JP5375323B2 - 移動体装置、露光装置、及び移動体制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体装置、露光装置、及び移動体制御方法に関する。

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、特許文献１参照）。

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。

したがって、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、複数のショット領域へのパターン転写を行うために基板とマスクをそれぞれ独立のステージ装置により駆動するとともに、１つのショット領域へのパターン転写においては、基板とマスクが同期移動するように基板用とマスク用それぞれのステージ装置を制御することが必要である。

従来のステージ装置は、基板側をマスタとしマスク側をスレーブとしたマスタ・スレーブ・システムを構成している。また従来のステージ装置は、走査露光（スキャン）の前後で独立制御と同期制御とを切り換えて、パターン転写処理（プレート処理）を実行していた。ここで、独立制御とは、基板とマスクとをそれぞれ独立した軌道で移動（ステップ）させる制御であり、同期制御とは、走査露光中に基板とマスクとを同期して移動させる制御である。従来のステージ装置は、この切り換えの際、独立制御実行部がパラメータに倍率等の変換を施し、同期制御実行部がそのパラメータを引き継いで制御を行っていた。

特開２０００−０７７３１３号公報

しかしながら、倍率等が変換されたパラメータには、変換による誤差が発生する。従来のステージ装置は、独立制御のパラメータを変換したパラメータを用いて同期制御を行っていたため、変換の誤差により同期制御の精度が落ちてしまう可能性がある。

また従来のステージ装置は、独立制御が終わると基板とマスクとを一旦停止させ、次にタイミングを合わせてから同期制御を開始していた。このように従来のステージ装置は、基板とマスクのタイミング待ちや再加速等の余計な動作が発生するため、タクト（パターン転写処理時間）の短縮が困難であるという問題もあった。

本発明は、前記の諸点に鑑みてなされたものであり、基板とマスクとを精度よく同期移動させ、かつ短いタクトでパターン転写処理を実行する移動体装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に基づいて前記第１移動体の位置を完全追従制御する第１フィードフォワード制御部及び第１フィードバック制御部からなる第１の２自由度制御部と、前記第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ状態を推定する状態推定部と、前記第１移動体の状態と前記第１移動体の目標軌道との偏差を算出する偏差演算部と、第２移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に前記偏差を加算した軌道に基づいて前記第２移動体の位置を完全追従制御する第２フィードフォワード制御部及び第２フィードバック制御部からなる第２の２自由度制御部と、を備えることを特徴とする移動体装置である。

また本発明は、マスクステージに保持されたマスクのパターンを基板ステージに保持された感光基板に露光する露光装置において、前記基板ステージを第１移動体とし、前記マスクステージを第２移動体とした露光装置である。

また本発明は、移動体装置における移動体制御方法であって、第１フィードフォワード制御部及び第１フィードバック制御部からなる第１の２自由度制御部が、第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に基づいて前記第１移動体の位置を完全追従制御するステップと、状態推定部が、前記第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ状態を推定するステップと、偏差演算部が、前記第１移動体の状態と前記第１移動体の目標軌道との偏差を算出するステップと、第２フィードフォワード制御部及び第２フィードバック制御部からなる第２の２自由度制御部が、第２移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に前記偏差を加算した軌道に基づいて前記第２移動体の位置を完全追従制御するステップと、を含むことを特徴とする移動体制御方法である。

独立制御と同期制御の切り換えがなく、パラメータの変換による誤差が生じないので、少なくとも２つの移動体を精度よく同期移動させることができる。さらに、切り換えの際のタイミング待ちや再加速等の余計な処理もなくすことができる。

本実施形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。 本実施形態に係るプレートステージＰＳＴの詳細な構成を示す断面図である。 本実施形態に係るレベリングユニットの構成を示す図である。 本実施形態に係る制御装置の構成及びその制御対象を示すブロック図である。 プレートステージＰＳＴ及びマスクステージＭＳＴの、それぞれの目標軌道を示す図である。 従来の制御装置の独立制御及び同期制御によるステージの移動と、本実施形態に係る制御装置のステージの移動を比較して示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置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、プレートステージＰＳＴに保持された基板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）に沿って同一方向に相対走査することにより、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いる。そして、駆動機構１４によってＸ軸方向に駆動される。また、Ｙ軸方向やθＺ方向にも移動可能なように構成してもよい。さらに、移動方向を増やして、例えば６自由度方向に移動可能とさせてもよい。

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を用い、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軸位置情報は、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、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位置情報が制御装置１１に供給されており、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の下方に配置される。そして、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の上部に設けられプレートＰを保持するプレートテーブル１９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、θＺ＝（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位置情報として出力されるものとする。

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、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方向の位置）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１１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。

このカム駆動機構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、プレートテーブル１９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Ｚ方向に関する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、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方向に移動させ（Ｘ位置の位置決めを行い）、さらに移動テーブル２２に対してＹ可動子２０をＹ方向に移動させる（Ｙ位置の位置決めを行う）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により、前記オートフォーカスセンサの検出結果や前記検出装置５９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となる（投影光学系ＰＬの結像点と一致する）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方向の位置決めを行う）ことができる。このように、本実施形態において、プレートステージＰＳＴは５自由度方向に移動することができるが、これに限定されるものではない。例えば、前記θＺ方向への移動を可能にして６自由度方向に移動可能としてもよい。

以下、図４を参照して、プレートステージＰＳＴとマスクステージＭＳＴとがＸ軸方向に移動するように、リニアモータ１４及び１６を駆動制御する制御装置１１の詳細を説明する。

図４は、制御装置１１の構成及びその制御対象を示すブロック図である。制御装置１１は、少なくとも走査露光中に同期移動するよう生成された目標軌道を用いて、プレートステージＰＳＴとマスクステージＭＳＴとを移動させる。

図４において、制御装置１１は、第１の２自由度制御系１００と第２の２自由度制御系２００とから構成される。第１の２自由度制御系１００は、プレートステージＰＳＴを駆動制御するための制御系である。２つの異なる制御特性を独立に設定することができるようにフィードフォワード制御部１０２と、フィードバック制御部１０３とを有している。さらに、軌道生成部１０１と、状態推定部１０４と、加算部１０５及び１０６と、偏差演算部１０７と、を含んで構成されている。第２の２自由度制御系２００は、マスクステージＭＳＴを駆動制御するための制御系である。第１の２自由度制御系１００と同様、２つの異なる制御特性を独立に設定することができるようにフィードフォワード制御部２０２と、フィードバック制御部２０３とを有している。さらに、軌道生成部２０１と、加算部２０５及び２０６と、を含んで構成されている。

本実施形態では、以下に説明するように、第１の２自由度制御系１００がマスタとなってプレートステージＰＳＴを駆動制御し、第２の２自由度制御系２００がスレーブとなってマスクステージＭＳＴをプレートステージＰＳＴに同期させて駆動制御するマスタ・スレーブ・システムが構成されている。

まず、第１の２自由度制御系１００について説明する。

軌道生成部１０１には、プレートステージＰＳＴの移動開始点のＸ座標と、移動終了点のＸ座標とが入力される。移動開始点は、プレートステージＰＳＴのＸ軸上における現在の位置を表し、移動終了点は、プレートステージＰＳＴを移動させる先であるＸ軸上の目標位置を表す。

軌道生成部１０１は、入力された移動開始点及び移動終了点に基づいて、プレートステージＰＳＴを移動開始点から移動終了点まで移動させるための目標軌道を生成する。目標軌道は、各時刻「ｔ」に対応付けられたプレートステージＰＳＴの位置Ｘ（ｔ）を所定周期Ｔｒでサンプリングしたデータとすることができる。また、軌道生成部１０１は、位置のデータだけではなく、速度、加速度、加加速度（ジャーク、ｊｅｒｋ）等、可制御正準形の全状態についてのデータそれぞれに関する目標軌道を生成する。目標軌道の詳細は、図５で後述する。

フィードフォワード制御部１０２は、軌道生成部１０１における１サンプリング周期に対応した時間Ｔｒだけ先の全状態に関する上記の目標軌道を入力として、プレートステージＰＳＴのＸ座標位置を完全追従制御（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）に基づいてフィードフォワード制御する。

具体的には、フィードフォワード制御部１０２は、制御対象３０１（プレートステージＰＳＴ）の制御特性を再現した制御モデルと逆の応答を示す（入出力が逆の関係となる）逆システムを保持（記憶）しており、この逆システムを用いることにより、リニアモータ１６を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象３０１に対するフィードフォワード制御部１０２からの操作量となる。なお、フィードフォワード制御部１０２は、入力を上記のサンプリング周期Ｔｒで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Ｔｕで出力するものとする。

フィードバック制御部１０３には、加算部１０６の加算結果が入力される。加算部１０６の加算結果は、プレートステージＰＳＴのＸ位置（プレート用干渉計２５により得られるＸ位置情報、即ち、上述の式Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２で表されるＸ）と、フィードフォワード制御部１０２の出力との差分である。

フィードバック制御部１０３は、加算部１０６の出力、即ち目標軌道を基準としたプレートステージＰＳＴのＸ位置の誤差に基づいて、プレートステージＰＳＴのＸ座標位置をフィードバック制御する。具体的には、フィードバック制御部１０３は、上記誤差がゼロとなるように、リニアモータ１６を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象３０１に対するフィードバック制御部１０３からの操作量となる。なお、プレートステージＰＳＴのＸ位置の読み取りは所定のサンプリング周期Ｔｙで行われ、また、フィードバック制御部１０３は、入力を所定のサンプリング周期Ｔｙで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Ｔｕで出力するものとする。

フィードフォワード制御部１０２からの操作量とフィードバック制御部１０３からの操作量は加算部１０５により加算され、加算後の操作量が制御対象３０１（プレートステージＰＳＴ）に与えられる。

状態推定部１０４は、制御対象３０１への入力と制御対象３０１からの出力とに従って、所定のサンプリング時間だけ先の制御対象３０１の状態（プレートステージＰＳＴの位置、速度、加速度、及び加加速度を含む）を推定する。

この推定は、第１の２自由度制御系１００と第２の２自由度制御系２００が有する制御のむだ時間（例えば、制御演算に要する時間や制御対象に入力を与えてから出力が得られる（ステージの位置が観測される）までにかかる時間等）を考慮して行う必要がある。つまり、状態推定部１０４は、制御対象３０１（プレートステージＰＳＴ）と制御対象３０２（マスクステージＭＳＴ）の位置が同期するように、上記むだ時間に相当する時間分だけ将来の推定を行う。その演算方法の具体例については後述する。

偏差演算部１０７には、状態推定部１０４が推定した制御対象３０１の状態と、軌道生成部１０１が生成した目標軌道と、が入力される。偏差演算部１０７は、入力された目標軌道と制御対象３０１の状態との偏差を演算し、演算結果を第２の２自由度制御系２００の加算部２０７に出力する。

次に、第２の２自由度制御系２００について説明する。

第２の２自由度制御系２００は、第１の２自由度制御系１００と同様の軌道生成部２０１を有している。この軌道生成部２０１には、マスクステージＭＳＴの移動開始点のＸ座標と、移動終了点のＸ座標とが入力される。移動開始点は、マスクステージＭＳＴのＸ軸上における現在の位置を表し、移動終了点は、マスクステージＭＳＴを移動させる先であるＸ軸上の目標位置を表す。

軌道生成部２０１は、入力された移動開始点及び移動終了点に基づいて、マスクステージＭＳＴを移動開始点から移動終了点まで移動させるための目標軌道を生成する。ここで目標軌道は、各時刻「ｔ」に対応付けられたマスクステージＭＳＴの位置Ｘ（ｔ）の時系列データであり、その生成アルゴリズムは必要に応じて適宜のアルゴリズムを用いることができる。ただし、マスクステージＭＳＴの目標軌道は、少なくとも走査露光中にプレートステージＰＳＴと同期移動するような軌道である。例えば、その目標軌道は、始めに独立移動して途中から同期移動する軌道や、その逆の軌道であってもよい。目標軌道の詳細は、図５で後述する。

フィードフォワード制御部２０２には、加算部２０７の加算結果が入力される。加算部２０７の加算結果は、上記の偏差演算部１０７が演算した偏差と、軌道生成部２０１が生成した目標軌道と、を加算した結果である。フィードフォワード制御部２０２は、加算部２０７が出力した目標軌道に対して、上述した第１の２自由度制御系１００のフィードフォワード制御部１０２と同様、マスクステージＭＳＴのＸ座標位置を完全追従制御に基づいてフィードフォワード制御する。

具体的には、フィードフォワード制御部２０２は、制御対象３０２（マスクステージＭＳＴ）の制御特性を再現した制御モデルと逆の応答を示す（入出力が逆の関係となる）逆システムを保持（記憶）しており、この逆システムを用いることにより、リニアモータ１４を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象３０２に対するフィードフォワード制御部２０２からの操作量となる。なお、フィードフォワード制御部２０２は、入力を上述のサンプリング周期Ｔｒで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Ｔｕで出力するものとする。

フィードバック制御部２０３には、加算部２０６の加算結果が入力される。加算部２０６の加算結果は、マスクステージＭＳＴのＸ位置（マスク用干渉計１８により得られるＸ位置情報）と、フィードフォワード制御部２０２の出力との差分である。

フィードバック制御部２０３は、加算部２０６の出力、即ち目標軌道を基準としたマスクステージＭＳＴのＸ位置の誤差に基づいて、マスクステージＭＳＴのＸ座標位置をフィードバック制御する。具体的には、フィードバック制御部２０３は、上記誤差がゼロとなるように、リニアモータ１４を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象３０２に対するフィードバック制御部２０３からの操作量となる。なお、マスクステージＭＳＴのＸ位置の読み取りは所定のサンプリング周期Ｔｙで行われ、また、フィードバック制御部２０３は、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Ｔｕで出力するものとする。

フィードフォワード制御部２０２からの操作量とフィードバック制御部２０３からの操作量は加算部２０５により加算され、加算後の操作量が制御対象３０２（マスクステージＭＳＴ）に与えられる。

次に、状態推定部１０４が制御対象３０１（プレートステージＰＳＴ）の状態を推定するアルゴリズムを説明する。

制御対象３０１，３０２および演算処理で発生するむだ時間をＴ_ｄｉｍ，Ｔ_ｄｉｓ（添え字のｍはマスタ側、ｓはスレーブ側を表す。以下同様）とし、入力端に遅れを持つものと考える。また、センサ（干渉計）のむだ時間をＴ_ｄｏｍ，Ｔ_ｄｏｓとし、出力端に遅れを持つものと考える。ここで、マスタ側のむだ時間を出力端にまとめることで、時刻ｋＴ_ｙにおいて、マスタ側の状態ｘ_ｍｅ（ｋＴ_ｙ＋Ｔ_ｄｉｍ）を推定することができる。スレーブ側の実位置ｙ_ｓ（ｔ）をマスタ側の実位置ｙ_ｍ（ｔ）に同期させるために必要なマスタ側の状態はｘ_ｍ（ｋＴ_ｙ＋ｎ_ｓＴ_ｕ＋Ｔ_ｄｉｓ）であるので、推定した状態ｘ_ｍｅ（ｋＴ_ｙ＋Ｔ_ｄｉｍ）からさらにｎ_ｓＴ_ｕ＋Ｔ_ｄｉｓ−Ｔ_ｄｉｍ進めた状態がスレーブの目標軌道となる。ここで、ｎ_ｓはスレーブ側の制御対象３０２の次数である。なお、「ｘ_ｍｅ」は、数式中において「ハットマーク（＾）付きx_ｍ」と表記した。

マスタ側のむだ時間を除いた制御対象３０１の連続時間状態方程式を、可制御正準実現により次式（１）で表し、マスタ側の外乱の連続時間状態方程式を次式（２）で表す。

このとき、拡大系連続時間状態方程式は次式（３），（４）とおける。

式（３）の周期Ｔ_ｕの拡大系離散時間状態方程式を次式（５）とする。

また、スレーブ側も同様に、添え字のｍをｓとして定義する。

ここで、マスタ側の出力端にまとめたむだ時間を次式（６）のように定義する。

状態推定部１０４は、時刻ｋＴｕのマスタ側の状態ｘ_ｍ（ｋＴ_ｙ＋Ｔ_ｄｉｍ）を状態ｘ_ｍｅ［ｋ］として推定する。次のようにむだ時間が無い場合と有る場合に分けて説明する。

むだ時間が無い（Ｔ_ｄｍ＝０）場合、次式（７），（８）を用いて状態ｘ_ｍｅ［ｋ］を推定することができる。これは一般的なオブザーバである。

むだ時間が有る場合、（ｎ_ｄｍ−１）Ｔ_ｙ＜Ｔ_ｄｍ≦ｎ_ｄｍＴ_ｙ（ｎ_ｄｍ＝１，２，…）とすると、時刻ｋＴ_ｙにおいて利用可能な出力信号ｙ_ｍ［ｋ］は次式（９），（１０），（１１）より与えられる。

そして、次式（１２）に基づくアルゴリズムを用いて状態ｘ_ｍ［ｋ］を推定することができる。また、式（１３）は、オブザーバゲインＨを求めるために必要な式であり、推定誤差の状態遷移を表している。

こうして、時刻ｋＴ_ｙのマスタ側の状態推定値ｘ_ｍｅ［ｋ］が求まったので、さらにｎ_ｓサンプル毎に同時刻においてｎ_ｓＴ_ｙ＋Ｔ_ｄｉｓ−Ｔ_ｄｉｍ先の状態ｘ_ｍｅ［ｉ＋Ｎ＋σ］を推定する。ただし、［ｉ］＝（ｉ・ｎ_ｓＴ_ｙ）、Ｎ＝０，１，…、０≦σ＜１とする。ここで、ｎ_ｓＴ_ｙ＋Ｔ_ｄｉｓ−Ｔ_ｄｉｍ＜０であれば、推定した状態ｘ_ｍｅ［ｋ］をこの分だけ遅らせればよい。一方、ｎ_ｓＴ_ｙ＋Ｔ_ｄｉｓ−Ｔ_ｄｉｍ≧０の場合、次式（１４）〜（１９）を用いて、推定した状態ｘ_ｍｅ［ｋ］からさらに先の状態ｘ_ｍｅ［ｉ＋Ｎ＋σ］を推定する。但し、ｕ_ｏｍはマルチレートフィードフォワード制御器により予め計算されるノミナル制御入力を表す。

次に、軌道生成部１０１が生成するプレートステージＰＳＴの目標軌道と、軌道生成部２０１が生成するマスクステージＭＳＴの目標軌道の詳細を説明する。図５は、プレートステージＰＳＴ及びマスクステージＭＳＴの、それぞれの目標軌道を示す図である。横軸は時刻（Ｔｉｍｅ）を示し、時刻「ｔ」までを独立移動している期間、それ以降を同期移動している期間とする。また、縦軸は、それぞれ目標軌道の「位置（Ｐｏｓ）」「速度（Ｖｅｌ）」「加速度（Ａｃｃ）」を示す。

図５が示すように、時刻「ｔ」における「速度」は値「０」でない。また、時刻「ｔ」以降において、両ステージの「位置」の差は一定である。このことは、プレートステージＰＳＴ及びマスクステージＭＳＴが、独立移動から停止せずに同期移動していることを示す。

次に、光学中心の軌跡を説明する。図６は、従来の制御装置の独立制御及び同期制御によるステージの移動と、本実施形態に係る制御装置のステージの移動を比較して示した図である。ここで、プレートステージＰＳＴの移動開始点と移動終了点は、マスクステージＭＳＴのそれと異なる位置にある。

従来の制御装置は、図６の上段に示すように、プレートステージＰＳＴとマスクステージＭＳＴとを独立移動させることで、光学中心を移動開始点４００から停止点４０１に移動させ、一旦停止させていた。次に制御装置は、同期制御に切り換え、プレートステージＰＳＴとマスクステージＭＳＴとを同期移動させることで、光学中心を移動終了点４０２まで移動させていた。

一方、本実施形態に係る制御装置１１は、図６の下段に示すように、プレートステージＰＳＴとマスクステージＭＳＴとを独立移動させ、プレート３１０の直前で光学中心を一旦停止させずに、ステージの同期移動により光学中心を移動終了点４０２まで移動させる。

このように、プレートステージＰＳＴは、軌道生成部１０１が生成した目標軌道を移動する。またマスクステージＭＳＴは、軌道生成部２０１が生成した目標軌道にプレートステージＰＳＴの目標軌道に対する偏差が加算された軌道を移動する。したがって、マスクステージＭＳＴは、プレートステージＰＳＴの軌道がその目標軌道に対して偏差を持ったとしても、プレートステージＰＳＴに同期して移動することができる。

以上のように、ステージ装置は、少なくとも走査露光中に同期移動するような目標軌道を用いてステージを移動させ、パターン転写処理を実行する。このため、独立制御と同期制御の切り換えがなく、パラメータに変換による誤差が生じないので、ステージ装置は、基板とマスクとを精度よく同期移動させることができる。さらに、切り換えの際の基板とマスクのタイミング待ちや再加速等の余計な動作もないため、ステージ装置は、短いタクトでパターン転写処理を実行することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、プレートステージＰＳＴをスレーブとし、マスクステージＭＳＴをマスタとするように構成することも可能である。

本発明は、ステージ装置、露光装置、及びステージ制御方法に好適である。

１１…制御装置 １４，１６…リニアモータ １００…第１の２自由度制御系 １０１…軌道生成部 １０２…フィードフォワード制御部 １０３…フィードバック制御部 １０４…状態推定部 １０５，１０６…加算部 １０７…偏差演算部 ２００…第２の２自由度制御系 ２０１…軌道生成部 ２０２…フィードフォワード制御部 ２０３…フィードバック制御部 ２０５から２０７…加算部 ３０１…制御対象（プレートステージＰＳＴ） ３０２…制御対象（マスクステージＭＳＴ） ３１０…プレート ４００…移動開始点 ４０１…停止点 ４０２…移動終了点

Claims (3)

1. 第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に基づいて前記第１移動体の位置を完全追従制御する第１フィードフォワード制御部及び第１フィードバック制御部からなる第１の２自由度制御部と、
   前記第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ状態を推定する状態推定部と、
   前記第１移動体の状態と前記第１移動体の目標軌道との偏差を算出する偏差演算部と、
   第２移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に前記偏差を加算した軌道に基づいて前記第２移動体の位置を完全追従制御する第２フィードフォワード制御部及び第２フィードバック制御部からなる第２の２自由度制御部と、
   を備えることを特徴とする移動体装置。
2. マスクステージに保持されたマスクのパターンを基板ステージに保持された感光基板に露光する露光装置において、
   前記基板ステージを請求項１に記載の第１移動体とし、前記マスクステージを請求項１に記載の第２移動体とした露光装置。
3. 移動体装置における移動体制御方法であって、
   第１フィードフォワード制御部及び第１フィードバック制御部からなる第１の２自由度制御部が、第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に基づいて前記第１移動体の位置を完全追従制御するステップと、
   状態推定部が、前記第１移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ状態を推定するステップと、
   偏差演算部が、前記第１移動体の状態と前記第１移動体の目標軌道との偏差を算出するステップと、
   第２フィードフォワード制御部及び第２フィードバック制御部からなる第２の２自由度制御部が、第２移動体の少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ目標軌道に前記偏差を加算した軌道に基づいて前記第２移動体の位置を完全追従制御するステップと、
   を含むことを特徴とする移動体制御方法。

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