JP2009065058A - Method of designing driver, method of designing stage device, method of manufacturing stage device, method of manufacturing exposure apparatus and stage device - Google Patents

Method of designing driver, method of designing stage device, method of manufacturing stage device, method of manufacturing exposure apparatus and stage device Download PDF

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JP2009065058A JP2007233324A JP2007233324A JP2009065058A JP 2009065058 A JP2009065058 A JP 2009065058A JP 2007233324 A JP2007233324 A JP 2007233324A JP 2007233324 A JP2007233324 A JP 2007233324A JP 2009065058 A JP2009065058 A JP 2009065058A
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Hiroshi Fujimoto
博志 藤本
Koichi Sakata
晃一 坂田
Atsushi Hara
篤史 原
Kazuaki Saeki
和明 佐伯
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Nikon Corp
Yokohama National University NUC
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Nikon Corp
Yokohama National University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of designing a stage device that achieves highly precise position control, a method of manufacturing same, a method of manufacturing exposure apparatus and the stage device. <P>SOLUTION: Y stage mass or moment of inertia around the center of gravity of the Y stage is determined so that the real part of a zero point has a minus value by obtaining a transfer function of a dynamic system including X stage and the Y stage moving on the X stage. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、駆動装置の設計方法、ステージ装置の設計方法、ステージ装置の製造方法、露光装置の製造方法、およびステージ装置に関する。   The present invention relates to a drive device design method, a stage device design method, a stage device manufacturing method, an exposure apparatus manufacturing method, and a stage device.

従来、ステージ装置(例えば、特許文献1参照)のような駆動装置の設計においては、ステージ装置自体の構造物としての構造設計を行う第1のフェーズと、該構造物の位置制御をするための制御系の設計を行う第2のフェーズとがあり、通常は、第1のフェーズによりステージ装置の構造設計を行った後、設計された構造物に対して最適な位置制御がなされるように第2のフェーズにより制御系の設計を行う、という手順がとられている。
特開2004−14915号公報
Conventionally, in the design of a drive device such as a stage device (see, for example, Patent Document 1), a first phase for designing a structure as a structure of the stage device itself and the position control of the structure are performed. There is a second phase in which the control system is designed. Usually, after the stage apparatus structure is designed in the first phase, the first position is controlled so that optimum position control is performed on the designed structure. The procedure of designing the control system in two phases is taken.
JP 2004-14915 A

ところで、制御対象であるステージ装置における位置制御の特性は、ステージ装置の構造に基づいて決まる伝達関数により特徴付けられる。この伝達関数は、それぞれ所定の多項式で表される分母D(s)と分子N(s)を持つ分数式P=N(s)/D(s)で記述できる。但し、sは時間に関する微分演算子である。ここで、分母=0の解は極、分子=0の解は零点と呼ばれる。極や零点は制御の安定性や動特性に影響を与える要素であり、ステージ装置の制御系の設計は、これらを考慮して行う必要がある。 By the way, the characteristic of the position control in the stage apparatus which is a control target is characterized by a transfer function determined based on the structure of the stage apparatus. This transfer function can be described by a denominator P = N P (s) / D P (s) having a denominator D P (s) and a numerator N P (s) each represented by a predetermined polynomial. Here, s is a differential operator with respect to time. Here, a solution with denominator = 0 is called a pole, and a solution with numerator = 0 is called a zero. The poles and zeros are factors that affect the stability and dynamic characteristics of the control, and the design of the control system of the stage apparatus needs to be taken into consideration.

しかしながら、従来のステージ装置においては、制御系(コントローラ)の最適設計によって極の影響をなくすことはできても、零点の影響をなくすことができず、ステージ装置の高精度な位置制御を実現することが困難であるという問題があった。即ち、制御系の伝達関数を分母D(s),分子N(s)の分数式C=N(s)/D(s)とすると、制御系を含むステージ装置全体の伝達関数は、PC/(1+PC)と表される。したがって、この合成された伝達関数の極(分母1+PC=0の解)は、ステージ装置本体の単独での極(D(s)=0の解)とは異なるのに対し、合成された伝達関数の零点(分子PC=0の解)の一部は、ステージ装置本体の単独での零点(N(s)=0の解)でもあることになる。そのため、ステージ装置の制御系を如何に設計したとしても、ステージ装置本体単独で存在している零点は残ってしまうので、その零点の特性によっては高精度な位置制御を行うことが困難となるのである。 However, in the conventional stage apparatus, even if the influence of the pole can be eliminated by the optimum design of the control system (controller), the influence of the zero point cannot be eliminated, and high-precision position control of the stage apparatus is realized. There was a problem that it was difficult. That is, if the transfer function of the control system is the denominator D C (s) and the denominator C = N C (s) / D C (s) of the numerator N C (s), the transfer function of the entire stage apparatus including the control system Is represented as PC / (1 + PC). Therefore, the pole of the synthesized transfer function (the denominator 1 + PC = 0 solution) is different from the single pole of the stage apparatus main body (the solution of D P (s) = 0), whereas the synthesized transfer. A part of the zero of the function (the solution of the numerator PC = 0) is also the zero of the stage apparatus main body (the solution of N P (s) = 0). Therefore, no matter how the control system of the stage apparatus is designed, the zero point existing in the stage apparatus main body alone will remain, and depending on the characteristics of the zero point, it becomes difficult to perform highly accurate position control. is there.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高精度な位置制御を行うことが可能なステージ装置の設計方法、ステージ装置の製造方法、露光装置の製造方法、およびステージ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a stage apparatus design method, a stage apparatus manufacturing method, an exposure apparatus manufacturing method, and a stage capable of performing highly accurate position control. To provide an apparatus.

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、ベースに対して共に第1方向へ移動可能な第1部位と第2部位とを含み、力学系モデルにおいては前記第1部位と前記第2部位とがバネ成分を介して連結されていることと等価と見なせる移動部材と、前記移動部材を前記第1方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記第2部位に設けられ、該第2部位の位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成される駆動装置の設計方法において、前記第1部位、前記第2部位、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記アクチュエータに与える力と前記第2部位の位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2部位の質量または前記第2部位の重心まわりの慣性モーメントを決定し、前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2部位の作製上の諸元を設定することを特徴とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and includes a first part and a second part that are movable in the first direction with respect to the base. In the dynamic system model, the first part and the second part are provided. A moving member that can be regarded as equivalent to being connected to the second part via a spring component; an actuator that moves the moving member along the first direction; and the second part. And a measurement target unit used as a measurement target when obtaining information on the position of the two parts. The drive device design method includes the first part, the second part, and the measurement target part. A transfer function representing a relationship between the force applied to the actuator and information related to the position of the second part is obtained with respect to the dynamic system, and the real part of the zero point of the obtained transfer function is a negative value. 2 parts Determining the mass or moment of inertia about the center of gravity of the second portion, and sets the second portion produced on the specifications of to meet the determined mass or moment of inertia.

この発明によれば、伝達関数の零点の実部が負の値を持つようにすることによって、駆動装置の位置制御を高精度に行うことを可能にしている。これは、伝達関数の零点の実部が正の値を持つ(特にその絶対値が小さい)場合には、駆動装置が逆応答と呼ばれる望まない挙動を示すとの知見に基づいている。伝達関数の零点の値は、第2部位の質量または慣性モーメントを適宜設定することで所望の値に調整できる。また第2部位の質量や慣性モーメントは、第2部位の形状や材質(密度)を適宜設定することで調整することができる。   According to the present invention, by making the real part of the zero point of the transfer function have a negative value, the position control of the drive device can be performed with high accuracy. This is based on the knowledge that when the real part of the zero of the transfer function has a positive value (especially its absolute value is small), the drive device exhibits an undesired behavior called an inverse response. The value of the zero point of the transfer function can be adjusted to a desired value by appropriately setting the mass or moment of inertia of the second part. The mass and moment of inertia of the second part can be adjusted by appropriately setting the shape and material (density) of the second part.

また、本発明は、ベースに対して共に第1方向へ移動可能な第1部位と第2部位とを含み、力学系モデルにおいては前記第1部位と前記第2部位とがバネ成分を介して連結されていることと等価と見なせる移動部材と、前記移動部材を前記第1方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記第2部位に設けられ、該第2部位の位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成される駆動装置の設計方法において、次式
Iy≧mL(l−L)+μ2/{4(k−mgL)}
(但し、Iyは前記第2部位の重心まわりの慣性モーメント、mは前記第2部位の質量、Lは前記第2部位の回転移動の回転中心から該第2部位の重心までの距離、lは前記回転中心から前記測定対象部までの距離、μは前記第1部位と前記第部位間の減衰係数、kは前記第1部位と前記第2部位間のねじり剛性、gは重力加速度)を満たすように前記第2部位の質量または前記第2部位の重心まわりの慣性モーメントを決定し、前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2部位の作製上の諸元を設定することを特徴とする。
The present invention also includes a first part and a second part that are both movable in the first direction with respect to the base. In the dynamic system model, the first part and the second part are connected via a spring component. A movable member that can be regarded as equivalent to being connected, an actuator that moves the movable member along the first direction, and a second member that is provided in the second part and measured when obtaining information about the position of the second part. In a method for designing a drive device including a measurement target unit used as a target, the following formula Iy ≧ mL (l−L) + μ2 / {4 (k−mgL)}
(Where Iy is the moment of inertia around the center of gravity of the second part, m is the mass of the second part, L is the distance from the rotational center of the rotational movement of the second part to the center of gravity of the second part, and l is The distance from the rotation center to the measurement target part, μ is an attenuation coefficient between the first part and the second part, k is a torsional rigidity between the first part and the second part, and g is a gravitational acceleration). The mass of the second part or the moment of inertia around the center of gravity of the second part is determined as described above, and the production specifications of the second part are set so as to satisfy the determined mass or moment of inertia. And

この発明によれば、上記の式が満たされる場合に伝達関数の零点の実部が負の値を持つので、駆動装置の位置制御を高精度に行うことが可能である。   According to the present invention, since the real part of the zero point of the transfer function has a negative value when the above equation is satisfied, the position control of the drive device can be performed with high accuracy.

また、本発明は、ベースに対して共に第1方向へ移動可能な第1部位と第2部位とを含み、力学系モデルにおいては前記第1部位と前記第2部位とがバネ成分を介して連結されていることと等価と見なせる移動部材と、前記移動部材を前記第1方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記第2部位に設けられ、該第2部位の位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成される駆動装置の設計方法において、前記第1部位、前記第2部位、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記悪流エータに与える力と前記第2部位の位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2部位に前記測定対象部を設ける位置を決定することを特徴とする。   The present invention also includes a first part and a second part that are both movable in the first direction with respect to the base. In the dynamic system model, the first part and the second part are connected via a spring component. A movable member that can be regarded as equivalent to being connected, an actuator that moves the movable member along the first direction, and a second member that is provided in the second part and measured when obtaining information about the position of the second part. And a measurement target unit used as a target, wherein the dynamic unit including the first part, the second part, and the measurement target part is given to the evil estimator. A transfer function representing a relationship between force and information on the position of the second part is obtained, and the measurement target part is provided in the second part so that the real part of the zero point of the obtained transfer function becomes a negative value. Determining the position And features.

また、本発明は、ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成されるステージ装置の設計方法において、前記第1ステージ、前記第2ステージ、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記駆動手段に与える力と前記第2ステージの位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2ステージの質量または前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメントを決定し、前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2ステージの作製上の諸元を設定することを特徴とする。   The present invention also provides a first stage that is movable in a first direction with respect to a base, a second stage that is coupled to the first stage so as to be movable in a second direction with respect to the first stage, and the first stage. A driving unit configured to move the stage along the first direction; and a measurement target unit provided on the second stage and used as a measurement target when obtaining information regarding the position of the second stage. In the design method of the stage apparatus, the relationship between the force applied to the driving means and the information on the position of the second stage is represented for the dynamic system including the first stage, the second stage, and the measurement target unit. Determining a transfer function, determining the mass of the second stage or the moment of inertia around the center of gravity of the second stage so that the real part of the zero point of the determined transfer function is a negative value; And setting the specifications produced on the second stage so as to satisfy the serial determined mass or moment of inertia.

この発明によれば、伝達関数の零点の実部が負の値を持つようにすることによって、ステージ装置の位置制御を高精度に行うことを可能にしている。これは、伝達関数の零点の実部が正の値を持つ(特にその絶対値が小さい)場合には、ステージ装置が逆応答と呼ばれる望まない挙動を示すとの知見に基づいている。伝達関数の零点の値は、第2ステージの質量または慣性モーメントを適宜設定することで所望の値に調整できる。また第2ステージの質量や慣性モーメントは、第2ステージの形状や材質(密度)を適宜設定することで調整することができる。   According to the present invention, by making the real part of the zero point of the transfer function have a negative value, the position control of the stage device can be performed with high accuracy. This is based on the knowledge that when the real part of the zero point of the transfer function has a positive value (especially its absolute value is small), the stage device exhibits an undesired behavior called an inverse response. The zero value of the transfer function can be adjusted to a desired value by appropriately setting the mass or moment of inertia of the second stage. The mass and moment of inertia of the second stage can be adjusted by appropriately setting the shape and material (density) of the second stage.

また、本発明は、ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成されるステージ装置の設計方法において、次式
Iy≧mL(l−L)+μ2/{4(k−mgL)}
(但し、Iyは前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメント、mは前記第2ステージの質量、Lは前記第2ステージの回転移動の回転中心から該第2ステージの重心までの距離、lは前記回転中心から前記測定対象部までの距離、μは前記第1ステージと前記第2ステージ間の減衰係数、kは前記第1ステージと前記第2ステージ間のねじり剛性、gは重力加速度)を満たすように前記第2ステージの質量または前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメントを決定し、前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2ステージの作製上の諸元を設定することを特徴とする。
The present invention also provides a first stage that is movable in a first direction with respect to a base, a second stage that is coupled to the first stage so as to be movable in a second direction with respect to the first stage, and the first stage. A driving unit configured to move the stage along the first direction; and a measurement target unit provided on the second stage and used as a measurement target when obtaining information regarding the position of the second stage. In the stage device design method, the following formula Iy ≧ mL (l−L) + μ2 / {4 (k−mgL)}
(Where Iy is the moment of inertia around the center of gravity of the second stage, m is the mass of the second stage, L is the distance from the rotational center of the rotational movement of the second stage to the center of gravity of the second stage, and l is The distance from the rotation center to the measurement target part, μ is an attenuation coefficient between the first stage and the second stage, k is a torsional rigidity between the first stage and the second stage, and g is a gravitational acceleration). Determining the mass of the second stage or the moment of inertia around the center of gravity of the second stage so as to satisfy, and setting the specifications for manufacturing the second stage so as to satisfy the determined mass or moment of inertia. Features.

この発明によれば、上記の式が満たされる場合に伝達関数の零点の実部が負の値を持つので、ステージ装置の位置制御を高精度に行うことが可能である。   According to the present invention, since the real part of the zero point of the transfer function has a negative value when the above equation is satisfied, the position control of the stage device can be performed with high accuracy.

また、本発明は、ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成されるステージ装置の設計方法において、前記第1ステージ、前記第2ステージ、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記駆動手段に与える力と前記第2ステージの位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2ステージに前記測定対象部を設ける位置を決定することを特徴とする。   The present invention also provides a first stage that is movable in a first direction with respect to a base, a second stage that is coupled to the first stage so as to be movable in a second direction with respect to the first stage, and the first stage. A driving unit configured to move the stage along the first direction; and a measurement target unit provided on the second stage and used as a measurement target when obtaining information regarding the position of the second stage. In the design method of the stage apparatus, the relationship between the force applied to the driving means and the information on the position of the second stage is represented for the dynamic system including the first stage, the second stage, and the measurement target unit. A transfer function is obtained, and a position where the measurement target part is provided on the second stage is determined so that the real part of the zero point of the obtained transfer function becomes a negative value.

また、本発明は、ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、前記測定対象部を用いて前記第2ステージの位置に関する情報を計測する位置検出センサと、を含むステージ装置であって、次式
Iy≧mL(l−L)+μ2/{4(k−mgL)}
(但し、Iyは前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメント、mは前記第2ステージの質量、Lは前記第2ステージの回転移動の回転中心から該第2ステージの重心までの距離、lは前記回転中心から前記測定対象部までの距離、μは前記第1ステージと前記第2ステージ間の減衰係数、kは前記第1ステージと前記第2ステージ間のねじり剛性、gは重力加速度)を満たすように前記第2ステージの質量および前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメントが設定されているステージ装置である。
The present invention also provides a first stage that is movable in a first direction with respect to a base, a second stage that is coupled to the first stage so as to be movable in a second direction with respect to the first stage, and the first stage. A drive unit that moves the stage along the first direction; a measurement target unit that is provided on the second stage and is used as a measurement target when obtaining information on the position of the second stage; and the measurement target unit. And a position detection sensor that measures information related to the position of the second stage using the following equation: Iy ≧ mL (l−L) + μ2 / {4 (k−mgL)}
(Where Iy is the moment of inertia around the center of gravity of the second stage, m is the mass of the second stage, L is the distance from the rotational center of the rotational movement of the second stage to the center of gravity of the second stage, and l is The distance from the rotation center to the measurement target part, μ is an attenuation coefficient between the first stage and the second stage, k is a torsional rigidity between the first stage and the second stage, and g is a gravitational acceleration). In this stage device, the mass of the second stage and the moment of inertia around the center of gravity of the second stage are set so as to satisfy the above condition.

本発明によれば、伝達関数の零点の実部が負の値を持つので、ステージ装置の位置制御を高精度に行うことが可能である。   According to the present invention, since the real part of the zero point of the transfer function has a negative value, the position control of the stage device can be performed with high accuracy.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるステージ装置の構成図である。
ベース1の上面には、X方向に延在するX軸ガイド2がY方向に間隔をあけて2本平行に敷設されており(図ではそのうちの1本が示されている)、これら各X軸ガイド2の両側部及び上部を跨ぐようにXキャリッジ3がそれぞれ移動自在に設けられている。Xキャリッジ3の上部には、Y方向(紙面に垂直な方向)に沿って延在し、2つのXキャリッジ3を結ぶブリッジ状にYビームガイド4が懸架されて締結固定されている。Xキャリッジ3とXガイド2との間には、エアベアリング5が複数配置されている。エアベアリング5はXキャリッジ3に固定されており、Xガイド2に対してフローティング(非接触)支持されたXキャリッジ3及びYビームガイド4は、Xガイド2にガイドされてX方向に移動自在の構成となっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a stage apparatus according to an embodiment of the present invention.
Two X-axis guides 2 extending in the X direction are laid in parallel on the upper surface of the base 1 at intervals in the Y direction (one of them is shown in the figure). An X carriage 3 is movably provided so as to straddle both side portions and the upper portion of the shaft guide 2. A Y beam guide 4 is suspended and fastened to the upper portion of the X carriage 3 in a bridge shape that extends in the Y direction (direction perpendicular to the paper surface) and connects the two X carriages 3. A plurality of air bearings 5 are arranged between the X carriage 3 and the X guide 2. The air bearing 5 is fixed to the X carriage 3, and the X carriage 3 and the Y beam guide 4 supported floating (non-contact) with respect to the X guide 2 are guided by the X guide 2 and are movable in the X direction. It has a configuration.

Yビームガイド4の上部には、Yキャリッジ7が載置されている。Yキャリッジ7とYビームガイド4の上面との間には、エアベアリング8(ベースベアリング)が複数配置されており、Yキャリッジ7とYビームガイド4の両側面との間には、エアベアリング9(サイドベアリング)が複数配置されている。これらエアベアリング8、9はYキャリッジ7に固定されており、Yビームガイド4にフローティング(非接触)支持されたYキャリッジ7は、Yビームガイド4にガイドされてY方向に移動自在の構成となっている。   A Y carriage 7 is placed on the Y beam guide 4. A plurality of air bearings 8 (base bearings) are arranged between the Y carriage 7 and the upper surface of the Y beam guide 4, and between the Y carriage 7 and both side surfaces of the Y beam guide 4, the air bearing 9. A plurality of (side bearings) are arranged. The air bearings 8 and 9 are fixed to the Y carriage 7, and the Y carriage 7 that is floating (non-contact) supported by the Y beam guide 4 is guided by the Y beam guide 4 and is movable in the Y direction. It has become.

Yキャリッジ7上には、プレートテーブル10が複数の支持機構(不図示)で支持されている。プレートテーブル10上には、ガラス基板等を吸着保持するプレートホルダ11と、位置を計測するための位置センサ12とが設けられている。この位置センサ12(測定対象部)は、例えば干渉計測器(レーザ干渉計)の一部を構成する移動鏡であって、外部に設けられた光源からのレーザ光を測定光としてこの移動鏡に照射して反射させ、上記干渉計測器内で参照光と干渉を生じさせることにより、プレートホルダ11の位置を精密に計測する。   On the Y carriage 7, the plate table 10 is supported by a plurality of support mechanisms (not shown). On the plate table 10, a plate holder 11 for sucking and holding a glass substrate and the like, and a position sensor 12 for measuring the position are provided. The position sensor 12 (measurement target unit) is, for example, a movable mirror that constitutes a part of an interference measuring instrument (laser interferometer). Laser light from an external light source is used as measurement light on the movable mirror. The position of the plate holder 11 is precisely measured by irradiating and reflecting and causing interference with the reference light in the interference measuring instrument.

Yビームガイド4の両端部(紙面の手前側と奥側)には、図示しないアクチュエータ(駆動手段、例えばXリニアモータ)が設けられ、このXリニアモータの駆動によってXキャリッジ3に搭載された構造物がXガイド2に沿ってX方向に移動する。また、Yキャリッジ7の側面部には、Yリニアモータ6が設けられ、このYリニアモータ6の駆動によってYキャリッジ7に搭載された構造物がYビームガイド4に沿ってY方向に移動する。換言すれば、Xキャリッジ3とYビームガイド4とXリニアモータとによりXステージ100が形成され、Xステージ100がX方向に移動するとともに、Yキャリッジ7とプレートテーブル10とプレートホルダ11と位置センサ12とYリニアモータ6とによりYステージ200が形成され、Yステージ200がY方向に移動するように、本ステージ装置が構成されている。   An actuator (driving means, for example, an X linear motor) (not shown) is provided at both ends (the front side and the back side of the paper surface) of the Y beam guide 4 and is mounted on the X carriage 3 by driving the X linear motor. The object moves along the X guide 2 in the X direction. A Y linear motor 6 is provided on the side surface of the Y carriage 7, and the structure mounted on the Y carriage 7 moves in the Y direction along the Y beam guide 4 by driving the Y linear motor 6. In other words, the X stage 100 is formed by the X carriage 3, the Y beam guide 4, and the X linear motor, the X stage 100 moves in the X direction, and the Y carriage 7, the plate table 10, the plate holder 11, and the position sensor. 12 and the Y linear motor 6 form a Y stage 200, and the stage apparatus is configured such that the Y stage 200 moves in the Y direction.

図2は、上記ステージ装置の力学系モデルを示す図である。
Xステージ100は、質量Mを有し、ベース1と減衰係数(粘性係数)Cで結合している。例えば、Xステージ100がベース1に対してエアベアリング5によって相対移動可能に支持されているとすると、このエアベアリング5に起因する減衰係数が減衰係数Cである。Yステージ200は、質量mを有し、回転中心Cのまわりの回転運動に対する減衰係数μおよびねじり剛性kでXステージ100と結合している。XリニアモータによってXステージ100に力fを加えると、Xステージ100およびXステージ100上のYステージ200はX方向に沿って移動する。このとき、Yステージ200は更に、減衰係数μおよびねじり剛性kの存在により、図2に示すように回転中心Cのまわりに微少量だけ回転を行う。本実施形態においては、エアベアリング8,9が有限の剛性値を持つバネ成分として作用し、これによりYステージ200とXステージ100との間に回転運動成分が生じるものとする。この回転運動の中心を回転中心Cと設定する。なお、前述のようにXステージ100がベース1に対してエアベアリング5を介して支持される場合は、ここにも有限の剛性値を持つバネ成分が作用する。そこで、Xステージ100のエアベアリングの剛性を、ステージ重心高さとアクチュエータ取り付け高さを一致させることでその影響を無くし、図2のようなモデル化を行った。
FIG. 2 is a diagram showing a dynamic system model of the stage apparatus.
X-stage 100 has a mass M, attached at the base 1 and the attenuation coefficient (coefficient of viscosity) C x. For example, if the X stage 100 is supported by the air bearing 5 so as to be relatively movable with respect to the base 1, the damping coefficient resulting from the air bearing 5 is the damping coefficient C x . The Y stage 200 has a mass m, and is coupled to the X stage 100 with a damping coefficient μ and a torsional rigidity k with respect to the rotational motion around the rotational center C. When a force f is applied to the X stage 100 by the X linear motor, the X stage 100 and the Y stage 200 on the X stage 100 move along the X direction. At this time, the Y stage 200 further rotates by a small amount around the rotation center C as shown in FIG. 2 due to the presence of the damping coefficient μ and the torsional rigidity k. In the present embodiment, it is assumed that the air bearings 8 and 9 act as spring components having a finite rigidity value, thereby generating a rotational motion component between the Y stage 200 and the X stage 100. The center of this rotational motion is set as the rotational center C. When the X stage 100 is supported on the base 1 via the air bearing 5 as described above, a spring component having a finite rigidity value also acts here. Therefore, the effect of the rigidity of the air bearing of the X stage 100 is eliminated by matching the height of the center of gravity of the stage with the height of the actuator mounting, and modeling is performed as shown in FIG.

なお、本実施形態の説明においては、或る複数の部材(例えば、Xステージ100やYステージ200)が所定の条件で関わり合っていることを、適宜、結合、という表現で表すものとする。機械的に直接接触した状態であってもよいし、気体等を介在させた非接触の状態であってもよい。例えば、Yステージ200はエアベアリング8,9を介してXステージ100に搭載されており、Xステージ100がX方向に移動するとYステージ200も同様にX方向に移動するようになっている。さらに、Yステージ200はエアベアリング8,9によって、Xステージ100に対してY方向に相対移動できるようになっている。さらに、前述のように、Xステージ100とYステージ200との間には回転運動が生じ、図2の力学系モデルに表されるような回転中心Cが存在するようになっている。   In the description of the present embodiment, the fact that a plurality of members (for example, the X stage 100 and the Y stage 200) are related with each other under a predetermined condition is appropriately expressed by the expression “join”. It may be in a mechanically direct contact state or a non-contact state with a gas or the like interposed. For example, the Y stage 200 is mounted on the X stage 100 via the air bearings 8 and 9, and when the X stage 100 moves in the X direction, the Y stage 200 similarly moves in the X direction. Further, the Y stage 200 can be moved relative to the X stage 100 in the Y direction by air bearings 8 and 9. Further, as described above, a rotational motion is generated between the X stage 100 and the Y stage 200, and the rotation center C as shown in the dynamic system model of FIG. 2 exists.

このような力学系モデルにおいて、Xステージ100のX座標の位置X1とYステージ200のX座標の位置X2は、それぞれ図3に記す式(1),(2)により与えられる。位置X2は、例えば基板表面の露光領域の位置であり、ステージ装置の位置制御における最終的な制御の目標位置である。但し、IyはYステージ200の重心Gのまわりの慣性モーメント、Lは回転中心CからYステージ200の重心Gまでの距離、lは回転中心Cから位置センサ12までの距離、gは重力加速度である。式(1),(2)の右辺はこの力学系の応答を表す伝達関数であり、また、sは時間に関する微分演算子(s≡d/dt)である。   In such a dynamic system model, the X coordinate position X1 of the X stage 100 and the X coordinate position X2 of the Y stage 200 are given by the equations (1) and (2) shown in FIG. The position X2 is, for example, the position of the exposure area on the surface of the substrate, and is a final control target position in the position control of the stage apparatus. Where Iy is the moment of inertia around the center of gravity G of the Y stage 200, L is the distance from the center of rotation C to the center of gravity G of the Y stage 200, l is the distance from the center of rotation C to the position sensor 12, and g is the acceleration of gravity. is there. The right side of the equations (1) and (2) is a transfer function representing the response of this dynamic system, and s is a differential operator (s≡d / dt) with respect to time.

ここで、伝達関数の分母=0の方程式は特性方程式と呼ばれ、その解は極と呼ばれる。また、伝達関数の分子=0の方程式の解は零点と呼ばれる。極も零点も上記の力学系の応答特性、即ち各ステージの位置X1やX2を決める重要な要素であるが、以下に説明するように、零点に着目して力学系の各パラメータを設定することにより、ステージ装置の高精度な位置決めを行うことが可能となる。   Here, the equation of transfer function denominator = 0 is called a characteristic equation, and the solution is called a pole. The solution of the equation of transfer function numerator = 0 is called zero point. Both the pole and the zero are important factors that determine the response characteristics of the above dynamic system, that is, the positions X1 and X2 of each stage. As described below, each parameter of the dynamic system is set by paying attention to the zero. As a result, the stage device can be positioned with high accuracy.

式(2)から、Yステージ200の位置X2に関する零点を導出する方程式は、sの2次方程式として次式(3)で表される。   An equation for deriving a zero point regarding the position X2 of the Y stage 200 from the equation (2) is expressed by the following equation (3) as a quadratic equation of s.

Figure 2009065058
Figure 2009065058

零点は式(3)を解くことにより求められ、その値は次のケース1〜ケース4の4種類に分類することができる。   The zeros are obtained by solving the equation (3), and the values can be classified into the following four cases 1 to 4.

(ケース1) 次式(4)が成り立つ場合、上記方程式(3)は1次方程式となり、零点は1つだけ存在する。 (Case 1) When the following equation (4) holds, the above equation (3) becomes a linear equation, and there is only one zero.

Figure 2009065058
Figure 2009065058

(ケース2) 次式(5)が成り立つ場合、上記2次方程式(3)は重解を持つ。 (Case 2) When the following equation (5) holds, the above quadratic equation (3) has multiple solutions.

Figure 2009065058
Figure 2009065058

(ケース3) 次式(6)が成り立つ場合、上記2次方程式(3)は2つの実数解を持つ。 (Case 3) When the following equation (6) holds, the above quadratic equation (3) has two real solutions.

Figure 2009065058
Figure 2009065058

(ケース4) 次式(7)が成り立つ場合、上記2次方程式(3)は2つの複素数解を持つ。 (Case 4) When the following equation (7) holds, the above quadratic equation (3) has two complex solutions.

Figure 2009065058
Figure 2009065058

図4は、上記のケース2〜ケース4について、零点と極とを複素平面上に示した図である。図4において、ケース3では実軸上の正と負の位置にそれぞれ零点が存在している。このうち、正の方の零点を不安定零点と呼ぶ。これに対し、ケース2やケース4では零点の実部は負の値であり不安定零点が存在しておらず、適切な制御アルゴリズムを採用することにより位置X2は精密に制御することが可能である。なお、具体的な制御アルゴリズムをどうするかは本発明の本質に関係が無いので、その説明は省略する。   FIG. 4 is a diagram showing the zeros and poles on the complex plane for Case 2 to Case 4 described above. In FIG. 4, in case 3, zeros exist at positive and negative positions on the real axis. Of these, the positive zero is called the unstable zero. In contrast, in case 2 and case 4, the real part of the zero is a negative value and no unstable zero exists, and the position X2 can be precisely controlled by adopting an appropriate control algorithm. is there. The specific control algorithm is not related to the essence of the present invention, and the description thereof is omitted.

したがって、本ステージ装置において、Yステージ200の慣性モーメントIyや質量mは、伝達関数(式(2))が不安定零点を持たないように、即ち、式(5)または式(6)が成立し零点の実部が負の値となるように、その値を決定する。これにより、Yステージ200の位置X2を高精度に位置決めすることが可能になる。   Therefore, in this stage apparatus, the moment of inertia Iy and the mass m of the Y stage 200 are such that the transfer function (formula (2)) does not have an unstable zero, that is, formula (5) or formula (6) is established. The value is determined so that the real part of the zero point becomes a negative value. Thereby, the position X2 of the Y stage 200 can be positioned with high accuracy.

具体例として、Yステージ200の質量mは一定とし、その慣性モーメントIy(Yステージ200の形状)を変化させることによって位置X2の応答特性を変えることができることを以下に説明する。
ここで図2に示すように、Yステージ200は幅b、高さhを有する直方体であると仮定する。この形状のYステージ200の慣性モーメントIyは、次式(8)で与えられる。
As a specific example, it will be described below that the response characteristic of the position X2 can be changed by changing the inertia moment Iy (shape of the Y stage 200) while the mass m of the Y stage 200 is constant.
Here, as shown in FIG. 2, it is assumed that the Y stage 200 is a rectangular parallelepiped having a width b and a height h. The inertia moment Iy of the Y stage 200 having this shape is given by the following equation (8).

Figure 2009065058
Figure 2009065058

図5は、Yステージ200の質量mを一定としたまま幅bの値を振った場合の幅b、高さh、および慣性モーメントIyの各値を示した図である。慣性モーメントIyを図5の「条件1」から「条件16」まで変化させ、零点の振る舞い及びステップ入力fに対する位置X2の応答を求める。このとき回転中心Cから位置センサ12までの距離は、ケース3の状態となる位置で同一のままとする。得られた結果を図6に示す。図6は、「条件1」から「条件16」のそれぞれについて、零点を複素平面上に示した零点軌跡を表す図である。   FIG. 5 is a diagram showing values of width b, height h, and moment of inertia Iy when the value of width b is shaken while the mass m of Y stage 200 is kept constant. The inertia moment Iy is changed from “condition 1” to “condition 16” in FIG. 5 to determine the behavior of the zero point and the response of the position X2 to the step input f. At this time, the distance from the rotation center C to the position sensor 12 remains the same at the position where the case 3 is in the state. The obtained result is shown in FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a zero point locus in which the zero point is indicated on the complex plane for each of “condition 1” to “condition 16”.

図6において、「条件1」の場合の零点をAで示す。「条件1」は上述したケース3に対応するものであり、点Aの配置は図4のケース3と同じである。Yステージ200の構造が「条件2」,「条件3」,…,「条件13」と変化するにつれて、零点はBの位置へ徐々に移動していく。「条件1」から「条件13」までの領域(軌跡)はケース3内における零点の動きを示しており、零点は実軸上の正の位置と負の位置に存在する。即ち、不安定零点が存在している。「条件14」では、零点の位置はCとなり、更にYステージ200の構造が「条件15」,「条件16」と変化するにつれて、零点はDの位置へ徐々に移動する。「条件14」から「条件16」までの領域(軌跡)はケース4内における零点の動きを示しており、零点は虚軸の左側に存在してその実部が負の値を有している。即ち、不安定零点が存在しなくなる。なお、点Aから点Bまでの移動(軌跡)が点Cから点Dまでの移動(軌跡)に変わるのは、幅b=0.355となる近傍であり、幅bが0.355より僅かでも小さければケース3の状態となり、幅bが0.355より僅かでも大きければケース4の状態となる。
なお、厳密には上記の「条件13」と「条件14」の間にはケース1およびケース2に相当する状態があるが、図6及び上記説明では省略した。
In FIG. 6, the zero point in the case of “condition 1” is indicated by A. “Condition 1” corresponds to the case 3 described above, and the arrangement of the points A is the same as the case 3 in FIG. As the structure of the Y stage 200 changes to “condition 2”, “condition 3”,..., “Condition 13”, the zero point gradually moves to the position B. The region (trajectory) from “Condition 1” to “Condition 13” indicates the movement of the zero in the case 3, and the zero exists at the positive and negative positions on the real axis. That is, an unstable zero exists. Under “condition 14”, the position of the zero point is C, and the zero point gradually moves to the position D as the structure of the Y stage 200 changes to “condition 15” and “condition 16”. The region (trajectory) from “condition 14” to “condition 16” indicates the movement of the zero point in the case 4, and the zero point exists on the left side of the imaginary axis and its real part has a negative value. That is, there are no unstable zeros. Note that the movement (trajectory) from point A to point B changes to the movement (trajectory) from point C to point D in the vicinity where width b = 0.355, and width b is slightly smaller than 0.355. However, if it is small, it will be in the state of case 3, and if the width b is slightly larger than 0.355, it will be in the state of case 4.
Strictly speaking, there is a state corresponding to Case 1 and Case 2 between “Condition 13” and “Condition 14”, but it is omitted in FIG. 6 and the above description.

このように、Yステージ200の慣性モーメントIy(または幅bや高さh)の値を変化させる(構造変更)ことによって、零点をケース3の状態からケース4の状態に変えることができる。換言すれば、Yステージ200の幅bや高さhなどの設計諸元(Yステージ200作製上の諸元)を、零点がケース4またはケース2の状態となる(零点の実部が負の値となる)ように設定することで、Yステージ200の位置X2を高精度に位置決めすることが可能である。したがって、通常のステージ装置の構造ではケース3の条件が満たされてしまう場合でも、上記のように設計諸元を設定したステージ装置の構造とすれば、ケース4の条件が満足されてYステージ200の高精度な位置決めが実現できる。   In this way, the zero point can be changed from the case 3 state to the case 4 state by changing the value of the moment of inertia Iy (or width b or height h) of the Y stage 200 (structural change). In other words, design specifications such as the width b and height h of the Y stage 200 (specifications in manufacturing the Y stage 200) are set to the state of the case 4 or the case 2 (the real part of the zero point is negative). It is possible to position the position X2 of the Y stage 200 with high accuracy. Therefore, even if the condition of case 3 is satisfied in the structure of the normal stage apparatus, if the structure of the stage apparatus is set with the design specifications as described above, the condition of case 4 is satisfied and the Y stage 200 is satisfied. High-precision positioning can be realized.

以上説明した本実施形態によるステージ装置は、例えば微細な回路パターンをガラス基板や半導体基板に焼き付ける露光装置用のステージ装置として用いることができる。
図7は、上述のステージ装置を適用した露光装置の構成図である。露光装置31は、照明光学系32と、マスクMを保持して移動するマスクステージ装置33と、投影光学系PLと、ガラス基板Pを保持して移動する基板ステージ装置35と、を含んで構成される。
The stage apparatus according to the present embodiment described above can be used as a stage apparatus for an exposure apparatus that prints a fine circuit pattern on a glass substrate or a semiconductor substrate, for example.
FIG. 7 is a block diagram of an exposure apparatus to which the above-described stage apparatus is applied. The exposure apparatus 31 includes an illumination optical system 32, a mask stage apparatus 33 that moves while holding the mask M, a projection optical system PL, and a substrate stage apparatus 35 that holds and moves the glass substrate P. Is done.

照明光学系32は、いずれも図示していない光源ユニット、シャッタ、2次光源形成光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、レチクルブラインド、および結像レンズ系から構成され、マスクステージ装置33に保持されたマスクM上の所定の照明領域(回路パターンを含んでいる)を照明光ILにより均一な照度で照明する。
投影光学系PLは、光軸AX方向に沿って所定間隔で配置された複数枚のレンズエレメントを有する光学系(例えば屈折光学系)であり、照明光学系32からの照明光ILによってマスクMの照明領域が照明されると、このマスクMを通過した照明光により、投影光学系PLを介してマスクM上の照明領域の回路パターンの所定倍率の正立像がガラス基板P上に投影され、これによりガラス基板Pの表面に塗布されたフォトレジストが露光される。
The illumination optical system 32 includes a light source unit, a shutter, a secondary light source forming optical system, a beam splitter, a condenser lens system, a reticle blind, and an imaging lens system, all of which are not shown, and is held by a mask stage device 33. A predetermined illumination area (including a circuit pattern) on the mask M is illuminated with a uniform illuminance by the illumination light IL.
The projection optical system PL is an optical system (for example, a refractive optical system) having a plurality of lens elements arranged at predetermined intervals along the direction of the optical axis AX, and the mask M is illuminated by illumination light IL from the illumination optical system 32. When the illumination area is illuminated, the illumination light that has passed through the mask M projects an upright image of a predetermined magnification of the circuit pattern of the illumination area on the mask M onto the glass substrate P via the projection optical system PL. Thus, the photoresist applied to the surface of the glass substrate P is exposed.

マスクステージ装置33または基板ステージ装置35の少なくともいずれか一方には、上述した図1のステージ装置を用いる。ここで、マスクステージ装置33として用いる場合にはプレートホルダ11にマスクMが保持され、基板ステージ装置35として用いる場合にはプレートホルダ11にガラス基板Pが保持される。   The above-described stage apparatus of FIG. 1 is used for at least one of the mask stage apparatus 33 and the substrate stage apparatus 35. Here, when used as the mask stage device 33, the mask M is held by the plate holder 11, and when used as the substrate stage device 35, the glass substrate P is held by the plate holder 11.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。   As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to

例えば、上述したケース2〜ケース4の説明において、回転中心Cから位置センサ12までの距離lは固定、即ち位置センサ12はプレートテーブル10の上面に設置されているものとし、Yステージ200の慣性モーメントIyを変化させることにより零点の状態をケース2からケース4の間で変えるものとした。しかし本発明はこれに限るものではなく、Yステージ200の慣性モーメントIyや質量m等の構造を固定として、回転中心Cから位置センサ12までの距離lをパラメータとして変化させることにより、零点の状態をケース2からケース4の間で変えるようにすることもできる。この変形例の場合は、式(5)〜(7)を距離lについて解いて、例えばケース4(式(7))の条件を満たすように距離lの値を設定すればよい。   For example, in the case 2 to case 4 described above, it is assumed that the distance l from the rotation center C to the position sensor 12 is fixed, that is, the position sensor 12 is installed on the upper surface of the plate table 10. The state of the zero point is changed between the case 2 and the case 4 by changing the moment Iy. However, the present invention is not limited to this. The structure of the Y stage 200 such as the moment of inertia Iy and the mass m is fixed, and the distance l from the rotation center C to the position sensor 12 is changed as a parameter, so that the zero point state is obtained. Can be changed between case 2 and case 4. In the case of this modification, equations (5) to (7) are solved for distance l, and the value of distance l may be set so as to satisfy the condition of case 4 (equation (7)), for example.

図8は、このときの零点の軌跡を複素平面上に示した図である。零点は、距離lが大きくなるにつれて点Aから点B、点Cから点Dへと徐々に移動していく。点Aから点Bまでの領域(軌跡)はケース4内における零点の動きを示しており、零点は2個とも虚軸の左側に存在してその実部が負の値を有している。即ち、不安定零点が存在しない。このとき、位置センサ12の位置を回転中心(回転軸)Cから遠ざけるにつれて零点位置は原点から離れていく。位置センサ12の位置をさらに上方に動かして原点から遠ざけていくと、ケース2を経て、点Cから点Dまでの領域(軌跡)に移行する。この点Cから点Dまでの領域(軌跡)はケース3内における零点の動きを示しており、零点は実軸上の正の位置と負の位置に1個ずつ存在する。即ち、不安定零点が存在している。なお、図示していないが、ケース4とケース3の境界がケース2となり、その付近にケース1が存在する。このように位置センサの位置(距離l)を変更する(構造変更)ことでプラント(例えばステージ装置)の零点位置を変えることも可能である。   FIG. 8 is a diagram showing the locus of the zero point at this time on a complex plane. The zero point gradually moves from point A to point B and from point C to point D as the distance l increases. The region (trajectory) from point A to point B shows the movement of the zero in the case 4, and both zeros exist on the left side of the imaginary axis and the real part thereof has a negative value. That is, there is no unstable zero. At this time, the zero point position moves away from the origin as the position of the position sensor 12 is moved away from the rotation center (rotation axis) C. When the position of the position sensor 12 is moved further upward and away from the origin, the region (trajectory) from the point C to the point D is shifted through the case 2. The region (trajectory) from this point C to point D shows the movement of the zero point in the case 3, and one zero point exists at each of a positive position and a negative position on the real axis. That is, an unstable zero exists. Although not shown, the boundary between the case 4 and the case 3 is the case 2, and the case 1 exists in the vicinity thereof. In this way, it is also possible to change the zero point position of the plant (for example, the stage device) by changing the position (distance l) of the position sensor (structure change).

したがって、この変形例の場合は、ステージ装置の位置センサ12(測定対象部)の位置と回転中心C(Yステージ200とXステージ100の結合状態に関わる位置)との距離が考慮されることになり、それらに基づいてステージ装置を作製する上での設計諸元が決定される。さらに他の点に着目して式(7)を満たすような条件を求め、それに基づいて設計諸元を設定してもよい。   Therefore, in the case of this modification, the distance between the position of the position sensor 12 (measurement target part) of the stage device and the rotation center C (position related to the coupled state of the Y stage 200 and the X stage 100) is considered. Thus, the design specifications for producing the stage device are determined based on these. Further, attention may be paid to other points to obtain conditions that satisfy the equation (7), and the design specifications may be set based on the conditions.

ここで、本実施形態で説明したプラント(例えばステージ装置)の零点がフィードバック制御の性能に与える影響を示す。なお、前述の式(2)は剛体モデルと共振モデルからなる2次/4次のプラントの一般形で表現できるものとした。また、フィードバック制御器としては、PID(比例・積分・微分)制御器とノッチフィルタより構成されているものを用いることとする。図9に、フィードバック制御器を前記プラントの各ケースに対して適応したときのステップ応答を示す。不安定零点が存在する場合、図9のケース3に示されるように、ステップ入力fに対して一旦fとは逆方向にプラントの変位が生じ、指示された入力からのズレが大きくなる。このような応答は逆応答と呼ばれる。この逆応答が現れる力学系では、制御対象(プラント)の位置を制御する制御アルゴリズムにどのようなものを用いても、前記逆応答を消すことが不可能である。このことは、ステージの位置制御を精密に行おうとする際に大きな問題になる。即ち、プラントがその構造上、ケース3の状態となっている場合には、精密にプラントの位置を制御することが困難である。また、オーバーシュートの絶対値も他のケースに比べて大きくなっている。これに対して、前記構造変更によって不安定零点を安定零点としたケース3bでは、前記逆応答はなくなりオーバーシュートの絶対値も他のケースと同等になっている。
以上の結果から、プラントの不安定零点はフィードバック制御系に逆応答を生じさせるが、構造変更によって不安定零点を安定零点にすることで前記逆応答を抑えられることが分かる。
Here, the influence which the zero of the plant (for example, stage apparatus) demonstrated by this embodiment has on the performance of feedback control is shown. It should be noted that the above equation (2) can be expressed by a general form of a second-order / fourth-order plant composed of a rigid model and a resonance model. As the feedback controller, a feedback controller composed of a PID (proportional / integral / differential) controller and a notch filter is used. FIG. 9 shows the step response when the feedback controller is applied to each case of the plant. When an unstable zero exists, as shown in case 3 of FIG. 9, the displacement of the plant once occurs in the direction opposite to f with respect to the step input f, and the deviation from the instructed input becomes large. Such a response is called a reverse response. In a dynamic system in which this reverse response appears, it is impossible to eliminate the reverse response by using any control algorithm for controlling the position of the controlled object (plant). This becomes a big problem when trying to precisely control the position of the stage. That is, when the plant is in the state of the case 3 due to its structure, it is difficult to precisely control the position of the plant. Also, the absolute value of the overshoot is larger than in other cases. On the other hand, in the case 3b in which the unstable zero is set to the stable zero by the structural change, the reverse response disappears and the absolute value of the overshoot is the same as the other cases.
From the above results, it can be seen that the unstable zero of the plant causes an inverse response in the feedback control system, but the inverse response can be suppressed by changing the unstable zero to a stable zero by changing the structure.

さらに、前記零点がフィードフォワード制御の性能に与える影響について説明する。剛体モードと主共振モードからなる制御対象モデルに対してPTC設計したものを制振PTC法(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年参照)というが、ここでは、さらにマルチレート制振PTC法(論文「制振PTCを用いた大型超精密ステップステージの高速・高精度位置決め制御」;藤本博志他、計測自動制御学会第7回制御部門大会、065−3−1、2007年参照)を適用して、プラントが実位置に対してトラッキング制御で完全追従制御できるようにした。プラントの各ケース(ケース3とケース3bで比較)に対してマルチレート制振PTCで設定したフィードフォワード制御器を適応させたときのシミュレーション結果を図10に示す。ただし、結果はフィードフォワード制御器のみのシミュレーションを行なったものである。図10に示すように、構造変更によって不安定零点を無くしたケース3bは加減速中、等速中ともに完全追従できている。しかし、不安定零点を持つケース3では、加減速中、等速中ともに追従誤差が生じている。
以上の結果から、プラントの不安定零点はフィードフォワード制御において追従誤差の原因となるが、構造変更によって不安定零点を安定零点にすることで前記追従誤差を抑えられることが分かる。
Further, the influence of the zero point on the performance of the feedforward control will be described. A PTC design designed for a controlled object model consisting of a rigid body mode and a main resonance mode is a damping PTC method (Paper “Complete tracking method using multi-rate feedforward control”; Hiroshi Fujimoto et al., Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers 36 Vol. 9, No. 9, pp. 766-772, 2000), but here, multi-rate damping PTC method (Paper “High-speed and high-precision positioning control of large ultra-precision step stage using damping PTC”; Fujimoto) Hiroshi et al., 7th Control Division Conference of the Society of Instrument and Control Engineers, 065-3-1, 2007) was applied to enable the plant to perform complete follow-up control by tracking control with respect to the actual position. FIG. 10 shows a simulation result when the feedforward controller set by the multi-rate damping PTC is applied to each case of the plant (comparison between cases 3 and 3b). However, the result is a simulation of only the feedforward controller. As shown in FIG. 10, the case 3b in which the unstable zero point is eliminated by the structural change can be completely followed during acceleration / deceleration and constant speed. However, in Case 3 having an unstable zero, a tracking error occurs during acceleration / deceleration and constant speed.
From the above results, it can be seen that the unstable zero of the plant causes a tracking error in the feedforward control, but the tracking error can be suppressed by changing the unstable zero to a stable zero by changing the structure.

なお、以上説明したようなステージ装置の設計方法又は製造方法を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録し、そのプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。   A program for realizing the design method or manufacturing method of the stage apparatus as described above may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included. The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

本発明によるステージ装置は、露光装置に用いるステージ装置に限定されるものではなく、その適用範囲は任意であって、例えば、ロボットアーム等にも適用することが可能である。また、実施形態で説明したステージ装置では、測定対象部が設けられる第2ステージと第1ステージとを別部材とし、第1、第2ステージが第1方向(X方向に)に移動し、第2ステージが第1ステージに対して第2方向(Y方向)に移動できるように構成してあるが、このような構成に限定されるものでもない。並進(例えば、X方向への移動)方向に運動できる部材と回転方向に運動できる部材とをリンク機構で接続させたような構成に適用させることもできる。また、自由度を1つ(例えば1軸方向の並進運動)に制限した構成であっても、その構成が複数の質量体(慣性体)からなり、それらの質量体で挟まれた部分の剛性が弱い場合には、並進運動に加えて回転運動が組み合わされたように振舞う可能性がある。さらに、質量体が一体的であっても、或る部分の剛性が相対的に弱い場合には、等価的に見るとその箇所を境に複数の質量体からなるといえ、その箇所で回転運動が発生してしまうようなことも考えられる。そのような場合、回転運動を行なう箇所を境にして複数の質量体(部位)がバネ(ねじりバネ)成分を介して連結されていることと等価と見なせる。したがって、この回転運動の中心を回転中心Cと設定して、本発明を適用させることができる。   The stage apparatus according to the present invention is not limited to the stage apparatus used in the exposure apparatus, and its application range is arbitrary, and can be applied to, for example, a robot arm. In the stage apparatus described in the embodiment, the second stage and the first stage where the measurement target portion is provided are separate members, and the first and second stages move in the first direction (in the X direction) Although the two stages are configured to move in the second direction (Y direction) with respect to the first stage, the present invention is not limited to such a configuration. A member that can move in the translational direction (for example, movement in the X direction) and a member that can move in the rotational direction can also be applied to a configuration in which the members are connected by a link mechanism. Even if the degree of freedom is limited to one (for example, translational movement in one axial direction), the structure is composed of a plurality of mass bodies (inertial bodies), and the rigidity of the portion sandwiched between these mass bodies If is weak, it may behave as if rotational motion is combined with translational motion. Furthermore, even if the mass bodies are integrated, if the rigidity of a certain part is relatively weak, it can be said that it is composed of a plurality of mass bodies on the boundary when viewed equivalently. It is also possible that it will occur. In such a case, it can be regarded as equivalent to the fact that a plurality of mass bodies (parts) are connected via a spring (torsion spring) component with a position where the rotational motion is performed as a boundary. Therefore, the present invention can be applied by setting the center of the rotational motion as the rotational center C.

本発明の一実施形態によるステージ装置の構成図である。It is a block diagram of the stage apparatus by one Embodiment of this invention. ステージ装置の力学系モデルを示す図である。It is a figure which shows the dynamical system model of a stage apparatus. ステージ装置の伝達関数を表す式である。It is a formula showing the transfer function of a stage device. 零点と極とを複素平面上に示した図である。It is the figure which showed the zero and the pole on the complex plane. 図6の特性を求めるために用いたYステージの幅b、高さh、および慣性モーメントIyの各値を示した図である。It is the figure which showed each value of the width | variety b of the Y stage used for calculating | requiring the characteristic of FIG. 6, height h, and the moment of inertia Iy. 図5の各条件に対し零点の軌跡を複素平面上に示した図である。It is the figure which showed the locus | trajectory of the zero point on the complex plane with respect to each condition of FIG. 図1のステージ装置を適用した露光装置の構成図である。It is a block diagram of the exposure apparatus to which the stage apparatus of FIG. 1 is applied. 距離lをパラメータとした場合の零点の軌跡を複素平面上に示した図である。It is the figure which showed the locus | trajectory of the zero point on the complex plane when the distance l is a parameter. 図5の条件1と条件14に対し、Yステージの位置X2が示す応答を数値計算によりシミュレーションした結果を表すステップ応答図である。FIG. 6 is a step response diagram showing a result of simulating a response indicated by a position X2 of the Y stage by numerical calculation with respect to the conditions 1 and 14 in FIG. ケース3とケース3bに対するシミュレーション結果を表す図である。It is a figure showing the simulation result with respect to case 3 and case 3b.

符号の説明Explanation of symbols

1…ベース 2…X軸ガイド 3…Xキャリッジ 4…Yビームガイド 5,8,9…エアベアリング 6…Yリニアモータ 7…Yキャリッジ 10…プレートテーブル 11…プレートホルダ 12…位置センサ 100…Xステージ 200…Yステージ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Base 2 ... X-axis guide 3 ... X carriage 4 ... Y beam guide 5, 8, 9 ... Air bearing 6 ... Y linear motor 7 ... Y carriage 10 ... Plate table 11 ... Plate holder 12 ... Position sensor 100 ... X stage 200 ... Y stage

Claims (13)

ベースに対して共に第1方向へ移動可能な第1部位と第2部位とを含み、力学系モデルにおいては前記第1部位と前記第2部位とがバネ成分を介して連結されていることと等価と見なせる移動部材と、前記移動部材を前記第1方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記第2部位に設けられ、該第2部位の位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成される駆動装置の設計方法において、
前記第1部位、前記第2部位、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記アクチュエータに与える力と前記第2部位の位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、
前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2部位の質量または前記第2部位の重心まわりの慣性モーメントを決定し、
前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2部位の作製上の諸元を設定する
ことを特徴とする駆動装置の設計方法。
A first part and a second part which are both movable in the first direction with respect to the base; and in the dynamic system model, the first part and the second part are connected via a spring component; A moving member that can be regarded as equivalent, an actuator that moves the moving member along the first direction, and a measuring object that is provided in the second part and is used as a measuring object when obtaining information about the position of the second part. And a drive device design method comprising
For a dynamic system including the first part, the second part, and the measurement target part, a transfer function representing a relationship between the force applied to the actuator and information on the position of the second part is obtained.
Determining the mass of the second part or the moment of inertia around the center of gravity of the second part such that the real part of the zero point of the obtained transfer function is a negative value;
A method for designing a driving device, wherein the specifications for producing the second portion are set so as to satisfy the determined mass or moment of inertia.
ベースに対して共に第1方向へ移動可能な第1部位と第2部位とを含み、力学系モデルにおいては前記第1部位と前記第2部位とがバネ成分を介して連結されていることと等価と見なせる移動部材と、前記移動部材を前記第1方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記第2部位に設けられ、該第2部位の位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成される駆動装置の設計方法において、
次式
Iy≧mL(l−L)+μ2/{4(k−mgL)}
(但し、Iyは前記第2部位の重心まわりの慣性モーメント、mは前記第2部位の質量、Lは前記第2部位の回転移動の回転中心から該第2部位の重心までの距離、lは前記回転中心から前記測定対象部までの距離、μは前記第1部位と前記第部位間の減衰係数、kは前記第1部位と前記第2部位間のねじり剛性、gは重力加速度)
を満たすように前記第2部位の質量または前記第2部位の重心まわりの慣性モーメントを決定し、
前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2部位の作製上の諸元を設定する
ことを特徴とする駆動装置の設計方法。
A first part and a second part which are both movable in the first direction with respect to the base; and in the dynamic system model, the first part and the second part are connected via a spring component; A moving member that can be regarded as equivalent, an actuator that moves the moving member along the first direction, and a measuring object that is provided in the second part and is used as a measuring object when obtaining information about the position of the second part. And a drive device design method comprising
The following formula Iy ≧ mL (l−L) + μ2 / {4 (k−mgL)}
(Where Iy is the moment of inertia around the center of gravity of the second part, m is the mass of the second part, L is the distance from the rotational center of the rotational movement of the second part to the center of gravity of the second part, and l is The distance from the rotation center to the measurement target part, μ is an attenuation coefficient between the first part and the second part, k is a torsional rigidity between the first part and the second part, and g is a gravitational acceleration)
Determining the mass of the second part or the moment of inertia around the center of gravity of the second part to satisfy
A method for designing a driving device, wherein the specifications for producing the second portion are set so as to satisfy the determined mass or moment of inertia.
ベースに対して共に第1方向へ移動可能な第1部位と第2部位とを含み、力学系モデルにおいては前記第1部位と前記第2部位とがバネ成分を介して連結されていることと等価と見なせる移動部材と、前記移動部材を前記第1方向に沿って移動させるアクチュエータと、前記第2部位に設けられ、該第2部位の位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成される駆動装置の設計方法において、
前記第1部位、前記第2部位、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記悪流エータに与える力と前記第2部位の位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、
前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2部位に前記測定対象部を設ける位置を決定する
ことを特徴とする駆動装置の設計方法。
A first part and a second part which are both movable in the first direction with respect to the base; and in the dynamic system model, the first part and the second part are connected via a spring component; A moving member that can be regarded as equivalent, an actuator that moves the moving member along the first direction, and a measuring object that is provided in the second part and is used as a measuring object when obtaining information about the position of the second part. And a drive device design method comprising
For a dynamic system including the first part, the second part, and the measurement target part, a transfer function representing a relationship between the force applied to the turbulent eater and information on the position of the second part is obtained.
A method for designing a driving device, wherein a position at which the measurement target portion is provided in the second part is determined so that a real part of a zero point of the obtained transfer function has a negative value.
ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成されるステージ装置の設計方法において、
前記第1ステージ、前記第2ステージ、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記駆動手段に与える力と前記第2ステージの位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、
前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2ステージの質量または前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメントを決定し、
前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2ステージの作製上の諸元を設定する
ことを特徴とするステージ装置の設計方法。
A first stage movable in a first direction relative to a base; a second stage coupled to the first stage movable in a second direction relative to the first stage; and the first stage in the first direction A stage apparatus design method comprising: a driving unit that moves along a line; and a measurement target unit that is provided on the second stage and is used as a measurement target when obtaining information on the position of the second stage. In
For a dynamic system including the first stage, the second stage, and the measurement target unit, a transfer function representing a relationship between a force applied to the driving unit and information on the position of the second stage is obtained,
Determining the mass of the second stage or the moment of inertia around the center of gravity of the second stage so that the real part of the zero point of the obtained transfer function is a negative value;
Specifications for producing the second stage so as to satisfy the determined mass or moment of inertia are set.
ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成されるステージ装置の設計方法において、
次式
Iy≧mL(l−L)+μ/{4(k−mgL)}
(但し、Iyは前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメント、mは前記第2ステージの質量、Lは前記第2ステージの回転移動の回転中心から該第2ステージの重心までの距離、lは前記回転中心から前記測定対象部までの距離、μは前記第1ステージと前記第2ステージ間の減衰係数、kは前記第1ステージと前記第2ステージ間のねじり剛性、gは重力加速度)
を満たすように前記第2ステージの質量または前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメントを決定し、
前記決定した質量または慣性モーメントを満たすように前記第2ステージの作製上の諸元を設定する
ことを特徴とするステージ装置の設計方法。
A first stage movable in a first direction relative to a base; a second stage coupled to the first stage movable in a second direction relative to the first stage; and the first stage in the first direction A stage apparatus design method comprising: a driving unit that moves along a line; and a measurement target unit that is provided on the second stage and is used as a measurement target when obtaining information on the position of the second stage. In
The following formula Iy ≧ mL (l−L) + μ 2 / {4 (k−mgL)}
(Where Iy is the moment of inertia around the center of gravity of the second stage, m is the mass of the second stage, L is the distance from the rotational center of the rotational movement of the second stage to the center of gravity of the second stage, and l is The distance from the center of rotation to the measurement target part, μ is an attenuation coefficient between the first stage and the second stage, k is a torsional rigidity between the first stage and the second stage, and g is a gravitational acceleration)
Determining the mass of the second stage or the moment of inertia around the center of gravity of the second stage to satisfy
Specifications for producing the second stage so as to satisfy the determined mass or moment of inertia are set.
ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、を含んで構成されるステージ装置の設計方法において、
前記第1ステージ、前記第2ステージ、および前記測定対象部を含む力学系に対し、前記駆動手段に与える力と前記第2ステージの位置に関する情報との関係を表す伝達関数を求め、
前記求めた伝達関数の零点の実部が負の値となるように、前記第2ステージに前記測定対象部を設ける位置を決定する
ことを特徴とするステージ装置の設計方法。
A first stage movable in a first direction relative to a base; a second stage coupled to the first stage movable in a second direction relative to the first stage; and the first stage in the first direction A stage apparatus design method comprising: a driving unit that moves along a line; and a measurement target unit that is provided on the second stage and is used as a measurement target when obtaining information on the position of the second stage. In
For a dynamic system including the first stage, the second stage, and the measurement target unit, a transfer function representing a relationship between a force applied to the driving unit and information on the position of the second stage is obtained,
A design method of a stage apparatus, wherein a position where the measurement target part is provided on the second stage is determined so that a real part of a zero point of the obtained transfer function becomes a negative value.
前記第2方向は前記第1方向と交わる方向であり、前記第1ステージと前記第2ステージとは弾性成分を介して結合されていることを特徴とする請求項4から請求項6のいずれか1の項に記載のステージ装置の設計方法。   The said 2nd direction is a direction which crosses the said 1st direction, The said 1st stage and the said 2nd stage are couple | bonded through the elastic component, The any one of Claim 4-6 characterized by the above-mentioned. 2. A design method for a stage apparatus according to item 1. 請求項4に記載の設計方法を用いて前記第2ステージを作製することを特徴とする請求項4に記載のステージ装置の製造方法。   The method for manufacturing a stage apparatus according to claim 4, wherein the second stage is manufactured using the design method according to claim 4. 請求項5に記載の設計方法を用いて前記第2ステージを作製することを特徴とする請求項5に記載のステージ装置の製造方法。   The method for manufacturing a stage apparatus according to claim 5, wherein the second stage is manufactured using the design method according to claim 5. 請求項6に記載の設計方法を用いて決定した位置に前記測定対象部を設定することを特徴とする請求項6に記載のステージ装置の製造方法。   The method for manufacturing a stage apparatus according to claim 6, wherein the measurement target part is set at a position determined using the design method according to claim 6. 前記第2ステージの前記位置に関する情報は前記測定対象部に測定光が照射されることで計測される請求項4から請求項6のいずれか1の項に記載のステージ装置の設計方法。   The stage apparatus design method according to any one of claims 4 to 6, wherein the information related to the position of the second stage is measured by irradiating the measurement target portion with measurement light. 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の製造方法において、
前記マスクステージと前記基板ステージの少なくとも一方のステージを、請求項8または請求項9に記載のステージ装置の製造方法を用いて製造する
ことを特徴とする露光装置の製造方法。
In an exposure apparatus manufacturing method for exposing a mask pattern held on a mask stage onto a photosensitive substrate held on a substrate stage,
An exposure apparatus manufacturing method, wherein at least one of the mask stage and the substrate stage is manufactured using the stage apparatus manufacturing method according to claim 8 or 9.
ベースに対し第1方向へ移動可能な第1ステージと、前記第1ステージに対し第2方向へ移動可能に該第1ステージと結合された第2ステージと、前記第1ステージを前記第1方向に沿って移動させる駆動手段と、前記第2ステージに設けられ、該第2ステージの位置に関する情報を求める際に測定対象として用いられる測定対象部と、前記測定対象部を用いて前記第2ステージの位置に関する情報を計測する位置検出センサと、を含むステージ装置であって、
次式
Iy≧mL(l−L)+μ/{4(k−mgL)}
(但し、Iyは前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメント、mは前記第2ステージの質量、Lは前記第2ステージの回転移動の回転中心から該第2ステージの重心までの距離、lは前記回転中心から前記測定対象部までの距離、μは前記第1ステージと前記第2ステージ間の減衰係数、kは前記第1ステージと前記第2ステージ間のねじり剛性、gは重力加速度)
を満たすように前記第2ステージの質量および前記第2ステージの重心まわりの慣性モーメントが設定されているステージ装置。
A first stage movable in a first direction relative to a base; a second stage coupled to the first stage movable in a second direction relative to the first stage; and the first stage in the first direction Driving means that moves along the second stage, a measurement target unit that is provided in the second stage and is used as a measurement target when obtaining information on the position of the second stage, and the second stage using the measurement target unit A position detection sensor for measuring information related to the position of the stage device,
The following formula Iy ≧ mL (l−L) + μ 2 / {4 (k−mgL)}
(Where Iy is the moment of inertia around the center of gravity of the second stage, m is the mass of the second stage, L is the distance from the rotational center of the rotational movement of the second stage to the center of gravity of the second stage, and l is The distance from the center of rotation to the measurement target part, μ is an attenuation coefficient between the first stage and the second stage, k is a torsional rigidity between the first stage and the second stage, and g is a gravitational acceleration)
A stage apparatus in which the mass of the second stage and the moment of inertia around the center of gravity of the second stage are set so as to satisfy
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