JP2003264134A - ステージ制御装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のステージを同期移動させるときに、外
乱の影響や一方のステージ動特性の変化に起因して生ず
る同期誤差を迅速且つ高精度に解消することで同期精度
を高める。 【解決手段】 基準信号ＲＳ１と帰還信号ＦＳ１とに基
づいてウエハステージユニットＷＳを制御する閉ループ
と、基準信号ＲＳ１に対して演算を施し、ウエハステー
ジユニットＷＳとレチクルステージユニットＲＳとの動
的特性の差に起因する同期誤差を補償する補償基準信号
ＲＳ３を出力する同期制御補償器５５と、補償基準信号
ＲＳ３と帰還信号ＦＳ２とに基づいてレチクルステージ
ユニットＲＳを制御する閉ループとを備える。また、２
つの閉ループの間に、外乱により生ずるウエハステージ
ユニットＷＳとレチクルステージユニットＲＳとの同期
誤差を補償する同期制御補償器６１を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置及び露光
装置で用いられるマスク（レチクル）、ウエハ等の移動
対象物を載置した状態で移動可能に構成されたステージ
の動作を制御するステージ制御装置、並びにデバイス製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ、半導体デバイス、撮
像装置（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバ
イスの製造工程におけるフォトリソグラフィ工程では、
投影光学系を介して、レチクルに形成された回路パター
ンの像を表面にフォトレジストが塗布されたウエハ、ガ
ラスプレート等の感光基板に投影する露光装置が用いら
れている。この露光装置の一つとしてとして、レチクル
のパターンをウエハの各ショット領域に一括して縮小投
影するようにしたステップ・アンド・リピート方式の露
光装置（ステッパー）が知られている。ステッパーでは
１つのショット領域の露光が終了すると、ウエハを移動
して次のショット領域の露光が行われ、これが順次繰り
返される。

【０００３】また、レチクルパターンの露光範囲を拡大
するために、照明光学系からの露光光をスリット状に制
限し、このスリット光を用いてレチクルパターンの一部
をウエハ上に縮小投影した状態で、レチクルとウエハと
を投影光学系に対して同期走査するようにしたステップ
・アンド・スキャン方式の露光装置も用いられている。

【０００４】一般的に露光装置においては、レチクル及
びウエハ（又は基板）を高精度に位置決めし、あるい
は、レチクル及び／又はウエハを一定速度で高精度に走
査するために、ステージ装置が用いられる。この種のス
テージ装置においては、ステージを高速且つ非接触で駆
動するための駆動機構として例えばリニアモータが用い
られる。リニアモータは固定子及び移動子を備えてお
り、固定子及び移動子の一方がコイルを含むときは、他
方は磁石等の発磁体を含む。

【０００５】走査型露光装置の一形態として、ウエハを
保持するウエハステージと、レチクルを保持するレチク
ル微動ステージ及びレチクル粗動ステージとを備えたも
のがある。各ステージにおいては、例えばＰＩＤタイプ
のステージ制御装置により露光のための位置決めとスキ
ャン動作とが行われる。特に、レチクル粗動ステージは
高速移動するので、大きな推力を得るためのリニアモー
タ及び駆動アンプが必要とされる。

【０００６】図４は、走査露光装置に設けられる従来の
ステージ制御装置の構成例を示すブロック図である。こ
こでは、ウエハステージ及びレチクルステージの各々に
は、アンプモデルとリニアモータ等の駆動機構とが含ま
れているものとする。また、各ステージに関して、ＰＩ
Ｄタイプコントローラを用いた負帰還回路が形成されて
いる。図４において、ウエハステージ１０３に関して
は、演算部１０１、ウエハコントローラ１０２、ウエハ
ステージ１０３、及びレーザ干渉計１０４から負帰還回
路が形成されており、レチクルステージ１０８に関して
は、演算部１０６、レチクルコントローラ１０７、レチ
クルステージ１０８、及びレーザ干渉計１０９から負帰
還回路が形成されている。尚、上述のよう走査型露光装
置にはレチクルを保持するレチクル微動ステージとレチ
クル粗動ステージとを備えるが、図４においては説明を
簡単にするためにこれらをまとめてレチクルステージ１
０８としている。

【０００７】目標位置発生器１００はウエハステージ１
０３の目標位置を示す目標位置信号を出力する。演算部
１０１は目標位置発生器１００から出力される目標位置
信号とレーザ干渉計１０４から出力される帰還信号との
偏差を求めて偏差信号として出力する。ウエハコントロ
ーラ１０２は、演算部１０１から出力される偏差信号に
基づいて、ウエハステージ１０３に与える推力を示す制
御信号を出力する。この制御信号は図示しないアンプで
増幅されてウエハステージ１０３の各駆動機構に供給さ
れる。レーザ干渉計１０４はウエハステージ１０３の位
置を計測し、その計測結果を帰還信号として出力する。

【０００８】また、レーザ干渉計１０４から出力される
帰還信号は、変換回路１０５に入力されてレチクルステ
ージ１０８の目標位置を示す目標位置信号に変換され
る。図４に示した例では、不図示の投影光学系の投影倍
率が１／４に設定されているため、変換回路１０５はレ
ーザ干渉計１０４からの帰還信号を４倍する回路に設定
される。つまり、投影光学系の投影倍率が１／４のとき
に、ウエハステージ１０３とレチクルステージ１０８と
を同期させて移動させるためには、レチクルステージ１
０８の移動量をウエハステージ４３の移動量の４倍にす
る必要があるため変換回路１０５はレーザ干渉計１０４
からの帰還信号を４倍する回路に設定される。

【０００９】変換回路１０５からの目標位置信号は演算
部１０６に入力される。演算部１０６は、変換回路１０
５からの目標位置信号とレーザ干渉計１０９からの帰還
信号との偏差を求めて偏差信号として出力する。レチク
ルコントローラ１０７は、演算部１０６から出力される
偏差信号に基づいてレチクルステージ１０８に与える推
力を示す制御信号を出力する。この制御信号はアンプで
増幅されてレチクルステージ１０８の各駆動機構に供給
される。レーザ干渉計１０９はレチクルステージ１０９
の位置を計測し、その計測結果を帰還信号として出力す
る。以上の構成のステージ制御装置は、目標位置発生器
１００から出力される目標位置信号に基づいて、ウエハ
コントローラ１０２がウエハステージ１０３の動作を制
御し、レチクルコントローラ１０７がウエハステージ１
０３に関する帰還回路の帰還信号を変換した信号（目標
位置信号）に基づいて、レチクルステージ１０９の動作
を制御しているため、所謂マスター・スレーブの制御系
を構成している。

【００１０】ウエハステージ１０３及びレチクルステー
ジ１０８は、それぞれ入力される制御信号に追従して加
速した後、一定の速度で互いに逆方法（不図示の投影光
学系がウエハ上にレチクルのパターンの倒立像を投影す
る場合）に同期して移動する。この状態で照明光をレチ
クル上に照射してウエハ上に設定された１つのショット
に対してレチクルに形成されたパターンの一部をウエハ
上に投影しつつレチクルステージ１０８とウエハステー
ジ１０３とを同期移動させることにより、そのショット
領域に順次レチクルのパターンが転写される。以上の動
作を他のショット領域に対して順次繰り返し行って、ウ
エハ全面にレチクルのパターンを転写する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した露
光装置、特に走査型露光装置においては、レチクルとウ
エハとを同期移動させつつ、レチクルに形成されている
パターンを逐次ウエハ上に転写しているため、レチクル
のパターンを正確にウエハに転写するためには、レチク
ルとウエハとの同期誤差を極力小さくする必要がある。
しかしながら、図４に示すマスター・スレーブの制御系
を構成するステージ制御装置を用いてウエハステージ及
びレチクルステージを制御する場合には、ウエハステー
ジに対する振動等の外乱やウエハステージの動特性の経
時的な変化がウエハステージの位置誤差を生じさせる。
このウエハステージの位置誤差はレチクルステージの目
標位置信号に重畳されるため、ウエハステージとレチク
ルステージとの同期誤差を生じさせる。また、この同期
誤差が生じたときに、同期誤差を解消する制御を行おう
とすると誤差が解消されるまでの時間が長くなるという
問題があった。

【００１２】また、レチクルステージを目標位置に迅速
に追従させるために、図４に示した構成にフィードフォ
ワード制御を行う構成を加えたステージ制御装置を用い
ることが多い。このフィードフォワード制御を行う構成
とは、例えば変換回路１０５から出力される目標位置信
号を微分（又は差分）して速度信号と加速度信号を求め
てレチクルコントローラ１０７から出力される制御信号
と加算する構成である。しかしながら、ウエハステージ
１０３に関して設けられたレーザ干渉計１０４から出力
される帰還信号がレチクルステージ１０８（レチクル微
動ステージ）の目標位置信号となるため、目標位置信号
を微分（又は差分）して速度及び加速度を得てレチクル
ステージ１０８に対してフィードフォワード制御する
と、目標位置信号に重畳されている振動等の外乱やウエ
ハステージの動特性の経時的な変化によるウエハステー
ジの位置誤差の影響が顕著に現れてしまい、同期精度を
さらに悪化させる原因になるという問題があった。

【００１３】さらに、ウエハステージとレチクルステー
ジとが同期するまでの速度は、レチクル微動ステージの
動特性に依存する。つまり、レチクル微動ステージの応
答性が良いほどウエハステージとレチクルステージとが
短時間で同期する。しかしながら、レチクル微動ステー
ジの動特性を向上させようとすると、レチクル微動ステ
ージの基本動作周波数（サンプリングレート）、周波数
応答特性、外乱を抑圧するための特性について極めて高
い性能が要求され、設計・開発に時間及びコストが必要
になるという問題もある。

【００１４】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、複数のステージを同期移動さ
せるときに、外乱の影響や一方のステージ動特性の変化
に起因して生ずる同期誤差を迅速且つ高精度に解消する
ことで同期精度を高めることができるステージ制御装置
及び露光装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】以下、この項に示す例で
は、理解の容易化のため、本発明の各構成要件に実施形
態の図に示す代表的な参照符号を付して説明するが、本
発明の構成又は各構成要件は、これら参照符号によって
拘束されるものに限定されない。

【００１６】１．本発明の第１の観点によると、移動可
能に支持されたステージ（ＷＳ）を他のステージ（ＲＣ
Ｓ、ＲＦＳ、ＲＳ）の移動に同期して移動するように制
御するステージ制御装置（３３）において、目標位置に
応じた基準信号（ＲＳ１）を発生する目標位置発生部
（５０）と、前記目標位置発生部（５０）から出力され
る基準信号（ＲＳ１）と前記ステージ（ＷＳ）の位置を
表す第１帰還信号（ＦＳ１）とに基づいて前記ステージ
（ＷＳ）の推力に関する第１制御信号（ＣＳ１）を出力
する第１制御部（５１、５２）と、前記基準信号（ＲＳ
１）に対して演算を施し、前記ステージ（ＷＳ）と前記
他のステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）との動的特性の
差に起因する同期誤差を補償する補償基準信号（ＲＳ
３）を出力する同期制御補償部（５４、５５）と、前記
同期制御補償部（５４、５５）から出力される補償基準
信号（ＲＳ３）と前記他のステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、
ＲＳ）の位置を表す第２帰還信号（ＦＳ２）とに基づい
て前記他のステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の推力に
関する第２制御信号（ＣＳ２）を出力する第２制御部
（５６、５７）とを備えたステージ制御装置が提供され
る。

【００１７】目標位置発生部から出力される目標位置に
応じた基準信号に基づいてステージが駆動され、該ステ
ージと他のステージとの動的特性の差に起因する同期誤
差を補償する補償基準信号に基づいて他のステージが駆
動されるため、一方のステージの動特性の変化に起因し
て生ずる同期誤差を迅速且つ高精度に解消することがで
き、その結果として同期精度を高めることができる。

【００１８】本発明の第１の観点に係るステージ制御装
置において、前記第１制御信号（ＣＳ１）と、前記第１
帰還信号（ＦＳ１）に対して前記ステージ（ＷＳ）の応
答特性を考慮した所定の演算を行って得られる信号（Ｃ
Ｓ３）とに基づいて、前記ステージ（ＷＳ）に対する外
乱の影響を示す誤差信号（ＤＳ２）を算出する算出部
（５９、６０）と、前記算出部（５９、６０）で算出さ
れた誤差信号（ＤＳ２）に基づいて、前記外乱の影響に
起因する同期誤差を補償する補償信号（ＰＳ１）を出力
する補償部（６１）と、前記第２制御信号（ＣＳ２）と
前記補償信号（ＰＳ１）とを加算して、前記他のステー
ジ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の推力に関する制御信号
（ＣＳ２０）とする加算部（５８）とをさらに備えるこ
とができる。

【００１９】これにより、一方のステージの動特性の変
化に起因して生ずる同期誤差を迅速且つ高精度に解消す
ることができる上に、第１制御信号と第１帰還信号とか
らステージに加わる外乱の影響を示す誤差信号を求め、
この誤差信号に基づいてステージに加わる外乱の影響に
起因するステージと他のステージとの同期誤差をフィー
ドフォワード制御により補償しているため、複数のステ
ージを同期移動させるときに、外乱の影響に起因して生
ずる同期誤差を迅速且つ高精度に解消することができ、
その結果として同期精度を高めることができる。

【００２０】この場合において、前記同期制御補償部
（５４、５５）及び前記補償部（６１）が、前記ステー
ジ（ＷＳ）の運転中に前記同期誤差を補償するためのパ
ラメータを自動学習によって取得するようにできる。ま
た、前記他のステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）をパタ
ーンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するように構成
し、前記ステージ（ＷＳ）を前記マスク（Ｒ）のパター
ンの像が転写される基板（Ｗ）を保持するように構成す
ることができる。

【００２１】２．本発明の第２の観点によると、移動可
能に支持されたステージ（ＷＳ）を他のステージ（ＲＣ
Ｓ、ＲＦＳ、ＲＳ）の移動に同期して移動するように制
御するステージ制御装置（３３）において、目標位置に
応じた基準信号（ＲＳ１）を発生する目標位置発生部
（５０）と、前記目標位置発生部（５０）から出力され
る基準信号（ＲＳ１）と前記ステージ（ＷＳ）の位置を
表す第１帰還信号（ＦＳ１）とに基づいて前記ステージ
（ＷＳ）の推力に関する第１制御信号（ＣＳ１）を出力
する第１制御部（５１、５２）と、前記基準信号（ＲＳ
１）と前記他のステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の位
置を表す第２帰還信号（ＦＳ２）とに基づいて前記他の
ステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の推力に関する第２
制御信号（ＣＳ２）を出力する第２制御部（５６、５
７）と、前記第１制御信号（ＣＳ１）と、前記第１帰還
信号（ＦＳ１）に対して前記ステージ（ＷＳ）の応答特
性を考慮した所定の演算を行って得られる信号（ＣＳ
３）とに基づいて、前記ステージ（ＷＳ）に対する外乱
の影響を示す誤差信号（ＤＳ２）を算出する算出部（５
９、６０）と、前記算出部（５９、６０）で算出された
誤差信号（ＤＳ２）に基づいて、前記外乱の影響に起因
する同期誤差を補償する補償信号（ＰＳ１）を出力する
補償部（６１）と、前記第２制御信号（ＣＳ２）と前記
補償信号（ＰＳ１）とを加算して、前記他のステージ
（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の推力に関する制御信号（Ｃ
Ｓ２０）とする加算部（５８）とを備えたステージ制御
装置が提供される。

【００２２】第１制御信号と第１帰還信号とからステー
ジに加わる外乱の影響を示す誤差信号を求め、この誤差
信号に基づいてステージに加わる外乱の影響に起因する
ステージと他のステージとの同期誤差をフィードフォワ
ード制御により補償しているため、複数のステージを同
期移動させるときに、外乱の影響に起因して生ずる同期
誤差を迅速且つ高精度に解消することができ、その結果
として同期精度を高めることができる。

【００２３】本発明の第２の観点に係るステージ制御装
置において、前記基準信号（ＲＳ１）に対して演算を施
し、前記ステージ（ＷＳ）と前記他のステージ（ＲＣ
Ｓ、ＲＦＳ、ＲＳ）との動的特性の差に起因する同期誤
差を補償する補償基準信号（ＲＳ３）を出力する同期制
御補償部（５４、５５）をさらに備え、前記第２制御部
（５６、５７）に、前記同期制御補償部（５４、５５）
から出力される補償基準信号（ＲＳ３）を前記基準信号
（ＲＳ１）として入力するようにできる。

【００２４】これにより、外乱の影響に起因して生ずる
同期誤差を迅速且つ高精度に解消することができる上
に、目標位置発生部から出力される目標位置に応じた基
準信号に基づいてステージが駆動され、このステージと
は個別に、ステージと他のステージとの動的特性の差に
起因する同期誤差を補償する補償基準信号に基づいて他
のステージが駆動されるため、一方のステージ動特性の
変化に起因して生ずる同期誤差を迅速且つ高精度に解消
することができ、その結果として同期精度を高めること
ができる。

【００２５】この場合において、前記同期制御補償部
（５４、５５）及び前記補償部（６１）が、前記ステー
ジ（ＷＳ）の運転中に前記同期誤差を補償するためのパ
ラメータを自動学習によって取得するようにできる。ま
た、前記他のステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）をパタ
ーンが形成されたマスク（Ｒ）を保持するように構成
し、前記ステージ（ＷＳ）を前記マスク（Ｒ）のパター
ンの像が転写される基板（Ｗ）を保持するように構成す
ることができる。

【００２６】３．本発明の第３の観点によると、パター
ンが形成されたマスク（Ｒ）を保持して移動するマスク
ステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）と、前記マスク
（Ｒ）のパターンの像が転写される基板（Ｗ）を保持し
て移動する基板ステージ（ＷＳ）と、前記基板ステージ
（ＷＳ）及び前記マスクステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、Ｒ
Ｓ）が同期移動するように制御するステージ制御装置
（３３）とを備えた露光装置において、前記ステージ制
御装置（３３）が、目標位置に応じた基準信号（ＲＳ
１）を発生する目標位置発生部（５０）と、前記目標位
置発生部（５０）から出力される基準信号（ＲＳ１）と
前記基板ステージ（ＷＳ）の位置を表す第１帰還信号
（ＦＳ１）とに基づいて前記基板ステージ（ＷＳ）の推
力に関する第１制御信号（ＣＳ１）を出力する第１制御
部（５１、５２）と、前記基準信号（ＲＳ１）に対して
演算を施して、前記基板ステージ（ＷＳ）と前記マスク
ステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）との動的特性の差に
起因する同期誤差を補償する補償基準信号（ＲＳ３）を
出力する同期制御補償部（５４、５５）と、前記同期制
御補償部（５４、５５）から出力される補償基準信号
（ＲＳ３）と前記マスクステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、Ｒ
Ｓ）の位置を表す第２帰還信号（ＦＳ２）とに基づいて
前記マスクステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の推力に
関する第２制御信号（ＣＳ２）を出力する第２制御部
（５６、５７）とを有する露光装置が提供される。

【００２７】本発明の第３の観点に係る露光装置におい
て、前記ステージ制御装置（３３）が、前記第１制御信
号（ＣＳ１）と、前記第１帰還信号（ＦＳ１）に対して
前記基板ステージ（ＷＳ）の応答特性を考慮した所定の
演算を行って得られる信号（ＣＳ３）とに基づいて、前
記ステージに対する外乱の影響を示す誤差信号（ＤＳ
２）を算出する算出部（５９、６０）と、前記算出部
（５９、６０）で算出された誤差信号（ＤＳ２）に基づ
いて、前記外乱の影響に起因する同期誤差を補償する補
償信号（ＰＳ１）を出力する補償部（６１）と、前記第
２制御信号（ＣＳ２）と前記補償信号（ＰＳ１）とを加
算して、前記他のステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の
推力に関する制御信号（ＣＳ２０）とする加算部（５
８）とをさらに有することができる。

【００２８】４．本発明の第４の観点によると、パター
ンが形成されたマスク（Ｒ）を保持して移動するマスク
ステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）と、前記マスク
（Ｒ）のパターンの像が転写される基板（Ｗ）を保持し
て移動する基板ステージ（ＷＳ）と、前記基板ステージ
（ＷＳ）及び前記マスクステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、Ｒ
Ｓ）が同期移動するように制御するステージ制御装置
（３３）とを備えた露光装置において、前記ステージ制
御装置（３３）が、目標位置に応じた基準信号（ＲＳ
１）を発生する目標位置発生部（５０）と、前記目標位
置発生部（５０）から出力される基準信号（ＲＳ１）と
前記基板ステージ（ＷＳ）の位置を表す第１帰還信号
（ＦＳ１）とに基づいて前記基板ステージ（ＷＳ）の推
力に関する第１制御信号（ＣＳ１）を出力する第１制御
部（５１、５２）と、前記基準信号（ＲＳ１）と前記マ
スクステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の位置を表す第
２帰還信号（ＦＳ２）とに基づいて前記マスクステージ
（ＲＣＳ、ＲＦＳ、ＲＳ）の推力に関する第２制御信号
（ＣＳ２）を出力する第２制御部（５６、５７）と、前
記基準信号（ＲＳ１）と、前記第１帰還信号（ＦＳ１）
に対して前記基板ステージ（ＷＳ）の応答特性を考慮し
た所定の演算を行って得られる信号（ＣＳ３）とに基づ
いて、前記基板ステージ（ＷＳ）に対する外乱の影響を
示す誤差信号（ＤＳ２）を算出する算出部（５９、６
０）と、前記算出部（５９、６０）で算出された誤差信
号（ＤＳ２）に基づいて、前記外乱の影響に起因する同
期誤差を補償する補償信号（ＰＳ１）を出力する補償部
（６１）と、前記第２制御信号（ＣＳ２）と前記補償信
号（ＰＳ１）とを加算して、前記マスクステージ（ＲＣ
Ｓ、ＲＦＳ、ＲＳ）の推力に関する制御信号（ＣＳ２
０）とする加算部（５８）とを有する露光装置が提供さ
れる。

【００２９】本発明の第４の観点に係る露光装置におい
て、前記ステージ制御装置（３３）が、前記基準信号
（ＲＳ１）に対して演算を施して、前記基板ステージ
（ＷＳ）と前記マスクステージ（ＲＣＳ、ＲＦＳ、Ｒ
Ｓ）との動的特性の差に起因する同期誤差を補償する補
償基準信号（ＲＳ３）を出力する同期制御補償部（５
４、５５）をさらに有し、前記第２制御部（５６、５
７）に、前記同期制御補償部（５４、５５）から出力さ
れる補償基準信号（ＲＳ３）を前記基準信号（ＲＳ１）
として入力するようにできる。

【００３０】５．本発明の第５の観点によると、前記本
発明の第３又は第４の観点に係る露光装置を用いてパタ
ーンを感光物体（Ｗ）上に転写する露光工程を含むデバ
イス製造方法が提供される。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態に係るステージ制御装置及び露光装置について詳
細に説明する。

【００３２】図１は、本発明の実施形態に係る露光装置
を示す正面図である。本実施形態においては、ステップ
・アンド・リピート方式の縮小投影型の露光装置を例に
挙げて説明する。尚、以下の説明においては、図１中に
示したようにＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直
交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明す
る。ＸＹＺ直交座標系は、Ｙ軸及びＺ軸が紙面に対して
平行となるよう設定され、Ｘ軸が紙面に対して垂直とな
る方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際
にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛
直上方向に設定される。

【００３３】図１において、設置面１１の上に４つ（図
１では２つのみを図示）の防振装置（除振機構）１２を
介してベース部材（ベース又は定盤）１３が設けられて
いる。防振装置１２は、ベース部材１３の４隅付近にそ
れぞれ配置されており、特に限定はされないが、例えば
空気式ダンパやダンピング液中に圧縮コイルバネを入れ
た機械式ダンパ等からなるパッシブ型のもの、ベース部
材に設けられた不図示の振動検出器による検出信号に基
づいて該振動を抑制するように変位されるアクチュエー
タを備えたアクティブ型のもの、あるいはこれらの双方
を備えたもの等が用いられる。ベース部材１３は、石、
セラミックスあるいは鉄等の高剛性の部材から構成され
る。なお、防振装置１２はベース部材１３を３箇所で支
持するものでもよい。

【００３４】ベース部材１３の上には、その上部に投影
光学系１４を保持した第１コラム１５が設けられてお
り、第１コラム１５の上には第２コラム（ベース又は定
盤）１６が設けられている。第２コラム１６上には回路
パターンが形成されたレチクルＲを移動するための駆動
装置としてのレチクル粗動ステージユニットＲＣＳ及び
レチクル微動ステージユニットＲＦＳが設けられてい
る。また、ベース部材１３上には、感光基板としてのウ
エハＷを移動するための駆動装置としてのウエハステー
ジユニットＷＳが設けられている。これにより、レチク
ルＲ及びウエハＷは、投影光学系１４の光軸に沿う方向
（図１中でＺ方向）の位置が互いに異なる面であって、
この光軸に直交する面内で２次元方向（Ｘ方向及びＹ方
向）に移動可能となっている。

【００３５】本実施形態では露光装置の走査方向はＹ方
向に設定してあるので、レチクルＲ及びウエハＷのＹ方
向に関する駆動制御について主として説明する。レチク
ルＲ及びウエハＷのＸ方向の位置決め制御並びにＺ軸回
りの回転方向（θｚ方向）及びＸＹ平面に対する傾斜角
（即ち、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）の回転量（ピ
ッチング量）、及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）の
回転量（ローリング量））の調節については通常通り容
易に実施することができるので、その説明は省略する。

【００３６】ウエハステージＷＳは、固定子１７と、固
定子１７に対してＹ方向に移動可能な移動子１８と、移
動子１８上に取り付けられたステージ１９とを備えてい
る。固定子１７及びこれと協働する移動子１８は、リニ
アモータにより提供され得る。特に、本実施形態では、
固定子１７はエアベアリング等によるスライド機構２０
によってベース部材１３上でＹ方向に移動可能に設けら
れている。固定子１７はベース部材１３上に固定されて
いても良い。上面に感光剤が塗布されたウエハＷは、例
えばピンチャックホルダ（不図示）を介してその裏面全
体が吸引吸着されることによりステージ１９上に保持さ
れる。尚、図１においては、移動子１８及びステージ１
９が別の部材として図示されているが、これらは共通の
部材により提供されても良い。また、図示していない
が、ステージ１９は前述のピンチャックホルダを保持す
るテーブルと、このテーブルをＺ軸方向に駆動する３つ
のアクチュエータ（例えば、ボイスコイルモータ、又は
ＥＩコアなど）とを有し、ウエハＷはＸ、Ｙ方向だけで
なくＺ方向に移動可能で、かつθｘ、θｙ方向に回転可
能（ＸＹ平面に対して傾斜可能）、即ち５自由度の移動
が可能となっている。ここで、前述した３つのアクチュ
エータを含む不図示の微動機構によって、前述のテーブ
ルをθｚ方向に回転可能として６自由度でウエハＷを移
動可能としてもよいし、あるいは後述のレチクルステー
ジと同様にウエハステージＷＳを粗微動ステージとす
る、例えば前述のテーブルをステージ１９に対してＸ及
びＹ方向に微動可能に構成してもよい。

【００３７】レチクル粗動ステージユニットＲＣＳは、
固定子２１と、固定子２１に対してＹ方向に移動可能な
移動子２２と、移動子２２上に取り付けられたステージ
２３とを備えている。固定子２１及びこれと協働する移
動子２２は、リニアモータによって提供され得る。特
に、この実施形態では、固定子２１は、エアベアリング
等を有するスライド機構２４によって第２コラム１６上
でＹ方向に移動可能に設けられている。固定子２１は第
２コラム１６上に固定されていても良い。尚、図１にお
いては、移動子２２及びステージ２３が別部材として図
示されているが、これらは共通の部材により提供されて
も良い。

【００３８】レチクル微動ステージユニットＲＦＳは、
レチクル粗動ステージユニットＲＣＳのステージ２３上
に設けられている。レチクル微動ステージユニットＲＦ
Ｓは、固定子２５と、固定子２５に対してＹ方向に移動
可能に設けられた移動子２６と、移動子２６上に取り付
けられたステージ２７とを備えている。固定子２５及び
これと協働する移動子２６はリニアモータによって提供
され得る。この実施形態では、固定子２５はステージ２
３上に固定されている。また、図１においては、移動子
２６及びステージ２７が別部材として図示されている
が、これらは共通の部材により提供されても良い。ステ
ージ２７は、その表面に転写すべきパターンが形成され
たレチクルＲをそのパターン形成面を下に向けた状態で
その周辺部近傍を吸着保持する機能を有している。な
お、本例ではレチクル粗動ステージユニットＲＣＳのス
テージ２３（以下、粗動ステージ２３とも呼ぶ）に対し
て、レチクル微動ステージユニットＲＦＳのステージ２
７（以下、微動ステージ２７とも呼ぶ）を相対移動する
駆動機構としてリニアモータを用いるものとしたが、例
えばボイスコイルモータ、ＥＩコア、あるいはピエゾ素
子などを用いてもよい。また、本例では微動ステージ２
３がＸ、Ｙ方向、及びθｚ方向に移動可能となっている
が、これに加えてＺ方向、θｘ及びθｙ方向の少なくと
も１つの方向に移動可能としてもよい。

【００３９】第２コラム１６上には第３コラム２９が設
けられており、第３コラム２９には、不図示のエキシマ
レーザ等の光源から射出された光を所定の照明光に変換
してレチクルＲに導くための照明光学系３０が取り付け
られている。

【００４０】ウエハＷのためのステージ１９上には移動
鏡３１が取り付けられており、第１コラム１５には移動
鏡３１に対応するように位置検出装置であるレーザ干渉
計３２が設けられている。レーザ干渉計３２及び移動鏡
３１によってステージ１９のＹ方向の位置が所定の分解
能で計測される。その計測値はコンピュータのハードウ
エア及びソフトウエアによって提供され得る制御装置３
３に供給されて、計測値に基づいてウエハステージユニ
ットＷＳが制御されることにより、ステージ１９の加
速、減速、及び走査に際しての移動並びに位置決めが実
行される。図示していないが、本例の位置検出装置はス
テージ１９のＸ方向の位置を検出するレーザ干渉計及び
Ｙ方向に延びる反射面が形成された移動鏡も有し、さら
にはθｘ、θｙ及びθｚ方向におけるステージ１９の回
転量（即ち、ピッチング量、ローリング量、及びヨーイ
ング量）を計測可能となっている。なお、前述した２つ
の移動鏡の代わりに、例えばステージ１９（又は前述の
テーブル）の端面を鏡面加工して反射面を形成してもよ
い。さらに、本例の位置検出装置として、例えば投影光
学系１４を保持する第１コラム１５とステージ１９との
Ｚ軸方向の位置関係（間隔など）を検出するレーザ干渉
計を設けてもよい。

【００４１】レチクル微動ステージユニットＲＦＳのた
めのステージ２３上には移動鏡３４が取り付けられてお
り、第３コラム２９には移動鏡３４に対応するように位
置検出装置であるレーザ干渉計３５が取り付けられてい
る。レーザ干渉計３５及び移動鏡３４によってステージ
２３のＹ方向の位置が所定の分解能で計測される。その
計測値は制御装置３３に供給されて、計測値に基づいて
レチクル粗動ステージユニットＲＣＳが制御されること
により、ステージ２３の加速、減速、及び走査に際して
の移動並びに位置決めが実行される。

【００４２】レチクルＲのためのステージ２７上には移
動鏡３６が取り付けらてれおり、第３コラム２９には移
動鏡３６に対応するように位置検出装置であるレーザ干
渉計３７が設けられている。レーザ干渉計３７及び移動
鏡３６によってステージ２７のＹ方向の位置が所定の分
解能で計測される。その計測値は制御装置３３に供給さ
れて、計測値に基づいてレチクル微動ステージユニット
ＲＦＳが制御されることにより、ステージ２７の加速、
減速、及び走査に際しての移動並びに位置決めが実行さ
れる。図示していないが、本例の位置検出装置は微動ス
テージ２７のＸ方向の位置を検出するレーザ干渉計及び
Ｙ方向に延びる反射面が形成された移動鏡も有し、さら
にはθｘ、θｙ及びθｚ方向のうち少なくともθｚ方向
の微動ステージ２７の回転量（ヨーイング量）を計測可
能となっている。なお、微動ステージ２７に設けられる
２つの移動鏡の代わりに、例えば微動ステージ２７の端
面を鏡面加工して反射面を形成してもよいし、あるいは
移動鏡３６の代わりに少なくとも１つのコーナーキュー
ブ型ミラーを用いてもよい。

【００４３】照明光学系３０は、レチクルＲの矩形のパ
ターン領域を、走査露光時の走査方向（Ｙ方向）と直交
した方向（Ｘ方向）に断面スリット状（矩形状）に伸び
た照明光で上から照射する。このＸ方向に直線的なスリ
ット状照明光のレチクルＲ上での照明領域は、投影光学
系１４の光軸と垂直な物体面側の円形視野の中央に位置
し、所定の縮小倍率β（本実施形態では１／４）の投影
光学系１４を通して、その照明領域内のレチクルＲのパ
ターンの一部の像が、所定の解像度でウエハＷ上に投影
される。この投影光学系１４としては、レチクルＲのパ
ターン面に形成されたパターンの縮小倒立像をウエハＷ
上に投影するものが用いられる。

【００４４】走査露光時においては、制御装置３３から
ウエハステージユニットＷＳ、レチクル粗動ステージユ
ニットＲＣＳ、及びレチクル微動ステージユニットＲＦ
Ｓに露光開始のコマンドが送出され、これに応じてレチ
クルＲは＋Ｙ方向に速度Ｖｍで走査移動させられると共
に、これと同期して、ウエハＷは−Ｙ方向に速度Ｖｗ
（＝β・Ｖｍ）で走査移動させられる。尚、同様の速度
比でレチクルＲを−Ｙ方向に移動させると共にウエハＷ
を＋Ｙ方向に移動させても良い。

【００４５】このとき、レチクル粗動ステージユニット
ＲＣＳに着目すると、移動子２２及びステージ２３の加
速あるいは減速に伴い、その反力が固定子２１に作用
し、固定子２１はこの実施形態ではスライド機構２４に
より第２コラム１６に対して移動可能にされているの
で、固定子２１は移動子２２の移動方向に対して反対方
向に移動しようとする。それにより生じる反力の影響を
防止するために、リアクションフレーム機構が採用され
ている。

【００４６】リアクションフレーム機構は、第２コラム
１６（従って、ベース部材１３）とは独立して設けられ
たリアクションフレーム３８と、リアクションフレーム
３８に配設されステージ２３の移動により固定子２１に
作用する反力を相殺する力を発生する反力装置とを備え
ている。特にこの実施形態では、パッシブ型のリアクシ
ョンフレーム機構が採用され、反力装置は、固定子２１
とリアクションフレーム２８とを接続する弾性体あるい
は剛体からなるリアクションバー３９によって提供され
ている。

【００４７】これにより、ステージ２３の加速あるいは
減速に伴う反力はリアクションバー３９及びリアクショ
ンフレーム３８を介して設置面１１に逃がされ、一定の
露光精度が確保されるようになっている。尚、リアクシ
ョンバー３９の途中にその伸縮を電気的に制御可能なア
クチュエータを設ける等によりアクティブ型のリアクシ
ョンフレーム機構を構成しても良い。また、同様にし
て、ウエハステージユニットＷＳにリアクションフレー
ム機構を適用しても良い。

【００４８】図２は、図１に示される露光装置に適用可
能なリニアモータの断面図である。このリニアモータは
固定子Ｓと固定子Ｓに対して移動する移動子Ｍとを有し
ている。このリニアモータがレチクル粗動ステージユニ
ットＲＣＳ（図１参照）に適用される場合には、固定子
Ｓは図１に示した固定子２１の一部を構成し、移動子Ｍ
は図１に示した移動子２２の一部を構成する。固定子Ｓ
は、フレーム４０と、フレーム４０に対して固定された
コイル４１と、フレーム４０に固定されコイル４１を覆
う金属板からなるカバー４２とを備えている。移動子Ｍ
はコイル４１と協働して推力を得るための永久磁石を含
んでいる。

【００４９】ウエハステージユニットＷＳの駆動力及び
レチクル粗動ステージユニットＲＣＳの駆動力は図２に
示したほぼ同様の構成のリニアモータによって提供され
る。本実施形態では、かかる同様の特性を有するリニア
モータの特徴を考慮して制御装置３３がウエハステージ
ユニットＷＳとレチクル粗動ステージユニットＲＣＳ及
びレチクル微動ステージユニットＲＦＳとの同期誤差を
迅速且つ高精度に解消する制御を行っている。

【００５０】次に、本発明の実施形態に係るステージ制
御装置の主要部をなす制御装置３３について説明する。
図３は、本発明の実施形態に係るステージ制御装置の主
要部をなす制御装置３３の構成を示すブロック図であ
る。尚、図３においては、図１に示したレチクル粗動ス
テージユニットＲＣＳとレチクル微動ステージユニット
ＲＦＳとを合わせてレチクルステージユニットＲＳとし
ている。

【００５１】図３において、目標位置発生器５０は、ウ
エハＷ又はウエハステージユニットＷＳのステージ１９
（図１参照）の目標位置を与える基準信号ＲＳ１を発生
するものであり、本発明にいう目標位置発生部に相当す
る。この目標位置発生器５０から出力される基準信号Ｒ
Ｓ１は、ウエハステージユニットＷＳを制御するウエハ
ステージ制御部に入力される。

【００５２】ウエハステージ制御部は演算部５１及びコ
ントローラ５２を含んで構成され、本発明にいう第１制
御部に相当するものである。演算部５１は目標位置発生
器５０から出力される基準信号ＲＳ１と、レーザ干渉計
３２から出力される帰還信号ＦＳ１（第１帰還信号）と
の差分に応じた偏差信号ＥＳ１を出力する。尚、ウエハ
ステージユニットＷＳのステージ１９の位置はレーザ干
渉計３２（図１参照）により検出され、その結果として
帰還信号ＦＳ１が生成される。コントローラ５２は、入
力される偏差信号ＥＳ１に基づいてウエハステージユニ
ットＷＳの推力に関する制御信号ＣＳ１（第１制御信
号）を生成する。このように、ウエハステージ制御部に
はレーザ干渉計３２からの帰還信号ＦＳ１を用いたフィ
ードバック制御を行うための閉ループが形成されてい
る。

【００５３】尚、コントローラ５２とウエハステージユ
ニットＷＳとの間に加算器５３が設けられているが、こ
の加算器５３はウエハステージユニットＷＳに対する外
乱の影響を考慮するために便宜的に設けたものである。
つまり、図３に示した例では、コントローラ５２から出
力される制御信号ＣＳ１に、外乱の影響を示す外乱信号
ＤＳ１が加算器５３によって加算されて制御信号ＣＳ１
０としてウエハステージユニットＷＳに供給される結
果、ウエハステージユニットＷＳが外乱の影響を受ける
ものとしてウエハステージユニットＷＳに加わる外乱の
影響を表現している。

【００５４】また、目標位置発生器５０から出力される
基準信号ＲＳ１は同期制御補償部に入力される。この同
期補償制御部は、変換回路５４と同期制御補償器５５と
を含んで構成される。変換回路５４は基準信号ＲＳ１を
所定の規則に従って変換してレチクルＲ又はレチクルス
テージユニットＲＳのステージ２７の目標位置を与える
基準信号ＲＳ２を出力する。この変換回路５４は、例え
ば、基準信号ＲＳ１に対して投影光学系１４（図１参
照）の投影倍率に応じた４倍の比例演算を行うことによ
り、ウエハＷ又はウエハステージユニットＷＳのステー
ジ１９の目標位置を与える基準信号ＲＳ１からレチクル
Ｒ又はレチクルステージユニットＲＳのステージ２７の
目標位置を与える基準信号ＲＳ２を得る。

【００５５】同期制御補償器５５は、変換回路５４から
出力される基準信号ＲＳ２に対して演算を施し、ウエハ
ステージユニットＷＳとレチクルステージユニットＲＳ
との動的特性の差に起因する同期誤差を補償する補償基
準信号ＲＳ３を出力する。ここで、ウエハステージユニ
ットＷＳとレチクルステージユニットＲＳとの動的特性
とは、ウエハステージユニットＷＳ又はレチクルステー
ジユニットＲＳの加速特性又は減速特性等をいう。同期
制御補償器５５から出力される補償基準信号ＲＳ３はレ
チクルステージ制御部に入力される。

【００５６】レチクルステージ制御部は演算部５６とコ
ントローラ５７とを含んで構成され、本発明にいう第２
制御部に相当する。演算部５６は目標位置発生器５０か
ら出力される補償基準信号ＲＳ３と、レーザ干渉計３
５、３７から出力される帰還信号ＦＳ２（第２帰還信
号）との差分に応じた偏差信号ＥＳ２を出力する。尚、
レチクルステージユニットＲＳ（レチクル粗動ステージ
ユニットＲＣＳ及びレチクル微動ステージユニットＲＦ
Ｓを含む）のステージ２７の位置はレーザ干渉計３５、
３７（図１参照）により検出され、その結果として帰還
信号ＦＳ２が生成される。コントローラ５７は、入力さ
れる偏差信号ＥＳ２に基づいてレチクルステージユニッ
トＲＳの推力に関する制御信号ＣＳ２（第２制御信号）
を生成する。このように、ウエハステージ制御部にはレ
ーザ干渉計３２からの帰還信号ＦＳ２を用いたフィード
バック制御を行うための閉ループが形成されている。

【００５７】また、ウエハステージユニットＷＳに関す
る閉ループとレチクルステージユニットＲＳに関する閉
ループとの間には、ウエハステージユニットＷＳに加わ
る外乱によって生ずるウエハステージユニットＷＳとレ
チクルステージユニットＲＳとの同期誤差を補償する同
期誤差補償部が設けられている。

【００５８】同期誤差補償部は、加算器５８、制御信号
算出部５９、演算部６０、及び同期制御補償器６１を含
んで構成される。制御信号算出部５９は、レーザ干渉計
３２から出力される帰還信号ＦＳ１に対してステージの
応答特性を考慮した所定の演算を行ってウエハステージ
ユニットＷＳに入力される制御信号の近似値を示す制御
信号ＣＳ３を得る。つまり、制御信号算出部５９内には
ウエハステージユニットＷＳの一定周波数範囲の逆伝達
関数が格納されており、この逆伝達関数を用いて帰還信
号ＦＳ１を演算することにより、ウエハステージユニッ
トＷＳに加わる外乱を示す外乱信号ＤＳ１を含む制御信
号ＣＳ１０の近似値を示す制御信号ＣＳ３を得る。ここ
で、適正且つ安定な逆伝達関数を得るため、制御信号算
出部５９には一定周波数範囲の逆伝達関数が格納されて
いる。

【００５９】演算部６０は、コントローラ５２から出力
される制御信号ＣＳ１と、制御信号算出部５９で算出さ
れた制御信号ＣＳ３との差分に応じた推定外乱信号ＤＳ
２（誤差信号）を出力する。コントローラ５２から出力
される制御信号ＣＳ１はウエハステージユニットＷＳに
加わる外乱の影響を示す外乱信号ＤＳ１が加算されてい
ない信号である。また、制御信号算出部５９から出力さ
れる制御信号ＣＳ３は、外乱が加わったウエハステージ
ユニットＷＳの位置を示す帰還信号ＦＳ１を、ウエハス
テージユニットＷＳの逆伝達関数を用いて演算して得ら
れたものであるため、制御信号ＣＳ１に外乱の影響を示
す外乱信号ＤＳ１が加わった制御信号ＣＳ１０の近似値
である。よって、制御信号ＣＳ１と制御信号ＣＳ３との
差分を求めることにより、ウエハステージユニットＷＳ
に加わる外乱の影響を示す外乱信号ＤＳ１の推定値を示
す推定外乱信号ＤＳ２を求めることができる。尚、上述
の制御信号算出部５９及び演算部６０は本発明にいう算
出部に相当する。

【００６０】同期制御補償器６１は、演算部６０から出
力される推定外乱信号ＤＳ２から出力された推定外乱信
号ＤＳ２に基づいて、ウエハステージユニットＷＳに加
わる外乱の影響に起因して生ずるレチクルステージユニ
ットＲＳとウエハステージユニットＷＳとの同期誤差を
補償する補償信号ＰＳ１を出力するものである。尚、こ
の同期制御補償器６１は、本発明にいう補償部に相当す
る。加算器５８は、コントローラ５７から出力される制
御信号ＣＳ２と同期制御補償器６１から出力される補償
信号ＰＳ１とを加算してレチクルステージユニットＲＳ
の制御信号ＣＳ２０とするものであり、本発明にいう加
算部に相当する。

【００６１】このように、図３に示した制御装置３３
は、ウエハステージユニットＷＳに加わった外乱により
生じた位置ずれに基づいて、レチクルステージユニット
ＲＳに関する閉ループにフィードフォワードすることに
より、ウエハステージユニットＷＳの外乱に起因して生
ずるウエハステージユニットＷＳとレチクルステージＲ
Ｓとの同期誤差を迅速且つ高精度に解消している。

【００６２】さらに、制御装置３３は、ウエハステージ
ユニットＷＳとレチクルステージユニットＲＳとの同期
誤差を検出するための同期誤差検出部を備える。この同
期誤差検出部は、逆変換回路６２と演算部６３とを含ん
で構成される。逆変換回路６２はレーザ干渉計３５、３
７から出力される帰還信号ＦＳ２を所定の規則に従って
変換する回路である。例えば、帰還信号ＦＳ２に対して
投影光学系１４（図１参照）の投影倍率の逆数に応じた
１／４倍の比例演算を行うことにより、レーザ干渉計３
５、３７から出力される帰還信号ＦＳ２のスケールとレ
ーザ干渉計３２から出力される帰還信号ＦＳ１のスケー
ルとを同一にする。演算部６３はレーザ干渉計３２から
出力される帰還信号ＦＳ１と逆変換回路６２から出力さ
れる信号との差分を求めて同期誤差信号を得る。

【００６３】演算部６３から出力される同期誤差信号
は、同期制御補償器５５及び同期制御補償部６１に入力
される。同期制御補償器５５はレチクルＲとウエハＷと
が同期移動している間に、この同期誤差信号が極力零と
なるように同期制御補償器５５の演算式に関するパラメ
ータを学習して最適化する。また、同期制御補償器６１
はレチクルＲとウエハＷとが同期移動している間に、ウ
エハステージユニットＷＳに加わる外乱に起因して生じ
た同期誤差信号が極力零となるように、推定外乱信号Ｄ
Ｓ２と出力する補償信号ＰＳ１との関係を示すパラメー
タを学習して最適化する。このように、本実施形態で
は、ウエハステージユニットＷＳ及びレチクルステージ
ＲＳの運転中に、これらの同期誤差を補償するためのパ
ラメータが自動学習によって取得される。

【００６４】以上説明したように、制御装置３３は目標
位置発生器５０から出力される基準信号ＲＳ１に基づい
てウエハステージユニットＷＳの動作を制御する閉ルー
プと、基準信号ＲＳ１に所定の演算（４倍の比例演算）
を施した制御信号ＲＳ２に基づいてレチクルステージユ
ニットＲＳの動作を制御する閉ループとを独立に設けた
構成となっている。仮に、ウエハステージユニットＷＳ
の動的特性とレチクルステージユニットＲＳの動的特性
とが全く同一であり、且つ外乱の影響が全く無い理想的
な状況であれば、ウエハステージユニットＷＳとレチク
ルステージユニットＲＳとの同期誤差を示す同期誤差信
号は零になる。

【００６５】しかしながら、ウエハステージユニットＷ
Ｓの動的特性とレチクルステージユニットＲＳの動的特
性は異なっているため、制御装置３３はこれらの動的特
性の相違に起因する同期誤差を同期制御補償器５５によ
って補償している。また、ウエハステージユニットＷＳ
及びレチクルステージユニットＲＳに加わる外乱は零で
はないため、制御装置３３はコントローラ５２から出力
される制御信号ＣＳ１とレーザ干渉計３２から出力され
る帰還信号ＦＳ１とに基づいてウエハステージユニット
ＷＳに加わる外乱の影響を推定し、この外乱の影響を補
償するようにレチクルステージユニットＲＳを制御する
ことにより、外乱に起因する同期誤差を同期制御補償器
６１によって補償している。しかも、ウエハステージユ
ニットＷＳに加わっている外乱の影響をレチクルステー
ジユニットＲＳに関する閉ループにフィードフォワード
しているため、ウエハステージユニットＷＳの外乱に起
因して生ずるウエハステージユニットＷＳとレチクルス
テージＲＳとの同期誤差を迅速且つ高精度に解消するこ
とができる。

【００６６】図４に示した従来の制御装置は、ウエハス
テージ１０３に関する閉ループの一部をなすレーザ干渉
計１０４から出力される帰還信号に基づいてレチクルス
テージ１０８の制御を行っていたため、レチクルステー
ジ１０８の制御に関してフィードフォワード制御を行お
うとすると、外乱によるウエハステージ１０３の位置誤
差の影響が顕著にレチクルステージ１０８に現れるとい
う問題があった。

【００６７】しかしながら、本実施形態では、目標位置
発生器５０から出力される基準信号ＲＳ１に基づいてウ
エハステージユニットＷＳの動作を制御する閉ループ
と、基準信号ＲＳ１に所定の演算（４倍の比例演算）を
施した制御信号ＲＳ２に基づいてレチクルステージユニ
ットＲＳの動作を制御する閉ループとを独立に設けた構
成となっているため、ウエハステージユニットＷＳに加
わる外乱を考慮して同期制御補償器６１がレチクルステ
ージＲＳに対してフィードフォワード制御する場合でも
従来のような問題は生じない。

【００６８】また、従来のマスター・スレーブの制御系
では、ウエハステージとレチクルステージとが同期する
までの速度は、レチクル微動ステージの動特性に依存し
ていたため、高性能のレチクルステージを設計しなけれ
ばならなかった。しかしながら、本実施形態ではレチク
ルステージユニットＲＳに関してフィードフォワード制
御を容易に実現することができるため、高性能のレチク
ルステージユニットを設計することなく同期するまでの
速度を短縮することができる。

【００６９】以上、本発明の実施形態に係るステージ制
御装置の構成について説明したが、次に、制御装置３３
の制御量を定量的に示す。いま、目標位置発生器５０か
ら基準信号ＲＳ１としてＲ(s)で示される信号が出力さ
れるとする。また、コントローラ５２の伝達関数をＣ_ｗ
(s)、ウエハステージユニットＷＳの伝達関数をＧ_ｗ(s)
とし、外乱信号ＤＳ１としてｄ_ｗ(s)で示される信号が
入力されるとする。このときにレーザ干渉計３２から出
力される帰還信号ＦＳ１は、以下の（１）式のＹ_ｗ(s)
で表される

【００７０】

【数１】

【００７１】また、コントローラ５７の伝達関数をＣ_ｒ
(s)、レチクルステージユニットＲＳの伝達関数をＧ
_ｒ(s)とし、同期制御補償器５５の伝達関数をＫ(s)、同
期制御補償器６１の伝達関数をＦ(s)とする。さらに、
コントローラ５２から出力される制御信号ＣＳ１と制御
信号算出部５９から出力される制御信号ＣＳ３とから得
られる推定外乱信号ＤＳ２をＤ_ｗ(s)とする。このとき
にレーザ干渉計３５、３７から出力される帰還信号ＦＳ
２は、以下の（２）式のＹ_ｒ(s)で表される。

【００７２】

【数２】

【００７３】ここで、同期誤差信号Ｅ_ｗｒ(s)＝Ｙ_ｗ(s)
−（１／４）・Ｙ_ｒ(s)で求められるため、（１）式及
び（２）式をこの関係式に代入すると以下の（３）式と
なる。但し、推定外乱信号Ｄ_ｗ(s)は外乱信号ｄ_ｗ(s)と
近似しているため、以下の（３）式においては、Ｄ
_ｗ(s)≒ｄ_ｗ(s)としている。

【００７４】

【数３】

【００７５】上記（３）式の第１項目は基準信号Ｒ(s)
が掛かっている項であり、第２項目は外乱信号ｄ_ｗ(s)
が掛かっている項である。よって、（３）式中の第１項
及び第２項中の大括弧（［ ］）で囲われている部分が
ともに零になれば、目標位置発生器５０から出力される
基準信号ＲＳ１及びウエハステージユニットＷＳに加わ
る外乱に拘わらず、同期誤差信号Ｅ_ｗｒ(s)を零にする
ことができる。

【００７６】このために、同期制御補償器５５の伝達関
数Ｋ(s)を以下の（４）式のように設計し、同期制御補
償器６１の伝達関数Ｆ(s)を以下の（５）式のように設
計すればよい。

【００７７】

【数４】

【００７８】

【数５】

【００７９】尚、上記（４）式中のＭ(s)は同期制御補
償器５５の伝達関数を適正且つ安定にするための関数で
あり、（５）式中のＮ(s)は同期制御補償器６１の伝達
関数を適正且つ安定にするための関数であり、これらは
ウエハステージユニットＷＳ及びレチクルステージユニ
ットＲＳの動的特性や他の装置構成に応じて任意に設定
可能な関数である。

【００８０】同期制御補償器５５の伝達関数及び同期制
御補償器６１の伝達関数を示すパラメータ、例えば、上
記（４）式のＭ(s)及び（５）式のＮ(s)はレチクルＲと
ウエハＷとを同期走査させつつ同期誤差信号が零となる
ように最適値を学習させる。ここで用いられる学習方法
は、例えば遺伝子アルゴリズム（Genetic Algorithm）
を用いた学習方法又はニューラルネットワークを用いた
学習方法等の学習方法である。ここで、遺伝子アルゴリ
ズムとは、集団及び環境との相互作用を通じて環境に適
応する個体が生き残り、交配による世代間での優れた形
質の継承及び突然変異による新しい形質の獲得を通じて
進化してきた生物進化のメカニズムをシミュレートする
人工的モデルをいい、自然システムや人工システムの環
境への適応過程をシミュレートするモデルである。

【００８１】尚、以上説明した実施形態は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施の形態に開示された各要素は、本発明の
技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣
旨である。

【００８２】例えば、図３に示したコントローラ５２、
５７はＰＩＤタイプコントローラ、Ｐタイプコントロー
ラ、及びＰＩタイプコントローラの何れであっても良
い。また、コントローラ５２、５７は現在制御理論に基
づいたロバストコントローラであっても良い。

【００８３】さらに、上述した実施形態では制御装置３
３をハードウエア及びソフトウエアから構成するものと
したが、ソフトウエアのみで構成してもよい。また、上
述の実施形態ではレチクルステージ及びウエハステージ
の同期移動を制御するために、図３に示したように粗動
ステージ２３の位置検出用のレーザ干渉計３５（粗動ス
テージ２３の位置情報）と、微動ステージ２７の位置検
出用のレーザ干渉計３７（微動ステージ２７の位置情
報）の両方を用いるものとしたが、粗動ステージ２３の
位置情報を用いることなく微動ステージ２７の位置情報
（レーザ干渉計３７の出力）のみを用いるだけでもよ
い。この場合、前述の位置検出装置として粗動ステージ
２３の位置検出に用いるレーザ干渉計を設けることな
く、微動ステージ２７の位置検出に用いるレーザ干渉計
を設けるだけでもよい。

【００８４】また、上述した実施形態ではレチクルステ
ージ又はウエハステージの移動時の反力によって生じる
振動を低減する反力処理装置としてリアクションフレー
ム機構を採用するものとしたが、レチクルステージとウ
エハステージとの少なくとも一方で、例えば特開平８−
６３２３１号公報などに開示されているように、運動量
保存則を利用して上記反力を相殺するようにカウンター
マス（例えばリニアモータの固定子など）を移動するカ
ウンターマス機構を採用してもよいし、あるいはレチク
ルステージ又はウエハステージを駆動するリニアモータ
の固定子を、設置面１１に配置する、又は各ステージが
配置されるベース部材（コラム、フレームなど）とは別
に設置面１１上に設けられる部材に配置する構成を採用
してもよい。

【００８５】さらに、上述した実施形態ではベース部材
１３上に第１コラム１５を設置して投影光学系１４を固
定するものとしたが、ベース部材１３を支持する防振装
置１２とは別の防振装置で第１コラム１５を支持するよ
うに構成してもよいし、あるいはレチクルステージ又は
ウエハステージに接続される電気配線や配管などのケー
ブルを保持するとともに、そのステージの移動に応じて
（追従して）移動可能なケーブルキャリアを設けてもよ
く、要は本発明が適用される露光装置の構成は図１に限
られるものではなく任意で構わない。このとき、例えば
独立に可能な２つのウエハステージをベース部材１３上
に配置するツインステージ構成を採用してもよいし、同
様にレチクルステージをツインステージ構成とする、あ
るいは単一のレチクルステージ上にその走査方向に沿っ
て複数のレチクルを保持可能としてもよい。

【００８６】また、本発明の露光装置は、半導体素子、
液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、薄膜磁気ヘ
ッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、及びマイクロマシンの
製造に用いられる露光装置だけでなく、レチクル、又は
マスクを製造するために、ガラス基板、又はシリコンウ
エハなどに回路パターンを転写する露光装置にも適用で
きる。

【００８７】また、本発明が適用される露光装置の光源
としては、特に限定されず、ＫｒＦエキシマレーザ（波
長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）、Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ
（波長１４６ｎｍ）、ＫｒＡｒレーザ（波長１３４ｎ
ｍ）、Ａｒ_２レーザ（波長１２６ｎｍ）等を用いること
ができる。

【００８８】また、例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はフ
ァイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単
一波長レーザを、エルビウム（又はエルビウムとイット
リビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増
幅し、さらに非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換
した高調波を用いてもよい。

【００８９】ところで、マイクロデバイスは回路の機能
・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づい
て、レチクル（マスク）を製作するステップ、基板（半
導体ウエハ、ガラスプレート）を製作するステップ、基
板に感光材料としてのレジストを塗布するステップ、前
述の実施の形態で説明した露光装置を用いてレチクルの
パターンを基板上に転写するステップ、組立ステップ、
及び検査ステップ等を経て製造される。

【００９０】上述した実施形態の露光装置は、レチクル
微動ステージユニットＲＦＳ、レチクル粗動ステージユ
ニットＲＣＳ、ウエハステージユニットＷＳ等の多数の
部品からなるステージ装置を組み立てるとともに、照明
光学系３０、アライメント系、投影光学系１４等の各要
素が電気的、機械的、又は光学的に連結して組み上げら
れた後、光学調整を行い、さらに総合調整（電気調整、
動作確認等）をすることにより製造される。このような
露光装置の製造は、温度及びクリーン度等が管理された
クリーンルームで行うことが望ましい。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
目標位置発生部から出力される目標位置に応じた基準信
号に基づいてステージが駆動され、このステージとは個
別に、ステージと他のステージとの動的特性の差に起因
する同期誤差を補償する補償基準信号に基づいて他のス
テージが駆動されるため、一方のステージ動特性の変化
に起因して生ずる同期誤差を迅速且つ高精度に解消する
ことができ、その結果として同期精度を高めることがで
きるという効果がある。

【００９２】また、本発明によれば、第１制御信号と第
１帰還信号とからステージに加わる外乱の影響を示す誤
差信号を求め、この誤差信号に基づいてステージに加わ
る外乱の影響に起因するステージと他のステージとの同
期誤差をフィードフォワード制御により補償しているた
め、複数のステージを同期移動させるときに、外乱の影
響に起因して生ずる同期誤差を迅速且つ高精度に解消す
ることができ、その結果として同期精度を高めることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る露光装置を示す正面
図である。

【図２】 図１に示される露光装置に適用可能なリニア
モータの断面図である。

【図３】 本発明の実施形態に係るステージ制御装置の
主要部をなす制御装置３３の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】 走査露光装置に設けられる従来のステージ制
御装置の構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

３３…ステージ制御装置 ５０…目標位置発生器（目標位置発生部） ５１…演算部（第１制御部） ５２…コントローラ（第１制御部） ５４…変換回路（同期制御補償部） ５５…同期制御補償器（同期制御補償部） ５６…演算部（第２制御部） ５７…コントローラ（第２制御部） ５８…加算器（加算部） ５９…制御信号算出部（算出部） ６０…演算部（算出部） ６１…同期制御補償器（補償部） ＣＳ１…制御信号（第１制御信号） ＣＳ２…制御信号（第２制御信号） ＣＳ２０…制御信号 ＤＳ２…推定外乱信号（誤差信号） ＦＳ１…帰還信号（第１帰還信号） ＦＳ２…帰還信号（第２帰還信号） ＰＳ１…補償信号 ＲＣＳ…レチクル粗動ステージユニット（ステージ、マ
スクステージ） ＲＦＳ…レチクル微動ステージユニット（ステージ、マ
スクステージ） ＲＳ…レチクルステージユニット（ステージ） ＲＳ１…基準信号 ＲＳ３…補償基準信号 Ｒ…レチクル（マスク） Ｗ…ウエハ（基板） ＷＳ…ウエハステージユニット（ステージ、基板ステー
ジ）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動可能に支持されたステージを他のス
   テージの移動に同期して移動するように制御するステー
   ジ制御装置において、 目標位置に応じた基準信号を発生する目標位置発生部
   と、 前記目標位置発生部から出力される基準信号と前記ステ
   ージの位置を表す第１帰還信号とに基づいて前記ステー
   ジの推力に関する第１制御信号を出力する第１制御部
   と、 前記基準信号に対して演算を施し、前記ステージと前記
   他のステージとの動的特性の差に起因する同期誤差を補
   償する補償基準信号を出力する同期制御補償部と、 前記同期制御補償部から出力される補償基準信号と前記
   他のステージの位置を表す第２帰還信号とに基づいて前
   記他のステージの推力に関する第２制御信号を出力する
   第２制御部とを備えることを特徴とするステージ制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記第１制御信号と、前記第１帰還信号
   に対して前記ステージの応答特性を考慮した所定の演算
   を行って得られる信号とに基づいて、前記ステージに対
   する外乱の影響を示す誤差信号を算出する算出部と、 前記算出部で算出された誤差信号に基づいて、前記外乱
   の影響に起因する同期誤差を補償する補償信号を出力す
   る補償部と、 前記第２制御信号と前記補償信号とを加算して、前記他
   のステージの推力に関する制御信号とする加算部とをさ
   らに備えることを特徴とする請求項１に記載のステージ
   制御装置。
3. 【請求項３】 移動可能に支持されたステージを他のス
   テージの移動に同期して移動するように制御するステー
   ジ制御装置において、 目標位置に応じた基準信号を発生する目標位置発生部
   と、 前記目標位置発生部から出力される基準信号と前記ステ
   ージの位置を表す第１帰還信号とに基づいて前記ステー
   ジの推力に関する第１制御信号を出力する第１制御部
   と、 前記基準信号と前記他のステージの位置を表す第２帰還
   信号とに基づいて前記他のステージの推力に関する第２
   制御信号を出力する第２制御部と、 前記第１制御信号と、前記第１帰還信号に対して前記ス
   テージの応答特性を考慮した所定の演算を行って得られ
   る信号とに基づいて、前記ステージに対する外乱の影響
   を示す誤差信号を算出する算出部と、 前記算出部で算出された誤差信号に基づいて、前記外乱
   の影響に起因する同期誤差を補償する補償信号を出力す
   る補償部と、 前記第２制御信号と前記補償信号とを加算して、前記他
   のステージの推力に関する制御信号とする加算部とをさ
   らに備えることを特徴とするステージ制御装置。
4. 【請求項４】 前記基準信号に対して演算を施し、前記
   ステージと前記他のステージとの動的特性の差に起因す
   る同期誤差を補償する補償基準信号を出力する同期制御
   補償部をさらに備え、 前記第２制御部に、前記同期制御補償部から出力される
   補償基準信号を前記基準信号として入力することを特徴
   とする請求項３に記載のステージ制御装置。
5. 【請求項５】 前記同期制御補償部及び前記補償部は、
   前記ステージの運転中に前記同期誤差を補償するための
   パラメータを自動学習によって取得することを特徴とす
   る請求項２又は４に記載のステージ制御装置。
6. 【請求項６】 前記他のステージはパターンが形成され
   たマスクを保持し、前記ステージは前記マスクのパター
   ンの像が転写される基板を保持することを特徴とする請
   求項１〜５の何れか一項に記載のステージ制御装置。
7. 【請求項７】 パターンが形成されたマスクを保持して
   移動するマスクステージと、前記マスクのパターンの像
   が転写される基板を保持して移動する基板ステージと、
   前記基板ステージ及び前記マスクステージが同期移動す
   るように制御するステージ制御装置とを備えた露光装置
   において、 前記ステージ制御装置は、 目標位置に応じた基準信号を発生する目標位置発生部
   と、 前記目標位置発生部から出力される基準信号と前記基板
   ステージの位置を表す第１帰還信号とに基づいて前記基
   板ステージの推力に関する第１制御信号を出力する第１
   制御部と、 前記基準信号に対して演算を施して、前記基板ステージ
   と前記マスクステージとの動的特性の差に起因する同期
   誤差を補償する補償基準信号を出力する同期制御補償部
   と、 前記同期制御補償部から出力される補償基準信号と前記
   マスクステージの位置を表す第２帰還信号とに基づいて
   前記マスクステージの推力に関する第２制御信号を出力
   する第２制御部とを有することを特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 前記ステージ制御装置は、 前記第１制御信号と、前記第１帰還信号に対して前記基
   板ステージの応答特性を考慮した所定の演算を行って得
   られる信号とに基づいて、前記ステージに対する外乱の
   影響を示す誤差信号を算出する算出部と、 前記算出部で算出された誤差信号に基づいて、前記外乱
   の影響に起因する同期誤差を補償する補償信号を出力す
   る補償部と、 前記第２制御信号と前記補償信号とを加算して、前記他
   のステージの推力に関する制御信号とする加算部とをさ
   らに有することを特徴とする請求項７に記載の露光装
   置。
9. 【請求項９】 パターンが形成されたマスクを保持して
   移動するマスクステージと、前記マスクのパターンの像
   が転写される基板を保持して移動する基板ステージと、
   前記基板ステージ及び前記マスクステージが同期移動す
   るように制御するステージ制御装置とを備えた露光装置
   において、 前記ステージ制御装置は、 目標位置に応じた基準信号を発生する目標位置発生部
   と、 前記目標位置発生部から出力される基準信号と前記基板
   ステージの位置を表す第１帰還信号とに基づいて前記基
   板ステージの推力に関する第１制御信号を出力する第１
   制御部と、 前記基準信号と前記マスクステージの位置を表す第２帰
   還信号とに基づいて前記マスクステージの推力に関する
   第２制御信号を出力する第２制御部と、 前記基準信号と、前記第１帰還信号に対して前記基板ス
   テージの応答特性を考慮した所定の演算を行って得られ
   る信号とに基づいて、前記基板ステージに対する外乱の
   影響を示す誤差信号を算出する算出部と、 前記算出部で算出された誤差信号に基づいて、前記外乱
   の影響に起因する同期誤差を補償する補償信号を出力す
   る補償部と、 前記第２制御信号と前記補償信号とを加算して、前記マ
   スクステージの推力に関する制御信号とする加算部とを
   有することを特徴とする露光装置。
10. 【請求項１０】 前記ステージ制御装置は、前記基準信
    号に対して演算を施して、前記基板ステージと前記マス
    クステージとの動的特性の差に起因する同期誤差を補償
    する補償基準信号を出力する同期制御補償部をさらに有
    し、 前記第２制御部に、前記同期制御補償部から出力される
    補償基準信号を前記基準信号として入力することを特徴
    とする請求項９に記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 請求項７〜１０のいずれか一項に記載
    の露光装置を用いてパターンを感光物体上に転写する露
    光工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。