JP2000029533A

JP2000029533A - ステージ装置、これを用いた露光装置およびデバイス製造方法ならびにステージ制御方法

Info

Publication number: JP2000029533A
Application number: JP10192896A
Authority: JP
Inventors: Nobushige Korenaga; 伸茂是永
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】２つのアクチュエータを切り替えてステージ
を駆動する際の制御系の制定時間を短くする。【解決手段】本発明のステージ装置は、同一のステー
ジを駆動するための第１および第２の駆動機構と、該第
１の駆動機構を制御するための第１の制御系と、該第２
の駆動機構を制御するための第２の制御系と、該第２の
制御系の信号を増幅して該第２の駆動機構に出力する増
幅器と、該第１の駆動機構によって該ステージを駆動し
たときに生じた該ステージの位置または速度の偏差に応
じた指令値を発生する指令値発生器とを備え、該ステー
ジの駆動は、該第１および第２の駆動機構を切り替えて
行い、該第１の制御系から該第２の制御系に切り替える
際に、該指令値を該増幅器に入力し、これによりステー
ジを駆動することにより、前記第２の駆動機構の制御を
開始するときの初期位置偏差を小さくし、前記第２の制
御系の制定時間の短縮を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、対象物を搭載し、
この対象物を走査移動する間に対象物を高速高精度に位
置決めを行うためのステージ装置およびステージ制御方
法に関する。また、このようなステージ装置を用いた露
光装置や、この露光装置を用いたデバイス製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図８にリニアモータを用いた従来のステ
ージ装置の概略図を示す。

【０００３】不図示のべースにガイド１０２が固定さ
れ、ガイド１０２に対して１軸方向に沿って滑動自在に
工作物を載置するステージ１０１が支持されている。ス
テージ１０１の両サイドにはリニアモータ可動子１０４
が固定され、各リニアモータ可動子１０４にはリニアモ
ータ固定子１０５が非接触で対面し、各リニアモータ固
定子１０５は不図示のべースに固定されている。リニア
モータ可動子１０４は４極の磁石１０４ａと磁石の磁束
を循環させるためのヨーク１０４ｂを一体にしたものを
上下に配置して構成される。リニアモータ固定子１０５
は複数（この場合６個）のコイル１０５ａを１列に並べ
たものを固定子枠１０５ｂで固定したもので構成され
る。リニアモータ１０３は一般的なブラシレスＤＣモー
タの展開タイプで磁石１０４ａとコイル１０５ａの相対
位置関係に応じて駆動コイルおよ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。

【０００４】上記構成において、まずステージ１０１を
静止させた状態でステージ１０１の位置に応じて所定の
リニアモータコイル１０５ａに電流を流してステージ１
０１を加速し、所望の速度に達したら加速をやめて露光
や検査等の仕事を行い、一定速度期間を過ぎると所定の
リニアモータコイル１０５ａに電流を流してステージ１
０１を減速し、ステージ１０１を停止させる。

【０００５】ステージ１０１の位置は不図示のレーザ干
渉計等の高精度位置センサによって計測され、目的位置
との誤差をゼロにするように加減速とは別にリニアモー
タコイル１０５ａに電流を流すようにしており、加減速
中・一定速度期間中とにかかわらず常に高精度な位置制
御や速度制御を行うようになっている。そのため、ステ
ージの加減速時にはリニアモータのコイルから大きな発
熱があり、この熱がステージ構成部材や周辺部材の熱変
形を引き起こしたり、熱による空気の揺らぎによってレ
ーザ干渉計の測定誤差の原因となっていた。

【０００６】そこで、２種類のアクチュエータを用意
し、一方は送りネジなどによる比較的発熱が少なく大推
力を発生させるのに適したアクチュエータとし、他方を
リニアモータなどの高精度な位置決めに適したアクチュ
エータとし、ステージの動作状況に応じて２つのアクチ
ュエータを切り替えて用いることで発熱を抑えるステー
ジ装置が提案されている。

【０００７】図９に２つの駆動機構をステージに対して
並列に配置した場合における従来のステージ装置の概略
図を示す。

【０００８】不図示のべースにガイド１０２が固定さ
れ、ガイド１０２に対して１軸方向に沿って滑動自在に
工作物を載置するステージ１０１が支持されている。ス
テージ１０１の両サイドにはリニアモータ可動子１０４
が固定され、各リニアモータ可動子１０４にはリニアモ
ータ固定子１０５が非接触で対面し、各リニアモータ固
定子１０５は不図示べースに固定されている。

【０００９】リニアモータの方式は図１１のものとほぼ
同様であるが、比較的小出力のものが設けられている。

【００１０】さらに、リニアモータ系１０３と平行して
送りネジ駆動系１１０が設けられる。

【００１１】送りネジ駆動系１１０は、送りネジ１１
１、ナット１１２、モータ１１３、軸受け１１４、軸受
け箱１１５、凹部材１１６から構成される。不図示のべ
ースに固定された軸受け箱１１５・玉軸受け１１４に送
りネジ１１１が回転自在に固定され、送りネジ１１１の
回転により直動するナット１１２が送りネジ１１１に設
けられている。送りネジ１１１の一端には送りネジ１１
１を回転させるモータ１１３が設けられる。また、可動
子１０４には凹部材１１６が固定され、凹部材１１６と
ナット１１２は微小すきまを介して対面するようになっ
ている。

【００１２】上記構成において、まずステージ１０１を
静止させた状態で送りネジ駆動用のモータ１１３に電流
を流してステージ１０１を加速する。送りネジ１１１の
トルクはナット１１２によりガイド方向の推力に変換さ
れ、凹部材１１６を介してステージ１０１を所望の速度
に達するまで加速する。ステージの加速中はナット１１
２と凹部材１１６が接触し、加速に必要な力をステージ
に伝達する。ステージの加速が終了すると、ステージの
位置に応じて所定のリニアモータコイル１０５ａに所定
方向の電流を流してステージ１０１を一定速度に制御す
る。ステージ１０１が定速運動している間、送りネジ駆
動モータ１１３はナット１１２と凹部材１１６を非接触
に保つように制御する。ナットと凹部材とのすきまは、
送りネジ駆動モータによるナットの位置決め精度よりも
広くなるように構成されている。そのため、ステージの
定速運動を制御するリニアモータよりも、送りねじ駆動
系の制御は比較的粗い制御で良い。

【００１３】ステージ１０１の位置は不図示のレーザ干
渉計等の高精度位置センサで計測されている。ナット１
１２と凹部材１１６の相対位置は直接センサで観察して
も良いし、ステージ計測用の干渉計と送りネジ駆動モー
タ１１３のエンコーダの計測値との両者から演算で求め
ても良い。一定速度期間を過ぎると送りネジ駆動用モー
タ１１３に電流を流してステージ１０１を減速し停止さ
せる。ステージの減速中はナットと凹部材が接触し、減
速に必要な力をステージに伝達している。

【００１４】この方式ではステージの加減速を送りネジ
で、一定速度領域のステージの位置制御や速度制御をリ
ニアモータで行うようにしている。リニアモータにより
高精度に位置制御・速度制御されるのは一定速度領域だ
けである。

【００１５】また、図１０に２つの駆動機構をステージ
に対して直列に配置した場合における従来のステージ装
置の概略図を示す。

【００１６】不図示のベースにガイド１０２が固定さ
れ、ガイド１０２に対して１軸方向に沿って滑動自在に
工作物を載置するステージ１０１が支持されている。

【００１７】ステージ系の両サイドには送りネジ駆動系
１１０が設けられる。

【００１８】送りネジ駆動系１１０は、送りネジ１１
１、ナット１１２、モータ１１３、軸受け１１４、軸受
け箱１１５から構成される。

【００１９】不図示のベースに固定された軸受け箱１１
５・玉軸受け１１４に送りネジ１１１が回転自在に固定
され、送りネジ１１１には送りネジの回転により直動す
るナット１１２が設けられている。送りネジ１１１の一
端には送りネジ１１１を回転させるモータ１１３が設け
られる。

【００２０】ステージ１０１への力の伝達は、ナット１
１２とステージ１０１の間に設けられた円筒状ボイスコ
イルアクチュエータで行われる。円筒状ボイスコイルア
クチュエータは、ヨーク部とコイル部と継ぎ手部で構成
される。ヨーク部は、ステージに固定される円筒状ヨー
クと、円筒状ヨークに設けた環状みぞと、環状溝に隣接
して配置され円筒の半径方向に着磁された環状の単極磁
石とが一体になっている。この環状溝には、非接触に環
状のコイルが配置され、コイルはナットに固定されてい
る。コイルに電流を流すと前述のリニアモータ同様にナ
ットとステージの間には電流のみに比例する力が働く。
ナットには凹部とフタで構成される空間があり、この空
間にプッシャが配置されている。プッシャは円筒状ボイ
スコイルアクチュエータのヨークに固定されている。こ
れらの凹部とプッシャとフタと空間により継ぎ手部が構
成されている。

【００２１】力の伝達は２系統あって、一つはプッシャ
が凹部に接触したりフタに接触したりすることで機械的
接触によりナットとステージを一体化し、その結果モー
タからの力をステージに伝達させる。もう一つはプッシ
ャと凹部・フタを非接触の状態にしてコイルに電流を流
し、ボイスコイルモータによって、コイル電流に比例し
た力をステージに伝達させる。

【００２２】上記構成において、まずステージを静止さ
せた状態で送りネジ駆動用のモータに電流を流してステ
ージを加速する。送りネジのトルクはナットによりガイ
ド方向の推力に変換され、ナットの継ぎ手部においてプ
ッシャが接触することで力をステージに伝達し、ステー
ジを所望の速度に達するまで加速する。加速が終了する
と、コイルに所定方向の電流を所定時間流し、ステージ
が一定速度になるように速度制御（もしくは位置制御）
する。この間、送りネジ駆動モータはナットの継ぎ手部
においてプッシャと非接触に保つように制御する。ナッ
トとプッシャとのすきまは、送りネジ駆動モータによる
ナットの位置決め精度よりも広くなるように構成されて
いる。そのため、ステージの定速運動を制御するリニア
モータよりも、送りねじ駆動系の制御は比較的粗い制御
でも良い。

【００２３】ステージの位置は、不図示レーザ干渉計等
の高精度位置センサで計測されている。また、ナットと
プッシャの相対位置は直接センサで観察しても良いし、
ステージ計測用の干渉計と送りネジ駆動モータのエンコ
ーダの計測値との両者から演算で求めても良い。一定速
度期間を過ぎると送りネジ駆動用モータに電流を流して
ステージを減速し停止させる。この方式では加減速を送
りネジで、一定速度領域の位置制御を円筒状ボイスコイ
ルアクチュエータで行うようにしている。円筒状ボイス
コイルアクチュエータにより高精度に位置制御されるの
は一定速度領域だけである。

【００２４】この方式は前述の図９の方式に比べ微動リ
ニアモータのスペースを少なくできることと、微動リニ
アモータのコイル切り替えがないので微動における位置
精度がより向上するという利点がある。

【００２５】次に、図１１に前述のステージ装置のよう
に２つの駆動系を切り替えて用いるステージ装置（例え
ば図９または図１０のステージ装置）における従来の制
御系のブロック図を示す。

【００２６】左側に示す位置パターン発生器から出た位
置指令は、送りネジ１１１にトルクを与えるモータ１１
３の制御を行うのモータ制御系と、リニアモータ（また
はボイスコイルモータ）のコイルへの電流を制御する位
置制御系の両方に入力される。モータ制御系はこの位置
指令とエンコーダ等で計測されるモータ回転量の差分を
ゼロにするようにモータを駆動するいわゆるセミクロー
ズ制御系である。

【００２７】上述のような、加減速中には継ぎ手を接触
させて推力を伝達し、定速中には継ぎ手を非接触に保っ
て推力を伝達しないようにする動作は、図示のように相
対センサとモータ制御系の加算器の間にスイッチを設
け、加速終了信号によりスイッチをＯＮにし、定速終了
信号によりスイッチをＯＦＦにすることで実現される。

【００２８】一方、位置制御系は、上記位置指令と干渉
計で計測されるステージ位置の差分をゼロにするように
制御する。

【００２９】しかし上述のような送りネジによる加速中
は、リニアモータの出す力で位置偏差が補正できていな
いので、下側のリニアモータ位置制御系では、大きな位
置偏差が蓄積されたまま外部から拘束されている状態に
なっており、加速終了時に拘束が急に開放された大きな
位置偏差を一気に補正しようと作用する。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】前述の図９のような加
減速専用の送りネジ駆動系と位置制御専用のリニアモー
タを並列に設けたシステムでは、位置制御用リニアモー
タの出す力では送りネジ系の剛性に勝つことができない
ので、加速中に送りネジ駆動系の位置偏差を位置制御用
リニアモータで補正することができず、加速中に位置誤
差が累積し、位置誤差が大きいままの状態で高分解能ア
クチュエータ（リニアモータ）の位置制御系に切り替え
ると、最悪の場合、非線型領域のハンチングをおこし、
その後に線形領域に入り、線形領域の最大偏差あたりか
ら収束に向かうので、位置誤差が所定範囲に入るまでの
時間が極めて長くなる。

【００３１】この状況を図１２に示す。同図は速度波形
を台形にする場合の例であり、（ａ）は加速度指令、
（ｂ）は速度目標値、（ｃ）は実際のステージの速度と
時間の関係を示している。

【００３２】実際のステージの速度は、加速終了後にハ
ンチングを起こした後減衰振動に入り制定する。この詳
細を図１２（ｅ）（ｆ）に示す。（ｅ）は図１２（ｃ）
の○部を拡大したものを、（ｆ）は制定中における図１
１のリニアモータ位置制御系の電流指令と時間の関係を
示したものである。

【００３３】ナット部の速度はセミクローズド制御によ
りエンコーダ等のマイナーセンサの精度で（ｂ）のよう
に所望の台形になるが、ステージの位置制御系（リニア
モータ）から見ると加速終了時刻において大きな偏差が
蓄積されているため、ステージの速度は、（ｃ）の○部
のようにステージの位置制御系により大きく変動した後
に収束する。加速終了時刻で位置制御系の電流指令を飽
和させるような位置偏差になっている場合、図１２
（ｆ）のように受け渡しの最初では電流指令は矩形とな
り、ステージを等加速度運動させる。その結果、変位の
極性は反対側になるが、この変位に対する電流指令も飽
和領域にあり、今度はステージを反対に等加速度運動さ
せる。このようなハンチングは偏差の減少とともにだん
だん周期が短くなり、やがて線形領域にはいり、その後
ステージは減衰振動して制定する。このように非線型の
ハンチング時間がかかるのに加え、線形領域においても
位置偏差の非常に大きい状態から位置制定が始まるので
制定時間は長くなってしまうという解決すべき課題があ
った。

【００３４】また、図１０のような加減速専用の送りネ
ジ駆動系と位置制御専用のリニアモータを直列に設けた
システムにおいても、位置制御系のアクチュエータ（リ
ニアモータ）の出す力を受ける部分がベースではなく送
りネジ系の一部であるため、位置制御系のアクチュエー
タの出す力が接触部の剛性に勝てないため、加速中に加
減速専用アクチュエータ（送りネジ駆動系）の位置偏差
を位置制御用アクチュエータで補正できなくなるので前
述の場合と同様の課題があった。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明のステージ装置は、同一のステージを駆動す
るための第１および第２の駆動機構と、該第１の駆動機
構を制御するための第１の制御系と、該第２の駆動機構
を制御するための第２の制御系と、該第２の制御系の信
号を増幅して該第２の駆動機構に出力する増幅器と、該
第１の駆動機構によって該ステージを駆動したときに生
じた該ステージの位置または速度の偏差に応じた指令値
を発生する指令値発生器とを備え、該ステージの駆動
は、該第１および第２の駆動機構を切り替えて行い、該
第１の制御系から該第２の制御系に切り替える際に、該
指令値を該増幅器に入力し、これによりステージを駆動
することを特徴とする。

【００３６】また、前記指令値を前記増幅器に入力し、
前記位置または速度の偏差を軽減させた後、前記第２の
制御系により該第２の駆動機構の制御を行うことが望ま
しい。

【００３７】また、前記位置または速度の偏差を求める
計測器を有することが望ましく、前記計測器は、エンコ
ーダまたはレーザ干渉系であることが好ましい。

【００３８】また、前記第１の駆動機構は前記第２の駆
動機構よりも大きな駆動力を発生することが可能であ
り、前記第２の駆動機構は前記第１の駆動機構よりも高
精度な位置決めが可能であることが望ましく、前記第１
の駆動機構は、送りネジを有することが好ましく、前記
第２の駆動機構は、リニアモータを有することが好まし
い。

【００３９】また、本発明の露光装置は、上記いずれか
記載のステージ装置を備えることが望ましく、前記ステ
ージ装置は、パターンが形成されたレチクルを保持する
レチクルステージであることが好ましい。

【００４０】また、本発明のデバイス製造方法は、上記
の露光装置を用意する工程と、レチクルパターンをウエ
ハに転写する工程を有することが望ましく、ウエハにレ
ジストを塗布する工程と、ウエハに露光された部分を現
像する工程とを更に有することが好ましい。

【００４１】また、上記の課題を解決するための本発明
のステージ制御方法は、第１の駆動機構によりステージ
を駆動した後に第２の駆動機構により該ステージを駆動
するため、該第１の駆動機構を制御する制御系から第２
の駆動機構を制御する制御系に切り替える際に、該第１
の駆動機構により該ステージを駆動した時に生じた位置
または速度の偏差に応じた指令値を該第２の駆動機構の
増幅器に入力して、これにより該ステージを駆動した
後、該第２の制御系により該第２の駆動機構を制御する
ことを特徴とする。

【００４２】また、前記指令値を前記第２の駆動機構の
増幅器に入力し、前記位置または速度の偏差を軽減させ
た後、前記第２の制御系による前記ステージの制御を行
うことが望ましい。

【００４３】また、前記第１の駆動機構によって前記ス
テージを駆動した時に発生した位置または速度の偏差を
軽減させるため、該ステージを加速または減速するのに
必要な指令値を算出することが望ましい。

【００４４】

【発明の実施の形態】＜実施形態１＞本発明のステージ
装置の機械的な構成は、図１０のステージ装置のように
２つのアクチュエータをステージに対して直列に設けた
ものと同様な構成とする。

【００４５】図１に本発明の２種類のアクチュエータを
用いたステージ装置の制御ブロック図を示す。前述の従
来の制御系のブロック図と比べると、リニアモータ（第
２の駆動機構）の電流アンプ（増幅器）に対して、位置
制御系（第２の制御系）からの入力と並列に、局部発振
器を有するパターンジェネレータ（指令値発生器）から
の入力が設けられているところが異なる。

【００４６】図中、１は位置指令を出力する位置パター
ン発生器である。位置パターン発生器１から出力された
位置指令は、モータ制御系２（第１の制御系）と位置制
御系３（第２の制御系）の両方に入力される。また、位
置パターン発生器１は、スイッチＡおよびスイッチＣに
定速終了信号を出力し、スイッチＢおよびスイッチＣに
加速終了信号を出力している。

【００４７】モータ制御系２は、位置パターン発生器１
からの位置指令とエンコーダ等で計測されるモータ回転
量の差分をゼロにするようにモータ（第１の駆動機構）
を駆動するセミクローズ制御系である。モータ制御系２
の加算器と継ぎ手のギャップを出力する相対センサとの
間にスイッチＣを設けている。スイッチＣは位置パター
ン発生器１からの加速終了信号により閉じられ（Ｏ
Ｎ）、定速終了信号により開かれる（ＯＦＦ）。このス
イッチＣのＯＮ・ＯＦＦ動作によって、前述のように加
減速中は継ぎ手を接触させて推力を伝達し、定速中は継
ぎ手を非接触に保ってステージの動きに追従する動作を
実現させている。

【００４８】位置制御系３は、位置パターン発生器１か
らの位置指令とレーザ干渉計で計測されるステージ位置
情報との差分に基づき制御演算を所定の制御クロックで
行う。Ｄ／Ａのアナログ値は常に制御演算に基づく電流
指令になっているが、位置制御系３の出力と電流アンプ
（増幅器）との間にはアナログスイッチＡが設けられ、
高精度位置制御（もしくは定速制御）を行うとき以外は
位置制御系の出力を電流アンプ６に入れないようになっ
ている。これは、加速中にリニアモータに最大の力を出
させて周辺部材に負荷をかけたりコイルが発熱するのを
防ぐためと、加速中に電流をゼロにした方が加速終了後
にどちら方向の電流指令が入力されても対応し易いよう
にするためである。

【００４９】位置パターン発生器１からの位置指令とレ
ーザ干渉計で計測されるステージ位置情報との差分は、
スイッチＢを介してパターンジェネレータ４に入力され
る。スイッチＢは、位置パターン発生器１から加速終了
信号がきた時のみ閉じられ（ＯＮ）、その時にモータ制
御系２による加速終了時のステージの位置偏差がパター
ンジェネレータ４（指令値発生器）に入力されるととも
に、パターン発生開始を指令するようになっている。

【００５０】パターンジェネレータ４は、加速終了時の
位置制御系３の位置偏差から、その位置偏差を解消する
だけの加速度（あるいは電流）指令パターンを生成する
ものである。また、指令パターンの生成は、位置制御演
算用の素子とは別の素子で、かつ別のクロックで行うよ
うになっている。これは、電流指令パターンを発生する
時間を出来るだけ短くすることを目的としており、目安
としては少なくとも５ｍｓ以下程度で行う。理由として
は、位置制御系のサンプルタイムは２ｋＨｚからせいぜ
い４ｋＨｚ程度であり、５ｍｓの間には１０から２０個
程度の指令しか出せない。そのため、その間に誤差が生
じてしまい指令パターンによる移動量の精度が悪化する
からである。そこで、局部発振器５を設けてクロックを
数１０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度以上で作動させるこ
とで指令パターンを出力する５ｍｓの間のパターン発生
個数を増やすようにしている。

【００５１】また、パターンジェネレータ４のパターン
生成のためのパラメータを１つにすると、パターンを演
算する必要がなく、高速なパターン生成に適する。本実
施形態の場合では、パターンは偏差量に応じた矩形であ
るので、図２のように正規パターンを内蔵しておき、位
置偏差量をパラメータとして乗算することで指令パター
ンを生成すると良い。

【００５２】パターンジェネレータ４は、通常はスイッ
チＢがＯＦＦになっているため信号が入力されず、Ｄ／
Ａにはゼロ信号を出力をしているが、加速終了信号によ
ってスイッチＢがＯＮになった際は、ステージ位置偏差
のデータがパターンジェネレータ４に入力され、電流指
令パターンを局部発振器のクロックで発生するようにな
っている。

【００５３】ステージの速度波形が台形となるように駆
動する場合について、上記構成によるステージの駆動状
況を説明する。図３は（ａ）は加速度指令、（ｂ）は速
度目標値、（ｃ）は実際のステージの速度と時間の関係
を示している。

【００５４】まず、ステージを静止させた状態から位置
パターン発生器の位置指令に従って送りネジ駆動用のモ
ータに電流を流してステージを加速する（図３（ａ）Ｔ
１〜Ｔ２）。このときスイッチＡ〜Ｃは開いた状態（Ｏ
ＦＦ）になっている。送りネジのトルクはナットにより
ガイド方向の推力に変換され、凹部材を介してステージ
を所望の速度に達するまで加速する。加速中はナットと
凹部材が接触し、加速に必要な力をステージに伝達す
る。このとき、リニアモータの位置制御系３は制御演算
だけは行っておりＤ／Ａに電流指令を出力しているが、
アナログスイッチＡが開いた状態（ＯＦＦ）になってい
るのでリニアモータ電流アンプには駆動指令は入力され
ない。また、パターンジェネレータはゼロを出力してお
り、これが電流指令になっているのでリニアモータコイ
ルの電流はゼロに制御されている。

【００５５】送りネジ駆動系２によるステージの加速が
終了すると、位置パターン発生器１から加速終了信号が
出力され、スイッチＢが位置制御系３の１クロック時間
分だけ閉じられて（ＯＮ）、その時の位置制御系の位置
偏差データと電流指令開始信号がパターンジェネレータ
４に入力される（図３（ａ）Ｔ２付近）。パターンジェ
ネレータ４は入力された位置偏差信号に基づき、５ｍｓ
程度以下の短時間に数１０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度
以上のクロックで電流指令を発生する。この電流指令は
リニアモータアンプ６に入力され、リニアモータコイル
に電流を流し、送りネジ駆動系の加速終了時の位置偏差
分を解消するための駆動を行う。

【００５６】本実施形態では、ステージの位置偏差量に
応じて矩形の電流指令を発生するようになっているの
で、速度波形は３角波になる。この時のステージ速度と
時間の状況は図３（ｃ）のＡ領域に示されている。つま
りステージは送りネジ駆動系による加速終了後、３角波
駆動される。このときも、リニアモータの位置制御系は
制御演算だけは行っており、Ｄ／Ａに電流指令を出力し
ているが、アナログスイッチＡが開いた（ＯＦＦ）状態
になっているので、リニアモータの電流には反映されな
い。

【００５７】また、位置パターン発生器からの加速終了
信号は、モータ制御系の加算器と継ぎ手のギャップを出
力する相対センサとの間に設けられたスイッチＣを閉じ
る。この結果、送りネジ駆動系は、相対センサ信号で制
御されるモードとなり、ナットは送りネジ駆動モータに
よってステージの動きに追従する。そのため、ナットと
凹部材との間は、送りネジ駆動モータによるステージの
加速終了後は非接触に保たれている。

【００５８】パターンジェネレータが電流指令を出力し
終わると、パターンジェネレータはパターン終了信号を
発生して位置制御系の積分演算部の積分値をリセットす
るとともにアナログスイッチＡを閉じる（ＯＮ）。する
と、パターンジェネレータによって小さくなったステー
ジの位置偏差を初期値として、位置制御系によるリニア
モータの制御が開始される。この時のステージ速度と時
間の状況は図３（ｃ）のＢの領域に示されている。つま
り、ステージは送りネジ駆動系による加速終了後、３角
波駆動された後なので、ステージの位置偏差は少なく、
短い時間で制定する。

【００５９】このときも送りネジ制御系は相対センサ信
号による制御モードであり、送りネジ駆動モータにより
ナットと凹部材が非接触に保たれている。

【００６０】一定速度期間（高精度位置制御期間、図３
（ａ）Ｔ２〜Ｔ３）を過ぎると、位置パターン発生器か
ら定速度終了信号が出力され、アナログスイッチＡを開
く（ＯＦＦ）。すると、位置制御系の電流指令はリニア
モータ電流アンプに入力されず、コイル電流はゼロに制
御される。

【００６１】また、定速度終了信号は同時にスイッチＣ
を開き（ＯＦＦ）、送りネジ駆動系を相対センサ信号で
制御するモードから、位置パターン発生器で制御するモ
ードに切り替える。

【００６２】この結果、ステージは再び送りネジのナッ
トにより制御されるようになり、減速して停止する（図
３（ａ）Ｔ３〜Ｔ４）。

【００６３】本実施形態では、モータ制御系から位置制
御系に切り替える際に、送りネジ駆動系によってステー
ジを加速したときに発生した位置偏差を解消するため、
パターンジェネレータからステージ位置偏差に応じた指
令信号をリニアモータコイルに出力することで、加速動
作後の高精度位置制御開始時（定速制御）の初期偏差を
小さくして制定時間を短くすることが可能である。

【００６４】また、本実施形態では２つのアクチュエー
タをステージに対して直列に設けているが、２つのアク
チュエータの配置は直列に限るものではなく、２つのア
クチュエータをステージの移動状況に応じて切り替える
ようなステージ装置であれば、本発明のステージの制御
方法は広く適用できる。例えば、図９のように２つのア
クチュエータをステージに対して並列に設けたものでも
良い。

【００６５】また、２つのアクチュエータをステージの
移動状況に応じて切り替えるようなステージ装置であれ
ば、本発明のステージの制御方法は広く適用できるた
め、本実施形態のように１軸方向に駆動するステージに
限らず、２次元方向に移動可能なステージ装置であって
も良い。

【００６６】また、本実施形態のように２つのアクチュ
エータとして送りネジ駆動系とリニアモータを用いた場
合、制御系を切り替える際のパターンジェネレータから
の指令信号がステージを後退させる方向であったとき
に、送りネジとリニアモータが干渉してしまう可能性が
ある。そこで、図４に示すように加速減速をやや大きな
値にして短時間で一定速度に到達するようにする。一
方、位置パターン発生器は同じ指令を出すようにすれば
加速終了時点で必ず位置偏差はステージを前進させる方
向にすることができるので、不具合が解消され、相対セ
ンサによる送りネジ系の駆動が楽にできる。

【００６７】また、パターンジェネレータからの指令パ
ターンの波形は矩形に限定されるものではない。高次の
曲線にして加速後の移動を滑らかにすることもでき、ま
た、送りネジ駆動系の速度波形が台形以外でも本発明は
成立する。

【００６８】また、パターンジェネレータは必ずしも前
述の通り正規パターンを内蔵しておいて位置偏差量をパ
ラメータとして乗算するものとは限らない。例えば、加
速終了時の速度偏差と位置偏差の両方を取込み、両者を
解消するための加速パターンを算出して指令パターンを
出力するようにしても良い。この場合、出力される加速
パターンの１階積分が加速終了時の速度偏差に等しく、
出力される加速パターンの２階積分が加速終了時の位置
偏差に等しくなっていれば良い。また、速度偏差は時系
列で２つの連続した位置偏差から求めても良い。この場
合、位置制御系のクロックにおける１サンプル前の位置
偏差を格納するバッファを設けておいて加速終了信号の
タイミングで現時点の位置偏差と上記バッファに格納さ
れた位置偏差を取込むようにするのが良い。

【００６９】＜実施形態２＞次に前述した実施形態のス
テージ装置をレチクルステージとして搭載した走査型露
光装置の実施形態を、図５を用いて説明する。

【００７０】鏡筒定盤９６は床または基盤９１からダン
パ９８を介して支持されている。また鏡筒定盤９６は、
レチクル定盤９４を支持すると共に、レチクルステージ
９５とウエハステージ９３の間に位置する投影光学系９
７を支持している。

【００７１】ウエハステージは、床または基盤から支持
されたステージ定盤上に支持され、ウエハを載置して位
置決めを行う。また、レチクルステージは、鏡筒定盤に
支持されたレチクルステージ定盤上に支持され、回路パ
ターンが形成されたレチクルを搭載して移動可能であ
る。レチクルステージ９５上に搭載されたレチクルをウ
エハステージ９３上のウエハを露光する露光光は、照明
光学系９９から発生される。

【００７２】なお、ウエハステージ９３は、レチクルス
テージ９５と同期して走査される。レチクルステージ９
５とウエハステージ９３の走査中、両者の位置はそれぞ
れ干渉計によって継続的に検出され、レチクルステージ
９５とウエハステージ９３の駆動部にそれぞれフィード
バックされる。これによって、両者の走査開始位置を正
確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高
精度で制御することができる。

【００７３】本実施形態では、前述の実施形態の高速項
精度なステージ装置をレチクルステージとして用いてい
るため、スキャン露光開始前の速やかな加速が可能とな
り、高速・高精度な露光が可能となる。

【００７４】また、本実施形態では、前述のステージ装
置をレチクルステージとして用いているが、これに限る
ものではなく、ウエハステージに採用しても良い。ウエ
ハステージの場合、ステージが２次元方向に移動可能で
ある必要があるが、この場合でも、前述したステージの
制御方法の本質が変わるものではない。

【００７５】＜実施形態３＞次に上記説明した露光装置
を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明す
る。図６は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チ
ップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを
示す。ステップ１１（回路設計）では半導体デバイスの
回路設計を行なう。ステップ１２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステ
ップ１３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いて
ウエハを製造する。ステップ１４（ウエハプロセス）は
前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用い
て、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を
形成する。ステップ１５（組み立て）は後工程と呼ば
れ、ステップ１４によって作製されたウエハを用いて半
導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイ
シング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ
封入）等の工程を含む。ステップ１６（検査）ではステ
ップ１５で作製された半導体デバイスの動作確認テス
ト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経
て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ１
７）される。

【００７６】図７は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ２１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ２２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ２３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ２４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ２５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ２６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
２７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ
２８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ２９（レジスト剥離）ではエッチ
ングが済んで不要となったレジストを取り除く。これら
のステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に
多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法
を用いれば、従来の製造方法と比べて生産性を高く半導
体デバイスを製造することができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明の請求項１記載のステージ装置に
よれば、第１の駆動機構によってステージが駆動した
後、第１の制御系から第２の制御系に切り替える際に、
ステージ位置偏差に対応した指令値を指令値発生手段に
よって発生させて第２の駆動機構の増幅器に入力するこ
とができる。

【００７８】また、本発明の請求項２記載のステージ装
置によれば、指令値によってステージの偏差を軽減させ
た後、第２の制御系に切り替わって他方の駆動機構の制
御を行うため、第２の制御系による制御開始時の初期偏
差を小さくでき、制御系を切り替えた後のステージ制御
の制定を短時間で行うことができる。

【００７９】また、請求項５記載のステージ装置によれ
ば、指令値を高速に生成することができる。

【００８０】また、請求項６記載のステージ装置によれ
ば、加減速時などの大きな駆動力が必要なときは第１の
駆動機構でステージの駆動を行い、ステージの定速動作
時などの高精度な位置決めが必要なときは第２の駆動機
構でステージの駆動を行い、それぞれの駆動動作の切り
替えを速やかに行うことができる。

【００８１】また、本発明の請求項９記載の露光装置に
よれば、レチクルの加減速と定速の切り替えを高速に行
うことができるため、スループットの高い露光装置を提
供することができる。

【００８２】本発明の請求項１４記載のステージ制御方
法によれば、第１の駆動機構によってステージが駆動し
た後、第１の制御系から第２の制御系に切り替える際
に、ステージ位置偏差に対応した指令値を指令値発生手
段によって発生させて第２の駆動機構の増幅器に入力す
ることができる。

【００８３】また、請求項１５記載のステージ制御方法
によれば、第１の駆動機構によってステージを加速した
後、指令値によってステージの加速終了時の偏差を軽減
させてから第２の駆動機構に切り替えるため、第２の駆
動機構に切り替わったときの初期偏差を小さくすること
ができ、ステージ制御の制定を短時間で行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のステージ装置の制御ブロック図

【図２】第１実施形態のパターンジェネレータの詳細図

【図３】第１実施形態のステージ装置の過渡波形を示す
図

【図４】第１実施形態の変形例のステージ装置の過渡波
形を示す図

【図５】第２実施形態の露光装置の概略図

【図６】第３実施形態のウエハプロセスのフロー図

【図７】第３実施形態のデバイス製造フロー図

【図８】従来のステージ装置の概略図

【図９】従来の２つのアクチュエータを並列に設けたス
テージ装置の概略図

【図１０】従来の２つのアクチュエータを直列に設けた
ステージ装置の概略図

【図１１】従来の２つのアクチュエータを設けたステー
ジ装置の制御ブロック図

【図１２】従来のステージ装置の過渡波形を示す図

【符号の説明】

１位置パターン発生器２モータ制御系３位置制御系４パターンジェネレータ５局部発振器６リニアモータアンプ９１床・基盤９２ステージ定盤９３ウエハステージ９４レチクル定盤９５レチクルステージ９６鏡筒定盤９７投影光学系９８ダンパ９９照明光学系１０１ステージ１０２ガイド１０３リニアモータ１０４可動子１０４ａ磁石１０４ｂヨーク１０５固定子１０５ａコイル１０５ｂ固定子枠１１０送りねじ駆動系１１１送りネジ１１２ナット１１３モータ１１４軸受け１１５軸受け箱１１６凹部材１２０円筒状ボイスコイルモータ１２１ヨーク部１２２コイル部１２３継ぎ手部１２５円筒状ヨーク１２６環状みぞ１２７磁石１２８凹部１２９フタ１３０プッシャ１４１位置パターン発生器１４２モータ制御系１４３位置制御系１４４相対センサ１４５スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｇ５１６Ｂ５１８Ｆターム(参考） 5F031 CA02 CA07 JA02 JA22 LA08 LA12 MA24 MA26 MA27 5F046 BA04 BA05 CC01 CC02 CC03 CC16 CC18 DA06 DA07 DA08 5H303 AA06 BB01 BB07 BB11 BB17 CC05 DD04 DD25 EE03 EE07 GG20 HH01 HH07 JJ01 KK01 KK16 KK17 KK37 LL02 MM05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一のステージを駆動するための第１お
よび第２の駆動機構と、該第１の駆動機構を制御するた
めの第１の制御系と、該第２の駆動機構を制御するため
の第２の制御系と、該第２の制御系の信号を増幅して該
第２の駆動機構に出力する増幅器と、該第１の駆動機構
によって該ステージを駆動したときに生じた該ステージ
の位置または速度の偏差に応じた指令値を発生する指令
値発生器とを備え、該ステージの駆動は、該第１および第２の駆動機構を切
り替えて行い、該第１の制御系から該第２の制御系に切り替える際に、
該指令値を該増幅器に入力し、これによりステージを駆
動することを特徴とするステージ装置。
【請求項２】前記指令値を前記第２の駆動機構の増幅
器に入力し、前記位置または速度の偏差を軽減させた
後、前記第２の制御系により該第２の駆動機構の制御を
行うことを特徴とする請求項１記載のステージ装置。
【請求項３】前記位置または速度の偏差を求める計測
器を有することを特徴とする請求項１または２記載のス
テージ装置。
【請求項４】前記計測器は、エンコーダまたはレーザ
干渉系であることを特徴とする請求項３記載のステージ
装置。
【請求項５】前記指令値発生器は、基準パターンに前
記位置または速度の偏差を乗算する乗算器を有すること
を特徴とする請求項１〜４いずれか記載のステージ装
置。
【請求項６】前記第１の駆動機構は前記第２の駆動機
構よりも大きな駆動力を発生することが可能であり、前
記第２の駆動機構は前記第１の駆動機構よりも高精度な
位置決めが可能であることを特徴とする請求項１〜５い
ずれか記載のステージ装置。
【請求項７】前記第１の駆動機構は、送りネジを有す
ることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のステー
ジ装置。
【請求項８】前記第２の駆動機構は、リニアモータを
有することを特徴とする請求項１〜７いずれか記載のス
テージ装置。
【請求項９】請求項１〜８いずれか記載のステージ装
置を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】前記ステージ装置は、パターンが形成
されたレチクルを保持するレチクルステージであること
を特徴とする請求項９記載の露光装置。
【請求項１１】レチクルを保持して投影光学系に対し
て走査移動させるレチクルステージと、ウエハを保持し
て該投影光学系に対して該レチクルステージとともに走
査移動させるウエハステージとを有し、走査露光によっ
てレチクルのパターンをウエハに転写することを特徴と
する請求項１０記載の露光装置。
【請求項１２】請求項９〜１１いずれか記載の露光装
置を用意する工程と、レチクルパターンをウエハに転写
する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１３】ウエハにレジストを塗布する工程と、
ウエハに露光された部分を現像する工程とを更に有する
ことを特徴とする請求項１２記載のデバイス製造方法。
【請求項１４】第１の駆動機構によりステージを駆動
した後に第２の駆動機構により該ステージを駆動するた
め、該第１の駆動機構を制御する制御系から第２の駆動
機構を制御する制御系に切り替える際に、該第１の駆動機構により該ステージを駆動した時に生じ
た位置または速度の偏差に応じた指令値を該第２の駆動
機構の増幅器に入力して、これにより該ステージを駆動
した後、該第２の制御系により該第２の駆動機構を制御
することを特徴とするステージ制御方法。
【請求項１５】前記指令値を前記第２の駆動機構の増
幅器に入力し、前記位置または速度の偏差を軽減させた
後、前記第２の制御系による前記ステージの制御を行う
ことを特徴とする請求項１４記載のステージ制御方法。
【請求項１６】前記第１の駆動機構によって前記ステ
ージを駆動した時に発生した位置または速度の偏差を軽
減させるため、該ステージを加速または減速するのに必
要な指令値を算出することを特徴とする請求項１４また
は１５記載のステージ制御方法。