JP2024002246A - 制御装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法、および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体の駆動を精度よく制御するために有利な技術を提供する。
【解決手段】移動体の駆動を制御する制御装置は、前記移動体を駆動する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータで発生した磁束に応じた電圧を出力するサーチコイルと、前記サーチコイルの出力に補正値を適用して補正信号を出力する補正部と、前記補正信号を磁束に変換する変換部と、前記変換部の出力と目標磁束とに基づいて前記電磁アクチュエータを制御する制御部と、を備え、前記補正部は、前記制御部で得られる信号と前記変換部の出力とに基づいて、前記変換部の出力に生じるドリフト成分が低減されるように前記補正値を決定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、制御装置、リソグラフィ装置、物品の製造方法、および制御方法に関する。

半導体デバイスなどの製造に用いられるリソグラフィ装置では、基板ステージ機構や原版ステージ機構に、高速かつ高精度にステージ（移動体）を位置決めすることが要求される。ステージを駆動するアクチュエータとしては、ローレンツ力を利用したリニアモータや、吸引力を利用した電磁アクチュエータなどが用いられうる。アクチュエータの特性は、リニアモータの方が線形性がよく扱いやすいが、電磁アクチュエータの方が推力定数が大きいため発熱の観点で有利である。特許文献１～２には、リニアモータと電磁アクチュエータとを併用してステージを位置決めする方法が提案されている。

電磁アクチュエータは、一般に、供給電流と発生推力との関係に非線形を有し、電磁アクチュエータで発生した推力と目標推力との間に誤差が生じうる。そのため、特許文献１では、電磁アクチュエータで発生した磁束をサーチコイルにより検出し、その検出結果に基づいて、電磁アクチュエータで発生する推力が目標推力になるようにフィードバック制御を行う方法が提案されている。

また、電磁アクチュエータの磁束を検出するために設けられる積分器では、外乱に起因してドリフトが発生しうる。そのため、特許文献２では、当該ドリフトを補正する方法が提案されている。具体的には、磁束指令が零を示す場合（即ち、電磁アクチュエータに磁束を発生させない場合）には、ホールドスイッチを作動させずに、積分器の出力値を用いて積分器の入力値を補正するドリフト補正を行う。一方、磁束指令が零を示さない場合（即ち、電磁アクチュエータに磁束を発生させる場合）には、直前の値をホールドするようにホールドスイッチを作動させ、当該直前の値を外乱成分として用いてドリフト補正を行う。

特開２００３－２１８１８８号公報 特開２００９－８９５９８号公報

リニアモータと電磁アクチュエータとを併用する場合、大きな推力が必要な加減速区間では主に電磁アクチュエータを用いてステージの加減速を制御し、大きな推力を必要としない等速区間ではリニアモータを用いてステージの微小な位置決めを制御している。これにより、高速かつ高精度なステージの位置決め制御を実現している。しかしながら、リニアモータと電磁アクチュエータとを併用する構成では、ステージの駆動方向に対して、冗長な数のアクチュエータを配置することとなり、装置コストの点で不利になりうる。そのため、リニアモータおよび電磁アクチュエータのうち推力定数の小さいリニアモータを用いずに、電磁アクチュエータのみでステージの位置決め制御を行うことで、装置コストを削減することが進められている。

電磁アクチュエータのみでステージの位置決め制御を行う場合、電磁アクチュエータは、常に磁束（推力）を出力し続ける必要がある。この場合、磁束指令が零である期間（即ち、電磁アクチュエータに磁束を発生させない期間）が生じないため、特許文献２に記載された方法では積分器のドリフト補正を適切に行うことができず、ステージの駆動を精度よく制御することが困難になりうる。

そこで、本発明は、移動体の駆動を精度よく制御するために有利な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての制御装置は、移動体の駆動を制御する制御装置であって、前記移動体を駆動する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータで発生した磁束に応じた電圧を出力するサーチコイルと、前記サーチコイルの出力に補正値を適用して補正信号を出力する補正部と、前記補正信号を磁束に変換する変換部と、前記変換部の出力と目標磁束とに基づいて前記電磁アクチュエータを制御する制御部と、を備え、前記補正部は、前記制御部で得られる信号と前記変換部の出力とに基づいて、前記変換部の出力に生じるドリフト成分が低減されるように前記補正値を決定する、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、移動体の駆動を精度よく制御するために有利な技術を提供することができる。

ステージ装置の構成例を示す概略図 従来の電磁石制御系を示すブロック図 第１実施形態の電磁石制御系を示すブロック図 第２実施形態の電磁石制御系を示すブロック図 リソグラフィ装置の構成例を示す概略図

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

以下の実施形態では、移動体の駆動を制御する制御装置として、原版や基板などの対象物を保持して移動可能なステージの駆動を制御するステージ装置（位置決め装置）について説明する。つまり、制御装置によって駆動が制御される移動体としては、原版を保持する原版ステージ、および、基板を保持する基板ステージの少なくとも一方が挙げられる。また、移動体は、ステージに限られるものではなく、電磁アクチュエータによって駆動される物体であればよい。

特許文献２に記載された従来のステージ装置は、ステージの加減速区間でのみにおいて電磁アクチュエータが磁束（推力）を出力するのに適した構成である。しかしながら、この構成では、電磁アクチュエータが磁束を出力している間、外乱によって生じる検出磁束のドリフトを適切に補正することができない。例えば、ステージの加減速区間のような短い時間で電磁アクチュエータに磁束を出力させる場合には、外乱によって生じる検出磁束のドリフトの影響は小さいため、ドリフト補正を無効にしても、電磁アクチュエータの磁束を精度よく制御することができる。一方で、ステージの等速区間においても電磁アクチュエータに磁束を出力させる場合、加減速区間と比べて等速区間は時間が長くなるため、磁束を出力する時間も長くなる。そのため、外乱によって生じる検出磁束のドリフトの影響を大きく受け、電磁アクチュエータの磁束を精度よく制御することが困難になりうる。このことから、特許文献２に記載された従来のステージ装置では、等速区間の位置決め制御にリニアモータを用いており、リニアモータで位置制御をしている間に検出磁束のドリフトを補正している。それに対し、以下の実施形態では、加減速区間や等速区間によらず、電磁アクチュエータの出力と外乱に起因する検出磁束のドリフト補正とを両立することができる電磁アクチュエータの制御系の構成が例示的に提供される。以下の実施形態で説明する電磁アクチュエータの制御系の構成により、ステージの等速区間であっても電磁アクチュエータの磁束を精度よく制御することができる。このことにより、以下の実施形態におけるステージ装置では、ステージの位置決め用のリニアモータを削減し、電磁アクチュエータのみでステージの位置決め制御を行うことが可能となる。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態のステージ装置１００の構成例を示す概略図であり、ステージ装置１００を上方（Ｚ方向）から見た図である。本実施形態のステージ装置１００は、位置決め精度は劣るが大ストロークかつ大推力の粗動ステージ１０１と、小ストロークであるが位置決め精度が高い微動ステージ１０２と、駆動制御部１１０とで構成されうる。駆動制御部１１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部やメモリ等の記憶部を含むコンピュータによって構成され、各種アクチュエータを制御して粗動ステージ１０１および微動ステージ１０２の駆動を制御する。また、本実施形態において、微動ステージ１０２は、真空吸着や静電吸着などにより、原版や基板などの対象物を保持するように構成されうる。

粗動ステージ１０１は、粗動リニアモータ１０３（１０３ａ、１０３ｂ）により所定方向（図１では±Ｙ方向）に駆動される。また、微動ステージ１０２は、粗動ステージ１０１と非接触で連結され、電磁アクチュエータ１０４（１０４ａ、１０４ｂ）により粗動ステージ１０１に対して所定方向（図１では±Ｙ方向）に駆動される。

一般に、リニアモータは、供給電流に対する発生推力の線形性がよく扱いやすいが、推力定数が小さく、単位電流当たりの発熱量が大きい。一方、電磁アクチュエータ（電磁石）は、線形性は良くないが、推力定数が大きく、単位電流当たりの発熱量が小さい。そのため、本実施形態における微動ステージ１０２の駆動には、リニアモータを用いずに、電磁アクチュエータ１０４（１０４ａ、１０４ｂ）のみを用いている。つまり、本実施形態のステージ装置１００では、微動ステージ１０２の位置決め制御および加減速制御を電磁アクチュエータ１０４のみを用いて行っている。電磁アクチュエータ１０４は、コイルに電流を供給することによって磁束を発生させる電磁石を含み、微動ステージ１０２の一部を構成する磁性体板に対して吸引力が働くように構成される。

［従来における電磁アクチュエータの制御系］
以下、従来における電磁アクチュエータの制御系について、図２を参照しながら説明する。図２は、特許文献２に記載された従来における電磁アクチュエータ１０４の制御系（電磁石制御系）を示すブロック図である。図２では、図１における２つの電磁アクチュエータ１０４ａ、１０４ｂのいずれか一方の電磁石制御系が示されている。電磁アクチュエータ１０４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（以下では「磁束指令」と表記することがある）が、ステージ全体のシーケンス制御を司る主制御部（例えば駆動制御部１１０）から供給される。

電磁アクチュエータ１０４は、電磁石ヨーク部３０１と、電磁石ヨーク部３０１に設けられた駆動コイル３０２とを備えうる。また、電磁アクチュエータ１０４の電磁石ヨーク部３０１には、サーチコイル３０３が設けられる。サーチコイル３０３は、駆動コイル３０２で発生する磁束を検出し、その磁束に応じた誘起電圧ｖを出力する。この誘起電圧ｖは、第１演算部３０８に供給される。第１演算部３０８は、サーチコイル３０３の出力（誘起電圧ｖ）に補正値を適用し、それにより得られた信号を補正信号として出力する。誘起電圧ｖへの補正値の適用は、例えば、誘起電圧ｖに補正値を加算すること、または、誘起電圧ｖから補正値を減算することである。

変換部３０４は、第１演算部３０８から出力された補正信号を磁束に変換する。例えば、変換部３０４は、積分器を含み、第１演算部３０８から出力された補正信号を時間積分することによって磁束を出力する。変換部３０４から出力された磁束は、電磁アクチュエータ１０４で発生している磁束の検出結果として理解されてもよく、以下では「検出磁束φ_ｄ」と表記することがある。なお、電磁アクチュエータ１０４に所望の力を発生させるための磁束量は、サーチコイル３０３の巻き数、電磁石ヨーク部３０１のうちサーチコイル３０３を設けた部分の断面積、および、変換部３０４から出力された検出磁束φ_ｄに基づいて算出可能である。また、図２に示す従来の電磁石制御系では、装置立ち上げ時に検出磁束を零にするためのリセット信号Ｓ１が変換部３０４に供給されうる。変換部３０４へリセット信号Ｓ１が入力されると、変換部３０４の出力が零となる。

変換部３０４から出力された検出磁束φ_ｄは、第２演算部３０５（減算器、加算器）に供給される。第２演算部３０５は、入力された磁束指令（目標磁束）と検出磁束φ_ｄとの偏差である磁束誤差を算出し、当該磁束誤差をゲイン部３０６に供給する。ゲイン部３０６（生成部）は、第２演算部３０５から出力された磁束誤差に基づいて電圧指令値を生成する。例えば、ゲイン部３０６は、第２演算部３０５から出力された磁束誤差に適宜（所定）のゲインを乗じることにより電圧指令値を生成し、当該電圧指令値を駆動アンプ３０７に供給する。駆動アンプ３０７（供給部）は、ゲイン部３０６から出力された電圧指令値に基づいて、電磁アクチュエータ１０４（電磁石の駆動コイル３０２）に電流ｉを供給する。具体的には、駆動アンプ３０７は、ゲイン部３０６から供給された電圧指令値に応じた電圧を駆動コイル３０２に印加することにより、磁束指令（目標磁束）に応じた磁束が発生するように電磁アクチュエータ１０４の駆動コイル３０２に電流を供給する。これにより、電磁アクチュエータ１０４において所望の磁束（即ち、目標磁束）を発生させることができる。

ところで、上記のように構成された電磁石制御系では、磁束指令が零を示す場合であっても、外乱の影響により、駆動コイル３０２および／またはサーチコイル３０３にオフセット電流が流れることがある。このようなオフセット電流は、変換部３０４で時間積分されるため、変換部３０４から出力される検出磁束φ_ｄに不要なドリフト成分として含まれてしまう。つまり、変換部３０４から出力される検出磁束φ_ｄに、外乱に起因するドリフト成分が生じてしまう。この場合、磁束指令（目標磁束）に応じた磁束が発生するように電磁アクチュエータ１０４を制御することができず、移動体としての微動ステージ１０２を精度よく位置決めすることが困難になりうる。そのため、従来の電磁石制御系では、変換部３０４から出力される検出磁束φ_ｄのドリフト成分を補正するためのドリフト補正系４０１が設けられている。なお、図２では、変換部３０４から出力された検出磁束φ_ｄにドリフト成分を生じさせる外乱を「外乱Ａ」として等価的に表しており、第１演算部３０８に入力されるものとして模式的に図示されている。

図２に示す従来（特許文献２）の電磁石制御系の構成では、磁束指令が零を示している場合には、駆動コイル３０２に流れる電流ｉが零、および検出磁束φ_ｄも零といった理想的な状態を利用して、検出磁束φ_ｄのドリフト成分を低減している。つまり、磁束指令が零を示している場合において変換部３０４から出力される検出磁束φ_ｄが零でない場合、その検出磁束φ_ｄが外乱に起因するドリフト成分であると仮定し、当該検出磁束φ_ｄを用いて変換部３０４の入力値を補正するドリフト補正を行う。一方、磁束指令が零を示していない場合、即ち、電磁アクチュエータ１０４に磁束を発生させる場合には、直前の値をホールドするようにホールドスイッチ４０１ｂを作動させ、当該直前の値を用いてドリフト補正を行う。

具体的には、図２に示す従来のドリフト補正系４０１では、磁束指令が零を示す場合には、ホールドスイッチ４０１ｂがオフ（非作動）となる。この場合、変換部３０４から出力された検出磁束φ_ｄに換算部４０１ａでゲインｇ_２が乗じられることにより、検出磁束φ_ｄから換算された電圧値が得られ、当該電圧値が補正値として第１演算部３０８にフィードバックされる。第１演算部３０８では、サーチコイル３０３から出力された誘起電圧ｖから当該補正値を減算し、それにより得られた信号を変換部３０４に入力する。一方、磁束指令が零を示さない場合には、駆動タイミング指令Ｓ２がホールドスイッチ４０１ｂに与えられて、ホールドスイッチ４０１ｂがオン（作動）となる。この場合、ドリフト補正系４０１のフィードバックループが実質的に切られるとともに、直前に検出磁束φ_ｄから換算された電圧値がホールドされ、ホールドされた電圧値が補正値として第１演算部３０８に逐次入力される。
次に、ホールドスイッチ４０１ｂがオフのときの駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性について考える。駆動コイル３０２に流れる電流をｉ、駆動コイル３０２で発生する磁束をφとしたとき、電流ｉと磁束φとの関係は係数Ｇを用いて式（１）のように表される。

駆動コイル３０２で発生した磁束φから誘起電圧ｖまでの伝達特性Ｔ_φｖ（ｓ）は、係数Ｎを用いて式（２）のように表される。

また、誘起電圧ｖから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｖφｄ（ｓ）は、式（３）のように表される。

このことから、ホールドスイッチ４０１ｂがオフのとき、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｓ）は、式（１）～（３）を用いて式（４）のように表される。駆動コイル３０２の電流ｉと駆動コイル３０２で発生する磁束φとは定数倍の関係であるため、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性が式（４）のように定数倍で表されるときには、検出磁束φ_ｄが精度よく得られていると言える。つまり、磁束指令が零を示している状態、即ち、ホールドスイッチ４０１ｂがオフされた状態では、ドリフト補正系４０１のフィードバックループにより、検出磁束φ_ｄに基づいて電磁アクチュエータ１０４を精度よく制御することができる。

ここで、電磁アクチュエータ１０４のみを用いて微動ステージ１０２の駆動を制御する場合について考える。この場合、電磁アクチュエータ１０４を常に駆動している状態（即ち、磁束を発生している状態）にする必要がある。図２に示す従来（特許文献２）の構成では、電磁アクチュエータ１０４を常に駆動する場合、磁束指令が零を示すタイミングがなくなり、ホールドスイッチ４０１ｂは常にオン（作動）となる。そのため、磁束指令が零を示している場合には検出磁束φ_ｄが零といった理想的な状態を作り出すことができない。一方で、外乱Ａに起因する検出磁束φ_ｄのドリフト成分を補正するため、従来の構成のままホールドスイッチ４０１ｂを常にオン（作動）にする場合、誘起電圧ｖから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｖφｄ（ｓ）が式（５）のように表される。つまり、一次遅れのフィルタ特性になる。

このことから、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｓ）は、式（１）～（２）、（５）を用いて式（６）のように表され、ホールドスイッチ４０１ｂがオフのときの電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性と一致しない。つまり、磁束指令が零を示していない状態、即ち、ホールドスイッチ４０１ｂがオンされた状態では、検出磁束φ_ｄを精度よく得ることができず、検出磁束φ_ｄに基づいて電磁アクチュエータ１０４を精度よく制御することが困難になりうる。つまり、従来の電磁石制御系の構成は、電磁アクチュエータ１０４のみを用いて微動ステージ１０２の駆動を制御する場合に適さない。

［本実施形態における電磁アクチュエータの制御系］
以下、本実施形態における電磁アクチュエータの制御系について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施形態における電磁アクチュエータ１０４の制御系（電磁石制御系）を示すブロック図である。図３では、図２と同様に、図１における２つの電磁アクチュエータ１０４ａ、１０４ｂのいずれか一方の電磁石制御系が示されている。

図３に示す本実施形態の電磁石制御系は、図２に示す従来の電磁石制御系と比べ、ドリフト補正系の構成が異なっており、それ以外は基本的に同様である。例えば、電磁アクチュエータ１０４の構成は、図２を用いて前述したように、電磁石ヨーク部３０１と、電磁石ヨーク部３０１に設けられた駆動コイル３０２とを備えうる。また、電磁アクチュエータ１０４の電磁石ヨーク部３０１には、サーチコイル３０３が設けられる。サーチコイル３０３は、駆動コイル３０２で発生する磁束を検出し、当該磁束の微分値である電圧（誘起電圧ｖ）を出力する。サーチコイル３０３から出力された誘起電圧ｖは、第１演算部３０８に供給される。第１演算部３０８は、サーチコイル３０３の出力（誘起電圧ｖ）に補正値を適用する補正部として構成され、誘起電圧ｖに補正値を適用することで得られた信号を補正信号として出力する。誘起電圧ｖへの補正値の適用は、例えば、誘起電圧ｖに補正値を加算すること、または、誘起電圧ｖから補正値を減算することである。なお、第１演算部３０８において誘起電圧ｖに適用される補正値は、変換部３０４の出力（検出磁束φ_ｄ）に生じるドリフト成分を低減（補正）するための値として理解されてもよい。

変換部３０４は、第１演算部３０８から出力された補正信号を磁束に変換し、検出磁束φ_ｄとして出力する。本実施形態の変換部３０４は、積分器を含み、第１演算部３０８から出力された補正信号を時間積分することによって検出磁束φ_ｄを出力する。当該積分器は、アナログ回路によって実装されうる。また、変換部３０４は、積分特性を有するフィルタを積分器の代わりに含んでもよく、当該フィルタを用いて補正信号を時間積分することによって検出磁束φ_ｄを出力してもよい。

変換部３０４から出力された検出磁束φ_ｄは、第２演算部３０５（減算器、加算器）に供給される。第２演算部３０５は、入力された磁束指令（目標磁束）と検出磁束φｄとの偏差である磁束誤差を算出し、当該磁束誤差をゲイン部３０６に供給する。ゲイン部３０６（生成部）は、第２演算部３０５から出力された磁束誤差に基づいて電圧指令値を生成する。例えば、ゲイン部３０６は、第２演算部３０５から出力された磁束誤差に適宜（所定）のゲインを乗じることにより電圧指令値を生成し、当該電圧指令値を駆動アンプ３０７に供給する。駆動アンプ３０７（供給部）は、ゲイン部３０６から出力された電圧指令値に基づいて、電磁アクチュエータ１０４（電磁石の駆動コイル３０２）に電流ｉを供給する。これにより、電磁アクチュエータ１０４において所望の磁束（即ち、目標磁束）を発生させることができる。ここで、本実施形態の場合、第２演算部３０５、ゲイン部３０６（生成部）、および駆動アンプ３０７（供給部）は、変換部３０４の出力（検出磁束φ_ｄ）と目標磁束（磁束指令）とに基づいて電磁アクチュエータ１０４を制御する制御部ＣＮＴを構成しうる。また、変換部３０４、第２演算部３０５、ゲイン部３０６、駆動アンプ３０７、第１演算部３０８、および、後述するドリフト補正系５０１は、図１で説明した駆動制御部１１０の構成要素でありうる。

次に、本実施形態のドリフト補正系５０１の構成例について説明する。本実施形態のドリフト補正系５０１は、図３に示すように、第１換算部５０１ａと、第２換算部５０１ｂと、差分算出部５０１ｃとを含みうる。そして、本実施形態のドリフト補正系５０１は、制御部ＣＮＴで得られる信号と変換部３０４の出力（検出磁束φ_ｄ）とに基づいて、変換部３０４の出力に生じるドリフト成分が低減されるように、第１演算部３０８（補正部）に供給すべき補正値を決定する。以下では、制御部ＣＮＴで得られる信号として、駆動アンプ３０７から出力される電流ｉを用いる例を説明するが、それに限られず、第２演算部３０５から出力される磁束誤差（偏差）、あるいは、ゲイン部３０６から出力される電圧指令値が用いられてもよい。

第１換算部５０１ａには、制御部ＣＮＴで得られる信号（電流ｉ）を磁束に換算するためのゲインｇ_３（第１ゲイン）が設定されている。第１換算部５０１ａは、駆動アンプ３０７から出力された電流ｉにゲインｇ_３を乗じることで電流ｉを磁束に換算し、それにより得られた磁束情報を電流フィードバック信号Ｓ３として出力する。差分算出部５０１ｃは、第１換算部５０１ａで電流ｉから換算された磁束と変換部３０４から出力された検出磁束φ_ｄとの差分（以下では「磁束差分」と表記することがある）を算出する。また、第２換算部５０１ｂには、差分算出部５０１ｃで算出された磁束差分を電圧値に換算するためのゲインｇ_２（第２ゲイン）が設定されている。第２換算部５０１ｂは、差分算出部５０１ｃで算出された磁束差分にゲインｇ_２を乗じることで磁束差分を電圧値に換算し、それにより得られた電圧値を補正値として第１演算部３０８に供給する。なお、第１換算部５０１ａのゲインｇ_３、および第２換算部５０１ｂのゲインｇ_２は、例えば実験やシミュレーション等により事前に決定されうる。

ここで、前述したように、駆動コイル３０２の電流ｉと駆動コイル３０２で発生する磁束とは定数倍の関係である。本実施形態のドリフト補正系５０１では、当該関係を利用して、駆動コイル３０２の電流ｉにゲインｇ_３を乗じることで得られる磁束情報を電流フィードバック信号Ｓ３として生成し、生成した電流フィードバック信号Ｓ３を差分算出部５０１ｃに入力する。このとき、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｓ）は、式（７）のように表される。

第１換算部５０１ａのゲインｇ_３（電流ゲイン）を適切に設定することで、駆動アンプ３０７から駆動コイル３０２に供給される電流ｉに基づいて、電磁アクチュエータ１０４で発生している磁束を算出（推定、予測）することが可能となる。即ち、電流フィードバック信号Ｓ３（磁束情報）を、変換部３０４から出力される検出磁束φ_ｄのうちサーチコイル３０３から出力された誘起電圧ｖに相当する磁束を表す信号（情報）として算出（再現）することが可能となる。これにより、差分算出部５０１ｃは、外乱Ａに起因する検出磁束φ_ｄのドリフト成分を磁束差分として出力（抽出）することが可能となり、当該ドリフト成分のみをフィードバックすることができる。第１換算部５０１ａのゲインｇ_３は、式（８）によって定められる。

このとき、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｓ）は、式（８）を式（７）に代入することで、式（９）のように表される。式（９）で表される伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｓ）は、式（４）で示した、ホールドスイッチ４０１ｂがオフのときの電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性と一致する。つまり、検出磁束φ_ｄが精度よく得られていると言える。そのため、検出磁束φ_ｄに基づいて電磁アクチュエータ１０４を精度よく制御することができる。

また、外乱Ａから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_Ａφｄ（ｓ）は、式（１０）のように表される。つまり、外乱Ａに対しては一次遅れのフィルタ特性が適用され、検出磁束φ_ｄのドリフト成分が低減されていることが分かる。このことから、本実施形態のドリフト補正系５０１を用いた電磁石制御系では、電磁アクチュエータ１０４の出力の制御と外乱Ａに起因する検出磁束φｄのドリフト成分の補正とを両立可能であることが分かる。即ち、電磁アクチュエータ１０４のみを用いて微動ステージ１０２の駆動を精度よく制御することができる。

上述したように、本実施形態の電磁石制御系は、制御部ＣＮＴで得られる信号と変換部３０４の出力（検出磁束φ_ｄ）とに基づいて、変換部３０４の出力に生じるドリフト成分が低減されるように、第１演算部３０８に供給すべき補正値を決定する。これにより、電磁アクチュエータ１０４を常に駆動している状態であっても、変換部３０４から出力された検出磁束φ_ｄのドリフト成分を抽出し、当該ドリフト成分を精度よく低減することができる。つまり、電磁アクチュエータ１０４のみを用いて微動ステージ１０２の駆動を精度よく制御することができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態について説明する。図４は、本実施形態における電磁アクチュエータ１０４の制御系（電磁石制御系）を示すブロック図である。上記の第１実施形態では、積分器を含むように変換部３０４を構成した例を示したが、本実施形態では、デジタルフィルタ６０１を含むように変換部３０４を構成する例について説明する。変換部３０４のデジタルフィルタ６０１は、サーチコイル３０３から出力された誘起電圧ｖを離散時間積分することによって検出磁束φ_ｄを出力する。このデジタルフィルタ６０１は、デジタル回路でのＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ、ＩＩＲ（InfiniteImpulse Response）フィルタ、加算器などによって実装されうる。また、デジタルフィルタ６０１から出力される値は、ある特定区間の積分値であってもよい。なお、本実施形態は、第１実施形態を基本的に引き継ぐものであり、以下で言及する事項以外は第１実施形態に従いうる。

まず、ドリフト補正系５０１のフィードバックループが実質的に切られている状態における駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性について考える。駆動コイル３０２の電流をｉ、駆動コイル３０２で発生する磁束をφとしたとき、電流ｉと磁束φとの関係は係数Ｇを用いて、式（１１）のように表される。

また、駆動コイル３０２で発生した磁束φから誘起電圧ｖまでの離散の伝達特性Ｔ_φｖ（ｚ）は、係数Ｎを用いて、式（１２）のように表される。

また、離散時間積分をするデジタルフィルタ６０１の離散の伝達特性Ｆ（ｚ）は、式（１３）となる。

このことから、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｚ）は、式（１１）～（１３）を用いて式（１４）のように表される。駆動コイル３０２の電流ｉと駆動コイル３０２で発生する磁束とは定数倍の関係であるため、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性が式（１４）のように定数倍で表されるときは、検出磁束φ_ｄが精度よく得られていると言える。

ここで、駆動コイル３０２の電流ｉと駆動コイル３０２で発生する磁束φとが定数倍の関係であることを利用して、駆動コイル３０２の電流ｉに第１換算部５０１ａのゲインｇ_３を乗じることで得られる磁束情報を、電流フィードバック信号Ｓ３として生成する。そして、生成した電流フィードバック信号Ｓ３を差分算出部５０１ｃに入力する。このとき、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｚ）は、式（１５）のように表される。

第１換算部５０１ａのゲインｇ_３（電流ゲイン）を適切に設定することで、駆動アンプ３０７から駆動コイル３０２に供給される電流ｉに基づいて、電磁アクチュエータ１０４で発生している磁束を算出（推定、予測）することが可能となる。即ち、電流フィードバック信号Ｓ３（磁束情報）を、変換部３０４（デジタルフィルタ６０１）から出力される検出磁束φ_ｄのうちサーチコイル３０３から出力された誘起電圧ｖに相当する磁束を表す信号（情報）として算出（再現）することが可能となる。これにより、差分算出部５０１ｃは、外乱Ａに起因する検出磁束φｄのドリフト成分を磁束差分として出力（抽出）することが可能となり、当該ドリフト成分のみをフィードバックすることができる。第１換算部５０１ａのゲインｇ_３は、式（１６）によって定められる。

このとき、駆動コイルの電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｚ）は、式（１６）を式（１５）に代入することで、式（１７）のように表される。式（１７）で表される伝達特性Ｔ_ｉφｄ（ｚ）は、式（１４）で示した、駆動コイル３０２の電流ｉから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性と一致する。つまり、検出磁束φ_ｄが精度よく得られていると言える。そのため、検出磁束φ_ｄに基づいて電磁アクチュエータ１０４を精度よく制御することができる。

また、外乱Ａから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性Ｔ_Ａφｄ（ｚ）は、式（１８）のように表される。つまり、外乱Ａに対しては、離散の一次遅れのフィルタ特性が適用され、検出磁束φ_ｄのドリフト成分が低減されていることが分かる。このことから、変換部３０４において積分器をデジタルフィルタ６０１に置き換えた場合であっても、第１実施形態と同様に、電磁アクチュエータ１０４の出力の制御と外乱Ａに起因する検出磁束φ_ｄのドリフト成分の補正とを両立可能であることが分かる。即ち、電磁アクチュエータ１０４のみを用いて微動ステージ１０２の駆動を精度よく制御することができる。

ここで、本実施形態の構成の利点は、デジタルフィルタ６０１のゲインパラメータの変更が容易な点である。例えば、外乱Ａの特性に応じて、外乱Ａから検出磁束φ_ｄまでの伝達特性を変更したい場合、アナログ回路で実装されていると、回路に実装されている部品を変更する必要がある。一方で、本実施形態の構成であれば、デジタルフィルタ６０１のパラメータのみを変更することで、所望の伝達特性を得ることができる。

＜リソグラフィ装置の実施形態＞
基板にパターンを形成するリソグラフィ装置において、第１実施形態または第２実施形態で説明したステージ装置（制御装置）を適用する例について説明する。リソグラフィ装置としては、例えば、基板を露光して原版（マスク）のパターンを基板に転写する露光装置や、原版（モールド）を用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置などが挙げられる。このようなリソグラフィ装置において、上述のステージ装置は、原版（マスク、モールド）および基板の少なくとも一方を保持して移動可能なステージの移動を制御するために用いられうる。以下に、露光装置において上述のステージ装置を用いる例について説明する。

図５は、本発明に係るステージ装置を適用した露光装置１０の構成例を示す概略図である。露光装置１０は、照明光学系１１と、原版１２を保持して移動可能な原版ステージ１３と、投影光学系１４と、基板１５を保持して移動可能な基板ステージ１６とを含みうる。上述した第１実施形態または第２実施形態のステージ装置は、原版ステージ１３および基板ステージ１６の少なくとも一方に適用されうる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、上記のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを形成する形成工程と、形成工程でパターンが形成された基板を加工する加工工程と、加工工程で加工された基板から物品を製造する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

＜その他の実施例＞
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

＜実施形態のまとめ＞
本明細書の開示は、以下の制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法を含む。

（項目１）
移動体の駆動を制御する制御装置であって、
前記移動体を駆動する電磁アクチュエータと、
前記電磁アクチュエータで発生した磁束に応じた電圧値を出力するサーチコイルと、
前記サーチコイルの出力に補正値を適用して補正信号を出力する補正部と、
前記補正信号を磁束に変換する変換部と、
前記変換部の出力と目標磁束とに基づいて前記電磁アクチュエータを制御する制御部と、
を備え、
前記補正部は、前記制御部で得られる信号と前記変換部の出力とに基づいて、前記変換部の出力に生じるドリフト成分が低減されるように前記補正値を決定する、ことを特徴とする制御装置。

（項目２）
前記補正部は、前記制御部で得られる前記信号から換算された磁束と前記変換部から出力された磁束との差分に基づいて、前記補正値を決定する、ことを特徴とする項目１に記載の制御装置。

（項目３）
前記補正部には、前記制御部で得られる前記信号を磁束に換算するための第１ゲインが設定されている、ことを特徴とする項目２に記載の制御装置。

（項目４）
前記補正部は、前記差分から換算される電圧値を前記補正値として前記サーチコイルの出力に適用する、ことを特徴とする項目２又は３に記載の制御装置。

（項目５）
前記補正部には、前記差分を電圧値に換算するための第２ゲインが設定されている、ことを特徴とする項目４に記載の制御装置。

（項目６）
前記変換部は、前記補正信号を時間積分することにより前記補正信号を磁束に変換する、ことを特徴とする項目１乃至５のいずれか１項目に記載の制御装置。

（項目７）
前記変換部は、前記補正信号を時間積分する積分器を含む、ことを特徴とする項目６に記載の制御装置。

（項目８）
前記変換部は、前記補正信号を時間積分するフィルタを含む、ことを特徴とする項目６に記載の制御装置。

（項目９）
前記制御部から得られる前記信号は、前記電磁アクチュエータを制御するために前記変換部の出力と前記目標磁束とに基づいて生成される電圧または電流である、ことを特徴とする項目１乃至８のいずれか１項目に記載の制御装置。

（項目１０）
前記制御部は、前記変換部の出力と前記目標磁束との偏差を演算する演算部と、前記偏差に基づいて電圧指令値を生成する生成部と、前記電圧指令値に基づいて前記電磁アクチュエータに電流を供給する供給部とを含み、
前記制御部から得られる前記信号は、前記演算部から出力される前記偏差、前記生成部から出力される前記電圧指令値、および前記供給部から出力される前記電流のうち少なくとも１つである、ことを特徴とする項目１乃至９のいずれか１項目に記載の制御装置。

（項目１１）
基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
基板または原版を保持するステージと、
移動体としての前記ステージの駆動を制御する項目１乃至１０のいずれか１項目に記載の制御装置と、
を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。

（項目１２）
項目１１に記載のリソグラフィ装置を用いて基板上にパターンを形成する形成工程と、
前記形成工程でパターンが形成された前記基板を加工する加工工程と、
前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造する製造工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。

（項目１３）
移動体を駆動する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータで発生した磁束に応じた電圧値を出力するサーチコイルとを用いて、移動体の駆動を制御する制御方法であって、
前記サーチコイルの出力に補正値を適用して補正信号を出力する補正工程と、
前記補正信号を磁束に変換する変換工程と、
前記変換工程で得られる出力と目標磁束とに基づいて前記電磁アクチュエータを制御する制御工程と、
を含み、
前記補正工程では、前記制御工程で得られる信号と前記変換工程で得られる出力とに基づいて、前記変換工程で得られる出力に生じるドリフト成分が低減されるように前記補正値を決定する、ことを特徴とする制御方法。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：ステージ装置（制御装置）、１０２：微動ステージ、１０４：電磁アクチュエータ、３０２：駆動コイル、３０３：サーチコイル、３０４：変換部、３０５：第２演算部、３０６：ゲイン部（生成部）、３０７：駆動アンプ（供給部）、３０８：第１演算部（補正部）、５０１：ドリフト補正系、５０１ａ：第１換算部、５０１ｂ：第２換算部、５０１ｃ：差分算出部

Claims (13)

1. 移動体の駆動を制御する制御装置であって、
   前記移動体を駆動する電磁アクチュエータと、
   前記電磁アクチュエータで発生した磁束に応じた電圧値を出力するサーチコイルと、
   前記サーチコイルの出力に補正値を適用して補正信号を出力する補正部と、
   前記補正信号を磁束に変換する変換部と、
   前記変換部の出力と目標磁束とに基づいて前記電磁アクチュエータを制御する制御部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記制御部で得られる信号と前記変換部の出力とに基づいて、前記変換部の出力に生じるドリフト成分が低減されるように前記補正値を決定する、ことを特徴とする制御装置。
2. 前記補正部は、前記制御部で得られる前記信号から換算された磁束と前記変換部から出力された磁束との差分に基づいて、前記補正値を決定する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記補正部には、前記制御部で得られる前記信号を磁束に換算するための第１ゲインが設定されている、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
4. 前記補正部は、前記差分から換算される電圧値を前記補正値として前記サーチコイルの出力に適用する、ことを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
5. 前記補正部には、前記差分を電圧値に換算するための第２ゲインが設定されている、ことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 前記変換部は、前記補正信号を時間積分することにより前記補正信号を磁束に変換する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
7. 前記変換部は、前記補正信号を時間積分する積分器を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
8. 前記変換部は、前記補正信号を時間積分するフィルタを含む、ことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
9. 前記制御部から得られる前記信号は、前記電磁アクチュエータを制御するために前記変換部の出力と前記目標磁束とに基づいて生成される電圧または電流である、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
10. 前記制御部は、前記変換部の出力と前記目標磁束との偏差を演算する演算部と、前記偏差に基づいて電圧指令値を生成する生成部と、前記電圧指令値に基づいて前記電磁アクチュエータに電流を供給する供給部とを含み、
    前記制御部から得られる前記信号は、前記演算部から出力される前記偏差、前記生成部から出力される前記電圧指令値、および前記供給部から出力される前記電流のうち少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
11. 基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
    基板または原版を保持するステージと、
    移動体としての前記ステージの駆動を制御する請求項１に記載の制御装置と、
    を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。
12. 請求項１１に記載のリソグラフィ装置を用いて基板上にパターンを形成する形成工程と、
    前記形成工程でパターンが形成された前記基板を加工する加工工程と、
    前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造する製造工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
13. 移動体を駆動する電磁アクチュエータと、前記電磁アクチュエータで発生した磁束に応じた電圧値を出力するサーチコイルとを用いて、移動体の駆動を制御する制御方法であって、
    前記サーチコイルの出力に補正値を適用して補正信号を出力する補正工程と、
    前記補正信号を磁束に変換する変換工程と、
    前記変換工程で得られる出力と目標磁束とに基づいて前記電磁アクチュエータを制御する制御工程と、
    を含み、
    前記補正工程では、前記制御工程で得られる信号と前記変換工程で得られる出力とに基づいて、前記変換工程で得られる出力に生じるドリフト成分が低減されるように前記補正値を決定する、ことを特徴とする制御方法。