JP2010039004A - Stage device, exposure apparatus and stage control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はステージ装置、露光装置、及びステージ制御方法に関する。 The present invention relates to a stage apparatus, an exposure apparatus, and a stage control method.
従来、例えば液晶ディスプレイ(総称としてフラットパネルディスプレイ)を製造する工程においては、基板(ガラス基板)にトランジスタやダイオード等の素子を形成するために露光装置が多く使用されている。この露光装置は、レジストを塗布した基板をステージ装置のホルダに載置し、マスクに描かれた微細な回路パターンを投影レンズ等の光学系を介して基板に転写するものである。近年では、例えばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられることが多くなっている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, for example, in a process of manufacturing a liquid crystal display (generally called a flat panel display), an exposure apparatus is often used to form elements such as transistors and diodes on a substrate (glass substrate). In this exposure apparatus, a resist-coated substrate is placed on a holder of a stage device, and a fine circuit pattern drawn on a mask is transferred to the substrate via an optical system such as a projection lens. In recent years, for example, step-and-scan type exposure apparatuses are often used (see, for example, Patent Document 1).
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状の露光光をマスクに照射している状態で、マスクと基板とを投影光学系に対して互いに同期移動させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、1つのショット領域に対するパターンの転写が終了する度に基板をステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う露光装置である。 A step-and-scan type exposure apparatus is a pattern formed on a mask while the mask and the substrate are moved synchronously with respect to the projection optical system while irradiating the mask with slit-shaped exposure light. This is an exposure apparatus that sequentially transfers a portion to a shot area of a substrate and moves the substrate stepwise to transfer the pattern to another shot area each time pattern transfer to one shot area is completed.
したがって、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、複数のショット領域へのパターン転写を行うために基板とマスクをそれぞれ独立のステージ装置により駆動するとともに、1つのショット領域へのパターン転写においては、基板とマスクが同期移動するように基板用とマスク用それぞれのステージ装置を制御することが必要である。 Therefore, in the step-and-scan type exposure apparatus, in order to perform pattern transfer to a plurality of shot areas, the substrate and the mask are each driven by independent stage devices, and in pattern transfer to one shot area, It is necessary to control the stage devices for the substrate and the mask so that the substrate and the mask move synchronously.
従来、基板とマスクとが同期移動するように2つのステージ装置を制御する制御方法として、基板側をマスタとしマスク側をスレーブとしたマスタ・スレーブ・システムを構成し、マスク用のステージ装置(スレーブ)を、基板の実位置を目標位置としてこれにマスク位置を追従させるフィードバック制御のみによって制御する方法が用いられている。
上記従来の制御方法を用いた場合、スレーブとなるマスク用のステージ装置をフィードバック制御のみによって制御しているため、マスク位置が基板位置に追従する性能は、専らフィードバック制御器の性能に依存することとなる。したがって、制御対象(基板ステージ及びマスクステージ)がノミナルの場合であっても、フィードバック制御器が十分に高性能でないと、基板とマスクとを高精度且つ高速に同期移動させる制御を行うことが不可能であるという問題があった。 When the above conventional control method is used, since the mask stage device as a slave is controlled only by feedback control, the performance of the mask position following the substrate position depends exclusively on the performance of the feedback controller. It becomes. Therefore, even if the control target (substrate stage and mask stage) is nominal, if the feedback controller is not sufficiently high-performance, it is impossible to control the substrate and the mask to move synchronously with high accuracy and high speed. There was a problem that it was possible.
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、基板とマスクとを高精度且つ高速に同期移動させることが可能なステージ装置、露光装置、及びステージ制御方法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 thereof is to provide a stage apparatus, an exposure apparatus, and a stage control method capable of synchronously moving a substrate and a mask with high accuracy and high speed. It is in.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、第1ステージと第2ステージの位置を同期させて駆動するステージ装置であって、前記第1ステージの位置を制御する第1フィードフォワード制御手段及び第1フィードバック制御手段からなる第1の2自由度制御手段と、前記第2ステージの位置を制御する第2フィードフォワード制御手段及び第2フィードバック制御手段からなる第2の2自由度制御手段と、を備え、前記第2の2自由度制御手段は、前記第1ステージの位置に基づいて制御を行い、前記第1及び第2フィードフォワード制御手段は、完全追従制御を行う、ステージ装置である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a stage device that drives by synchronizing the positions of the first stage and the second stage, and controls the position of the first stage. First two degrees of freedom control means comprising forward control means and first feedback control means, and second two degrees of freedom comprising second feedforward control means and second feedback control means for controlling the position of the second stage. A control unit, wherein the second two-degree-of-freedom control unit performs control based on the position of the first stage, and the first and second feedforward control units perform complete tracking control. Device.
また、上記ステージ装置は、少なくとも位置及び速度に関する値を含んだ前記第1ステージの状態を予測する状態予測手段を備え、前記第2フィードフォワード制御手段は、前記状態予測手段によって予測された前記第1ステージの状態に基づいて前記第2ステージの位置を制御する。 In addition, the stage apparatus includes a state prediction unit that predicts a state of the first stage including at least values related to position and velocity, and the second feedforward control unit includes the first prediction unit predicted by the state prediction unit. The position of the second stage is controlled based on the state of one stage.
また、前記状態予測手段は、前記第1及び第2の2自由度制御手段による制御におけるむだ時間分だけ先の前記第1ステージの状態を予測する。 The state predicting means predicts the state of the first stage ahead by the dead time in the control by the first and second two-degree-of-freedom control means.
また、上記ステージ装置は、前記第1ステージの現在及び過去の位置を用いてその差分から少なくとも速度に関する値を算出する演算手段を備え、前記第2フィードフォワード制御手段は、前記第1ステージの位置及び前記演算手段によって算出された前記第1ステージの少なくとも速度に関する値に基づいて前記第2ステージの位置を制御する。 In addition, the stage apparatus includes a calculation unit that calculates at least a value related to a speed from a difference between the current and past positions of the first stage, and the second feedforward control unit includes a position of the first stage. And the position of the second stage is controlled based on at least a value related to the speed of the first stage calculated by the calculating means.
また、前記第2フィードバック制御手段は、前記第1ステージの位置を基準として前記第2ステージの位置をフィードバック制御する。 The second feedback control means feedback-controls the position of the second stage based on the position of the first stage.
また、本発明は、マスクステージに保持されたマスクのパターンを基板ステージに保持された感光基板に露光する露光装置において、前記基板ステージを、上記いずれかの第1ステージとし、前記マスクステージを、上記いずれかの第2ステージとした露光装置である。 Further, the present invention provides an exposure apparatus that exposes a mask pattern held on a mask stage onto a photosensitive substrate held on a substrate stage, wherein the substrate stage is any one of the first stages, and the mask stage is An exposure apparatus as any one of the second stages.
また、本発明は、第1ステージの位置を制御する第1フィードフォワード制御手段及び第1フィードバック制御手段からなる第1の2自由度制御手段と、第2ステージの位置を制御する第2フィードフォワード制御手段及び第2フィードバック制御手段からなる第2の2自由度制御手段と、を備え、前記第1ステージと前記第2ステージの位置を同期させて駆動するステージ装置のステージ制御方法であって、前記第2の2自由度制御手段は、前記第1ステージの位置に基づいて制御を行い、前記第1及び第2フィードフォワード制御手段は、完全追従制御を行う、ステージ制御方法である。 Further, the present invention provides a first two-degree-of-freedom control means comprising a first feedforward control means and a first feedback control means for controlling the position of the first stage, and a second feedforward for controlling the position of the second stage. A stage control method for a stage apparatus, comprising: a second two-degree-of-freedom control means comprising a control means and a second feedback control means, and driving the first stage and the second stage in synchronization with each other, In the stage control method, the second two-degree-of-freedom control unit performs control based on the position of the first stage, and the first and second feedforward control units perform complete tracking control.
本発明によれば、フィードフォワード制御手段により完全追従制御を行うので、制御対象がノミナルであれば2つのステージを完全に同期移動させることができ、また、第1ステージ(マスタ)の位置に基づいて第2ステージ(スレーブ)の位置を制御するので、外乱が生じる等、制御対象が変動した場合にも2つのステージを精度良く同期移動させることができる。 According to the present invention, since complete follow-up control is performed by the feedforward control means, if the control target is nominal, the two stages can be moved completely synchronously, and based on the position of the first stage (master). Since the position of the second stage (slave) is controlled, the two stages can be moved synchronously with high precision even when the controlled object fluctuates, such as when a disturbance occurs.
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図1は、一実施形態の露光装置10の構成を示す概略図である。この露光装置10は、液晶表示素子パターンが形成されたマスクMと、プレートステージPSTに保持された基板としてのガラスプレート(以下「プレート」という)Pとを、投影光学系PLに対して所定の走査方向(ここでは、図1のX軸方向(紙面内左右方向)とする)に沿って同一速度で同一方向に相対走査することにより、マスクMに形成されたパターンをプレートP上に転写する等倍一括転写型の液晶用走査型露光装置である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an
この露光装置10は、露光用照明光ILによりマスクM上の所定のスリット状照明領域(図1のY軸方向(紙面直交方向)に細長く延びる長方形の領域または円弧状の領域)を照明する照明系IOP、パターンが形成されたマスクMを保持してX軸方向に移動するマスクステージMST、マスクMの上記照明領域部分を透過した露光用照明光ILをプレートPに投射する投影光学系PL、本体コラム12、前記本体コラムへの床からの振動を除去するための除振台(図示せず)、及び前記両ステージMST、PSTを制御する制御装置11等を備えている。
The
前記照明系IOPは、例えば特開平9−320956号公報に開示されたように、光源ユニット、シャッタ、2次光一形成光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、視野絞り(ブラインド)、及び結像レンズ系等(いずれも図示省略)から構成され、次に述べるマスクステージMST上に載置され保持されたマスクM上の上記スリット状照明領域を均一な照度で照明する。 The illumination system IOP includes, for example, a light source unit, a shutter, a secondary light forming optical system, a beam splitter, a condensing lens system, a field stop (blind), and an image formation as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-320956. The slit illumination area on the mask M, which is composed of a lens system and the like (both not shown) and is placed and held on the mask stage MST described below, is illuminated with uniform illuminance.
マスクステージMSTは、不図示のエアパッドによって、本体コラム12を構成する上部定盤12aの上面の上方に数μm程度のクリアランスを介して浮上支持されており、駆動機構14によってX軸方向に駆動される。
The mask stage MST is levitated and supported above the upper surface of the
マスクステージMSTを駆動する駆動機構14としては、ここではリニアモータを用い、以下、この駆動機構をリニアモータ14と呼ぶ。このリニアモータ14の固定子14aは、上部定盤12aの上部に固定され、X軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ14の可動子14bはマスクステージMSTに固定されている。また、マスクステージMSTのX軸方向の位置は、本体コラム12に固定されたマスクステージ位置計測用レーザ干渉計(以下「マスク用干渉計」という)18によって投影光学系PLを基準として所定の分解能、例えば数nm程度の分解能で常時計測されている。このマスク用干渉計18で計測されるマスクステージMSTのX軸位置情報は、制御装置11に供給されるようになっている。
Here, a linear motor is used as the
投影光学系PLは、本体コラム12の上部定盤12aの下方に配置され、本体コラム12を構成する保持部材12cによって保持されている。投影光学系PLとしては、ここでは等倍の正立正像を投影するものが用いられている。従って、照明系IOPからの露光用照明光ILによってマスクM上の上記スリット状照明領域が照明されると、その照明領域部分の回路パターンの等倍像(部分正立像)がプレートP上の前記照明領域に共役な露光領域に投影されるようになっている。なお、例えば、特開平7−57986号公報に開示されるように、投影光学系PLを、複数組の等倍正立の投影光学系ユニットで構成しても良い。
The projection optical system PL is disposed below the
さらに、プレートPのZ方向位置を計測する不図示の焦点位置検出系、例えばCCDなどから構成されるオートフォーカスセンサ(図示せず)が投影光学系PLを保持する保持部材12cに固定されている。この焦点位置検出系からのプレートPのZ位置情報が制御装置11に供給されており、制御装置11では、例えば、走査露光中にこのZ位置情報に基づいてプレートPのZ位置を投影光学系PLの結像面に一致させるオートフォーカス動作を実行するようになっている。
Further, a focus position detection system (not shown) configured to measure the position of the plate P in the Z direction, for example, an autofocus sensor (not shown) configured by a CCD or the like is fixed to the
プレートステージPSTは、投影光学系PLの下方に配置され、不図示のエアパッドによって、本体コラム12を構成する下部定盤12bの上面の上方に数μm程度のクリアランスを介して浮上支持されている。このプレートステージPSTは、駆動機構としてのリニアモータ16によってX軸方向に駆動される。
The plate stage PST is disposed below the projection optical system PL, and is levitated and supported by a not-shown air pad above the upper surface of the
このリニアモータ16の固定子16aは、下部定盤12bに固定され、X軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ16の可動部としての可動子16bはプレートステージPSTの底部に固定されている。プレートステージPSTは、前記リニアモータ16の可動子16bが固定された移動テーブル22と、この移動テーブル22上に搭載されたY駆動機構20と、このY駆動機構20の上部に設けられプレートPを保持するプレートテーブル19とを備えている。
The
前記プレートテーブル19のX軸方向の位置は、本体コラム12に固定されたプレート用干渉計25によって投影光学系PLを基準として所定の分解能、例えば数nm程度の分解能で常時計測されている。このプレート用干渉計25としては、ここでは、X軸方向に直交するY軸方向(図1における紙面直交方向)に所定距離Lだけ離れた2本のX軸方向の測長ビームをプレートテーブル19に対して照射する2軸干渉計が用いられており、各測長軸の計測値が制御装置11に供給されている。
The position of the plate table 19 in the X-axis direction is always measured by a
このプレート用干渉計25の各測長軸の計測値をX1、X2とすると、X=(X1+X2)/2によりプレートテーブル19のX軸方向の位置を求め、θZ=(X1−X2)/Lによりプレートテーブル19のZ軸回りの回転量を求めることができるが、以下の説明においては、特に必要な場合以外は、プレート用干渉計25から上記のXがプレートテーブル19のX位置情報として出力されるものとする。
When the measured values of the length measuring axes of the
図2は、プレートステージPSTの詳細な構成を示す断面図である。
同図に示すように、プレートテーブル19の下面(−Z方向側の面)19aとY可動子20aとの間には、レベリングユニット50が設けられている。レベリングユニット50は、複数、例えば3つが配置されており、3箇所でプレートテーブル19のZ方向の位置を微調整することにより、プレートテーブル19の姿勢(Z方向の位置、θX方向の位置、及びθY方向の位置)を制御するユニットである。つまり、これら3つのレベリングユニット50によってプレートテーブル19に所定の力を加えることでプレートテーブル19のZ方向の位置、θX方向の位置、及びθY方向の位置を調節できるようになっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the plate stage PST.
As shown in the figure, a leveling
図3は、レベリングユニット50の構成を示す図である。各レベリングユニット50はそれぞれ同一の構成となっているので、そのうちの1つを例に挙げてその構成を説明する。
レベリングユニット50は、Y可動子20a上に設けられたカム部材51、ガイド部材52、カム移動機構53、及び支持部材54と、プレートテーブル19側に設けられたベアリング部材55とを含んで構成されている。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the leveling
The leveling
カム部材51は、断面視台形に形成された部材であり、下面51aが水平方向に平坦な面になっている。カム部材51の当該下面51aは、ガイド部材52に支持されている。カム部材51の上面51bは、水平面に対して傾斜して設けられた平坦面である。カム部材51の一方の側面51cには、ネジ穴51dが形成されている。ガイド部材52は、支持部材54上にカム部材51に沿って設けられており、図中左右方向に延在している。
The
カム移動機構53は、サーボモータ56と、ボールネジ57と、連結部材58とを含んで構成されている。サーボモータ56は、制御装置11からの信号に基づいて軸部材56aを回転させるようになっている。この軸部材56aは、ここでは例えば図中左右方向に延在している。ボールネジ57は、連結部材58を介してサーボモータ56の軸部材56aに連結されており、軸部材56aの回転が伝達されるようになっている。このボールネジ57は、図中左右方向(サーボモータ56の回転軸の軸方向と同一方向)にネジ部が設けられており、当該ネジ部がカム部材51の側面51cに形成されたネジ穴51dに螺合されている。軸部材56a及びボールネジ57は、支持部材54の突出部54a及び54bによってそれぞれ支持されている。
The
このカム駆動機構53は、サーボモータ56の回転によってボールネジ57が回転し、ボールネジ57の回転によって当該ボールネジ57に螺合されたカム部材51がガイド部材52に沿って図中左右方向に移動するようになっている。
In this
ベアリング部材55は、図中下側に半球状に形成された部分55aを有し、当該半球状の部分55aの下面55bがカム部材51の上面51bに当接するように設けられている。カム部材51が移動することで、ベアリング部材55の下面55bとカム部材51の上面51bとの当接位置が変化するようになっており、当該上面51bとの当接位置が変化することによって下面55bのZ方向上の位置が変化するようになっている。この位置の変化によってプレートテーブル19のZ方向の位置が微調節されるようになっている。
The bearing
プレートテーブル19のZ方向の位置に関しては、検出装置59によって検出可能になっている。この検出装置59についても、プレートテーブル19に対して複数、例えば3つ設けられている。各検出装置59は、例えば光センサ59aと、被検出部材59bとを含んで構成されており、光センサ59aによって被検出部材59bの位置を検出することで、プレートテーブル19のZ方向の位置を検出するようになっている。また、光センサ59aは、Y可動子20a上に設けられた突出部20bに固定されている。したがって、当該検出装置59は、Y可動子20aの上面20cを基準としたときのプレートテーブル19のZ方向に関する位置や姿勢等を検出可能となっている。この検出装置59によって検出された位置情報は、制御装置11に送信されるようになっている。
The position of the plate table 19 in the Z direction can be detected by the
また、プレートテーブル19の一端は、弾性部材60によってY可動子20a上の突出部20dに接続されている。弾性部材60は、一端が固定部材60aによってプレートテーブル19の端部19bに固定されており、他端が固定部材60bによって突出部20dに固定されている。この弾性部材60によって、プレートテーブル19がX方向及びY方向へ移動するのを抑えつつ、Z方向に対しての移動を許容できるようになっている。
Further, one end of the plate table 19 is connected to the protruding
以上のような構成により、プレートステージPSTは、プレートテーブル19に保持されているプレートPの所定の露光すべき領域が投影光学系PLによる露光領域に位置するように、移動テーブル22(リニアモータ16の可動子)をX方向に移動させ(X位置の位置決めを行い)、さらに移動テーブル22に対してY可動子20をY方向に移動させる(Y位置の位置決めを行う)ことができる。このとき、プレートPのθZ方向の位置を調整できるようにしてもよい。さらに、レベリングユニット50により、前記オートフォーカスセンサの検出結果や前記検出装置59の検出結果を基に、プレートPのZ位置がジャストフォーカスとなる(投影光学系PLの結像点と一致する)ように、プレートテーブル19をY可動子20aに対してZ方向、θX方向、およびθY方向に移動させる(Z位置、θX方向、およびθY方向の位置決めを行う)ことができる。
With the above-described configuration, the plate stage PST moves the moving table 22 (
次に、図4を参照して、プレートステージPSTとマスクステージMSTとがX軸方向に同期移動するようにリニアモータ14及び16を駆動制御する制御装置11の詳細を説明する。図4は、制御装置11の構成及びその制御対象を示すブロック図である。
Next, with reference to FIG. 4, the details of the
図4において、制御装置11は、第1の2自由度制御系100と第2の2自由度制御系200とから構成される。第1の2自由度制御系100は、プレートステージPSTを駆動制御するための制御系であり、軌道生成部101と、フィードフォワード制御部102と、フィードバック制御部103と、状態予測部104と、加算部105及び106と、を含んで構成されている。第2の2自由度制御系200は、マスクステージMSTを駆動制御するための制御系であり、フィードフォワード制御部202と、フィードバック制御部203と、加算部205及び206と、を含んで構成されている。
In FIG. 4, the
本実施形態では、以下に説明するように、第1の2自由度制御系100がマスタとなってプレートステージPSTを駆動制御し、第2の2自由度制御系200がスレーブとなってマスクステージMSTをプレートステージPSTに同期させて駆動制御するマスタ・スレーブ・システムが構成されている。
In this embodiment, as will be described below, the first two degrees of
まず、第1の2自由度制御系100について説明する。
First, the first two-degree-of-
軌道生成部101へは、プレートステージPSTの移動開始点のX座標と、移動終了点のX座標とが入力される。移動開始点は、プレートステージPSTのX軸上における現在の位置を表し、移動終了点は、プレートステージPSTを移動させる先であるX軸上の目標位置を表す。軌道生成部101は、入力された移動開始点及び移動終了点に基づいて、プレートステージPSTを移動開始点から移動終了点まで移動させるための目標軌道を生成する。目標軌道は、各時刻tに対応付けられたプレートステージPSTの位置X(t)を所定周期Trでサンプリングしたデータとすることができる。また、軌道生成部101は、位置のデータだけではなく、速度や加速度等、可制御正準系の全状態についてのデータそれぞれに関する目標軌道を生成する。
To the
フィードフォワード制御部102は、軌道生成部101における1サンプリング周期に対応した時間Trだけ先の全状態に関する上記の目標軌道を入力として、プレートステージPSTのX座標位置を完全追従制御(例えば、特開2001−325005号公報や論文「マルチレートフィードフォワード制御を用いた完全追従法」(藤本博志他、計測自動制御学会論文集36巻、9号、pp766−772、2000年)を参照)に基づいてフィードフォワード制御する。具体的には、フィードフォワード制御部102は、制御対象301(プレートステージPST)の制御特性を再現した制御モデルと逆の応答を示す(入出力が逆の関係となる)逆システムを保持(記憶)しており、この逆システムを用いることにより、リニアモータ16を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象301に対するフィードフォワード制御部102からの操作量となる。なお、フィードフォワード制御部102は、入力を上記のサンプリング周期Trで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Tuで出力するものとする。
The
フィードバック制御部103には、加算部106の加算結果が入力される。加算部106の加算結果は、プレートステージPSTのX位置(プレート用干渉計25により得られるX位置情報、即ち、上述の式X=(X1+X2)/2で表されるX)と、フィードフォワード制御部102の出力との差分である。
The addition result of the
フィードバック制御部103は、加算部106の出力、即ち目標軌道を基準としたプレートステージPSTのX位置の誤差に基づいて、プレートステージPSTのX座標位置をフィードバック制御する。具体的には、フィードバック制御部103は、上記誤差がゼロとなるように、リニアモータ16を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象301に対するフィードバック制御部103からの操作量となる。
なお、プレートステージPSTのX位置の読み取りは所定のサンプリング周期Tyで行われ、また、フィードバック制御部103は、入力を所定のサンプリング周期Tyで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Tuで出力するものとする。
The
The X position of the plate stage PST is read at a predetermined sampling period Ty, and the
フィードフォワード制御部102からの操作量とフィードバック制御部103からの操作量は加算部105により加算され、加算後の操作量が制御対象301(プレートステージPST)に与えられる。
The operation amount from the
状態予測部104は、制御対象301への入力と制御対象301からの出力とに従って、所定のサンプリング時間だけ先の制御対象301の状態(プレートステージPSTの位置、速度、及び加速度を含む)を予測する。この予測は、第1の2自由度制御系100と第2の2自由度制御系200が有する制御のむだ時間(例えば、制御演算に要する時間や制御対象に入力を与えてから出力が得られる(ステージの位置が観測される)までにかかる時間等)を考慮して行う必要がある。つまり、状態予測部104は、制御対象301(プレートステージPST)への入力と同期した操作量が制御対象302(マスクステージMST)へ入力されるように、上記むだ時間に相当する時間分だけ将来の予測を行う。その演算方法の具体例については後述する。
The
次に、第2の2自由度制御系200について説明する。
Next, the second two-degree-of-
フィードフォワード制御部202へは、上記の状態予測部104によって予測された制御対象301(プレートステージPST)の状態が入力される。フィードフォワード制御部202は、入力された制御対象301(プレートステージPST)の状態を目標軌道として、上述した第1の2自由度制御系100のフィードフォワード制御部102と同様、マスクステージMSTのX座標位置を完全追従制御に基づいてフィードフォワード制御する。具体的には、フィードフォワード制御部202は、制御対象302(マスクステージMST)の制御特性を再現した制御モデルと逆の応答を示す(入出力が逆の関係となる)逆システムを保持(記憶)しており、この逆システムを用いることにより、リニアモータ14を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象302に対するフィードフォワード制御部202からの操作量となる。なお、フィードフォワード制御部202は、入力を上述のサンプリング周期Trで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Tuで出力するものとする。
The state of the control target 301 (plate stage PST) predicted by the
フィードバック制御部203には、加算部206の加算結果が入力される。加算部206の加算結果は、マスクステージMSTのX位置(マスク用干渉計18により得られるX位置情報)と、フィードフォワード制御部202の出力との差分である。
The addition result of the
フィードバック制御部203は、加算部206の出力、即ち目標軌道を基準としたマスクステージMSTのX位置の誤差に基づいて、マスクステージMSTのX座標位置をフィードバック制御する。具体的には、フィードバック制御部203は、上記誤差がゼロとなるように、リニアモータ14を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、制御対象302に対するフィードバック制御部203からの操作量となる。
なお、マスクステージMSTのX位置の読み取りは所定のサンプリング周期Tyで行われ、また、フィードバック制御部203は、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Tuで出力するものとする。
The
Note that the X position of the mask stage MST is read at a predetermined sampling period Ty, and the
フィードフォワード制御部202からの操作量とフィードバック制御部203からの操作量は加算部205により加算され、加算後の操作量が制御対象302(マスクステージMST)に与えられる。
The operation amount from the
次に、状態予測部104が制御対象301(プレートステージPST)の状態を予測するアルゴリズムを説明する。
Next, an algorithm in which the
制御対象301,302および演算処理で発生するむだ時間をTdim,Tdis(添え字のmはマスタ側、sはスレーブ側を表す。以下同様)とし、入力端に遅れを持つものと考える。また、センサ(干渉計)のむだ時間をTdom,Tdosとし、出力端に遅れを持つものと考える。ここで、マスタ側のむだ時間を出力端にまとめることで、時刻kTyにおいて、マスタ側の状態xm(kTy+Tdim)を推定することができる。スレーブ側の実位置ys(t)をマスタ側の実位置ym(t)に同期させるために必要なマスタ側の状態はxm(kTy+nsTu+Tdis)であるので、推定した状態xm(kTy+Tdim)からさらにnsTu+Tdis−Tdim進めた状態がスレーブの目標軌道となる。ここで、nsはスレーブ側の制御対象302の次数である。
It is assumed that the dead times generated in the control objects 301 and 302 and the arithmetic processing are T dim and T dis (subscript m is the master side, s is the slave side, and so on), and the input terminal has a delay. Further, the dead time of the sensor (interferometer) is assumed to be T dom and T dos and it is considered that there is a delay at the output end. Here, the master side state x m (kT y + T dim ) can be estimated at time kT y by collecting the dead time on the master side at the output end. Since the actual position y s (t) the actual position y m (t) master state needed to synchronize to the master side of the slave side is x m (kT y + n s T u + T dis), estimated The state further advanced by n s Tu + T dis −T dim from the state x m (kT y + T dim ) becomes the slave target trajectory. Here, ns is the order of the
マスタ側のむだ時間を除いた制御対象301の連続時間状態方程式を、可制御正準実現により次式(1)で表し、マスタ側の外乱の連続時間状態方程式を次式(2)で表す。
The continuous time state equation of the
このとき、拡大系連続時間状態方程式は次式(3),(4)とおける。 At this time, the extended system continuous-time equation of state can be expressed by the following equations (3) and (4).
式(3)の周期Tuの拡大系離散時間状態方程式を次式(5)とする。 The expanded system discrete-time state equation of period Tu in equation (3) is defined as the following equation (5).
また、スレーブ側も同様に、添え字のmをsとして定義する。 Similarly, the subscript m is defined as s on the slave side.
ここで、マスタ側の出力端にまとめたむだ時間を次式(6)のように定義する。 Here, the dead time collected at the output end on the master side is defined as in the following equation (6).
状態予測部104は、時刻kTuのマスタ側の状態xm(kTy+Tdim)を状態xm[k]として予測する。次のようにむだ時間が無い場合と有る場合に分けて説明する。
The
むだ時間が無い(Tdm=0)場合、次式(7),(8)を用いて状態xm[k]を予測することができる。これは一般的なオブザーバである。 When there is no dead time (T dm = 0), the state x m [k] can be predicted using the following equations (7) and (8). This is a general observer.
むだ時間が有る場合、(ndm−1)Ty<Tdm≦ndmTy(ndm=1,2,…)とすると、時刻kTyにおいて利用可能な出力信号ym[k]は次式(9),(10),(11)より与えられる。 When there is a dead time, if (n dm −1) T y <T dm ≦ n dm T y (n dm = 1, 2,...), The output signal y m [k] that can be used at the time kT y is It is given by the following equations (9), (10), (11).
そして、次式(12)に基づくアルゴリズムを用いて状態xm[k]を予測することができる。また、式(13)は、オブザーバゲインHを求めるために必要な式であり、推定誤差の状態遷移を表している。 Then, the state x m [k] can be predicted using an algorithm based on the following equation (12). Expression (13) is an expression necessary for obtaining the observer gain H and represents the state transition of the estimation error.
こうして、時刻kTyのマスタ側の状態推定値xm[k]が求まったので、さらにnsサンプル毎に同時刻においてnsTy+Tdis−Tdim先の状態xm[i+N+σ]を予測する。ただし、[i]=(i・nsTy)、N=0,1,…、0≦σ<1とする。ここで、nsTy+Tdis−Tdim<0であれば、予測した状態xm[k]をこの分だけ遅らせればよい。一方、nsTy+Tdis−Tdim≧0の場合、次式(14)〜(19)を用いて、予測した状態xm[k]からさらに先の状態xm[i+N+σ]を予測する。但し、uomはマルチレートフィードフォワード制御器により予め計算されるノミナル制御入力を表す。 Thus, since Motoma' state estimate of master x m [k] at time kT y, further predict n s in the sample each at the same time n s T y + T dis -T dim destination state x m [i + N + σ ] To do. However, [i] = (i · n s T y ), N = 0, 1,..., 0 ≦ σ <1. Here, if n s T y + T dis −T dim <0, the predicted state x m [k] may be delayed by this amount. On the other hand, when n s T y + T dis −T dim ≧ 0, the next state x m [i + N + σ] is predicted from the predicted state x m [k] using the following equations (14) to (19). . Here, u om represents a nominal control input calculated in advance by the multi-rate feedforward controller.
次に、図5を参照して、制御装置11の変形例を説明する。図5は、本変形例に係る制御装置11の構成及びその制御対象を示すブロック図である。
Next, a modification of the
図5において、制御装置11は、状態予測部104の代わりに差分演算部107を備えている点のみが図4と異なる。
差分演算部107は、制御対象301から出力される現在の値及び現在から所定のサンプリング時間だけ前までの値に従って、それらの値の差分を計算することにより速度に関する値を含む制御対象301の状態を算出する。例えば、制御対象301の速度は、制御対象301から出力される現在の値と1サンプリング時間だけ前の値との差分を、サンプリング時間で除することによって求めることができる。このような差分を用いた速度の算出方法としては、例えば精度の高い中心差分を用いる方法がある。差分を用いる算出方法では、算出される速度がサンプリング時間に応じて現在の値よりも遅れる(例えば、1サンプル遅れや半サンプル遅れ等)ことになる。また、差分演算部107は、同様の方法により、速度に加えて、他の状態変数、例えば加速度に関する値や加加速度(jerk)に関する値等を、制御対象301の状態を表す量として算出することもできる。これら複数の値を求める場合、各々を個別に差分から算出してもよいし、求める値のサンプリング遅れがそれぞれの値で同サンプリング点となるように算出してもよい。
In FIG. 5, the
The
この差分演算部107を用いた図5の構成の制御装置11の場合、図4の状態予測部104を用いた構成と異なり、制御対象301の状態を予測することはできず、制御対象301への入力から2ns−1サンプルだけ遅れて同期した操作量が制御対象302へ入力されることになる。そのため、図4の構成のようにむだ時間を考慮した厳密な同期制御を行うことはできないが、スレーブ側の制御をマスタ側の実位置に基づくフィードバック制御のみにより行う従来の制御系と比べると、スレーブ側がマスタ側に追従するある程度の効果は得られ、また、差分演算部107は状態予測部104よりも構成が簡単であるというメリットがある。
In the case of the
次に、図6を参照して、制御装置11の他の変形例を説明する。図6は、本変形例に係る制御装置11の構成及びその制御対象を示すブロック図である。
Next, another modification of the
図6の制御装置11において、第1の2自由度制御系100は、軌道生成部101と、フィードフォワード制御部102と、フィードバック制御部103と、加算部105及び106と、を含んで構成されており、第2の2自由度制御系200は、軌道生成部201と、フィードフォワード制御部202と、フィードバック制御部203と、加算部205及び206と、を含んで構成されている。以下、図4の制御装置11との相違点についてのみ説明する。
In the
第2の2自由度制御系200は、第1の2自由度制御系100と同様の軌道生成部201を有している。この軌道生成部201へは、マスクステージMSTの移動開始点のX座標と、移動終了点のX座標とが入力される。移動開始点は、マスクステージMSTのX軸上における現在の位置を表し、移動終了点は、マスクステージMSTを移動させる先であるX軸上の目標位置を表す。軌道生成部201は、入力された移動開始点及び移動終了点に基づいて、マスクステージMSTを移動開始点から移動終了点まで移動させるための目標軌道を生成する。目標軌道は、各時刻tに対応付けられたマスクステージMSTの位置X(t)の時系列データであり、その生成アルゴリズムは必要に応じて適宜のアルゴリズムを用いることができる。
The second two-degree-of-
フィードフォワード制御部202は、軌道生成部201から出力される上記の目標軌道を入力として、図4の場合と同様にマスクステージMSTのX座標位置を完全追従制御に基づいてフィードフォワード制御する。
The
フィードバック制御部203には、加算部206の加算結果が入力される。加算部206の加算結果は、マスクステージMSTのX位置(マスク用干渉計18により得られるX位置情報)と、プレートステージPSTのX位置(プレート用干渉計25により得られるX位置情報)との差分である。フィードバック制御部203は、加算部206の出力、即ちプレートステージPSTのX位置を基準としたマスクステージMSTのX位置の誤差に基づいて、マスクステージMSTのX座標位置をフィードバック制御する。
The addition result of the
この図6の構成の制御装置11の場合、スレーブ側の制御をマスタ側の実位置に基づくフィードバック制御のみにより行う従来の制御系と比べると、完全追従制御を行うフィードフォワード制御部202が備えられていることにより、制御対象がノミナルであれば2つのステージを完全に同期移動させることが可能である。
The
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
11…制御装置 14,16…リニアモータ 100…第1の2自由度制御系 101…軌道生成部 102…フィードフォワード制御部 103…フィードバック制御部 104…状態予測部 105,106…加算部 107…差分演算部 200…第2の2自由度制御系 201…軌道生成部 202…フィードフォワード制御部 203…フィードバック制御部 205,206…加算部 301…制御対象(プレートステージPST) 302…制御対象(マスクステージMST)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1ステージの位置を制御する第1フィードフォワード制御手段及び第1フィードバック制御手段からなる第1の2自由度制御手段と、
前記第2ステージの位置を制御する第2フィードフォワード制御手段及び第2フィードバック制御手段からなる第2の2自由度制御手段と、
を備え、
前記第2の2自由度制御手段は、前記第1ステージの位置に基づいて制御を行い、
前記第1及び第2フィードフォワード制御手段は、完全追従制御を行う、
ステージ装置。 A stage device for driving the first stage and the second stage in synchronization with each other;
A first two-degree-of-freedom control means comprising a first feedforward control means and a first feedback control means for controlling the position of the first stage;
Second 2-degree-of-freedom control means comprising second feedforward control means and second feedback control means for controlling the position of the second stage;
With
The second two-degree-of-freedom control means performs control based on the position of the first stage,
The first and second feedforward control means perform complete tracking control.
Stage device.
前記第2フィードフォワード制御手段は、前記状態予測手段によって予測された前記第1ステージの状態に基づいて前記第2ステージの位置を制御する、
請求項1に記載のステージ装置。 A state predicting means for predicting a state of the first stage including at least values relating to position and velocity;
The second feedforward control means controls the position of the second stage based on the state of the first stage predicted by the state prediction means;
The stage apparatus according to claim 1.
前記第2フィードフォワード制御手段は、前記第1ステージの位置及び前記演算手段によって算出された前記第1ステージの少なくとも速度に関する値に基づいて前記第2ステージの位置を制御する、
請求項1に記載のステージ装置。 Computation means for calculating at least a value relating to speed from the difference using the current and past positions of the first stage,
The second feedforward control means controls the position of the second stage based on the position of the first stage and at least a value related to the speed of the first stage calculated by the computing means;
The stage apparatus according to claim 1.
前記基板ステージを、請求項1から請求項5のいずれか1の項に記載の第1ステージとし、前記マスクステージを、請求項1から請求項5のいずれか1の項に記載の第2ステージとした露光装置。 In an exposure apparatus that exposes a mask pattern held on a mask stage onto a photosensitive substrate held on a substrate stage,
The substrate stage is the first stage according to any one of claims 1 to 5, and the mask stage is the second stage according to any one of claims 1 to 5. Exposure apparatus.
前記第2の2自由度制御手段は、前記第1ステージの位置に基づいて制御を行い、
前記第1及び第2フィードフォワード制御手段は、完全追従制御を行う、
ステージ制御方法。 A first two-degree-of-freedom control means comprising a first feed-forward control means and a first feedback control means for controlling the position of the first stage; a second feed-forward control means and a second feedback for controlling the position of the second stage; A stage control method for a stage apparatus, comprising: a second two-degree-of-freedom control unit comprising a control unit, and driving the first stage and the second stage in synchronization with each other;
The second two-degree-of-freedom control means performs control based on the position of the first stage,
The first and second feedforward control means perform complete tracking control.
Stage control method.
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