JP2010272686A

JP2010272686A - 移動体制御装置、露光装置、及び移動体制御方法

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Publication number: JP2010272686A
Application number: JP2009123158A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujimoto; 博志藤本; Kazuaki Saeki; 和明佐伯
Original assignee: Nikon Corp; Yokohama National University NUC
Current assignee: Nikon Corp; Yokohama National University NUC
Priority date: 2009-05-21
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】移動体の駆動手段を制御する電流制御装置が制御の遅れ特性を有していても高精度な位置制御を行うこと。
【解決手段】電流値に応じた推力を発生させて制御対象３０１を駆動するリニアモータと、リニアモータへ入力する電流値をフィードバック制御するリニアモータドライバ３０３と、制御対象３０１の伝達関数とリニアモータドライバ３０３の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて、制御対象３０１をフィードフォワード制御するための第１の操作量Ｓ１を生成するフィードフォワード制御部１０２と、制御対象３０１に生じる外乱を、制御対象３０１の伝達関数とリニアモータドライバ３０３の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて推定する外乱オブザーバ１０４と、を備え、第１の操作量Ｓ１を推定外乱ｄ’に基づき補正して得られる第２の操作量Ｓ４に従って、リニアモータドライバ３０３が電流値のフィードバック制御を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動体制御装置、露光装置、及び移動体制御方法に関する。

従来、例えば液晶ディスプレイ（総称としてフラットパネルディスプレイ）を製造する工程においては、基板（ガラス基板）にトランジスタやダイオード等の素子を形成するために露光装置が多く使用されている。この露光装置は、レジストを塗布した基板をステージ装置のホルダに載置し、マスクに描かれた微細な回路パターンを投影レンズ等の光学系を介して基板に転写するものである。近年では、例えばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられることが多くなっている（例えば、特許文献１参照）。

ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状の露光光をマスクに照射している状態で、マスクと基板とを投影光学系に対して互いに同期移動させつつマスクに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了する度に基板をステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う露光装置である。

特開２０００−０７７３１３号公報

こうしたステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、基板やマスクを移動させるステージ装置の駆動手段として、例えばリニアモータが用いられており、特に、液晶ディスプレイ等の大型の基板を移動させるには、大推力を発生させることが可能なリニアモータが要求される。ところが、大推力を発生可能なリニアモータは、コイルやコイル冷却部、磁石等から構成される可動部が大型となるため、機械的な剛性が低い。また、コイルに大電流を流すための電流アンプが必要となるが、一般に出力電流が大きい電流アンプは応答速度が遅い。このような理由から、大推力リニアモータのコイルにおける電流制御には、所望の制御電流値に対して制御上の時間的な遅れが発生することになる。その結果、従来のステージ装置は、電流制御の時間遅れに起因してステージの位置に誤差が生じ、高精度な位置制御を行うことができなかった。

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、移動体の駆動手段を制御する電流制御装置が制御の遅れ特性を有していても高精度な位置制御を行うことが可能な移動体制御装置、露光装置、及び移動体制御方法を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明に係る移動体制御装置は、電流値に応じた推力を発生させて移動体を駆動する駆動装置と、前記駆動装置へ入力する電流値をフィードバック制御する電流制御装置と、前記移動体の伝達関数と前記電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて、前記移動体をフィードフォワード制御するための第１の操作量を生成するフィードフォワード制御装置と、前記移動体に生じる外乱を、該移動体の伝達関数と前記電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて推定する外乱オブザーバと、を備え、前記フィードフォワード制御装置により生成された第１の操作量を前記外乱オブザーバにより推定された外乱に基づき補正して得られる第２の操作量に従って、前記電流制御装置が電流値のフィードバック制御を行う。

また、上記の移動体制御装置において、前記外乱オブザーバは、前記移動体の位置と該移動体の伝達関数との積と、前記フィードフォワード制御装置によって生成された第１の操作量と前記電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数との積と、の差を前記外乱とする。

また、上記の移動体制御装置において、前記フィードフォワード制御装置は完全追従制御を行う。
また、上記の移動体制御装置において、前記移動体の伝達関数には、該移動体の駆動時に生じる粘性力がモデル化されている。

また、上記の移動体制御装置において、前記移動体は流体軸受によってガイドされ、
前記移動体の伝達関数にモデル化されている前記粘性力を表す粘性係数は、前記流体軸受に用いられる流体に応じた値に設定された。
また、上記の移動体制御装置において、前記移動体はモータによって駆動され、前記移動体の伝達関数にモデル化されている前記粘性力を表す粘性係数は、前記モータが有する電気的粘性に応じた値に設定された。

また、本発明に係る露光装置は、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、上記の移動体制御装置を有し、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が前記移動体制御装置の移動体である。

本発明によれば、移動体の伝達関数に加えて電流制御装置の遅れ特性を含む伝達関数をも用いることにより、移動体の位置のフィードフォワード制御を行うので、電流制御装置が制御の遅れ特性を有していても高精度な位置制御を行うことが可能である。また、当該フィードフォワード制御の際に、移動体の伝達関数と電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて外乱オブザーバが移動体に生じる外乱を推定し、この推定された外乱に基づいてフィードフォワード制御の操作量を補正するので、電流制御装置の遅れ特性を考慮したフィードフォワード制御出力が外乱オブザーバによって外乱とみなされて排除されてしまうことなく、それ以外の本来の外乱の影響のみを取り除いた高精度な位置制御を行うことが可能である。

本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す概略図である。本実施形態に係る露光装置の一部の構成を示す断面図である。本実施形態に係る露光装置の一部の構成を示す断面図である。本実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。

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。

この露光装置１０は、露光用照明光ＩＬによりマスクＭ上の所定のスリット状照明領域（図１のＹ軸方向（紙面直交方向）に細長く延びる長方形の領域または円弧状の領域）を照明する照明系ＩＯＰ、パターンが形成されたマスクＭを保持してＸ軸方向に移動するマスクステージＭＳＴ、マスクＭの上記照明領域部分を透過した露光用照明光ＩＬをプレートＰに投射する投影光学系ＰＬ、本体コラム１２、前記本体コラムへの床からの振動を除去するための除振台（図示せず）、及び前記両ステージＭＳＴ、ＰＳＴを制御する制御装置１１等を備えている。

前記照明系ＩＯＰは、例えば特開平９−３２０９５６号公報に開示されたように、光源ユニット、シャッタ、２次光一形成光学系、ビームスプリッタ、集光レンズ系、視野絞り（ブラインド）、及び結像レンズ系等（いずれも図示省略）から構成され、次に述べるマスクステージＭＳＴ上に載置され保持されたマスクＭ上の上記スリット状照明領域を均一な照度で照明する。

マスクステージＭＳＴは、不図示のエアパッドによって、本体コラム１２を構成する上部定盤１２ａの上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されており、駆動機構１４によってＸ軸方向に駆動される。

マスクステージＭＳＴを駆動する駆動機構１４としては、ここではリニアモータを用い、以下、この駆動機構をリニアモータ１４と呼ぶ。このリニアモータ１４の固定子１４ａは、上部定盤１２ａの上部に固定され、Ｘ軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ１４の可動子１４ｂはマスクステージＭＳＴに固定されている。また、マスクステージＭＳＴのＸ軸方向の位置は、本体コラム１２に固定されたマスクステージ位置計測用レーザ干渉計（以下「マスク用干渉計」という）１８によって投影光学系ＰＬを基準として所定の分解能、例えば数ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。このマスク用干渉計１８で計測されるマスクステージＭＳＴのＸ軸位置情報は、制御装置１１に供給されるようになっている。

投影光学系ＰＬは、本体コラム１２の上部定盤１２ａの下方に配置され、本体コラム１２を構成する保持部材１２ｃによって保持されている。投影光学系ＰＬとしては、ここでは等倍の正立正像を投影するものが用いられている。従って、照明系ＩＯＰからの露光用照明光ＩＬによってマスクＭ上の上記スリット状照明領域が照明されると、その照明領域部分の回路パターンの等倍像（部分正立像）がプレートＰ上の前記照明領域に共役な露光領域に投影されるようになっている。なお、例えば、特開平７−５７９８６号公報に開示されるように、投影光学系ＰＬを、複数組の等倍正立の投影光学系ユニットで構成しても良い。

さらに、プレートＰのＺ方向位置を計測する不図示の焦点位置検出系、例えばＣＣＤなどから構成されるオートフォーカスセンサ（図示せず）が投影光学系ＰＬを保持する保持部材１２ｃに固定されている。この焦点位置検出系からのプレートＰのＺ位置情報が制御装置１１に供給されており、制御装置１１では、例えば、走査露光中にこのＺ位置情報に基づいてプレートＰのＺ位置を投影光学系ＰＬの結像面に一致させるオートフォーカス動作を実行するようになっている。

プレートステージＰＳＴは、投影光学系ＰＬの下方に配置され、不図示のエアパッドによって、本体コラム１２を構成する下部定盤１２ｂの上面の上方に数μｍ程度のクリアランスを介して浮上支持されている。このプレートステージＰＳＴは、駆動機構としてのリニアモータ１６によってＸ軸方向に駆動される。

このリニアモータ１６の固定子１６ａは、下部定盤１２ｂに固定され、Ｘ軸方向に沿って延設されている。また、リニアモータ１６の可動部としての可動子１６ｂはプレートステージＰＳＴの底部に固定されている。プレートステージＰＳＴは、前記リニアモータ１６の可動子１６ｂが固定された移動テーブル２２と、この移動テーブル２２上に搭載されたＹ駆動機構２０と、このＹ駆動機構２０の上部に設けられプレートＰを保持するプレートテーブル１９とを備えている。

前記プレートテーブル１９のＸ軸方向の位置は、本体コラム１２に固定されたプレート用干渉計２５によって投影光学系ＰＬを基準として所定の分解能、例えば数ｎｍ程度の分解能で常時計測されている。このプレート用干渉計２５としては、ここでは、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（図１における紙面直交方向）に所定距離Ｌだけ離れた２本のＸ軸方向の測長ビームをプレートテーブル１９に対して照射する２軸干渉計が用いられており、各測長軸の計測値が制御装置１１に供給されている。

このプレート用干渉計２５の各測長軸の計測値をＸ１、Ｘ２とすると、Ｘ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／２によりプレートテーブル１９のＸ軸方向の位置を求め、θＺ＝（Ｘ１−Ｘ２）／Ｌによりプレートテーブル１９のＺ軸回りの回転量を求めることができるが、以下の説明においては、特に必要な場合以外は、プレート用干渉計２５から上記のＸがプレートテーブル１９のＸ位置情報として出力されるものとする。

図２は、プレートステージＰＳＴの詳細な構成を示す断面図である。
同図に示すように、プレートテーブル１９の下面（−Ｚ方向側の面）１９ａとＹ可動子２０ａとの間には、レベリングユニット５０が設けられている。レベリングユニット５０は、複数、例えば３つが配置されており、３箇所でプレートテーブル１９のＺ方向の位置を微調整することにより、プレートテーブル１９の姿勢（Ｚ方向の位置、θＸ方向の位置、及びθＹ方向の位置）を制御するユニットである。つまり、これら３つのレベリングユニット５０によってプレートテーブル１９に所定の力を加えることでプレートテーブル１９のＺ方向の位置、θＸ方向の位置、及びθＹ方向の位置を調節できるようになっている。

図３は、レベリングユニット５０の構成を示す図である。各レベリングユニット５０はそれぞれ同一の構成となっているので、そのうちの１つを例に挙げてその構成を説明する。
レベリングユニット５０は、Ｙ可動子２０ａ上に設けられたカム部材５１、ガイド部材５２、カム移動機構５３、及び支持部材５４と、プレートテーブル１９側に設けられたベアリング部材５５とを含んで構成されている。

カム部材５１は、断面視台形に形成された部材であり、下面５１ａが水平方向に平坦な面になっている。カム部材５１の当該下面５１ａは、ガイド部材５２に支持されている。カム部材５１の上面５１ｂは、水平面に対して傾斜して設けられた平坦面である。カム部材５１の一方の側面５１ｃには、ネジ穴５１ｄが形成されている。ガイド部材５２は、支持部材５４上にカム部材５１に沿って設けられており、図中左右方向に延在している。

カム移動機構５３は、サーボモータ５６と、ボールネジ５７と、連結部材５８とを含んで構成されている。サーボモータ５６は、制御装置１１からの信号に基づいて軸部材５６ａを回転させるようになっている。この軸部材５６ａは、ここでは例えば図中左右方向に延在している。ボールネジ５７は、連結部材５８を介してサーボモータ５６の軸部材５６ａに連結されており、軸部材５６ａの回転が伝達されるようになっている。このボールネジ５７は、図中左右方向（サーボモータ５６の回転軸の軸方向と同一方向）にネジ部が設けられており、当該ネジ部がカム部材５１の側面５１ｃに形成されたネジ穴５１ｄに螺合されている。軸部材５６ａ及びボールネジ５７は、支持部材５４の突出部５４ａ及び５４ｂによってそれぞれ支持されている。

このカム駆動機構５３は、サーボモータ５６の回転によってボールネジ５７が回転し、ボールネジ５７の回転によって当該ボールネジ５７に螺合されたカム部材５１がガイド部材５２に沿って図中左右方向に移動するようになっている。

ベアリング部材５５は、図中下側に半球状に形成された部分５５ａを有し、当該半球状の部分５５ａの下面５５ｂがカム部材５１の上面５１ｂに当接するように設けられている。カム部材５１が移動することで、ベアリング部材５５の下面５５ｂとカム部材５１の上面５１ｂとの当接位置が変化するようになっており、当該上面５１ｂとの当接位置が変化することによって下面５５ｂのＺ方向上の位置が変化するようになっている。この位置の変化によってプレートテーブル１９のＺ方向の位置が微調節されるようになっている。

プレートテーブル１９のＺ方向の位置に関しては、検出装置５９によって検出可能になっている。この検出装置５９についても、プレートテーブル１９に対して複数、例えば３つ設けられている。各検出装置５９は、例えば光センサ５９ａと、被検出部材５９ｂとを含んで構成されており、光センサ５９ａによって被検出部材５９ｂの位置を検出することで、プレートテーブル１９のＺ方向の位置を検出するようになっている。また、光センサ５９ａは、Ｙ可動子２０ａ上に設けられた突出部２０ｂに固定されている。したがって、当該検出装置５９は、Ｙ可動子２０ａの上面２０ｃを基準としたときのプレートテーブル１９のＺ方向に関する位置や姿勢等を検出可能となっている。この検出装置５９によって検出された位置情報は、制御装置１１に送信されるようになっている。

また、プレートテーブル１９の一端は、弾性部材６０によってＹ可動子２０ａ上の突出部２０ｄに接続されている。弾性部材６０は、一端が固定部材６０ａによってプレートテーブル１９の端部１９ｂに固定されており、他端が固定部材６０ｂによって突出部２０ｄに固定されている。この弾性部材６０によって、プレートテーブル１９がＸ方向及びＹ方向へ移動するのを抑えつつ、Ｚ方向に対しての移動を許容できるようになっている。

以上のような構成により、プレートステージＰＳＴは、プレートテーブル１９に保持されているプレートＰの所定の露光すべき領域が投影光学系ＰＬによる露光領域に位置するように、移動テーブル２２（リニアモータ１６の可動子）をＸ方向に移動させ（Ｘ位置の位置決めを行い）、さらに移動テーブル２２に対してＹ可動子２０をＹ方向に移動させる（Ｙ位置の位置決めを行う）ことができる。このとき、プレートＰのθＺ方向の位置を調整できるようにしてもよい。さらに、レベリングユニット５０により、前記オートフォーカスセンサの検出結果や前記検出装置５９の検出結果を基に、プレートＰのＺ位置がジャストフォーカスとなる（投影光学系ＰＬの結像点と一致する）ように、プレートテーブル１９をＹ可動子２０ａに対してＺ方向、θＸ方向、およびθＹ方向に移動させる（Ｚ位置、θＸ方向、およびθＹ方向の位置決めを行う）ことができる。

次に、図４を参照して、制御装置１１のうち、プレートステージＰＳＴをＸ軸方向に駆動するリニアモータ１６の駆動制御を行う部分の構成を説明する。図４は、制御装置１１の当該部分及びその制御対象を示すブロック図である。なお、制御装置１１のうち、マスクステージＭＳＴをＸ軸方向に駆動するリニアモータ１４の駆動制御を行う部分についても、その構成は図４と同様である。

図４において、制御装置１１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、外乱オブザーバ１０４と、加算部２０１〜２０３と、を含んで構成されている。外乱オブザーバ１０４は、遅延部１０７と、第１フィルタ１０８と、第２フィルタ１０９と、加算部２０４と、から構成されている。

本制御装置１１の出力信号は後述する操作量Ｓ４であり、この操作量Ｓ４が、リニアモータドライバ３０３へ制御信号として与えられる。リニアモータドライバ３０３は、その制御信号に従ってリニアモータ１６の駆動電流をフィードバック制御し、リニアモータ１６へ駆動電流を供給する。リニアモータ１６（図４では図示省略）は、リニアモータドライバ３０３からの駆動電流に応じた推力を発生させる。これにより、プレートステージＰＳＴ（制御対象３０１）の駆動が行われる。

ここで、プレートステージＰＳＴのこのような制御を行う際に、リニアモータドライバ３０３内部における駆動電流のフィードバック制御では制御の遅れが発生する。これを補正した制御を行うため、後述するように、フィードフォワード制御部１０２からの操作量Ｓ１は当該遅れを考慮したものとなっている。ところが、様々な外乱の影響を補償するように設計された通常の外乱オブザーバは、本来の外乱ｄに加え、操作量Ｓ１に考慮されているリニアモータドライバ３０３の遅れ特性も外乱とみなしてその影響を排除するように働く。そうなると、フィードフォワード制御部１０２がリニアモータドライバ３０３の遅れ特性を考慮したことが、かえってプレートステージＰＳＴの制御における精度の劣化を引き起こしてしまう。そこで、本発明に係る制御装置１１の外乱オブザーバ１０４は、操作量Ｓ１に含まれるリニアモータドライバ３０３の遅れ特性を外乱として排除しない構成として設計されている（具体的構成は後述）。

以下、制御装置１１の各部を詳しく説明する。
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ＸＳと、移動終了点のＸ座標ＸＥとが入力される。移動開始点ＸＳ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ＸＥ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ＸＳ及び移動終了点ＸＥに基づいて、プレートステージＰＳＴを移動開始点ＸＳから移動終了点ＸＥ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）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。

フィードフォワード制御部１０２は、軌道生成部１０１から出力され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の制御特性及びリニアモータドライバ３０３の動作特性（上記した遅れ特性を含む）を再現した制御モデルと逆の応答を示す逆システム１０２１を保持（記憶）しており、この逆システム１０２１を用いることにより、リニアモータドライバ３０３への制御信号を生成する。この制御信号は、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Ｓ１となる。

逆システム１０２１は、制御対象３０１の伝達関数Ｐ_Ｒ（ｓ）とリニアモータドライバ３０３の伝達関数Ｇ_Ｄ（ｓ）との積の逆関数である次式（３）の伝達関数Ｆ_０（ｓ）によって定式化することとする。この場合、操作量Ｓ１は、制御対象３０１に実際に作用させるべき成分Ｓ１’と、リニアモータドライバ３０３の特性（遅れ特性を含む）に起因する操作量Ｓ１の変化分Δとから、Ｓ１＝Ｓ１’−Δと書き表すことができる。即ち、操作量Ｓ１には、リニアモータドライバ３０３の特性を補償するための項が含まれる。このように、リニアモータドライバ３０３の特性の補償をフィードフォワード制御において行う場合は高速な制御が可能であり、また、逆システム１０２１を精密に構築することで高精度な制御も可能である。

ここで、伝達関数Ｐ_Ｒ（ｓ）において、ＭはプレートステージＰＳＴの質量、ＣはプレートステージＰＳＴをリニアモータ１６で駆動する際に発生する粘性力の粘性係数である。プレートステージＰＳＴの駆動時に発生する粘性力までも考慮した精密な位置制御を可能とするため、伝達関数Ｐ_Ｒ（ｓ）では粘性力の項を取り入れた形を採用した。また、伝達関数Ｇ_Ｄ（ｓ）において、ζ_Ｄはダンピング係数、ω_Ｄはカットオフ周波数であり、リニアモータドライバ３０３が２次の遅れ特性を持つことを想定している。なお、伝達関数Ｇ_Ｄ（ｓ）が１次や３次等、他の次数の遅れ特性を示すものであってもよい。

なお、フィードフォワード制御部１０２は、入力を所定のサンプリング周期Ｔｙで取り込み、生成した駆動信号を所定のサンプリング周期Ｔｕで出力するものとする。

フィードバック制御部１０３には、加算部２０３の加算結果が入力される。加算部２０３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、軌道生成部１０１から出力される目標軌道との差分である。

フィードバック制御部１０３は、加算部２０３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、リニアモータドライバ３０３への制御信号を生成する。この制御信号は、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Ｓ２となる。

なお、フィードバック制御部１０３も、フィードフォワード制御部１０２と同様、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。
また、制御対象３０１へ入力される制御操作量（Ｓ５）のうち、フィードバック制御部１０３からの操作量Ｓ２の寄与が大きいと、制御対象３０１の動きに過補償（オーバーシュート）の挙動が現れるおそれがある。そこで、フィードバック制御部１０３の出力である操作量Ｓ２を所定割合で減衰させる（例えば操作量Ｓ２を半分の値にする）ことが好ましい場合もある。あるいは、フィードバック制御部１０３そのものを制御装置１１から省略した構成としてもよい。

フィードフォワード制御部１０２からの操作量Ｓ１とフィードバック制御部１０３からの操作量Ｓ２は加算部２０１により加算されて操作量Ｓ３（＝Ｓ１＋Ｓ２）となる。

外乱オブザーバ１０４は、制御対象３０１に加わる外乱ｄを推定し、推定外乱ｄ’を生成する機能を有する。この推定外乱ｄ’は加算部２０２へ入力され、加算部２０２により推定外乱ｄ’が上記の操作量Ｓ３から減じられて、加算部２０２の出力は減算後の操作量Ｓ４（＝Ｓ３−ｄ’）となる。この操作量Ｓ４がリニアモータドライバ３０３へ入力されると、リニアモータドライバ３０３の特性の影響を受けることにより、Ｓ４のうち制御対象３０１に実効的に与えられる操作量はＳ５＝Ｓ４＋Δとなり、更に加算部３０２において外乱ｄが加えられる結果、制御対象３０１へ実際に入力される操作量は、
Ｓ６＝Ｓ５＋ｄ
＝Ｓ１’−Δ＋Ｓ２−ｄ’＋Δ＋ｄ
＝Ｓ１’＋Ｓ２＋（ｄ−ｄ’）
となる。

したがって、外乱オブザーバ１０４が、リニアモータドライバ３０３による電流制御の遅れ特性を外乱とみなすことなく、本来の外乱ｄのみを正確に推定して推定外乱ｄ’を生成することで、差ｄ−ｄ’が十分小さくなり、制御対象３０１へ入力される操作量Ｓ６はほぼＳ１’＋Ｓ２と等しくなる。つまり、フィードフォワード制御部１０２がリニアモータドライバ３０３の特性を考慮した操作量Ｓ１（＝Ｓ１’−Δ）を生成するように構成されている本制御装置１１において、上記の外乱オブザーバ１０４を利用することにより、リニアモータドライバ３０３で生じる操作量の変化分Δが操作量Ｓ１に含まれるΔによってキャンセルされ、制御対象３０１には操作量Ｓ１’＋Ｓ２、即ちリニアモータドライバ３０３による遅れ特性と外乱ｄとを補償した操作量が作用する。

一方、リニアモータドライバ３０３の遅れ特性Δをも外乱とみなして推定外乱ｄ’＋Δ’を生成する通常の外乱オブザーバを用いた場合、Ｓ４＝Ｓ３−（ｄ’＋Δ’）であるからＳ６＝Ｓ１’＋Ｓ２＋（ｄ−ｄ’）−Δ’となる。つまり、−Δ’の分だけ余計な操作量が制御対象３０１に作用して、制御の精度が劣化する。

このように、本制御装置１１は、外乱オブザーバ１０４が本来の外乱ｄのみを正確に推定した推定外乱ｄ’を生成するので、プレートステージＰＳＴの高精度な位置制御を実現することができる。

なお、上記「本来の外乱ｄ」には、例えば、フィードフォワード制御部１０２の逆システム１０２１が実際の制御対象３０１及びリニアモータドライバ３０３の特性と厳密には一致していないことに起因する、逆システム１０２１の誤差に基づく外乱等が含まれる。

以下、外乱オブザーバ１０４の内部構成について説明する。
外乱オブザーバ１０４は、制御対象３０１の制御特性を再現した制御モデルと逆の応答を示す第２フィルタ１０９を有している。第２フィルタ１０９は、制御対象３０１の制御モデルと対応した逆システムと、第２フィルタ１０９への入力に含まれる高周波のノイズ成分を除去するためのローパスフィルタとからなる。このうち逆システムは、外乱ｄの正確な推定を行えるようにするため、前述したフィードフォワード制御部１０２が備える逆システム１０２１のうち伝達関数Ｐ_Ｒ（ｓ）に対応する部分と同一とする。また、ローパスフィルタは次式（４）とする。これにより、第２フィルタ１０９は、次式（５）の伝達関数Ｆ_２（ｓ）を持つ。但し、次式において、ａ１，ｂ１，ｂ２，ｂ３は任意の定数、ω_ｃはフィルタのカットオフ周波数である。これらの伝達関数は、例えば、次の論文１や論文２の手法により求めることができる。
論文１：T. Umeno, T. Kaneko, and Y. Hori, “Robust Servosystem Design with Two Degree of Freedom and its Application to Novel Motion Control of Robot Manipulators”, IEEE Trans. Industrial Electronics, Vol.40, No.5, pp.473-485, 1993
論文２：H-S. Lee and M. Tomizuka, “Robust Motion Controller Design for High-Accuracy Positioning Systems”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.43, No.1, pp48-55, February 1996

上記の第２フィルタ１０９には、プレート用干渉計２５により測定されたプレートステージＰＳＴのＸ位置が入力される。第２フィルタ１０９は、入力されたプレートステージＰＳＴのＸ位置に伝達関数Ｆ_２（ｓ）を乗じ、その結果を加算部２０４へ出力する。第２フィルタ１０９の伝達関数Ｆ_２（ｓ）は制御対象３０１の伝達関数Ｐ_Ｒ（ｓ）の逆関数を含むものであるので、第２フィルタ１０９の出力は、制御対象３０１へ入力された操作量Ｓ６を計算した値となる。

一方、遅延部１０７には、前述した加算部２０２の出力である操作量Ｓ４が入力される。この遅延部１０７は、本制御装置１１により制御対象３０１を制御する際に、制御対象３０１へ操作量Ｓ６を入力してから当該操作量Ｓ６に対応した制御対象３０１の応答（プレートステージＰＳＴのＸ位置）が得られるまでの時間遅れや、第２フィルタ１０９の逆システムにおいて演算処理に要する時間遅れが存在することを考慮して、これらの時間遅れを補償した上で加算部２０４における加算を行う目的で設けたものである。したがって、遅延部１０７は、入力された操作量Ｓ４を、上記時間遅れの総量と等しい時間ΔＴだけ遅延させてから第１フィルタ１０８へ出力する。なお、時間遅れの総量ΔＴの値は、予め測定して求めておくものとする。

第１フィルタ１０８は、上述したリニアモータドライバ３０３の伝達関数Ｇ_Ｄ（ｓ）と第２フィルタ１０９のローパスフィルタＬ（ｓ）との積を伝達関数Ｆ_１（ｓ）として有するフィルタであり、遅延部１０７の出力に次式（６）の伝達関数Ｆ_１（ｓ）を乗じ、その結果を加算部２０４へ出力する。第１フィルタ１０８の伝達関数Ｆ_１（ｓ）はリニアモータドライバ３０３の伝達関数Ｇ_Ｄ（ｓ）を含むものであるので、第１フィルタ１０８の出力は、リニアモータドライバ３０３を通った後の操作量Ｓ５を計算した値となる。

なお、第１フィルタ１０８内のローパスフィルタＬ（ｓ）は、第２フィルタ１０９のローパスフィルタと同じフィルタ関数を乗じることによって、加算部２０４において加算される２つの値の基準レベルを等しくする目的で用いられている。

加算部２０４は、第２フィルタ１０９の出力と第１フィルタ１０８の出力との差分を計算する。第２フィルタ１０９の出力は、上述したように、制御対象３０１へ入力された操作量Ｓ６に対応している。一方、第１フィルタ１０８の出力は、外乱ｄが含まれる前の操作量Ｓ５に対応している。したがって、加算部２０４によって計算される差分は、操作量Ｓ６と操作量Ｓ５の差である外乱ｄを表すものとなる。即ち、加算部２０４の出力として、外乱ｄを推定した推定外乱ｄ’が得られる。

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。
例えば、本発明は露光装置におけるステージの位置制御に限定されるものではなく、他の制御対象としてロボットのアームの位置制御にも、本発明による制御装置を適用することが可能である。

１１…制御装置１４，１６…リニアモータ１０１…軌道生成部１０２…フィードフォワード制御部１０２１…逆システム１０３…フィードバック制御部１０４…外乱オブザーバ１０７…遅延部１０８…第１フィルタ１０９…第２フィルタ３０１…制御対象（プレートステージＰＳＴ）３０３…リニアモータドライバ

Claims

電流値に応じた推力を発生させて移動体を駆動する駆動装置と、
前記駆動装置へ入力する電流値をフィードバック制御する電流制御装置と、
前記移動体の伝達関数と前記電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて、前記移動体をフィードフォワード制御するための第１の操作量を生成するフィードフォワード制御装置と、
前記移動体に生じる外乱を、該移動体の伝達関数と前記電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて推定する外乱オブザーバと、
を備え、
前記フィードフォワード制御装置により生成された第１の操作量を前記外乱オブザーバにより推定された外乱に基づき補正して得られる第２の操作量に従って、前記電流制御装置が電流値のフィードバック制御を行う、
移動体制御装置。
前記外乱オブザーバは、前記移動体の位置と該移動体の伝達関数との積と、前記フィードフォワード制御装置によって生成された第１の操作量と前記電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数との積と、の差を前記外乱とする請求項１に記載の移動体制御装置。
前記フィードフォワード制御装置は完全追従制御を行う請求項１又は請求項２に記載の移動体制御装置。
前記移動体の伝達関数には、該移動体の駆動時に生じる粘性力がモデル化されている請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載の移動体制御装置。
前記移動体は流体軸受によってガイドされ、
前記移動体の伝達関数にモデル化されている前記粘性力を表す粘性係数は、前記流体軸受に用いられる流体に応じた値に設定された
請求項４に記載の移動体制御装置。
前記移動体はモータによって駆動され、
前記移動体の伝達関数にモデル化されている前記粘性力を表す粘性係数は、前記モータが有する電気的粘性に応じた値に設定された
請求項４又は請求項５に記載の移動体制御装置。
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、
請求項１から請求項６のいずれか１の項に記載の移動体制御装置を有し、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が前記移動体制御装置の移動体である露光装置。
制御対象である移動体の伝達関数と、該移動体の駆動装置へ入力する電流値を制御する電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて、前記移動体をフィードフォワード制御するための第１の操作量を生成し、
前記移動体に生じる外乱を、該移動体の伝達関数と前記電流制御装置の遅れ特性を含んだ伝達関数とを用いて推定し、
前記生成された第１の操作量を前記推定された外乱に基づき補正して得られる第２の操作量に従って、前記電流制御装置が電流値のフィードバック制御を行い、
前記フィードバック制御された電流値に応じて、前記駆動装置が推力を発生させ前記移動体を駆動する、
移動体制御方法。