の片方の側面には、リニアモータ可動子１０３が固定されている。リニアモータ可動子１０３は、４極の磁石とこの磁石の磁束を循環させるためのヨークとを一体にしたものが、上下に配置されている。また、リニアモータ可動子１０３には、不図示のベースに固定されたリニアモータ固定子１０４が非接触で対面している。リニアモータ固定子１０４は、複数のコイルを一列に並べたものを固定子枠で固定したもので構成される。
【００１１】
リニアモータは、一般的なブラシレスＤＣモータの展開タイプであり、磁石とコイルの相対的な位置関係に応じて、駆動コイル及びその電流の方向を切り替えて、所望の方向に所望の力を発生するものである。ステージ１０１上には、不図示のレーザ干渉計用のコーナーキューブが設けられており、不図示のレーザ干渉計によってステージ１０１の移動方向の変位が計測される。ステージ１０１は、不図示の移動指令器からの指令とステージ１０１の変位計測値とに基づいて、不図示のステージ制御系によって位置決め制御される。さらに、ステージ１０１のもう片方の側面には、磁性体板１０５が設けられている。この磁性体板１０５を両側から挟むようにして、電磁石本体１０６ａと電磁石本体１０６ｂとを含む１対の電磁石ユニットが設けられている。
【００１２】
１対の電磁石ユニットは、電磁石搬送体１２０上のナット部１０７に固定されている。ナット部１０７は、モータ１０８と送りネジ１０９によって、ステージ１０１と略同一方向に移動することができる。その結果、１対の電磁石ユニットは、モータ１０８と送りネジ１０９によってステージ１０１と略同一方向に移動することができる。また、送りネジ１０９の一端は、軸受け１１０によって支えられている。これらのモータ１０８、送りねじ１０９、及び軸受け１１０もまた、不図示のベース上に固定されている。また、１対の電磁石ユニットを構成する各々の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂと磁性体板１０５との間は、わずかな空隙を介して互いに非接触に保たれている。各々の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂは、Ｅ型のヨークと中央の歯に設けられた駆動コイルから構成され、駆動コイルに電流を流すとヨークと磁性体板１０５との間に吸引力が働くようになっている。各々の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂの駆動コイルは、別々に電圧または電流を制御できるようになっている。その結果、両コイルに流す電圧電流を調整することによって、各々の電磁石と磁性体板１０５との間に働く吸引力を調整することができ、さらに、１対の電磁石本体１０６ａ、１０６ｂから磁性体板１０５に作用する合力とその合力の方向とを調整することができる。
【００１３】
電磁石搬送体１２０は、不図示の位置センサによってその移動方向の変位が計測される。また、電磁石搬送体１２０は、不図示の電磁石搬送体制御系によって位置決め制御される。電磁石搬送体制御系は、電磁石搬送体１２０の加減速力を適宜フィードフォワードすることによって、加減速時の電磁石搬送体１２０の位置決め偏差を小さく抑えることができる。ステージ１０１を移動させるときには、ステージ１０１にはフィードバック系を用いた位置決め制御が、電磁石搬送体１２０にはフィードフォワード及びフィードバック系を用いた位置決め制御が、電磁石本体１０６ａ、１０６ｂにはステージ１０１に加減速力を伝えるためのフィードフォワード系を用いた位置決め制御が、それぞれ行われるのが望ましい。その結果、ステージ１０１のリニアモータには、ステージ１０１自体の加減速力を発生させる必要がなくなり、精密な位置決めに必要な力をフィードバック制御するだけでよいため、発熱を非常に小さく抑えることができる。
【００１４】
図４は、図１の一対の電磁石ユニットのいずれか一方の電磁石制御系を示す図である。電磁石で発生する力は、電磁石と磁性体板との間の磁束の２乗に比例した値となる。電磁石制御系には、加減速力に応じてその絶対値の平方根の次元となる磁束の次元を持つ指令情報（以下「磁束指令」という。）が不図示のステージ全体のシーケンス制御を司る主制御器から送られる。電磁石ヨーク部３０１には、駆動コイル３０２とともにサーチコイル３０３が設けられており、電磁石の出力情報として誘起電圧が計測される。この誘起電圧は、第２積分器（ｇ１はゲイン）３０４によって時間積分することにより、磁束の次元となる（以下「検出磁束」という。）。サーチコイル３０３の巻き数、サーチコイル３０３を設けた部分の電磁石ヨーク部３０１の断面積、及び第２積分器３０４のゲインｇ１から所望の力を発生するときの磁束の大きさが算出でき、磁束指令もこの値が入力される。
【００１５】
電磁石制御系は、入力部として加算器３０５を有し、入力された磁束指令と検出磁束の差分である磁束誤差を加算器３０５で算出し、適宜のゲインをゲイン部３０６で乗じて駆動アンプ３０７にその信号を送る。駆動コイル３０２は、駆動アンプ３０７により電圧電流が制御され、電磁石には所望の磁束が発生する。すなわち、電磁石には、所望の吸引力が発生する。なお、電磁石制御系には、装置立ち上げ時に検出磁束を零にするための積分器リセット信号Ｓ１の入力系が設けられている。第２積分器３０４へ積分器リセット信号Ｓ１が入力されると、第２積分器３０４の出力は零となる。
【００１６】
しかし、電磁石制御系には、次のような外乱が加わる。外乱Ａは、駆動コイル３０２の電流にオフセットを与えてしまう外乱である。この外乱Ａは、各部の外乱をまとめて等価外乱として表現したものであり、その内訳は磁束指令値のオフセット、差分器およびゲイン部３０６のオフセット、駆動アンプ３０７のオフセットである。外乱Ｂは、第２積分器３０４にドリフトを生じさせる外乱を等価的に表したものである。理想的な状態としては、磁束指令が零を示すときには、駆動コイル３０２に流れる電流が零、検出磁束が零、磁束誤差が零、となることである。この理想状態がこれらの外乱Ａ、Ｂにより崩れてしまう。例えば、電磁石に所望の力を発生させるとき（磁束指令が零を示さないとき）に駆動コイル３０２に流れる電流をＥ、磁束指令が零を示すときにこれらの外乱により流れてしまうオフセット電流をｅとする。初期のオフセット電流は、制御時もそのまま保持される。また、吸引力は、電流の２乗に比例するので、力誤差は、
（Ｅ＋ｅ）２−Ｅ２＝２Ｅｅ＋ｅ２…（１）
に比例したものとなる。ｅ２の次元を無視とすると、磁束指令が零を示すときには力誤差が零であるが、最大力を発生させる時点での誤差は２Ｅｅの項が影響する。従って、わずかなオフセット電流があっても力誤差に影響してしまう。
【００１７】
図２では、これらの等価外乱Ａ、Ｂの影響を取り除くことができる。サーチコイル３０３からの誘起電圧を時間積分する第２積分器３０４の入力口には、ドリフト補正信号Ｓ２の入力端が設けられている。このドリフト補正信号Ｓ２は、主制御器により次のように前もって算出しておく。ステージを静止しておき、電磁石の駆動コイル３０２をショートしておく。こうすると、磁束の変化は起きないので、サーチコイル３０３からの信号は零となる。第２積分器３０４を一旦リセットした後、ある時間第２積分器３０４を動作させてその出力を観察する。本実施形態の第２積分器３０４のドリフト特性として、積分動作時間と積分器出力変動量とから等価外乱Ｂが算出できる。ドリフト補正信号Ｓ２としては、この外乱Ｂを打ち消すべく、例えば、外乱Ｂを示す信号と絶対値が同じで符号が反対の値を用いればよい。この等価外乱Ｂの変動要因としては、電気素子の熱的な特性変動が考えられる。この変動の速さは、ゆっくりとしたものであると考えられる。従って、ある有限な時間内においては、第２積分器３０４のドリフトはほぼ抑えることができる。後述するが、このドリフトの補正にわずかな誤差が生じていてもよい。勿論、第２積分器３０４のドリフトがはじめから問題とならない程度であれば、この機能は省いてもよい。
【００１８】
図２の点線内の部分がオフセット外乱Ａに対処するためのオフセット補償機構２０１である。磁束指令が零を示すときには、駆動アンプ３０７への入力端の値を第１積分器２０１ｂで積分し（ゲインｇ２）、加算器３０５に負帰還を行なう。このループの作用により、磁束指令が零を示すときには、駆動アンプ３０７の入力端の値は常に零となる。なお、駆動アンプ３０７自体にもオフセットを持つことが考えられる。すなわち、零指令を駆動アンプ３０７に入力しても駆動コイル３０２に電流が供給されてしまい、駆動コイル３０２の電流を完全に零とするには駆動コイル３０２の入力端に或る値を入れなければならないときである。この値は、前もって駆動コイル３０２の特性を調べておき、オフセット補償機構２０１へ駆動アンプオフセット調整Ｓ３として主制御器から送られる。よって、磁束指令が零を示すときに、駆動コイル３０２に流れる電流を確実に零にすることができる。このループにより、先に述べた積分器ドリフトの補正残りも打ち消すことができる。すなわち、積分器ドリフトによる加算器３０５へのオフセットの入力を許す系になっている。
【００１９】
駆動タイミング指令Ｓ４には、磁束指令が零を示すか否かの信号が送られる。磁束指令が零を示さないときは、駆動タイミング指令Ｓ４によってホールドスイッチ２０１ａ（第１ホールドスイッチ）が作用し、実質的に点線内のループが切られ、直前の値がホールドされて加算器３０５に送られる。駆動が終了して磁束指令が零を示すと、再び駆動タイミング指令Ｓ４によってホールドスイッチ２０１ａが作用し、オフセット補償機構（点線内）２０１のループが構成され、駆動コイル３０２の電流が零となる。このようにして第２積分器３０４のドリフトによる影響を無くし、駆動コイル３０２のオフセット電流を零にすることができるので、磁束指令通りの磁束を発生することができ、結果として所望の力を発生することができる。しかしながら、この方法によると、わずかなドリフトは取りきれないで残る。従って、長期間に渡ってステージ駆動を行なっていると、ドリフトのために第２積分器３０４の出力の動作範囲を超えるオーバーフローを起こす可能性がある。これを防ぐために、ステージの移動が行なわれない時間を見計らって、主制御器からの指令により第２積分器３０４のリセット動作を行なう。
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態に係る移動体機構を用いたステージ装置の構成について説明する。図７は、本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置の概略構成を示す概念図である。ステージ装置は、概略的には、第１の実施の形態に係るステージ装置のうち一部の機能を変更した構成を有する。即ち、本発明の第２の実施の形態に係るステージ装置は、第１の実施の形態に係るステージ装置のサーチコイル３０３に代わって、電磁石本体１０６（電磁石本体１０６ａ及び１０６ｂのいずれか一方）と磁性体板１０５との間隙を計測するギャップセンサ６１１（ギャップセンサ６１１ａ及び６１１ｂのいずれか一方）が設けられている。
【００２０】
図８は、図７の一対の電磁石ユニットのいずれか一方の電磁石制御系を示す図である。この電磁石制御系には、図７のステージ１０１の加減速に基づいて、所要の指令情報（力指令）が入力される。電磁石が発生する吸引力は、駆動コイル３０２に流れる電流の２乗に比例するため、電磁石制御系内の電流算出器７０１は、指令情報（力指令）に基づいて、電磁石本体１０６の駆動コイル３０２に流すべき電流値を算出する。駆動電流アンプ７０２は、電流算出器７０１で算出された電流値（電流指令）に基づいて、駆動コイル３０２の駆動を行なう。電磁石に発生する吸引力は、電磁石本体１０６と磁性体板１０５との間隙をｈとすると、およそ１／ｈ２に比例する。この比例係数は、予め測定しておくのが望ましい。電磁石本体１０６の近傍には、ギャップセンサ６１１が設けられている。ギャップセンサ６１１は、電磁石からの出力情報としての電磁石本体１０６と磁性体板１０５との間隙を計測し、ギャップ補正器７０３によって補正係数αが算出される。電磁石制御系の乗算器７０４は、電流算出器７０１により算出された電流値（電流指令）に補正係数αを乗ずる操作を行う。これらの構成によって、ギャップ変動に対する吸引力の変動を抑えることができる。
【００２１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る電磁石制御系を示す図であり、概略的には、第１の実施の形態に係る図２の電磁石制御系のうち一部の機能を変更した構成を有する。即ち、第１の実施の形態に係る電磁石制御系のサーチコイル３０３、第２積分器３０４に代わって、それぞれギャップセンサ６１１、ギャップ補正器７０３が設けられている。また、第１の実施の形態に係る電磁石制御系のゲイン３０６に代わって、乗算器７０４が設けられており、これによって加算器３０５の出力にギャップ補正器７０３で算出された補正係数αを乗ずる操作が行われる。
【００２２】
図２と同様に、外乱Ａは、電流算出器７０１や駆動電流アンプ７０２などで生じる駆動コイル３０２のオフセット電流を与える外乱を等価的に示したものである。図３の点線内の部分が外乱Ａに対処するためのオフセット補償機構２０１である。力指令が零を示すときには、駆動電流アンプ７０２への入力端の値を第１積分器２０１ｂで積分し（ゲインｇ０）、加算器３０５に負帰還される。オフセット補償機構２０１のループの作用によって、力指令が零を示すときには、駆動電流アンプ７０２の入力端の値は常に零となる。力指令が零を示すときには、ホールドスイッチ２０１aに駆動タイミング指令Ｓ４として例えば零が送られ、第１積分器２０１ｂからの出力が加算器３０５に送られる。力指令が零を示さないときは、ホールドスイッチ２０１ａに駆動タイミング指令Ｓ４として例えば１が送られて、実質的に点線内のループが切られ、ループが切られる直前にホールドスイッチ２０１aによって保持された第１積分器２０１ｂの出力が、加算器３０５に送られる。なお、駆動電流アンプ７０２自体のオフセット値は、予め駆動電流アンプ７０２の特性を調べておき、図３に示すように主制御器からオフセット補償機構２０１に対し、駆動アンプオフセット調整Ｓ３の信号を送ることによって取り除くことができる。従って、力指令が零を示すときに、駆動コイルに流れる電流を確実に零にすることができる。この駆動アンプオフセット調整Ｓ３の信号としては、例えば、駆動電流アンプ７０２の特性を示す信号と、絶対値が同じで符号が反対のものを用いればよい。
【００２３】
［第３の実施形態］
図５に、第３の実施形態に係る電磁石制御系の構成を示す。基本的な磁束のフィードバック系およびオフセット補償機構２０１は、図２と同様である。図５のドリフト補償機構４０１において、磁束指令が零を示すときには、第２積分器３０４の出力である検出磁束にゲイン（ｇ３）４０１ａを乗じて、第２積分器３０４の入力端に負帰還を行なう。この時の第２積分器３０４とゲイン要素４０１ａとを含む閉ループの伝達関数ｔ（ｓ）は、
【００２４】
と、１次遅れの形となる。
【００２５】
よって、非常に低い速度の変動を持った外乱Ｂがこの系に加わったときの定常状態での応答は、ほぼ一定値となり、ドリフトは抑えられる。この伝達関数ｔ（ｓ）の時定数については、外乱Ｂの変動よりも早ければよく、それほど小さな値は必要とされない。この時定数は、１秒程度の時定数となるようなゲインにｇ３を設定すればよい。第２積分器３０４の出力には、定常的にある値が出力されうるが、図２の制御系と同様にオフセット補償機構２０１の働きにより、この値は除去される。
【００２６】
磁束指令が零を示さないときには、駆動タイミング指令Ｓ５がホールドスイッチ４０１ｂ（第２ホールドスイッチ）に与えられて、ドリフト補償機構４０１のループが実質的に切られ、第２積分器３０４の入力端への帰還項は直前の値にホールドされる。この動作により、加減速中は第２積分器３０４のドリフトが抑えられ、かつ、第２積分器３０４は純粋な積分器として作用する。なお、駆動タイミング指令Ｓ５は、上記の駆動タイミング指令Ｓ４と同様の指令信号を用いることが可能である。
【００２７】
駆動が終了して磁束指令が再び零になったときは、駆動タイミング指令Ｓ５がホールドスイッチ４０１ｂに与えられて、再びドリフト補償機構４０１の閉ループが閉じられる。したがって、外乱Ｂに変動があっても磁束指令が零を示すときに自動的にドリフトが抑えられることになり、長期間のステージ駆動を行なってもドリフト成分の全部または一部が蓄積されて第２積分器３０４がオーバーフローすることはない。上記の第１の実施形態で説明した図２の制御系に比べて、ドリフト補償機構４０１のループを閉じるだけでドリフトの補正が行なわれるので、予めドリフト補正値を求める作業が必要とされない。ただし、このドリフト補償機構を用いる場合は、第２積分器３０４の出力のオフセットを容認するので、図２に示したオフセット補償機構２０１の使用が必要となる。
【００２８】
［第４の実施形態］
図６に、第４の実施形態に係る電磁石制御系の構成を示す。図６は、第３の実施形態で説明した図５の変形例である。ドリフトを補正するには、ドリフト成分が含まれている信号を用いればよい。オフセット補償機構２０１の信号には、ドリフト成分が含まれている。また、オフセット外乱Ａの変動もドリフト外乱Ｂと同様に非常にゆっくりとした系であるので、オフセット補正信号の動的な成分は、ほとんどがドリフト成分である。よって、図６におけるオフセット補償機構２０１内のホールドスイッチ２０１ａからの出力（駆動アンプ３０７の入力部の信号を第１積分器２０１ｂで積分した信号）にドリフト補償機構５０１のゲイン（ｇ３）５０１ａを乗じて第２積分器３０４の入力端に負帰環する構成を用いても、ドリフトの補正およびオフセット補正を行なうことができ、磁束指令による指令通りの吸引力を電磁石に発生させることができる。なお、ゲイン（ｇ３）５０１ａは、第３の実施形態におけるゲイン（ｇ３）４０１ａと同様の構成要素を用いることが可能である。
本実施形態の構成の利点は、検出磁束をドリフト補償機構５０１に取り込む必要が無いことである。例えば、デジタル計算機を利用して制御系を組む際に、デジタル系への取り込みの口数を減らすことができる。図５の構成でも図６の構成でも性能は同様であるが、磁束指令が零を示すときにおける第２積分器３０４の出力およびオフセット補正値の平衡値が異なる。
【００２９】
以上説明したように、上記の実施形態１〜４における電磁石制御系によれば、電磁石で発生する吸引力と物理的相関のある磁束を検出してフィードバック制御を行なっているので、高精度に吸引力を制御できる。また、磁束検出系での積分器のドリフトや非駆動時の駆動コイルのオフセット電流を排除する構成となっているので、電気系の外乱に対して強固な制御系となっている。さらに、加減速力の伝達に電磁継ぎ手を用いた場合は、その電磁継ぎ手の制御系の構成を提供することができる。
【００３０】
なお、上記の実施形態１〜４におけるステージ装置の可動部は、半導体露光装置におけるウエハステージ系のウエハを搭載するステージ構造体、および／または、レチクルステージ系のレチクルを搭載するステージ構造体として用いることが可能である。
【００３１】
従って、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構によれば、電磁石に正確な力を発生させることができる。また、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構によれば、低発熱かつ高精度のステージ等の移動体機構が得られる。また、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構を制御するための電磁石制御系によれば、加減速力等の駆動指令の伝達に、高精度な制御系、かつ外乱に対して強固な制御系を提供することが可能となる。
【００３２】
［他の実施形態］
図９は、本発明の好適な実施の形態に係る移動体機構を半導体製造プロセスに用いられる露光装置に適用したときの構成を示す概略図である。図９において、照明光学系９０１から出た光は原版であるレチクル９０２上に照射される。レチクル９０２はレチクルステージ９０３上に保持され、レチクル９０２のパターンは、縮小投影レンズ９０４の倍率で縮小投影されて、その像面にレチクルパターン像を形成する縮小投影レンズ９０４の像面は、Ｚ方向と垂直な関係にある。露光対象の試料である基板９０５表面には、レジストが塗布されており、露光工程で形成されたショットが配列されている。制御対象としての基板９０５は、移動体としてのステージ１０１上に載置されている。ステージ１０１は、基板９０５を固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能な駆動器としてのＸＹステージ等を有する。ステージ１０１の位置情報は、ステージ１０１に固着されたミラー９０７に対して、レーザ干渉計９０８により計測されている。本発明の好適な実施形態に係る移動体機構によれば、ステージ１０１を高精度に駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置の構成を示す図である。
【図２】図１のステージ装置の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図３】本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図４】図３で用いた電磁石制御系のうち、制御系の基本構成と制御系に加わる外乱を表す図である。
【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の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図６】本発明の好適な第４の実施形態に係るステージ装置の電磁石制御系の構成を示す図である。
【図７】レチクルステージの構成を示す図である。
【図８】図７の一方の電磁石本体の制御系を示す図である。
【図９】露光装置の構成を示す概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、
前記電磁石に発生する誘起電圧を計測するサーチコイルと、
入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報と計測された誘起電圧の積分値とに基づいて前記電磁石をフィードバック制御する制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む制御機構と、
前記アンプの入力部の信号を時間積分する第１積分器を有し、前記指令情報が零を示すときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の前記入力部にフィードバックして前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とするオフセット補償機構と、を備え、
前記制御機構は、前記サーチコイルで計測された誘起電圧を時間積分する第２積分器を有し、
前記第２積分器の入力部に前記第２積分器のドリフトを補正するためのドリフト補正信号が入力されることを特徴とする移動体機構。
【請求項２】
前記第２積分器のドリフトを検出し、該検出結果にもとづいて前記ドリフト補正信号を前記第２積分器の入力部に加えるドリフト補償機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項３】
前記ドリフト補償機構は、前記第２積分器の出力にゲインを乗じて前記第２積分器の入力部にフィードバックするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の移動体機構。
【請求項４】
前記ドリフト補償機構は、前記ドリフトを示す信号と絶対値が略同一で、かつ、符号が反対の信号を前記第２積分器に加えるよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の移動体機構。
【請求項５】
前記オフセット補償機構は、前記第１積分器の出力が入力され、前記指令情報が零であるか否かに応じて切り替えられる第１ホールドスイッチを有し、
前記第１ホールドスイッチは、前記指令情報が零であるときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部にフィードバックし、前記指令情報が零でないときに該フィードバックのループを切るとともに直前に保持された前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部に与えることを特徴とする請求項３に記載の移動体機構。
【請求項６】
前記ドリフト補償機構は、前記第２積分器の出力が入力され、前記指令情報が零であるか否かに応じて切り替えられる第２ホールドスイッチを有し、
前記第２ホールドスイッチは、前記指令情報が零であるときに前記第２積分器の出力にゲインを乗じて前記第２積分器の入力部にフィードバックし、前記指令情報が零でないときに該フィードバックのループを切るとともに直前に保持された前記第２積分器の出力を前記第２積分器の入力部に与えることを特徴とする請求項５に記載の移動体機構。
【請求項７】
前記オフセット補償機構は、前記第１積分器の出力が入力され、前記指令情報が零であるか否かに応じて切り替えられる第１ホールドスイッチを有し、前記第１ホールドスイッチは、前記指令情報が零であるときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部にフィードバックし、前記指令情報が零でないときに該フィードバックのループを切るとともに直前に保持された前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部に与え、
さらに、前記第１ホールドスイッチの出力にゲインを乗じて前記第２積分器の入力部にフィードバックするドリフト補償機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項８】
移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、
入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報に基づいて前記電磁石をフィードバック制御する第１制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む第１制御機構と、
前記指令情報が零を示すときには前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とする前記オフセット補償機構と、
前記電磁石と前記移動体との間隙を計測するギャップセンサと、
前記ギャップセンサで計測された間隙に基づいて補正係数を算出するギャップ補正器と、
前記指令情報に基づいて前記電磁石に与える電流を算出する電流算出器と、
前記電流算出器によって算出された前記電流に前記補正係数を乗ずる乗算器と、を備えることを特徴とする移動体機構。
【請求項１】
移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、
前記電磁石に発生する誘起電圧を計測するサーチコイルと、
入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報と計測された誘起電圧の積分値とに基づいて前記電磁石をフィードバック制御する制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む制御機構と、
前記アンプの入力部の信号を時間積分する第１積分器を有し、前記指令情報が零を示すときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の前記入力部にフィードバックして前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とするオフセット補償機構と、を備え、
前記制御機構は、前記サーチコイルで計測された誘起電圧を時間積分する第２積分器を有し、
前記第２積分器の入力部に前記第２積分器のドリフトを補正するためのドリフト補正信号が入力されることを特徴とする移動体機構。
【請求項２】
前記第２積分器のドリフトを検出し、該検出結果にもとづいて前記ドリフト補正信号を前記第２積分器の入力部に加えるドリフト補償機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項３】
前記ドリフト補償機構は、前記第２積分器の出力にゲインを乗じて前記第２積分器の入力部にフィードバックするように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の移動体機構。
【請求項４】
前記ドリフト補償機構は、前記ドリフトを示す信号と絶対値が略同一で、かつ、符号が反対の信号を前記第２積分器に加えるよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の移動体機構。
【請求項５】
前記オフセット補償機構は、前記第１積分器の出力が入力され、前記指令情報が零であるか否かに応じて切り替えられる第１ホールドスイッチを有し、
前記第１ホールドスイッチは、前記指令情報が零であるときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部にフィードバックし、前記指令情報が零でないときに該フィードバックのループを切るとともに直前に保持された前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部に与えることを特徴とする請求項３に記載の移動体機構。
【請求項６】
前記ドリフト補償機構は、前記第２積分器の出力が入力され、前記指令情報が零であるか否かに応じて切り替えられる第２ホールドスイッチを有し、
前記第２ホールドスイッチは、前記指令情報が零であるときに前記第２積分器の出力にゲインを乗じて前記第２積分器の入力部にフィードバックし、前記指令情報が零でないときに該フィードバックのループを切るとともに直前に保持された前記第２積分器の出力を前記第２積分器の入力部に与えることを特徴とする請求項５に記載の移動体機構。
【請求項７】
前記オフセット補償機構は、前記第１積分器の出力が入力され、前記指令情報が零であるか否かに応じて切り替えられる第１ホールドスイッチを有し、前記第１ホールドスイッチは、前記指令情報が零であるときに前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部にフィードバックし、前記指令情報が零でないときに該フィードバックのループを切るとともに直前に保持された前記第１積分器の出力を前記制御機構の入力部に与え、
さらに、前記第１ホールドスイッチの出力にゲインを乗じて前記第２積分器の入力部にフィードバックするドリフト補償機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動体機構。
【請求項８】
移動体を駆動するためのコイルを有する電磁石と、
入力部を有し、前記入力部に入力される指令情報に基づいて前記電磁石をフィードバック制御する第１制御機構であって、前記コイルに電流を供給するアンプを含む第１制御機構と、
前記指令情報が零を示すときには前記アンプが前記コイルに供給する電流を零とする前記オフセット補償機構と、
前記電磁石と前記移動体との間隙を計測するギャップセンサと、
前記ギャップセンサで計測された間隙に基づいて補正係数を算出するギャップ補正器と、
前記指令情報に基づいて前記電磁石に与える電流を算出する電流算出器と、
前記電流算出器によって算出された前記電流に前記補正係数を乗ずる乗算器と、を備えることを特徴とする移動体機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−８９５９８（Ｐ２００９−８９５９８Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６６（Ｐ２００９−１０６６）
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【分割の表示】特願２００３−１２８２２７（Ｐ２００３−１２８２２７）の分割
【原出願日】平成１５年５月６日（２００３．５．６）
【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２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【分割の表示】特願２００３−１２８２２７（Ｐ２００３−１２８２２７）の分割
【原出願日】平成１５年５月６日（２００３．５．６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]